大功率直线电机变频驱动系统关键技术研发及应用

    主要完成人：李耀华,葛琼璇,李崇坚,史黎明,王珂,杨天利
   
    主要完成单位：中国科学院电工研究所、冶金自动化研究设计院、北京金自天正智能控制股份有限公司、哈尔滨泰富电气有限公司
   
    申报奖种：发明奖
   
    项目简介：
   
    大功率直线电机变频驱动是涉及电力电子、电机、电力拖动及自动化等多个学科领域的高新技术。大功率直线电机和变频驱动系统是现代轨道交通、能源矿业、航空航天和国防军工等领域国家多个重点工程的关键装备。由于系统功率大、电机结构特殊，与之相关的设计及驱动控制技术难度大，项目实施前国内研发的直线电机功率仅为几十千瓦以下，研发水平与实际需要差距显著，国家相关重点工程用大功率直线电机和变频驱动系统全部依赖进口。
   
    中国科学院电工研究所、冶金自动化研究设计院、北京金自天正智能控制股份有限公司和哈尔滨泰富电气有限公司共同合作，在863、科技支撑计划等多项国家重点科研项目支持下，历经10年时间，在大功率直线电机驱动系统关键技术方面取得重大创新突破：首次提出了大功率直线电机新型分析方法和新型电机结构，研制了大功率高效直线电机，并形成了系列化；提出了大功率变频驱动系统串、并联运行控制策略和多物理场优化设计方法，研制了单机容量达18MVA的IGCT四象限变频驱动装置；建立并完善了大功率直线电机控制理论，研制了基于VME总线的全数字化多任务实时分布式控制系统，实现了大功率直线电机驱动系统的高性能控制。项目研制的大功率直线电机和变频驱动系统已在上海国产化高速磁浮列车试验线、长春国产化非黏着直线电机轨道交通车辆、内蒙古呼和浩特直线电机管轨运输系统示范线、上海中低速磁浮试验线等多个工程项目中投入应用，系统均已可靠运行三年以上，技术指标满足设计要求，达到国际先进水平。
   
    项目共申请国家专利31项（其中发明专利23项），已获授权专利23项（其中发明专利15项），形成行业标准1项、企业标准2项，共发表相关学术论文142篇，其中EI收录86篇，具有自主知识产权。
   
    2013年3月10日，在中国机械工业联合会组织召开的科技成果鉴定会上，鉴定委员会专家一致认为“该项目填补了国内空白，整体技术达到国际先进水平，其中直线电机控制方法、18MVA IGCT变频驱动装置为国际领先”。
   
    项目近三年实现销售收入2.2亿元，利润6300万元。项目研制的大功率直线牵引电机和变频驱动系统应用在直线电机轨道交通车辆上，价格仅为国外进口产品的1/3。国产高性能18MVA IGCT变频器替代进口设备，每套可节约投资2000万元。项目所形成的技术已在多端口柔性直流输电、高速铁路、城市轨道交通、油气开采、钢铁等国家多个工程和行业中推广应用，系统运行稳定可靠，性能良好，实现销售收入超过3亿元，在此基础上形成了国内最大的直线电机生产基地，建成了年产600台套的大功率高性能电机节能调速装置生产线。
   
    本项目的研发成功提升了我国大功率直线电机和变频驱动系统的整体技术水平，推动了该领域的发展，经济效益和社会效益显著，推广前景广阔。
   
    知识产权目录：
   
   
    授
   
    权
   
    发
   
    明
   
    专
   
    利
    专利名称
    发明人
   
    强迫风冷大推力扁平型三相直线异步电动机
    杜玉梅，李耀华，张瑞华，金能强，杨天夫，仇化民，杨振学，田立辉，宋文芳，李耀生，李逸成
   
    直线感应电机在线参数辨识方法
    任晋旗，李耀华，葛琼璇，王珂，张瑞华，陈峻岭
   
    一种双PWM集成门极换向晶闸管三电平功率柜
    李崇坚，朱春毅，李向欣，李英杰，唐磊，周亚宁，王成胜，兰志明，杨琼涛，段巍，李凡
   
    大功率混合式直线电动机
    李耀华，杜玉梅，张瑞华，金能强
   
    一种基于VME总线的实时多任务分布式控制系统
    葛琼璇，李耀华，刘洪池，王晓新，张树田
   
    一种减小直线感应电机牵引力脉动的控制方法
    王珂，李耀华，史黎明，张瑞华，任晋旗，陈峻岭
   
    一种集成门极换向晶闸管三电平功率模块
    李崇坚，李向欣，朱春毅，李英杰，王成胜，周亚宁，唐磊，兰志明，杨琼涛，段巍，李凡
   
    基于FPGA芯片的VME总线电机控制器
    王飞，葛琼璇，王晓新，刘洪池，韦榕，李耀华
   
    直线电机多功能动态试验台
    杨天利，张学峰，杨振学，崔耀荣，周维全，郝玉丽
   
    强迫风冷扁平型三相直线异步电动机冷却系统
    宋文芳，仇化民，杨振学，田立辉，李逸成，张守梅，周维全