磁浮列车紧急供系统的工程化设计.pdfVIP

釜二童堑堡 ． 一一 第一章绪论 磁浮列车是一种依靠电磁力实现支撑、导向和牵引功能的交通工具。和传统的轮轨列车 相比．由于磁浮列车运行时和线路之间没有机械接触，从而可以达到更高的速度(400km，ll 一550km／}I)，且具有的安全、无污染、无噪声、无振动、节能等优点，越来越获得人们的青 睐。 磁浮列车按照其悬浮机理可咀分为两类：常导吸浮型和超导斥浮型。常导吸浮型是用一 般导体线圈，以异性磁极相吸的原理实现悬浮，以德国为主要代表，悬浮高度～般在10mm。 超导斥浮型是用低温超导线圈，以同性磁极相斥原理实现悬浮，以日本为主要代表，悬浮高 度可达100mm以上。本文以常导吸浮型磁浮列车为研究背景。 磁浮列车上用电设备的电能，是通过装在列车支承(悬浮)磁铁中的直线发电机和车载 营电池提供的。当列车运行达到一定速度(约80krn／h)时，直线发电机产生的电能足够对所 有车载设备供电。当列车低于此速度运行时，靠预先充电的车载蓄电池供电，这样当车载蓄 电池的能量消耗完时，就会造成磁浮列车的停车。因此需要研究磁浮列车的紧急供电方案以 保证磁浮列车低速时的正常运行。 1．1国内外有关磁浮列车紧急供电方案的研究 常用的解决列车低速或者故障停车时紧急供电问题的方法有以下几种：一是用沿线路的 供电轨给列车供电，保证列车能继续正常运行．但是采用这种方法需要架设很长的供电轨， 所需造价较大；二是当磁浮列车突然停车时，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的地点所需时间较氏，如果在沿线配置多个备用充电 车，则所需成本较大：三是启用列车自带备用电源，柴油发电机，燃料电池等，但是这些设 备平时利用率很低，却占用了磁浮列车宝贵的空间，井增加了额外载荷。 示。在该装置中，悬浮线圈在地面上，充电用的感应线圈被安排在列车上和悬浮线圈相对应 的位置。悬浮线圈通电后，产生的高次齿槽谐波磁场切割列车上放置的感应线圈而感应电压， 感应线圈输出的电能通过一个功率变换器提供车上负载所需的电能。这种充电方案的感应线 圈产生的电能与列车的运行速度有关，当列车运行速度较慢时，感应线圈输出的电能不能满 足列车上用电设备的需要。 第一章绪论 固1一’磁浮列车的充电装置(专利号DE3237373) 流中，产生高频行波磁场，高频行波磁场切割列车上的励磁线圈感应高频电压，通过滤波器 从励磁线圈中解耦得到的电能可用于车上的辅助设各和励磁所需功率，如图l-2所示。由于 这种方案的励磁线圈既要承担列车的悬浮稳定控制的功能又要完成发电功能，即同时要兼顾 两方面的要求，因此励磁线圈设计十分困难。 圈1．2磁浮列车的充电原理图(专利号DE4126454) 在一个超导直线电动机车中，悬浮线圈放于地面，感应线圈放在车体之下或车体的一边，超 导线圈中流过电流屙产生一个强磁场。列车运行时，在空间谐波的作用下在感应线圈中感应 电压，为了保持列车感应线圈上的感应电压与列车运行速度无关，在感应线圈中加入抽头开 关，通过控制开关的通断可使感应线圈上的输出电压在低迷时变高。但实际列车运行于低速 时．利用开关切换的升压效果不理想。 2 差二雯堑堕—— 图’．3磁浮列车的无接齄充电装置(专利号JP580431舛) 1．2注入高次谐波的非接触紧急供电方案 时使发电机输出电压变高外，其他专利并未涉及解决列车低速时车载发电机的发电问题。而 且日本专利【3瑶列车运行于低速时，利用开关切换的升压效果不理想。专利[4】提出了一种解 决列车低速或者故障停车情况下车辆应急供电的新方法。其原理如图l-4所示。 圈1-4注入高次谐波非接触紧急供电原理闺 当磁浮列车由于车载蓄电池的能量消耗完毕而造成故障停车后，开关S断开，合上， 由主逆变器切换到辅助逆变器向列车所在区段的定子三相线圈供电，不同的定子区段由分段 切换开关来切换。辅助逆变器产生一定频率和幅值的三相高次电流o(qr)=√ilsin(qf)，