试剖析永磁牵引电机

铁道游击队长

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

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

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

CRS

没毛病啊，有图为证
转子是永磁体

铁道游击队长

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

CRS

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

铁道游击队长

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

a5mg4n

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