CN1431118A - 磁悬浮列车高次谐波无接触供电的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种磁悬浮列车高次谐波无接触供电的方法及其装置，其供电方法是利用原地面三相变频器提供三相输出电压的三相定子线圈上分别叠加一相位互差120°的一定幅度一定频率的高次谐波电压，该高次谐波电压在直线同步电机中产生一附加行波磁场，该附加行波磁场的基波切割列车磁极上的附加发电机线圈而发电，供磁悬浮列车蓄电池充电。

Description

磁悬浮列车高次谐波无接触供电的方法及其装置

技术领域

本发明与磁悬浮列车有关，特别是一种磁悬浮列车高次谐波无接触供电的方法及其装置。

背景技术：

磁悬浮列车车上的电能是由车载蓄电池供给的。车载蓄电池中的能量只能提供列车运行一段时间，为了保证列车长时间的正常运行，必需及时给车载蓄电池充电。当磁悬浮列车运行时，地面三相变频器输出的三相交流电压作用在直线同步电机的三相定子线圈上产生行波磁场。行波磁场的基波分量推动列车前进，而行波谐波磁场和列车之间存在相对运动。谐波磁场切割车载直线发电机线圈而使车载发电机发电。车载直线发电机发出的电压与相对切割速度成正比，当磁悬浮列车运行处于低速状态时，由车载直线发电机发出的电压不能满足列车上蓄电池充足供电的需要且当车载蓄电池能量消耗完时，会造成磁悬浮列车的停车。常用的解决列车突然停车问题的方法有以下几种：一是当磁悬浮列车突然停车时，用供电轨给列车供电，保证列车能继续运行，但是这种方法需要加设很长的供电轨，所需成本较大；二是当磁悬浮列车突然停车时，启用停靠在最近停车点的备用充电车，但是备用充电车从停车点行驶到列车突然停车点所需时间较长，如果在地面线路上放置多个备用充电车，所需成本亦较大。国外有关于用磁悬浮列车悬浮线圈产生的空间高次谐波磁场切割车上放置的感应线圈来产生车上电气负载所需电能的专利报道(德国，公开号DE3237373A1，公开日期1983年11月5日)，但是并未解决列车运行于低速时的车载蓄电池充足供电的问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是当磁悬浮列车处于低速运行状态时，使车载发电机仍能保证磁悬浮列车上蓄电池的充足供电，提供一种磁悬浮列车高次谐波无接触供电的方法及其装置。

本发明的技术方案是：

一种磁悬浮列车高次谐波无接触供电的方法，其特征在于它是利用原地面三相变频器提供三相输出电压的三相定子线圈上分别叠加一相位互差120°的一定幅度一定频率的高次谐波电压，该高次谐波电压在直线同步电机中产生一附加行波磁场，该附加行波磁场的基波切割列车磁极上的附加发电机线圈而发电，供磁悬浮列车蓄电池充电。

实施上述方法的磁悬浮列车高次谐波无接触供电装置，是在原地面三相变频器附近设一高次谐波电压发生器，其三相高次谐波电压的输出端与原三相变频器输出端并联，在列车的磁极上附加一发电机线圈。

所说的的高次谐波电压也可由原地面三相变频器提供。

叠加的高次谐波电压在直线同步电机中产生附加的行波磁场，附加行波磁场的基波速度v_h＝2f_h·τ，其中τ为长定子的极距，f_h为叠加高次谐波电压的频率。原三相电压产生的基波行波磁场的速度v＝2f·τ，其中f为原三相电压的频率。附加行波磁场的速度v_h与列车运行速度v之差为v_h-v＝2τ(f_h-f)，附加行波磁场的基波切割列车磁极上附加的发电机线圈而发电，该发电机的输出与(f_h-f)成正比，因此控制叠加的高次谐波电压的频率就可实现对该发电机输出电压的控制。由于叠加的高次谐波电压产生的附加行波磁场的幅度与驱动列车前进的行波磁场的幅度相比较低，对列车的转矩脉动和磁损影响较小。

叠加的高次谐波电压在直线同步电机中产生附加的行波磁场，附加行波磁场的五次谐波速度v_h5＝-2f_h/5·τ，负号表示与原三相电压产生的行波磁场的基波速度v方向相反。附加行波磁场的五次谐波速度v_h5与列车运行速度v之差v_h5-v＝-2τ(f_h/5+f)，附加行波磁场的五次谐波切割列车磁极上的原直线发电机线圈而发电，直线发电机的输出与(f_h/5+f)成正比，因此控制叠加的高次谐波电压的频率就可实现对直线发电机输出电压的控制。

本发明的优点：

1、可以在低速时实现对车载蓄电池的充足供电。

2、不用改动地面线路。

3、成本低，实现方便。

附图说明

图1是本发明定子地面线圈叠加高次谐波电压的示意图。

图2是本发明车载直线发电机示意图。

图中：

1-原地面三相变频器      2.3.4-三相定子线圈      5-长定子

6-行波磁场              7-高次谐波行波磁场

8-高次谐波的五次谐波行波磁场      9列车磁极

10-励磁线圈             11-原直线同步电机线圈

12-附加直线发电机线圈

具体实施方式

现结合附图，对本发明作进一步说明。请先参阅图1和图2，本发明磁悬浮列车高次谐波无接触供电装置，是在原地面三相变频器1的附近设一高次谐波电压发生器，该三相高次谐波电压输出端与原地面三相输出端并联，或者直接由原地面三相变频器1产生一高次谐波叠加在原三相电压的三相定子线圈2、3、4上一并输出。在列车的磁极9上附加一组直线发电机线圈12，原直线同步电机线圈11嵌在磁极9上，由励磁线圈10产生磁极磁场。

高次谐波电压发生器产生的三相高次谐波电压，其幅值为U_h，频率为f_h，每相之间相位差为120°，该三相高次谐波电压分别为： ${\mathrm{\Δe}}_a\left(f_{h}t\right)=\sqrt{2}{U}_h\mathrm{Sin}\left({2\mathrm{\πf}}_{h}t\right)---\left(1\right)$ ${\mathrm{\Δe}}_b\left(f_{h}t\right)=\sqrt{2}{U}_h\mathrm{Sin}({2\mathrm{\πf}}_{h}t-2\mathrm{\π}/3)---\left(2\right)$ ${\mathrm{\Δe}}_c\left(f_{h}t\right)=\sqrt{2}{U}_h\mathrm{Sin}({2\mathrm{\πf}}_{h}t-4\mathrm{\π}/3)---\left(3\right)$

分别叠加在原三相变频器1的输出端并联输入三相定子线圈2、3、4中，该三相定子线圈2、3、4绕在长定子5上，原三相电压在直线同步电机中产生行波磁场B，其运行速度为：

     v＝2f·τ  ………………………(4)

式中τ为长定子5的极距，

该行波磁场的基波B_l与位移和时间的关系为：

B_l＝B_mlSin(π/τ(x-vt))   …………(5)

所叠加高次谐波电压产生的附加行波磁场的基波为：

B_h＝B_mhSin(π/τ(x-v_ht))    ………(6)

其运行速度v_h＝2f_h·τ     …………(7)

高次谐波电压产生的附加行波磁场基波的速度与列车运行速度v之差为：

v_h-v＝2τ(f_h-f)，     ………………(8)

因此附加行波磁场的基波切割磁极9上附加的直线发电机线圈12而发电，该直线发电机输出的电压与(f_h-f)成正比，因此控制叠加的高次谐波电压的频率f_h就可实现对直线发电机输出电压的控制。

另外，叠加的高次谐波电压在直线同步电机中产生附加的行波磁场，该附加行波磁场的五次谐波的速度v_h5

V_h5＝-2f_h/5·τ       ………………(9)

式中负号表示与原三相电压产生的行波磁场的基波速度，即列车运行速度v方向相反，因此该附加行波磁场的五次谐波速度v_h5与列车速度v之差为

v_h5-v＝-2τ(f_h/5+f)      …………(10)

也就是说附加行波磁场的五次谐波切割列车磁极上的原直线发电机线圈而发电，直线发电机的输出与(f_h/5+f)成正比。

总之，控制叠加的高次谐波电压的频率即可实现对直线发电机输出电压的控制。

Claims (3)

1、一种磁悬浮列车高次谐波无接触供电的方法，其特征在于它是利用原地面三相变频器提供三相输出电压的三相定子线圈上分别叠加一相位互差120°的一定幅度一定频率的高次谐波电压，该高次谐波电压在直线同步电机中产生一附加行波磁场，该附加行波磁场的基波切割列车磁极上的附加发电机线圈而发电，供磁悬浮列车蓄电池充电。

2、实施权利要求1所述的方法的磁悬浮列车高次谐波无接触供电装置，其特征是在原地面三相变频器附近设一高次谐波电压发生器，其三相高次谐波电压的输出端与原三相变频器输出端并联，在列车的磁极上附加一发电机线圈。

3、根据权利要求2所述的磁悬浮列车高次谐波无接触供电装置，其特征在于所述的高次谐波电压也可由原地面三相变频器提供。