CN109532567A - 一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，涉及磁浮列车供电和运行控制技术领域。该系统包括供电轨、与所述供电轨接触的集电器、用于向磁浮列车三相驱动绕组供电的交直交变频变压装置、磁浮列车三相驱动绕组，其中所述供电轨的第一供电轨、第二供电轨和第三供电轨构成三相交流供电回路，并沿磁浮线路两侧铺设，由地面的交直交变频变压装置供电，通过地面交直交变频变压装置调频、调压供电实现磁浮列车驱动和运行控制，实现无人驾驶，并适于高低速运行。本发明通过改变系统的供电方式，优化系统结构，可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。
Description
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三轨供电控制系统，通过改变传统的供电方式，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三轨供电控制系统，该系统主要包括交直交变频变压装置、供电轨、车载集电器和磁浮列车三相驱动绕组；所述供电轨包括第一供电轨、第二供电轨和第三供电轨,其中所述第一供电轨、所述第二供电轨和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；所述车载集电器由第一集电器、第二集电器和第三集电器构成，所述第一集电器、第二集电器和第三集电器的尾端通过电缆分别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、第二集电器和第三集电器的前尾分别依次与对应的所述第一供电轨、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第一供电轨和第一集电器、第二供电轨和第二集电器、第三供电轨和第三集电器向所述磁浮列车三相驱动绕组供电并控制磁浮列车的启停以及运行速度。
优选地，所述第一供电轨、第二供电轨、第三供电轨沿磁浮线路铺设，所述第一供电轨、第二供电轨、第三供电轨中任意一个供电轨均可接地。
进一步优选地，未接地的任意两条供电轨被分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置供电。
进一步优选地，所述第一供电轨、第二供电轨、第三供电轨被分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置供电。
进一步优选地，所述车载集电器安装于磁浮列车转向架端头或转向架两侧并与磁浮列车转向架绝缘；所述车载集电器的第一集电器、第二集电器和第三集电器之间相互绝缘。
优选地，该系统还包括整流储能装置，所述整流储能装置与所述磁浮列车三相驱动绕组连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、沿磁浮线路铺设三个供电轨构成三相交流供电回路，实现系统供电结构与供电方式的最优化；取消车载逆变器，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和运行的自动控制和无人驾驶，实现智能化控制和运行。
三、供电轨造价远远低于长定子磁浮线路造价，经济性能好。
四、辅助用电设备采用统一电压等级，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。
图3是本发明实施例三的结构示意图。
图4是本发明实施例四的结构示意图。
图5是本发明实施例五的结构示意图。
图6是本发明实施例六的结构示意图。
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等车载电气设备，有效减轻列车自重，提高承载效率，同时，实现系统供电结构与供电方式的最优化，通过地面三相交流供电回路调频、调压供电来直接控制磁浮列车的启停和运行，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三轨供电控制系统，该系统包括地面的交直交变频变压装置3，与磁浮线路并行敷设的供电轨1，车载集电器2和磁浮列车三相驱动绕组5；交直交变频变压装置3通过供电轨1和车载集电器2给磁浮列车三相驱动绕组5供电并控制；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c,其中所述第一供电轨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；所述车载集电器2由第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c构成，所述第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c的尾端通过电缆分别与所述磁浮列车三相驱动绕组5的三相端子连接，所述第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c的前端依次与对应的所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和所述第三供电轨1c的轨面接触受流集电；所述交直交变频变压装置3的输出端分别通过第一供电轨1a和第一集电器2a、第二供电轨1b和第二集电器2b、第三供电轨1c和第三集电器2c向所述磁浮列车三相驱动绕组5供电，并通过控制交直交变频变压装置3的变频变压来控制磁浮列车4的启停和运行。
在本发明实施例中，所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c中任意择一接地。
在本发明实施例中，所述车载集电器2设置于磁浮列车转向架端头或转向架两侧并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和第三集电器2c之间相互绝缘。
在本发明实施例中，所述交直交变频变压装置3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三轨供电控制系统，该系统主要包括地面的交直交变频变压装置3，与磁浮线路并行敷设的供电轨1，车载集电器2和磁浮列车三相驱动绕组5；交直交变频变压装置3通过供电轨1和车载集电器2给磁浮列车三相驱动绕组5供电并控制；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c,其中所述第一供电轨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；所述车载集电器2由第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c构成，所述第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c的尾端通过电缆分别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2a、第二集电器2b和第三集电器2c的前端分别依次与对应的所述第一供电轨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通过第一供电轨1a和第一集电器2a、第二供电轨1b和第二集电器2b、第三供电轨1c和第三集电器2c向所述磁浮列车三相驱动绕组5供电并通过变频变压来控制磁浮列车4的启停和运行。
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沿磁浮线路铺设，选择所述第三供电轨1c接地，所述第一供电轨1a和第二供电轨1b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，便于分段控制磁浮列车4运行。如图2中，记两个相邻分段分别为分段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4供电。为了保证磁浮列车安全、可控，一般每分段仅限于一辆磁浮列车通行。
在本发明实施例中，所述车载集电器2安装于磁浮列车转向架端头或转向架两侧并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和第三集电器2c之间相互绝缘。
在本发明实施例中，所述交直交变频变压装置3通过变电所三相电缆供电。
实施例三
如图3所示，本发明实施例提供了一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，该系统主要包括地面的交直交变频变压装置3，与磁浮线路并行敷设的供电轨1，车载集电器2和磁浮列车三相驱动绕组5；交直交变频变压装置3通过供电轨1和车载集电器2给磁浮列车三相驱动绕组5供电并控制；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c,其中所述第一供电轨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；所述车载集电器2由第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c构成，所述第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c的尾端通过电缆分别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2a、第二集电器2b和第三集电器2c的前端分别依次与对应的所述第一供电轨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通过第一供电轨1a和第一集电器2a、第二供电轨1b和第二集电器2b、第三供电轨1c和第三集电器2c向所述磁浮列车三相驱动绕组5供电并通过变频变压来控制磁浮列车4的启停和运行。
本发明实施例与上述实施例二中的主要区别在于：所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c沿磁浮线路铺设，并分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置3供电，便于分段控制磁浮列车4运行。如图3中，记两个相邻分段分别为分段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4供电。为了保证磁浮列车安全、可控，一般每分段仅限于一辆磁浮列车通行。另外，在本发明实施例中所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c中任意一个供电轨1均可接地(图未示)。
在本发明实施例中，所述车载集电器2安装于磁浮列车转向架端头或转向架两侧并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和第三集电器2c之间相互绝缘。
在本发明实施例中，所述交直交变频变压装置3通过变电所三相电缆供电。
实施例四
如图4所示，本发明实施例提供了一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，该系统主要包括地面的交直交变频变压装置3，与磁浮线路并行敷设的供电轨1，车载集电器2和磁浮列车三相驱动绕组5；交直交变频变压装置3通过供电轨1和车载集电器2给磁浮列车三相驱动绕组5供电并控制；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c,其中所述第一供电轨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；所述车载集电器2由第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c构成，所述第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c的尾端通过电缆分别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2a、第二集电器2b和第三集电器2c的前端分别依次与对应的所述第一供电轨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通过第一供电轨1a和第一集电器2a、第二供电轨1b和第二集电器2b、第三供电轨1c和第三集电器2c向所述磁浮列车三相驱动绕组5供电并通过变频变压来控制磁浮列车4的启停和运行。
在本发明实施例中，所述车载集电器2安装于磁浮列车转向架端头或转向架两侧并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和第三集电器2c之间相互绝缘。所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c中选择一个供电轨接地。在本发明实施例中，所述第三供电轨1c接地。
在本发明实施例中，所述交直交变频变压装置3通过变电所三相电缆供电。
本发明实施例与上述实施例一中的主要区别在于：该系统还包括整流储能装置6，所述整流储能装置6的三相交流端子通过电缆(图未示)与所述磁浮列车三相驱动绕组5的三相端子连接。
当磁浮列车运行时，所述磁浮列车三相驱动绕组5可向所述整流储能装置6充电，同时所述整流储能装置6向需要辅助用电设备供电；当磁浮列车停止时，所述整流储能装置6根据情况向辅助用电设备供电。
所述磁浮列车的辅助用电设备包括悬浮控制器、空调、照明设备；辅助用电设备与整流储能装置6采用统一电压等级。
实施例五
如图5所示，本发明实施例提供了一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，该系统主要包括地面的交直交变频变压装置3，与磁浮线路并行敷设的供电轨1，车载集电器2和磁浮列车三相驱动绕组5；交直交变频变压装置3通过供电轨1和车载集电器2给磁浮列车三相驱动绕组5供电并控制；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c,其中所述第一供电轨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；所述车载集电器2由第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c构成，所述第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c的尾端通过电缆分别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2a、第二集电器2b和第三集电器2c的前端分别依次与对应的所述第一供电轨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通过第一供电轨1a和第一集电器2a、第二供电轨1b和第二集电器2b、第三供电轨1c和第三集电器2c向所述磁浮列车三相驱动绕组5供电并通过变频变压来控制磁浮列车4的启停以及运行速度。
在本发明实施例中，所述车载集电器2安装于磁浮列车转向架端头或转向架两侧并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和第三集电器2c之间相互绝缘。所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c中可任选一个供电轨接地。
在本发明实施例中，所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c沿磁浮线路铺设；所述第三供电轨1c接地，所述第一供电轨1a和第二供电轨1b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，便于分段控制磁浮列车4运行。如图5中，记两个相邻分段分别为分段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4供电。为了保证磁浮列车安全、可控，一般每分段仅限于一辆磁浮列车通行。
在本发明实施例中，所述交直交变频变压装置3通过变电所三相电缆供电。
本发明实施例与上述实施例二中的主要区别在于：该系统还包括整流储能装置6，所述整流储能装置6的三相交流端子通过电缆(图未示)与所述磁浮列车三相驱动绕组5三相端子连接。
当磁浮列车运行时，所述磁浮列车三相驱动绕组5可向所述整流储能装置6充电，同时所述整流储能装置6向辅助用电设备供电；当磁浮列车停止时，所述整流储能装置6根据情况继续向辅助用电设备供电。
所述磁浮列车的辅助用电设备包括悬浮控制器、空调、照明设备；辅助用电设备与整流储能装置6采用统一电压等级。
实施例六
如图6所示，本发明实施例提供了一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，该系统主要包括地面的交直交变频变压装置3，与磁浮线路并行敷设的供电轨1，车载集电器2和磁浮列车三相驱动绕组5；交直交变频变压装置3通过供电轨1和车载集电器2给磁浮列车三相驱动绕组5供电并控制；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b和第三供电轨1c,其中所述第一供电轨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；所述车载集电器2由第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c构成，所述第一集电器2a、第二集电器2b和第三集电器2c的尾端通过电缆分别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2a、第二集电器2b和第三集电器2c的前端分别依次与对应的所述第一供电轨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通过第一供电轨1a和第一集电器2a、第二供电轨1b和第二集电器2b、第三供电轨1c和第三集电器2c向所述磁浮列车三相驱动绕组5供电并通过变频变压来控制磁浮列车4的启停和运行。
另外，在本发明实施例中所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c中任意一个供电轨1均可接地(图未示)。
在本发明实施例中，所述车载集电器2安装于磁浮列车转向架端头或转向架两侧并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和第三集电器2c之间相互绝缘。所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c中一个供电轨接地。
在本发明实施例中，所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c沿磁浮线路铺设，并分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置3供电，便于分段控制磁浮列车4运行。如图6中，记两个相邻分段分别为分段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4供电。为了保证磁浮列车安全、可控，一般每分段仅限于一辆磁浮列车通行。
在本发明实施例中，所述交直交变频变压装置3通过变电所三相电缆供电。
本发明实施例与上述实施例三中的主要区别在于：该系统还包括整流储能装置6，所述整流储能装置6的三相交流端子通过电缆(图未示)与所述磁浮列车三相驱动绕组5三相端子连接。
当磁浮列车运行时，所述磁浮列车三相驱动绕组5可向所述整流储能装置6充电，同时所述整流储能装置6向辅助用电设备供电；当磁浮列车停止时，所述整流储能装置6根据情况继续向辅助用电设备供电。
所述磁浮列车的辅助用电设备包括悬浮控制器、空调、照明设备；辅助用电设备与整流储能装置6采用统一电压等级。
综上所述，本发明通过改变传统的供电方式，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。
Claims (6)
1.一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，包括交直交变频变压装置(3)、供电轨(1)、车载集电器(2)和磁浮列车三相驱动绕组(5)；其特征在于：所述供电轨(1)包括第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)和第三供电轨(1c),其中所述第一供电轨(1a)、所述第二供电轨(1b)和所述第三供电轨(1c)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；所述车载集电器(2)包括第一集电器(2a)、第二集电器(2b)和第三集电器(2c)，所述第一集电器(2a)、第二集电器(2b)和第三集电器(2c)的尾端通过电缆分别与所述磁浮列车三相驱动绕组(5)的三相端子连接，所述第一集电器(2a)、第二集电器(2b)和第三集电器(2c)前端分别依次与对应的所述第一供电轨(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)通过第一供电轨(1a)和第一集电器(2a)、第二供电轨(1b)和第二集电器(2b)、第三供电轨(1c)和第三集电器(2c)向所述磁浮列车三相驱动绕组(5)供电并控制磁浮列车(4)的启停和运行。
2.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，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)均沿磁浮线路铺设；所述第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)、第三供电轨(1c)中任意选择一个接地。
3.根据权利要求1或2所述的一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，其特征在于：未接地的任意两条供电轨(1)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。
4.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，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)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。
5.根据权利要求1所述的一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，其特征在于：所述车载集电器(2)安装于磁浮列车转向架端头或转向架两侧并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)和第三集电器(2c)之间相互绝缘。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种短定子磁浮列车三轨供电控制系统，其特征在于：还包括整流储能装置(6)，所述整流储能装置(6)与所述磁浮列车三相驱动绕组(5)连接。
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