永磁同步电机在轨道交通发展概况及应用
城轨车辆永磁同步电机牵引系统研究现状与发展前景
2009,36(5)电机控制及其在交通行业中的应用专题ξEM CA城轨车辆永磁同步电机牵引系统研究现状与发展前景3徐英雷1, 李群湛1, 许峻峰2(1.西南交通大学电气工程学院,四川成都 610031; 2.株洲电力机车研究所,湖南株洲 412001) 摘 要:为促进我国城轨车辆用永磁同步电机牵引系统的理论研究与应用,结合国内、外研究现状,对城轨车辆用永磁同步电机的应用和设计特点,以及系统的控制技术和效率优化方法等进行了综述。
通过分析,总结了城轨车辆用永磁同步电机的技术特点和发展趋势,并对其应用前景进行了展望。
关键词:永磁同步电机;城轨车辆;弱磁控制中图分类号:T M351 文献标识码:A 文章编号:167326540(2009)0520007204O verv i ew on Per manen t M agnet Synchronous M otorsTracti on System for Urban Ra il Rolli n g StockXU Ying 2lei 1, L I Q un 2zhan 1, XU Jun 2feng2(1.College of Electrical Engineering,Southwest J iaot ong University,Chengdu 610031,China;2.Zhuzhou Electrical Locomotive Research I nstitute,Zhuzhou 412001,China ) Abstract:To p r omote the research and app licati on of per manent magnet synchr onous mot or (P MS M )tracti onsyste m of China ’s urbar rail r olling st ock,the app licati on and design characteristics of P M S M ,the contr ol techniques and efficiency op ti m izati on ways of syste m are overvie wed by discussing the current research all over the world .And then,the technical features,devel opment and app licati on p r os pect of P MS M are su mmarized .Key words:per manen t magnet synchronous m otors ;urban ra il rolli n g stock;flux 2weaken i n g con trol3“十一五”国家科技支撑计划重点项目(2007BAA12B05);国家电网公司科技项目(SGKJ [2007]102)0 引 言城轨车辆牵引系统直接决定着车辆运行性能,关系到车辆的安全性、运行质量及对能源的消耗。
永磁同步电机在铁道牵引领域中的应用
永磁同步电机在铁道牵引领域中的应用永磁同步电机作为一种新兴的发展技术，在铁道牵引领域中有广泛的
应用。
永磁同步电机具有良好的功率因数、结构紧凑、模块化、维护方便
等特点，可以替代传统的开关磁芯同步电机，并在牵引领域有着较大的应用。
其最显著的优点在于：
1、无刷永磁同步电机具有良好的电磁性能，可以实现无刷调速，提
供超低频率，给铁路牵引电力系统高效节能带来巨大便利；
2、结构紧凑，模块化，维护方便，可以使用智能监控装置，对铁路
牵引电气设备进行实时监控，提高操作效率；
3、多种安全及保护系统，可以有效防止失火或短路，保障着铁路运
行的安全性；
4、永磁同步电机在不超过额定功率的情况下，可以提供极高的动力，且无需给出特殊要求即可提供最佳性能；
5、节能降耗，永磁同步电机能有效有效满足铁路运行的需要，而不
会损耗过多的能源。
总结来说，永磁同步电机在铁路牵引领域中的应用已经不可再忽视，
它不仅可以提高系统的性能，而且可以更加安全、节能降耗，为铁路发展
做出重要贡献。
永磁同步电机的发展与应用
永磁同步电机的发展与应用一、概述众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。
此外，直流电动机还有起动转矩大、效率高、调速方便、动态特性好等特点。
优良的控制特性使直流电动机在70年代前的很长时间里，在有调速、控制要求的场合，几乎成了唯一的选择。
但是，直流电动机的结构复杂，其定子上有激磁绕组产生主磁场，对功率较大的直流电动机常常还装有换向极，以改善电机的换向性能。
直流电机的转子上安放电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器将直流电送入电枢绕组并转换成电枢绕组中的交变电流，即进行机械式电流换向。
复杂的结构限制了直流电动机体积和重量的进一步减小，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花，使直流电动机的故障多、可靠性低、寿命短、保养维护工作量大。
换向火花既造成了换向器的电腐蚀，还是一个无线电干扰源，会对周围的电器设备带来有害的影响。
电机的容量越大、转速越高，问题就越严重。
所以，普通直流电动机的电刷和换向器限制了直流电动机向高速度、大容量的发展。
在交流电网上，人们还广泛使用着交流异步电动机来拖动工作机械。
交流异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便。
但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。
其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，轻载时尤甚，这大增加了线路和电网的损耗。
长期以来，在不要求调速的场合，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，异步电动机占有主导地位，当然这类拖动中，无形中损失了大量电能。
过去的电力拖动中，很少采用同步电动机，其主要原因是同步电动机不能在电网电压下自行起动，静止的转子磁极在旋转磁场的作用下，平均转矩为零。
人们亦知道变频电源可解决同步电动机的起动和调速问题，但在70年代以前，变频电源是可想而不可得的设备。
所以，过去的电力拖动中，很少看到用同步电动机作原动机。
在大功率范围内，偶尔也有同步电动机运行的例子，但它往往是用来改善大企业的电网功率因数。
城市轨道交通永磁牵引电机研发应用方案(一)
城市轨道交通永磁牵引电机研发应用方案一、实施背景随着城市化进程的加速，城市轨道交通作为绿色、高效的交通方式受到了广泛的关注。
牵引电机作为城市轨道交通的核心部件，其性能直接关系到列车的安全、稳定与节能。
当前，城市轨道交通牵引电机主要由异步电机和直流电机组成，但两者均存在一定的弊端。
异步电机效率低、能耗大；直流电机则需要定期维护和更换碳刷和换向器，且容易产生无线电干扰。
因此，研发永磁牵引电机成为当前的一大趋势。
二、工作原理永磁牵引电机是一种利用永磁体产生磁场的电机。
它主要由定子、转子和轴承组成。
定子由导磁材料制成，用于产生磁场；转子由导电材料制成，用于产生动力；轴承则用于支撑转子。
在运行过程中，定子中的导磁材料产生变化的磁场，与转子中的永磁体相互作用，产生转矩。
由于使用了永磁体，该电机具有高效、节能、使用寿命长的特点。
三、实施计划步骤1.需求分析：明确城市轨道交通牵引电机的需求，包括功率、速度、稳定性、维护周期等。
2.理论研究：研究永磁牵引电机的设计理论，包括磁场分布、转矩产生机制、效率分析等。
3.样品设计：根据理论分析，设计永磁牵引电机的样品。
4.实验测试：对样品进行实验测试，包括空载试验、负载试验、稳定性试验等。
5.优化改进：根据实验结果，对样品进行优化改进，提高性能。
6.工业化生产：当样品性能达到预期后，进行工业化生产。
四、适用范围该研发应用方案适用于城市轨道交通中的列车牵引系统。
不仅可以用于新建线路，也可以用于既有线路的改造。
五、创新要点1.采用了新型的永磁材料，提高了电机的效率和性能。
2.优化了电机设计，降低了电机的体积和重量，提高了功率密度。
3.采用了先进的生产工艺，保证了电机的质量和稳定性。
六、预期效果1.提高电机的效率，预计节能20%以上。
2.减少电机的维护次数，延长使用寿命30%以上。
3.提高列车的稳定性和舒适度。
4.降低列车的噪音和无线电干扰。
5.提高列车的运行速度和安全性。
6.降低列车的能耗和碳排放。
DC750V永磁同步牵引系统在地铁车辆上的应用
电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
DC750V 永磁同步牵引系统在地铁车辆上的应用
陆远基 ( 株 洲 中 车 时 代 电 气 股 份 有 限 公 司 轨 道 交 通 技 术 中 心 湖 南 省 株 洲 市 412 001 )
摘 要 ：本文 介 绍 北 京 地 铁 8 号 线 D C 750V 永磁同步牵引系统方案以及相关的试验结果= 永磁牵引系统运行情况良好，节能效果突出， 在首都地区的示范应用对永磁同步牵引技术的推广具有重大意义。
关 键 词 ：北 京 地 铁 8 号线；永磁同步牵引系统；永磁电机；D C 750V
地铁车辆电气牵引系统是地铁车辆的重要组成部分，是列车运
221
1 . 2 牵引逆变器
3. 2 永磁同步牵引系统各部件地面试验验证
关键零部件进行了地面可靠性试验。如对隔离接触器进行了完 整的可靠性 试 验 与 2 0 万次开关的长时间可靠性考核，最终验证该 接触器满足运营的应用要求。
完成样机试制后，各部件迅速幵展了型式试验验证。部件型式 试验以及系统组合试验都顺利完成，试验结果合格，取得第三方试 验报告。
压 大 电 流 的 能 力 ， 故 障 工 况 下 ，可 快 速 的 实 现 牵 引 逆 变 器 和 永 磁 同 步牵引电机的隔离，避免因永磁同步牵引电动机反电势而造成故障 扩 大 化 ，损坏设备。 1. 4 传动控制单元
参考文献 [1] 解 培 金 ，刘 卓 ，闫 磊 ，陈 文 光 .沈 阳 地 铁 二 号 线 车 辆 永 磁 同 步
表 3 : 系统差异点
序号 2
4 6
项点
地铁列车永磁同步电机
地铁列车永磁同步电机
地铁列车永磁同步电机是现代地铁列车中的重要部件，能够提供
强大的动力和高效的能源利用率。
永磁同步电机是一种基于永磁体的
交流电机，其磁场是由永久磁铁产生的，与电机转子上的截面上输入
的交流电流产生的磁场进行同步。
通过使用永磁同步电机，地铁列车能够实现更高的加速度和更快
的运行速度，同时减少电能损失。
这是因为永磁同步电机的磁场很强，并且不需要消耗能量来产生。
此外，它还具有高效的转换率和良好的
控制性能，因此在地铁列车中得到了广泛应用。
总的来说，地铁列车永磁同步电机是一项技术创新，它不仅提高
了地铁列车的性能，也对环境产生了积极的影响。
电机在轨道交通设备中的应用有哪些新特点
电机在轨道交通设备中的应用有哪些新特点随着科技的不断进步，轨道交通行业得到了迅猛的发展。
电机作为轨道交通设备中的核心部件之一，其应用也呈现出了许多新的特点。
这些特点不仅提升了轨道交通的运行效率和安全性，还为乘客带来了更加舒适的出行体验。
一、高效能与节能化在当今注重能源节约和环境保护的大背景下，轨道交通设备中的电机越来越追求高效能和节能化。
新型电机采用了先进的电磁设计和材料技术，有效地降低了能量损耗。
例如，永磁同步电机由于其高效率、高功率密度等优点，在轨道交通领域得到了广泛的应用。
与传统的异步电机相比，永磁同步电机在相同的输出功率下，能够显著降低能耗，提高列车的续航里程。
同时，通过优化电机的控制策略，如采用矢量控制、直接转矩控制等技术，能够更加精确地控制电机的运行状态，使其在不同的负载条件下都能保持高效运行。
此外，再生制动技术的应用也是电机节能的一个重要方面。
在列车制动过程中，电机能够将列车的动能转化为电能并回馈到电网中，实现能量的回收利用，进一步降低了轨道交通系统的整体能耗。
二、小型化与轻量化为了提高轨道交通车辆的空间利用率和运行速度，电机的小型化和轻量化成为了重要的发展趋势。
新型材料的应用，如高强度的铝合金、钛合金等，以及先进的制造工艺，如 3D 打印技术，使得电机的结构更加紧凑，重量更轻。
小型化的电机不仅减少了车辆的自重，降低了运行成本，还为车辆内部提供了更多的空间，方便了设备的布置和乘客的乘坐。
同时，轻量化的电机还能够降低车辆的轴重，减少轨道的磨损，延长轨道的使用寿命，降低维护成本。
三、智能化与自动化控制随着信息技术的飞速发展，轨道交通设备中的电机控制也越来越智能化和自动化。
通过传感器采集电机的运行参数，如转速、转矩、温度等，并将这些数据传输到控制系统中，实现对电机的实时监测和诊断。
智能化的控制系统能够根据列车的运行状态和路况，自动调整电机的输出功率和转速，确保列车的平稳运行和精确停靠。
例如，在列车启动和加速阶段，控制系统能够提供足够的动力；在列车匀速运行阶段，能够保持电机的高效运行；在列车减速和制动阶段，能够实现能量的回收。
地铁列车永磁同步牵引系统的应用与研究
地铁列车永磁同步牵引系统的应用与研究大连地铁集团有限公司辽宁大连116001摘要：随着轨道交通的快速发展，当前在国内外许多国家都使用了永磁同步牵引系统，这也充分地说明了该系统的优势，要想更好地应用永磁同步牵引系统，就应当进行全面地分析和研究，才能更好地使用，进而全面提高地铁列车的运行安全，促进相关技术不断发展和创新。
关键词：地铁列车；永磁同步；牵引系统；应用；分析随着我国经济的腾飞，促进了社会的不断发展，在社会快速发展的过程中，加快了我国的城市化发展进程，就目前的情况来看，城市道路交通面临着巨大压力，在这样的情况下城市轨道交通的发展，有效地缓解了城市交通压力。
当前我国已经进入了城市轨道交通快速发展时期，许多城市都建成了城市轨道交通系统，城市轨道交通虽然有效地缓解了城市交通问题，但其运营压力也越来越大，所承担的任务也在不断加重，尤其在国家碳达峰、碳中和重大战略决策部署背景下又对城市轨道交通系统提效节能方面提出了新的要求。
为了更好地实现可持续发展，，地铁车辆使用永磁同步牵引系统，就具有非常明显的优势了，其结构比较简单，响应速度非常快，能够更好地满足轨道交通环保绿色和安全可靠的发展趋势要求，同时也是行业和未来技术的主要发展方向，所以因此受到了广泛关注。
随着永磁材料性能不断地优化提升，相关的控制算法也在不断地优化，这很大程度地促进了该系统的广泛应用，进而成为了牵引系统的主要发展方向。
永磁同步牵引系统具有高效率和低速大扭矩的优势，还有节能和低噪音的特点，在实际使用中整车可以节能 10% - 30%，可以提高效率 3%- 4%。
基于这些使用优势，应当对该系统进行充分地研究，才能更好地应用。
1优势分析永磁同步系统在品质和控制特性方面有非常显著的优势，主要体现在以下几个方面。
1.1 轻量化优势分析随着技术的发展创新，部件小型化和轻量化是未来发展的必然趋势，地铁列车如果可以做到整车的小型化、轻量化，就可以减小运行风阻，很大程度地降低损耗。
永磁牵引系统在城市轨道交通应用
永磁牵引系统在城市轨道交通应用摘要：永磁牵引系统作为一种新型的动力系统，在城市轨道交通中应用越来越广泛。
本文首先介绍了永磁牵引系统的基本原理和特点，然后探讨了其在城市轨道交通中的应用，包括地铁、轻轨等不同类型的交通工具。
接着对比分析了永磁牵引系统和传统电阻制动系统的优缺点，并提出了未来永磁牵引系统的发展方向和应用前景。
最后本文总结了永磁牵引系统在城市轨道交通中的应用价值和优势，以及存在的问题和挑战。
关键词：永磁牵引系统；城市轨道交通；应用价值0 引言随着城市轨道交通的不断发展，电力机车作为其核心动力系统，对于城市轨道交通的安全、可靠、高效运行至关重要。
然而，传统的电力机车存在能量利用效率低、噪音大、维护成本高等问题，限制了城市轨道交通的发展。
随着新能源技术的不断推进和发展，永磁牵引系统逐渐成为一种新型的动力系统，其具有高效率、小体积、低噪声等优点，逐渐被应用于城市轨道交通中。
本文旨在对永磁牵引系统在城市轨道交通中的应用进行深入探讨，包括其基本原理和特点、在不同类型交通工具中的应用、与传统电阻制动系统的比较、未来的发展趋势和应用前景、以及存在的问题和挑战。
本文旨在为城市轨道交通的发展提供参考和借鉴，促进城市轨道交通向更安全、更高效、更环保的方向发展。
1 永磁牵引系统的基本原理和特点1.1 永磁牵引系统的基本构成永磁牵引系统是由永磁体、电机、电力电子器件、控制器等多个组成部分构成的动力系统。
其中，永磁体产生的磁场是永磁牵引系统的核心部分，它可以替代传统电磁铁，减小电机的体积和重量，提高电机的输出功率。
电机是永磁牵引系统的关键组成部分，它将电能转换成机械能，并通过传动装置将能量传递到车轮上，驱动车辆行驶。
电力电子器件是永磁牵引系统中的重要组成部分，它负责控制电机的转速和转向，并将电池供电的直流电转换成电机所需要的交流电。
控制器是永磁牵引系统的“大脑”，它通过对电机的控制和调节，实现对车辆的加速、制动和停车等动作。
请简述永磁同步电机的应用现状及发展趋势
请简述永磁同步电机的应用现状及发展趋势永磁同步电机是一种使用永磁体作为转子的电机,具有高效、低噪声、低能耗等特点,因此在各个领域得到了广泛应用,例如汽车、航空、轨道交通、工业自动化等。
目前,永磁同步电机的应用现状呈现出以下几个方面的发展趋势:
1. 智能化:随着人工智能和机器学习技术的发展,永磁同步电机的智能化程度越来越高。
例如,可以通过智能化控制来实现自适应负载调节、自适应电机控制等功能。
2. 高温环境:永磁同步电机在高温环境下的应用越来越广泛。
例如,在航空航天领域,永磁同步电机可以用于高速飞行的飞行器,在高温、高压环境下运行。
3. 高速率:永磁同步电机的高速率性能越来越重要。
例如,在高速轨道交通领域,永磁同步电机可以实现较高的牵引力和速度控制。
4. 节能环保:永磁同步电机的节能环保性能越来越突出。
例如,在工业自动化领域,永磁同步电机可以通过优化电机控制,实现减少能源消耗的目的。
5. 小型化:永磁同步电机的小型化趋势也越来越明显。
例如,在移动设备和嵌入式系统领域,永磁同步电机可以实现小型、紧凑的设计。
未来,永磁同步电机将朝着智能化、高温环境、高速率、节能环保和小型化等方向发展,应用前景更加广阔。
天津地铁车辆永磁电机应用研究
天津地铁车辆永磁电机应用研究发表时间：2019-05-08T10:45:42.673Z 来源：《防护工程》2019年第2期作者：吴涛[导读] 永磁同步牵引系统具有能耗低、噪音小的明显优势，符合绿色节能地铁的发展需求，值得进一步的研究探索。
天津市地铁下铁道运营有限公司天津 300000 摘要：文章介绍了永磁电机在天津地铁6号线车辆应用情况，对技术方案、安全性及性能验证、节能效果进行了详细论述，并提出了后续运用中需要注意的问题。
关健词：地铁车辆；永磁电机；永磁传动系统1、引言在轨道交通领域，永磁牵引系统以其体积小、重量轻、效率高、功率密度高的特点，近年来发展迅速。
从世界范围来看，阿尔斯通、庞巴迪等车辆厂生产的轨道交通永磁同步牵引列车已在法国、日本、瑞典、土耳其等国家轨道交通中获得成功运用，国内沈阳地铁2号线、长沙市轨道交通1号线也已开展相关试验工作。
为进一步实现绿色地铁、节能减排的目标，天津地铁6号线车辆开展了永磁牵引装车试验，目前已成功实现正线载客运营。
2可行性及经济性分析性能上，相比目前大量运用的异步电机牵引系统，永磁电机牵引系统无须励磁电流，相同空间和重量情况下，永磁同步电机比普通交流异步电机功率更大、效率更高，且发热较小，可实现全封闭设计（降低噪声，较少维护），并可实现电机直接驱动轮轴的直驱系统，具体对比如表2-1所示。
表2-1 永磁牵引系统技术特点及优势经济性上，由于永磁材料成本的问题，永磁同步牵引系统的初期采购成本较高。
但在后续运用过程中，根据技术测算及以往项目经验，在实现同等牵引性能条件下，车辆运营能耗较现有异步牵引系统综合节能10％以上。
具体对比如表2-2所示。
表2-2 永磁牵引系统经济性分析3方案设计此次试验为既有车改造，将6号线645车原有异步传动系统改造为采用VVVF逆变器-永磁同步牵引电动机构成的交流电传动系统。
各动车直流侧采用架控方式，电机侧采用轴控方式。
牵引主电路采用两电平电压型直—交逆变电路。
城市轨道交通永磁牵引电机研发应用方案(二)
城市轨道交通永磁牵引电机研发应用方案一、实施背景随着中国城市化进程的加速，城市轨道交通作为绿色、高效的交通方式，日益受到人们的青睐。
然而，城市轨道交通的运行需要大量的电力，其牵引电机作为核心设备，对于提高能源利用效率、降低运营成本具有至关重要的作用。
近年来，永磁牵引电机因其高效率、低能耗的优势，逐渐成为城市轨道交通行业的研究热点。
本方案旨在推动城市轨道交通永磁牵引电机的研发与应用，为城市轨道交通的可持续发展提供技术支持。
二、工作原理永磁牵引电机是基于电磁学原理，利用永磁体的磁力来驱动转子的电动机。
其工作原理主要是通过永磁体产生恒定的磁场，与转子中的导电流体相互作用，产生转矩，从而驱动电机转动。
相较于传统异步电机，永磁牵引电机具有更高的效率和更低的能耗。
同时，由于采用了永磁体，电机无需定期更换电刷，减少了维护成本和停机时间。
三、实施计划步骤1.研发团队组建：组织电气工程、机械设计、材料科学等相关领域的专业人员，组建研发团队。
2.技术调研：收集国内外关于永磁牵引电机的相关研究资料，对当前技术的优缺点进行深入分析。
3.设备选型与设计：根据技术调研结果，选择合适的永磁体、导电流体等材料，进行电机设计。
4.样品制作与测试：制作永磁牵引电机的样品，对其进行各项性能测试，如效率、转矩、耐久性等。
5.现场试验：在城市轨道交通的现场进行试验，收集实际运行数据，对电机性能进行评估。
6.改进与优化：根据试验结果，对电机的设计进行改进和优化，以提高性能和稳定性。
7.推广应用：将改进后的永磁牵引电机应用于城市轨道交通线路，进行大规模推广和应用。
四、适用范围本方案适用于城市轨道交通中的列车牵引、辅助电源系统等领域。
通过研发和应用永磁牵引电机，可大幅提高城市轨道交通的能源利用效率，降低运营成本，同时减少对环境的影响。
五、创新要点1.采用了先进的永磁体材料：选用高性能的稀土永磁材料，具有更高的磁能积和稳定性。
2.优化了电机设计：通过计算机辅助设计，对电机结构进行优化，提高了电机的效率和可靠性。
永磁牵引电机在轨道交通车辆的应用与发展
永磁牵引电机在轨道交通车辆的应用与发展作者：李莹黄康来源：《中国科技纵横》2017年第10期摘要：描述了永磁牵引电机的技术优势及对于轨道交通车辆的意义，介绍了当前国内外的技术现状，然后讲述了永磁电机牵引系统的技术特点并分析了与异步牵引电机相比的性能优势，最后展望了永磁牵引电机的发展趋势。
关键词：永磁；牵引电机；轨道交通车辆；能耗中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0086-011 永磁牵引电机电机是机电能量交换的装置，而能量的交换都是通过电机定子磁场与转子磁场交互作用进行的，因此磁场是电机进行机电能量交换的核心。
根据电机励磁方式的不同，可以将电机分为永磁体励磁电机（简称永磁电机）与电励磁电机。
19世纪初，法拉第发明的世界上第一台电机就是永磁电机，但当时采用的永磁材料是铁磁材料，磁能积不高，很快被后来居上的电励磁电机所取代。
进入20世纪后半叶，随着磁能积高、矫顽力强的稀土永磁材料的发展，永磁电机又逐渐回到了大家的视野。
尤其是钕铁硼材料的发展与应用，有效降低了稀土永磁材料的成本，使得稀土永磁电机开始在工业与民用领域大规模应用，促进了永磁电机的长足发展。
永磁牵引电机是当前轨道交通牵引系统技术研究的热点，是业界公认的下一代牵引电机发展方向。
2 国内外技术现状（1）国外技术发展现状。
法国阿尔斯通分别为低地板轻轨车辆和AGV高速动车组开发了120kW和720kW全封闭永磁同步电机。
装有2个转向架的永磁同步牵引系统在2007年帮助阿尔斯通创造了574.8km/h的世界铁路第一速[1]。
庞巴迪装有永磁同步电机牵引系统的车辆已在瑞典的Stockholm与Vasteras之间运行，采用MTRAC自通风永磁同步电机，额定效率可达97.1%，相比异步电机提高3.5%。
德国西门子为地铁列车开发了直驱式永磁牵引电机，取消传动齿轮箱，帮助转向架将轴距由2.5m降低至1.6m，系统效率提高3%，噪声减低15dB。
轨道交通中永磁同步电机控制关键技术研究
轨道交通中永磁同步电机控制关键技术研究一、本文概述随着现代城市交通的快速发展，轨道交通以其运量大、速度快、准时性高等特点，成为了城市公共交通的重要组成部分。
而永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）作为轨道交通系统中的关键设备，其性能直接决定了列车的运行效率和乘客的乘坐体验。
因此，对永磁同步电机控制技术的研究具有重要意义。
本文旨在探讨轨道交通中永磁同步电机控制的关键技术，包括电机控制策略、调速技术、故障诊断与预测等方面。
通过对现有技术的梳理和分析，结合轨道交通的实际情况，提出相应的优化和改进方案。
本文旨在通过深入研究永磁同步电机的控制策略，为轨道交通的高效、安全、可靠运行提供理论支持和技术保障。
具体而言，本文首先介绍了永磁同步电机的基本原理和特点，然后详细分析了轨道交通中永磁同步电机的控制策略，包括矢量控制、直接转矩控制等。
在此基础上，对调速技术进行了深入研究，探讨了如何通过优化调速算法提高电机的运行效率和稳定性。
本文还对永磁同步电机的故障诊断与预测技术进行了探讨，旨在通过实时监测和预警，提高轨道交通系统的可靠性和安全性。
通过本文的研究，可以为轨道交通中永磁同步电机的控制提供理论依据和技术支持，推动轨道交通技术的持续发展，为城市公共交通的便捷、高效、安全做出积极贡献。
二、永磁同步电机的基本原理与数学模型永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场的同步电机。
它结合了传统同步电机的优点和永磁材料的高磁能积特性，具有高效率、高功率密度、低噪音和低维护成本等特点，因此在轨道交通领域得到了广泛应用。
永磁同步电机的基本原理是基于电磁感应和磁场相互作用的。
当电机定子中通入三相交流电时，定子绕组产生的旋转磁场会牵引转子永磁体磁场同步旋转，从而驱动电机转动。
通过控制定子电流的频率和相位，可以实现电机的精确控制。
为了深入研究永磁同步电机的控制技术，需要建立其数学模型。
轨道交通永磁同步牵引电机应用研究
轨道交通永磁同步牵引电机应用研究摘要永磁同步电机由于其高效率，高功率因数，体积小，重量轻，高功率密度，启动转矩大和更好的动态性能，可实现无齿轮箱的直接驱动动，在轨道交通牵引系统的应用日益引起国内外同行业的关注；随着永磁材料和电力电子技术的发展，永磁电机在轨道交通牵引系统的研究与应用日益广泛。
关键词永磁同步电机；结构特点；研究应用；发展1 永磁同步电机的结构及其特点永磁同步电机工作的核心部分是永久磁场，该磁场由磁铁产生。
电动机主要由三个部分组成，分别是定子、转子以及端盖。
同步电动机中的定子与异步电动机的工作原理是相似的，定子主要包括铁心和线圈两个部分。
线圈的转动是产生磁场的根本原因，线圈的高速旋转使得三相交流电的应用成为可能。
转子的基本结构分转子铁芯，轴，永磁体。
同步电动机区别于一般电动机的主要部分是永磁体，永磁体位于转子中，不同永磁体的结构差异很大，导致市场上各种电动机在性能、控制系统以及应用范围方面也有比较大的差异。
永磁电机的特点是只要转子旋转，那么它会在定子叠片组中和转子磁钢保护套里产生与速度有关的涡流。
速度越高，涡流越大，从而产生大量的热。
如果该热量不能快速散发，就会导致磁钢保护套的温度急剧升高。
使永磁体内部结构发生变化，从而导致永磁体退磁，影响永磁电机的性能。
另外，逆变器供电存在谐波电流，其高次谐波电流产生的高次谐波磁场会在永磁体内产生涡流损耗，如果温度超过最高工作温度将产生退磁。
为此要充分考虑电机的散热问题，合理的设计电机的定子槽型，尽量减少合成磁场的谐波，逆变器设计与控制要考虑减少谐波电流[2]。
同时，合理设计通风散热系统，以便达到快速散热的要求。
2 轨道交通永磁同步牵引电机研究应用永磁同步电机相对异步电机而言具有效率高、功率因数高、体积小、重量轻、可实现直接驱动、可实现全封闭结构、噪音低、维修量小等的优点，已成为高速铁路和城市轨道车辆牵引电机又一个新的发展方向[3]。
国外在这方面的研究与应用上已取得了可喜的成果例如：1）阿尔斯通分别为低地板车辆和AGV高速动车组开发了120kW和720kW 全封闭永磁同步牵引电机。
永磁同步电机在城际轨道交通应用可行性研究
1（广东珠三角城际轨道交通有限公司，广东广州 510308）摘要：我国城际轨道交通建设规模持续扩大，在碳中和的大背景下，城际轨道交通日益增长的能源需求使城际轨道交通能耗问题愈加凸显，基于永磁同步电机的牵引传动系统有利于实现列车的高效节能。
本文从铁道牵引的观点出发，对永磁同步电机和异步牵引电机进行比较，介绍了国内外轨道交通永磁同步牵引系统的发展现状，为城际轨道交通采用永磁同步电机这一节能新技术提供参考。
关键词：轨道交通；碳中和；永磁同步电机；牵引传动何兴隆：永磁同步电机在轨道交通领域应用综述11引言我国城际轨道交通、高速铁路建设规模持续扩大，截至2022年年末，我国铁路营业里程达到15.5万公里，同时动车保有量超过4000组[1]。
在碳中和的大背景下，城际轨道交通日益增长的能源需求使城际轨道交通能耗问题愈加凸显，牵引传动系统是动车组实现机电能量转换的“心脏”单元，其性能在某种程度上决定列车的动力品质、能耗和控制特性，也影响着列车的经济性、舒适性与可靠性，因而是节能升级的关键系统。
动车组列车采用交流传动系统,主要部件包括受电弓、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机和齿轮传动等,其中牵引变流器由单相三电平脉冲整流器、中间直流电路、三电平逆变器、真空交流接触器等主电路设备以及牵引控制装置、控制电源等设备组成[2]。
其中牵引电机采用三相鼠笼式异步电机，由定子、转子、轴承和通风系统组成,并采用转向架架悬的方式与车体连接。
世界轨道交通牵引系统的第一代是直流电机牵引系统，第二代是起步于20世纪70年代的交流异步电机牵引系统，也是当前的主流技术，而永磁同步牵引系统由于具有损耗低、效率高、启动特性好、加速能力强、噪声低等显著优势，代表了未来提倡节能减排、绿色环保的技术发展趋势，成为下一代牵引系统的发展方向。
文章从轨道交通的角度将永磁同步电机与异步电机进行比较，并对国内外永磁同步电机在交通领域的应用现状进行了总结。
2永磁同步电机特点永磁同步电机是靠装在转子上的永久磁铁产生磁场的同步电动机。
永磁同步电机在轨道交通发展概况及应用
二、国内外研发概况
二、国内外研发概况
试用结果显示,电机效率比异步电机提高了 3%～4%;噪声级比IEC规定的限值降低了3～ 7dB(A);体积比异步电机减少了30%;质量比异 步电机减少30%。节能15%；
3.2短路电流
3.3主电路、轴控方式
3.4制造工艺
3.5不可逆退磁
参考文献
1. IEC60349_4_与电子变流器连接的永磁同步电机_标准介绍; 2. 地铁车辆永磁同步牵引系统粘着控制研究; 3. 地铁车辆用JD155永磁同步牵引电动机的设计; 4. 地铁车辆用永磁同步牵引电动机地面试验研究; 5. 轨道交通永磁同步牵引系统的发展概况及应用挑战; 6. 基于无位置传感器的永磁同步电机带速度重新投入控制算法研究; 7. 全封闭永磁同步牵引电动机冷却系统设计; 8. 沈阳地铁二号线车辆永磁同步牵引系统; 9. 新型永磁同步电动机离线电感测量方法; 10.永磁同步电机的气隙磁场研究及电机特性仿真; 11.永磁同步牵引电动机的特殊性; 12.永磁同步牵引电动机温度场仿真分析;
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13 车载永磁发电机的研制; 14城市轨道交通永磁同步牵引系统; 15轨道交通领域最大功率永磁同步牵引电动机研制成功; 16基于Ansys的永磁同步电机电磁场有限元分析; 17模糊变结构电动车驱动IPM永磁同步电动机直接转矩控制; 18全封闭永磁同步牵引电动机冷却系统设计; 19日本铁路机车车辆传动用永磁同步电动机的研发概况; 20实心转子永磁同步电动机的动态转子参数及起动特性的计算; 21铁道车辆牵引系统用永磁同步电机比较; 22新干线牵引永磁同步机和异步机的比较; 23永磁电机在铁路机车牵引领域的应用; 24永磁牵引电动机的失磁故障分析及预防措施; 25永磁同步传动系统的应用概况; 26永磁同步电机场路结合设计计算; 27永磁同步电机传动系统在电动车辆上的应用; 28永磁同步电机传动系统在电动车辆上的应用; 29永磁同步电机在铁道牵引领域中的应用; 30直接驱动式牵引电机的特点及应用; 31轨道交通永磁同步牵引系统研究 32永磁同步电机作为机车牵引电机的应用现状及前景; 33庞巴迪运输公司获得R_gio2N电动车组订单;
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3.1反电势 解决方法：
目前反电势的选择主要有2种技术路线： ① 以西门子和阿尔斯通为代表，采用表面式永磁同步电机，选择相对较高的反 电势，从系统和控制策略的角度解决反电势对系统带来的影响； ② 以日本和庞巴迪为代表，选择低反电势的永磁磁阻电机，在降低永磁同步电 机反电势的同时提高凸极率(ρ=Lq/Ld)，充分利用磁阻转矩，从电机的角度 解决反电势对系统的影响 针对城市轨道交通选择反电势相对较高的永磁同步电机。 对于干线高速列车选择反电势相对较低的设计方案
二、国内外研发概况
庞巴迪Zefiro-380高速列车效果图
二、国内外研发概况 捷克（斯柯达）
二、国内外研发概况 中国（南车）
2003 2009
2011
永磁同步牵引 系统设计 控制策略
地铁样机试制
装车样机组合试验
实验平台搭建
沈阳地铁二号线
二、国内外研发概况
三、发展前景及面临的主要问题
RMT17
RMT19
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二、国内外研发概况
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二、国内外研发概况
二、国内外研发概况
二、国内外研发概况
二、国内外研发概况 德国
1997年和1998年，Siemens公司曾以ＩＣＥ３高速列车的要求和技术规格为 基础开发了抱轴式直接驱动永磁同步电机，采用独立车轮、由无齿轮箱的轻 型大功率（500 kW）电动机驱动的系统。 不伦瑞克 （Braunschweig） TFSM 永磁体在定子中 磁通方向横于 旋转方向 Starnbeng磁 性电机公司 PMSM 永磁体在转子中 磁通方向垂直于 旋转方向
在法国,永磁牵引电机已经开发用于轻轨和高速列车。 法国阿尔斯通公司开发了永磁牵引电机系统样机，应用在荷兰西南部港口城 市鹿特丹(Rotterdam)的Citadis型低地板轻轨车辆和动力分散的360 km/h 高速列车AGV上。
二、国内外研发概况
二、国内外研发概况
试用结果显示,电机效率比异步电机提高了 3%～4%;噪声级比IEC规定的限值降低了3～ 7dB(A);体积比异步电机减少了30%;质量比异 步电机减少30%。节能15%；
永磁同步电机在轨道交 通发展概况及应用
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永磁同步电机在轨道交通发展概况及应用
1.永磁同步电机和异步牵引电机技术比较 2. 国内外研发概况 3. 发展前景及面临的主要问题
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一、永磁同步电机和异步牵引电机技术比较
1.1永磁同步电机的结构 1.2全封闭直接驱动永磁电机 1.3永磁同步电机的优点
1.2全封闭直接驱动永磁电机
1.2全封闭直接驱动永磁电机 Nhomakorabea1.2全封闭直接驱动永磁电机
①
②
③
④ ⑤ ⑥
《轨道交通永磁同步牵引系统的发展概况及应用挑战》
1.3永磁同步电机的优点
二、国内外研发概况
日本
德国
中国
法国
加拿大
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二、国内外研发概况
异步 额定功率/kw 质量/kg 效率 启动转矩 /kN.m 最大转速 r/min 冷却方式 500 750 91.5 3.2 5880 风冷
二、国内外研发概况
二、国内外研发概况
二、国内外研发概况
新一代永磁电机直驱传动电机牵引系统的西门子Velaro-D高速列车。 也就是传说中的ICE-4高速列车，时速达320千米/小时，预计节能 降耗可达20%以上。 在西门子阿尔兰根工厂生产总装的Velaro-D高速列车：
二、国内外研发概况 法国
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1.1永磁同步电机的结构
表面式
内置式
隐极 转动惯量小 无磁阻转矩 永磁体需保护层
凸极 鲁棒性高 有磁阻转矩 永磁体无保护层
1.1永磁同步电机的结构
1.2全封闭直接驱动永磁电机
直接驱动-永磁同步电机
直接驱动-异步牵引电机
齿轮传动-异步牵引电机
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1.2全封闭直接驱动永磁电机
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13 车载永磁发电机的研制; 14城市轨道交通永磁同步牵引系统; 15轨道交通领域最大功率永磁同步牵引电动机研制成功; 16基于Ansys的永磁同步电机电磁场有限元分析; 17模糊变结构电动车驱动IPM永磁同步电动机直接转矩控制; 18全封闭永磁同步牵引电动机冷却系统设计; 19日本铁路机车车辆传动用永磁同步电动机的研发概况; 20实心转子永磁同步电动机的动态转子参数及起动特性的计算; 21铁道车辆牵引系统用永磁同步电机比较; 22新干线牵引永磁同步机和异步机的比较; 23永磁电机在铁路机车牵引领域的应用; 24永磁牵引电动机的失磁故障分析及预防措施; 25永磁同步传动系统的应用概况; 26永磁同步电机场路结合设计计算; 27永磁同步电机传动系统在电动车辆上的应用; 28永磁同步电机传动系统在电动车辆上的应用; 29永磁同步电机在铁道牵引领域中的应用; 30直接驱动式牵引电机的特点及应用; 31轨道交通永磁同步牵引系统研究 32永磁同步电机作为机车牵引电机的应用现状及前景; 33庞巴迪运输公司获得R_gio2N电动车组订单;
德国 500 400 96.5 9 2300 全封闭水 冷
法国 720 730 97 O 1500 全封闭自 冷
加拿大 302 550 97.1 O O 自通风
日本 200 570 97 O 2550 全封闭自 冷
二、国内外研发概况
RMT1
RMT8、 RMT9、 RMT11
3.2短路电流
3.3主电路、轴控方式
3.4制造工艺
3.5不可逆退磁
参考文献
1. IEC60349_4_与电子变流器连接的永磁同步电机_标准介绍; 2. 地铁车辆永磁同步牵引系统粘着控制研究; 3. 地铁车辆用JD155永磁同步牵引电动机的设计; 4. 地铁车辆用永磁同步牵引电动机地面试验研究; 5. 轨道交通永磁同步牵引系统的发展概况及应用挑战; 6. 基于无位置传感器的永磁同步电机带速度重新投入控制算法研究; 7. 全封闭永磁同步牵引电动机冷却系统设计; 8. 沈阳地铁二号线车辆永磁同步牵引系统; 9. 新型永磁同步电动机离线电感测量方法; 10.永磁同步电机的气隙磁场研究及电机特性仿真; 11.永磁同步牵引电动机的特殊性; 12.永磁同步牵引电动机温度场仿真分析;
SNCF
2009年10月，法国国家铁路公司（SNCF）向 ALSTOM订购了100列装有永磁同步牵引系统的区 域火车，第一批车将于2013年交付。
二、国内外研发概况
二、国内外研发概况
庞巴迪
Zefir-380
常规齿轮传动 MTRAC自通风 ECO4/超节能技术 效率可提高3.5% 总体节能50%
瑞士 Stockholm与 Vasteras 法国国营铁路公司 （SNCF） 中国铁道部