廣州地鐵直線電機車輛整體式感應板與疊片式感應板比較

王 丹 呂勁松

(廣州地鐵集團有限公司,510380,廣州∥第一作者,工程師)

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廣州地鐵直線電機車輛整體式感應板與疊片式感應板比較

王 丹 呂勁松

(廣州地鐵集團有限公司,510380,廣州∥第一作者,工程師)

介紹了廣州地鐵直線電機車輛整體式感應板和疊片式感應板的結構形式、材質，對兩種感應板的生產工藝、機械尺寸、電氣性能進行了比較，為城市軌道交通直線電機車輛感應板的選型提供參考。

地鐵車輛; 直線電機; 感應板

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

廣州地鐵4、5、6號線均采用直線電機車輛,其感應板作為直線電機的次級,直接鋪設在軌道中間。

直線電機工作原理如圖1所示：初級三相繞組中通入三相對稱正弦電流,產生行波氣隙磁場；行波磁場切割次級導體,感應電動勢并產生電流；電流與行波磁場相互作用產生電磁推力。次級在推力作用下順著行波磁場運動的方向運動。

直線電機的次級分為磁性次級、非磁性次級和復合次級三種,磁性次級的材料為低碳鋼板,非磁性次級的材料為銅或鋁,復合次級是二者的復合。低碳鋼板的導電性不好,所以磁性次級的直線電機效率較低。而銅或鋁的導磁性能不好,故非磁性次級的直線電機功率因數低。廣州地鐵4、5、6號線車輛的直線電機均為復合次級,具有相對較好的性能指標。

1—初級；2—次級；3—行波磁場

1 感應板類型

感應板由電導板、導磁板、安裝座及支架組成，其結構如圖2所示。按照導磁板結構形式，感應板分為整體式和疊片式兩種。按照導電板的材料不同,感應板可分為覆銅板+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,且次級電阻減小,故在相同推力下，覆銅板感應板的效率有所提高,但覆銅板成本較高。

圖2 感應板結構示意圖

廣州地鐵4～6號線感應板所采用的導電板均為鋁板,但導磁板結構形式不同。其中，4、5號線鋪設的感應板為整體式(見圖3),6號線鋪設的感應板為疊片式(見圖4)。

圖3 廣州地鐵整體式感應板

圖4 廣州地鐵疊片式感應板

2 整體式感應板和疊片式感應板比較

2.1 生產工藝比較

爆炸焊接是生產整體式感應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良的復合體。整體式感應板剪切強度、拉脫強度均大于60 MPa，制造工藝簡單,制造成本相對較低,但其必須整體更換,維護成本高。

疊片式感應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備,維修比較簡單方便,維護成本低,但背鐵及鋁覆板制造工藝相對復雜,制造成本相對較高一些。

2.2 機械尺寸比較

整體式感應板和疊片式感應板的機械尺寸比較如表1所示。

表1 整體式感應板與疊片式感應板機械尺寸比較

導電層厚度變化對啟動點推力的影響不大,對額定點推力的影響較大。導電層厚度加大,相應的電流變大,推力也較大。導電層厚度變化對高速點的影響則相反,厚度加大雖電流較大,但推力反而稍小。將背鐵設計成疊片式,可減少渦流損耗。相關試驗表明,疊片數量增加,推力增加,但疊片數增加到一定值時,其推力不再增加(見圖5)。經研究,廣州地鐵6號線感應板的疊片數量定為18片。

2.3 性能比較

在相同的氣隙情況下,疊片式感應板的推力比整體式感應板的推力要大。這是因為直線電機從感應板上經過時,在感應板導磁板上會產生渦流,整體式感應板的導磁板是整塊背鐵,內阻小,渦流損耗大,疊片式感應板的導磁板由若干塊背鐵疊片而成,渦流損耗小。

圖5 疊片數量與電機推力的關系

廣州地鐵集團有限公司實測數據(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,6號線疊片式感應板與4、5號線整體式感應板對能耗影響不大,但6號線疊片式感應板的推力明顯高于4、5號線整體式感應板的推力。

圖6 實測能耗與速度的關系

圖7 實測運行距離與速度的關系

3 結語

在直線電機車輛感應板鋪設方面,國外已有同一線路不同區段鋪設不同類型感應板的實踐經驗。感應板形式的選擇應從列車性能、牽引能耗、維護、成本等綜合考慮,選取一個合理的平衡點。

[1] 楊中平.日本直線電機地鐵技術問答[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號線直線電機軌道感應板鋪設設計[J].鐵道標準設計,2007(7):22.

[3] 李猛.感應板材料變化的直線感應電機推力優化控制研究[D].北京:北京交通大學,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)