CN1296224C - 磁浮列车长定子段换步方法 - Google Patents

Abstract

一种磁浮列车长定子段换步方法，该方法是在轨道两侧对称铺设连续的三相长定子绕组(2)及二组三相馈电电缆(1)。一上开关(S₁ ⁿ)和一下开关(S₂ ⁿ)组成一组。上开关(S₁ ⁿ)连接馈电电缆和长定子绕组；下开关(S₂ ⁿ)连接长定子绕组与中性点(p_n)，定子绕组为星型连接。每组的上开关和下开关之间的距离大于两个车身长度，其间的定子段为一个供电区段。前后两组开关沿轨道交错布置，相邻两组开关间的绕组为换步区段，长度大于列车车身长。列车(3)位于哪个供电区段内时，其段内的开关闭合，其余断开。列车进入下一供电区段时，进行开关切换，由该供电区供电。该方法解决了两步法的牵引力损失和三步法中供电设备利用率低的问题。

Description

磁浮列车长定子段换步方法

技术领域

本发明涉及供电方法，特别是涉及一种高速磁浮列车的供电方法。

背景技术

高速磁浮列车通常采用长定子直线电机来驱动，沿着轨道铺设的长定子绕组作为直线电机的初级，列车上装有电励磁或者永磁的次级，相当于传统电机的转子。轨道旁平行的铺设长馈电电缆，其一端或者两端与牵引变电站相连，馈电电缆经开关站向长定子供电。为了提高供电效率，用于磁浮列车驱动的长定子直线电机必须分段供电。长定子被分成若干段，只有列车所在的定子段才供电。为了使列车能够沿行驶线路持续前进，电流必须从不再需要电流的定子绕组区段向下一个紧接着的区段转换，因此存在长定子段换步的问题。

现有的定子段换步方法有两步法、三步法，见2003年，上海科学技术出版社，《磁浮列车》一书77-78页以及在此基础上的改进方法，如专利CN1064012C。不同的换步法要求不同数量的牵引变流设备和馈电电缆的连接形式，在换步过程中对列车牵引力的影响也不相同。这些区段的转换方法均需无电流地实现，换步时首先使目前有源区段上的电流降下来，当该区段电流为零时实施向下一区段的转换，电流从零再逐渐调高。在电流从变低到恢复的过程中，该区段所能提供的牵引力必然减小。例如两步法，轨道两侧的定子绕组交错分段，分别由两组变流器和馈电电缆供电，轨道一侧进行换步无法提供牵引力时只能由轨道另一侧提供牵引力，因而导致了列车在运行过程中的速度及舒适度等受到影响。三步法通过设置三组变流器及馈电电缆解决了牵引力的损失问题，但是在非换步区间造成供电变流器的闲置，增加了成本投资。而且在定子段换步时，列车跨在两个定子段之间运行，换出定子段的反电势在减少，换入定子段的反电势在增加。为了保持两个定子段的电流不变，对牵引逆变器的控制十分复杂。在专利CN1064012C中所提出的技术采用双端供电方式，使用的总变流器的功率介于两步法和三步法之间，换步过程中损失的牵引力也介于二者之间，仍然未能解决好长定子绕组换步的牵引力损失的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决两步法的牵引力损失和三步法中供电系统设备利用率低等问题。

本发明的目的是通过一种定子分段方式及开关切换控制方法来实现的。提出一种用于磁浮列车长定子供电的换步方法。

本发明的技术方案如下：

长定子绕组连接方式：长定子绕组本身没有带有电气隔离的分段，而是铺设在轨道两侧的连续的三相绕组，绕组无需交错布置，完全对称。

本发明的馈电方法：

铺设两组与轨道平行的三相馈电电缆。单端供电时，电缆一端与牵引变电站相连；双端供电时，电缆两端分别与两个牵引变电站相连。牵引变电站中包含牵引变流器或其它类似装置，用以给长定子绕组供电。

长定子绕组的分段供电由开关切换方法来完成。各组开关沿轨道依次布置，开关可以是机械开关也可以是电子开关。每组由两个开关组成，连接馈电电缆与长定子绕组的称为上开关，连接长定子绕组与中性点的称为下开关。每组的上开关和下开关之间的距离大于两个车身的长度，之间的定子段为一个供电区段。前后两组开关沿轨道交错布置，即后一组的上开关位于前一组两个开关之间。前后两个供电区段之间，即后一组开关中的上开关与前一组开关中的下开关之间的定子段为换步区段，其长度大于列车车身长度。

当列车位于非换步区段的一个供电区段内时，该供电区段的两个开关闭合，其余开关均断开。当列车进入该供电区段与下一个供电区段的重叠部分，即换步区段时进行开关切换，前一组两个开关断开，同时闭合下一组开关，则长定子绕组的供电切换至下一个供电区段。

本发明的优点如下：

1.在长定子换步过程中，不必降低定子电流，因此没有牵引力的损失。

2.在列车速度和牵引力不变的前提下，变流器和馈电电缆的数量比三步法节省1/3，与两步法相同。

3.只要列车运行在两组开关之间的换步区段，都可以进行定子段换步，因此降低了对列车的物理位置进行严格检测的要求。

4.定子绕组换步时只需对开关进行切换，不需对牵引变流器进行切换控制，简化了牵引变流器控制系统。

附图说明

图1长定子绕组与开关布置单侧单相示意图。

图2列车位于第n-1个供电区段时单侧单相示意图。

图3列车位于换步区段时单侧单相示意图。

图4列车位于第n个供电区段时单侧单相示意图。

图中：1为馈电电缆、2为长定子绕组、S₁ ⁿ为上开关、S₂ ⁿ为下开关、P_n为三相绕组星型连接的中性点。

具体实施方式

以附图为实施方式对本发明作进一步说明：

本发明是通过一种定子分段方式及开关切换控制方法来实现磁浮列车长定子供电的换步。

因为轨道两侧的绕组、开关及馈电电缆对称，而且定子三相绕组也对称，所以附图中只画出了轨道一侧的一相绕组及开关布置的示意图。请参阅图1。

长定子绕组连接方式：长定子绕组本身没有带有电气隔离的分段，而是一条铺设在轨道两侧的连续的三相绕组，绕组无需交错布置，完全对称。

本发明的馈电方法：

铺设两组与轨道平行的三相馈电电缆，分别给轨道两侧的长定子绕组供电。单端供电时，电缆一端与牵引变电站相连；双端供电时，电缆两端分别与两个牵引变电站相连。牵引变电站中包含牵引变流器或其它类似装置，用以给长定子绕组供电。

由单端或双端供电的馈电电缆通过上开关S₁ ^n-1、S₁ ⁿ、S₁ ⁽ⁿ⁺¹⁾……与长定子绕组连接，长定子绕组通过下行开关S₂ ^n-2、S₂ ^n-1、S₂ ⁿ……与中性点p_n-2、p_n-1、p_n……连接，使定子绕组为星型连接。

一个上开关和一个下开关组成一组，即上开关S₁ ⁿ和下开关S₂ ⁿ、上开关Sⁿ⁺¹ ₁和下开关Sⁿ⁺¹ ₂……各组成一组。每组的上开关和下开关之间的距离大于两个车身的长度，第n组上开关S₁ ⁿ和下开关S₂ ⁿ之间的定子段为第n个供电区段，在此区段内由第n组开关供电。

后一组的上开关位于前一组两个开关之间，前后两组开关沿轨道交错布置，相邻两组开关之间有一重叠的绕组段，即下开关S₂ ^n-1装设在上开关S₁ ⁿ与下开关S₂ ⁿ之间，并依次类推；下开关S₂ ^n-1与上开关S₁ ⁿ之间的绕组，即两个相邻供电区段的重叠部分，为换步区段，在此区间内进行开关切换，其长度大于列车车身长度。

图2为列车位于第n-1个供电区段时示意图。当磁浮列车行驶到第n-1个定子供电区段内而没有进入到供电区段n时，即开关S₁ ⁿ之前，第n-1组开关，即上开关S₁ ^n-1和下开关S₂ ^n-1闭合，其他开关断开。电流流过上开关S₁ ^n-1和下开关S₂ ^n-1之间的定子绕组。

图3为列车位于换步区段时示意图。当列车车体完全通过开关S₁ ⁿ驶入第n个供电区段，并且在开关S₂ ^n-1之前时，进行开关切换：第n-1组开关，即开关S₁ ^n-1和S₂ ^n-2断开，同时第n组开关，即开关S₁ ⁿ和S₂ ⁿ闭合。电流流过上行开关S₁ ⁿ和下行S₂ ⁿ之间的定子绕组。在这个定子段切换过程中，磁浮列车没有牵引力损失，也无需做换流控制。

图4为列车位于第n个供电区段时示意图。当列车车体通过开关S₂ ^n-1，而在开关S₁ ⁿ⁺¹之前时，列车仍然位于第n个供电区段，各开关保持前一状态，无需切换。

Claims (1)

1.一种磁浮列车长定子段换步方法，其特征在于：

在轨道两侧对称铺设连续的三相长定子绕组(2)，与之对应的沿轨道平行铺设两组三相馈电电缆(1)；

相邻的一个上开关(S₁ ⁿ)和一个下开关(S₂ ⁿ)组成一组，后一组的上开关位于前一组两个开关之间，前后两组开关沿轨道交错布置，开关是机械开关或电子开关；

上开关(S₁ ⁿ)连接馈电电缆(1)与长定子绕组(2)，下开关(S₂ ⁿ)连接长定子绕组与中性点(p_n)，定子绕组为星型连接；每组的上开关和下开关之间的距离大于两个车身的长度，上开关(S₁ ⁿ)和下开关(S₂ ⁿ)之间的定子段为一个供电区段；第n组上开关(S₁ ⁿ)和下开关(S₂ ⁿ)之间的定子绕组为第n个供电区段；

相邻两组开关有一重叠的绕组段，即下开关(S₂ ^n-1)装设在上开关(S₁ ⁿ)与下开关(S₂ ⁿ)之间，并依次类推；下开关(S₂ ^n-1)与后一开关组中的上开关(S₁ ⁿ)之间的绕组，即两个相邻供电区段的重叠部分，为换步区段，其长度大于列车车身长度；

列车(3)沿开关序号递增的次序前进，当列车位于第n个供电区段内时，第n组开关的上开关(S₁ ⁿ)和下开关(S₂ ⁿ)闭合，其余开关均断开；

当列车(3)进入下一个供电区段，位于开关(S₁ ⁿ⁺¹)与开关(S₂ ⁿ)之间的换步区段时，进行开关切换，前一组的上开关(S₁ ⁿ)和下开关(S₂ ⁿ)断开，同时闭合下一组的上开关(S₁ ⁿ⁺¹)和下开关(S₂ ⁿ⁺¹)，则供电区段切换至第n+1个供电区段；直至列车通过开关(S₁ ⁿ⁺²)后，再继续切换至第n+2个供电区段。

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