CN106740248B - 一种高速磁悬浮交通系统及其列车的牵引供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统及高速磁悬浮交通系统，包括直线电机和M个第一牵引供电设备；直线电机的初级线圈沿轨道设置，其次级线圈沿列车设置；初级线圈包括N个线圈模块，每个线圈模块均包括M个线圈单元；各个线圈单元的长度均小于次级线圈的长度；所述N和所述M均为不小于2的整数；每相邻的两个线圈模块中的第m个线圈单元之间相互串联，m从1取值至M；第1个线圈模块中各个线圈单元的输入端分别与各个第一牵引供电设备的输出端一一对应连接；各个第一牵引供电设备的输入端均通过第二牵引供电设备与电网连接。本发明在一定程度上降低了系统的实现难度和成本。

Description

一种高速磁悬浮交通系统及其列车的牵引供电系统

技术领域

本发明涉及高速磁悬浮交通系统技术领域，特别是涉及一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统及高速磁悬浮交通系统。

背景技术

目前，在高速磁悬浮列车的牵引供电系统中主要由直线电机来驱动列车，使列车高速运行。该系统中直线电机的初级线圈沿轨道进行设置，其次级线圈沿列车进行设置，请参照图1，图1为现有技术中的高速磁悬浮列车的牵引供电系统的结构示意图。在现有技术中，直线电机的单个初级线圈的长度远大于次级线圈的长度，其中，直线电机的次级线圈的长度约等于列车长度。由图1可知，每两个初级线圈(即每两个供电区间)之间设置一个轨旁开关站，并且该系统通过牵引变电所中的第二牵引供电设备(一般采用AC/DC变换器)将电网输出的高压电能变换后输出至地面的牵引供电设备(即地面牵引逆变器，一般采用DC/AC变换器)，经地面牵引供电设备逆变后将逆变后的电能输出至预埋在轨道上的直线电机的各个初级线圈，为直线电机的各个初级线圈供电，直线电机的次级线圈由列车车载变流器供电。在列车运行时，当列车从直线电机的第一个初级线圈段路末端运行至直线电机的第二个初级线圈段路前端时，轨旁开关站将地面牵引供电设备的供电输出端从直线电机的第一个初级线圈段路切换至直线电机的第二个初级线圈段路，使地面牵引供电设备为第二个初级线圈供电，当列车经过第二个初级线圈段路并运行至第三个初级线圈段路时依次由相应的轨旁开关站进行供电的切换，以此类推。

一方面，在列车运行时，直线电机会产生反电势，并且当列车运行速度一定时，直线电机所产生的反电势与直线电机的有效长度成正比。那么，对于现有技术中的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，其直线电机的有效长度等于直线电机耦合电感的长度(即次级线圈的长度)，又因为直线电机次级线圈的长度约等于列车长度，即现有技术中直线电机的有效长度较长，故在列车运行时，直线电机所产生的反电势较高，且输电线以及初级线圈所产生的漏阻抗所占比例较小，故地面上的牵引供电设备的供电电压与反电势同步变化，反电势越高其供电电压越高，所以，较高的反电势导致相应的牵引供电设备的耐压等级提高、导致各类高压输电线的耐压等级提高以及导致直线电机初级线圈绕阻的绝缘等级提高，使该系统中相应的牵引供电设备、各类高压输电线以及直线电机初级线圈的制造难度和制造成本增加，进而导致整个高速磁悬浮列车的牵引供电系统的实现难度和成本增加。

另一方面，现有技术中的高速磁悬浮列车的牵引供电系统中需要设置多个轨旁开关站，且每个轨旁开关站占地面积大、器件成本较高，从而增加了整个高速磁悬浮列车的牵引供电系统的实现难度和成本较高。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的高速磁悬浮列车的牵引供电系统及高速磁悬浮交通系统，成为本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统及高速磁悬浮交通系统，在一定程度上降低了系统的实现难度和成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统，应用于高速磁悬浮交通系统，包括直线电机，所述直线电机的初级线圈沿轨道设置，其次级线圈沿列车设置，所述系统还包括M个第一牵引供电设备；所述初级线圈包括N个线圈模块，每个所述线圈模块均包括M个线圈单元；各个所述线圈单元的长度均小于所述次级线圈的长度；所述N和所述M均为不小于2的整数；

每相邻的两个所述线圈模块中的第m个所述线圈单元之间相互串联，所述m的取值为从1取至M；第1个所述线圈模块中各个所述线圈单元的输入端分别与各个所述第一牵引供电设备的输出端一一对应连接；各个所述第一牵引供电设备的输入端均通过第二牵引供电设备与电网连接。

优选的，所述第一牵引供电设备包括第一DC/AC变换器，所述第一DC/AC变换器的输入端作为所述第一牵引供电设备的输入端，所述第一DC/AC变换器的输出端作为所述第一牵引供电设备的输出端。

优选的，所述第一牵引供电设备包括DC/DC变换器及第二DC/AC变换器，所述DC/DC变换器的输入端作为所述第一牵引供电设备的输入端，所述DC/DC变换器的输出端与所述第二DC/AC变换器的输入端连接，所述第二DC/AC变换器的输出端作为所述第一牵引供电设备的输出端。

优选的，如上述所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，所述第二牵引供电设备包括AC/DC变换器，所述AC/DC变换器的输入端作为所述第二牵引供电设备的输入端，所述AC/DC变换器的输出端作为第二牵引供电设备的输出端。

优选的，所述N为6。

优选的，所述M为5。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高速磁悬浮交通系统，包括如上述所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统。

本发明提供了一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统及高速磁悬浮交通系统，包括直线电机，直线电机的初级线圈沿轨道设置，其次级线圈沿列车设置，系统还包括M个第一牵引供电设备；初级线圈包括N个线圈模块，每个线圈模块均包括M个线圈单元；各个线圈单元的长度均小于次级线圈的长度；N和M均为不小于2的整数；每相邻的两个线圈模块中的第m个线圈单元之间相互串联，m的取值为从1到M；第1个线圈模块中各个线圈单元的输入端分别与各个第一牵引供电设备的输出端一一对应连接；各个第一牵引供电设备的输入端均通过第二牵引供电设备与电网连接。

本发明中的每相邻两个线圈模块中的第m个线圈单元之间相互串联，串联后的一组线圈单元形成一个供电区间，并且由相应的第m个第一牵引供电设备为串联后的各个第m个线圈单元供电。对于第m个第一牵引供电设备而言，当列车从第1个线圈模块对应的段路运行至第2个线圈模块对应的段路时，直线电机的有效长度等于第1个线圈模块中的第m个线圈单元的长度，由于各个线圈单元的长度小于直线电机的次级线圈的长度，故本发明中每个第一牵引供电设备对应的直线电机的有效长度相比于现有技术中直线电机的有效长度降低，使本发明中的各个供电区间对应的直线电机的线圈单元所产生的反电势降低，从而相应的降低了各个第一牵引供电设备的耐压等级、降低了各类高压输电线的耐压等级以及降低了直线电机初级线圈绕阻的绝缘等级，从而降低了各个第一牵引供电设备、各类高压输电线以及直线电机初级线圈绕组的制造难度和制造成本，进一步在一定程度上降低了整个高速磁悬浮列车的牵引供电系统的实现难度和成本。

采用本发明所提供的高速磁悬浮列车的牵引供电系统及高速磁悬浮交通系统，减少了大量轨旁开关站的设置，从而在一定程度上降低了整个高速磁悬浮列车的牵引供电系统的实现难度和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统的结构示意图；

图2为本发明所提供的一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统的结构示意图；

图3为本发明所提供的另一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的提供了一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统及高速磁悬浮交通系统，在一定程度上降低了系统的实现难度和成本。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图2，图2为本发明所提供的一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统的结构示意图。

该系统包括直线电机，直线电机的初级线圈沿轨道设置，其次级线圈沿列车设置，还包括M个第一牵引供电设备；初级线圈包括N个线圈模块，每个线圈模块均包括M个线圈单元；且各个线圈单元的长度均小于次级线圈的长度，其中，N和M均为不小于2的整数；

每相邻的两个线圈模块中的第m个线圈单元之间相互串联，m的取值为从1取至M；第1个线圈模块中各个线圈单元的输入端分别与各个第一牵引供电设备的输出端一一对应连接；各个第一牵引供电设备的输入端均与第二牵引供电设备的输出端连接，第二牵引供电设备的输入端与电网连接。

具体的，在本发明所提供的高速磁悬浮列车的牵引供电系统中，将直线电机中的初级线圈分成N个线圈模块(例如，第1个线圈模块1、第2个线圈模块2直至第N个线圈模块N)，并且每一个线圈模块中进一步包括M个线圈单元，假设线圈模块的长度为L，则每个线圈单元的长度即为L/M。

每相邻两个线圈模块中的第m个线圈单元之间相互串联，m的取值为从1取至M。即m取1，则第1个线圈模块1中的第1个线圈单元11的输出端与第2个线圈模块2中的第1个线圈单元21的输入端连接，第2个线圈模块2中的第1个线圈单元21的输出端与第3个线圈模块中的第1个线圈单元的输入端连接，依次类推直至第N-1个线圈模块中的第1个线圈单元的输出端与第N个线圈模块N中的第1个线圈单元N1的输入端连接，N个线圈模块中的第1个线圈单元之间均依次相互串联形成第一个供电区间，其中，该供电区间中的第1个线圈模块1中的第1个线圈单元11的输入端与第1个第一牵引供电设备I的输出端连接。

m取2，则第1个线圈模块1中的第2个线圈单元12的输出端与第2个线圈模块2中的第2个线圈单元22的输入端连接，第2个线圈模块2中的第2个线圈单元22的输出端与第3个线圈模块中的第2个线圈单元的输入端连接，依次类推直至第N-1个线圈模块中的第2个线圈单元的输出端与第N个线圈模块N中的第2个线圈单元N2的输入端连接，N个线圈模块中的第2个线圈单元之间均依次相互串联形成第二个供电区间，其中，该供电区间中的第1个线圈模块1中的第2个线圈单元12的输入端与第2个第一牵引供电设备II的输出端连接。

以此类推，直至m取M时，则第1个线圈模块1中的第M个线圈单元1M的输出端与第2个线圈模块2中的第M个线圈单元2M的输入端连接，第2个线圈模块2中的第M个线圈单元2M的输出端与第3个线圈模块中的第M个线圈单元的输入端连接，依次类推直至第N-1个线圈模块中的第M个线圈单元的输出端与第N个线圈模块N中的第M个线圈单元NM的输入端连接，N个线圈模块中的第2个线圈单元之间均依次相互串联形成第M个供电区间，其中，该供电区间中的第1个线圈模块1中的第M个线圈单元1M的输入端与第M个第一牵引供电设备M的输出端连接。

需要说明的是，当m取3、4、5…M-1时各个供电区间的具体连接方式与上述m取1、2或M时相同，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，该高速磁悬浮列车的牵引供电系统中的第二牵引供电设备和M个第一牵引供电设备均属于牵引变电所，其中，第二牵引供电设备根据实际情况的需要将电网输入的电能进行处理，并将处理后的电能同时输出至M个第一牵引供电设备的输入端，各个第一牵引供电设备分别对其接收的电能进行处理，处理后得到满足实际需求的电能，并将处理后的电能输出至第1个线圈模块1中相应的线圈单元，以便为相应的供电区间进行供电。

由于，在列车运行的过程中，直线电机的耦合电感线圈会产生反电势，并且反电势越大相应的第一牵引供电设备的供电电压也就越大。由法拉第电磁感应定律可知，当垂直于磁场方向的导体棒以垂直于磁场方向的速度运动时，导体棒所产生的感应电动势(即反电势)为的大小为：E＝BLV，其中，B为磁场强度，L为导体棒的长度，V为导体棒运动的速度，即反电势与B、L和V这三个因素有关。对于高速磁悬浮列车的牵引供电系统而言，直线电机初级线圈的反电势由气隙磁场的磁场强度B、直线电机的有效长度以及列车的运行速度有关，气隙磁场的磁场强度由次级线圈产生，且列车的运行速度为不受控因素，故，当列车速度相同时，直线电机初级线圈的反电势与其有效长度有关，那么减小直线电机的有效长度即可减小相应的反电势。

具体的，由于直线电机的每个线圈单元的长度均小于其次级线圈的长度，并且次级线圈的长度约等于列车的长度(例如为λ)，可选的，本发明中的直线电机的每个线圈模块的长度L等于列车的长度λ，则每个线圈单元的长度即为λ/M。那么，当列车从直线电机的第1个线圈模块对应的段路运行至第2个线圈模块对应的段路时，如图2中所示的实线列车所在的位置，对于第1个第一牵引供电设备I对应的第1个供电区间而言，直线电机的有效部分的长度为第1个线圈模块1中的第1个线圈单元11的长度，并且该长度远远小于现有技术中直线电机的有效长度；对于第m个第一牵引供电设备对应的第m个供电区间而言，直线电机的有效部分长度为第1个线圈模块1中的第m个线圈单元的长度，并且该有效长度远远小于现有技术中直线电机的有效长度；当列车运行至第2个线圈模块对应的段路上时(如图2中所示的虚线列车所在的位置)，第1个第一牵引供电设备I对应的第1个供电区间中的直线电机的有效部分的长度从第1个线圈模块1中的第1个线圈单元11的长度逐渐变成第2个线圈模块2中的第1个线圈单元21的长度，同样该线圈单元的长度也远远小于现有技术中直线电机的有效长度。

由上述可知，不论列车运行至哪个线圈模块对应的段路，每个第一牵引供电设备所对应的直线电机的有效长度均小于现有技术中的直线电机的有效长度，故在列车以同一速度运行时，本发明中每个第一牵引供电设备对应的直线电机的线圈单元所产生的反电势均大大减小，由于各个第一牵引供电设备的供电电压与直线电机相应的有效部分产生的反电势同步变化，故本发明有效降低了各个第一牵引供电设备的供电电压，从而有效降低相应的各个第一牵引供电设备的耐压等级，降低本系统中所采用的各类高压输电线的耐压等级以及降低直线电机的各个线圈单元绕阻的绝缘等级。

总之，本发明通过将直线电机的线圈模块化，并将每个线圈模块单元化，以缩短线圈单元的长度，减小分别与每个第一牵引供电设备相应的供电区间对应的直线电机的各个耦合线圈的有效长度，以进一步减小与每个第一牵引供电设备分别对应的直线电机的有效部分所产生的反电势，使本发明中的相关装置的耐压等级降低。

还需要说明的是，当直线电机的初级线圈的长度在一定范围内时，本发明所提供的高速磁悬浮列车的牵引供电系统中可以不采用轨旁开关站(即取消轨旁开关站的设置)，当直线电机的初级线圈的长度较长时，本发明所提供的高速磁悬浮列车的牵引供电系统中可以依据实际情况采用少量的轨旁开关站。总体而言，当距离(直线电机的初级线圈的长度)相同时，本发明相比于现有技术要减少大量轨旁开关站的设置。

本发明提供了一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统，包括直线电机，直线电机的初级线圈沿轨道设置，其次级线圈沿列车设置，系统还包括N个第一牵引供电设备；初级线圈包括M个线圈模块，每个线圈模块均包括M个线圈单元，且各个线圈单元的长度均小于次级线圈的长度。

本发明中的每相邻两个线圈模块中的第m个线圈单元之间相互串联，串联后的一组线圈单元形成一个供电区间，并且由相应的第m个第一牵引供电设备为串联后的各个第m个线圈单元供电。对于第m个第一牵引供电设备而言，当列车从第1个线圈模块对应的段路运行至第2个线圈模块对应的段路时，直线电机的有效长度等于第1个线圈模块中的第m个线圈单元的长度，由于各个线圈单元的长度小于直线电机的次级线圈的长度，故本发明中每个第一牵引供电设备对应的直线电机的有效长度相比于现有技术中直线电机的有效长度降低，使本发明中的各个供电区间对应的直线电机的线圈单元所产生的反电势降低，从而相应的降低了各个第一牵引供电设备的耐压等级、降低了各类高压输电线的耐压等级以及降低了直线电机初级线圈绕阻的绝缘等级，从而降低了各个第一牵引供电设备、各类高压输电线以及直线电机初级线圈绕组的制造难度和制造成本，进一步在一定程度上降低了整个高速磁悬浮列车的牵引供电系统的实现难度和成本。

采用本发明所提供的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，减少了大量轨旁开关站的设置，从而在一定程度上降低了整个高速磁悬浮列车的牵引供电系统的实现难度和成本。

请参照图3，图3为本发明所提供的另一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统的结构示意图。在上述实施例的基础上：

作为优选的，第一牵引供电设备包括第一DC/AC变换器，第一DC/AC变换器的输入端作为第一牵引供电设备的输入端，第一DC/AC变换器的输出端作为第一牵引供电设备的输出端。

需要说明的是，第一牵引供电设备可以包括第一DC/AC变换器，用于将第二牵引供电设备输出的直流电进行逆变后输出相应的交流电，以向直线电机的相应的供电区间进行供电。

作为优选的，第一牵引供电设备包括DC/DC变换器及第二DC/AC变换器，DC/DC变换器的输入端作为第一牵引供电设备的输入端，DC/DC变换器的输出端与第二DC/AC变换器的输入端连接，第二DC/AC变换器的输出端作为第一牵引供电设备的输出端。

需要说明的是，当第二牵引供电设备输出的直流电的电压过高或过低时，可以先通过DC/DC变换器对第二牵引供电设备输出的电能进行电压变换(例如降压变换或升压变换)，具体的可以根据实际情况而定，再将变换后的电能经第二DC/AC变换器作逆变处理得到满足实际需要的电能，以向直线电机的相应的供电区间进行供电。

当然，本申请中的第一牵引供电设备还可以包括其他的装置，具体的可以根据实际情况而定。

作为优选的，如上述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，第二牵引供电设备包括AC/DC变换器，AC/DC变换器的输入端作为第二牵引供电设备的输入端，AC/DC变换器的输出端作为第二牵引供电设备的输出端。

具体的，AC/DC变换器将电网输出的交流电(其为高电压)进行变换得到直流电，并将变换后的直流电输出至各个第一牵引供电设备。当然，第二牵引供电设备还可以包括其他的装置，具体的可以根据实际情况而定。

作为优选的，N为6。

需要说明的是，本申请中的N的具体数值可以根据实际情况而定，本发明对此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

作为优选的，M为5。

当然，M还可以为其他数值，M的具体数值可以根据实际情况而定，本发明对此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

本发明提供了一种高速磁悬浮交通系统，包括如上述所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统。

需要说明的是，本发明在一定程度上降低了整个高速磁悬浮交通系统的实现难度和成本。对于本发明提供的高速磁悬浮交通系统中的高速磁悬浮列车的牵引供电系统的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种高速磁悬浮列车的牵引供电系统，应用于高速磁悬浮交通系统，包括直线电机，所述直线电机的初级线圈沿轨道设置，其次级线圈沿列车设置，所述初级线圈包括N个线圈模块，所述N为不小于2的整数，其特征在于，所述系统还包括M个第一牵引供电设备；每个所述线圈模块均包括M个线圈单元；各个所述线圈单元的长度均小于所述次级线圈的长度；所述M为不小于2的整数；

每相邻的两个所述线圈模块中的第m个所述线圈单元之间相互串联，所述m的取值为从1取至M；第1个所述线圈模块中的各个所述线圈单元的输入端分别与各个所述第一牵引供电设备的输出端一一对应连接；各个所述第一牵引供电设备的输入端均通过第二牵引供电设备与电网连接。

2.根据权利要求1所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，其特征在于，所述第一牵引供电设备包括第一DC/AC变换器，所述第一DC/AC变换器的输入端作为所述第一牵引供电设备的输入端，所述第一DC/AC变换器的输出端作为所述第一牵引供电设备的输出端。

3.根据权利要求1所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，其特征在于，所述第一牵引供电设备包括DC/DC变换器及第二DC/AC变换器，所述DC/DC变换器的输入端作为所述第一牵引供电设备的输入端，所述DC/DC变换器的输出端与所述第二DC/AC变换器的输入端连接，所述第二DC/AC变换器的输出端作为所述第一牵引供电设备的输出端。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，其特征在于，所述第二牵引供电设备包括AC/DC变换器，所述AC/DC变换器的输入端作为所述第二牵引供电设备的输入端，所述AC/DC变换器的输出端作为第二牵引供电设备的输出端。

5.根据权利要求4所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，其特征在于，所述N为6。

6.根据权利要求4所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统，其特征在于，所述M为5。

7.一种高速磁悬浮交通系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的高速磁悬浮列车的牵引供电系统。