永磁牵引传动系统关键在于永磁电机，它的励磁磁场是由永磁体产生的，而异步电机需要从定子侧吸收无功电流来建立磁场，用于励磁的无功电流导致了损耗的增加，降低了电机效率和功率因数，所以永磁电机比异步电机要节能。是轨道交通车辆装备的实现机电能量转换的“心脏”单元，其性能在某种程度上决定了轨道交通车辆的动力品质、能耗和控制特性，因而是轨道交通车辆节能升级的关键。永磁同步电机具有能量密度高、过载能力强等优点。

详细介绍

简介永磁牵引系统是列车的动力系统，由变流器和电机两大部分组成，其中变流器相当于列车的心脏，电机好比是列车的肌肉，电机主要负责传达动力，完成电能到机械能转变，带动列车平稳行驶。牵引传动系统在业内被称为“列车之心”，其性能在某种程度上决定了列车的动力品质、能耗和控制特性，也影响着列车的经济性、舒适性与可靠性，是节能升级的关键。永磁电机与异步电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。异步电机，需要从定子侧吸收无功电流来建立磁场，用于励磁的无功电流导致了损耗的增加，降低了电机效率和功率因数，所以永磁电机比异步电机要节能。

世界轨道交通车辆牵引系统技术，经历了直流系统、交流系统、永磁系统三大阶段。永磁同步牵引系统因其高效率、高功率等显著优势，正逐步取代传统牵引系统，将成为下一代列车牵引系统主流研制方向。

项目研究

轨道交通的不断发展对牵引电机提出了更高的要求：体积小、重量轻、输出功率大，能在机车启动时输出大的启动转矩，并能在很宽的速度范围内平滑调速，以便实现对机车的转矩控制。随着大功率电力电子元器件的发展以及永磁材料的开发，永磁同步电机以其功率密度大、效率高、结构简单、可靠性高等优点而得到了广泛的应用。本项目就是针对永磁电机在轨道交通上的应用问题来进行研究。本项目根据永磁电机牵引传动系统设计方案，通过理论推导、仿真计算、实验测试等方法，对采用不同设计方案的牵引系统进行科学的比较分析，评估该系统与高速列车牵引性能的匹配性，并提出优化设计方案。主要研究内容包括：1)永磁牵引电机电磁方案的分析2)永磁牵引电机与变流器匹配分析3)采用永磁牵引传动系统的高速列车性能评估4)永磁牵引同步电机可靠性研究5)永磁电机高反电势问题的研究6)永磁同步电机的弱磁控制方法7)永磁同步电动机的无速度传感器控制和带速重投

优势

一、高速列车采用永磁同步牵引系统，一方面可以充分利用永磁电机高功率密度的特点，降低列车的动拖比(指一列固定编组的列车中，动力车与无动力车的比例)。比如一辆原来需要6动2拖的列车，在装备了永磁电机后，只需要采用4动4拖就可以，其节省的2辆动车的牵引系统成本会使得安装永磁电机的整列车牵引系统成本反而降低20%。

二、通过提高列车牵引效率，可节省大量电能，降低列车的全寿命周期成本。经测算，目前地铁运营统计的数据是一列车平均每公里耗能为13度，按一列车每天平均跑250公里，一条线按20列车进行计算，则一条线一天耗能为65000度，如果电费按照 0.85元/度电进行计算，如果2015年全国规划建设的96条轨道交通线路全部采用永磁同步牵引系统，那么每年新线运营能耗将节约1.92亿元。

三、永磁高铁电机全封闭，噪音低维护少。由于永磁牵引电机结构和电磁方面的特点，其在地铁现场应用过程中在低速时系统噪音明显比异步电机低。整个系统噪音大概降低了3分贝左右。没有滤网清洁这样繁琐的工作，系统的寿命周期成本也大大地降低了。由于牵引系统是机车的核心技术，虽然法、德、日等国家都在进行永磁牵引系统的研制，但一直对华实现技术封锁，中国永磁在轨道交通上的研发虽然起步较晚，但目前已经逐渐追赶上国外先进水平。株洲所此次永磁高铁的下线，标志着我国成为世界上少数几个掌握高铁永磁牵引系统技术的国家。

专家点评

中国工程院院士刘友梅：永磁同步牵引系统是我国高铁技术升级的典范世界轨道交通车辆的电力牵引系统技术在经历了“直流传动牵引系统”向“交流传动牵引系统”发展后，目前正在由“感应异步传动”朝“永磁同步传动”发展。永磁同步牵引系统因其高效率、高功率密度的显著优势，代表了当前提倡节能减排、绿色环保的技术发展趋势，成为各大发达国家竞相研究的技术热点，是花钱也买不到的核心技术。中国中车集团中车株洲电力机车有限公司研究所成功自主开发了高速列车永磁同步牵引系统，使我国成为世界上少数几个掌握高铁永磁牵引系统技术的国家之一。该永磁同步牵引系统的电机额定效率达到了98%以上，将电机损耗降低至原来的三分之一，显著降低了高速列车的牵引能耗。在我国能源日益紧张，社会迫切需求“绿色交通”的大背景下，永磁同步牵引系统成为了我国高速铁路技术升级的一个典范。为了早日赶上发达国家技术水平，我们在研制时主动提高了目标。株洲电力机车研究所有限公司副总经理冯江华：技术创新是企业赖以生存的支柱和持久发展的动力。2003年，我们即着手开展永磁同步牵引系统的基础研究。当时永磁技术在国外尚处于起步阶段，技术完全保密，对外严格封锁技术转让。我们只能从零起步，摸着石头过河，开展了大量理论分析、仿真研究和三维虚拟设计等，经历不下百万次的地面试验，积累了数百G的硬盘数据，于2011年成功研制了我国首套轨道交通永磁同步牵引系统，并且在沈阳地铁2号线列车上成功实现装车试验，这也是永磁系统在国内轨道交通领域的首次应用。沈阳市试验的同一年，我们接到了国家“863计划项目”开发高速动车组用600kW永磁同步牵引系统的任务。为了早日赶上发达国家的技术水平，在接到任务后，我们内部将研制的目标提高到了690kW。三年的坚守与付出，最终换来成功的喜悦。牵引系统性能的优劣决定了列车的技术水准。此次我们开发的高速动车组690kW永磁同步牵引系统使我国高速铁路拥有了世界上最先进的牵引技术，有力地提升了我国高速铁路的技术水平，再次向世界表明我国高速铁路完全具备自主创新的技术能力。更加关键的是，永磁驱动技术不仅在轨道交通领域引发了技术革命，而且还是新能源汽车、超高速永磁驱动离心商用空调、风力发电等领域的核心技术，是我们高端装备技术进步的基石。

前景

永磁牵引成为下一代列车主流研究方向世界轨道交通车辆牵引系统技术，经历了直流系统、异步系统、永磁系统三大阶段。永磁同步牵引系统因其高效率、高功率等显著优势，正逐步取代传统牵引系统，成为下一代列车牵引系统主流研制方向。南车株洲所推出的高速列车永磁同步牵引系统，包含牵引变流器、网络控制系统、永磁同步牵引电动机等，其中最具亮点的就属该公司自主研发的JD188型大功率永磁同步牵引电动机。该电机额定功率达到了690千瓦，是目前国内轨道交通领域最大功率的永磁同步牵引电动机。与传统的异步电动机相比，该电机具有转速稳、效率高、体积小、重量轻、噪声低、可靠性高等诸多特点，采用永磁驱动的同步牵引电机与传统的异步电机驱动系统相比，节能可达10%以上。

参考资料

中国高铁用了什么节能神器：永磁牵引时代来临.新浪网.2015-06-24

什么是永磁高铁?运行原理是什么?有什么优势？.http://www.qeo.cn/zixun/800620141179100.htm.2015-06-24