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地铁车辆能耗分析及节能措施研究摘要：随着我国经济的高速发展，地铁已经成为重要的公共交通工具。
当前地铁的建设规模不断扩大，耗电总量非常大，从绿色环保角度看仍具备很大的提升空间。
对此，本文基于地铁车辆当前运行情况进行分析，了解当前地铁能源的消耗结构，并提出相应的改善措施，提升地铁节能技术水平，让地铁运行达到更小的能源消耗。
关键词：地铁车辆；能耗问题；节能措施引言：地铁为城市交通运输带来极大的好处，其使用电力，大大降低了交通工具中的石油使用量，同时，地铁建于地下能够大大减少地面交通拥挤度，节约了土地资源。
虽说地铁相比其他交通工具来说已经具备了很多的优势，也更符合绿色发展的理念，但当下地铁的电量消耗巨大，与节能理念相违背。
对此，本文将对地铁车辆能耗进行分析，以便研究出更多的节能措施，建设出节能型城市交通工具。
一、地铁车辆能耗分析地铁耗电主要有两大部分，一是列车牵引电能，二是照明设备。
对此在进行地铁车辆能耗分析时需要从这两大方向深入分析，具体如下：1、地铁车辆类型不同类型的车辆有着不同的牵引能耗。
首先，车辆自身的重量、车型设计、速度设计等对车辆启动有着直接的影响，而这些因素与车辆牵引能耗息息相关。
其次，车辆内部设备的配置、车辆长宽高等因素影响着车辆的运输能力，也对车辆整体牵引耗能产生一定的影响。
最后，车辆车体结构、材料等还影响着车辆的编组，并对车辆制动力矩产生一定影响，进而影响着整个车辆的牵引能耗。
2、地铁车辆编组地铁的客流量是一个变动的数值，进而车辆编组也要随之而变化。
如果车辆编组没有结合客流量和运作组织方案就容易造成不必要的能量消耗。
一般来说，当车辆编组数量越大，所需能耗也就越大。
如若地铁车辆编组都按照客流量高峰时期进行编排，那必定造成很大的能量消耗。
3、地铁车辆驱动方式地铁车辆传统的驱动方式是采用旋转电机，该方式需要较大的电能进行驱动，相比较直线电机驱动方式更为节能。
直线感应电机作为地铁车辆牵引时，将定子固定在车辆，转子固定在轨道上，让整个转向架结构更为简化，运转起来也更为快速，大大地降低了车辆能耗。
一、引言牵引电机是轨道交通系统中的核心部件，其性能直接影响着列车的运行速度、能耗和舒适度。
随着我国轨道交通事业的快速发展，牵引电机技术也在不断进步。
本文将对牵引电机技术进行总结，分析其发展现状和未来趋势。
二、牵引电机技术发展历程1. 传统异步牵引电机：早期轨道交通系统主要采用异步牵引电机，其结构简单、成本较低，但效率、功率密度和运行速度等方面存在局限性。
2. 异步牵引电机矢量控制技术：通过引入矢量控制技术，提高了异步牵引电机的控制精度和性能，使其在高速、重载等工况下具有较好的适应性。
3. 永磁同步牵引电机：永磁同步牵引电机具有高效率、高功率密度、高可靠性等优点，逐渐成为轨道交通系统的发展方向。
4. 电机转子铁心感应加热技术：该技术可有效提高电机转子铁心的热处理质量，降低能耗，提高电机性能。
三、牵引电机技术现状1. 永磁同步牵引电机：目前，永磁同步牵引电机已成为高速、重载轨道交通系统的主要选择。
我国在永磁同步牵引电机技术方面取得了显著成果，如TQ-800型永磁同步牵引电机，其性能指标达到国际先进水平。
2. 异步牵引电机无速度传感器矢量控制技术：该技术可提高牵引系统的可靠性，减小电机体积、节省安装空间、降低成本。
我国在无速度传感器矢量控制技术方面已取得一定成果。
3. 感应加热技术：该技术在提高电机转子铁心热处理质量、降低能耗、提高电机性能方面具有显著优势。
四、牵引电机技术未来趋势1. 提高电机性能：未来，牵引电机技术将朝着高效率、高功率密度、高可靠性方向发展，以满足高速、重载、长距离等工况需求。
2. 电机轻量化：通过采用新型材料、优化设计等手段，实现牵引电机轻量化，降低能耗，提高运行速度。
3. 智能化控制：结合人工智能、大数据等技术，实现牵引电机的智能化控制，提高系统运行效率和安全性。
4. 绿色环保：在电机设计和制造过程中，注重节能减排，降低对环境的影响。
五、结论牵引电机技术是轨道交通系统发展的关键，我国在牵引电机技术方面取得了显著成果。
永磁同步电机vs传统异步电机：哪个更优秀近些年来，随着能源危机的加深和环保意识的不断提高，电动车、风力发电、太阳能发电等领域的发展越来越迅速，因此在电机技术方面的研究也越来越深入。
在电机类型中，永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）和传统异步电机（induction motor，IM）已经成为两种主流的电机类型，那么，哪个更优秀呢？永磁同步电机是指在电机转子上镶嵌有永久磁铁的同步电机，通过控制转子上的永磁体的磁场与定子磁场交互作用，使得转子能够同步旋转。
PMSM电机具有很好的动态特性、高效率和高功率因数，适用于需要快速启动、停止和定速控制的应用，如电动汽车、数控机床等。
而传统异步电机则是利用交变磁场诱导转子内感应电流，并通过将转子内感应电流和定子磁场力的相互作用转换成转矩，从而带动转子转动，它广泛应用于工业生产、家用电器和电机等领域。
首先，从效率来看，PMSM电机表现更为出色。
由于永磁体的磁场稳定，转子损耗小、寿命长，使得PMSM的效率高达95%以上，远高于IM的80%左右，能有效降低电能消耗和发热量，从而提高了系统的功率密度和工作效率，较为适合中大功率应用。
同时，PMSM电机的功率因数也比IM高，使得能源利用更加高效。
其次，从控制精度来看，PMSM电机要更精确。
由于PMSM电机的转速控制需要通过控制永磁体的磁场，因此其转速控制精度更高，更易于实现更高的定位控制，限流保护和校准等需求，适用于机器人、高精度设备、医疗设备等领域的应用。
再者，从重量来看，PMSM电机相对较轻、小巧，可以让产品更加轻便紧凑，需要埋入器件的空间也会更少，适用于体积有限的产品。
最后，从故障率来看，PMSM电机比IM电机更为可靠。
由于PMSM 电机无需使用碳刷，因此减少了由于碳刷老化而导致的故障率，同时其结构简单、无需单独的故障检测，可以有效提高设备的可靠性和稳定性，降低产品在使用过程中出现关键性能失效的风险。
地铁动车牵引传动系统分析、建模及优化一、本文概述随着现代城市化的快速推进，地铁和动车已成为城市公共交通的重要组成部分，对于缓解城市交通压力、提高出行效率具有至关重要的作用。
而牵引传动系统作为地铁和动车的核心组成部分，其性能直接影响到列车的运行效率、能源消耗以及乘客的乘坐体验。
因此，对地铁动车牵引传动系统进行深入的分析、建模及优化，对于提升列车的整体性能、推动城市交通的绿色发展具有重要意义。
本文旨在对地铁动车牵引传动系统进行全面的研究。
通过文献综述和实地调研，梳理地铁和动车牵引传动系统的发展历程和现状，分析当前牵引传动系统存在的问题和挑战。
建立牵引传动系统的数学模型，利用先进的仿真工具进行模拟分析，深入了解系统的运行特性和性能表现。
在此基础上，探讨牵引传动系统的优化策略和方法，提出切实可行的优化方案。
通过案例分析，验证优化方案的有效性和可行性，为地铁和动车牵引传动系统的改进和升级提供理论支持和实践指导。
本文的研究内容不仅有助于提升地铁和动车牵引传动系统的技术水平，还可为城市交通的可持续发展提供有益借鉴。
通过不断优化牵引传动系统，有望降低列车的能源消耗、减少排放污染，推动城市交通向更加绿色、高效的方向发展。
本文的研究成果也可为相关领域的研究人员和技术人员提供参考和启示，推动牵引传动系统技术的不断创新和发展。
二、地铁动车牵引传动系统分析地铁动车的牵引传动系统是地铁车辆运行中的核心部分，其性能直接影响到列车的运行效率、乘坐舒适性和能源利用效率。
地铁动车的牵引传动系统主要包括牵引电机、传动装置、控制系统等部分，它们协同工作，使列车能够在不同的运行工况下保持稳定的牵引和制动性能。
牵引电机是地铁动车牵引传动系统的动力源，其性能直接影响到列车的加速和爬坡能力。
现代地铁动车通常采用交流传动系统，牵引电机多采用三相异步电机或永磁同步电机，具有高效率、高功率密度和良好的调速性能。
在列车运行过程中，牵引电机需要根据列车的运行需求和工况变化，实时调整输出功率和转速，以满足列车的牵引和制动需求。
永磁同步电机与异步电机的比较（精选五篇）第一篇：永磁同步电机与异步电机的比较永磁同步电机与异步电机的比较随着电力电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。
永磁同步电机与普通异步速电机相比，具有如下优势：1、效率高这里所说的效率高不仅仅指额定功率点的效率离于普通三相异步电机，而是指其在整个调速范围内的平均效率。
永磁同步电机的励磁磁场由永磁体提供，转子不需要励磁电流，电机效率提高，与异步电机相比，任意转速点均节约电能，尤其在转速较低的时候这种优势尤其明显。
2.启动转矩永磁同步电机一般也采用异步起动方式，由于永磁同步电机正常工作时转子绕组不起作用，在设计永磁电机时，可使转子绕组完全满足高起动转矩的要求，例如使起倍1.8倍上升到2.5倍，甚至更大。
3.对电网运行的影响因异步电机的功率因数低，电机要从电网中吸收大量的无功电流，造成电网翰变电设备及发电设备中有大量无功电流，进而使电网的品质因数下降，加重了电网及枪变电设备及发电设备的负荷，同时无功电流在电网、翰变电设备及发电设备中均要消耗部分电能，造成电力电网效率变低，影晌了电能的有效利用。
同样由于异步电机的效率低，要满足翰出功率的耍求，势必要从电网多吸收电能，进一步增加了电两能量的损失，加重了电网负荷。
在永磁电机转子中无感应电流励班，电机的功率因数高，提高了电网的品质因数使电网中不再需安装补偿器。
同时，因永磁电机的高效率，也节约了电能。
4、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感应电机大先增强，永磁电机的体积和重最较感应电机可以大大的缩小。
例如11kW的异步电机重最为220kg，而永磁电机仅为92kg，相当于异步电机重量的45.8%。
5、故障率更低、使用普遍由于使用了高性能的稀土永磁材料提供磁场，因此故障率更低，使用更加普遍为目前应用的主流电梯驱动电机，异步电机目前在客用电梯应用市场上已经完全淘汰，部分低端大载量货用电梯在使用！基于以上对比优势，目前，永磁同步电机它比普通三相异步电机更高效，更节能！第二篇：永磁同步电机特高效永磁电机替换Y2异步电机节能分析效率和功率因数是两个不同的概念。
地铁车辆永磁牵引系统与异步牵引系统的对比分析自20世纪70年代交流传动机车诞生，伴随电力电子、控制理论和信息等技术的进步，交流传动电力牵引（异步电机）系统以其优良的特性，至今已成为轨道交通领域公认的主流。
本文根据永磁牵引系统技术在地铁车辆的应用和装车试验结果，总结了永磁牵引系统与异步牵引系统在结构原理、控制和主电路等方面的差异，以及两者的优缺点对比，为牵引系统选型提供参考。
标签：永磁牵引系统；牵引电机引言长沙地铁1号线共配置23列6节编组的列车，其中前22列车牵引系统采用异步牵引电机，最后1列车牵引系统采用中车时代电气股份有限公司自主研发的永磁同步牵引电机。
2016年8月8日，经过专家评审后，永磁牵引车正式投入载客运营。
截止到2017年2月28日，永磁牵引车已载客运营超过7.4万km。
长沙地铁1号线永磁牵引车是全国首例整车采用永磁同步电机的地铁列车，为更好地了解永磁列车牵引系统的耗能情况，运营部门对试运营以来永磁牵引车和异步牵引车的能耗进行了统计和对比。
1概述轨道车辆的牵引力是由其车轮与铁轨的接触面和车轮相对车体的切向相对运动提供的。
相对运动速度的提高能使有效提供的牵引力亦增大，但相对运动速度超过某一阈值，能传递的牵引力不增反而迅速减少。
粘着特性就是指能传递的牵引力与车轮和车体的相对运动速度之间的关系。
蠕滑速度vs与车轮速度vwheel和列车速度vvehicle的关系。
2永磁同步牵引系统与异步牵引系统的对比2.1技术方案对比永磁牵引列车牵引系统主电路直流侧为架控，电路逆变侧为轴控，即同一动车的每个永磁直驱同步电机由一个单独的逆变模块控制。
在交流输出端与电机间设有隔离接触器，防止电机失控时其反电势造成的损害。
异步牵引系统主电路直流侧采用车控，交流侧采用架控，同一动车的同一转向架上两根车轴由一个逆变模块控制。
2.2设备在车辆上的布置异步和永磁同步牵引系统列车车底设备布置基本相同。
与异步相比，永磁牵引系统列车多了隔离接触器箱。
我国首条全线采用永磁牵引系统的地铁线路通车迎来永磁时代节能30%7月3日，记者从中车株洲电力机车研究所有限公司（简称“中车株洲所”）获悉，由该公司旗下时代电气提供永磁牵引系统等装备的长沙地铁5号线于近日正式开放载客。
据中车株洲所方面介绍，这是我国首条全线采用永磁牵引系统的地铁线路，标志着中国地铁迎来新时代——永磁时代。
据中车株洲所方面介绍，相比交流异步牵引系统，永磁同步牵引系统具有高功率密度、高效率、高功率因数和低噪音、轻量化等显著优势。
永磁牵引系统应用于轨道交通车辆牵引，可以提高牵引功率、节能降耗、减少维护量、降低全寿命周期成本。
根据第三方测评，永磁牵引系统的平均节能率超过30%。
在降噪方面，永磁牵引系统噪声更小，低速段更为明显，其中0～1900r/min平均降低5.5dB(A)，可有效提高乘客的舒适度。
在轻量化方面，永磁电机则比异步电机轻了110公斤，可有效减少空间占比和能耗比。
据介绍，1500V供电、最高速度80km/h的B型列车，每列车年运营里程数约为12万公里，每公里能耗为11度/列，每列车每年用电量约为132万度，按照永磁牵引系统节电率30%进行核算，若列车采用永磁牵引系统，每列车每年可节约电量约40万度。
据了解，自2017年中车株洲所在长沙地铁1号线完成永磁地铁15万公里载客运营考核后，陆续在厦门、深圳、宁波、佛山和北京等地的部分地铁车辆中，应用了永磁牵引系统，但全线车辆采用永磁牵引系统尚属首次。
据悉，5号线全线车辆搭载时代电气历经多年自主研发的永磁牵引系统、辅助系统、网络控制系统等核心部件。
其中，永磁牵引系统采用集成度高的平台化产品，牵引控制采用领先的无位置传感器控制技术。
永磁同步牵引系统具有高功率密度、高效率、高功率因数和低噪音等显著优势，应用于轨道交通车辆牵引，可以提高牵引功率、节能降耗、减少维护量、降低全寿命周期成本，同时噪声较异步系统低，可以提高乘客的舒适度。
目前永磁同步牵引系统已被业界公认为是轨道交通车辆牵引系统的发展方向。
永磁同步电机与异步电机性能比较永磁同步电机与异步电机相比，具有明显的优势，它效率高，功率因素高，能力指标好，体积小，重量轻，温升低，技能效果显著，较好地提高了电网的品质因素，充分发挥了现有电网的容量，节省了电网的投资，它较好地解决了用电设备中“大马拉小车”现象。
1. 效率及功率因素异步电机在工作时，转子绕组要从电网吸收部分电能励磁，消耗了电网电能，这部分电能最终以电流在转子绕组中发热消耗掉，该损耗约占电机总损耗的20~30%，它使电机的效率降低。
该转子励磁电流折算到定子绕组后呈感性电流，使进人定子绕组中的电流落后于电网电压一个角度，造成电机的功率因数降低。
另外，从永磁同步电机与异步电机的效率及功率因数曲线(图1)可以看出，异步电动机在负载率（=P2/P n）<50%时，其运行效率和运行功率因数大幅度下降，所以一般都要求其在经济区内运行，即负载率在75%-100%之间。
(a) η--( P2/P n)cos--( P2/P n)(b) ϕ图1 永磁同步电动机与异步电动机的效率和功率因数1. 异步起动永磁同步电动机2.异步电动机永磁同步电机在转子上嵌了永磁体后，由永磁体来建立转子磁场，在正常工作时转子与定子磁场同步运行，转子中无感应电流，不存在转子电阻损耗，只此一项可提高电机效率4%~50%。
由于在水磁电机转子中无感应电流励磁，定子绕组有可能呈纯阻性负载，使电机功率因数几乎为1.从永徽同步电机与异步电机的效率及功率因数曲线(图1)可以看出，永磁同步电机在负载率>20%时，其运行效率和运行功率因数随之变化不大，且运行效率>80%. 2. 起动转矩异步电机起动时，要求电机具有足够大的起动转矩，但又希望起动电流不要太大，以免电网产生过大的电压降落而影响接在电网上的其他电机和电气设备的正常运行。
此外，起动电流过大时，将使电机本身受到过大电做力的冲击，如果经常起动，还有使绕组过热的危险。
因此，异步电机的起动设计往往面临着两难选择。
城市轨道交通车辆永磁牵引系统应用研究发布时间：2021-08-10T11:04:06.447Z 来源：《城市建设》2021年8月上15期作者：田玉刚[导读] 随着我国城市轨道交通的快速发展，列车数量及运营里程不断增加，地铁列车作为能耗大户，绿色节能势必成为地铁列车的发展方向。
而永磁牵引系统具有高效率、高功率密度、强过载能力、低噪音等优点，被业界视为下一代城市轨道交通车辆牵引系统，具有比现采用的异步牵引系统更节能、运行噪声更低等优势，能更好地满足城市轨道交通列车节能、降噪、高效的要求。
西安市轨道交通集团有限公司田玉刚陕西西安 710000摘要：随着我国城市轨道交通的快速发展，列车数量及运营里程不断增加，地铁列车作为能耗大户，绿色节能势必成为地铁列车的发展方向。
而永磁牵引系统具有高效率、高功率密度、强过载能力、低噪音等优点，被业界视为下一代城市轨道交通车辆牵引系统，具有比现采用的异步牵引系统更节能、运行噪声更低等优势，能更好地满足城市轨道交通列车节能、降噪、高效的要求。
关键词：城市轨道交通车辆；永磁牵引系统；应用研究1永磁牵引系统技术方案1.1永磁牵引系统总体方案以某地轨道交通1号线车辆为例，其采用4M2T、80km/h速度等级的B型列车，，其中45/46车采用永磁牵引系统，按照完全满足国内城轨DC1500V、4M2T、B型车的通用技术要求为目标，并以3M3T的车辆配置来满足4M2T的列车性能要求进行全面的研究。
为保证永磁牵引系统列车与异步牵引系统列车的功能及性能一致且接口兼容，采用了与异步牵引系统列车兼容性设计，首次提出与异步牵引系统具有互换性的永磁牵引列车总体技术方案，永磁牵引系统列车除在动车I位端加了隔离接触器箱外，其他设备结构和安装位置均与异步牵引系统列车保持一致，完全满足车下设备的安装要求。
同时确保了永磁牵引系统与异步牵引系统底架设备布置、车辆轴重平衡的兼容性、互换性，最大限度确保两种不同牵引系统底架设备的维护一致性。
「对比」电动车上永磁同步电机和交流异步电机的区别，划重点电车的电机种类影响着整车的续航水平，今天我们就来关心一下电动车的动力系统，带大家了解一下电动汽车上常见的几种电机及它们都有什么特点，它们是怎么将电能转化为机械能。
电动汽车目前最常见的就是永磁同步电机和交流异步电机。
交流异步电机先来说交流异步电机，交流异步电机也叫感应电机，最主要的组成部件有两个，一个是定子，一个是转子。
定子铁芯装在机座中，一般由0.35mm-0.5mm厚的硅钢片叠压而成，有良好的导磁性能，定子铁芯的内圆上有分布均匀的槽口，这个槽口就是用来放定子绕组的，绕组就是大家看到电动机中非常密集的古铜色线圈，给线圈通电即能产生磁场（电生磁）。
电动车汽车的电机通的是三相交流电，磁场的方向会随着电流方向的变化而变化，从而形成了旋转的磁场。
转子铁芯同样由0.35mm-0.5mm后的硅钢片叠压而成，外圆上均匀分布着槽孔，用来安放导电杆（绕组）。
、好了说完了交流异步电机最重要的两个组成部件，我们再来看看它是怎么转起来的。
首先电池组中的直流电通过逆变器变为交流电，供给定子上的绕组线圈，产生旋转磁场，转子上的导电杆可以看做导线，这时候虽然导线是静止的，但是磁场是在旋转运动的，所以导线不由自主的在做切割磁感线的运动，转子导电杆中产生感应电动势，而转子导线杆又是闭合通路，导电杆中便有了电流产生（磁生电）。
交流异步电机就是这样将电能转化为了机械能。
电机转子旋转的速度与磁场旋转的速度有个有个转速差，转子的转速是一直追着磁场的旋转速度的，这也是其名：交流异步电机中异步之处。
想要控制交流异步电机的旋转速度，只需要改变交流电的频率即可改变定子磁场旋转的速度，达到控制电机转速的目的。
倒车也不需要额外的倒挡齿轮，只需要改变电源相位的顺序即可实现。
虽然看上去很简单，但逆变器在其中默默付出了很多。
永磁同步电机永磁同步电机在结构上与交流异步电机非常相似，最主要的组成部件同样是定子和转子，其中定子的结构与交流异步电机上的一致，但转子由一块永磁体构成。
轨道交通永磁同步牵引电机应用研究摘要永磁同步电机由于其高效率，高功率因数，体积小，重量轻，高功率密度，启动转矩大和更好的动态性能，可实现无齿轮箱的直接驱动动，在轨道交通牵引系统的应用日益引起国内外同行业的关注；随着永磁材料和电力电子技术的发展，永磁电机在轨道交通牵引系统的研究与应用日益广泛。
关键词永磁同步电机；结构特点；研究应用；发展1 永磁同步电机的结构及其特点永磁同步电机工作的核心部分是永久磁场，该磁场由磁铁产生。
电动机主要由三个部分组成，分别是定子、转子以及端盖。
同步电动机中的定子与异步电动机的工作原理是相似的，定子主要包括铁心和线圈两个部分。
线圈的转动是产生磁场的根本原因，线圈的高速旋转使得三相交流电的应用成为可能。
转子的基本结构分转子铁芯，轴，永磁体。
同步电动机区别于一般电动机的主要部分是永磁体，永磁体位于转子中，不同永磁体的结构差异很大，导致市场上各种电动机在性能、控制系统以及应用范围方面也有比较大的差异。
永磁电机的特点是只要转子旋转，那么它会在定子叠片组中和转子磁钢保护套里产生与速度有关的涡流。
速度越高，涡流越大，从而产生大量的热。
如果该热量不能快速散发，就会导致磁钢保护套的温度急剧升高。
使永磁体内部结构发生变化，从而导致永磁体退磁，影响永磁电机的性能。
另外，逆变器供电存在谐波电流，其高次谐波电流产生的高次谐波磁场会在永磁体内产生涡流损耗，如果温度超过最高工作温度将产生退磁。
为此要充分考虑电机的散热问题，合理的设计电机的定子槽型，尽量减少合成磁场的谐波，逆变器设计与控制要考虑减少谐波电流[2]。
同时，合理设计通风散热系统，以便达到快速散热的要求。
2 轨道交通永磁同步牵引电机研究应用永磁同步电机相对异步电机而言具有效率高、功率因数高、体积小、重量轻、可实现直接驱动、可实现全封闭结构、噪音低、维修量小等的优点，已成为高速铁路和城市轨道车辆牵引电机又一个新的发展方向[3]。
国外在这方面的研究与应用上已取得了可喜的成果例如：1）阿尔斯通分别为低地板车辆和AGV高速动车组开发了120kW和720kW 全封闭永磁同步牵引电机。
关于城市轨道交通永磁直驱列车与普通三相异步电机列车能耗对比摘要：近年来，城市轨道交通发展迅猛，截至2017年末，中国内地（不含港澳台地区）共计34个城市开通城市轨道交通并投入运营，开通线路165条，运营线路长度达到5033公里。
永磁直驱牵引电机由于其高效节能的特点符合轨道交通节能减排的新需求，特别是永磁直驱牵引系统由于取消了齿轮箱、联轴节，降低了车重，可以进一步提升系统整体效率，降低运营以及维护成本，具有一定的前景。
基于苏州轨道交通3号线，通过对永磁直驱牵引系统列车（以下简称“永磁列车”）和普通三相异步电机牵引系统列车（以下简称“异步列车”）的列车配置、电机性能进行对比，同时进行全线往返的牵引仿真计算，并对计算结果进行比较。
该结果对于永磁直驱牵引系统的应用具有一定的参考意义。
关键词：城市轨道交通车辆；牵引系统；永磁直驱电机；三相异步电机；牵引计算；节能运营引言本文通过对苏州轨道交通3号线永磁直列车和异步列车的列车配置、电机性能等方面进行比较，并在苏州3号线线路上进行一次往返牵引性能计算。
该计算模拟了额定载荷（AW2）、额定网压工况下的列车，按照最高运行速度80km/h在线路上运行，计算牵引能耗、再生能量，并对具体进行比较分析。
该计算对于永磁直驱列车的应用具有一定参考意义。
1 列车配置永磁列车和异步列车均由2个单元组成，每个单元包括：一辆带司机室的拖车（Tc车）、一辆带受电弓的动车（Mp车）、以及一辆动车（M车）。
采用受电弓受电的方式，额定电压1500V，最高持续网压1800V，最小持续网压1000V。
1.1 高压回路器件配置永磁列车和异步列车的高压主回路配置基本一，包括受电弓、避雷器、高速断路器、隔离开关、车间电源、牵引逆变器、辅助逆变器、制动电阻、接地装置等。
不同点在于，永磁列车不需要配置齿轮箱和联轴节，采用1C1M的控制方式。
1.2 列车车重对比永磁列车与异步列车对比，虽然永磁直驱电机的重量有所增加（详见2.1~2.2），但是由于取消了齿轮箱和联轴节，因此永磁列车比异步列车的重量要轻。
地铁车辆永磁牵引系统与异步牵引系统的对比分析
作者：李佩
来源：《科学导报·学术》2018年第33期
摘要：自20世纪70年代交流传动机车诞生，伴随电力电子、控制理论和信息等技术的进步，交流传动电力牵引（异步电机）系统以其优良的特性，至今已成为轨道交通领域公认的主流。
本文根据永磁牵引系统技术在地铁车辆的应用和装车试验结果，总结了永磁牵引系统与异步牵引系统在结构原理、控制和主电路等方面的差异，以及两者的优缺点对比，为牵引系统选型提供参考。
关键词：永磁牵引系统；牵引电机
引言
长沙地铁1号线共配置23列6节编组的列车，其中前22列车牵引系统采用异步牵引电机，最后1列车牵引系统采用中车时代电气股份有限公司自主研发的永磁同步牵引电机。
2016年8月8日，经过专家评审后，永磁牵引车正式投入载客运营。
截止到2017年2月28日，永磁牵引车已载客运营超过7.4万km。
长沙地铁1号线永磁牵引车是全国首例整车采用永磁同步电机的地铁列车，为更好地了解永磁列车牵引系统的耗能情况，运营部门对试运营以来永磁牵引车和异步牵引车的能耗进行了统计和对比。
1概述
轨道车辆的牵引力是由其车轮与铁轨的接触面和车轮相对车体的切向相对运动提供的。
相对运动速度的提高能使有效提供的牵引力亦增大，但相对运动速度超过某一阈值，能传递的牵引力不增反而迅速减少。
粘着特性就是指能传递的牵引力与车轮和车体的相对运动速度之间的关系。
蠕滑速度vs与车轮速度vwheel和列车速度vvehicle的关系。
2永磁同步牵引系统与异步牵引系统的对比
2.1技术方案对比
永磁牵引列车牵引系统主电路直流侧为架控，电路逆变侧为轴控，即同一动车的每个永磁直驱同步电机由一个单独的逆变模块控制。
在交流输出端与电机间设有隔离接触器，防止电机失控时其反电势造成的损害。
异步牵引系统主电路直流侧采用车控，交流侧采用架控，同一动车的同一转向架上两根车轴由一个逆变模块控制。
2.2设备在车辆上的布置
异步和永磁同步牵引系统列车车底设备布置基本相同。
与异步相比，永磁牵引系统列车多了隔离接触器箱。
其它，如高压箱、牵引逆变器箱等设备箱大小和布置位置，均與异步牵引系统列车保持一致。
2.3主要部件对比
2.3.1牵引电机
永磁系统其电机采用三相交流永磁同步电机，与异步电机的不同点是永磁同步电机采用了永磁体励磁和同步电机的形式。
永磁同步牵引电机与异步牵引电机的对比。
2.3.2牵引逆变器
牵引逆变器作为整个牵引系统的重要组成部分，其功能是把从直流电源获得的直流电压变换成频率和幅值都可调的三相交流电，给牵引电机供电。
永磁牵引系统的牵引逆变器采用双管模块，每个散热器上集成两个逆变单元。
一台牵引逆变器内装有2个IG-BT模块和1个传动控制单元（DCU），为4台电机提供三相电源。
另一个逆变单元集成了3300V/400A双管IGBT 元件和2个3300V/800A的IGBT元件，作为逆变器的三相桥臂及制动桥臂，并集成了热管散热器、温度传感器、低感母排、门控单元、门控电源、脉冲分配单元、支撑电容器等。
异步牵引系统的一台牵引逆变器内装有2个逆变器模块和1个传动控制单元，为4台牵引电机提供三相电源。
1个模块集成了8个3300V/800A的IGBT。
2.3.3高压电器箱
永磁牵引系统高压电器箱具备2路充电短接电路，以适应直流侧架控的需求；而异步牵引系统直流侧采用车控方式，具备1路充电短接电路。
2.3.4滤波电抗器
在主电路上永磁牵引系统滤波电抗器为双线圈，而异步则为单线圈，其结构类型均为空心式，冷却方式为走行风冷。
2.4矢量控制时的扭矩
异步牵引电机发生的扭矩与磁通和二次侧电流（扭矩电流）之积成比例关系，同时，磁通与励磁电流成比例关系。
矢量控制时的扭矩式中：K，K'为比例常量；Φ为磁通；Iq为扭矩电流；Id为励磁电流。
异步牵引电机发生的扭矩正比于励磁电流与扭矩电流之积，所以通过分离励磁电流和扭矩电流并进行单独调整，便能够像对直流电机一样对异步牵引电机进行控制，无
论在正常控制还是在过渡控制中，都能获得灵敏的扭矩控制。
由于异步牵引电机的励磁电感比漏电感大，所以在磁通（励磁电流）调节时需要大能量的进出而且所需的时间较长。
为此，对于要求反应快速的扭矩控制来讲，通常的解决方法是：在保持稳定励磁电流的情况下调整扭矩电流。
3试验情况对比
3.1平均加速度/减速度性能试验
在平直干燥轨道以及额定网压情况下，AW2状态列车加减速性能。
3.2电机噪声对比试验
在定速测试中，永磁牵引电机的平均噪声值比异步牵引电机低，即0～1900r/min平均降低6.3dB（A），0～3686r/min平均降低2.7dB（A）。
在模拟实际升速过程中，永磁牵引电机平均噪声值相较异步牵引电机降低7.4dB（A）。
3.3系统能耗试验
永磁牵引系统列车与异步牵引系统列车能耗对比，数据来源《长沙市轨道交通1号线永磁牵引系统列车与异步牵引系统列车能耗对比报告》。
永磁牵引系统在牵引能耗及再生能量反馈两方面均比异步电机节能，总节能率可达30%。
3.4HMI数据对比
永磁牵引车和异步牵引车的牵引能耗、再生能量统计结果如表1、表2所示。
从每个月的对比数据可以看出，采用永磁同步牵引系统的列车牵引能耗明显小于异步牵引车，至少节约2.34（kW·h）/km，而反馈回电网的再生能量大于异步牵引车，至少多反馈0.34（kW·h）
/km。
根据HMI统计的数据，2种列车平均每公里牵引系统能耗差（2种列车“平均每公里牵引能耗—平均每公里再生能量”之差）。
根据长沙地铁1号线每月日均客流量可知，客流量越大，永磁电机的节能效果越明显。
3.5总数据对比分析
根据HMI的统计数据来看，采用异步电机的列车再生率（再生能量/牵引能耗）为
48.2%，采用永磁电机的列车再生率为63.9%。
永磁牵引系统列车平均每公里节约牵引能耗2.87kW·h，平均每公里再生能量多反馈0.74kW·h。
根据能耗记录仪的统计数据来看，永磁牵引系统列车每公里节约总能耗3.31kW·h，相比采用异步电机的列车大约节约30.1%。
永磁电机在牵引能耗及再生能量反馈2个方面均比异步电机节能，采用永磁电机的列车相比采用异步电机的列车节约总能耗30%以上。
3.6粘着控制试验对比分析
（a）首先在干燥轨面上对粘着控制方案进行了验证，分别以0～40km/h和0～60km/h正常牵引速度等级进行试验验证，试验结果表明，干燥轨面条件下的粘着控制方案可以充分发挥粘着力，根据加速度及其包络线进行计算的粘着效率分别为95.5%和95.2%。
（b）湿轨试验采用洒水装置向轨面喷洒水，分别进行了正常牵引至40km/h和60km/h的试验，试验结果表明，粘着控制性能良好，能够及时抑制空转的发生；根据加速度及其包络线进行计算的粘着效率分别为93.7%和94.1%，均大于试验标准要求（80%），粘着控制性能优越。
结语
随着我国轨道交通行业对节能、环保的需求越来越高，永磁牵引系统具有相当优势，可作为下一代轨道交通牵引系统的发展方向。
参考文献：
[1] 黄济荣.电力牵引交流传动与控制技术[M].北京：机械工业出版社，1998.
[2] 马颖涛，李红，李岩磊，等.轨道交通中永磁同步牵引系统的优势与挑战[J].铁道机车车辆，2015（35）.
[3] GB/T7928-2003地铁车辆通用技术条件[S].。
