广州地铁直线电机车辆整体式感应板与叠片式感应板比较

王 丹 吕劲松

(广州地铁集团有限公司,510380,广州∥第一作者,工程师)



广州地铁直线电机车辆整体式感应板与叠片式感应板比较

王 丹 吕劲松

(广州地铁集团有限公司,510380,广州∥第一作者,工程师)

介绍了广州地铁直线电机车辆整体式感应板和叠片式感应板的结构形式、材质，对两种感应板的生产工艺、机械尺寸、电气性能进行了比较，为城市轨道交通直线电机车辆感应板的选型提供参考。

地铁车辆; 直线电机; 感应板

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

广州地铁4、5、6号线均采用直线电机车辆,其感应板作为直线电机的次级,直接铺设在轨道中间。

直线电机工作原理如图1所示：初级三相绕组中通入三相对称正弦电流,产生行波气隙磁场；行波磁场切割次级导体,感应电动势并产生电流；电流与行波磁场相互作用产生电磁推力。次级在推力作用下顺着行波磁场运动的方向运动。

直线电机的次级分为磁性次级、非磁性次级和复合次级三种,磁性次级的材料为低碳钢板,非磁性次级的材料为铜或铝,复合次级是二者的复合。低碳钢板的导电性不好,所以磁性次级的直线电机效率较低。而铜或铝的导磁性能不好,故非磁性次级的直线电机功率因数低。广州地铁4、5、6号线车辆的直线电机均为复合次级,具有相对较好的性能指标。

1—初级；2—次级；3—行波磁场

1 感应板类型

感应板由电导板、导磁板、安装座及支架组成，其结构如图2所示。按照导磁板结构形式，感应板分为整体式和叠片式两种。按照导电板的材料不同,感应板可分为覆铜板+低碳钢板及覆铝板+低碳钢板两种。铜板可以提供更大的推力,且次级电阻减小,故在相同推力下，覆铜板感应板的效率有所提高,但覆铜板成本较高。

图2 感应板结构示意图

广州地铁4～6号线感应板所采用的导电板均为铝板,但导磁板结构形式不同。其中，4、5号线铺设的感应板为整体式(见图3),6号线铺设的感应板为叠片式(见图4)。

图3 广州地铁整体式感应板

图4 广州地铁叠片式感应板

2 整体式感应板和叠片式感应板比较

2.1 生产工艺比较

爆炸焊接是生产整体式感应板的一种非常有效的方法,其通过爆炸提供的能量将覆铝板和背铁形成性能优良的复合体。整体式感应板剪切强度、拉脱强度均大于60 MPa，制造工艺简单,制造成本相对较低,但其必须整体更换,维护成本高。

叠片式感应板的覆铝板和背铁依靠螺栓紧固在一起,如果覆铝板被破坏,只需将覆铝板更换,不需要大型的吊装设备,维修比较简单方便,维护成本低,但背铁及铝覆板制造工艺相对复杂,制造成本相对较高一些。

2.2 机械尺寸比较

整体式感应板和叠片式感应板的机械尺寸比较如表1所示。

表1 整体式感应板与叠片式感应板机械尺寸比较

导电层厚度变化对启动点推力的影响不大,对额定点推力的影响较大。导电层厚度加大,相应的电流变大,推力也较大。导电层厚度变化对高速点的影响则相反,厚度加大虽电流较大,但推力反而稍小。将背铁设计成叠片式,可减少涡流损耗。相关试验表明,叠片数量增加,推力增加,但叠片数增加到一定值时,其推力不再增加(见图5)。经研究,广州地铁6号线感应板的叠片数量定为18片。

2.3 性能比较

在相同的气隙情况下,叠片式感应板的推力比整体式感应板的推力要大。这是因为直线电机从感应板上经过时,在感应板导磁板上会产生涡流,整体式感应板的导磁板是整块背铁,内阻小,涡流损耗大,叠片式感应板的导磁板由若干块背铁叠片而成,涡流损耗小。

图5 叠片数量与电机推力的关系

广州地铁集团有限公司实测数据(见图6、图7)显示，列车由静止以最大加速度加速到35 km/h时,6号线叠片式感应板与4、5号线整体式感应板对能耗影响不大,但6号线叠片式感应板的推力明显高于4、5号线整体式感应板的推力。

图6 实测能耗与速度的关系

图7 实测运行距离与速度的关系

3 结语

在直线电机车辆感应板铺设方面,国外已有同一线路不同区段铺设不同类型感应板的实践经验。感应板形式的选择应从列车性能、牵引能耗、维护、成本等综合考虑,选取一个合理的平衡点。

[1] 杨中平.日本直线电机地铁技术问答[J].都市快轨交通,2006(2):96.

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[3] 李猛.感应板材料变化的直线感应电机推力优化控制研究[D].北京:北京交通大学,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)