一种磁浮列车直线感应电机系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种磁浮列车直线感应电机系统及其控制方法，电机系统包括直线感应电机的短定子、三相绕组、动子轨道以及控制器等部分。将所有绕组通过多个由控制器控制的开关进行耦合，控制器则以检测逆变器输出相电流与电压的大小做为指令来操作开关改变绕组的连接方式。本实用新型专利技术的有益效果在于，通过分配多种不同的绕组连接状态，使电机在启动与低速运行阶段通过过载获得更大的推力与加速度，加速阶段能够更加充分地利用逆变器的输出容量，使得列车可以在更短的时间加速至最大速度，同时在最大速度处有更高的剩余加速度。

【技术实现步骤摘要】
一种磁浮列车直线感应电机系统
本技术涉及常导磁浮交通领域，具体涉及其驱动部分，特别是一种磁浮列车直线感应电机系统。
技术介绍
在人们对轨道交通的需求日益发展的今天，磁悬浮轨道交通技术以其中低速运行的低噪声性相比于地铁有着不可替代的优势。目前我国已经在湖南省长沙市建成一条时速100公里的低速磁浮商业运行线，运营状况良好稳定，同时多个地方政府也均有推广该技术的意向，这些现象证明了磁浮列车在轨道交通领域中的潜力。中低速磁浮列车的驱动方式采用直线感应电机，相比于轮轨交通列车可以通过曲线半径更小的轨道以及提供更强的爬坡能力，同样直线感应电机在运行过程当中会存在其特有的边端效应，使电机入端磁场衰减，出端存在反向行波，这些现象均会导致电机的输出推力以及效率的减小，且随着电机速度增大，负面影响越严重。目前中低速磁浮中使用的直线感应电机的效率大约为60％～70％，相比于旋转异步电机有着较大的差距；另一方面，为了保证列车运行的安全性，磁浮系统中使用的直线感应电机全部采用大气隙结构(最小11mm)，这导致了电机的功率因数较小。因此直线感应电机想要获得更大的推力与剩余加速度，势必需要更大的功耗以及采用更大容量的逆变器设备，这无疑会增加列车的制造成本与车载设备体积。边端效应使由于直线感应电机结构的特殊性造成的，结构与控制策略的优化只能一定程度的减小而不能从本质上解决该效应。因此采用直线感应电机驱动的磁浮列车在最高运行速度以及加速度上都有着难以逾越的瓶颈，在这样的背景下，从供电端以及逆变器侧进行技术探索，在不改变现有逆变器容量的前提下提高其容量利用率，使电机在启动以及高速阶段都能保持更高的推力和剩余加速度，是一种相当合理的手段。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种磁浮列车直线感应电机系统，在不改变逆变器容量的基础上，使列车在启动时以及低速段获得更大推力，在高速段有更多剩余加速度的方法，从而使列车加速时间与距离有效缩短。实现本技术目的的技术方案如下：一种磁浮列车直线感应电机系统，包括左侧电机和右侧电机各n台；每台左侧电机包括A相绕组LA、B相绕组LB和C相绕组LC，每台右侧电机包括A相绕组RA、B相绕组RB和C相绕组RC；每台左侧电机的LA包括第一支路绕组和第二支路绕组，第一支路绕组的输入端通过支路第一触点KMX1连接到第二支路绕组的输入端，第一支路绕组的输出端通过支路第三触点KMX3连接到第二支路绕组的输出端，第一支路绕组的输出端还通过支路第二触点KMX2连接到第二支路绕组的输入端；每台左侧电机的LB或LC与LA结构相同，每台右侧电机的RA、RB或RC与左侧电机的LA结构相同；所有左侧电机的同相绕组串联后分别构成A相绕组LAL、B相绕组LBL和C相绕组LCL，所有右侧电机的同相绕组串联后分别构成A相绕组RAR、B相绕组RBR和C相绕组RCR；LAL、LBL和LCL的输入端分别连接到车载逆变器的A相、B相和C相输出端；RAR的输入端通过交流接触器触点KM3连接到车载逆变器的A相输出端，RBR的输入端通过交流接触器触点KM2连接到车载逆变器的B相输出端，RCR的输入端通过交流接触器触点KM1连接到车载逆变器的C相输出端；RAR的输入端和RBR的输入端之间还设置有交流接触器触点KM7，RBR的输入端和RCR的输入端之间还设置有交流接触器触点KM6；LAL的输出端连接到RAR的输出端，LBL的输出端连接到RCR的输出端，LCL的输出端连接到RBR的输出端；LAL的输出端和LCL的输出端之间还设置有交流接触器触点KM4，LCL的输出端和LBL的输出端之间还设置有交流接触器触点KM5；还包括分别控制KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6和KM7的交流接触器；还包括分别控制每个相绕组中KMX1、KMX2和KMX3的交流接触器。进一步地，所述交流接触器的触点类型为：KM1、KM2、KM3、KM4和KM5为常闭触点，KM6和KM7为常开触点，所有相绕组中的KMX1和KMX3为常闭触点，所有相绕组中的KMX2为常开触点。本技术的有益效果在于，通过分配多种不同的绕组连接状态，使电机在启动与低速运行阶段通过过载获得更大的推力与加速度，加速阶段能够更加充分地利用逆变器的输出容量，使得列车可以在更短的时间加速至最大速度，同时在最大速度处有更高的剩余加速度。附图说明图1为直线感应电机系统的整体结构，包括所有电机绕组的连接方式、交流接触器触点的分布以及接触器控制原理的示意图。图2为电机系统在正常运行速度范围内的机械特性曲线图。图3(a)为电机系统在正常运行过程当中车载逆变器输出端的电压、电流变化曲线。图3(b)为电机系统在正常运行过程当中每条支路绕组的电压、电流变化曲线。图4为电机的矢量控制系统部分示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体操作方法进一步详细描述，其中附图所描述示例为本技术所公开装置和方法的一个通用例子，即假设电机总数为2n台，定子上安装三相绕组，其中每相绕组包含2条支路绕组(即q＝1)，每条支路绕组匝数为p。在目前我国所开发的常导中低速磁浮列车上，使用的电机绕组技术为“n串两并”的连接方式，即每节列车两侧的五台电机所有相绕组串联，然后将两条支路并联，同时将每相绕组的支路绕组全部串联(并联支路数为1)。这样的运行方式下，电机的低速恒推力运行阶段中，每条绕组支路分得电流为逆变器额定输出电流的一半；高速的电压饱和运行阶段中，每个绕组分得的电压为额定电压的n分之一。图1所示的直线感应电机驱动系统示意图中，假设车载逆变器的额定输出相电压为UN，额定输出相电流为IN；每节车安装一台车载逆变器，网侧母线直流电源为其供电；每节车左右两侧各安装n台直线感应电机提供驱动力。根据图1所呈现的一种示例性结构，依次描述列车从启动到高速运行过程中系统各个组成部分的操作顺序以及工作原理；首先，当列车开始启动，电机所有相绕组与其中包括的支路绕组均串联连接(即并联支路数为1，匝数为2p)，控制器开始接收传感器检测返回的逆变器输出相电流与电压大小信号，并通过判断其大小来决定是否对接触器开关触点进行动作；所有安装在绕组回路中，掌控其通断的接触器触点的类型为：KM1～KM5为常闭触点，所有相绕组中的KMX1、KMX3为常闭触点，KM6、KM7为常开触点，所有相绕组中的KMX2为常开触点。如此设置的主要目的是让列车启动时接触器带电，达到最高速后就断电，这样就避免了高速运行下接触器意外掉电带来的影响。在启动与低速运行阶段，由于电机处于恒推力阶段1，逆变器输出相电流值等于IN，接触器的全部触点处于激活状态，即KM1～KM5触点断开，所有相绕组中的KMX1、KMX3触点断开，KM6、KM7触点闭合，所有相绕组中的KMX2触点闭合。列车运行在如图2所示的恒推力阶段1中。此时十台电机的所有三相绕组为串联连接(“2n串联”)，同时支路绕组也全部串联，即相绕组并联支路数为1，匝数为2p。在逆变器额定输出的情况下每条支路绕组分得的电流都为IN(传统“n串两并”模式下支路电流的两倍)，绕组的支路分得电压则随着运行速度增大迅速上升，如图3(b)所示，列车将获得两倍于常规“n串两并”连接方式下所输出的恒定推力启动；但是在此连接方式下，受限于车载逆变器的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁浮列车直线感应电机系统，其特征在于，包括左侧电机和右侧电机各n台；每台左侧电机包括A相绕组LA、B相绕组LB和C相绕组LC，每台右侧电机包括A相绕组RA、B相绕组RB和C相绕组RC；每台左侧电机的LA包括第一支路绕组和第二支路绕组，第一支路绕组的输入端通过支路第一触点KMX1连接到第二支路绕组的输入端，第一支路绕组的输出端通过支路第三触点KMX3连接到第二支路绕组的输出端，第一支路绕组的输出端还通过支路第二触点KMX2连接到第二支路绕组的输入端；每台左侧电机的LB或LC与LA结构相同，每台右侧电机的RA、RB或RC与左侧电机的LA结构相同；所有左侧电机的同相绕组串联后分别构成A相绕组LAL、B相绕组LBL和C相绕组LCL，所有右侧电机的同相绕组串联后分别构成A相绕组RAR、B相绕组RBR和C相绕组RCR；LAL、LBL和LCL的输入端分别连接到车载逆变器的A相、B相和C相输出端；RAR的输入端通过交流接触器触点KM3连接到车载逆变器的A相输出端，RBR的输入端通过交流接触器触点KM2连接到车载逆变器的B相输出端，RCR的输入端通过交流接触器触点KM1连接到车载逆变器的C相输出端；RAR的输入端和RBR的输入端之间还设置有交流接触器触点KM7，RBR的输入端和RCR的输入端之间还设置有交流接触器触点KM6；LAL的输出端连接到RAR的输出端，LBL的输出端连接到RCR的输出端，LCL的输出端连接到RBR的输出端；LAL的输出端和LCL的输出端之间还设置有交流接触器触点KM4，LCL的输出端和LBL的输出端之间还设置有交流接触器触点KM5；还包括分别控制KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6和KM7的交流接触器；还包括分别控制每个相绕组中KMX1、KMX2和KMX3的交流接触器。...

【技术特征摘要】
1.一种磁浮列车直线感应电机系统，其特征在于，包括左侧电机和右侧电机各n台；每台左侧电机包括A相绕组LA、B相绕组LB和C相绕组LC，每台右侧电机包括A相绕组RA、B相绕组RB和C相绕组RC；每台左侧电机的LA包括第一支路绕组和第二支路绕组，第一支路绕组的输入端通过支路第一触点KMX1连接到第二支路绕组的输入端，第一支路绕组的输出端通过支路第三触点KMX3连接到第二支路绕组的输出端，第一支路绕组的输出端还通过支路第二触点KMX2连接到第二支路绕组的输入端；每台左侧电机的LB或LC与LA结构相同，每台右侧电机的RA、RB或RC与左侧电机的LA结构相同；所有左侧电机的同相绕组串联后分别构成A相绕组LAL、B相绕组LBL和C相绕组LCL，所有右侧电机的同相绕组串联后分别构成A相绕组RAR、B相绕组RBR和C相绕组RCR；LAL、LBL和LCL的输入端分别连接到车载逆变器的A相、B相和C相输出端；RAR的输入端通过交流接触器触点KM3连接到车载逆变器的A相输出端，RBR的输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昆仑，段家珩，王滢，郭小舟，张文龙，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川,51