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      釹鐵硼永磁電機(jī)開啟中國機(jī)車新動(dòng)力

      2016年10月19日 9:12 5076次瀏覽 來源:   分類: 稀土

        歷時(shí)11年,累計(jì)1000萬次試驗(yàn),積累150G數(shù)據(jù),耗資1億元,中國中車旗下株洲電力機(jī)車研究所有限公司(株洲所)攻克了第三代軌道交通牽引技術(shù),即永磁同步電機(jī)牽引系統(tǒng)研制成功,因此,我國成為繼德、日、法等國之后,世界上少數(shù)幾個(gè)掌握高鐵永磁牽引系統(tǒng)技術(shù)的國家之一。2015年5月16日,長沙地鐵1號線使用的永磁同步電機(jī)成功交付。2016年3月,地鐵列車正式投入正線試運(yùn)行。截至2016年7月7日,列車?yán)塾?jì)無故障運(yùn)行12500公里,成功完成試運(yùn)行考核。
        2016年9月7日,中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司自主研制的國內(nèi)首臺軌道車輛永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架裝車試驗(yàn)成功,填補(bǔ)了國內(nèi)在直驅(qū)轉(zhuǎn)向架技術(shù)領(lǐng)域的空白。這里的永磁是指釹鐵硼,釹鐵硼永磁體應(yīng)用于電機(jī),其有著節(jié)能環(huán)保、高效、減重、降容和抑噪的優(yōu)點(diǎn)。
        節(jié)能環(huán)保
        此前,株洲所永磁牽引系統(tǒng)在沈陽地鐵2號線第20列車上成功裝車,實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域的首次應(yīng)用。截至2015年5月底,沈陽地鐵2號線已無故障載客運(yùn)營7萬公里。
        研究人員在對5100公里的AW0空載試驗(yàn)和1100公里的AW3加載試驗(yàn)及3萬公里的載客運(yùn)行的數(shù)據(jù)分析后得出結(jié)論,永磁同步牽引電機(jī)雖然采用全封閉結(jié)構(gòu),但是電機(jī)溫升比異步牽引電機(jī)低,其發(fā)熱小、熱損小、效率高;載客運(yùn)營表明,一臺永磁電機(jī)可承載2臺異步電機(jī)的運(yùn)力并滿足運(yùn)行要求;能耗監(jiān)測和測量結(jié)果表明,永磁同步牽引電機(jī)能耗為497.198MVA.s,異步牽引電機(jī)能耗為550.068MVA.s,對比說明永磁同步牽引電機(jī)比異步牽引電機(jī)節(jié)能9.61%。
        株洲所下屬的時(shí)代電氣公司副總經(jīng)理兼總工程師劉可安說:“高效節(jié)能是永磁牽引系統(tǒng)最突出的優(yōu)勢。”數(shù)據(jù)顯示,株洲所研發(fā)的690kW永磁同步電機(jī),比目前主流的異步電機(jī)功率提高60%,電機(jī)損耗降低70%。
        而對于新型永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架,中車四方股份公司技術(shù)中心副主任蔣欣介紹,新型永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架采用全封閉水冷永磁直驅(qū)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)輪對,效率高,且直驅(qū)過程無齒輪傳動(dòng)損耗,跟目前主流的異步電機(jī)帶齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)向架相比,能耗降低了15%,節(jié)能優(yōu)勢顯著。它還避免了齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生的噪聲,運(yùn)行噪音降低了10分貝。
        降低成本
        根據(jù)沈陽地鐵2號線的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù),時(shí)代電氣公司副總經(jīng)理兼總工程師劉可安算了一筆賬:一條地鐵每年僅節(jié)能方面產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益就高達(dá)400萬元。
        而對于長沙地鐵1號線16臺全部永磁電機(jī)的整列地鐵,時(shí)代電氣公司工作人員算了一筆賬:目前,1500V、B型車地鐵列車每列車的能耗為12kW/km,每列車每年行駛里程約12萬公里,假設(shè)長沙地鐵的電費(fèi)為1元/千瓦時(shí),按照節(jié)能10%計(jì)算,一列永磁牽引系統(tǒng)列車每年就能節(jié)約電費(fèi)約144000元。此外,相對現(xiàn)有的異步電機(jī)來說,永磁電機(jī)的噪音可降低約3分貝,乘客在搭乘永磁地鐵時(shí)將感覺更加安靜和舒適。在2016年6月28日正式運(yùn)營的當(dāng)天,長沙軌道交通集團(tuán)董事長披露,永磁地鐵每千米相比異步電機(jī)列車能耗減少3千瓦時(shí),1號線全長是23.55千米,永磁地鐵跑一個(gè)來回能節(jié)省140千瓦時(shí)電左右。
        中國工程院院士劉友梅點(diǎn)評,中國中車株洲電力機(jī)車研究所的永磁同步牽引系統(tǒng)的電機(jī)額定效率達(dá)到了98%以上,將電機(jī)損耗降低至原來的三分之一,顯著降低了高速列車的牽引能耗。
        與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架需要大量維護(hù)相比,新型永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架免除了齒輪傳動(dòng)裝置的維護(hù),且永磁直驅(qū)電機(jī)為全封閉式結(jié)構(gòu),基本免維護(hù),提高了運(yùn)行可靠性,降低了運(yùn)用維護(hù)成本。
        科普資料指出,世界軌道交通車輛牽引系統(tǒng)的第一代是直流電機(jī)牽引系統(tǒng);第二代是起步于20世紀(jì)70年代的交流異步電機(jī)牽引系統(tǒng),為當(dāng)前的主流技術(shù);第三代就是永磁同步電機(jī)牽引系統(tǒng),就是公認(rèn)的下一代機(jī)車牽引系統(tǒng)。目前,國外阿爾斯通、龐巴迪、東芝等車輛廠生產(chǎn)的軌道交通永磁同步牽引列車已在法國、日本等國成功運(yùn)用,并進(jìn)入商業(yè)化的推廣應(yīng)用階段。
        目前,中國已經(jīng)成為掌握永磁牽引系統(tǒng)技術(shù)并在地鐵、城軌、動(dòng)車和高鐵等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用的國家,中國的永磁牽引系統(tǒng),應(yīng)用釹鐵硼作為其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的核心材料。
        根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》2016版,“十三五”期間,中國計(jì)劃完善高速鐵路網(wǎng)絡(luò),形成八縱八橫主通道,并在此基礎(chǔ)上規(guī)劃建設(shè)高速鐵路區(qū)域連接線,進(jìn)一步完善路網(wǎng)、擴(kuò)大覆蓋。到2020年,中國將實(shí)現(xiàn)高速鐵路運(yùn)營里程3萬公里;到2025年,高速鐵路3.8萬公里左右,這意味著中國高鐵里程在未來十年將翻倍。在地鐵和有軌電車方面,2015年中國已開通城市地鐵運(yùn)營線路2658公里,“十三五”期間規(guī)劃地鐵線路總規(guī)模4248公里,在建線路總規(guī)模3790公里。同時(shí),中國對申報(bào)地鐵建設(shè)的城市人口要求或?qū)?00萬人以上下調(diào)至150萬人,這樣會(huì)使得符合地鐵建設(shè)條件的城市從約30個(gè)增加至約90個(gè)。保守估計(jì)到2020年,中國將至少有50個(gè)城市擁有地鐵,潛在規(guī)劃里程空間巨大。此外,自2013年有軌電車建設(shè)審批權(quán)下放給省級政府后,各地就進(jìn)入了一個(gè)軌道交通批復(fù)和規(guī)劃建設(shè)的爆發(fā)期。據(jù)大略統(tǒng)計(jì),全國已有超過100個(gè)城市規(guī)劃建設(shè)有軌電車,總規(guī)劃里程已超過6000公里。保守估計(jì)至2020年,全國有軌電車線路總里程將從2015年的174公里攀升至2500公里,對應(yīng)年復(fù)合增長率為70.4%。所有的路線,都需要配套相應(yīng)數(shù)量的軌道機(jī)車。
        中國已經(jīng)邁入了軌道交通永磁牽引技術(shù)新時(shí)代,在這個(gè)階段,釹鐵硼永磁直驅(qū)牽引電機(jī)機(jī)車將逐步成為軌道機(jī)車的絕對主力,未來需求已經(jīng)開始對高性能釹鐵硼的供應(yīng)能力、產(chǎn)品性能提出了挑戰(zhàn)。

      責(zé)任編輯:李峒峒

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