一种短定子磁浮列车五轨供电构造论文和设计-李群湛

全文摘要

本实用新型公开了一种短定子磁浮列车五轨供电构造，涉及磁浮列车供电和运行控制技术领域。该系统的第一供电轨、第二供电轨和第三供电轨构成三相交流供电回路，第四供电轨和第五供电轨构成直流供电回路，并沿磁浮线路两侧铺设；交直交变频变压装置经三相交流供电回路和集电器向磁浮列车三相驱动绕组供电，通过地面的交直交变频变压装置调频、调压供电实现磁浮列车运行的自动控制，实现无人驾驶，并适于高低速运行；直流供电回路由地面的整流装置供电，再经集电器向列车辅助用电设备供电。因此，本构造通过改变系统的供电方式，优化系统结构，有效地减轻车载设备重量，实现列车轻量化，提高承载效率，使短定子磁浮列车的优势得到更好发挥。

主设计要求

1.一种短定子磁浮列车五轨供电构造，包括交直交变频变压装置(5)、整流装置(6)、供电轨、集电器、磁浮列车三相驱动绕组(8)和辅助用电设备(9)；其特征在于：所述供电轨包括三相交流供电轨(1)和直流供电轨(2)；所述三相交流供电轨(1)由第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)和第三供电轨(1c)均沿磁浮线路分别铺设而成，所述直流供电轨(2)由第四供电轨(2a)和第五供电轨(2b)均沿磁浮线路分别铺设而成；所述集电器包括三相交流集电器(3)和直流集电器(4)；所述三相交流集电器(3)包括第一集电器(3a)、第二集电器(3b)和第三集电器(3c)；所述直流集电器(4)包括第四集电器(4a)和第五集电器(4b)；所述第一供电轨(1a)、所述第二供电轨(1b)和所述第三供电轨(1c)由地面的交直交变频变压装置(5)供电，所述第四供电轨(2a)和所述第五供电轨(2b)由地面的整流装置(6)供电；所述三相交流集电器(3)一端分别与磁浮列车(7)上的磁浮列车三相驱动绕组(8)三相端子连接，其另一端分别与所述第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)和第三供电轨(1c)接触受电；所述交直交变频变压装置(5)通过第一供电轨(1a)和第一集电器(3a)、第二供电轨(1b)和第二集电器(3b)、第三供电轨(1c)和第三集电器(3c)向所述磁浮列车三相驱动绕组(8)供电并控制磁浮列车(7)的启停和运行；所述直流集电器(4)一端分别与磁浮列车(7)上的辅助用电设备(9)正负极连接，其另一端分别与所述第四供电轨(2a)和所述第五供电轨(2b)接触受电。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车五轨供电构造，其特征在于：所述三相交流供电轨(1)沿磁浮线路铺设，并分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置(5)供电。

3.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车五轨供电构造，其特征在于：所述三相交流供电轨(1)沿磁浮线路铺设，所述三相交流供电轨(1)中任意两条供电轨分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置(5)供电。

4.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车五轨供电构造，其特征在于：所述磁浮列车(7)的辅助用电设备(9)包括悬浮控制器、空调、照明设备；所述辅助用电设备(9)与整流装置(6)采用同一电压等级。

5.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车五轨供电构造，其特征在于：所述三相交流集电器(3)和所述直流集电器(4)均安装于列车转向架端头或转向架两侧且分别与磁浮列车转向架绝缘，其中所述三相交流集电器(3)的第一集电器(3a)、第二集电器(3b)和第三集电器(3c)三者相互绝缘，所述直流集电器(4)的第四集电器(4a)和第五集电器(4b)相互绝缘。

6.根据权利要求1或2所述的一种短定子磁浮列车五轨供电构造，其特征在于：所述三相交流供电轨(1)中第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)和第三供电轨(1c)的任意一个接地；所述直流供电轨(2)中第四供电轨(2a)和第五供电轨(2b)的任意一个接地。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及磁浮列车供电技术领域。

背景技术

磁浮列车是一种利用电磁力抵消列车自重而实现悬浮的轨道交通工具，具有爬坡能力强、转弯半径小等优点，在城市与城际轨道交通运输系统中具有很好的应用前景。

磁浮列车的驱动有长定子和短定子两种方式之分。长定子方式的磁浮列车采用长定子线性同步电机驱动，即电机定子三相交流绕组铺设在地面线路两侧，并由设在地面变电所内的变流器(变频变压)提供动力电源，地面运行中心通过同步电机的同步控制来操控列车的运行。其优点是地面同步电机功率大，磁浮列车与长定子线路没有机械接触，适用于高速运行，但其缺点则是，由于沿线铺设电机定子(长定子)绕组，其造价必然很高。短定子方式的磁浮列车则将线性异步电机定子三相绕组布置在车上(两侧)，相比电机定子三相绕组铺设在地面线路两侧的长定子方式，车上的定子三相绕组就短得多，短定子方式因而得名。短定子方式的异步电机转子由很薄的、铺设在线路上(与车上定子位置相应)的铝板构成，结构非常简单，所以，短定子磁浮线路的造价远低于长定子磁浮线路。这也是短定子磁浮列车的突出优点和受到欢迎的主要原因。但是，短定子磁浮列车也有显著的缺点，首先是供电与受流问题：由于短定子磁浮列车的电机绕组在车上，所以提供动力电源的变流器(变频变压)也必须装在车内，需要从地面给其供电，而现行方式是由地面供电轨和车上集电靴接触完成对车上变流器的供电和受流的，列车的波动、振动会严重影响接触性能，从而影响受流性能，并且列车速度越高，影响越大，因此尽管短定子方式造价很低，但不适于高速场合。为解决这一技术问题，申请人申报了申请号为201810660427.2的“一种磁浮列车三相供集电装置”，可化解列车波动、振动对受流性能的不良影响，扬长避短，使造价低廉的短定子驱动磁浮列车能够胜任高速线路，创造更高的性价比。其次，是列车自重与承载效率问题。悬浮轨的断面形状确定以后，单位长度的车载悬浮磁铁的悬浮能力决定了磁浮列车的总承载能力，显然，在总承载能力一定时，磁浮列车自重越小，载客能力就越大，磁浮列车的承载效率就越高。因此，提高承载效率就必须减小磁浮列车自重。其中，优化车载设备结构，减轻车载设备重量是减小磁浮列车自重、提高承载效率的有效方法之一。车载设备的重点是车载电气设备，它主要包括牵引逆变器和辅助用电设备，一方面其重量是车载电气设备的主要重量，另一方面其散热风机的噪声也是车载设备的主要噪声。

现在要解决的技术问题是，通过改变系统的供电方式，优化系统结构，一方面，可以减轻车载设备重量，提高承载效率，另一方面，可以实现磁浮列车运行的地面控制和无人驾驶。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种短定子磁浮列车五轨供电构造，通过改变系统的供电方式，优化系统结构，有效地减轻车载设备重量，实现列车轻量化，提高承载效率，使短定子磁浮列车的优势得到更好发挥，同时通过地面供电直接实现磁浮列车运行的自动控制和无人驾驶，并适于高低速运行。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种短定子磁浮列车五轨供电构造，该构造包括供电轨、集电器、交直交变频变压装置、整流装置、磁浮列车三相驱动绕组和辅助用电设备；所述供电轨分为三相交流供电轨和直流供电轨；所述三相交流供电轨主要由第一供电轨、第二供电轨和第三供电轨分别沿磁浮线路铺设而成，所述直流供电轨主要由第四供电轨和第五供电轨分别沿磁浮线路铺设而成；所述集电器分为三相交流集电器和直流集电器；所述三相交流集电器由第一集电器、第二集电器和第三集电器构成；所述直流集电器由第四集电器和第五集电器构成；所述第一供电轨、所述第二供电轨和所述第三供电轨由地面的交直交变频变压装置供电，所述第四供电轨和所述第五供电轨由地面的整流装置供电；所述三相交流集电器一端分别与磁浮列车上的磁浮列车三相驱动绕组三相端子连接，其另一端分别与所述第一供电轨、第二供电轨和第三供电轨接触受电；所述交直交变频变压装置通过第一供电轨和第一集电器、第二供电轨和第二集电器、第三供电轨和第三集电器向所述磁浮列车三相驱动绕组供电并控制磁浮列车的启停和运行；所述直流集电器一端分别与磁浮列车上的辅助用电设备正负极连接，其另一端分别与所述第四供电轨和所述第五供电轨接触受电。

优选地，所述三相交流供电轨沿磁浮线路铺设，并分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置供电，便于分段控制磁浮列车。

优选地，所述三相交流供电轨沿磁浮线路铺设，所述三相交流供电轨中任意两条供电轨分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置供电，便于分段控制磁浮列车。

优选地，所述磁浮列车的辅助用电设备包括悬浮控制器、空调、照明等设备；所述辅助用电设备与整流装置采用同一电压等级。

进一步优选地，所述三相交流集电器和所述直流集电器均安装于列车转向架端头或转向架两侧且分别与磁浮列车转向架绝缘，其中所述三相交流集电器的第一集电器、第二集电器和第三集电器三者相互绝缘，所述直流集电器的第四集电器和第五集电器相互绝缘。

更进一步优选地，所述三相交流供电轨中第一供电轨、第二供电轨和第三供电轨的任意一个接地。

所述直流供电轨中第四供电轨和第五供电轨的任意一个接地，一般选择负极接地。

优选地，所述交直交变频变压装置和所述整流装置均通过变电所三相电缆供电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、沿磁浮线路铺设五个供电轨，其中三个供电轨构成三相交流供电轨，另两个构成直流供电轨，实现系统供电结构与供电方式的最优化；地面交直交变频变压装置经三相交流供电轨给磁浮列车三相驱动绕组供电，通过变频变压控制磁浮列车启停和运行速度，地面整流装置经直流供电轨提供磁浮列车辅助用电，取消车载逆变器和辅助电源，可以有效减少磁浮列车自重，实现列车轻量化，提高承载效率，并有利于将磁浮列车的速度提升，使短定子磁浮列车优势得到更好发挥。

二、地面交直交变频变压装置经三相交流供电轨给磁浮列车三相驱动绕组供电直接进行磁浮列车驱动和运行的自动控制和无人驾驶，实现智能化控制和运行。

三、本实用新型的供电轨造价远远低于长定子造价，经济性能好。

四、辅助用电设备采用同一电压等级，无需车载设备中间进行电压变换，方便、简洁。

五、车载逆变器和辅助电源的取消还可省却磁浮列车散热风机，从而噪声也将大大降低。

六、交直交变频变压装置和整流装置均不在电网中产生负序电流，确保电能质量。

七、技术先进，性能优越，易于实施。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的结构示意图。

图2是本实用新型实施例二的结构示意图。

图3是本实用新型实施例三的结构示意图。

具体实施方式

为了更好理解本实用新型创造思路，现简要说明本实用新型的工作原理为：与既有短定子磁浮列车相比，可以取消牵引逆变器和辅助用电设备等车载电气设备，有效减轻列车自重，提高承载效率，同时将大容量的驱动(牵引)用电和小容量辅助用电分开，并分别由三相交流和直流供电，取长补短，协调供电，实现供电结构与供电方式的最优化，通过三相交流回路调频、调压供电，实现磁浮列车驱动和运行控制，实现无人驾驶，更好发挥短定子磁浮列车的优势，并适于高低速运行。下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种短定子磁浮列车五轨供电构造，该构造包括地面设置的交直交变频变压装置5、整流装置6、与磁浮线路并行铺设的供电轨、集电器和车载辅助用电设备9；交直交变频变压装置5通过供电轨和集电器向磁浮列车交直交变频变压装置5供电，整流装置6通过供电轨和集电器向车载辅助用电设备9供电；所述供电轨包括沿磁浮线路分别铺设的三相交流供电轨1和直流供电轨2；所述三相交流供电轨1由设置在地面的交直交变频变压装置5供电，具体是交直交变频变压装置5的三相输出端子分别与第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c连接；所述直流供电轨2由设置在地面的整流装置6供电，具体是整流装置6的两相输出端分别与第四供电轨2a和第五供电轨2b连接；所述集电器包括与所述供电轨一一对应的三相交流集电器3和直流集电器4，所述三相交流集电器3包括第一集电器3a、第二集电器3b和第三集电器3c，它们的尾端通过电缆分别与磁浮列车7车厢内的三相驱动绕组8的三相端子连接；第一集电器3a、第二集电器3b和第三集电器3c的前端分别与第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c接触受流集电；所述直流集电器4包括第四集电器4a和第五集电器4b，它们的尾端通过电缆分别与磁浮列车7车厢内的辅助用电设备9正、负极连接；第四集电器4a和第五集电器4b的前端分别与所述第四供电轨2a和所述第五供电轨2b接触受电。所述交直交变频变压装置5设置在地面，输出频率和电压可调的三相交流电，通过第一供电轨1a和第一集电器3a、第二供电轨1b和第二集电器3b、第三供电轨1c和第三集电器3c分别向所述磁浮列车三相驱动绕组8供电，并通过控制交直交变频变压装置3的频率和电压来控制磁浮列车7的启停和运行速度；所述整流装置6设置在地面，其输出为两相直流供电并通过第四集电器4a和第四供电轨2a、第五集电器4b和第五供电轨2b分别与磁浮列车7车厢内的辅助用电设备9的正、负极连接并构成回路。

在本实用新型实施例中，所述三相交流集电器3和所述直流集电器4均设置于列车转向架端头或转向架两侧且分别与磁浮列车转向架绝缘，其中所述三相交流集电器3的第一集电器3a、第二集电器3b和第三集电器3c三者相互绝缘，所述直流集电器4的第四集电器4a和第五集电器4b相互绝缘。

在本实用新型实施例中，所述磁浮列车7的辅助用电设备9包括悬浮装置、悬浮控制器、空调、照明等设备；所述辅助用电设备9与整流装置6采用同一电压等级。所述交直交变频变压装置5和所述整流装置6均通过变电所三相电缆供电。

实施例二

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种短定子磁浮列车五轨供电构造，该构造包括地面设置的交直交变频变压装置5、整流装置6、与磁浮线路并行铺设的供电轨、集电器和车载辅助用电设备9；交直交变频变压装置5通过供电轨和集电器向磁浮列车交直交变频变压装置5供电，整流装置6通过供电轨和集电器向车载辅助用电设备9供电；所述供电轨分为三相交流供电轨1和直流供电轨2；所述三相交流供电轨1主要由第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c分别沿磁浮线路铺设而成，所述直流供电轨2主要由第四供电轨2a和第五供电轨2b分别沿磁浮线路铺设而成；所述集电器分为三相交流集电器3和直流集电器4；所述三相交流集电器3由第一集电器3a、第二集电器3b和第三集电器3c构成；所述直流集电器4由第四集电器4a和第五集电器4b构成；所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和所述第三供电轨1c由地面的交直交变频变压装置5供电，所述第四供电轨2a和所述第五供电轨2b由地面的整流装置6供电；所述三相交流集电器3一端分别与磁浮列车7上的磁浮列车三相驱动绕组8三相端子连接，其另一端分别与所述第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c接触受电；所述交直交变频变压装置5通过第一供电轨1a和第一集电器3a、第二供电轨1b和第二集电器3b、第三供电轨1c和第三集电器3c向所述磁浮列车三相驱动绕组8供电并通过变频变压来控制控制磁浮列车7的启停以及运行速度；所述直流集电器4一端分别与磁浮列车7上的辅助用电设备9正负极连接，其另一端分别与所述第四供电轨2a和所述第五供电轨2b接触受电。

本实用新型实施例与上述实施例一中的主要区别在于：所述三相交流供电轨1沿磁浮列车运行区间设置分段，每个分段均通过独立的交直交变频变压装置5供电以用于分段控制磁浮列车7。在本实用新型具体实施例中，相邻两个分段分别记为分段i和分段i+1(i大于等于1)。为了保证磁浮列车安全、可控，一般每分段仅限于一辆磁浮列车通行。

在本实用新型实施例中，所述三相交流集电器3和所述直流集电器4均安装于列车转向架端头或转向架两侧且分别与磁浮列车转向架绝缘，其中所述三相交流集电器3的第一集电器3a、第二集电器3b和第三集电器3c三者相互绝缘，所述直流集电器4的第四集电器4a和第五集电器4b相互绝缘。

在本实用新型实施例中，所述磁浮列车7的辅助用电设备9包括悬浮控制器、空调、照明等设备；所述辅助用电设备9与整流装置6采用同一电压等级。所述交直交变频变压装置5和所述整流装置6均通过变电所三相电缆供电。

实施例三

如图3所示，本实用新型实施例提供了一种短定子磁浮列车五轨供电构造，该构造包括地面设置的交直交变频变压装置5、整流装置6、与磁浮线路并行铺设的供电轨、集电器和车载辅助用电设备9；交直交变频变压装置5通过供电轨和集电器向磁浮列车交直交变频变压装置5供电，整流装置6通过供电轨和集电器向车载辅助用电设备9供电；所述供电轨分为三相交流供电轨1和直流供电轨2；所述三相交流供电轨1主要由第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c分别沿磁浮线路铺设而成，所述直流供电轨2主要由第四供电轨2a和第五供电轨2b分别沿磁浮线路铺设而成；所述集电器分为三相交流集电器3和直流集电器4；所述三相交流集电器3由第一集电器3a、第二集电器3b和第三集电器3c构成；所述直流集电器4由第四集电器4a和第五集电器4b构成；所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和所述第三供电轨1c由地面的交直交变频变压装置5供电，所述第四供电轨2a和所述第五供电轨2b由地面的整流装置6供电；所述三相交流集电器3一端分别与磁浮列车7上的磁浮列车三相驱动绕组8三相端子连接，其另一端分别与所述第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c接触受电；所述交直交变频变压装置5通过第一供电轨1a和第一集电器3a、第二供电轨1b和第二集电器3b、第三供电轨1c和第三集电器3c向所述磁浮列车三相驱动绕组8供电并通过变频变压来控制控制磁浮列车7的启停以及运行速度；所述直流集电器4一端分别与磁浮列车7上的辅助用电设备9正负极连接，其另一端分别与所述第四供电轨2a和所述第五供电轨2b接触受电。所述三相交流供电轨1沿磁浮线路铺设，所述三相交流供电轨1中任意两条供电轨分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置5供电，便于分段控制磁浮列车7。如图中的分段i和分段i+1(i大于等于1)。每分段通过独立的交直交变频变压装置5供电，便于分段控制磁浮列车7。为了保证磁浮列车安全、可控，一般每分段仅限于一辆磁浮列车通行。

本实用新型实施例与上述实施例二中的主要区别在于：所述三相交流供电轨1中第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c的任意一个接地；所述直流供电轨2中第四供电轨2a和第五供电轨2b的任意一个接地。在本实用新型实施例中，所述三相交流供电轨1中第三供电轨1c接地，接地供电轨1c可以不再分段；所述直流供电轨2中第四供电轨2a接地。

综上所述，本实用新型通过改变传统的供电方式，优化系统结构，不仅能大大降低经济成本，有效地减轻车载设备重量，实现列车轻量化，提高承载效率，使短定子磁浮列车的优势得到更好发挥，通过地面供电直接实现磁浮列车运行的自动控制和无人驾驶。

设计图

一种短定子磁浮列车五轨供电构造论文和设计

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