廣州地鐵直線電機(jī)車輛整體式感應(yīng)板與疊片式感應(yīng)板比較

王 丹 呂勁松

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510380,廣州∥第一作者,工程師)

?

廣州地鐵直線電機(jī)車輛整體式感應(yīng)板與疊片式感應(yīng)板比較

王 丹 呂勁松

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司,510380,廣州∥第一作者,工程師)

介紹了廣州地鐵直線電機(jī)車輛整體式感應(yīng)板和疊片式感應(yīng)板的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)，對(duì)兩種感應(yīng)板的生產(chǎn)工藝、機(jī)械尺寸、電氣性能進(jìn)行了比較，為城市軌道交通直線電機(jī)車輛感應(yīng)板的選型提供參考。

地鐵車輛; 直線電機(jī); 感應(yīng)板

Author′s address Guangzhou Metro Group Co.,Ltd.,510380,Guangzhou,China

廣州地鐵4、5、6號(hào)線均采用直線電機(jī)車輛,其感應(yīng)板作為直線電機(jī)的次級(jí),直接鋪設(shè)在軌道中間。

直線電機(jī)工作原理如圖1所示：初級(jí)三相繞組中通入三相對(duì)稱正弦電流,產(chǎn)生行波氣隙磁場(chǎng)；行波磁場(chǎng)切割次級(jí)導(dǎo)體,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流；電流與行波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁推力。次級(jí)在推力作用下順著行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)。

直線電機(jī)的次級(jí)分為磁性次級(jí)、非磁性次級(jí)和復(fù)合次級(jí)三種,磁性次級(jí)的材料為低碳鋼板,非磁性次級(jí)的材料為銅或鋁,復(fù)合次級(jí)是二者的復(fù)合。低碳鋼板的導(dǎo)電性不好,所以磁性次級(jí)的直線電機(jī)效率較低。而銅或鋁的導(dǎo)磁性能不好,故非磁性次級(jí)的直線電機(jī)功率因數(shù)低。廣州地鐵4、5、6號(hào)線車輛的直線電機(jī)均為復(fù)合次級(jí),具有相對(duì)較好的性能指標(biāo)。

1—初級(jí)；2—次級(jí)；3—行波磁場(chǎng)

1 感應(yīng)板類型

感應(yīng)板由電導(dǎo)板、導(dǎo)磁板、安裝座及支架組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。按照導(dǎo)磁板結(jié)構(gòu)形式，感應(yīng)板分為整體式和疊片式兩種。按照導(dǎo)電板的材料不同,感應(yīng)板可分為覆銅板+低碳鋼板及覆鋁板+低碳鋼板兩種。銅板可以提供更大的推力,且次級(jí)電阻減小,故在相同推力下，覆銅板感應(yīng)板的效率有所提高,但覆銅板成本較高。

圖2 感應(yīng)板結(jié)構(gòu)示意圖

廣州地鐵4～6號(hào)線感應(yīng)板所采用的導(dǎo)電板均為鋁板,但導(dǎo)磁板結(jié)構(gòu)形式不同。其中，4、5號(hào)線鋪設(shè)的感應(yīng)板為整體式(見圖3),6號(hào)線鋪設(shè)的感應(yīng)板為疊片式(見圖4)。

圖3 廣州地鐵整體式感應(yīng)板

圖4 廣州地鐵疊片式感應(yīng)板

2 整體式感應(yīng)板和疊片式感應(yīng)板比較

2.1 生產(chǎn)工藝比較

爆炸焊接是生產(chǎn)整體式感應(yīng)板的一種非常有效的方法,其通過爆炸提供的能量將覆鋁板和背鐵形成性能優(yōu)良的復(fù)合體。整體式感應(yīng)板剪切強(qiáng)度、拉脫強(qiáng)度均大于60 MPa，制造工藝簡(jiǎn)單,制造成本相對(duì)較低,但其必須整體更換,維護(hù)成本高。

疊片式感應(yīng)板的覆鋁板和背鐵依靠螺栓緊固在一起,如果覆鋁板被破壞,只需將覆鋁板更換,不需要大型的吊裝設(shè)備,維修比較簡(jiǎn)單方便,維護(hù)成本低,但背鐵及鋁覆板制造工藝相對(duì)復(fù)雜,制造成本相對(duì)較高一些。

2.2 機(jī)械尺寸比較

整體式感應(yīng)板和疊片式感應(yīng)板的機(jī)械尺寸比較如表1所示。

表1 整體式感應(yīng)板與疊片式感應(yīng)板機(jī)械尺寸比較

導(dǎo)電層厚度變化對(duì)啟動(dòng)點(diǎn)推力的影響不大,對(duì)額定點(diǎn)推力的影響較大。導(dǎo)電層厚度加大,相應(yīng)的電流變大,推力也較大。導(dǎo)電層厚度變化對(duì)高速點(diǎn)的影響則相反,厚度加大雖電流較大,但推力反而稍小。將背鐵設(shè)計(jì)成疊片式,可減少渦流損耗。相關(guān)試驗(yàn)表明,疊片數(shù)量增加,推力增加,但疊片數(shù)增加到一定值時(shí),其推力不再增加(見圖5)。經(jīng)研究,廣州地鐵6號(hào)線感應(yīng)板的疊片數(shù)量定為18片。

2.3 性能比較

在相同的氣隙情況下,疊片式感應(yīng)板的推力比整體式感應(yīng)板的推力要大。這是因?yàn)橹本€電機(jī)從感應(yīng)板上經(jīng)過時(shí),在感應(yīng)板導(dǎo)磁板上會(huì)產(chǎn)生渦流,整體式感應(yīng)板的導(dǎo)磁板是整塊背鐵,內(nèi)阻小,渦流損耗大,疊片式感應(yīng)板的導(dǎo)磁板由若干塊背鐵疊片而成,渦流損耗小。

圖5 疊片數(shù)量與電機(jī)推力的關(guān)系

廣州地鐵集團(tuán)有限公司實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(見圖6、圖7)顯示，列車由靜止以最大加速度加速到35 km/h時(shí),6號(hào)線疊片式感應(yīng)板與4、5號(hào)線整體式感應(yīng)板對(duì)能耗影響不大,但6號(hào)線疊片式感應(yīng)板的推力明顯高于4、5號(hào)線整體式感應(yīng)板的推力。

圖6 實(shí)測(cè)能耗與速度的關(guān)系

圖7 實(shí)測(cè)運(yùn)行距離與速度的關(guān)系

3 結(jié)語

在直線電機(jī)車輛感應(yīng)板鋪設(shè)方面,國(guó)外已有同一線路不同區(qū)段鋪設(shè)不同類型感應(yīng)板的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。感應(yīng)板形式的選擇應(yīng)從列車性能、牽引能耗、維護(hù)、成本等綜合考慮,選取一個(gè)合理的平衡點(diǎn)。

[1] 楊中平.日本直線電機(jī)地鐵技術(shù)問答[J].都市快軌交通,2006(2):96.

[2] 馮健,王羽杰,丁靜波,等.廣州地鐵4號(hào)線直線電機(jī)軌道感應(yīng)板鋪設(shè)設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(7):22.

[3] 李猛.感應(yīng)板材料變化的直線感應(yīng)電機(jī)推力優(yōu)化控制研究[D].北京:北京交通大學(xué),2013.

Comparative Study of Integrated Reaction Plate and Laminated Sheet Reaction Plate Installed in Guangzhou Metro Linear Motor Vehicle

WANG Dan, Lü Jinsong

The structure and materials of integrated reaction plate and laminated sheet reaction plate used in Guangzhou metro are introduced, their production technology, mechanical dimensions and electric properties are compared. This study provides a reference for urban rail transit companies to select the proper reaction plate.

metro vehicle; linear motor; reaction plate

TM359.4

10.16037/j.1007-869x.2016.04.020

2015-08-21)