CN101289065A - 磁浮列车车载电源供电效率提高方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁浮列车车载电源供电效率提高方法及装置，它是利用原地面三相变频器提供三相输出电流的三相定子线圈上分别叠加一相位互差120°的一定幅度一定频率的高次谐波电流，该高次谐波电流在直线同步电机中产生一附加行波磁场，该附加行波磁场的基波切割列车磁极上的附加发电机线圈而发电，在该附加发电机线圈的输出端并联或者串联补偿电容来实现车载电源供电效率的提高，从而为磁浮列车的进一步推广创造一个有利的条件。

Description

磁浮列车车载电源供电效率提高方法及装置

技术领域

本发明涉及一种磁浮列车车载电源供电效率提高方法及装置。

背景技术

中国发明专利公开说明书CN1431118A(公开日2003年7月23日)公开了一种新型的磁浮列车非接触紧急供电技术，能够较好地满足列车在故障停车下的应急供电问题，但是未涉及磁浮列车车载电源供电效率的提高方法。由于磁浮列车运行时有悬浮气隙，且注入电流频率和发电机负载特性的不同会影响发电机输出的效率，限制了其传送能量的效率。而磁浮列车的车载供电是否正常会影响列车的正常运行，有效地提高磁浮列车车载发电机的效率将是一个发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁浮列车车载电源供电效率提高方法，该方法可以有效地提高磁浮列车车载发电机的供电效率；为此，本发明还要提供一种实现该方法的装置。

为解决上述技术问题，本发明磁浮列车车载电源供电效率提高方法是：利用原地面三相变频器提供三相输出电流的三相定子线圈上分别叠加一相位互差120°的一定幅度一定频率的高次谐波电流，该高次谐波电流在直线同步电机中产生一附加行波磁场，该附加行波磁场的基波切割列车磁极上的附加发电机线圈而发电，在该附加发电机线圈的输出端并联或者串联补偿电容来实现车载电源供电效率的提高。

实现上述方法的磁浮列车车载电源供电效率提高装置是：在原地面三相变频器附近设一高次谐波电流发生器，该高次谐波电流发生器输出的三相高次谐波电流与原地面三相变频器输出的三相电流并联，在列车磁极上附加一发电机线圈，附加发电机线圈的输出端并联或者串联补偿电容。所述的三相高次谐波电流也可由原地面三相变频器提供。

请参阅图1，叠加的三相高次谐波电流在直线同步电机中产生附加行波磁场6，附加行波磁场6的基波速度v_h为v_h＝2f_h·τ，其中τ为长定子的极距，f_h为叠加的三相高次谐波电流的频率。原三相电流产生的行波磁场5的基波速度v为v＝2f·τ，其中f为原三相电流的频率。附加行波磁场6的速度v_h与列车运行速度v之差为v_h-v-2τ(f_h-f)，附加行波磁场6的基波切割列车磁极上附加的发电机线圈而发电，发电机的输出与(f_h-f)成正比，因此控制叠加的高次谐波电流的频率f_h就可实现对车载发电机输出电流的控制。车载发电机输出功率的大小与注入谐波电流的频率f_h、附加发电机线圈的匝数和输出负载的大小有关，通过在附加发电机线圈的输出端并联或者串联补偿电容可以实现车载电源输出功率的提高。这是由于磁浮列车悬浮时有一定的气隙，相当于副边存在一定的漏感，所以当注入谐波电流的频率f_h变化时，由于一部分电压降落在副边的漏感上，就会导致车载发电机的发电效率下降，而通过并联或者串联补偿电容可以补偿副边漏感部分的影响，从而提高车载发电机的供电效率。

通过本发明的技术方案可以有效地提高磁浮列车车载发电机的供电效率，从而为磁浮列车的进一步推广创造一个有利的条件。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明三相定子线圈叠加三相高次谐波电流的示意图。

图2是本发明磁浮列车车载发电机加入补偿电容的示意图。

图中附图标记为：1-地面三相变频器，2-高次谐波电流发生器，3-定子，4-三相定子线圈，5-行波磁场，6-附加行波磁场，7-列车磁极，8-附加发电机线圈，9-补偿电容，10-负载。

具体实施方式

请参阅图1及图2，本发明磁浮列车车载电源供电效率提高方法及装置，是在原地面三相变频器1的附近设一高次谐波电流发生器2，该高次谐波电流发生器2输出三相高次谐波电流Δi_a、Δi_b和Δi_c与原地面三相变频器1输出的i_a、i_b、i_c并联输出。同时在列车磁极7上附加一组直线发电机线圈8，在附加发电机线圈8的输出端串联补偿电容9和负载10。

本发明所需的三相高次谐波电流Δi_a、Δi_b和Δi_c也可直接由原地面三相变频器1产生，此时Δi_a、Δi_b和Δi_c叠加在原三相电流i_a、i_b和i_c上一并输出(未图示)。

本发明中的补偿电容9也可并联在附加发电机线圈8的输出端(未图示)。

高次谐波电流发生器2产生的三相高次谐波电流Δi_a、Δi_b和Δi_c，其幅值为I_h，频率为f_h，每相之间相位差为120度。该三相高次谐波电流分别为：

$\mathrm{\Δ}{i}_a=\sqrt{2}{I}_h\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{h}t\right)\·\·\·\left(1\right)$

$\mathrm{\Δ}{i}_b=\sqrt{2}{I}_h\sin (2\mathrm{\π}{f}_{h}t-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\·\·\·\left(2\right)$

$\mathrm{\Δ}{i}_c=\sqrt{2}{I}_h\sin (2\mathrm{\π}{f}_{h}t+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\·\·\·\left(3\right)$

未加入补偿电容9之前，车载发电机的输出功率P_out为

$P_{\mathrm{out}}=\frac{{(3\mathrm{\π}{f}_h{L}_{\mathrm{ag}0}\·I_h)}^2}{\frac{R_{\mathrm{ag}}{N}_s^2}{N_{\mathrm{ag}}^2}+\frac{N_{\mathrm{ag}}^2}{R_{\mathrm{ag}}{N}_s^2}{\left(4\mathrm{\π}{f}_h{L}_{\mathrm{ag}0}\right)}^2}\·\·\·\left(4\right)$

$L_{\mathrm{ag}0}=\frac{1}{4}{\mathrm{\μ}}_0{b}_s{\mathrm{\τ}}_s{N}_s^2(h_0+\frac{h_2}{2})\·\·\·\left(5\right)$

L_ag0只由磁浮列车尺寸结构决定，可视为常数。μ₀为空气磁导率；b_s为定子3铁芯宽度；τ_s为附加发电机线圈8的极距即定子极距；N_ag为每极附加发电线圈的有效匝数；N_s为每极定子绕组的有效匝数；R_ag为每个磁极上附加发电机线圈所带等效负载。

$h_0=\frac{1}{2}(\frac{1}{g_{\min }^{\′}}+\frac{1}{g_{\max }^{\′}})\·\·\·\left(6\right)$

$h_2=\frac{1}{2}(\frac{1}{g_{\min }^{\′}}-\frac{1}{g_{\max }^{\′}})\·\·\·\left(7\right)$

g′_min和g′_man分别为定子与转子之间的最小和最大等效气隙。

加入补偿电容9之后车载发电机的输出功率P′_out为

$P_{\mathrm{out}}^{\′}=\frac{9}{4}\mathrm{\π}{f}_h{L}_{\mathrm{ag}0}{I}_h^2\·\·\·\left(8\right)$

$P_{\mathrm{out}}=\frac{{(3\mathrm{\&pi;}{f}_h{L}_{\mathrm{ag}0}\&CenterDot;I_h)}^2}{\frac{R_{\mathrm{ag}}{N}_s^2}{N_{\mathrm{ag}}^2}+\frac{N_{\mathrm{ag}}^2}{R_{\mathrm{ag}}{N}_s^2}{\left(4\mathrm{\&pi;}{f}_h{L}_{\mathrm{ag}0}\right)}^2}\&le;\frac{{(3\mathrm{\&pi;}{f}_h{L}_{\mathrm{ag}0}\&CenterDot;I_h)}^2}{8\mathrm{\&pi;}{f}_h{L}_{\mathrm{ag}0}}=\frac{9\mathrm{\&pi;}{f}_h{L}_{\mathrm{ag}0}\&CenterDot;{I_h}^2}{8}<P_{\mathrm{out}}^{\&prime;}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(9\right)$

比较加入补偿电容9之后车载发电机的输出功率P′_out和未加补偿电容9之前车载发电机的输出功率P_out，可以发现对同样频率f_h的注入谐波电流，加入补偿电容9之后，车载电源的供电效率有所提高。

Claims (3)

1.一种磁浮列车车载电源供电效率提高方法，其特征是：利用原地面三相变频器提供三相输出电流的三相定子线圈上分别叠加一相位互差120°的一定幅度一定频率的高次谐波电流，该高次谐波电流在直线同步电机中产生一附加行波磁场，该附加行波磁场的基波切割列车磁极上的附加发电机线圈而发电，在该附加发电机线圈的输出端并联或者串联补偿电容来实现车载电源供电效率的提高。

2.实施权利要求1所述的方法的磁浮列车车载电源供电效率提高装置，其特征是：在原地面三相变频器附近设一高次谐波电流发生器，该高次谐波电流发生器输出的三相高次谐波电流与原地面三相变频器输出的三相电流并联，在列车磁极上附加一发电机线圈，附加发电机线圈的输出端并联或者串联补偿电容。

3.根据权利要求2所述的磁浮列车车载电源供电效率提高装置，其特征是：所述的三相高次谐波电流也可由原地面三相变频器提供。

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