基于深度高斯过程的永磁牵引电机匝间短路分级评估方法

定子绕组匝间短路是影响永磁牵引电机安全稳定运行的主要故障之一,受运行工况、供电与电机本体不平衡的影响,现有方法难以实现永磁牵引电机匝间短路在线精准评估,这成为永磁电机推广应用迫切需要解决的关键技术难题。因此,文章提出一种基于多特征融合的深度高斯过程永磁牵引电机匝间短路分级评估方法:首先通过建立永磁牵引电机匝间短路故障模型,提取电流不平衡、电流三次谐波与dq电流的二次谐波特征;然后采用一种双随机变分推断深度高斯过程(Doubly Stochastic Deep Gaussian Processes,DSDGP)方法对提取特征进行融合训练建模,实现永磁牵引电机匝间短路劣化状态在线分级评估;最后通过永磁电机匝间短路试验与现场案例进行算法验证。结果表明,文章所提方法在多特征融合条件下的评估准确率达到95%以上,相较于支持向量机(support vector machine,SVM)和反向传播神经网络(back-propagation neural,BPN)等分类方法,具有准确率高,适用于变工况、小样本的工程实际应用环境等优点,解决了永磁牵引电机匝间短路早期故障检测及故障严重程度评估的行业难题。

永磁牵引技术在南京地铁9号线列车上的应用可行性分析

[目的]相同动力配置下,永磁同步牵引系统的成本高于异步牵引系统,但永磁同步牵引系统能够有效降低列车运营能耗,因此有必要对永磁牵引技术在工程项目上的应用可行性进行分析。[方法]以南京地铁9号线为例,分别对永磁同步牵引系统和异步牵引系统的系统配置、运行能耗和维护成本进行了对比分析;提出将列车动力配置由4M2T(4动2拖)改为3M3T(3动3拖)的改进方案,对比分析了两种动力配置的列车牵引制动性能。[结果及结论]3M3T配置的永磁同步牵引系统能有效降低列车运营能耗,在牵引制动、故障运行性能和救援能力方面均能满足南京地铁9号线的运营要求,且其全寿命维护成本也相对较低。研究结果表明,在线路条件许可的条件下,可通过改变动力配置进行成本控制。

某永磁牵引电机冷却结构优化分析

基于计算流体动力学原理,对某永磁牵引电机温度场进行仿真计算,通过仿真得到各关键部件在额定工况下的温度值及分布趋势。根据仿真结果,提出风扇结构改进方案,大幅提高了内循环冷却风量,有效降低了转子及永磁体温升。通过样机试验对仿真结果进行验证,为相似结构永磁牵引电机内循环风路结构优化设计提供了一定参考。

长沙市轨道交通永磁牵引系统能耗分析

文章简要介绍了长沙市轨道交通5号线列车永磁同步电机的特点和应用现状,并选取长沙市轨道交通1号线1列采用永磁同步牵引系统的试验列车,进行牵引系统能耗的线路仿真及现场节能测试,并结合长沙市轨道交通1~4号线采用异步牵引系统的列车和5号线采用永磁同步牵引系统的列车空载能耗分析情况,针对效率和能耗与采用异步牵引系统的列车进行了详细的对比与分析,得出正线接触网安装有再生电能吸收利用装置的线路,排除列车载客影响,5号线空载列车能耗相比1号线、3号线、4号线空载列车平均能耗节能率达到29.56%,相比正线接触网未安装再生电能吸收利用装置的2号线,空载列车能耗节能率达到39.21%。列车能耗作为运营成本的重要组成部分,永磁牵引系统节能效果明显,与国家要求的节能低碳经济发展要求相吻合,永磁牵引系统的应用有利于降低地铁列车运营成本,并有助于实现快速绿色交通的目标。

直驱永磁牵引电机振动原因分析

目的:与传统的异步电机相比,直驱永磁传动可省掉齿轮传动装置,提高传动效率,减小传动机构维护工作量,并提高传动系统整体效能。为解决直驱永磁牵引电机低速运行时振动加剧的问题,提高直驱永磁牵引电机服役寿命及安全性与舒适性,特开展本研究。方法:针对直驱永磁牵引电机在90~105 r/min转速范围内出现的振动加剧问题,根据永磁电机振动机理通过解析法分析了直驱永磁牵引电机极槽配合与电机径向电磁力之间的数值关系;使用SKF-AX型数据采集器对直驱永磁牵引电机传动端与非传动端及不同方向进行振动加速度检测,并对振动结果进行频谱分析,找到引起振动的频段;通过有限元方法对直驱永磁牵引电机进行径向力分析,对定子铁心模态进行分析,得到径向力的幅值、频率以及定子铁心自振频率。结果及结论:结合解析法、振动检测试验及有限元仿真分析证明该电机在90~105 r/min转速范围内发生共振是引起振动加剧的根本原因;并基于以上分析对该电机的极槽配合进行了改进,将电机14极114槽更改为14极126槽。通过有限元仿真分析及振动检测试验可知,已有效解决了电机在90~105 r/min出现的共振问题,提高了直驱永磁电力机车的安全性与舒适性。

新一代高速动车组永磁牵引系统设计

为推进高铁装备领域科技创新,我国将着力打造新一代更高速度、更加安全、更加环保、更加节能、更加智能的时速400公里动车组新产品。文章从高速动车组的牵引需求出发,充分考虑轮轨黏着利用、牵引加速度等指标,对时速400公里等级高速动车组的轮周功率和动力单元的配置进行计算。基于牵引系统简统化的设计思想,以中国标准动车组牵引系统设计平台为基础,提出新一代高速动车组永磁牵引系统的技术参数和牵引主电路拓扑设计方案,对牵引系统的网侧特性和逆变输出特性进行了仿真验证。结合永磁牵引系统的特点,对高速永磁电机带速重投、永磁电机转子位置角辨识和失磁预警等关键技术进行了分析和验证,成果对高速动车组永磁牵引系统的研发具有指导意义。

机车永磁牵引电动机水冷结构方案分析

针对机车永磁牵引电动机散热困难以及高频大冲击载荷下结构强度设计难度大的问题,以某款机车牵引电动机研制为例,设计了两种水冷却结构方案,从结构强度、流场流阻和温升三个维度来进行对比分析,并开发功能样机进行试验验证,综合分析了两种方案的优劣势,为机车永磁牵引电动机的研制提供参考。

定子辅助齿尺寸对永磁牵引电机齿槽转矩的影响研究

以一台36槽30极大功率永磁牵引电机为例,采用有限元法,建立了电机二维电磁场模型,计算了辅助齿宽度和高度变化后永磁牵引电机齿槽转矩的变化趋势。结果表明,增加辅助齿后可以降低齿槽转矩的大小,选择合适的辅助齿宽度和高度尺寸可以显著降低齿槽转矩。

基于绕组分布函数理论和动态磁网络的两种内置式永磁牵引电机解析建模方法

在高速列车中压大功率应用场合中,较低的开关频率迫使脉冲宽度调制(PWM)变流器采用低载波比的同步调制方式,使得永磁牵引电机的谐波损耗激增,正弦激励下的电机特性仿真分析已无法满足电机全局优化设计需求。高性能永磁牵引电机的设计不仅需要考虑电机结构产生的空间谐波,还需考虑PWM激励带来的时间谐波。有限元分析方法需要大量的计算资源,无法满足快速、准确的优化设计需求。针对此问题,该文分别基于绕组分布函数理论和动态磁网络方法建立两种内置式永磁牵引电机解析模型,对电机空载、正弦与PWM激励额定工况下的电磁特性进行分析,通过有限元分析与实验验证并分析对比两种解析模型的准确性,为PWM激励下永磁牵引电机解析计算提供理论指导。

3M3T城轨列车永磁牵引系统特性设计研究

介绍了3M3T车辆配置的城轨列车永磁牵引系统,并与4M2T车辆配置异步电机牵引系统进行了比较,在参数性能上3M3T完全满足4M2T的车辆配置要求,并通过设计不同的整车牵引/制动特性,更好地发挥永磁电机高功率密度的优势,从而降低系统各部件的最大电流要求,降低对粘着系数的要求。

基于有限公式法和流固耦合的永磁牵引电动机冷却系统设计与分析

稀土永磁电机由于其高效、高功率密度的特点,在轨道交通牵引系统的设计中受到了广泛和密切的关注。由于其全封闭式结构,牵引电动机的负载能力主要受限于冷却系统的散热能力。建立了一台永磁牵引电动机的全封闭式自循环空-空冷却系统,通过对参数散热敏感性的分析,确定了适宜的冷却结构参数范围。针对该冷却结构,应用有限公式法进行三维温度场数值计算,确定了散热系统的结构参数,并用流固耦合仿真验算了计算结果。

一种有轨电车永磁牵引系统集成效率优化策略

如何在独立轮转向架上进行左右车轮耦合以提高导向能力,并降低牵引损耗以便提升牵引效率,是100%低地板新型有轨电车的技术难点和研究热点…。建立一种考虑铁耗的内置式永磁同步电机最小损耗求解模型,并采用自适应模糊控制器解决多电机联合控制时的效率寻优问题。使用一种集成效率优化策略,在牵引系统启动阶段,采用最低损耗控制策略(lowest loss control,LLC)进行单电机效率优化控制;在牵引系统恒速稳定运行时,基于最小输入功率的模糊控制开始介入,对基于GPS速差前馈的多电机牵引系统进行整体效率优化。仿真结果表明,与传统的基于单电机MTPA控制相比,集成效率优化策略具有响应速度快、超调量小、鲁棒性好等优点,尤其是能明显降低永磁牵引系统电气损耗。

永磁牵引电动机的失磁故障分析及预防措施

针对研制的90kW车用永磁牵引电动机故障进行了检测,对其失磁故障原因进行了全面的分析;采用有限元仿真方法对永磁体的工作点进行了分析,提出了有效的预防措施,取得了预期效果。

轨道交通用永磁牵引电机通风结构研究

为了能够有效改善轨道交通用永磁同步牵引电动机的散热性能,以一台600k W的永磁同步牵引电动机为例,在了解其通风结构的基础上,基于计算流体动力学及数值传热学,结合电机温度场分析的数学模型,建立了此台电机整轴向、半周向的三维物理分析模型。并结合有限体积元法对该模型进行数值计算,得到了电机内各主要元件的温升分布结果,并总结其产生原因。为轨道交通用永磁同步牵引电动机冷却性能的提升,以及更大容量牵引电机的通风结构的优化做参考。

永磁牵引电机国产化有机硅绝缘系统的应用研究

通过对比有机硅无溶剂浸渍树脂、有机硅少胶粉云母带等关键材料与同类进口产品的性能差异和模拟绝缘系统的老化性能试验,从应用角度探讨了配套绝缘系统的应用工艺和绝缘可靠性。结果表明:1173C有机硅无溶剂浸渍树脂等关键材料与同类进口产品性能相当,且基于1173C有机硅树脂的绝缘系统温度指数达到232℃,与同类进口有机硅绝缘系统相当,完全满足永磁牵引电机220级绝缘系统的技术要求,适合应用于轨道交通永磁牵引电机领域。

高速动车组永磁牵引电动机研制

高速动车组对其牵引电机效率、功率密度等性能以及可靠性有苛刻的要求,而传统异步牵引电机性能提升空间较小,很难满足新一代高速铁路牵引系统的需求,因此提出研制高速动车组永磁牵引电动机来提高牵引电机的性能及可靠性。根据高速动车组永磁牵引电动机的技术特点及主要技术参数,通过磁路结构设计、抗失磁分析、轻量化设计及热管理优化,设计并制造了一台永磁牵引电动机。样机试验结果满足电动机技术条件的要求。高速动车组永磁牵引电动机研制的方法可为后续研究提供坚实的理论依据及实践经验。

基于DC 750V供电的地铁永磁牵引电机设计

目前在地铁车辆领域主要存在2种供电电压,不同供电电压对电机设计的要求不同,以一台DC750 V供电的地铁永磁牵引电机为例,对其进行关键技术研究,并介绍电机的主要参数与结构,同时进行试验验证。仿真和试验结果证明,该永磁牵引电机性能优越,电机满足装车应用需求。

电力机车直驱永磁牵引控制系统研制

详细介绍了基于160km·h^-1客运电力机车的直驱永磁电传动系统设计方案,该系统包含2台AC/DC/AC变流器和6台直驱永磁牵引电机,实现对六轴客运电力机车牵引、制动及逻辑保护控制。在此基础上,针对大功率直驱永磁控制系统的效率、谐波、反电势、失磁等一些关键技术问题进行了深入研究,并进行了试验验证。试验结果表明该系统可靠、节能、高效,达到了设计要求。

高速动车组大功率永磁牵引电机研制

随着动车组(EMU)速度等级的不断提高,要求牵引电机的功率更大、质量更轻、效率更高。为此,主要从高速动车组永磁牵引电机参数选取、结构设计等方面展开研究,并进行仿真分析计算,在现有安装空间内,研制出更高转速、更大功率密度的永磁牵引电机,以满足EMU运行要求。

有轨电车永磁牵引系统PWM调制策略研究

有轨电车永磁牵引系统具有功率大、功率器件开关频率低的特点,为解决其不能全程异步调制、低次谐波大的问题,研究了一种基于中间60°同步调制的多模式PWM调制策略。有轨电车永磁牵引系统在应用矢量控制的基础上,通过采用多模式PWM调制策略,实现了全速度范围内从异步SPWM调制、同步SPWM调制、中间60°同步调制和方波调制之间的平滑过渡,输出电流畸变率小于18%,有效降低了电流谐波。现场实验结果表明,该方法具有良好的实用性和有效性。