CN213279594U - 磁悬浮轨道线圈电力电子放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，包括：六个单向导通器、六个可控开关以及两个线圈，其中：所述六个单向导通器分别与所述六个可控开关并联连接；第一单向导通器的一端与第一线圈的一端连接，所述第一单向导通器的另一端与电源正极连接；第二单向导通器的一端与所述第一线圈的另一端以及第二线圈的一端连接，所述第二单向导通器的另一端与所述电源正极连接；本实用新型提供的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器具备较好的容错能力，解决了现有技术中，磁悬浮轨道系统中的故障容错能力不足等问题，保证磁悬浮轨道的正常悬浮，并提高了磁悬浮轨道线圈的安全性和鲁棒性。
Description
技术领域
本实用新型涉及轨道车辆的通信技术领域，特别涉及磁悬浮轨道线圈、及其故障保护领域，具体涉及一种磁悬浮轨道线圈电力电子放大器。
背景技术
众所周知，磁悬浮轨道列车是由无接触的磁力支承组成的新型交通工具，早在十九世纪初就已经有了磁悬浮列车的早期构想，经过百年来的发展，世界范围内很多国家已经有成功投入运行的磁悬浮列车。磁悬浮系统由悬浮对象、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。在参考位置上，悬浮对象受到一个扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出悬浮对象偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行器电磁铁中产生磁力，从而使得悬浮对象返回到原来平衡位置。
磁悬浮轨道线圈电力电子放大器作用是将控制器的输出控制信号放大为线圈中实际的电流信号，从而控制磁悬浮装置产生的电磁力，是磁悬浮轨道中的重要组成部分。磁悬浮轨道线圈电力电子放大器需要能够快速地对位置控制环控制信号变量做出响应。磁悬浮轨道线圈电力电子放大器的负载电路为磁悬浮轨道的电磁线圈，其中线圈的电阻一般远小于电感负载，因此功率放大器通常具有一定的延时效应。由于电力电子放大器相对于模拟功率放大器具有损耗小，效率高等优点，因此电力电子放大器在实际的磁悬浮系统中也越来越广泛。电力电子放大器要求带宽高，响应快，提高电力电子放大器的开关频率可以增加电流环的带宽，减小电流纹波，获得更好的控制效果；但也会带来更多的开关损耗，使得开关元件发热严重造成开关元件故障。开关元件常见的故障形式有开路故障，短路故障。开路故障通常是由于高温、高电流密度导致的元件焊接线破裂或浮起等；短路故障如高温、强电场效应导致的元件击穿等，可以直接导致功率放大器失去对磁悬浮轨道线圈电流的控制作用，从而造成系统控制失效。
综上所述，如何提供一种具备容错能力的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器是本领域技术人员亟需解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术中的问题，本实用新型提供的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器具备较好的容错能力，解决了现有技术中磁悬浮轨道系统中的故障容错能力不足等问题，在磁悬浮轨道线圈电力电子放大器中出现开路故障时可以提供容错运行的能力，保证磁悬浮轨道的正常悬浮，并提高了磁悬浮轨道线圈的安全性和鲁棒性。
为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：
本实用新型提供一种磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，包括：六个单向导通器、六个可控开关以及两个线圈，其中：
所述六个单向导通器分别与所述六个可控开关并联连接；
第一单向导通器的一端与第一线圈的一端连接，所述第一单向导通器的另一端与电源正极连接；
第二单向导通器的一端与所述第一线圈的另一端以及第二线圈的一端连接，所述第二单向导通器的另一端与所述电源正极连接；
第三单向导通器的一端与所述第二线圈的另一端连接，所述第三单向导通器的另一端与所述电源正极连接；
第四单向导通器的一端与所述第一线圈的一端连接，所述第四单向导通器的另一端与电源负极连接；
第五单向导通器的一端与所述第一线圈的另一端连接，所述第五单向导通器的另一端与所述电源负极连接；
第六单向导通器的一端与所述第二线圈的另一端连接，所述第六单向导通器的另一端与所述电源负极连接。
一实施例中，所述六个可控开关的类型均为绝缘栅双极型晶体管。
一实施例中，六个二极管的负极分别与六个绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
一实施例中，所述六个二极管的正极分别与所述六个绝缘栅双极型晶体管的发射极连接。
一实施例中，所述二极管的制备材料为硅。
一实施例中，所述二极管的制备材料为硒。
一实施例中，所述二极管的制备材料为锗。
从上述描述可知，本实用新型实施例提供的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，包括：六个单向导通器、六个可控开关以及两个线圈，其中：六个单向导通器分别与六个可控开关并联连接；第一单向导通器的一端与第一线圈的一端连接，第一单向导通器的另一端与电源正极连接；第二单向导通器的一端与第一线圈的另一端以及第二线圈的一端连接，第二单向导通器的另一端与电源正极连接；第三单向导通器的一端与第二线圈的另一端连接，第三单向导通器的另一端与电源正极连接；第四单向导通器的一端与第一线圈的一端连接，第四单向导通器的另一端与电源负极连接；第五单向导通器的一端与第一线圈的另一端连接，第五单向导通器的另一端与电源负极连接；第六单向导通器的一端与第二线圈的另一端连接，第六单向导通器的另一端与电源负极连接。
本实用新型实施例所提供的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，具备容错能力，在磁悬浮轨道线圈电力电子放大器中出现开路故障时可以提供容错运行的能力，保证磁悬浮轨道的正常悬浮，以高磁悬浮轨道线圈的安全性和鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的具体应用实例中磁悬浮轨道线圈示意图；
图2为本实用新型的实施例中的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器的结构示意图一；
图3为本实用新型的实施例中的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器的结构示意图二。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1为磁悬浮轨道线圈示意图，线圈A1和线圈A2分别使两侧电磁铁产生电磁吸力，对磁悬浮轨道的相对位置进行控制。控制上通常采用双环控制，外环为位置环，通过位置传感器反馈的转子相对位置信号与给定位置进行对比，通过控制器给出的内环励磁电流指令信号，最终通过电流环迅速跟踪，实现电磁力的有效控制。2个线圈通过对应线圈电流，产生磁悬浮轨道所需的电磁力。基于上述原理，本实用新型的实施例提供一种磁悬浮轨道线圈电力电子放大器的具体实施方式，参见图2，具体包括：单向导通器件DP1、单向导通器件Dn1、单向导通器件DP2、单向导通器件Dn2、单向导通器件DP3、单向导通器件Dn3、可控开关SP1、可控开关Sn1、可控开关SP2、可控开关Sn2、可控开关SP3、可控开关Sn3、线圈A1、线圈A2和直流电压源Vdc；其中：
六个单向导通器分别与六个可控开关并联；即：单向导通器件DP1与可控开关Sp1并联；单向导通器件DP2与可控开关Sp2并联；单向导通器件DP3与可控开关Sp3并联；单向导通器件Dn1与可控开关Sn1并联；单向导通器件Dn2与可控开关Sn2并联；单向导通器件Dn2与可控开关Sn2并联；
参见图3(图3在图2的基础上对各个元件的方向进行了箭头指引)，单向导通器件DP1的一端P11与线圈A1的一端A11连接，单向导通器件DP11的另一端P12与电源正极连接；单向导通器件DP2的一端P21与线圈A1的另一端A12以及线圈A2的一端A21连接，单向导通器件DP2的另一端P22与电源正极连接；单向导通器件DP3的一端P31与线圈A2的另一端A22连接，单向导通器件DP3的另一端P32与电源正极连接；单向导通器件Dn1的一端N11与线圈A1的一端A11连接，单向导通器件Dn1的另一端N12与电源负极连接；单向导通器件Dn2的一端N21与线圈A1的另一端A12连接，单向导通器件Dn2的另一端N22与电源负极连接；单向导通器件Dn3的一端N31与线圈A2的另一端A22连接，单向导通器件Dn3的另一端N32与电源负极连接。
从上述描述可知，本实用新型实施例提供的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，包括：六个单向导通器、六个可控开关以及两个线圈，其中：六个单向导通器分别与六个可控开关并联连接；第一单向导通器的一端与第一线圈的一端连接，第一单向导通器的另一端与电源正极连接；第二单向导通器的一端与第一线圈的另一端以及第二线圈的一端连接，第二单向导通器的另一端与电源正极连接；第三单向导通器的一端与第二线圈的另一端连接，第三单向导通器的另一端与电源正极连接；第四单向导通器的一端与第一线圈的一端连接，第四单向导通器的另一端与电源负极连接；第五单向导通器的一端与第一线圈的另一端连接，第五单向导通器的另一端与电源负极连接；第六单向导通器的一端与第二线圈的另一端连接，第六单向导通器的另一端与电源负极连接。
本实用新型提供的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，具备容错能力，在磁悬浮轨道线圈电力电子放大器中出现开路故障时可以提供容错运行的能力，保证磁悬浮轨道的正常悬浮，以高磁悬浮轨道线圈的安全性和鲁棒性。
一实施例中，六个可控开关的类型均为绝缘栅双极型晶体管。具体地，参见图3，可控开关Sn1、可控开关SP2、可控开关Sn2、可控开关SP3、可控开关Sn3均为绝缘栅双极晶体管；
一实施例中，所述六个单向导通器的类型均为二极管。
一实施例中，六个二极管的负极分别与六个绝缘栅双极型晶体管的集电极连接；所述六个二极管的正极分别与所述六个绝缘栅双极型晶体管的发射极连接。具体地，参见图3。
绝缘栅双极晶体管SP1的集电极与电源正极连接，其发射极与线圈A1和绝缘栅双极晶体管Sn1的集电极连接；绝缘栅双极晶体管Sn1的集电极与绝缘栅双极晶体管SP1的发射极连接，其发射极与电源负极连接；绝缘栅双极晶体管SP2的集电极与电源正极连接，其发射极与线圈A1、线圈A2和绝缘栅双极晶体管Sn2的集电极连接；绝缘栅双极晶体管Sn2的集电极与绝缘栅双极晶体管SP2的发射极连接，其发射极与电源负极连接；绝缘栅双极晶体管SP3的集电极与电源正极连接，其发射极与线圈A2和绝缘栅双极晶体管Sn3的集电极连接；绝缘栅双极晶体管Sn3的集电极与绝缘栅双极晶体管SP3的发射极连接，其发射极与电源负极连接；以及
二极管DP1的负极与可控开关SP1的集电极连接，其正极与可控开关SP1的发射极连接；二极管Dn1的负极与可控开关Sn1的集电极连接，其正极与可控开关Sn1的发射极连接；二极管DP2的负极与可控开关SP2的集电极连接，其正极与可控开关SP2的发射极连接；二极管Dn2的负极与可控开关Sn2的集电极连接，其正极与可控开关Sn2的发射极连接；二极管DP3的负极与可控开关SP3的集电极连接，其正极与可控开关SP3的发射极连接；二极管Dn3的负极与可控开关Sn3的集电极连接，其正极与可控开关Sn3的发射极连接。
基于图2中的拓扑图，绝缘栅双极晶体管SP1、绝缘栅双极晶体管Sn1、绝缘栅双极晶体管SP2、绝缘栅双极晶体管Sn2、绝缘栅双极晶体管SP3和绝缘栅双极晶体管Sn3通过改变其门极控制信号控制其导通时间。
一实施例中，所述二极管的制备材料为硅。
一实施例中，所述二极管的制备材料为硒。
一实施例中，所述二极管的制备材料为锗。
综上所述，本实用新型实施例所提供的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器包括6个单向导通器件、6个可控开关、2个线圈、1个直流电压源。改变各个可控开关在一个开关周期内的导通时间控制通过各线圈的电流。所述具备容错能力的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器具备两种工作模式，分别为正常工作模式和冗余工作模式，两种工作模式均能提供正常的悬浮电磁力。本实用新型在工作于正常工作模式时，如果检测到桥臂上任何一处发生开路故障，即切换至冗余工作模式，保证磁悬浮轨道的正常悬浮。本实用新型所提供的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
在磁悬浮轨道线圈电力电子放大器中，通常可以用分离开关元件来实现三相全桥控制器，也可以采用集成功率模块来实现三相全桥电路，两种结构中每个开关元件都有独立的分块，因此单个开关元件故障并不会影响其它元件，同时对平行放置的二极管也没有太大影响，本实用新型利用其拓扑结构的特点，将一套完整的三相桥臂拓扑分成了两套可以独立完成磁悬浮轨道线圈悬浮的结构，当单个开关元件故障时，仍可利用其它剩余开关元件来实现磁磁悬浮轨道的稳定控制。在发生开路故障时可以利用冗余工作模式保证系统不停机运行，有效提高了磁悬浮轨道线圈的故障冗余能力。
在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本实用新型的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，其特征在于，包括：六个单向导通器、六个可控开关以及两个线圈，其中：
所述六个单向导通器分别与所述六个可控开关并联连接；
第一单向导通器的一端与第一线圈的一端连接，所述第一单向导通器的另一端与电源正极连接；
第二单向导通器的一端与所述第一线圈的另一端以及第二线圈的一端连接，所述第二单向导通器的另一端与所述电源正极连接；
第三单向导通器的一端与所述第二线圈的另一端连接，所述第三单向导通器的另一端与所述电源正极连接；
第四单向导通器的一端与所述第一线圈的一端连接，所述第四单向导通器的另一端与电源负极连接；
第五单向导通器的一端与所述第一线圈的另一端连接，所述第五单向导通器的另一端与所述电源负极连接；
第六单向导通器的一端与所述第二线圈的另一端连接，所述第六单向导通器的另一端与所述电源负极连接。
2.如权利要求1所述的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，其特征在于，所述六个可控开关的类型均为绝缘栅双极型晶体管。
3.如权利要求2所述的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，其特征在于，所述六个单向导通器的类型均为二极管。
4.如权利要求3所述的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，其特征在于，
六个二极管的负极分别与六个绝缘栅双极型晶体管的集电极连接。
5.如权利要求4所述的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，其特征在于，
所述六个二极管的正极分别与所述六个绝缘栅双极型晶体管的发射极连接。
6.如权利要求3所述的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，其特征在于，所述二极管的制备材料为硅。
7.如权利要求3所述的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，其特征在于，所述二极管的制备材料为硒。
8.如权利要求3所述的磁悬浮轨道线圈电力电子放大器，其特征在于，所述二极管的制备材料为锗。
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