CN101562423A - 对应双绕组直线电机的供电设备以及对沿行驶轨道移动的车辆的驱动 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对应双绕组直线电机的供电设备，以及对沿行驶轨道移动的车辆的驱动。在本发明中，供电设备具有变频器(01)，该变频器以其输入开关设备(02)直接与能量供应网(016)相连。变频器(01)包括：连接在输入开关设备(02)之后的整流器(03)；与该整流器(03)相连的中间电路(04)；连接在该中间电路(04)之后的、带有带有所属控制设备(08)的换流器末级(05)和与该换流器末级(05)相连的输出开关设备(06)，双绕组直线电机A与该输出开关设备(06)直接相连；在此，输入开关设备(02)和输出开关设备(06)的控制输出端与发出断开命令的运行控制设备(021)的输出端相连，中间电路(04)具有用于放电的短路器(034)，该短路器与运行控制设备(021)的输出端相连。其中关键的是，所述控制设备(08)控制换流器末级(05)从中间电路(04)中产生可预定频率和幅度的四相交流电。为了可以进行不同功率匹配的驱动，本发明建议为共同的输出变压器(5)的初级绕组(5a)配置抽头(10、11、12)，在变压器运行时可以借助于步进开关(13)接入和断开这些抽头，以便设定和调整所希望的输出交流电压(U4)。

Description

对应双绕组直线电机的供电设备以及对沿行驶轨道移动的车辆的驱动

技术领域

本发明涉及对应双绕组直线电机的供电设备，以及对沿行驶轨道移动的车辆的驱动。

背景技术

公知的，传统的长定子直线电机的定子绕组至少需要三条能量供应导线，通过三相交流电产生移动电磁场，传统电机所需要的电线多，材料耗费大，如德国TR磁悬浮系统就使用了六条电线来饶成绕组用以提供驱动力，使用输出三相交流电的供电设备。而在中国申请号为200810044864.8的专利中公布了最少只需两条定子绕组即可实现提供驱动力的双绕组直线电机，但该电机要求使用四相交流电源，且要求用于该电机的供电设备能够以高可靠性进行开关。

在中国申请号为200810044801.2的专利中公布了能与普通铁路相互兼容的新型轨道交通技术，其轨道需要对沿行驶轨道移动的车辆带来良好功率匹配的驱动系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是，提供一种将三相交流电源转变为四相交流电源、对应双绕组直线电机的供电设备，其技术问题的解决在于，该供电设备带有变频器，该变频器在输入侧以其输入开关设备与能量供应网直接相连，并包括连接在输入开关设备之后的整流器、以及与该换流器末级相连的输出开关设备，双绕组直线电机的供电系统与该输出开关设备直接相连，其中输入开关设备的控制输入端以及输出开关设备的控制输入端与发出断开命令的运行控制设备的输出端相连，而中间电路具有用于放电的短路器，该短路器以其控制输入端与运行控制设备的输出端相连。通过控制设备控制换流器末级从中间电路中产生可预定频率和幅度的四相交流电。

根据本发明的供电设备的一个主要优点在于，它可以在没有可靠的输出开关设备的情况下应用。在此给出一种安全的断路装置，使得输入开关设备以及输出开关设备在需要时都可通过运行控制设备的指令断开，并且同时还通过频率转换器中间电路的发电将该中间电路断开。所有这些都发生在低压侧，这样就使得根据本发明的供电设备的构造较简单。

为进一步提高根据本发明的供电设备的断路可靠性，控制设备优选为其各个有源部分分别具有一个自身的供电设备，并且控制设备的供电设备中的至少一个可以通过其控制输入端与运行控制设备的输出端的一个连接接通或断开。由此进一步提高了断路可靠性，因为控制脉冲不是由控制设备产生，所以换流器末级没有收到任何控制脉冲。

此外优选的是，控制设备的控制装置作为其他有源部件设置有与运行控制设备的输出端相连接的断路输入端。

最后，为实现特别高的短路可靠性，整流器还可以优选是一种其控制输入端与运行控制设备的输出端相连的受控整流器。

本发明要解决的另一技术问题是，提供一种将三相交流电源转变为四相交流电源、并可以进行不同功率匹配的驱动。

上述技术问题的解决在于，由变换单元将三相供电电压变换成可预定频率和幅度的四相交流电压。为共同的输出变压器的次级绕组配置抽头，在变压器运行中为了设定和调整所希望的输出电压，可以借助于步进开关接入和断开这些抽头。借助于步进开关可以将输出变压器的变换系数精细分级地与车辆的功率需求进行匹配，从而所采用的变换器总是提供比较大的功率。按照这种方式，在整个速度范围上实现了显著更高的加速，直到达到在最高可选择的变压器变换条件下的最大电压。按照这种方式可以明显地减少行驶时间。优点还在于，尽管有不同的变压器变换仅仅需要一个变压器运行保护。如果主要问题不是更短的运行时间而是费用的节省，则也可以对应地减小必需的驱动部件的数目。

在一种结构上简单的实施方式中，将步进开关构造成机械式的换档机构。

如果步进开关是带有软件控制的、可电子实施的开关元件，则开销更低。

如果将步进开关根据沿行驶路径上的车辆位置、车辆的长度以及车辆速度进行转换，则将带来良好的功率匹配。

较佳的实施方式是，由供电设备的运行控制设备负责控制步进开关。

附图说明

下面对照附图对本发明作详细的说明。

图1中示出了一个对应双绕组直线电机的供电设备的实施例。

图2示出了一种驱动的变换单元的框图。

图3是连接供电设备或变换单元的双绕组直线电机的电流周期示意图。

具体实施方式

图1中示出了一个对应双绕组直线电机的供电设备的实施例B。变频器01在输入侧直接与能量供应网016相连，而在输出侧与未示出具体结构(结构请详见专利200810044864.8)的双绕组直线电机A的供电电流连接。变频器01与运行控制设备021通过导线030相连，在需要时通过该运行控制设备021向变频器01发出断开命令。

变频器01的换流器末级05借助于控制设备08进行控制，该控制设备在输入侧具有微控制器形式的计算部件09，该控制器用于产生对换流器末级05的控制脉冲。控制装置010接在计算部件09之后，该控制装置在输出侧与十二个发光二极管011相连。这些发光二极管又通过带有十二个光波导体的电位隔离012与十二个分别带有一个未示出的光接收二极管的选通单元013相连。选通单元013通过十二根连接导线014以预定的频率来控制换流器末级05。其中关键的是，所述控制设备08能够控制换流器末级05从中间电路04中产生可预定频率和幅度的四相交流电。

如从图1中可以具体看出的，连接导线030通过连接031被引导至在图1中未示出的输入开关设备02的控制输入端，使得在在运行控制设备021一侧出现断开命令时使输入开关设备02断开。通过另一连接导线032可以由运行控制设备021的断开命令激活同样未示出的输出开关设备06的控制输入端，使得该输出开关设备在出现断开命令时断开，并由此将变频器01在输出侧与双绕组直线电机A或其供电系统断开。运行控制设备021的另一连接导线033被引导至中间电路04的短路器034，使得在运行控制设备021的断开命令下，该短路器034闭合并由此使该中间电路放电，这导致其去激活，从而进一步提高断路可靠性。另一连接导线035引导至整流器03并使该整流器截止，这在优选完全或部分收控的整流器的情况下可以简单的方式实现。

为进一步提高断路可靠性，控制设备08的有源部件如计算部件09、控制装置010、发光二极管011以及选通单元013分别设置有电压源037、038、039和040，它们分别可以通过其他连接导线041、042、043和044通过连接导线030接受运行控制设备031的断开命令，由此在出现断开命令时可以使这些有源部件整体或部分地不起作用。这导致选通装置013以较大的可靠性不控制换流器末级05，从而又额外地提高了断路可靠性。如果仅中断一个或各个控制脉冲，因为电机A是同步电机，其中产生扭矩的部件发生故障，则这也是有效的。

图2示出了一个对沿行驶轨道移动的车辆的驱动的实施例C，该驱动属于沿行驶轨道移动的轮轨列车(未示出)，并且包括一个双绕组直线电机，该电机的定子沿运行轨道延伸且细分为定子片段。各个定子片段可以在时间上依次地与输出变压器5(初级绕组5a、次级绕组5b)的四相输出交流电压U4连接，输出交流电压U4由变换单元1提供，而中等电压水平的三相电网2为该变换单元供电。

变换单元1包括一个与供电电网2(电压U1)连接的输入开关3，该开关前接输入变压器4。在输入变压器4和输出变压器5之间是变流器6。

变流器6由用于产生中间电路直流电压U2的整流器7、中间电路8和反向换流器9组成，其中反向换流器9从中间电路直流电压U2中产生频率和幅度可变的四相交流电压U3。

交流电压U3加载到输出变压器5的初级绕组5a上。输出变压器5在次级一侧具多个抽头10，11，12；在图1中有三个抽头10，11，12。通过输出变压器5的次级绕组5b的抽头10，11，12可以设置不同的变换系数。抽头10，11，12后接步进开关13，后者抽头10，11，12之一通过输出开关14与变换单元1的输出端(输出电压U4)连接。图2中抽头12通过步进开关13与输出端连接，这对应于最高的变换系数。

步进开关13根据在运行路径上的车辆位置、车辆的长度以及车辆速度进行转换。

此外，一种对本发明较好地应用方式是，将上述实施例B和实施例C相互结合构成供电驱动系统，则实施例C中所述的输入开关3与实施例B中所述的输入开关设备02为同一装置，实施例C中所述的输出开关14与实施例B中所述的输出开关设备06为同一装置，而实施例C中所述的步进开关(13)的控制输入与实施例B中所述的端运行控制设备(021)的输出端相连，步进开关(13)受运行控制设备(021)所控制。

图3是连接变换单元或供电设备的双绕组直线电机的电流周期示意图。电线A1、A2是双绕组直线电机A定子中的两条定子绕组，输出交流电压(U4)对电线A1、A2交替通以四相交流电，即变化四次通电为一个周期。

R、G分别表示双绕组直线电机A的定子沿行驶轨道延伸方向上的两端，则输出交流电压(U4)对电线A1、A2通以的四相交流电其电流走向依次是：

从R(A1)到G(A1)、从R(A2)到G(A2)、从G(A1)到R(A1)、从G(A2)到R(A2)为一个周期；或从R(A1)到G(A1)、从G(A2)到R(A2)、从G(A1)到R(A1)、从R(A2)到G(A2)为一个周期。

本发明主要应用于轮轨运输系统，但同样适用于磁悬浮运输系统。

Claims (9)

1.一种对应双绕组直线电机的供电设备，其特征在于，该供电设备具有变频器，该变频器包括：

·在输入侧以其输入开关设备(02)与能量供应网(016)直接连接，并且

·连接在该输入开关设备(02)之后的整流器(03)，

·与该整流器(03)相连的中间电路(04)，

·连接在该中间电路(04)之后的带有所属控制设备(08)的换流器末级(05)，所述控制设备(08)控制换流器末级(05)从中间电路(04)中产生可预定频率和幅度的四相交流电，以及

·与该换流器末级(05)相连的输出开关设备(06)，双绕组直线电机(A)的供电系统与该输出开关设备(06)直接相连，其中，

·该输入开关设备(02)的控制输入端以及该输出开关设备(06)的控制输入端与发出断开命令的运行控制设备(021)的输出端连接，

·该中间电路(04)具有用于放电的短路器(034)，该短路器以其控制输入端与运行控制设备(021)的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的供电设备，其特征在于，

·所述控制设备(08)对其各个激活的部件(09、010、011、013)分别具有一个自身的供电设备(037、038、039、040)，并且

·所述控制设备(08)的供电设备(037、038、038、040)中的至少一个可以通过其控制输入端与运行控制设备(021)的输出端相连的开关接通和断开。

3.根据权利要求1或2所述的供电设备，其特征在于，

·用于计算电压额定值的计算部件(09)作为所述控制设备(08)的有源部件通过控制输入端与所述运行控制设备(021)的输出端这样相连，使得在出现断开命令时设定对电压额定值的计算。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的供电设备，其特征在于，

·所述控制设备(08)的控制设备(010)作为其他有源部件设有与运行控制设备(021)的输出端相连的断路输入端。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的供电设备，其特征在于，

·所述整流器(03)是受控整流器，其控制输入端与所述运行控制设备(021)的输出端相连。

6.一种对沿行驶轨道移动的车辆的驱动，其包括：

带有沿行驶轨道延伸的定子的双绕组直线电机(A)，该定子可以与输出变压器(5)的四相输出交流电压(U4)连接，

电源(2)，变换单元(1)将该电源的三相供电电压(U1)变换成可预定频率和幅度的四相交流电压(U3)，其中，该交流电压(U3)加载到所述输出变压器(5)的初级绕组(5a)上，其特征在于，

为共同的输出变压器(5)的初级绕组(5a)配置抽头(10、11、12)，在变压器运行时为了设定和调整所希望的输出交流电压(U4)可以借助于步进开关(13)接入和断开这些抽头。

7.根据权利要求6所述的驱动，其特征在于，

·将所述步进开关(13)构造成机械式的步进开关。

8.根据权利要求6所述的驱动，其特征在于，

·所述步进开关(13)是可电子实施的开关元件。

9.根据权利要求1和8共同构成的供电驱动系统，其特征在于，

·步进开关(13)的控制输入与端运行控制设备(021)的输出端相连，步进开关(13)受运行控制设备(021)所控制。

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