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试剖析永磁牵引电机

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发表于 2019-6-12 18:46:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 铁道游击队长 于 2019-6-12 18:46 编辑

呃,这也许大概应该是在海子发的最后一个烧脑贴了
主要是昨晚睡前冥想时,尝试在头脑中构建直流牵引电机的换向机构(一直以来也没认真勾勒过这个事儿,毕竟没学过),然后来了兴致,继而想到了交流异步牵引电机以及永磁电机……
既然想到了,还是觉得写出来比较舒服,管他有没有人看,看不看得懂呢
按照传统的磁铁为定子,电枢为转子的思路,只要电枢需要外部供电,那就应该存在换向机构,而如果存在换向机构,那么永磁电机瞬间就退回到“不用励磁的直流电机”这种水平
我们都知道,永磁牵引电机是最新一代产品,那么很显然,没道理退回到设置换向器的思路中去
那么问题就来了,永磁电机如何实现牵引力的恒定输出?看起来似乎无解
但只要突破常规,或许就是另一番天地
根据牛顿第三定律我们可以知道,当转子受力旋转时,定子实际上也会受到大小相等方向相反的力
那如果将磁铁做成转子,问题岂不是迎刃而解?也就是说这东西即提供磁场,又产生旋转
永磁电机.PNG
如上所示,找一块U型磁铁,接旋转轴,磁铁内侧固定一条线圈(当然我只画了一条,实际上应该至少有三条互相绝缘的线圈各自相差60°布置以输出恒稳的牵引力)
给线圈通电,磁铁即产生旋转,线圈电流的频率须保持与转子转频一致。以上就是构想中的永磁电机原理模型
通过上面的分析,永磁电机的难点除了制造强磁铁外,基本就剩下给磁铁定位和对其测速了——用以确定逆变器输出波形
测速倒是不难,定位估计就是激光或者脉冲了,当然交流异步电机应该也需要转子定位,所以这倒也不是什么难事了
由此看来,从控制的角度,永磁电机反倒是比交流异步电机更简单了,毕竟不牵扯复杂的旋转磁场,转差率这些东西,也就不需要复杂的算法
至于逆变器输出的波形,我感觉可能不是正弦波了,应该比其更陡一点似乎更利于牵引力平稳
但有一点,如果逆变器输出与转子不匹配,就可能出现反向力(也就是制动力),这种情况在其他种类的牵引电机是不存在的,而且此时极易出现过载,主电路应及时串入分压电阻
北京地铁8号线有一列永磁试验车,我去体验过,启动过程中明显感觉到列车偶有顿挫感(别的车基本没碰上过这种情况),想来就是逆变器输出不匹配造成的吧,好在这种情况发生的几率并不高,而且幅度不是特别大,但还是比较影响运行平稳性的
另外值得一提的是,按照上面的分析,永磁电机启动时是通直流电的,这也就能解释为什么这车启动的时候基本没有噪音,坐过永磁车的都知道,悄咪咪的就启动了,不像交流车,车还没动呢已经听见逆变器的噪音了
1.jpg
这是该车的运行信息,从网压网流可算得(当时辅助回路负载基本可忽略)每台电机功率为150KW,小于地铁用交流电机标配的180KW,不知道是不是从造价考虑的,毕竟高磁密度的永磁铁造价肯定更高,而且司机也反应这个车确实没劲,回段的时候坡起居然还溜车了(坐火车第一次见到溜车)
由此也可见永磁直驱想用在货运基本是不可能的——这地铁并非直驱
——以上,基本就这么个情况,欢迎讨论,也不知道想的对还是不对

发表于 2019-6-13 20:55:24 | 显示全部楼层
没毛病啊,有图为证
转子是永磁体
永磁电动机.jpg
 楼主| 发表于 2019-6-14 15:50:03 | 显示全部楼层
本帖最后由 铁道游击队长 于 2019-6-15 12:35 编辑
CRS 发表于 2019-6-13 20:55
没毛病啊,有图为证
转子是永磁体

哈,几乎一模一样
交流车和直流车都可以架控,但永磁车应该只能轴控
所以说这地铁可能是北京唯一采用轴控的
永磁的自然特性应该会导致极易抑制空转
而且这电机我感觉应该能用出液传的效果
液传一大特点按司机说焖劲儿大
也就是启动时可以给大牵引力而不伤车
直流电机启动给大牵引力很快电机就会出问题
交流好一些
到了永磁这,感觉可以随便造了
发表于 2019-6-15 22:24:46 | 显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2019-6-14 15:50
哈,几乎一模一样
交流车和直流车都可以架控,但永磁车应该只能轴控
所以说这地铁可能是北京唯一采用轴 ...

直流主要是太烧换向器吧,交流给大了散热不行
永磁它定子也得散热啊,不过我没仔细看过火车怎么散热的
有的工业电机是直接主轴上装一组风扇叶片,所以怎么他都不转不行
 楼主| 发表于 2019-6-16 11:39:39 | 显示全部楼层
CRS 发表于 2019-6-15 22:24
直流主要是太烧换向器吧,交流给大了散热不行
永磁它定子也得散热啊,不过我没仔细看过火车怎么散热的
...

对,直流静止给大牵引力,换向器很快就能变形
永磁那定子您不是也发图了,那点散热还算事儿么
火车基本都是强迫风冷啊,就是机械传动和电传动的区别
地铁一般是自然风冷

发表于 2019-6-30 13:08:13 | 显示全部楼层
铁道游击队长 发表于 2019-6-14 15:50
哈,几乎一模一样
交流车和直流车都可以架控,但永磁车应该只能轴控
所以说这地铁可能是北京唯一采用轴 ...

一架一電動機就可以架控了
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