首届中国城市轨道交通高新技术成果交易会（简称：城轨高交会）举办的消息一出就受到了热烈反响，许多高新技术成果被将带到展会现场与大家见面。今天介绍两个新一代城轨列车节能的利器：永磁牵引和高频辅助变流器。永磁牵引的电机效率在频繁启停的工况下，可以提升效率20%以上，而高频辅助变流器重量较传统辅助变流器降低了30%以上，效率提升了2%。
“火车跑得快，全靠车头带”，被称为轨道交通车辆的“心脏”的牵引系统，是列车动力的关键来源。世界轨道交通车辆牵引系统技术在经历了“直流”“交流”后，正朝“永磁”驱动技术发展。由于永磁同步牵引系统具有高效率、高功率密度等优势，正逐步取代传统的异步牵引系统，成为下一代列车牵引系统的研制方向。此次城轨高交会上，株洲中车时代电气股份有限公司、江苏经纬轨道交通设备有限公司、中车永济电机公司、新誉集团有限公司等企业便带来了此类技术展示。
科技创新，交通先行。轨道交通装备作为“中国制造”的代表，是中国战略新兴产业的重要组成部分。辅助变流器是轨道列车上的关键电气设备，相对于传统的工频辅助变流器，中高频辅助变流器的模块化、轻量化、高效化具有更大的优势，能带来更大的经济效益，并且具备推广的技术条件和应用环境。此次城轨高交会，新誉集团有限公司、株洲中车时代电气股份有限公司、广州鼎汉轨道交通装备有限公司等企业带来该项技术展示。
此次共有两个参展项目，一是TMP-P2永磁同步牵引系统。
TMP-P2永磁同步牵引系统适用于DC1500V供电、120公里时速等级及以下A/B型地铁列车具有高集成、高效率的优点。
最高可满足SIL4安全功能，SIL4/SIL2灵活配置。
采用XHP封装的IGBT器件功率循环次数提升3倍,寿命提升,可靠性提升20%。
通过新一代功率器件及壳式强自感电感设计，比原永磁变流器平台，额定损耗降低25.4%，每列车每天按15小时运行计算，省电360度。
采用新一代XHP小封装IGBT器件，满足永磁电机轴控的同时实现单变流模块拓扑结构，集成四路逆变单元和两路斩波单元，体积减小36.34%，重量降低34.5%。
智能诊断：6类关键器件、41个项点故障诊断、预警与状态评估功能，安全预警完备率提升30%。
维护便捷：模块抽屉式维护，省时便捷；滤网维护周期提升6倍，免拆维护；零部件种类减少20%,提高维护效率。
本项目研制的永磁同步牵引系统已实现装车应用，在轨道交通大发展的背景下，以及国家双碳政策的推动下，高效节能的永磁同步牵引系统具有广阔的市场前景。
二是碳之力-SiC辅助变流器。
“碳之力”是时代电气基于数字化集成开发系统打造的一款SiC辅助变流器平台。其具有小型轻量、高效节能、绿色低噪等特点，可提供满足轨道交通各类应用需求的谱系化产品，助力构建高效、绿色、智能化的城市交通系统。
小型轻量： 整机功率密度＞450VA/kg，相比最新一代Si高频隔离式辅助变流器，功率密度提升59%，重量降低38.5%，体积减少32%。
高效节能： 效率＞96%，相比最新一代Si高频隔离式辅助变流器效率提升2%，损耗下降30%，节能效果十分显著。
谱系完整： 研发了LP/MP/HP等小/中/大容量系列化辅助变流器，满足不同输入电压、不同容量的应用需求，适配不同车型的安装要求。其配置的功率模块采用新一代SiC器件，基于标准化、可扩展的设计理念，打造出高度集成、结构紧凑、便于全生命周期管理的模块谱系。
维护方便： 一体模块化设计采用滑轨维护，单元组件轻量设计单人便可维护，机械迷宫式过滤器，维护周期长。
“碳之力”SiC辅助变流器为客户提供安全、可靠、绿色、舒适的辅助供电产品解决方案。
江苏经纬带来三大牵引系统和一大健康管理系统，四样展品均已落地应用。
首先是地铁高效混合磁阻电机牵引系统。
该系统展现了江苏经纬对钕铁硼永磁材料在轨道交通牵引电机的应用的丰富的经验，并已应用于苏州地铁3号线（已开通运营）和广州地铁1号线，有以下五大优势。
广域高效。最高效率可达98%，效率大于90%的区域超过88%，与传统异步电机牵引系统相比，节能率为16%-20%，如配备地面能馈装置，综合节能率可达30%。
性能强悍。具有高转矩密度、高功率密度、高过载能力的特点。
安全可靠。由于采用了永磁转矩比例较低的方案，具有反电势低的优势。
冗余性强。变流器具有两台独立的直流输入环节，故障任意一个仅损失1/8动力。
维护简单。电机防护等级达到IP55，日常免维护。
地铁高效混合磁阻电机
其次是地铁碳化硅变流加永磁直驱牵引系统。
该牵引变流器采用了高压碳化硅（SiC）MOSFET器件替代传统IGBT，实现了变流器的小型化、模块化、集成化。基于SiC器件的优异特性，变流器提升了开关频率、减小输出电压谐波，降低了电机的损耗，有助于实现电机的低噪音、轻量化、高效率、易维护，已应用于苏州地铁3号线。以下是该牵引系统的四大优势：
节能高效。由于采用了直驱电机，取消了齿轮箱、联轴节，提升了传动系统整体效率，提升了系统节能率。
轻量化。得益于电机先进的自然冷却设计，电机重量小于传统的异步电机加齿轮箱、联轴节重量，使得整车节能效果更加显著。
低噪音。由于直驱电机采用了闭式结构、电机处于相对低速运转状态、无齿轮箱与内部风扇等原因，使得系统噪音下降20dB，提高了乘客舒适性。
易维护。由于采用了自然冷却的闭式结构直驱电机，减少了日常清洁以及齿轮箱换油工作，减少了日常维护工作量。
高效混合磁阻牵引系统
接下来是有轨电车永磁同步电机牵引系统。
已应用于青岛城阳线（已开通运营）、佛山南海线（已开通运营）的有轨电车永磁同步牵引系统，采用了永磁直驱电机，电机直接驱动车轮轮对，省去了齿轮箱结构，具有以下五大优势：
节能高效：采用了高效率的永磁直驱电机，同时取消了齿轮箱，提升了传动系统整体效率，系统节能效果显著。
独立轮驱动：每台永磁直驱电机驱动一个车轮，使车辆拥有更好的低地板布局与小弯道通过性能。
轻量化：集成式的牵引变流器包含了4台独立的逆变单元、三相隔离接触器、制动电阻、水冷系统，同时电机采用水冷，牵引系统具有集成化、轻量化、小型化的特点。
低噪音：直驱电机采用了闭式结构，电机处于相对低速运转状态，无齿轮箱，采用水冷却，提高了乘客舒适性。
易维护：采用了闭式结构直驱电机，减少了日常清洁以及齿轮箱换油工作，减少了日常维护工作量。
有轨电车永磁同步电机
最后是健康管理系统。
该系统性能强大内核、优异的算法，使健康管理系统更智能，提供人性化的分析报告，减少无谓维修，能同时收集其他设备的运行数据，进行工业大数据挖掘，更易实现趋势预测，已在深圳地铁16号线落地应用。该系统具有三大优势：
低运维成本。故障预测，降低维修成本。减少维修次数，缩短维修时间，增加系统运行时间。
高可靠性。新增任何硬件都会增加故障点，能充分利用已有数据少增加硬件能保证系统可靠性。
易维护。通讯接口丰富，可远程升级软件。
健康管理单元
无位置传感器矢量控制扫频波形（转矩-转速）
无位置传感器矢量控制扫频波形（电压、电流-转速）
节能控制优化算法
节能效果对比
永磁牵引变流器主电路拓扑
标准地铁永磁牵引变流器
牵引控制单元
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