《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第四部分 裝備《時(shí)速 160 公里城際混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)電機(jī)組研制》

本期項(xiàng)目簡(jiǎn)介

完成單位: 中車(chē)永濟(jì)電機(jī)有限公司

主要完成人: 賈喜勤、 尚前博、 任延生、李鵬、 倪偉、 張磊、 孫德強(qiáng)、 薛秀慧、 劉永強(qiáng)、吳楠

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

(一) 項(xiàng)目背景

我國(guó)疆域遼闊, 國(guó)內(nèi)鐵路建設(shè)發(fā)展不均衡,尤其是部分山區(qū)盆地特殊地區(qū)更是缺乏電氣化鐵路, 非電氣化鐵路將長(zhǎng)期占據(jù)很大比例。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展, 產(chǎn)生大量城市間通勤交通的需求, 迫切需求一種滿足電氣化鐵路-非電氣化鐵路、 干線鐵路-支線鐵路、 客運(yùn)專線-普通鐵路跨線運(yùn)行的軌道交通裝備?；旌蟿?dòng)力動(dòng)車(chē)組的誕生滿足了這種需求。該動(dòng)車(chē)組具有大密度、 小運(yùn)量、 靈活編組等特點(diǎn), 同時(shí)具有節(jié)能、 應(yīng)急救援等優(yōu)點(diǎn), 為綠色、 經(jīng)濟(jì)出行提供了一種全新的運(yùn)輸模式, 具有廣闊的市場(chǎng)前景。

(二) 技術(shù)概況

1. 主要科技內(nèi)容

電機(jī)組包括永磁同步發(fā)電機(jī)和異步牽引電動(dòng)機(jī)。永磁同步發(fā)電機(jī)充分考慮了用戶要求及實(shí)際運(yùn)行路況, 具有高效節(jié)能、 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng), 輸出電壓穩(wěn)定、 容積功率大和可靠性高、 維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn), 設(shè)計(jì)的耐高溫高轉(zhuǎn)速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、 鋁合金機(jī)座結(jié)構(gòu)新穎。異步牽引電動(dòng)機(jī)適用范圍廣, 解決了雙電壓制式供電、 開(kāi)啟式自通風(fēng)電機(jī)防冰雪、 耐高寒環(huán)境適應(yīng)性等問(wèn)題, 此外,提出了輕量化的設(shè)計(jì)理念, 電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度較高。

2. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

電機(jī)組綜合指標(biāo)遠(yuǎn)超同類主流電機(jī), 并首次成功運(yùn)用于混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組, 在國(guó)際上屬創(chuàng)新性應(yīng)用, 達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

3. 核心技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)

項(xiàng)目擁有授權(quán)專利 4 項(xiàng) (其中發(fā)明 1 項(xiàng), 實(shí)用新型 3 項(xiàng)), 受理發(fā)明專利 2 項(xiàng), 參與起草國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 1 項(xiàng)。

(三) 適用范圍

項(xiàng)目電機(jī)組運(yùn)用于接觸網(wǎng)供電+油電 (DEMU)的時(shí)速 160 公里城際混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組, 實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路+非電氣化鐵路間跨線運(yùn)行, 適用于軌道交通鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域。

(四) 獲獎(jiǎng)情況

2020 年獲中國(guó)中車(chē)科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

(一) 永磁發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定采用高耐溫、 低溫度系數(shù)、 低剩磁變化率的磁性能控制技術(shù); 減小電樞反應(yīng)對(duì)輸出電壓影響,保證電壓輸出穩(wěn)定。解決由溫度變化和電樞反應(yīng)去磁引起的輸出電壓波動(dòng)問(wèn)題。

(二) 永磁發(fā)電機(jī)容積功率大提高交、 直軸電抗凸極比, 增大磁阻功率占比, 保證輸出功率和特性要求。解決大容積功率下輸出功率和發(fā)電特性穩(wěn)定問(wèn)題。

(三) 永磁發(fā)電機(jī)全封閉水路設(shè)計(jì)機(jī)座水路采用雙排螺旋管路設(shè)計(jì), 進(jìn)出水口設(shè)置空腔及切線三通技術(shù)。解決 85益 冷卻水溫下全封閉結(jié)構(gòu)散熱問(wèn)題。

(四) 牽引電機(jī)適應(yīng)多電源供電根據(jù)三種供電電源特點(diǎn), 優(yōu)化電機(jī)特性、 運(yùn)行速度等參數(shù), 設(shè)計(jì)適合不同電源的電機(jī)結(jié)構(gòu),制定電壓控制和應(yīng)對(duì)策略。解決不同電源供電條件下, 電機(jī)的電氣參數(shù)和電壓控制策略難題。

(五) 牽引電機(jī)耐高寒、 防冰雪環(huán)境適用性好進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)采用風(fēng)道與濾塵融合、 三級(jí)濾塵通風(fēng), 出風(fēng)口離心式風(fēng)扇的防冰雪設(shè)計(jì)和關(guān)鍵件低溫材料耐高寒設(shè)計(jì)。解決開(kāi)啟式自通風(fēng)電機(jī)與高寒環(huán)境下冰雪侵襲之間的矛盾。

(六) 牽引電機(jī)高轉(zhuǎn)矩密度、 輕量化技術(shù)采用高電磁負(fù)荷, 籠形鑄造機(jī)座, 結(jié)構(gòu)小型化、 緊湊化設(shè)計(jì), 實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩密度。解決狹小安裝空間與較大轉(zhuǎn)矩的自通風(fēng)電機(jī)設(shè)計(jì)之間的矛盾。

同類項(xiàng)目比較

永磁同步發(fā)電機(jī)與國(guó)外同類電機(jī)對(duì)比: 從表 3可以看出, 電機(jī)功率相當(dāng), 總長(zhǎng)度縮短約 11% 。屬國(guó)內(nèi)首次完成運(yùn)行考核的永磁同步發(fā)電機(jī)。

總結(jié): 電機(jī)組為永濟(jì)公司自主研發(fā), 與同類型電勵(lì)磁產(chǎn)品相比, 永磁同步發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、 效率高、 功率大、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 節(jié)能效果顯著、 維護(hù)簡(jiǎn)單、 可靠性高等優(yōu)勢(shì), 同時(shí)具備輸出電壓穩(wěn)定、 容積功率大、 冷卻水溫高等特點(diǎn),是國(guó)內(nèi)首臺(tái)車(chē)下安裝的混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組永磁發(fā)電機(jī)。異步牽引電機(jī)具有耐高寒抗風(fēng)雪的環(huán)境適應(yīng)能力, 具備多電源適應(yīng)性, 高轉(zhuǎn)矩密度、 輕量化程度高。通過(guò)以上技術(shù)指標(biāo)的比較, 該混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)電機(jī)組綜合指標(biāo)遠(yuǎn)超同類主流電機(jī), 且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng), 其首次運(yùn)用于混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組在國(guó)際上屬創(chuàng)新性應(yīng)用, 具有國(guó)際先進(jìn)水平。

應(yīng)用案例

本項(xiàng)目電機(jī)組在混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組上的成功運(yùn)用, 為后續(xù)軌道交通領(lǐng)域電機(jī)項(xiàng)目的研制打下了基礎(chǔ), 并成功應(yīng)用于其他混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組 (見(jiàn)圖1), 批量運(yùn)用于動(dòng)車(chē)組 (見(jiàn)圖 2) 的重大項(xiàng)目中。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目成功應(yīng)用為同類電機(jī)設(shè)計(jì)奠定了良好基礎(chǔ), 為國(guó)內(nèi)首個(gè)在軌道交通領(lǐng)域完成運(yùn)行考核的永磁發(fā)電機(jī), 使永濟(jì)電機(jī)公司在軌道交通裝備技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了重大突破, 在很多領(lǐng)域形成了核心技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。對(duì)提高公司知名度和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力起到一定的作用, 對(duì)行業(yè)發(fā)展及城際動(dòng)車(chē)建設(shè)起到推動(dòng)作用。完善了中國(guó)動(dòng)車(chē)組譜系, 實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組從無(wú)到有的跨越, 讓我國(guó)在混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)上擁有更多話語(yǔ)權(quán)。永磁發(fā)電機(jī)具有節(jié)能、 維護(hù)量小、 應(yīng)急救援等優(yōu)點(diǎn), 為綠色、 經(jīng)濟(jì)出行提供了一種全新的運(yùn)輸模式, 符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的需求, 具有極大的社會(huì)效益。同時(shí), 本項(xiàng)目在混合動(dòng)力動(dòng)車(chē)組上的成功運(yùn)用及后期的批量裝車(chē), 也將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。