CN110071678A - 中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法 - Google Patents

中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法 Download PDF

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Abstract

一种中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法。中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步系统包括一个主变流器单元U1、一个辅助变流器U2、两组馈电电缆，一排放置于轨道中间的长定子直线同步电机定子段绕组。主变流器单元U1为大容量变流器，满足牵引加速等状态下的功率输出要求；辅助变流器单元U2的容量小于主变流器单元U1，用于换步过程中下一定子段绕组电流调节。列车运行在定子段绕组n时，主变流器单元U1参与供电。列车处于由定子段绕组n向定子段绕组n+1的换步状态时，定子段绕组n由主变流器单元U1供电，定子段绕组n+1由主变流器单元U1与辅助变流器单元U2并联供电。列车完全驶入定子段绕组n+1时，仅主变流器单元U1供电。

Description

中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法
技术领域
本发明涉及磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法。
背景技术
磁悬浮列车是一种新型运输工具，它的本质是长定子直线同步电机，即车体为电机动子，铁路轨道为电机定子。它利用直线电机产生的电磁力驱动车辆行驶，具有高速，节能，安全等优点。长定子直线同步电机定子比动子长很多，且只有覆盖部分定子才能产生有效的牵引力，未覆盖部分的定子绕组阻抗只会消耗能量，列车运行过程中若对轨道沿线全部定子段供电，将造成电能的极大浪费。因此，必须采用分段供电的方式，即：直线电机的定子被分成若干段，只有磁悬浮列车所在的定子段绕组是通电的，通过定子段换步方法进行控制，这样可以有效降低损耗，提高电机的效率。
目前常用的换步方法包括：短路法，跳步法，两步法，三步法。短路法只需要一台变流器，接线比较简单，工程上比较容易实现，但其在切换期间变流器输出电流会降低为零，列车会失去牵引力。跳步法在切换过程中牵引力不会下降，但切换完成后正常运行时只有一台变流器在进行牵引，另外一台闲置，造成资源浪费。两步法是最经济实用的换步方法，运行可靠性高，但在换步过程中牵引力降为原来的一半，存在速度损失。三步法的牵引力不会降低，没有速度损失，有利于在高速运行中进行切换，但其需要三台变流器，接线复杂，且在非切换点运行时总有一台变流器处于等待状态，没有投入工作，造成资源浪费。这些方法主要用于采用双侧长定子直线同步电机结构的高速磁浮列车。
对于采用单一中置长定子直线同步电机结构的中速磁悬浮列车来说，可采用类似三步法的换步方法，由两台变流器交替供电，但这种方法同样总有一台变流器处于等待状态，存在造成资源浪费的缺点。
发明内容
为了减少列车换步过程中牵引力损失，降低设备成本，本发明提出一种中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法。
应用本发明的中速磁悬浮列车长定子直线同步电机段绕组换步系统包括一个主变流器单元U1、一个辅助变流器单元U2、两组馈电电缆，一排放置于轨道中间的长定子直线同步电机定子段绕组。
所述的主变流器单元U1为大容量变流器，满足牵引加速等状态下的功率输出要求。辅助变流器单元U2为容量小于主变流器单元U1的变流器，用于换步过程中下一定子段电流调节。主变流器单元U1与辅助变流器单元U2各有两个输出端。主变流器开关K1的一端连接在主变流器单元U1的其中一个输出端；辅助变流器开关L1的一端连接在辅助变流器单元U2的其中一个输出端；主变流器开关K1的另一端与辅助变流器开关L1的另一端通过电感并联，并连接到电缆1上。主变流器开关K2的一端连接在主变流器单元U1的另一个输出端；辅助变流器开关L2的一端连接在辅助变流器单元U2的另一个输出端；主变流器开关K2的另一端与辅助变流器开关L2另一端通过电感并联，并连接到电缆2上。
定子段绕组n、n+1、n+2……顺序铺设在轨道中间。定子段绕组n、n+1、n+2……依次与电子段绕组开关Sn、Sn+1、Sn+2……的一端相连；定子段绕组开关Sn、Sn+2……的另一端连接到电缆1上；定子段绕组开关Sn+1、Sn+3……连接到电缆2上。
本发明中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段换步方法包括以下步骤：
(1)列车运行在定子段绕组n时，定子段绕组开关Sn闭合，其他定子段绕组开关Sn+1、Sn+2、Sn+3……断开；主变流器开关K1闭合，辅助变流器开关L1断开，仅主变流器单元U1参与供电；
(2)列车处于由定子段绕组n向定子段绕组n+1的换步状态时，定子段绕组开关Sn保持闭合，定子段绕组开关Sn+1闭合；主变流器开关K1闭合，辅助变流器开关L1断开，仅由主变流器单元U1为定子段绕组n供电，且变流器单元U1输出电流仅由定子段绕组n牵引控制系统所要求的电流决定，不受定子段绕组n+1牵引控制系统所要求的电流影响；主变流器开关K2和辅助变流器开关L2闭合，定子段绕组n+1由主变流器单元U1与辅助变流器单元U2并联供电。通过控制辅助变流器单元U2的输出电流，保证牵引力稳定；
(3)列车完全驶入定子段绕组n+1时，定子段绕组开关Sn断开，定子段绕组开关Sn+1保持闭合，主变流器开关K2闭合，辅助变流器L2断开，仅主变流器单元U1参与供电。
本发明的优越性在于：
(1)减少列车换步过程中牵引力损失，保证牵引力的稳定、持续；
(2)所需设备成本低，设备利用率高。
附图说明
图1应用本发明方法的中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组与变流器单元及开关连接关系图；
图2列车位于第n定子段绕组时供电示意图；
图3列车位于由定子段绕组n向定子段绕组n+1的换步状态时供电示意图；
图4列车完全行驶入定子段绕组n+1时供电示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
图1所示为应用本发明方法的中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组与变流器单元及开关连接关系。如图1所示，主变流器单元U1为大容量变流器，满足牵引加速等状态下的功率输出要求。辅助变流器单元U2为容量小于主变流器单元U1的变流器，用于换步过程中下一定子段绕组的电流调节。主变流器单元U1与辅助变流器单元U2各有两个输出端。主变流器开关K1的一端连接在主变流器单元U1的其中一个输出端；辅助变流器开关L1的一端连接在辅助变流器单元U2的其中一个输出端；主变流器开关K1的另一端与辅助变流器开关L1另一端通过电感并联，并连接到电缆1上。主变流器开关K2的一端连接在主变流器单元U1的另一个输出端；辅助变流器开关L2的一端连接在辅助变流器单元U2的另一个输出端；主变流器开关K2的另一端与辅助变流器开关L2的另一端通过电感并联，并连接到电缆2上。
所述的长定子直线同步电机采用单一中置长定子直线同步电机结构，即定子段绕组n、n+1、n+2……顺序铺设在轨道中间。定子段绕组n、n+1、n+2……依次与电子段绕组开关Sn、Sn+1、Sn+2……的一端相连；定子段绕组开关Sn、Sn+2……的另一端连接到电缆1上；定子段绕组开关Sn+1、Sn+3……连接到电缆2上。
如图2、图3和图4所示，列车由行驶在定子段绕组n到完全驶入定子段绕组n+1的过程中，本发明换步流程具体如下：
如图2所示，当列车运行在定子段绕组n，而没有进入定子段绕组n+1时，定子段绕组开关Sn闭合，其他定子段绕组开关Sn+1、Sn+2、Sn+3……断开；主变流器开关K1闭合，辅助变流器开关L1断开，仅主变流器单元U1参与供电。此时可控制主变流器单元U1的输出电流，满足列车所需牵引力要求。
如图3为列车处于定子段绕组n向定子段绕组n+1的换步状态时供电示意图。当列车即将行驶入定子段绕组n+1时，此时进行开关切换：定子段绕组开关Sn保持闭合，定子段绕组开关Sn+1闭合；主变流器开关K1保持闭合，辅助变流器开关L1保持断开，仅由主变流器单元U1为定子段绕组n供电，且变流器单元U1输出电流仅由定子段绕组n牵引控制系统所要求的电流决定，不受定子段绕组n+1牵引控制系统所要求的电流影响；主变流器开关K2和辅助变流器开关L2闭合，定子段绕组n+1由主变流器单元U1与辅助变流器单元U2并联供电。通过控制辅助变流器单元U2输出电流，保证牵引力稳定。
如图4所示为列车完全行驶入定子段绕组n+1时供电示意图。当列车完全驶入定子段绕组n+1而没有进入定子段绕组n+2时，定子段绕组开关Sn断开，定子段绕组开关Sn+1保持闭合；主变流器开关K1断开，辅助变流器开关L1保持断开，主变流器开关K2闭合，辅助变流器开关L2断开，仅主变流器单元U1为定子段绕组n+1供电。

Claims (3)

1.一种中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法，所述的中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步系统包括主变流器单元U1及一个辅助变流器单元U2，以及两组馈电电缆；主变流器开关K1的一端连接在主变流器单元U1的其中一个输出端；辅助变流器开关L1的一端连接在辅助变流器单元U2的其中一个输出端；主变流器开关K1的另一端与辅助变流器开关L1另一端通过电感并联，并连接到电缆1上；主变流器开关K2的一端连接在主变流器单元U1的另一个输出端；辅助变流器开关L2的一端连接在辅助变流器单元U2的另一个输出端；主变流器开关K2的另一端与辅助变流器开关L2的另一端通过电感并联，并连接到电缆2上，
其特征在于，所述的主变流器单元U1为大容量变流器，满足牵引加速等状态下的功率输出要求；辅助变流器单元U2为容量小于主变流器单元U1的变流器，用于换步过程中下一定子段电流调节；
所述的换步方法包含以下步骤：
(1)列车运行在定子段绕组n时，定子段绕组开关Sn闭合，其他定子段绕组开关Sn+1、Sn+2、Sn+3……断开；主变流器开关K1闭合，辅助变流器开关L1断开，仅主变流器单元U1为定子段绕组n供电；
(2)列车处于由定子段绕组n向定子段绕组n+1的换步状态时，定子段绕组n仅由主变流器单元U1供电，定子段绕组n+1由主变流器单元U1与辅助变流器单元U2并联供电；
(3)列车完全驶入定子段绕组n+1时，仅主变流器单元U1为定子段n+1供电。
2.根据权利要求1所述的中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法，其特征在于，所述的步骤(2)中：
当列车即将行驶入定子段绕组n+1时，定子段绕组开关Sn保持闭合，定子段绕组开关Sn+1闭合；主变流器开关K1闭合，辅助变流器开关L1断开，仅由主变流器单元U1为定子段n供电，且变流器单元U1输出电流仅由定子段绕组n牵引控制系统所要求电流决定，不受定子段绕组n+1牵引控制系统所要求的电流影响；主变流器开关K2和辅助变流器开关L2闭合，定子段绕组n+1由主变流器单元U1与辅助变流器单元U2并联供电，通过控制辅助变流器单元U2输出电流，保证牵引力稳定。
3.根据权利要求1所述的中速磁悬浮列车长定子直线同步电机定子段绕组换步方法，其特征在于，所述的步骤(3)中：
列车完全驶入定子段绕组n+1时，定子段绕组开关Sn断开，定子段绕组开关Sn+1保持闭合，主变流器开关K2闭合，辅助变流器L2断开，仅主变流器单元U1参与供电。
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