防爆电动车用三种牵引电机的性能比较

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机 械 工 程 与 自 动 化
本文 将 介绍永 磁 无 刷 直 流 电机 、永 磁 同 步 电 机 和 交流 感应 变 频 电机 的特点 ，并 比较 了各 自的综 合性 能 。 １ 永 磁 无 刷 直 流 电 机
永磁 无刷 直 流 电机 （ＢＬＤＣＭ）从 气 隙磁 场 空 间分 布形 式来 看 ，有方 波和 正 弦波之 分 ，方 波 磁场无 刷 直 流 电机 的机 械特 性 和调节 特性 与 直流 （有刷 ）电机十 分相 似 ，只不 过永 磁无 刷 直 流 电机 用 转 子 位 置 传感 器 替代 了有 刷直 流 电机 电刷 ，用 电子开 关代 替 了机械 换 向器 。 ＢＩ ＤＣＭ 具有 直流 有刷 电机 的特 征 ，通 过 发 出 电 流 给 定 指令 ，经 过 电流 闭 环 ，输 出 ＰＷ Ｍ 高 频 高 压脉 冲 波 ， 连续 平缓 地 调节 定子 绕 组 上 的端 电 压 ，间接 地 控 制 了
中 图分 类 号 ：ＴＭ３３：ＴＭ ３４
文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言 矿 用 电驱 动车 经 常 处 于 车辆 启 动 、加 减 速 换 档 以
及 刹 车这 ３种 工 况 下 。牵 引 电机 是 电驱 动 车 的 动 力 源 ，电机 的启动 转矩 、过 载倍 数 、温升 与效 率 、变频情 况 下 的机 械工 作 特性 、四象 限 运 行 时 的 电 流与 转 矩 的微 观 状态 等几 个 因素 直接 影 响着车 辆 的传动 性 能 。在 过 去 几 十年 ，各 种 矿用 电机 车 或者 电牵 引输 送 车 的 动 力 源 绝大 多数 都采 用 直流 电机 或 者 交 流 感 应 电 机 ，这 些 通 用 电机 占据 了煤机 市 场 的半 壁 江 山 。通 用 电机适 用 于恒 定 或者 周期 性 的机 械 负 载 ，但 是 电动 车 辆 随 着 路 面 的颠 簸或 者 司机驾 驶 习惯 的不 同 ，负 载 具 有 非 周 期 性 特征 ，负荷 随 机性较 大 ，通用 电机 的最 佳工 作效 率 区 利用 较少 ，影 响 了 电机 的 输 出转 矩 大 小 ，匹 配性 较 差 ； 此外 ，电驱动 车 大部 分 时 间在 低 速 大 扭 矩 和 高 速 小 扭 矩 两 种状 态 之 间频 繁 切 换 ，通 用 电机 在 这 种 工 况 下输 出 功率很 难 发挥 ，此 时 司机 操控 车辆 会感 觉 到不舒 适 ， 影 响 了车辆 的操 控性 能 。
图 １ ２２ ｋＷ 永 磁 无 刷 直 流 电 机
正 弦波 永磁 无 刷 直 流 电机 的定 子 嵌 入 三 相 Ｙ 接 正 弦波绕 组 ，与感 应 电动机 相 似 ，永 磁 体 也是 Ｎ—Ｓ相 间安 装在 转 子铁 芯表 面或 插 人 转 子 铁 芯 中 ，在 气 隙 中 生成 正 弦波 磁场 ，当定 子绕 组 加 入 三 相 对 称 正 弦 波 电 流 后形 成旋 转磁 场 ，并与 转子 形成 的磁 场相 作用 ，产 生 电磁 转 矩 。 Hale Waihona Puke Baidu 种 电 机 实 质 还 是 永 磁 无 刷 直 流 电 机 （ＢＬＤＣＭ），只不过 它 的气 隙磁 场 分 布 是 正 弦 波 ，绕 组 电流是 三 相 正 弦 波 。这 种 电动 机 不 能 像 ＢＬＤＣＭ 一 样 ，仅 判别 转子 磁场 极性 就可 以控制 ，而需 要判 别 转子
防爆 电动车用 三种 牵 引电机 的性能 比较
刘 康 红
（太 重 煤 机 有 限 公 司 ， 山西 太 原 ０３００３２）
摘 要 ： 防爆 电 动 车 用 牵 引 电机 要 求 过 载 能力 大 、低 速 特 性 好 、 抗 扰 动 性 强 。介 绍 了永 磁 无 刷 直 流 电机 、永 磁
同 步 电机 和 交 流 感 应 变 频 电机 的特 点 ， 比较 了各 自的 综 合 性 能 ，得 出 了从 续 航 里 程和 高 效 性 来 考 虑 永 磁 无 刷
直 流 电 机 更 适 用 于 防爆 电 动 车用 驱 动 装 置 的 结 论 。
关 键 词 ： 防爆 电 动 车 ；永 磁 无 刷 直 流 电机 ；永 磁 同 步 电机 ； 交 流 感 应 变 频 电机
第 ３期 （总 第 １９６期 ） ２０１６年 ６ 月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨ ＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴＩ（）Ｎ
Ｎ Ｏ．３ Ｊｕｎ．
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文 章 编 号 ：１６７２—６４１３（２０１６）０３—０２２２—０２
定子 电流 ，由于 电机转 矩与 定子 电流 成正 比 ，所 以实现 了 电机转矩 的精确 控 制 。永 磁无 刷 电机在 每一 时 刻均 有 两 相绕 组通 电工 作 ，这 两 相 导 体 基 本 处 于定 转 子 生 成 的合成 磁场 平顶 直线 区域 ，并 作切 割磁 力线 运动 ，定 子 产 生 的电磁 场与 转子 产生 的 电磁场 基本 上处 于 正交 状 态 ，电机 绕组 的电流 几乎全 部 用于 产生 转矩 ，不像 感 应 电机 那样 还 需要 额 外 的定 子励 磁 分 量 ，其 功 率 因数 达 到 ０．９７以上 ，转 子 损 耗 几 乎 为 ０，永 磁 无 刷 直 流 电 机 的效 率基 本 能 达 到 ９８．４ ［１］。如 图 １所 示 为 长 治 市 胜龙 电机 技术 有 限公 司生 产 的 ２２ ｋＷ 防 爆 永 磁 无 刷 电机 。
收 稿 日期 ：２ｏ１５—０８一ｌＯ；修 订 日期 ：２ｏ１６—０３—２７ 作 者 简 介 ：刘 康 红 （１９８１一），男 ，ｔｈｉａ￣ ａ Ｘ ，助 理 工 程 师 ，本 科 ，主 要 从 事 煤 矿 综 采 电 气 自动 化 产 品 开 发 设 计 工 作 。
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