CN110417327A - 一种直线电机分段供电结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种直线电机分段供电结构，包括：直线电机初级，包括若干个直线电机分段定子，若干个直线电机分段定子通过线缆和切换开关并联或串联，构成多段独立的供电区间；主变流器组，对直线电机初级的供电区间供电；第一热备份变流器组，第一热备份变流器组至少包括第一热备份变流器，第一热备份变流器作为第一级备份变流器，与主变流器组中各台变流器通过切换开关进行级联，用于对直线电机初级进行级联供电；供电系统，分别与主变流器组和第一热备份变流器组中的各台变流器连接，用于为各台变流器供电。本发明将多台变流器通过切换开关实现级联输出，实现高速运行阶段高输出电压的要求。

Description

一种直线电机分段供电结构

技术领域

本发明涉及电磁推进技术领域，尤其涉及一种直线电机分段供电结构。

背景技术

在大质量物体直线电机电磁推进领域，如高速磁悬浮列车、舰载机弹射等推进行程较长的应用场合，为了提高电磁发射系统的效率和功率因数，降低系统对电源容量需求，往往需要采用分段供电技术，利用位置传感器实时检测动子的运动位置，实时切换通电定子区间，实现与动子耦合的紧邻数段定子模块通电，而其他定子模块不通电。随着发射出口速度的不断提高，即使采用分段供电方式，也同样面临着供电变流器输出电压不断升高的需求。随着目前的研究从600km/h级别向1000km/h及以上速度扩展，如何有效且便捷的提高供电系统电压输出能力，尤其时高速条件下的电压输出能力，具有重要意义。

现有的宽调速范围内长初级直线电机分段式牵引供电领域供电一般采用以下两种解决方案：一种是提高单台变流器的电压输出能力，覆盖整个调速范围电压需求；另一种是利用两台或多台较低电压等级的变流器，通过多绕组变压器实现输出电压的串联。

前述的第一种方法由于受限于功率器件的耐压水平，在一定电压水平之上实现高输出电压变流器的成本及设计制造难度将显著上升；第二种方法由于输出变压器的存在，增加了整个供电系统的复杂程度和成本，同时由于变压器本身的漏感会使得供电系统功率因数下降，降低整体的效率。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种直线电机分段供电结构，将多台变流器通过切换开关实现级联输出，实现高速运行阶段高输出电压的要求。

本发明实施例提供了一种直线电机分段供电结构，包括：

直线电机初级，包括若干个直线电机分段定子，所述若干个直线电机分段定子通过线缆和切换开关并联或串联，构成多段独立的供电区间；

主变流器组，包括多台变流器，用于对直线电机初级的多段独立的供电区间供电；

第一热备份变流器组，所述第一热备份变流器组至少包括第一热备份变流器，所述第一热备份变流器作为第一级备份变流器，与所述主变流器组中各台变流器通过切换开关进行级联，用于对所述直线电机初级进行级联供电；

供电系统，分别与所述主变流器组和所述第一热备份变流器组中的各台变流器连接，用于为各台变流器供电。

可选地，所述主变流器组中的每台变流器通过切换开关连接到所述直线电机初级的指定供电区间，实现对指定供电区间的供电，且主变流器组中各台变流器对应的指定供电区间覆盖所述直线电机初级的多段独立的供电区间。

可选地，所述主变流器组中变流器的数量小于或等于所述直线电机初级的供电区间的数量。

可选地，所述供电系统包括多个独立设置的供电装置，每一供电装置连接有一台变流器。

可选地，当所述第一热备份变流器组包括多个热备份变流器时，所述多个热备份变流器分别与所述主变流器组中各台变流器通过切换开关进行级联。

可选地，所述直线电机分段供电结构还包括：

第二热备份变流器组，所述第二热备份变流器组与所述第一热备份变流器组通过切换开关进行级联。

可选地，所述第二热备份变流器组中的热备份变流器与所述第一热备份变流器组中的各台变流器通过切换开关进行级联，用于对所述直线电机初级的级联供电。

可选地，所述主变流器组中各台变流器的工作参数相同。

可选地，所述第一热备份变流器组中各台变流器的工作参数相同。

本发明实施例提供的直线电机分段供电结构，将多台热备份变流器通过切换开关同时与其他主变流器并联实现级联输出，在不增加系统供电变流器台数，降低单台变流器设计难度及成本的情况下，能够灵活高速运行阶段高输出电压的要求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的一种直线电机分段供电结构的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的一种直线电机分段供电结构的结构示意图；

图3为本发明另一实施例的一种直线电机分段供电结构的结构示意图；

图4为本发明另一实施例的一种直线电机分段供电结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1示意性示出了本发明实施例的一种直线电机分段供电结构的结构示意图。参照图1，本发明实施例提供的直线电机分段供电结构，多台变流器通过切换开关为长初级直线电机分段供电，能够借助其中k台变流器与其余各台通过切换开关实现级联输出，具体包括直线电机初级10、主变流器组20、第一热备份变流器组30以及供电系统40，其中：

直线电机初级10，包括若干个直线电机分段定子101，所述直线电机分段定子具有较短物理长度的，是直线电机初级的基本单元，所述若干个直线电机分段定子101通过线缆和切换开关并联或串联，物理上构成多段独立的供电区间，电机动子102在由直线电机分段定子构成的直线电机初级中的运动速度与输出电压正相关。

主变流器组20，包括多台变流器201，用于对直线电机初级10的多段独立的供电区间供电。具体的，主变流器组10中的每台变流器通过切换开关连接到所述直线电机初级10的指定供电区间，实现对指定供电区间的供电，且主变流器组20中各台变流器对应的指定供电区间覆盖所述直线电机初级10的多段独立的供电区间，多台变流器联合实现全部直线电机初级的供电。

第一热备份变流器组30，所述第一热备份变流器组30至少包括第一热备份变流器301，所述第一热备份变流器301作为第一级备份变流器，与所述主变流器组20中各台变流器通过切换开关进行级联，用于对所述直线电机初级10进行级联供电。

供电系统40，分别与所述主变流器组20和所述第一热备份变流器组30中的各台变流器连接，用于为各台变流器供电。具体的，为例确保每台变流器具有相互独立的供电系统，本实施例中供电系统40包括多个独立设置的供电装置401，每一供电装置401连接有主变流器组20或是第一热备份变流器组30中的一台变流器。

本发明实施例提供的直线电机分段供电结构，将多台热备份变流器通过切换开关同时与其他主变流器并联实现级联输出，在不增加系统供电变流器台数，降低单台变流器设计难度及成本的情况下，能够灵活高速运行阶段高输出电压的要求。本发明实施例的直线电机分段供电结构适用于任意大于两台变流器的系统构成。

本发明实施例提供了一种面向高速电磁发射直线电机分段驱动下变流器级联方式的供电结构，面向直线电机多台变流器分段供电情况下，变流器输出电压与电机动子运行速度正相关，通过某个速度点之上将多台变流器中的其中k台与其余数台通过切换开关实现k级级联，有效提高每个供电分段区间供电变流器的电压输出等级。本发明实施例具有不增加系统供电变流器台数，降低单台变流器设计难度及成本，灵活实现高速运行阶段高输出电压的要求等效果，分段供电条件下最大能够以N+k台变流器实现k×N台变流器的供电能力和效果。

本实施例中，所述主变流器组20中变流器的数量可以小于或等于所述直线电机初级10的供电区间的数量，也即主变流器组10中的每台变流器可以通过切换开关连接到所述直线电机初级10中指定的多个供电区间，在保证供电输出的情况下，尽可能节约变流器的数量，降低成本。

本实施例中，当所述第一热备份变流器组30包括多个热备份变流器时，所述多个热备份变流器分别与所述主变流器组中各台变流器通过切换开关进行级联。如图2所示，直线电机分段供电结构中第一热备份变流器组30除了第一热备份变流器301以外，还可以包括第二热备份变流器302和第三热备份变流器303。可理解的，本实施例中第一热备份变流器组30中仅仅以三个热备份变流器为例进行说明，并非对发明的限定。

如图3所示，在本发明的另一实施例中，所述直线电机分段供电结构还包括第二热备份变流器组50，所述第二热备份变流器组50与所述第一热备份变流器组30通过切换开关进行级联。图3中示出的是当第一热备份变流器组30中仅包括一台备份变流器301，且第二热备份变流器组50仅包括一台备份变流器501的情况下的具体的直线电机分段供电结构。

进一步地，当第一热备份变流器组30中包括多个热备份变流器时，所述第二热备份变流器组50中的热备份变流器501与所述第一热备份变流器组30中的各台变流器通过切换开关进行级联，用于对所述直线电机初级的级联供电。

可理解的，本实施例中第一热备份变流器组30和第二热备份变流器组50中具体包括的备份变流器的数量仅用于对本发明技术方案进行解释说明，并非对本大明的具体限定。

优选的，所述主变流器组20中各台变流器的工作参数相同。

优选的，所述第一热备份变流器组30中各台变流器的工作参数相同。

下面通过一个具体的实施例对本发明技术方案进行详细介绍。

以三台变流器完成整段供电为例给出了典型的长初级直线电机分段供电基本构成，系统共有N个分段定子供电区间，对应N台切换开关与相应的变流器连接完成分段供电。如图4所示，整个系统的变流器总台数为M(M≥4)，其中M-3台在系统加速初期处于热备份状态。下面给出了热备份变流器级联输出时的工况。当系统进入电压需求较高的高速阶段时，自第一热备份变流器组30中的变流器301起，通过如图所示的切换开关，与起始阶段的3台变流器实现级联输出，同理，第二热备份变流器组50中的变流器501至第M热备份变流器组M0中的变流器M01可以通过相同的方式进行级联，实现更高的级联级数。

本发明实施例提供的直线电机分段供电结构至少具有以下游戏效果：

1、使用切换开关对变流器进行直接级联切换，没有经过传统的变压器隔离耦合，降低单台变流器设计难度，有效减少系统损耗和提高系统功率密度；

2、通过热备份变流器同时与其他变流器并联方式级联，而非分别级联，而且热备份变流器之间通过切换开关灵活改变级联级数，可以用单台电压较低的变流器实现很高的输出电压，而且需要的变流器台数较少，为更高速度，更大功率的电磁推进工况提供有效技术手段与途径。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种直线电机分段供电结构，其特征在于，包括；

直线电机初级，包括若干个直线电机分段定子，所述若干个直线电机分段定子通过线缆和切换开关并联或串联，构成多段独立的供电区间；

主变流器组，包括多台变流器，用于对直线电机初级的多段独立的供电区间供电；

第一热备份变流器组，所述第一热备份变流器组至少包括第一热备份变流器，所述第一热备份变流器作为第一级备份变流器，与所述主变流器组中各台变流器通过切换开关进行级联，用于对所述直线电机初级进行级联供电；

供电系统，分别与所述主变流器组和所述第一热备份变流器组中的各台变流器连接，用于为各台变流器供电。

2.根据权利要求1所述的直线电机分段供电结构，其特征在于，所述主变流器组中的每台变流器通过切换开关连接到所述直线电机初级的指定供电区间，实现对指定供电区间的供电，且主变流器组中各台变流器对应的指定供电区间覆盖所述直线电机初级的多段独立的供电区间。

3.根据权利要求2所述的直线电机分段供电结构，其特征在于，所述主变流器组中变流器的数量小于或等于所述直线电机初级的供电区间的数量。

4.根据权利要求1所述的直线电机分段供电结构，其特征在于，所述供电系统包括多个独立设置的供电装置，每一供电装置连接有一台变流器。

5.根据权利要求1所述的直线电机分段供电结构，其特征在于，当所述第一热备份变流器组包括多个热备份变流器时，所述多个热备份变流器分别与所述主变流器组中各台变流器通过切换开关进行级联。

6.根据权利要求1所述的直线电机分段供电结构，其特征在于，所述直线电机分段供电结构还包括：

第二热备份变流器组，所述第二热备份变流器组与所述第一热备份变流器组通过切换开关进行级联。

7.根据权利要求6所述的直线电机分段供电结构，其特征在于，所述第二热备份变流器组中的热备份变流器与所述第一热备份变流器组中的各台变流器通过切换开关进行级联，用于对所述直线电机初级的级联供电。

8.根据权利要求1-7任一项所述的直线电机分段供电结构，其特征在于，所述主变流器组中各台变流器的工作参数相同。

9.根据权利要求1-7任一项所述的直线电机分段供电结构，其特征在于，所述第一热备份变流器组中各台变流器的工作参数相同。