中国高铁永磁电机「压缩机可以带上高铁吗」

今天带来中国高铁永磁电机「压缩机可以带上高铁吗」，关于中国高铁永磁电机「压缩机可以带上高铁吗」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

中国高铁，再次跑出“新速度”。9月下旬，中国中车株洲电机公司向世界发布了时速400公里的高速动车组用TQ-800永磁同步牵引电机。

据中车株洲电机公司牵引电机研究所副所长李广介绍，在经历了“直流”“交流”后，世界轨道交通车辆牵引技术正在朝3.0版的“永磁”驱动技术发展。这款永磁同步牵引电机的各项性能指标达到国际先进水平，将用于驱动我国重点研发项目——时速400公里跨国互联互通高速列车。张华，公众号：企鹅科

（TQ-800永磁同步牵引电机，图片来源：新华社）

永磁电动机，一种新型节能高效的电机

相比传统的异步电机，“永磁”电机不但功率密度更高、效率更高，而且环境适应能力更强、全寿命周期成本也更低，具有更广阔的应用领域和市场前景。三相异步电机是靠同时接入380V三相交流电源（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。其主要的工作原理都是所谓的安培力或者洛伦兹力。简单说，运动的电荷在磁场中会受到洛伦兹力的作用。对于任何一种电动机来说，都是需要供电的。供电以后时候会形成电流，电流在磁场中受到力的作用，这个力有一个专用的名称，那就是安培力（其本质上也是洛伦兹力）。张华，公众号：企鹅科学

（安培力示意图 图片来源：文档网）

当给电动机供电，有了电流以后，电动机才能工作。但光有电流是不够的，因为根据安培力的原理，还需要有磁场。

磁场一般怎么产生的呢？有两种办法：

一种是用电流产生磁场（电磁场），电与磁可说是一体两面，变动的电会产生磁，变动的磁则会产生电。电生磁就是用一条金属导线通过电流，那么在导线周围的空间将产生磁场。导线中流过的电流越大，产生的磁场越强。

三相电动机一组三相线圈，每个线圈都通有交流电产生磁场。三个线圈的交流电在时刻变化中，各相差三分之一个周期，这样就产生了旋转的磁场并作用于转子形成旋转扭矩。

还有一种办法就是用永磁体来产生磁场，使用永磁体的电动机，就叫做永磁电动机。

这里的永磁体就是稀土永磁材料经磁场充磁后制得的一种磁性材料。稀土永磁材料含有作为合金元素的稀土金属，稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比上个世纪使用的磁钢（钨钢、碳钢、铬钢和钴钢、铝镍钴）的磁性能都高出很多。

（常见的采用铜线绕阻方式电机解剖图，图源：网络）

目前稀土永磁材料主要有钐钴和钕铁硼两种永磁体，钐钴永磁体被称为“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。虽然钐钴永磁体性能优异，但稀土金属“钐”储量稀少，而且“钴”是稀缺、昂贵的战略金属，因此，工业上应用的基本都是钕铁硼永磁体。

在空压机常用的永磁电动机中，永磁材料也是使用的是钕铁硼。

（钕铁硼永磁体电镀工艺示意图，图源：网络）

1967年，美国Dayton大学的Strnat等成功制成SmCo5永磁体，标志着稀土永磁时代的到来。这种材料在外界强磁场中充满磁，当外界强磁场撤走后，其自身会被磁化，而且保留下很强的剩余磁场，而且一般在300度以下的温度不会失去磁性，所以具有很广泛的用途。

像钕铁硼永磁体表面的磁场强度可以达到1特斯拉左右，这是地球磁场的20000倍。如此高性能的永磁体是1982年后才开始慢慢发展出来的，在最近10年里才开始用到电动机领域。

稀土永磁电机的基本原理

众所周知，所有电动机一般都分为两部分：定子与转子。定子是固定不动，定子与电动机外壳相连。而转子则是会旋转的，这种旋转运动可以为外界提供动力。

（永磁电动机结构分析图，图源：网络）

永磁电动机定子一般是铁，叫做定子铁芯，在定子铁芯上需要紧紧捆绑一些带绝缘皮的铜线，这些铜线是用来通大电流的，当交流电通过铜线的时候，会产生一个交变的磁场，而且这个磁场的方向是时刻变化的。永磁电动机转子安装有永磁体，这些永磁体会产生强磁场。

电动机通电以后，外部的定子接入一个三相交流电，这最终会产生了一个以通电频率为角速度旋转的磁场。

这个旋转的磁场会排斥转子上面的永磁体，使得转子以相同的角速度旋转，就这样电动机就能工作起来（这里面的工作原理就是老百姓熟悉的磁场的“同性相斥”）。

同步电机与异步电机的区别

同步电机稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系，n=ns=60f/p，其中f为电网频率，p为电机的极对数，ns称为旋转磁场速度或同步转速。异步电机存在转差率问题，转速接近于同步转速，比同步转速略低。如50Hz的2极电机同步转速为3000rpm，异步电机则在2980rpm左右。

因为永久磁铁转子随电磁铁产生的旋转磁场同步旋转，所以这样的电动机被称为同步电动机。

（永磁电机示意图，图片来源：鹏芃设计）

永磁同步电动机相比传统的异步电机，永磁电机只需要给定子供电，转子不需要供电，所以能量利用效率更高。

因为稀土永磁体虽然磁场的强度比较强，但不会像电磁铁那样会发热，所以可以减少整个电动机体积，同等功率下可缩小电动机的体积与重量。

配套永磁电机，绝不只是换装那么简单，必须相应更换普通电源为可控电源，与永磁电机本体一起构成永磁电机系统。与常规电机系统相比，永磁电机系统通过电力电子变换器进行变频变压，电机输出轴速度和功率可宽范围平滑调节，设备性能发生脱胎换骨般革命性提升，即随负荷变化情况，自适应调整设备经济运行，节能效果非常显著。

空压机变频永磁5大优势

❷ 体积小，重量轻

由于使用了高性能的永磁材料提供磁场，使得永磁电机的气隙磁场较普通电机大大增强（气隙磁场作用是传递能量。电机的气隙间隙越小越好。因为越小，气隙磁场链越短，这就好比杠杆阻力臂越短，阻力臂的力越大。同样气隙间隙越小，磁场链的力越大，只有磁场链的力越大，才能越吸收来自转子、定子的动能或电能，才能越接近100%的传递能量的作用，也就是通过磁场实现能量转换或转移）。

永磁电机的体积和重量较普通电机大大缩小。例如11kW的普通电机重量约220kg，而永磁电机仅为92kg，仅相当于普通电机重量的45%。

❸ 启动转矩大

自启动永磁同步电机一般也采用异步启动方式。由于永磁电机正常工作时转子绕组不起作用，因而在设计时可使转子绕组完全满足起动转矩的要求，例如从1.8倍上升到2.5倍，甚至更大。

❹ 电网运行品质好

异步电机要从电网中吸收大量的无功电流，造成电网输变电系统有大量无功电流，进而使电网的品质因数下降，加重输变电设备及发电设备的负荷。同时，无功电流在电网即输变电系统中均要消耗部分电能，造成电力电网运行效率低下，再与异步电机效率低、从电网多吸收电能的情况叠加，电能量损失加剧，电网负荷愈发加重了。

在永磁电机转子无电励磁、功率因数高的独特优势，有助于提高电网的品质因数或使电网中不再需安装补偿器。

❺ 温升低、故障率低

无电励磁意味着无损耗发热，因此，永磁电机一般温升很低。另由于使用了永磁材料提供磁场，因此故障率更低。

永磁电动机可分为永磁直流电动机和永磁交流电动机。而永磁交流电动机指的是带有永磁转子的多相同步电动机，所以常称为永磁同步电动机。

当前，永磁电机已进入蓬勃发展期，在可预见的未来几年，变频永磁将成为空压机主流的驱动方式。

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文章部分引用自：科普中国《时速400公里等级“永磁高铁”电机发布，助力中国高铁新速度》

由《空压机头条》编辑整理