中國(guó)中車稟賦洪荒之力 永磁電機(jī)創(chuàng)新成果絡(luò)繹不絕

【亞洲電機(jī)網(wǎng)訊】這回是盾構(gòu)機(jī)的永磁同步牽引電機(jī)投入應(yīng)用，這已經(jīng)不是中國(guó)中車的第一次創(chuàng)新。

再也無(wú)需置疑了，作為中國(guó)制造的“名片”，中國(guó)中車名副其實(shí)。把當(dāng)前最好的磁體——釹鐵硼廣泛應(yīng)用于電機(jī)，當(dāng)然是王者之道，中車定將傾盡洪荒之力。

繼永磁動(dòng)力技術(shù)成功應(yīng)用于高鐵、風(fēng)電、空調(diào)、新能源汽車等領(lǐng)域后，中車株洲電機(jī)公司又一次將永磁技術(shù)成功運(yùn)用于大型機(jī)械重工領(lǐng)域，在全球尚屬首次，也標(biāo)志著中車株洲電機(jī)公司在盾構(gòu)機(jī)永磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先地位。

盾構(gòu)機(jī)永磁同步電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載運(yùn)行

2016年8月14日，中車株洲電機(jī)公司宣稱，全球首套盾構(gòu)機(jī)永磁同步電機(jī)在公司研制成功，并順利交付客戶，實(shí)現(xiàn)裝載試運(yùn)行。

中國(guó)中車稟賦洪荒之力 永磁電機(jī)創(chuàng)新成果絡(luò)繹不絕

中車株洲電機(jī)公司資料顯示，在盾構(gòu)機(jī)上使用永磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)，既可以大幅節(jié)能，又能有效提升盾構(gòu)機(jī)整體效能。此次應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)上的永磁同步驅(qū)動(dòng)裝備在繼承了永磁高鐵牽引電機(jī)節(jié)能、高效、可靠等優(yōu)異性能的同時(shí)，還兼具了三大優(yōu)勢(shì)：一是更適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)多電機(jī)協(xié)同工作模式;二是永磁電機(jī)效率曲線更符合盾構(gòu)機(jī)工況波動(dòng)大的實(shí)際運(yùn)行狀況;三是同等功率下永磁電機(jī)較三相異步電機(jī)大大減輕重量，體積更小，維護(hù)更便捷。

現(xiàn)階段在全國(guó)數(shù)百臺(tái)使用的盾構(gòu)機(jī)中約85%為進(jìn)口產(chǎn)品，該類產(chǎn)品多采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行動(dòng)力輸出。為對(duì)現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)動(dòng)力輸出進(jìn)行升級(jí)換代，打造更具競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力輸出系統(tǒng)升級(jí)版2.0，研制出性能更加優(yōu)異、更加可靠的“中國(guó)制造動(dòng)力系統(tǒng)”，在盾構(gòu)機(jī)動(dòng)力設(shè)計(jì)及研制上，中車株洲電機(jī)采取跨界思維，跨越了通用的三相異步電機(jī)技術(shù)，借助于本公司在永磁技術(shù)領(lǐng)域所積累的專業(yè)技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)，直接為盾構(gòu)機(jī)動(dòng)力轉(zhuǎn)型升級(jí)“永磁化”發(fā)起強(qiáng)勢(shì)沖擊。通過整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的攻堅(jiān)克難，盾構(gòu)機(jī)永磁電機(jī)系統(tǒng)成功下線并投入實(shí)際運(yùn)行。以此次投入試運(yùn)行的直徑6m、總功率1056kW盾構(gòu)機(jī)為例，永磁同步電機(jī)搭配系統(tǒng)使用后比同功率異步電機(jī)效率將高出10%以上，每小時(shí)可省電100度以上，若以刀盤一天工作8小時(shí)計(jì)算，則掘進(jìn)機(jī)每個(gè)工作日省電近千度，每天至少節(jié)約1000多元。如果根據(jù)實(shí)際過程中工況的變化，還能夠節(jié)省更多。

而在此之前，中國(guó)中車已經(jīng)有了多項(xiàng)永磁同步牽引技術(shù)投入應(yīng)用。

軌道交通永磁同步牽引系統(tǒng)

歷時(shí)11年，累計(jì)1000萬(wàn)次試驗(yàn)，積累150G數(shù)據(jù)，耗資1億元，中國(guó)中車旗下株洲電力機(jī)車研究所有限公司(下稱“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)(下稱“永磁牽引系統(tǒng)”)，掌握完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，成為中國(guó)高鐵制勝市場(chǎng)的一大戰(zhàn)略利器。

2015年5月16日，長(zhǎng)沙地鐵1號(hào)線使用的永磁同步電機(jī)成功交付。這是國(guó)內(nèi)首次將永磁同步電機(jī)裝載在整列地鐵車輛投入裝車應(yīng)用。2016年8月，首列“永磁地鐵”已在長(zhǎng)沙地鐵1號(hào)線正式投入載客運(yùn)營(yíng)。

以長(zhǎng)沙市軌道交通2號(hào)線為例，每年列車的總耗電量約為3721萬(wàn)度，如果全部采用永磁牽引系統(tǒng)，僅以牽引能耗降低11.5%計(jì)算，則每年可節(jié)約電能428萬(wàn)度，按0.7元/度的電費(fèi)計(jì)算，長(zhǎng)沙市軌道交通2號(hào)線一年就能節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本約300萬(wàn)元。由于永磁牽引系統(tǒng)的再生效率更高，反饋回電網(wǎng)的能量更多，如能充分吸收利用，則列車綜合節(jié)能效果更佳，如果按照綜合能耗降低30%計(jì)算，可節(jié)約的電費(fèi)就更多了。

目前，株洲所已研發(fā)出可用于時(shí)速500公里的高鐵動(dòng)車的690kW永磁牽引系統(tǒng)，即將小批量生產(chǎn)。這標(biāo)志著我國(guó)成為繼德、日、法等國(guó)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(guó)家之一。

商用空調(diào)永磁高速直驅(qū)系統(tǒng)

自2009年啟動(dòng)研發(fā)以來(lái)，株洲所成功研制了世界上第一套中央商用空調(diào)永磁高速直驅(qū)系統(tǒng)，成為國(guó)內(nèi)外唯一一家中央空調(diào)永磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的供應(yīng)商。截至2015年4月底，株洲所永磁系統(tǒng)在中央空調(diào)上已應(yīng)用400多套。在今年4月的中國(guó)制冷展上，格力電器就將裝載永磁同步變頻熱泵離心機(jī)的中央空調(diào)作為其高端產(chǎn)品推向市場(chǎng)，并已經(jīng)裝進(jìn)了人民大會(huì)堂。其制冷制熱更加迅速高效，比普通離心式冷水機(jī)組節(jié)能40%以上，高出國(guó)際先進(jìn)水平10%-20%。

第二代新能源汽車輪邊永磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

2016年4月22日上午，我國(guó)第二代新能源汽車輪邊永磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在中車株洲電機(jī)公司研制成功并順利下線，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將改變新能源汽車過去所采用的中央電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)方式，直接由2臺(tái)安裝在電動(dòng)汽車車橋兩側(cè)的永磁輪邊電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)由第一代動(dòng)力集中型向第二代動(dòng)力分散型的革命性轉(zhuǎn)變，成功將高鐵永磁技術(shù)運(yùn)用于新能源汽車領(lǐng)域，助推新能源汽車“高鐵化”。

此次研制的輪邊永磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成了永磁電機(jī)及控制器，整套系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、輕量化、小型化、高可靠性的特點(diǎn)，是新能源汽車未來(lái)發(fā)展的方向。該永磁電機(jī)額定功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異，最高效率可達(dá)96%，電機(jī)控制器輸出頻率高達(dá)600Hz，具有控制性能優(yōu)異、響應(yīng)速度快、控制精度高等特點(diǎn)，提升了電動(dòng)汽車運(yùn)行的平穩(wěn)性與舒適性，采用的IP67防護(hù)等級(jí)也適應(yīng)各種復(fù)雜運(yùn)行工況。

目前，我國(guó)第二代動(dòng)力分散型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多依賴進(jìn)口，且停留在三相異步電機(jī)的水平，而此次公司研制的第二代輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了先進(jìn)的永磁電機(jī)技術(shù)，通過以永磁高鐵核心動(dòng)力技術(shù)經(jīng)驗(yàn)為支撐，有效克服了永磁體失磁難題，保證了電機(jī)在各種極限條件下的磁體穩(wěn)定。為我國(guó)電動(dòng)汽車趕超世界先進(jìn)水平提供了極具競(jìng)爭(zhēng)力的尖端動(dòng)力。另外，其最先進(jìn)之處則是扁平式的電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單臺(tái)電機(jī)厚度僅為200mm，直徑僅為423mm，搭載后車內(nèi)后橋通道寬度可達(dá)到700mm，達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，且與同樣是200mm厚度三相異步電機(jī)技術(shù)的輪邊電機(jī)相比，功率超出20%，扭矩超出30%，空間也更為緊湊，其安裝車后與采用集中驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車相比，地板高度可以降低180～320mm，達(dá)到低地板水平。

產(chǎn)業(yè)前沿總結(jié)認(rèn)為，釹鐵硼于電機(jī)的應(yīng)用具備高效、節(jié)能、減重、降容、抑躁等優(yōu)勢(shì)性特點(diǎn)，而電機(jī)是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)業(yè)辦公自動(dòng)化中無(wú)處不在，也是主要的能耗和動(dòng)力提供設(shè)備。

作為中國(guó)制造”名片“中車不斷創(chuàng)新，可謂電機(jī)技術(shù)創(chuàng)新的領(lǐng)頭羊。將永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行到底，中國(guó)中車有這個(gè)實(shí)力和責(zé)任，亦稟賦洪荒之力。