直線電機與城市地鐵列車課件

1、直線電機與城軌列車 長期以來，在各種工程技術(shù)中需要直線型驅(qū)動力時，主要是采用旋轉(zhuǎn)電機并通過曲柄連桿或蝸輪蝸桿等傳動機構(gòu)來獲得的。但是，這種傳動形式往往會帶來結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量重，體積大，嚙合精度差，且工作不可靠等缺點。而采用直線電機不需要中間轉(zhuǎn)換裝置，能夠直接產(chǎn)生直線運動。 各種新技術(shù)和需求的出現(xiàn)和拓展推動了直線電機的研究和生產(chǎn)，目前在交通運輸、機械工業(yè)和儀器儀表工業(yè)中，直線電機已得到推廣和應(yīng)用。 直線電動機的定義利用電能直接產(chǎn)生直線運動的電動機 短初級 短次級 雙邊型直線電動機短次級短初級單邊直線電動機直線電機分類（1）按結(jié)構(gòu)（5種）圓筒式結(jié)構(gòu) 從旋轉(zhuǎn)電動機到圓筒式直線電動機的演化 圓弧式直線電

2、動機圓盤式直線電動1.力電機力電機是指單位輸入功率所能產(chǎn)生的推力，或單位體積所能產(chǎn)生的推力，主要用于在靜止物體上或低速的設(shè)備上施加一定的推力的直線電機。它以短時運行、低速運行為主，例如閥門的開閉，門窗的移動，機械手的操作、推車等等。這種電機效率較低，甚至為零（如對靜止物體上施加推力時，效率為零），因此，對這類電機不能用效率這個指標去衡量它，而是用推力功率的比來衡量，即在一定的電磁推力下，其輸入的功率越小則說明其性能越好。2.功電機 功電機主要作為長期連續(xù)運行的直線電機，它的性能衡量的指標與旋轉(zhuǎn)電機基本一樣，即可用效率、功率因數(shù)等指標來衡量其電機性能的優(yōu)劣。例如高速磁懸浮列車用直線電機，各種高速

3、運行的輸送線等等。 3.能電機能電機是指運動構(gòu)件在短時間內(nèi)所能產(chǎn)生的極高能量的驅(qū)動電機，它主要是在短時間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運動能，例如導(dǎo)彈、魚雷的發(fā)射，飛機的起飛以及沖擊、碰撞等試驗機的驅(qū)動等等。這類直線電機的主要性能指標是能效率（能效率輸出的動能電源所提供的電能）。 （2）按功能用途直線電機按其工作原理可分為兩個大的方面，即直線電動機和直線驅(qū)動器，直線電動機包括：交流直線感應(yīng)電動機交流直線同步電動機直線直流電動機直線步進（脈沖）電動機混合式直線電動機直線驅(qū)動器包括：直線振蕩電機直線電磁螺線管電機直線電磁泵直線超聲波電動機等。（3）按工作原理與旋轉(zhuǎn)電動機不同，直線電動機是能夠直接產(chǎn)生直線

4、運動的電動機，但它卻可以看成是從旋轉(zhuǎn)電動機演化而來，如圖7-1所示。設(shè)想把旋轉(zhuǎn)電動機沿徑向剖開，并將圓周展開成直線，就得到了直線電動機。旋轉(zhuǎn)電動機的徑向、周向和軸向，在直線電動機中對應(yīng)地稱為法向、縱向和橫向；旋轉(zhuǎn)電機的定子、轉(zhuǎn)子在直線電機中稱為初級和次級 從旋轉(zhuǎn)電動機到直線電機電動機的演化直線電動機的工作原理直線電動機的工作原理與旋轉(zhuǎn)電動機相似。以直線感應(yīng)電動機為例：當初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應(yīng)出電動勢并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產(chǎn)生電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運動；反之，則初級做直線運動。 式中，為極距(cm)

5、； 如電機極距為，電源頻率為f，磁場移動速度為次級速度為v ，則滑差率為: 次級移動速度:(1) 省去了把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，節(jié)約了成本，縮小了體積。(2) 不存在中間傳動機構(gòu)的慣量和阻力的影響，直線電動機直接傳動反應(yīng)速度快，靈敏度高，準確度高。(3) 直線電動機容易密封，不怕污染，適應(yīng)性強。由于電機本身結(jié)構(gòu)簡單，又可做到無接觸運行，因此容易密封，可在有毒氣體、核輻射和液態(tài)物質(zhì)中使用。(4) 直線電機散熱條件好，溫升低，因此線負荷和電流密度可以取得較高，可提高電機的容量定額。(5) 裝配靈活性大，往往可以將電機與其他機件合成一體。(6) 某些特殊結(jié)構(gòu)的直線電動機也存在一些缺點

6、，如大氣隙導(dǎo)致功率因數(shù)和效率降低，存在單邊磁拉力等等。直線電動機傳動的特點直線電機輪軌交通系統(tǒng)是一種新型的介于磁懸浮鐵路交通與傳統(tǒng)輪軌鐵路交通的軌道交通形式。該種軌道交通利用車輪起支承、導(dǎo)向作用，這與傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)相似。但在牽引方面卻采用了短定子列車驅(qū)動直線感應(yīng)電機驅(qū)動，當初級線圈通以三相交流電時，由于感應(yīng)而產(chǎn)生電磁力，直接驅(qū)動車輛前進，改變磁場移動方向，車輛運動的方向也隨之改變。車輛平穩(wěn)運行時，定子與感應(yīng)軌之間的間隙一般保持在10mm左右。直線電機在列車中應(yīng)用線路的最大坡度理論上可達到10%，目前可實現(xiàn)8%。有利于線路縱斷面設(shè)計，減少隧道及高架的過渡段，減少拆遷工作量，隧道斷面小，大大降低工程

7、投資 車輪只起車體的支撐作用，輪徑較小，使車輛總高度降低，減少行走區(qū)間的斷面面積，整個系統(tǒng)小型化，降低工程投資。直線電機城軌車輛性能特點 直線電機城軌車輛及線路（廣鐵四號線）任務(wù)二 供配電與電力牽引分為牽引供電系統(tǒng)和動力照明系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)：驅(qū)動車輛的用點負荷動力照明系統(tǒng)：提供車站內(nèi)的動力、照明、通信、信號等用電負荷供電系統(tǒng)需滿足下列要求供電系統(tǒng)必須可靠須滿足不同用戶要求車站電源及負荷分類車站電源：兩路電源引自降壓變壓器二次側(cè)， 兩路電源互為備用，切換；一路分進線斷開，三級負荷切除；火災(zāi)時切斷三級負荷，二級負荷要人工現(xiàn)場切除負荷分類： 按供電重要程度分： 一級負荷、二級負荷、三級負荷 按用途分

8、：動力和照明兩大類一級負荷 供電方式：從I、II段母線(即兩路引自變電器電源)各引一路電源到設(shè)備附近，在設(shè)備末端設(shè)雙電源自動切換箱(相對集中的小容量 一級負荷為節(jié)省投資而共用一個雙電源自動切換箱就近配電)負荷包括： 通信、信號、FAS、EMCS、AFC 應(yīng)急照明、站廳和站臺照明、出入口照明 屏蔽門、垂直梯、排水泵、雨水泵、回排風機、排熱風機、組合式空調(diào)箱、小系統(tǒng)排煙風機二級負荷供電方式：從I或II段母線引一路電源，當所在母線故障時母聯(lián)開關(guān)投入，由另一母線供電。當電網(wǎng)只有一路電源時，允許將其從電網(wǎng)中切除（人工切除）負荷包括： 一般照明（房屋、板下、插座） 自動扶梯、污水泵、通風機 設(shè)備房維修、區(qū)

9、間檢修三級負荷供電方式：由三級負荷總開關(guān)引來一路單電源，一路總進線電源故障時自動被切除，人工復(fù)位。在火災(zāi)情況下，F(xiàn)AS系統(tǒng)直接切斷三級負荷總電源。負荷包括： 廣告照明、裝飾照明 冷水機組、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔風機 清掃機械、商鋪照明負荷照明種類包括： 站臺、站廳普通照明（工作照明1和2、節(jié)電照明）、事故照明、設(shè)備房屋照明、疏散誘導(dǎo)照明、導(dǎo)引照明（公共區(qū)、出入口等）、隧道照明、廣告照明站臺、站廳普通照明站廳層、站臺層工作照明和節(jié)電照明采用交流雙電源交叉方式供電。工作照明/節(jié)電照明：2 : 1 ( 其中工作照明又分為1.5 : 0.5 兩部分） 這樣根據(jù)需要可組成0.5、1、1.5、2、2.5、

10、3 六種不同的照度組合，EMCS控制照明模式站廳照明站臺照明出入口照明事故照明原則上為常明燈。正常采用交流雙電源互為備用供電，一路失電另一路自投。當兩路電源均失電后，由蓄電池逆變供電，持續(xù)1h。一般在每個車站兩端各設(shè)一個蓄電池室（事故照明電源裝置）戰(zhàn)時電源為第三電源事故照明電源裝置組成：蓄電池組、充電器、逆變器原理：輸入、輸出均為交流。正常時由兩路交流電源供電，經(jīng)過開關(guān)設(shè)備直接向事故照明負荷供電；當交流失電后由逆變器將蓄電池組備用的直流電源變換成交流電源輸出。范圍：站臺、站廳層、設(shè)備房和隧道區(qū)間的事故照明和疏散誘導(dǎo)照明事故照明電源裝置蓄電池廣告照明分布于站臺、站廳公共區(qū)采用一路電源供電； 日光

11、燈燈箱； 三級負荷，電源故障時自動切除，人工復(fù)位；廣告照明區(qū)間照明包括正常照明（二級）和應(yīng)急照明（一級）安裝在兩側(cè)壁一般照明： 每間隔20米一個（70W高壓鈉燈） 疏散照明： 每間隔20米一個（36W熒光燈） 指示照明（出口箭頭指示牌）： 每間隔50米一個（消防疏散標識燈）各回路交叉間隔布置區(qū)間照明照明控制設(shè)備用房照明就地控制照明配電室 EMCS集控低壓配電室站廳、站臺公共區(qū)照明：照明配電室控制 EMCS集控 低壓配電室出入口照明、廣告照明：照明配電室控制 EMCS 集控 低壓配電室續(xù)上站臺板下安全照明照明配電室控制 EMCS 集控 低壓配電室應(yīng)急照明：照明配電室控制 EMCS 集控 蓄電池室低壓配電室區(qū)間照明：隧道口就地控制箱控制 EMCS 集控 （蓄電池室）低壓配電室燈具種類區(qū)間：應(yīng)急照明-帶防護罩防濺日光燈-壁裝；普通照明-廣照型金鹵燈70W房屋：日光燈-吊裝、壁裝、嵌入疏散指示：帶后備電池，場致效應(yīng)發(fā)光二極管板下照明：24V安全電壓和安全插座，防濺型、壁裝事故照明：日光燈-吊裝、壁裝、嵌入公共區(qū)、出入口照明：日光燈、筒燈-嵌入廣告、導(dǎo)引照明：日光燈燈箱疏散指示照明與其它系統(tǒng)接口與SCADA接口1.受SCADA控制的開關(guān)(設(shè)手、自動轉(zhuǎn)換開關(guān))2.受SCADA監(jiān)視的開關(guān)狀態(tài)3 .SCADA遙信與EMCS控制接口 站級控制照明低壓開關(guān)柜ABB公司MN