一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统论文和设计-李群湛

全文摘要

本发明公开了一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统，涉及磁浮列车供电与运行控制技术领域。该系统的第一供电轨、第二供电轨和第三供电轨(接地)构成三相交流供电回路，第三供电轨和第四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。本发明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四轨供电控制系统，包括交直交变频变压装置(3)、整流装置(4)、供电轨(1)、车载集电器(2)、磁浮列车三相驱动绕组(6)和列车辅助用电设备(7)；其特征在于：所述供电轨(1)分为第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)、第三供电轨(1c)、第四供电轨(1d),其中所述第一供电轨(1a)、所述第二供电轨(1b)与所述第三供电轨(1c)构成三相交流供电回路，由地面的交直交变频变压装置(3)供电；所述三相交流供电回路中选择所述第三供电轨(1c)接地；所述第四供电轨(1d)与所述三相交流供电回路中接地的第三供电轨(1c)构成直流供电回路，由地面的整流装置(4)供电；所述车载集电器(2)包括第一集电器(2a)、第二集电器(2b)、第三集电器(2c)和第四集电器(2d)；所述第一集电器(2a)、所述第二集电器(2b)和所述第三集电器(2c)的尾端分别通过电缆与所述磁浮列车三相驱动绕组(6)三相端子连接，所述第一集电器(2a)、所述第二集电器(2b)和所述第三集电器(2c)的前端分别与所述第一供电轨(1a)、所述第二供电轨(1b)和所述第三供电轨(1c)接触受电；所述交直交变频变压装置(3)通过所述第一供电轨(1a)和所述第一集电器(2a)、所述第二供电轨(1b)和所述第二集电器(2b)、所述第三供电轨(1c)和所述第三集电器(2c)向所述磁浮列车三相驱动绕组(6)供电并通过所述交直交变频变压装置(3)的调频、调压来控制磁浮列车(5)的启停和运行；同时，所述第三集电器(2c)的尾端通过电缆与所述列车辅助用电设备(7)的负极连接，所述第四集电器(2d)的尾端通过电缆与列车辅助用电设备(7)的正极连接，所述第四集电器(2d)的前端与所述第四供电轨(1d)接触受电；所述整流装置(4)通过所述第三供电轨(1c)和所述第三集电器(2c)、所述第四供电轨(1d)和所述第四集电器(2d)向所述列车辅助用电设备(7)供电。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统，其特征在于：所述第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)、第三供电轨(1c)、第四供电轨(1d)沿磁浮线路铺设，所述第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)被分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置(3)供电。

3.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统，其特征在于：所述磁浮列车(5)的辅助用电设备(7)包括悬浮控制器、空调、照明设备；所述辅助用电设备(7)与整流装置(4)采用同一电压等级。

4.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统，其特征在于：所述车载集电器(2)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，所述车载集电器(2)的第一集电器(2a)、第二集电器(2b)、第三集电器(2c)和第四集电器(2d)相互绝缘。

设计说明书

技术领域

本发明涉及磁浮列车供电与运行控制技术领域。

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，在城市和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。

发明内容

本发明的目的是提供一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统，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进行磁浮列车运行的自动控制和无人驾驶，并适于高低速运行。

本发明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四轨供电控制系统，该系统包括交直交变频变压装置、整流装置、供电轨、车载集电器、磁浮列车三相驱动绕组和列车辅助用电设备；所述供电轨分为第一供电轨、第二供电轨、第三供电轨、第四供电轨,其中所述第一供电轨、所述第二供电轨与所述第三供电轨构成三相交流供电回路，由地面的交直交变频变压装置供电；所述三相交流供电回路中选择所述第三供电轨接地；所述第四供电轨与所述三相交流供电回路中接地的第三供电轨构成直流供电回路，由地面的整流装置供电；所述车载集电器包括第一集电器、第二集电器、第三集电器和第四集电器；所述第一集电器、所述第二集电器和所述第三集电器的尾端分别通过电缆与所述磁浮列车三相驱动绕组三相端子连接，所述第一集电器、所述第二集电器和所述第三集电器的前端分别与所述第一供电轨、所述第二供电轨和所述第三供电轨接触受电；所述交直交变频变压装置通过所述第一供电轨和所述第一集电器、所述第二供电轨和所述第二集电器、所述第三供电轨和所述第三集电器向所述磁浮列车三相驱动绕组供电并通过所述交直交变频变压装置的调频、调压来控制磁浮列车的启停和运行；同时，所述第三集电器的尾端通过电缆与所述列车辅助用电设备的负极连接，所述第四集电器的尾端通过电缆与列车辅助用电设备的正极连接，所述第四集电器的前端与所述第四供电轨接触受电；所述整流装置通过所述第三供电轨和所述第三集电器、所述第四供电轨和所述第四集电器向所述列车辅助用电设备供电。

优选地，所述第一供电轨、第二供电轨、第三供电轨、第四供电轨沿磁浮线路铺设，所述第一供电轨和第二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，以实现磁浮列车运行的分段控制。

优选地，所述磁浮列车的辅助用电设备主要包括悬浮控制器、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，所述车载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，所述车载集电器的第一集电器、第二集电器、第三集电器和第四集电器相互绝缘。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、沿磁浮线路铺设四个供电轨，其中两个供电轨与接地的共用供电轨构成三相交流供电回路，另一个供电轨与接地的共用供电轨构成直流供电轨，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回路给磁浮列车三相驱动绕组供电，地面整流装置经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、通过地面交直交变频变压装置经三相交流供电回路给磁浮列车三相驱动绕组供电直接进行磁浮列车驱动与运行的自动控制和无人驾驶，实现智能化控制与运行。

三、本发明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是本发明实施例一的结构示意图。

图2是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为了更好理解本发明创造思路，现简要说明本发明的工作原理为：与既有短定子磁浮列车相比，可以取消牵引逆变器和辅助电源等车载电气设备，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，实现系统供电结构与供电方式的最优化，通过三相交流供电回路调频、调压供电来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发明作进一步的描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统，该系统包括与磁浮线路并行铺设的供电轨1、设置在地面的交直交变频变压装置3和整流装置4、车载集电器2、磁浮列车三相驱动绕组6和车载辅助用电设备7；所述交直交变频变压装置3和整流装置4分别通过供电轨1、车载集电器2向磁浮列车三相驱动绕组6和车载辅助用电设备7供电；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c和第四供电轨1d；其中，所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b与所述第三供电轨1c构成三相交流供电回路，由设置在地面的交直交变频变压装置3供电；所述三相交流供电回路中任选一个供电轨接地，在此，选择所述第三供电轨1c接地；所述第四供电轨1d与所述三相交流供电回路中接地的第三供电轨1c构成直流供电回路，由设置在地面的整流装置4供电；所述车载集电器2包括第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c和第四集电器2d；所述第一集电器2a、所述第二集电器2b和所述第三集电器2c的尾端分别通过电缆与所述磁浮列车三相驱动绕组6三相端子连接，所述第一集电器2a、所述第二集电器2b和所述第三集电器2c的前端分别与所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和所述第三供电轨1c接触受电；所述交直交变频变压装置3通过所述第一供电轨1a和所述第一集电器2a、所述第二供电轨1b和所述第二集电器2b、所述第三供电轨1c和所述第三集电器2c向所述磁浮列车三相驱动绕组6供电并通过所述交直交变频变压装置3的调频、调压来控制磁浮列车5的启停和运行；同时，所述第三集电器2c的尾端通过电缆与所述列车辅助用电设备7的负极连接，所述第四集电器2d的尾端通过电缆与列车辅助用电设备7的正极连接，所述第四集电器2d的前端与所述第四供电轨1d接触受电；所述整流装置4通过所述第三供电轨1c和所述第三集电器2c、所述第四供电轨1d和所述第四集电器2d向所述列车辅助用电设备7供电。

在本发明实施例中，所述三相集电器2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，所述车载集电器2的第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c和第四集电器2d相互绝缘。

在本发明实施例中，所述磁浮列车5的辅助用电设备7主要包括悬浮控制器、空调、照明等设备；所述辅助用电设备7与整流装置4采用同一电压等级。所述交直交变频变压装置3和所述整流装置4均通过变电所三相电缆供电。

实施例二

如图2所示，一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统，该系统包括与磁浮线路并行铺设的供电轨1、设置在地面的交直交变频变压装置3和整流装置4、车载集电器2、磁浮列车三相驱动绕组6和车载辅助用电设备7；所述交直交变频变压装置3和整流装置4分别通过供电轨1、车载集电器2向磁浮列车三相驱动绕组6和车载辅助用电设备7供电；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c和第四供电轨1d；其中，所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b与所述第三供电轨1c构成三相交流供电回路，由设置在地面的交直交变频变压装置3供电；所述三相交流供电回路中任选一个供电轨接地，在此，选择所述第三供电轨1c接地；所述第四供电轨1d与所述三相交流供电回路中接地的第三供电轨1c构成直流供电回路，由设置在地面的整流装置4供电；所述车载集电器2包括第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c和第四集电器2d；所述第一集电器2a、所述第二集电器2b和所述第三集电器2c的尾端分别通过电缆与所述磁浮列车三相驱动绕组6三相端子连接，所述第一集电器2a、所述第二集电器2b和所述第三集电器2c的前端分别与所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和所述第三供电轨1c接触受电；所述交直交变频变压装置3通过所述第一供电轨1a和所述第一集电器2a、所述第二供电轨1b和所述第二集电器2b、所述第三供电轨1c和所述第三集电器2c向所述磁浮列车三相驱动绕组6供电并通过所述交直交变频变压装置3的调频、调压来控制磁浮列车5的启停和运行；同时，所述第三集电器2c的尾端通过电缆与所述列车辅助用电设备7的负极连接，所述第四集电器2d的尾端通过电缆与列车辅助用电设备7的正极连接，所述第四集电器2d的前端与所述第四供电轨1d接触受电；所述整流装置4通过所述第三供电轨1c和所述第三集电器2c、所述第四供电轨1d和所述第四集电器2d向所述列车辅助用电设备7供电。

在本发明实施例中，所述车载集电器2与磁浮列车转向架绝缘，所述车载集电器2的第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c和第四集电器2d相互绝缘。

本发明实施例与上述实施例一中的主要区别在于：所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c、第四供电轨1d沿磁浮线路铺设，所述第一供电轨1a和第二供电轨1b以列车5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3供电，以实现分段控制磁浮列车5运行。在本发明具体实施例中，记两个相邻分段为分段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3供电，便于分段控制磁浮列车5。为了保证磁浮列车安全、可控，一般每个分段仅限于一辆磁浮列车通行。

综上所述，本发明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，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。

设计图

一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统论文和设计

一种短定子磁浮列车四轨供电控制系统论文和设计-李群湛

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