CN110304080A - 一种中低速磁悬浮列车牵引驱动*** - Google Patents

一种中低速磁悬浮列车牵引驱动*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中低速磁悬浮列车牵引驱动***，包括依次连接的供电网端、供电轨道、逆变器装置和直线感应电机模块，磁悬浮列车的每节车厢上均设有逆变器装置和直线感应电机模块，所述的供电网端设有能量回馈装置，用于将电网的交流电转换为直流电传输至供电轨道；每节车厢上设有至少两个逆变器装置，直线感应电机模块包括多个直线感应电机，所述直线感应电机按逆变器装置的两倍数量分组，每组内的直线感应电机串联，每两组直线感应电机并联连接一个逆变器装置。与现有技术相比，本发明能够有效减轻牵引驱动***的重量，最终实现整体列车轻量化。

Description

一种中低速磁悬浮列车牵引驱动***
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆技术领域，尤其是涉及一种中低速磁悬浮列车牵引驱动***。
背景技术
中低速磁悬浮列车作为一种新型的交通模块，具有运行噪声小，振动小，乘坐舒适度好等特点。由于磁浮列车的悬浮能力受到电磁力的限制，其对车辆的整体重量有着严格的限制。牵引***重量在车辆整体重量中占较大比例，因此牵引***的轻量化设计对提高载客能力有着非常重要的意义。
公开号为CN202389369U的中国实用新型专公开了一种中低速磁悬浮列车牵引***集中供电结构，通过三节车厢共用一个供电结构单元，减少牵引设备的安装数量来实现轻量化，但是仍然存在以下问题：1、每个供电结构中设有电抗器柜，而电抗器柜重达300多公斤，一定程度影响列车的总量和有效空间。2、逆变器中需要大量的散热设备，占据重量和空间，而且逆变器采用单一两电平逆变器结构，使得逆变器开关损耗较大，需要较大体积和重量的散热器。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种中低速磁悬浮列车牵引驱动***。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种中低速磁悬浮列车牵引驱动***，包括依次连接的供电网端、供电轨道、逆变器装置和直线感应电机模块，磁悬浮列车的每节车厢上均设有逆变器装置和直线感应电机模块，所述的供电网端设有能量回馈装置，用于将电网的交流电转换为直流电传输至供电轨道。
进一步地，所述的能量回馈装置为可控PWM整流装置。
进一步地，所述的逆变器装置为二极管中点箝位型三电平变流器。
进一步地，所述的逆变器装置为无散热器式逆变器装置。
进一步地，每节车厢上设有至少两个逆变器装置，直线感应电机模块包括多个直线感应电机，所述直线感应电机按逆变器装置的两倍数量分组，每组内的直线感应电机串联，每两组直线感应电机并联连接一个逆变器装置。
进一步地，每节车厢上设有n个逆变器装置，其中n为大于2的正整数，直线感应电机模块包括2*m*n个直线感应电机，其中m为正整数，m个直线感应电机为一组，每组内的直线感应电机串联，每两组直线感应电机并联连接一个逆变器装置。
进一步地，n和b均为2。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、在现有的磁悬浮列车牵引驱动***中，供电网端通常采用二极管不可控整流装置将交流电转化为直流电，造成供电轨道内的直流电存在一定的电压波动，因此，需要在列车上每个逆变器装置的前端安装一个重达300多公斤的平波电抗器用于消除杂波。本发明通过在供电网端设置一个能量回馈装置，该能量回馈装置既可以直接代替二极管不可控整流装置，也可以设置在二极管不可控整流装置和供电轨道之间，使得供电轨道上能够传输稳定的直流电压，由此可以去除列车上的所有平波电抗器，从而实现牵引驱动***的轻量化。
2、本发明在每节车厢上设置至少两个逆变器装置，然后将直线感应电机分组后并联在每个逆变器装置的两端，在逆变器装置输出电压不变的情况下，因为每个逆变器装置串联的之间感应电机数量减少，可以达到以下效果：
(1)平均每个逆变器装置连接的直线感应电机数量变小，降低了逆变器装置的功耗发热量。逆变器装置上的散热机构(如散热风扇)等占据了逆变器中主要的重量和空间，因为降低了功耗发热量，所以逆变器装置可以大量减少装置中散热机构的数量，甚至拆除散热机构，逆变器装置的整体尺寸减小，安装多个逆变器装置不但不会增加整体逆变器柜的质量和尺寸，反而能够减小重量和体积。
(2)直线感应电机端的电压得到了明显提升，在电机额定功率工作下，更大的电压可以使通过电机的电流变小。根据电阻定律，线缆直径大小与通过的电流值成正比，直线感应电机通过电流值降低，则逆变器装置所需的线缆直径可对应缩小，进而使得逆变器柜的重量将降低。并且，直线感应电机两端电压的变大能够便于电机设置更高的调节范围，帮助列车提高速度。
(3)直线感应电机分组连接多个逆变器装置能够为每节车厢上的驱动***设置冗余保护，当一组电机和逆变器装置发生故障时，其余电机仍然能够保证车厢的动力，提升整体的安全性。
3、逆变器装置采用二极管中点箝位型三电平变流器，实现同样的变流效果时三电平逆变器开关频率低于两电平拓扑逆变器，开关频率降低，能够有效地减小损耗、降低功率器件的发热量，三电平结构变流器的功率损耗与两电平相比，可降低45％，因此有助于减少甚至拆除散热装置，实现逆变器柜的轻量化和小型化。
附图说明
图1为实施例一的整体结构示意图。
图2为可控PWM整流装置的结构示意图。
图3为二极管中点箝位型三电平变流器的结构示意图。
图4为实施一的逆变器装置和直线感应电机连接示意图。
图5为实施例二的整体结构示意图。
图6为实施二的逆变器装置和直线感应电机连接示意图。
图7为实施三的逆变器装置和直线感应电机连接示意图。
附图标记：1、能量回馈装置，2、供电轨道，3、逆变器装置，4、直线感应电机模块，41、直线感应电机，5、二极管不可控整流装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种中低速磁悬浮列车牵引驱动***。该***包括依次连接的供电网端、供电轨道2、逆变器装置3和直线感应电机模块4。磁悬浮列车的每节车厢上均设有逆变器装置3和直线感应电机模块4。在供电网端设有能量回馈装置1，用于将电网的交流电转换为直流电传输至供电轨道2。在每节车厢上去除平波电抗器。当牵引驱动***工作时，直流电经供电轨道2、高速直流开关直接引入逆变器装置3。逆变器装置3将直流电压变换成电压与频率可调节的对称三相交流电，给直线感应电机模块4供电，直线电机产生推力，驱动列车前进。
如图2所示，能量回馈装置采用可控PWM整流装置代替现有的二极管不可控整流装置。现有的电网端采用二极管不可控整流装置进行交直流转化，直流侧电压会有明显波动，对后端逆变***造成一定影响，因此需要在直流输入侧加入平波电抗器用以消除杂波。采用可控PWM整流装置作为能量回馈装置，可以得到稳定的直流输出电压，因此，通过去掉车载的平波电抗器来降低重量。
如图3所示，逆变器装置采用为二极管中点箝位型三电平变流器。实现同样的变流效果时三电平逆变器开关频率低于两电平拓扑逆变器，开关频率降低，可有效地减小损耗、降低功率器件的发热量。三电平结构变流器的功率损耗与两电平相比，可降低45％。工况相同的情况下，随着功率器件发热量的减少，逆变器装置上的散热机构可减小大量尺寸甚至去除。本实施中的二极管中点箝位型三电平变流器不设置散热器。
如图4所示，直线感应电机模块包括多个直线感应电机41，均匀分布在车厢的底部。每节车厢上设有至少两个逆变器装置3，直线感应电机模块包括多个直线感应电机41。直线感应电机41按逆变器装置3的两倍数量分组后，每两组并联连接一个逆变器装置3。本实施例具体为：每节车厢上具有两个逆变器装置3和八个直线感应电机41，每两个直线感应电机41为一组，每组内的两个直线感应电机41互相串联，然后每两组直线感应电机41串联到一个逆变器装置3上，将八个直线感应电机41形成二串二并的连接结构。
实施例二
如图5所示，本实施例提供了一种中低速磁悬浮列车牵引驱动***。该***包括依次连接的供电网端、供电轨道2、逆变器装置3和直线感应电机模块4。磁悬浮列车的每节车厢上均设有逆变器装置3和直线感应电机模块4。在供电网端设有能量回馈装置1，用于将电网的交流电转换为直流电传输至供电轨道2。在每节车厢上去除平波电抗器。能量回馈装置1采用可控PWM整流装置，将能量回馈装置1的一端连接电网，另一端设置在现有的二极管不可控整流装置5的后端，用以连接供电轨道2。这种方式可方便地对已经运行的线路进行改造。逆变器装置的结构同实施例一相同。
如图6所示，直线感应电机模块包括多个直线感应电机41，均匀分布在车厢的底部。每节车厢上设有至少两个逆变器装置3，直线感应电机模块包括多个直线感应电机41。直线感应电机41按逆变器装置3的两倍数量分组后，每两组并联连接一个逆变器装置3。本实施例具体为：每节车厢上具有四个逆变器装置3和八个直线感应电机41，每个直线感应电机41单独为一组，然后将两个直线感应电机41串联到一个逆变器装置3上，将八个直线感应电机41形成一串四并的连接结构。
实施例三
本实施例的大部分结构和实施例一相同，因此不再赘述，其区别点在于：如图7所示，直线感应电机模块包括多个直线感应电机41，均匀分布在车厢的底部。每节车厢上设有至少两个逆变器装置3，直线感应电机模块包括多个直线感应电机41。直线感应电机41按逆变器装置3的两倍数量分组后，每两组并联连接一个逆变器装置3。本实施例具体为：每节车厢上设有两个逆变器装置3，直线感应电机模块包括六个直线感应电机41。直线感应电机41按1、1、2、2的数量依次分为一组、二组、三组和四组，一组和二组并联在一个逆变器装置3的两端，三组和四组并联在另一个逆变器装置3的两端。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种中低速磁悬浮列车牵引驱动***，包括依次连接的供电网端、供电轨道、逆变器装置和直线感应电机模块，磁悬浮列车的每节车厢上均设有逆变器装置和直线感应电机模块，其特征在于，所述的供电网端设有能量回馈装置，用于将电网的交流电转换为直流电传输至供电轨道。
2.根据权利要求1所述的中低速磁悬浮列车牵引驱动***，其特征在于，所述的能量回馈装置为可控PWM整流装置。
3.根据权利要求1所述的中低速磁悬浮列车牵引驱动***，其特征在于，所述的逆变器装置为二极管中点箝位型三电平变流器。
4.根据权利要求1所述的中低速磁悬浮列车牵引驱动***，其特征在于，所述的逆变器装置为无散热器式逆变器装置。
5.根据权利要求1所述的中低速磁悬浮列车牵引驱动***，其特征在于，每节车厢上设有至少两个逆变器装置，直线感应电机模块包括多个直线感应电机，所述直线感应电机按逆变器装置的两倍数量分组，每组内的直线感应电机串联，每两组直线感应电机并联连接一个逆变器装置。
6.根据权利要求5所述的中低速磁悬浮列车牵引驱动***，其特征在于，每节车厢上设有n个逆变器装置，其中n为大于2的正整数，直线感应电机模块包括2*m*n个直线感应电机，其中m为正整数，m个直线感应电机为一组，每组内的直线感应电机串联，每两组直线感应电机并联连接一个逆变器装置。
7.根据权利要求6所述的中低速磁悬浮列车牵引驱动***，其特征在于，n和b均为2。
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