变流技术与电力牵引４／２００５

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设计 研究

市郊列车永磁同步牵引电动机成组驱动的可行性

Ｏ．Ｋｏｅｒｎｅｒ等

（德）

【摘要】　无齿轮传动的永磁同步牵引电动机（ＰＭＳＭ）的寿命周期费用低于有齿轮传动装置的感应电动机。然而，通常一台ＰＭＳＭ电机需要一台逆变器。而在市郊列车上，一台逆变器最多可向４台感应电动机供电——这是感应电动机驱动的一个费用低的优势。作为减少逆变器数量的研究，文章探讨了一台逆变器供电给两台ＰＭＳＭ成组传动来减少逆变器数量的可行性。

关键词：磁场定向控制；机电一体化；模拟；牵引中图分类号：Ｕ２６４．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－８４１０（２００５）０４－００１７－０６

Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａ　Ｇｒｏｕｐ　Ｄｒｉｖｅ　ｗｉｔｈ　Ｔｗｏ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ

　Ｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｍｏｔｏｒｓ　ｆｏｒ　Ｃｏｍｍｕｔｅｒ　Ｔｒａｉｎｓ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｇｅａｒｌｅｓｓ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒｓ（ＰＭＳＭ）　ｏｆｆｅｒ　ｌｏｗｅｒ　ｌｉｆｅ　ｃｙｃｌｅ　ｃｏｓｔｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒｓｗｉｔｈ　ｇｅａｒ　ｕｎｉｔｓ；　ｈｏｗｅｖｅｒ，　ＰＭＳＭ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｒｅｑｕｉｒｅ　ｏｎｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｐｅｒ　ｍｏｔｏｒ．　Ｉｎ　ｃｏｍｍｕｔｅｒ　ｔｒａｉｎｓ，　ｏｎｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｆｅｅｄｓ　ｕｐ　ｔｏ　ｆｏｕｒ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒｓ－ａ　ｃｏｓｔ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ　ｄｒｉｖｅｓ．　Ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｇｒｏｕｐ　ｄｒｉｖｅ　ｗｉｔｈ　ｔｗｏ　ＰＭＳＭ　ｆｅｄ　ｂｙ　ｏｎｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｔｏ　ｌｉｍｉｔ　ｔｈｅｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ．

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｉｅｌｄ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ；　ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ；　ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ；　ｔｒａｃｔｉｏｎ

０引言

市郊列车现代牵引系统建立在由逆变器供电的有

（２）当轮轨光滑状态时旋转振动的阻尼。轮轨间的粘着特性对于上述两大问题领域都有显著的影响，图２表示２条典型的粘着特性曲线ａ和ｂ，其中粘着系数ｆＸ由机械转差ｓＸ或轮轨间的速度差Δｖ决定。

齿轮传动装置的感应牵引电动机基础上。感应电动机允许成组传动（通常一个逆变器最多可向４台牵引电动机供电）。感应电动机固有的转差率补偿了成组传动中由于轮径不同而引起的电机机械转速的有限差。牵引电动机之间的转矩负载不会出现较大差别，也不会发生电动机过载。旋转振动被感应电动机电气衰减了。为了取消昂贵的齿轮传动装置（投资和维护），转矩必须依照传动比增加，所以需要一种高力密度的电机。感应电机不能提供所需的磁密，而永磁同步牵引电动机可以做到。

然而，如果不能实现用一个逆变器向至少２台ＰＭＳＭ供电的成组传动，那么在市郊列车上采用无齿轮传动（图１）所带来的寿命周期费用（ＬＣＣ）的效益可能会由于增加逆变器的费用而被抵消。本可行性研究将详细阐述作为轨道牵引系统一部分的ＰＭＳＭ成组传动的２个主要问题。

（１）主要由于轮径差产生的寄生转矩负载；

图１无齿轮永磁同步牵引电动机（无弹性设计，

　　　　　　　　　直接装在轮对上）

１

１．１

ＰＭＳＭ成组传动的问题

寄生转矩负载

ＰＭＳＭ转速仅由旋转磁场的速度决定。成组传动