《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第四部分 装备《时速 160 公里城际混合动力动车电机组研制》

本期项目简介

完成单位: 中车永济电机有限公司

主要完成人: 贾喜勤、 尚前博、 任延生、李鹏、 倪伟、 张磊、 孙德强、 薛秀慧、 刘永强、吴楠

项目简介

(一) 项目背景

我国疆域辽阔, 国内铁路建设发展不均衡,尤其是部分山区盆地特殊地区更是缺乏电气化铁路, 非电气化铁路将长期占据很大比例。随着我国城镇化的加速发展, 产生大量城市间通勤交通的需求, 迫切需求一种满足电气化铁路-非电气化铁路、 干线铁路-支线铁路、 客运专线-普通铁路跨线运行的轨道交通装备。混合动力动车组的诞生满足了这种需求。该动车组具有大密度、 小运量、 灵活编组等特点, 同时具有节能、 应急救援等优点, 为绿色、 经济出行提供了一种全新的运输模式, 具有广阔的市场前景。

(二) 技术概况

1. 主要科技内容

电机组包括永磁同步发电机和异步牵引电动机。永磁同步发电机充分考虑了用户要求及实际运行路况, 具有高效节能、 环境适应性强, 输出电压稳定、 容积功率大和可靠性高、 维护工作量小等优点, 设计的耐高温高转速永磁电机转子结构、 铝合金机座结构新颖。异步牵引电动机适用范围广, 解决了双电压制式供电、 开启式自通风电机防冰雪、 耐高寒环境适应性等问题, 此外,提出了轻量化的设计理念, 电机转矩密度较高。

2. 技术经济指标

电机组综合指标远超同类主流电机, 并首次成功运用于混合动力动车组, 在国际上属创新性应用, 达到国际先进水平。

3. 核心技术知识产权

项目拥有授权专利 4 项 (其中发明 1 项, 实用新型 3 项), 受理发明专利 2 项, 参与起草国家标准 1 项。

(三) 适用范围

项目电机组运用于接触网供电+油电 (DEMU)的时速 160 公里城际混合动力动车组, 实现电气化铁路+非电气化铁路间跨线运行, 适用于轨道交通铁路运输领域。

(四) 获奖情况

2020 年获中国中车科学技术三等奖。

项目创新点

(一) 永磁发电机输出电压稳定采用高耐温、 低温度系数、 低剩磁变化率的磁性能控制技术; 减小电枢反应对输出电压影响,保证电压输出稳定。解决由温度变化和电枢反应去磁引起的输出电压波动问题。

(二) 永磁发电机容积功率大提高交、 直轴电抗凸极比, 增大磁阻功率占比, 保证输出功率和特性要求。解决大容积功率下输出功率和发电特性稳定问题。

(三) 永磁发电机全封闭水路设计机座水路采用双排螺旋管路设计, 进出水口设置空腔及切线三通技术。解决 85益 冷却水温下全封闭结构散热问题。

(四) 牵引电机适应多电源供电根据三种供电电源特点, 优化电机特性、 运行速度等参数, 设计适合不同电源的电机结构,制定电压控制和应对策略。解决不同电源供电条件下, 电机的电气参数和电压控制策略难题。

(五) 牵引电机耐高寒、 防冰雪环境适用性好进风系统采用风道与滤尘融合、 三级滤尘通风, 出风口离心式风扇的防冰雪设计和关键件低温材料耐高寒设计。解决开启式自通风电机与高寒环境下冰雪侵袭之间的矛盾。

(六) 牵引电机高转矩密度、 轻量化技术采用高电磁负荷, 笼形铸造机座, 结构小型化、 紧凑化设计, 实现高转矩密度。解决狭小安装空间与较大转矩的自通风电机设计之间的矛盾。

同类项目比较

永磁同步发电机与国外同类电机对比: 从表 3可以看出, 电机功率相当, 总长度缩短约 11% 。属国内首次完成运行考核的永磁同步发电机。

总结: 电机组为永济公司自主研发, 与同类型电励磁产品相比, 永磁同步发电机具有体积小、重量轻、 效率高、 功率大、 结构简单、 节能效果显著、 维护简单、 可靠性高等优势, 同时具备输出电压稳定、 容积功率大、 冷却水温高等特点,是国内首台车下安装的混合动力动车组永磁发电机。异步牵引电机具有耐高寒抗风雪的环境适应能力, 具备多电源适应性, 高转矩密度、 轻量化程度高。通过以上技术指标的比较, 该混合动力动车电机组综合指标远超同类主流电机, 且环境适应性强, 其首次运用于混合动力动车组在国际上属创新性应用, 具有国际先进水平。

应用案例

本项目电机组在混合动力动车组上的成功运用, 为后续轨道交通领域电机项目的研制打下了基础, 并成功应用于其他混合动力动车组 (见图1), 批量运用于动车组 (见图 2) 的重大项目中。

社会效益与经济效益

项目成功应用为同类电机设计奠定了良好基础, 为国内首个在轨道交通领域完成运行考核的永磁发电机, 使永济电机公司在轨道交通装备技术上实现了重大突破, 在很多领域形成了核心技术的自主知识产权。对提高公司知名度和产品竞争力起到一定的作用, 对行业发展及城际动车建设起到推动作用。完善了中国动车组谱系, 实现了混合动力动车组从无到有的跨越, 让我国在混合动力动车组的国际标准建设上拥有更多话语权。永磁发电机具有节能、 维护量小、 应急救援等优点, 为绿色、 经济出行提供了一种全新的运输模式, 符合我国经济持续发展的需求, 具有极大的社会效益。同时, 本项目在混合动力动车组上的成功运用及后期的批量装车, 也将产生较大的经济效益。