CN107539162A - 一种中低速磁浮列车牵引系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中低速磁浮列车牵引系统,包括能够将直流驱动电压转换为频率与电压均可调的三相交流电的IGBT开关阵列,还包括与所述IGBT开关阵列的输出端相连的直线电机组,还包括与直流驱动电压可选择地与所述IGBT开关阵列相连、用以驱动所述直线电机组运行和同时维持车辆悬浮的蓄电池。上述中低速磁浮列车牵引系统,不论当线路供电中断,还是磁浮列车发生受流系统故障,可以依靠自身蓄电池维持悬浮和牵引,从正线自行回库或者驶入最近站台进行维护。
Description
技术领域
本发明涉及磁浮列车牵引系统技术领域,特别涉及一种中低速磁浮列车牵引系统。
背景技术
目前国内外中低速磁浮交通系统的牵引与悬浮模式通常采用如下方式:车辆采用第三轨供电,并不限于供电电压制式为1500V的直流,也可为其它电压等级的直流;当直流电压1500V从车辆受流器引上车后,经过车载牵引逆变器的电压转换后向串并联的直线电机组供电。当第三轨电压在DC1000V~DC1800V之间变化时,车载逆变器都能正常工作。
车辆在正常悬浮工况下,车载蓄电池处于热备状态(蓄电池浮充),整车悬浮动力来自于车载悬浮电源,其输入为第三轨供电的DC1500V直流。当车载悬浮电源故障或车辆运行工况出现异常导致单纯依靠车载悬浮电源不足以维持车辆正常悬浮时,DC330V蓄电池立即投入工作,进而维持车辆悬浮稳定。
通常,牵引系统与悬浮系统各自独立工作,当车辆外部直流1500V供电发生故障,无法为车辆提供外部电能输入时,车辆仅能靠蓄电池维持悬浮,但牵引系统无法工作,车辆不能移动。
发明内容
本发明的目的是提供一种中低速磁浮列车牵引系统,其蓄电池不仅能够提供磁浮列车自身的悬浮动力,还同时提供磁浮列车的牵引动力,不论当外部供电中断,还是磁浮列车发生受流系统故障,均可以依靠自身蓄电池从正线自行回库或者驶入最近站台进行维护。
为实现上述目的,本发明提供一种中低速磁浮列车牵引系统,包括能够将直流驱动电压转换为频率与电压均可调的三相交流电的IGBT开关阵列,还包括与所述IGBT开关阵列的输出端相连的直线电机组,还包括与直流驱动电压可选择地与所述IGBT开关阵列相连、用以驱动所述直线电机组运行和同时维持车辆悬浮的蓄电池。
相对于上述背景技术,本发明提供的中低速磁浮列车牵引系统,直流驱动电压作为主要的能源,用以驱动直线电机组的运行;然而当直流驱动电压无法继续为直线电机组提供电能时,则可以利用蓄电池驱动直线电机组的运行;也即,蓄电池不仅具备用以维持磁浮列车悬浮的功能,还能够对直线电机组进行供电,且蓄电池与直流驱动电压两者择一地向直线电机组供电;如此设置,当磁浮列车无法从第三轨也即直流驱动电压获得电能后,磁浮列车可以依靠自身携带的用以供磁浮列车悬浮的蓄电池作为牵引动力来源,通过开关硬件等实现切换,使得磁浮列车可以自行移动,同时蓄电池继续维持磁浮列车的悬浮,这样便可以实现磁浮列车在直流驱动电压无法供电的前提下自行回库或者驶入最近站台进行维护。
优选地,所述蓄电池的输出端还连接有用以防止直流驱动电压误窜入所述蓄电池的保护二极管。
优选地,所述IGBT开关阵列的输入端还依次设有高速断路器、预充电电路、电抗器、放电回路以及支撑电容;其中:
所述预充电电路包括第一接触器,所述第一接触器并联第二接触器和第一电阻;
所述放电回路包括相互串联的第二电阻和第三电阻,且串联后的所述第二电阻和所述第三电阻连接于直流驱动电压;
所述支撑电容连接于直流驱动电压。
优选地,还包括设于司机台或司机室电气柜的牵引模式选择开关,所述牵引模式选择开关能够控制电动转换开关选择由直流驱动电压驱动所述直线电机组运行或者由所述蓄电池驱动所述直线电机组运行。
优选地,还包括当所述蓄电池的当前电压低于预设值时,用以提示所述蓄电池馈电的提示装置。
优选地,还包括当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行时,用以按照所述蓄电池的预设牵引特性进行工作的牵引控制部。
优选地,还包括当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行至所述蓄电池所能够驱动的最大距离时,用以停止所述蓄电池供电的停机控制部。
优选地,还包括当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行时,全部由机械制动力实现磁浮列车制动的制动控制部。
优选地,还包括风冷关闭部,当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行时,所述风冷关闭部能够控制包含所述IGBT开关阵列的逆变器内部风冷单元关闭,以实现所述逆变器自然散热。
优选地,还包括当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行时,用以监测并记录磁浮列车的全部电气参数的监控部。
优选地,电动转换开关与高速断路器设置有互锁逻辑,当高速断路器在闭合状态时,电动转换开关禁止切换操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的中低速磁浮列车牵引系统的结构示意图。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅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。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1,图1为本发明实施例所提供的中低速磁浮列车牵引系统的结构示意图。
本发明提供一种中低速磁浮列车牵引系统,其主要应用于中低速磁浮列车;严格来说,中低速磁浮列车通常是指速度小于120公里/小时的采用短定子直线电机驱动模式的磁浮列车,然而随着技术的发展,目前中低速磁浮列车可以指速度小于160公里/小时的磁浮列车。也即,本文中的中低速磁浮列车牵引系统可以应用于速度小于160公里/小时的采用短定子直线电机驱动模式的磁浮列车。
中低速磁浮列车牵引系统的结构示意图如附图1所述,包括直流驱动电压,直流驱动电压可以为1500V直流电,也即DC1500V;磁浮列车包括车载逆变器,逆变器设有IGBT开关阵列8,IGBT开关阵列8基于两电平电压型直—交逆变控制方法,输入的DC1500V经过IGBT开关阵列8后变换成频率、电压均可调的三相(U、V、W)交流电,向包括但不限于附图1所示的串并联数的直线电机组2供电,当第三轨电压在DC1000V~DC1800V之间变化时,车载逆变器都能正常工作。
中低速磁浮列车牵引系统还包括设于磁浮列车的蓄电池,也即车载蓄电池,通常蓄电池为直流330V,即DC330V;磁浮列车在正常悬浮工况下,蓄电池处于热备状态(蓄电池浮充),磁浮列车悬浮动力来自于车载悬浮电源。当车载悬浮电源故障或车辆运行工况出现异常导致单纯依靠车载悬浮电源不足以维持车辆正常悬浮时,DC330V蓄电池立即投入工作,进而维持磁浮列车悬浮稳定。
本发明中,蓄电池1还可以接入IGBT开关阵列8,用以向直线电机组2供电,当磁浮列车无法从第三轨获得电能后,也即直流驱动电压无法向直线电机组2供电时,磁浮列车依靠自身携带的蓄电池1作为牵引动力来源,可以通过开关硬件等实现切换,使得磁浮列车可以自行移动,既能实现库内换道,又能从正线上不需要救援自行回库。换句话说,蓄电池1不但提供磁浮列车自身的悬浮动力,还同时提供磁浮列车的牵引动力。
其中,直线电机组2的电能来源由蓄电池1提供,可以通过在磁浮列车司机台或司机室电气柜内增加相应车辆牵引模式选择开关。当磁浮列车正常牵引时,电动转换开关9置于DC1500V档,此时磁浮列车通过第三轨(DC1500V)供电进行牵引。当磁浮列车进行蓄电池1应急牵引时,电动转换开关9置于DC330V档,此时磁浮列车通过蓄电池1(DC330V)输出进行牵引。
除此之外,为了防止开关故障导致DC1500V误窜入DC330V蓄电池1,危害蓄电池1,还可以在蓄电池1输出端接入保护二极管V1,如说明书附图1所示。为了防止电路切换过程的冲击,电动转化开关9与高速断路器3设有互锁装置。
以附图1为例,蓄电池1与IGBT开关阵列8之间依次设有电动转换开关9、高速断路器3、预充电电路4、电抗器5、放电回路6以及支撑电容7;其中,预充电电路4包括第一接触器KM1,所述第一接触器KM1并联第二接触器KM2和第一电阻R1;放电回路6包括相互串联的第二电阻R2和第三电阻R3,且串联后的所述第二电阻R2和所述第三电阻R3连接于直流驱动电压;支撑电容7连接于直流驱动电压。
针对附图1的主电路控制原理,电容器充放电单元由接触器(第一接触器KM1和第二接触器KM2)、充放电电阻(第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3)等组成,用于主电路支撑电容7的充放电。
当磁浮列车进入蓄电池1牵引模式时后,主断路器3断开,闭合第二接触器KM2,电源通过第一电阻R1给支撑电容7预充电,当支撑电容7的电压上升到蓄电池1电压时,第一接触器KM1闭合,支撑电容7的充电完成。此外,当磁浮列车进入蓄电池1牵引模式时,牵引系统隔断原主电路配置的“欠压”保护。
针对逆变器单元,蓄电池1牵引模式下,磁浮列车的全部牵引逆变器全部工作,此时逆变器不启用强迫风冷,牵引逆变器仅进行自然散热。也即中低速磁浮列车牵引系统还包括风冷关闭部,当蓄电池1驱动直线电机组2运行时,风冷关闭部能够控制包含IGBT开关阵列1的逆变器内部风冷单元关闭,以实现逆变器的自然散热。
针对检测单元,蓄电池牵引时仅进行电流、电压监视,不进行DC1500V工况下的“欠压”故障报警。与此同时,当磁浮列车进入蓄电池牵引模式时,辅助电源系统AC380V因无高压输入,故停止工作。列车停止AC380V交流输出,仅由蓄电池提供DC110V紧急负载运行所需的电源。当磁浮列车进入蓄电池1牵引模式时,电动转换开关9切换至DC330V档,此时悬浮电源因无高压输入,故停止工作。
针对蓄电池1的牵引功能逻辑设计,可以通过设于两端司机室的“牵引模式选择开关”,进入/退出蓄电池牵引模式,蓄电池牵引模式仅在车辆的被占有端有效;DC1500V高压电路和DC330V低压电路通过电动开关进行互锁隔离,同时电动转换开关9的位置由列车控制管理系统(TCMS)进行监视,并且蓄电池牵引允许车辆前进、后退;在蓄电池牵引模式下,高速断路器3闭合,DC330V供给磁浮列车作牵引动力;当磁浮列车进入蓄电池牵引模式时,列车显示器(HMI)将显示列车进入蓄电池牵引模式,该模式下列车的所有电气参数将被TCMS监视并记录;也即中低速磁浮列车牵引系统还包括当蓄电池1驱动直线电机组2运行时,用以监测并记录磁浮列车的全部电气参数的监控部。除此之外,蓄电池牵引需对蓄电池1的电流进行限流保护,超过最大值时磁浮列车以最大上限值牵引。
针对利用蓄电池1实现牵引的启用条件,为保证磁浮列车在蓄电池应急牵引模式下能正常运行且能对磁浮列车的各系统进行有效的保护与监控,磁浮列车进入蓄电池牵引模式时需同时具备如下条件:第一,磁浮列车控制与诊断网络系统工作正常;第二,磁浮列车各子系统正常且司机室有被激活(占有)状态;第三,磁浮列车所有受流器已经从高压DC1500V轨道断开;第四,磁浮列车处于停车状态,速度信号反馈为0;第五,高速断路器3已断开;第六,“牵引模式选择开关”选择在:蓄电池牵引;第七,蓄电池电压高于预设值。可以看出,为确保磁浮列车在蓄电池应急牵引模式下能够正常运行,还应设有用以检测是否满足上述状态的实时检测装置,以确保蓄电池1的正常供电。
除此之外,还可以设计列车控制管理系统(TCMS)的初始化逻辑,可以切换“牵引模式选择开关”,该旋钮通过硬线与TCMS的数字输入输出模块(DXM)相连,若“牵引模式选择开关”信号正常,TCMS需对车辆状态进行如下自检:首先,判断网络自身无故障;其次判断磁浮列车牵引控制单元(DCU)无故障;然后判断DC1500V受流器已经断开;接着判断牵引系统高速断路器3是否跳开;最后进行蓄电池1的电压值允许判断。
针对磁浮列车牵引控制单元(DCU)的执行逻辑,当牵引模式选择开关打到“蓄电池应急模式”档位时,TCMS发送“蓄电池应急模式”标志位给DCU,DCU 10s内反馈蓄电池牵引允许给TCMS,DCU执行以下逻辑:首先将DC1500V牵引特性程序转换为DC330V蓄电池牵引特性程序;然后司机闭合高速断路器3,DCU按正常逻辑合充电接触器KM2和短接接触器KM1;与此同时,蓄电池牵引仅一个级位,列车进入蓄电池牵引模式后,列车控制和正常控制没有区别,DCU无论收到司机控制器任何级位,都按蓄电池牵引最大特性工作;也即中低速磁浮列车牵引系统还包括当蓄电池1驱动直线电机组2运行时,用以按照蓄电池1的预设牵引特性进行工作的牵引控制部;当蓄电池1驱动直线电机组2运行时,主手柄前后均有效,对应列车前进、后退;列车网络记录蓄电池牵引模式下列车牵引距离,当距离大于蓄电池容量所能支持的最大距离时,停止蓄电池牵引,以保护蓄电池不馈电;当蓄电池1的当前电压低于预设值时,提示装置能够提示蓄电池1馈电,且当蓄电池1驱动直线电机组运行至蓄电池1所能够驱动的最大距离时,停机控制部可以停止蓄电池1供电。除此之外,列车网络同步核算蓄电池牵引时车辆的能耗百分比。
针对DCU退出逻辑,列车运行时牵引手柄未回0,而牵引模式选择开关被切换到其它档位,具体按照如下流程执行:首先,旋钮切换后,网络显示器发出提示:蓄电池牵引准备退出,牵引手柄回0后退出;然后牵引卸力,制动系统根据载荷施加匹配的机械制动力,迫使车辆停车;最后待司机操作方向手柄回0后,DCU和网络进行状态判断,确认车辆退出蓄电池牵引逻辑,电动开关转至DC1500V位有效。也即当蓄电池1驱动直线电机组2运行时,制动控制部能够实现全部由机械制动力确保磁浮列车制动;由于蓄电池1驱动直线电机组2运行时,电压较低且磁浮列车的运行速度较慢,利用机械制动完全可以确保磁浮列车的停车,无需施加电制动。
针对蓄电池馈电时的退出逻辑,当蓄电池1电压低于预设值时,网络提示“蓄电池牵引条件不满足(电压低),列车无法进行蓄电池牵引”;当磁浮列车在蓄电池1牵引时,蓄电池电压低于预设值时,网络提示“蓄电池馈电,需退出蓄电池应急牵引模式”。当网络检测到自身系统故障时,自动退出蓄电池应急牵引模式。
本发明提供的中低速磁浮列车牵引系统,磁浮列车可以依靠自身携带的用以供磁浮列车悬浮的蓄电池作为牵引动力来源,通过开关硬件等实现切换,使得磁浮列车可以自行移动,同时蓄电池继续维持磁浮列车的悬浮,这样便可以实现磁浮列车在直流驱动电压无法供电的前提下自行回库或者驶入最近站台进行维护。
需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的中低速磁浮列车牵引系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (11)
1.一种中低速磁浮列车牵引系统,包括能够将直流驱动电压转换为频率与电压均可调的三相交流电的IGBT开关阵列,还包括与所述IGBT开关阵列的输出端相连的直线电机组,其特征在于,还包括与直流驱动电压可选择地与所述IGBT开关阵列相连、用以驱动所述直线电机组运行和同时维持车辆悬浮的蓄电池。
2.根据权利要求1所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,所述蓄电池的输出端还连接有用以防止直流驱动电压误窜入所述蓄电池的保护二极管。
3.根据权利要求1所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,所述IGBT开关阵列的输入端还依次设有高速断路器、预充电电路、电抗器、放电回路以及支撑电容;其中:
所述预充电电路包括第一接触器,所述第一接触器并联第二接触器和第一电阻;
所述放电回路包括相互串联的第二电阻和第三电阻,且串联后的所述第二电阻和所述第三电阻连接于直流驱动电压;
所述支撑电容连接于直流驱动电压。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,还包括设于司机台或司机室电气柜的牵引模式选择开关,所述牵引模式选择开关能够控制电动转换开关选择由直流驱动电压驱动所述直线电机组运行或者由所述蓄电池驱动所述直线电机组运行。
5.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,还包括当所述蓄电池的当前电压低于预设值时,用以提示所述蓄电池馈电的提示装置。
6.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,还包括当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行时,用以按照所述蓄电池的预设牵引特性进行工作的牵引控制部。
7.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,还包括当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行至所述蓄电池所能够驱动的最大距离时,用以停止所述蓄电池供电的停机控制部。
8.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,还包括当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行时,全部由机械制动力实现磁浮列车制动的制动控制部。
9.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,还包括风冷关闭部,当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行时,所述风冷关闭部能够控制包含所述IGBT开关阵列的逆变器内部风冷单元关闭,以实现所述逆变器自然散热。
10.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,还包括当所述蓄电池驱动所述直线电机组运行时,用以监测并记录磁浮列车的全部电气参数的监控部。
11.根据权利要求4所述的中低速磁浮列车牵引系统,其特征在于,所述电动转换开关与所述高速断路器设置有互锁逻辑,当所述高速断路器在闭合状态时,所述电动转换开关禁止切换操作。
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