裝載株洲所核心部件的CRH380A動車組示意圖

歷時11年，累計(jì)1000萬次試驗(yàn)，積累150G數(shù)據(jù)，耗資1億元，中國中車旗下株洲電力機(jī)車研究所有限公司（下稱“株洲所”）攻克了第三代軌道交通牽引技術(shù)，即永磁同步電機(jī)牽引系統(tǒng)（下稱“永磁牽引系統(tǒng)”），掌握完全自主知識產(chǎn)權(quán)，成為中國高鐵制勝市場的一大戰(zhàn)略利器。

2015年5月16日，長沙地鐵1號線使用的永磁同步電機(jī)成功交付。這是國內(nèi)首次將永磁同步電機(jī)裝載在整列地鐵車輛投入裝車應(yīng)用。

中國工程院院士、株洲所總經(jīng)理丁榮軍透露，目前，株洲所已研發(fā)出可用于時速500公里的高鐵動車的690kW永磁牽引系統(tǒng)，即將小批量生產(chǎn)。這標(biāo)志著我國成為繼德、日、法等國之后，世界上少數(shù)幾個掌握高鐵永磁牽引系統(tǒng)技術(shù)的國家之一。

“中國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的永磁牽引系統(tǒng)已經(jīng)邁開產(chǎn)業(yè)化步伐，中國軌道交通的‘永磁牽引時代’終于來臨了。”丁榮軍表示。

從“地鐵用”到“高鐵用”：“爬完衡山又去登珠峰”

牽引傳動系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)被稱為“列車之心”，其性能在某種程度上決定了列車的動力品質(zhì)、能耗和控制特性，也影響著列車的經(jīng)濟(jì)性、舒適性與可靠性，是節(jié)能升級的關(guān)鍵。

世界軌道交通車輛牽引系統(tǒng)的第一代是直流電機(jī)牽引系統(tǒng)，第二代是起步于20世紀(jì)70年代的交流異步電機(jī)牽引系統(tǒng)，為當(dāng)前的主流技術(shù)。

株洲所副總經(jīng)理馮江華介紹，“對軌道交通牽引技術(shù)來說，永磁牽引系統(tǒng)是一場革命，誰擁有永磁牽引系統(tǒng)，誰就擁有高鐵的話語權(quán)。”

永磁牽引系統(tǒng)是列車的動力系統(tǒng)，由變流器和電機(jī)兩大部分組成，其中變流器相當(dāng)于列車的心臟，電機(jī)好比是列車的肌肉，電機(jī)主要負(fù)責(zé)傳達(dá)動力，完成電能到機(jī)械能轉(zhuǎn)變，帶動列車平穩(wěn)行駛。

目前，西門子、龐巴迪等國際設(shè)備制造商均將永磁牽引系統(tǒng)作為其研發(fā)方向。在這個新興領(lǐng)域，中國并沒有輸在起點(diǎn)。

2003年，有關(guān)永磁牽引系統(tǒng)的闡述第一次傳入馮江華的耳朵。當(dāng)時，該項(xiàng)技術(shù)尚處于理論研究階段。然而，馮江華察覺到，永磁牽引系統(tǒng)必將取代交流異步電機(jī)牽引系統(tǒng)，必須迅速研發(fā)。當(dāng)年，株洲所率先組建了國內(nèi)第一支永磁牽引系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，“從零起步”。

株洲所基礎(chǔ)與平臺研發(fā)中心副主任許峻峰稱，在交流異步電機(jī)牽引系統(tǒng)研發(fā)階段，我國比國外落后了20來年；在更先進(jìn)的永磁同步領(lǐng)域，“我們就像是沒有車燈的汽車，在黑燈瞎火的山路上摸索，方向稍有把握不準(zhǔn)，后果不僅僅是跑偏”。

“電機(jī)控溫是項(xiàng)目進(jìn)展最大的瓶頸。”許峻峰介紹，為避免水、灰塵、鐵屑等腐蝕電機(jī)內(nèi)部永磁體，電機(jī)采用全封閉結(jié)構(gòu)，但由于電機(jī)功率太大，發(fā)熱過高，永磁材料在高溫、振動和反向強(qiáng)磁場等條件下，可能發(fā)生不可恢復(fù)性失磁的嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。“如果列車在高速運(yùn)行時失磁，后果不可想象。”

馮江華回憶，“沒有任何可以借鑒的資料，也缺少研發(fā)測試用的相關(guān)設(shè)備”，株洲所只能“摸著石頭過河”，不少數(shù)據(jù)仍要依靠比較原始的笨辦法。“比如說，電機(jī)升溫試驗(yàn)一做就是五六個小時，電機(jī)溫控?cái)?shù)據(jù)就人工全程蹲守來記錄，這樣來慢慢積累。”馮江華稱。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)成立8年后，也就是2011年底，株洲所永磁牽引系統(tǒng)在沈陽地鐵2號線成功裝車，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域的首次應(yīng)用，結(jié)束了中國鐵路沒有永磁牽引系統(tǒng)的歷史。株洲所也成為我國唯一掌握自主永磁牽引系統(tǒng)全套技術(shù)的企業(yè)。截至2015年5月底，沈陽地鐵2號線已無故障載客運(yùn)營7萬公里。

“這一次，我們搶坐了頭把交椅。”馮江華告訴記者，2011年，株洲所受命參與國家“863計(jì)劃”之“高速鐵路重大關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制重點(diǎn)項(xiàng)目”，承擔(dān)高速動車組用永磁牽引系統(tǒng)的研發(fā)工作。

從“小功率”轉(zhuǎn)向“大功率”，從“地鐵用”轉(zhuǎn)向“高鐵用”，株洲所面臨著新的難關(guān)。

株洲所首席設(shè)計(jì)專家李益豐對《中國經(jīng)濟(jì)周刊》稱，沈陽地鐵用的永磁同步電機(jī)功率是190kW，而用于時速500公里高速動車組的電機(jī)功率高達(dá)690kW，且始終是高速運(yùn)行狀態(tài)，對牽引系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性等各方面都提出了極大的挑戰(zhàn)，“對電機(jī)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)就像是爬完衡山，又去攀登珠峰”。

盡管如此， 株洲所卻提前完成任務(wù)。2013年12月，株洲所成功開發(fā)出可用于時速500公里高鐵動車的電機(jī)，2014年10月在青島四方股份公司成功裝車考核。

“順利的話，中國高鐵很快就能全面用上永磁牽引系統(tǒng)，不僅更節(jié)能，也更穩(wěn)定，更安全。”李益豐稱。

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