■創新行動派

　　“永磁同步傳動系統在國外，目前正處於小批量應用階段。我們不但具備了小批量裝車應用的技術狀態，甚至在軌道交通領域的批量應用，已趕超國外。在永磁同步傳動系統，我們實現了與國際先進技術擁有國的‘並肩創新’，在永磁同步電機設計和控制策略等具體技術點上，我們能夠‘引領創新’！”11月19日，南車株洲電力機車研究所有限公司副總經理馮江華的表述中充滿著激動與興奮。

　　馮江華的興奮，不難理解。半月前，株洲所聯合中國鐵道科學研究院自主研製的高速列車永磁同步牽引系統，先後通過了國家鐵道檢測試驗中心地面試驗考核和南車青島四方股份公司的裝車考核。這，不僅標誌著我國實現了軌道交通領域第三代牽引系統的成功研製，還標誌著我國高鐵動力技術應用打破了國外的技術壟斷。永磁牽引時代，已然開啟。

　　從“零”起步：從基礎研究到小批量應用

　　牽引傳動系統的性能，在一定程度上決定了軌道交通車輛的動力品質、能耗和控制特性，是影響其節能升級的關鍵因素。然而，從第一代直流電機牽引系統，到現在普遍應用的第二代交流異步電機牽引系統，我國的批量應用均處於滯後狀態。第二代牽引系統的應用，甚至滯後了20餘年。

　　2003年，有關永磁同步牽引系統的闡述，第一次進入馮江華的耳朵。直覺敏銳的他，迅速判斷，這必將帶來軌道交通領域牽引傳動系統的第三次變革。株洲所立馬“下手”了，組建了以馮江華為首的，國內第一支永磁牽引系統研發團隊。

　　軌道交通永磁同步傳動系統技術，是我國無法依靠引進的重大裝備技術。要開展這項研究，完全“零起步”。缺乏書籍文獻，大家就拿著為數不多的資料反覆鑽研；沒平臺，團隊舉步維艱的搭建永磁同步傳動系統試驗平臺；缺少數據記錄儀器，大家就在酷暑嚴冬人工記錄數據。

　　目前，團隊已相繼攻克永磁同步傳動系統、電機、控制演算法等幾大核心技術。永磁同步傳動系統在電動汽車、地鐵、高速動車組、低地板車裏的應用捷報頻傳——

　　2008年，公司研製的額定功率100kW/峰值功率150kW永磁同步牽引系統在電動大巴上實現裝車應用。隨後，公司永磁同步牽引系統産品覆蓋電動大巴和電動小轎車兩大車型，成功應用3000多臺套；

　　2011年底，承載株洲所老中青三代人夢想的永磁同步牽引系統，在瀋陽地鐵二號線列車成功裝車，實現了國內軌道交通領域的首次應用，填補了國內軌道交通業沒有永磁系統的空白，打破了國外技術壟斷。裝車應用五個月，列車完成了7000公里系統零故障正線試驗運作，實測節能10%以上。截至去年，實現載客運營6萬公里。業界專家高度評價：具多項原創性技術，整體技術居國際領先水準，使我國成為少數幾個掌握該項核心技術的國家之一；

　　2013年，公司為長沙地鐵公司成功開發了230kW地鐵車輛永磁同步電機，相比同等條件下的異步電機，功率提升20%，是目前國內地鐵領域功率密度最大的牽引電機。電機年底將在長沙地鐵1號線裝車應用；公司在國內率先開展低地板車永磁同步牽引系統研究，開發了120kW低地板車用永磁同步電機牽引系統平臺；

　　公司承擔863重大專項高速列車永磁同步牽引系統子課題研究，開發出的690kW國內最大功率高速動車組用永磁同步牽引電機牽引系統，電機功率密度超過1kW/kg，比主流異步電機功率提高60%，電機損耗降低50%。2014年，系統在南車青島四方股份公司成功裝車考核。

　　11年，株洲所不僅完成了基礎研究，樣機的裝車考核，攻克了相關核心技術，具備了小批量商業化應用的技術狀態；11年，株洲所更打造出了一支罕見的人員“只增不減”的團隊。如今，團隊近80歲高齡的老科學家黃濟榮還在堅守，一批年輕骨幹在此成長茁壯，新生力量仍不斷涌入。

　　攻堅克難：從“地鐵用”到“高鐵用”

　　“瀋陽地鐵用的JD155A永磁同步牽引電機功率是190kW，而用於500公里高速動車組的JD188電機功率高達690kW。從“地鐵用”到“高鐵用”，研究院基礎與平臺研發中心副主任許峻峰永磁牽引傳動系統向記者描述了這其中令人難以想像的難關——

　　“電機功率密度大幅提高，對電機設計提出了更高挑戰，研發過程要經過多輪電機的試製；控制策略方面，二者運作工況不一致，高鐵長時間處於高速區；高鐵用永磁牽引傳動系統，對系統的可靠性和保護策略提出了更高的要求……”

　　首先，為防止水、灰塵、鐵屑等腐蝕電機內部永磁體，電機須採用全封閉結構。電機散熱就成為了難題。電機功率越大，發熱越高。永磁材料在高溫、振動和反向強磁場等條件下會發生不可恢復性失磁。電機溫升過高，將帶來電機失磁的嚴重風險。電機“控溫”，成為項目進展最關鍵的“坎兒”。

　　那麼，如何有效降低電機溫升、定子線圈端部冷卻、永磁體選擇這些難關？項目組做了大量理論分析和倣真計算，優化電磁方案、改進電機冷卻結構，不斷完善電磁方案和機械結構理論。

　　酷暑高溫，電機溫升試驗一做就是五、六個小時，汗流浹背的技術人員與試驗人員，全程蹲守，記錄下每組關鍵數據。憑藉著“笨法子”，他們獲得了電機“溫控”的最優方式。為防止永磁體失磁，團隊採用對永磁體具較好防護能力的內置式磁路結構等方法，多方面提高電機抗失磁能力，並提出了失磁診斷模型，發明瞭線上參數辨識和預警技術，融合線上檢測保護策略，保障系統和部件可靠性。

　　“高速重投”也是領域內一大技術難關。永磁體勵磁，産生的反電勢不僅無法關閉，還與轉速成正比。為抵消電機高速運作時過高的反電勢，需保持其在弱磁控制狀態下運作。煩惱的是，控制器一旦故障，反電勢就可能損壞逆變器元件。故障解除後，控制器也無法再次投入，即“高速重投”。對此，團隊自創“智慧相位跟蹤”高速重投演算法，首創最優電壓補償演算法，徹底解決了這一世界級的技術難題。

　　11年，對於想要全面進入“永磁牽引時代”的中國軌道交通領域，還很短暫。馮江華表示，面向未來，公司還將積蓄力量，全面佈局在直驅式永磁同步牽引系統技術研究、單逆變器—多永磁電機控制技術研究、永磁同步電機無位置傳感控制技術及工程化研究、永磁同步電機轉子失磁預警技術研究、永磁同步牽引系統在不同應用領域的通用技術研究及其大批量工程化應用問題等五大領域。