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时速400公里等级“永磁高铁”电机发布助力中国高铁新速度管家婆
时间: 2019-10-08

  中国高铁,再次跑出“新速度”。9月下旬,中国中车株洲电机公司向世界发布了时速400公里的高速动车组用

  这标志着我国高铁动力首次搭建起时速400公里速度等级的永磁牵引电机产品技术平台,填补了国内技术空白,为我国轨道交通牵引传动技术升级换代奠定了坚实基础。这也是中国高铁取得的又一项重大科研成果。

  据中车株洲电机公司牵引电机研究所副所长李广介绍,在经历了“直流”“交流”后,世界轨道交通车辆牵引技术正在朝3.0版的“永磁”驱动技术发展。这款永磁同步牵引电机的各项性能指标达到国际先进水平,将用于驱动我国重点研发项目——时速400公里跨国互联互通高速列车。那么,这台时速400公里永磁同步牵引电机究竟有何神奇之处?

  相比传统的异步牵引电机,“永磁”电机不但功率密度更高、马会最新跑狗图江西国际捐助赞比亚受灾群众获,效率更高,而且环境适应能力更强、全寿命周期成本也更低,具有更广阔的应用领域和市场前景。

  一开始我国的高铁列车用的电动机不是永磁电磁机,而是用通电线圈来替代“永磁”。其实无论是什么类型的电动机,只要是电动机,其主要的工作原理都是一样的,其原理都是所谓的安培力或者洛伦兹力。

  简单说,运动的电荷在磁场中会受到洛伦兹力的作用。对于任何一种电动机来说,都是需要供电的。供电以后时候会形成电流,电流在磁场中受到力的作用,这个力有一个专用的名称,那就是安培力(其本质上也是洛伦兹力)。

  高铁轨道上面安装有电线,这些电线就是给高铁的电动机供电的,有了电流以后,电动机才能工作。但光有电流是不够的,因为根据安培力的原理,还需要有磁场。

  磁场一般怎么产生的呢?有两种办法,一种是用电流产生磁场,这样的电动机不是永磁电动机(但也可以驱动高铁列车前进)。还有一种办法就是用永磁体来产生磁场,使用永磁体的电动机,就叫做永磁电动机。

  对于高铁列车来说,其电动机需要的产生的推力非常大,因此需要用到的磁场很强。在高铁用的永磁电动机中,一般采用磁场很强的稀土永磁材料——比如钕铁硼永磁体。

  稀土永磁材料是1983年左右由日本与美国的科学家发明的,这种材料在外界强磁场中充满磁,当外界强磁场撤走后,其自身会被磁化,而且保留下很强的剩余磁场,而且一般在300度以下的温度不会失去磁性,所以具有很广泛的应用前景。

  众所周知,所有电动机一般都分为两部分,分别叫做定子与转子。定子是固定不动,定子与电动机外壳相连。而转子则是会旋转的,这种旋转运动可以为外界提供动力。

  永磁电动机定子一般是铁,叫做定子铁芯,在定子铁芯上需要紧紧捆绑一些带绝缘皮的铜线,这些铜线是用来通大电流的——所以这相当于是一个电磁铁,当交流电通过铜线的时候,也会产生一个交变的磁场,而且这个磁场的方向是时刻变化的。永磁电动机转子安装有永磁体,这些永磁体会产生强磁场。

  电动机通电以后,外部的定子可以接入一个三相交流电,这最终会产生了一个以通电频率为角速度旋转的磁场!这个旋转的磁场会排斥转子上面的永磁体,使得转子以相同的角速度旋转,就这样电动机就能工作起来(这里面的工作原理就是老百姓熟悉的磁场的“同性相斥”)。因为永久磁铁转子随电磁铁产生的旋转磁场同步旋转,所以这样的电动机被称为同步电动机(对于高铁用的永磁同步电动机,一般是每秒转70转)。

  中车株洲电机公司开发的就是这种永磁同步电动机,相比传统的异步牵引电机,永磁同步电动机只需要给定子供电,转子不需要供电,所以能量利用效率更高。因为永磁体的虽然磁场强度比较强,但不像电磁铁那样会发热,所以可以减少整个电动机制冷的设备,同等功率下可缩小电动机的体积与重量,这也就减轻了高铁列车自身的重量,可以把运力腾出来多载乘客。

  “永磁高铁”电机的优点很多。它采用了全新的封闭风冷及关键部位定向冷却技术,已确保电机内部清洁并有效平衡电机各部件的温度;采用新型稀土永磁材料,有效解决永磁体失磁的难题;结合大功率机车和高铁牵引电机绝缘结构的优点,具备更高的绝缘可靠性。

  永磁电动机优点这么多,在研发过程会遇到哪些困难,它又是如何一步一步发展起来的?这主要得益于高磁场强度的永磁体的发展。像钕铁硼永磁体表面的磁场强度可以达到1特斯拉左右,这是地球磁场的20000倍。如此高性能的永磁体是1982年后才开始慢慢发展出来的,在最近10年里才开始用到电动机领域。

  另外一方面,什么牌子的棉衣质量好呢现场报码,永磁体在高温下是会消磁的,所以整个电动机的温度要维持在200度以下,高铁用的电动机,电磁铁的电流强度可以达到100多安培,根据焦耳定律,如果线欧姆,那么其发热功率是1万瓦特,相当于同时打开了50个电烙铁,其产生的热量是惊人的,如果不降温电动机马上会烧毁。

  因此,给整个电动机降温也是一项关键技术。对于高铁列车来说,单个永磁电动机的功率在700千瓦左右,如果降温失败,永磁铁会消磁(当温度高于居里温度就开始失去磁性),那么车厢就会失去动力。所以,关键部位的定向冷却技术非常关键,这些技术也不是一朝一夕就能攻克。

  另外,既然是同步电机,转子的旋转频率与交流电带动电磁铁的磁场变化频率是同步的。这里面就有一个从静止开始启动的问题。三相交流旋转磁场的速度很快,但电动机刚启动的时候,转子不可能马上就加速跟上磁场旋转的速度,所以一开始如何加速到同步阶段,对高铁来说也需要有一套专门的技术。

  最后,考虑到永磁电机的实际工作环境,设计整个电动机需要建立仿真平台,这需要用专业软件对电机进行系统仿真,最后才能优化整机的参数,管家婆彩图,使得整个电动机稳定可靠。而这些现代化的仿线多年才发展起来的。

  因为永磁电机噪音比较小,永磁电机不但可以用到高铁列车上,还可以用到海底潜艇中,这对提高我国的军事实力也大有裨益。这项技术的突破,也只是中国现代工业大发展中的一个缩影。

  据不完全统计,目前我国高铁已达2.5万公里,占世界高铁运营里程的2/3,至少50万人口以上的大城市基本上全部通高铁,约有3千多辆高铁日日夜夜在路上来回跑。这台时速400公里等级的永磁高铁电机研发成功,不仅填补了中国高铁技术的空白,也加快了中国高铁智能化、绿色化的发展进程,让世界再次见证中国智造和中国速度。


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