一种磁浮列车悬浮控制器制造技术

本发明专利技术涉及一种磁浮列车悬浮控制器，用于控制磁浮列车电磁铁，包括三个控制单元，其中第一主控制单元与第二主控制单元结构相同，均包括主控制电路(C1、C2)、主选通功率开关(K1、K2)、主功率变换电路(P1、P2)以及主辅助电源(DC1、DC2)，冗余控制单元包括冗余控制电路(C3)、两个冗余选通功率开关(K3、K4)、冗余功率变换电路(P3)以及冗余辅助电源(DC3)，冗余控制电路(C3)分别与两个主控制电路(C1、C2)通信，形成冗余控制。与现有技术相比，本发明专利技术通过冗余结构设计，令冗余控制电路分别与两个主控制电路通信，解决了中低速磁浮列车悬浮控制系统冗余问题，在悬浮控制器部分故障时，磁浮列车可以正常工作，提高了磁浮列车的可用度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁浮控制装置，尤其是涉及一种磁浮列车悬浮控制器，属于采用电磁悬浮或永磁电磁混合悬浮的悬浮控制器技术。
技术介绍
磁浮列车是一种新型的轨道交通运输工具，具有运行噪声低、爬坡能力强、转弯半径小、安全可靠性高、运营维护成本低、造价低等突出特点。它利用电磁吸力使车体悬浮于轨道之上，列车与轨道之间保持无接触状态，克服了两者间的接触磨损，减小了运行阻力。悬浮控制器是实现车辆悬浮的执行机构，它根据悬浮电磁铁与轨道之间的气隙以及电磁铁的垂向运动加速度来改变悬浮电磁铁内部电流的大小,从而调节悬浮电磁铁与钢制轨道之间的吸引力,使磁浮列车保持在8～10mm气隙大小的稳定悬浮状态。经过几十年的技术开发，磁浮列车技术已基本成熟，正在逐步走向商业化生产和运营。如图1所示，目前，中低速磁浮列车车辆走行部采用四悬浮架或五悬浮架结构。每个悬浮架上左右两侧各有1个电磁铁1。每个电磁铁1由4个线圈组成，两端两个线圈串联在一起由1个悬浮控制器控制，称为一个悬浮点。每个悬浮架的电磁铁1由4个悬浮控制器独立控制。由于中低速磁浮列车车辆悬浮架结构所限，每个悬浮点对应1个空气弹簧，空气弹簧传递悬浮架和车体之间的作用力。从图1可以看出，当4个悬浮控制器中的任何一个出现故障时，对应的悬浮点将不能实现稳定悬浮，滑橇降落在轨道上，磁浮列车只能减速退出运行。假如五悬浮架结构三节编组的一列磁浮车，每节车有20个悬浮控制器，一列车共有60个悬浮控制器。只要60个悬浮控制器之中的1个出现故障，此列车就要退出运行，并且以故障状态慢速回库维修。这样的状况使得磁浮列车的可用性很差，不能达到商用运营的要求，成为制约磁浮列车进一步发展和应用的瓶颈。解决这个问题的基本途径有两个：一个是从结构上对中低速磁浮列车进行全面改造，使系统能够适应任何一个悬浮控制器故障都能够维持正常运行，如德国TR08系列高速磁浮列车“二托一”式的悬浮架结构。显然这样大规模改造的代价是高昂的，并且改造后会出现车辆结构不再适应原有的线路条件等问题；另一个途径是对悬浮控制器进行冗余设计，使得一个悬浮控制器故障后，另一个悬浮控制器接替故障控制器继续工作，比如每个悬浮点配置两个悬浮控制器。然而此种冗余式设计也有明显的缺点，如悬浮控制器数量增加一倍、成本增加、可靠性低、维护困难等问题以及两者之间通讯、故障判断和工作接管等技术性问题。
技术实现思路
本专利技术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功能优化、占用体积小的磁浮列车悬浮控制器。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种磁浮列车悬浮控制器，用于控制磁浮列车电磁铁，其特征在于，包括三个控制单元，分别为第一主控制单元、第二主控制单元和冗余控制单元，其中第一主控制单元与第二主控制单元结构相同，均包括主控制电路、主选通功率开关、为所述主选通功率开关提供功率的主功率变换电路以及为所述主控制电路和主功率变换电路供电的主辅助电源，两个所述的主选通功率开关与电磁铁两端的串联线圈组一一对应连接，所述的冗余控制单元包括冗余控制电路、两个冗余选通功率开关、功率输出端分别与两个冗余选通功率开关连接的冗余功率变换电路以及为所述冗余控制电路和冗余功率变换电路供电的冗余辅助电源，所述的两个冗余选通功率开关与电磁铁两端的串联线圈组一一对应连接，第一主控制单元的主选通功率开关的通断同时受第一主控制单元的主控制电路与冗余控制电路控制，第二主控制单元的主选通功率开关的通断同时受第二主控制单元的主控制电路与冗余控制电路控制，两个冗余选通功率开关的通断均受冗余控制电路控制，冗余控制电路分别与两个主控制电路通信，形成冗余控制。两个所述的主控制电路分别与对应串联线圈组的悬浮传感器连接，所述的冗余控制电路同时与电磁铁两端的串联线圈组的悬浮传感器连接，用以计算串联线圈组所需电流，并控制主功率变换电路或冗余功率变换电路在对应串联线圈组上产生相应大小的电流。所述的主功率变换电路和冗余功率变换电路均为H型功率变换电路，且均包含全控型功率器件和续流二极管。所述的全控型功率器件为IGBT或MOSFET。所述的主选通功率开关和冗余选通功率开关均为全控型电子功率开关。所述的全控型电子功率开关为IGBT或MOSFET。所述的主控制电路、冗余控制电路、主功率变换电路和冗余功率变换电路集成在一个箱体中，所述的冗余控制电路和冗余功率变换电路为主控制电路和主功率变换电路的热备份。本专利技术通过对一个电磁铁所对应的两个悬浮控制器进行合并集成和优化设计，并加入一个控制器作为“热备”冗余，使目前中低速磁浮列车悬浮控制系统中存在的可靠性和可用性问题得到解决。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过冗余结构设计，令冗余控制电路分别与两个主控制电路通信，较为完美地解决了中低速磁浮列车悬浮控制系统冗余问题，在悬浮控制器部分故障的情况下，磁浮列车可以正常工作，大大提高了磁浮列车的可用度。(2)把三个悬浮控制器电路集成在一个机箱中，实现了电路之间既独立运行又互为备份，同时简化了电路结构。与采用一个悬浮点配置两个悬浮控制器的方法相比，总体上既实现了系统冗余又降低了总体积、重量以及产品造价，达到了良好的综合效果。(3)采用IGBT或MOSFET等全控型功率器件作为功率变换电路的选通开关及选通功率开关，既可以方便地选择电磁铁接入电路，又解决了触点式接触器体积大、功耗高的问题。附图说明图1为现有技术的磁浮列车的结构示意图；图2为本实施例中应用的“三合一”型悬浮控制器结构示意图；图3为本实施例中应用的“三合一”型悬浮控制器控制原理示意图；附图标记：1-电磁铁；2-轨道；3-车体。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术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，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图2、图3所示，一种磁浮列车悬浮控制器，也可称为“三合一”型悬浮控制器，用于控制磁浮列车电磁铁，包括三个控制单元，分别为第一主控制单元、第二主控制单元和冗余控制单元，其中第一主控制单元与第二主控制单元结构相同，第一主控制单元包括主控制电路C1、主选通功率开关K1、为主选通功率开关K1提供功率的主功率变换电路P1以及为主控制电路C1和主功率变换电路P1供电的主辅助电源DC1；第二主控制单元包括主控制电路C2、主选通功率开关K2、为主选通功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁浮列车悬浮控制器，用于控制磁浮列车电磁铁，其特征在于，包括三个控制单元，分别为第一主控制单元、第二主控制单元和冗余控制单元，其中第一主控制单元与第二主控制单元结构相同，均包括主控制电路(C1、C2)、主选通功率开关(K1、K2)、为所述主选通功率开关(K1、K2)提供功率的主功率变换电路(P1、P2)以及为所述主控制电路(C1、C2)和主功率变换电路(P1、P2)供电的主辅助电源(DC1、DC2)，两个所述的主选通功率开关(K1、K2)与电磁铁两端的串联线圈组一一对应连接，所述的冗余控制单元包括冗余控制电路(C3)、两个冗余选通功率开关(K3、K4)、功率输出端分别与两个冗余选通功率开关(K3、K4)连接的冗余功率变换电路(P3)以及为所述冗余控制电路(C3)和冗余功率变换电路(P3)供电的冗余辅助电源(DC3)，所述的两个冗余选通功率开关(K3、K4)与电磁铁两端的串联线圈组一一对应连接，第一主控制单元的主选通功率开关(K1)的通断同时受第一主控制单元的主控制电路(C1)与冗余控制电路(C3)控制，第二主控制单元的主选通功率开关(K2)的通断同时受第二主控制单元的主控制电路(C2)与冗余控制电路(C3)控制，两个冗余选通功率开关(K3、K4)的通断均受冗余控制电路(C3)控制，冗余控制电路(C3)分别与两个主控制电路(C1、C2)通信，形成冗余控制。...

【技术特征摘要】
1.一种磁浮列车悬浮控制器，用于控制磁浮列车电磁铁，其特征在于，包括
三个控制单元，分别为第一主控制单元、第二主控制单元和冗余控制单元，其中第
一主控制单元与第二主控制单元结构相同，均包括主控制电路(C1、C2)、主选通
功率开关(K1、K2)、为所述主选通功率开关(K1、K2)提供功率的主功率变换
电路(P1、P2)以及为所述主控制电路(C1、C2)和主功率变换电路(P1、P2)
供电的主辅助电源(DC1、DC2)，两个所述的主选通功率开关(K1、K2)与电磁
铁两端的串联线圈组一一对应连接，
所述的冗余控制单元包括冗余控制电路(C3)、两个冗余选通功率开关(K3、
K4)、功率输出端分别与两个冗余选通功率开关(K3、K4)连接的冗余功率变换
电路(P3)以及为所述冗余控制电路(C3)和冗余功率变换电路(P3)供电的冗
余辅助电源(DC3)，所述的两个冗余选通功率开关(K3、K4)与电磁铁两端的串
联线圈组一一对应连接，
第一主控制单元的主选通功率开关(K1)的通断同时受第一主控制单元的主
控制电路(C1)与冗余控制电路(C3)控制，第二主控制单元的主选通功率开关
(K2)的通断同时受第二主控制单元的主控制电路(C2)与冗余控制电路(C3)
控制，两个冗余选通功率开关(K3、K4)的通断均受冗余控制电路(C3)控制，
冗余控制电路(C3)分别与两个主控制电路(C1、C2)通信，形成冗余控制。
2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：林国斌，徐俊起，袁建军，荣立军，高定刚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31