一种磁悬浮列车的供电系统的制作方法

本发明涉及机车供电系统技术领域，特别涉及一种速度为150km/h～250km/h磁悬浮列车的供电系统。

背景技术：

众所周知，磁浮车辆越来越多的应用于城市轨道交通网中；针对磁浮车辆的供电系统，其往往采用高压交流集中式多分段切换供电。该供电方式的应用存在一定不足，首先，整个系统的电压防护等级，元器件和线缆等选型要求高(三相交流10kv)，用于电压防护、元器件和线缆的成本也较高；其次，当一侧逆变器或一个定子段故障时，仅剩余一半的供电能力，严重影响运营效率；再次，由于是分段供电，即只有车辆当前所处的运行段长定子得电，而其它段处于无电状态，得电的定子段通过高压开关与供电逆变器相连，高压开关切换站在线路上每定子段长度的一半处设置一个，由于是高压设备体积和安全间隙要求较大需要占用一定的土地面积。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种磁悬浮列车的供电系统，该磁悬浮列车的供电系统可以实现多列车辆分别在不同区间内行驶，以提高运营密度；并且无需高压切换开关站，降低供电系统成本与占地。

为实现上述目的，本发明提供一种磁悬浮列车的供电系统，包括多段相互独立、且分布于轨道长度方向的供电区间；任意一段所述供电区间包括分别位于轨道左右两侧的左侧电机长定子与右侧电机长定子，所述左侧电机长定子与所述与右侧电机长定子均包括至少两组交错设置的单位段定子，且任意一组所述单位段定子相互连接，任意一组所述单位段定子通过供电电缆连接本区间的dc/ac逆变器；位于轨道同一侧且处于不同供电区间的所述dc/ac逆变器之间通过数据通信线连接。

相对于上述背景技术，本发明提供的磁悬浮列车的供电系统，采用分散供电方式，即每一个区间由多个独立的逆变器供电，单个dc/ac逆变器或单位段定子故障时，对车辆运行影响较小；与此同时，每个供电区间不构成物理连接，相互独立，因此在不同的供电区间内可以实现多列车在线路上同时运行，可增大运营密度，提高旅客的输送能力；如此设置的供电系统，无需高压切换开关站，降低供电系统成本和占地。

优选地，所述单位段定子具体为两组，且任意一个所述单位段定子的长度为磁悬浮列车的长度的一半。

优选地，所述单位段定子具体为三组，且任意一个所述单位段定子的长度为磁悬浮列车的长度的三分之一。

优选地，同一个所述供电区间内的同侧全部所述单位段定子的总长度等同。

优选地，全部所述dc/ac逆变器连接dc3000v电源电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中磁悬浮列车的供电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的磁悬浮列车的供电系统的一种具体实施方式的示意图；

图3为本发明实施例所提供的磁悬浮列车的供电系统的另一种具体实施方式的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1、图2和图3，图1为现有技术中磁悬浮列车的供电系统的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的磁悬浮列车的供电系统的一种具体实施方式的示意图；图3为本发明实施例所提供的磁悬浮列车的供电系统的另一种具体实施方式的示意图。

首先，如说明书附图1所示，现有的供电系统包括：第一牵引供电站101、第二牵引供电站102、第一逆变器103、第二逆变器104、第三逆变器105、第四逆变器106、第一线路线缆107、第二线路线缆108、第一线路控制开关111、第二线路控制开关112、第三线路控制开关113、第四线路控制开关114、第五线路控制开关115、第六线路控制开关116、第一左侧线路直线电机长定子117、第二左侧线路直线电机长定子119、第三左侧线路直线电机长定子121，第一右侧线路直线电机长定子118、第二右侧线路直线电机长定子120、第三右侧线路直线电机长定子122，磁浮车辆123。在这里，仅仅给出3个区间为例进行表述说明，当全线区间站多余三个时，其控制原理是一致的。

第一逆变器103和第三逆变器105以并联的形式，通过第一线路线缆107和第一线路控制开关111、第三线路控制开关113和第五线路控制开关115控制，将电能输送至第一左侧线路直线电机长定子117、第二左侧线路直线电机长定子119、第三左侧线路直线电机长定子121上。

第二逆变器104和第四逆变器106以并联的形式，通过第二线路线缆108和第二线路控制开关112、第四线路控制开关114和第六线路控制开关116控制，将电能输送至第一右侧线路直线电机长定子118、第二右侧线路直线电机长定子120、第三右侧线路直线电机长定子122上。

第一逆变器103和第三逆变器105、第二逆变器104和第四逆变器106的输出电压与车辆的运行速度成正比，其最高可达10kv。因此这就要求整个输电系统都要按照最高的电压等级进行绝缘防护，元器件选型和线路线缆的绝缘防护选型。

磁浮车辆123在线路上运行时，由于供电系统只为当前所处的直线电机长定子供电，即当前控制开关需要闭合，其他段的开关断电；当车辆驶入下一个直线电机长定子段时，上一个直线电机的长定子段将断开。如当前磁浮列车处于区间1，则线路控制第一线路控制开关111和第二线路控制开关112闭合，其他线路控制开关113至116均处于断开状态。

当磁浮车辆123继续前进，即将驶入区间2时，此时第三线路控制开关113、第四线路控制开关114闭合，线路开关115和116仍处于断开状态。

当磁浮车辆123完全进入区间2时，线路开关111和112断开。

当磁浮车辆123从区间2进入区间3时将会重复磁浮车辆由区间1进入区间2时的相应的线路开关断开和闭合动作。

上可以看出，述开关进行切换在该系统中非常重要，如果出现故障，将导致车辆无法运行。对线路开关的可靠性要求也很高。在工程实现过程中，不利于器件选型。

而本发明中，以两个区间进行解释说明，如说明书附图2所示，供电系统包括：

位于区间1的第一dc/ac逆变器1、第二dc/ac逆变器2、第三dc/ac逆变器3、第四dc/ac逆变器4、第一供电电缆5、第二供电电缆6、第三供电电缆7、第四供电电缆8、左一单位段定子9、右一单位段定子10、左二单位段定子11、右二单位段定子12。

位于区间2的第五dc/ac逆变器16、第六dc/ac逆变器17、第七dc/ac逆变器18、第八dc/ac逆变器19、第五供电电缆20、第六供电电缆21、第七供电电缆22、第八供电电缆23、左三直线电机定子24、右三直线电机定子25、左四直线电机定子26、右四直线电机定子27；

同时还包括运行于线路上的磁浮车辆15、第一数据通信线13、第二数据通信线14；

其中：说明书中的直线电机长定子即为权利要求书中的单位段定子(下文类似，不再赘述)。上述数据通信线是用来传送信号系统对各个dc/ac逆变器的牵引制动指令、车辆相位信号，以控制整个线路上的dc/ac逆变器输出的频率、相位和电流；使各个逆变器能够进行同相位供电，避免磁浮车辆过区间时，两个区间的相位不一致危害车辆跨区间运行。同时还传送目标速度指令以控制车辆运行速度。

而众所周知，用于磁浮车辆的电机是直线电机。按照结构形式属于扁平的。扁平的直线电机分为长初级(定子)和短初级(定子)两类，而本发明中的左侧电机长定子与右侧电机长定子即为长定子。

第一dc/ac逆变器1、第二dc/ac逆变器2、第三dc/ac逆变器3、第四dc/ac逆变器4、第五dc/ac逆变器16、第六dc/ac逆变器17、第七dc/ac逆变器18、第八dc/ac逆变器19的输入均和dc3000v相连，且dc3000v是城市轨道交通常用和成熟的供电设备。且电压远远低于既有供电系统中通过三相10kv高压交流传输的弊端，可以减低用于高电压防护和元器件选型及线缆的成本。

第一dc/ac逆变器1、第二dc/ac逆变器2、第三dc/ac逆变器3和第四dc/ac逆变器4的输出端分别通过第一供电电缆5、第二供电电缆6、第四供电电缆8和第三供电电缆7与左二单位段定子11、左一单位段定子9、右一单位段定子10、右二单位段定子12相连，如说明书附图2所示。相对于既有的供电系统，就取消控制开关。一方面该形式可以降低成本，同时也消除了控制开关存在所带来的隐患。

当第一dc/ac逆变器1、第二dc/ac逆变器2、第三dc/ac逆变器3、第四dc/ac逆变器4、中任意一个故障时，影响该区间1/4的直线电机长定子供电，但不影响车辆运行。

左一单位段定子9与相间隔的下一个直线电机定子是通过供电电缆相连，直线电机定子10-12和直线电机定子24-27的连接原理和直线电机定子9连接方法一致。

本发明中，当单位段定子具体为两组时，任意一个单位段定子的长度为磁悬浮列车的长度的一半。也即，当一列车由四节车厢构成时，如说明书附图2所示，左二单位段定子11、左一单位段定子9、右一单位段定子10和右二单位段定子12的长度均应不大于磁浮列车一半的长度；异或，当一列车由四节车厢构成时，单位定子段的长度为两节车厢的长度，这有利于降低感应电动势。再举一例，当一列车由六节车厢构成时，左二单位段定子11、左一单位段定子9、右一单位段定子10和右二单位段定子12的长度均应不大于磁浮列车一半的长度；异或，当一列车由六节车厢构成时，单位定子段的长度为三节车厢的长度。

上述单位段定子的长度设置方式可以参考变压器原理；具体来说，我们可以把单位段定子看成变压器的原边，车辆上转子部分看成副边。副边的电压与原边的电压成正比。假如单位段定子的长度为50米，则一节车厢的长度为25米。如果定子电压为1000v，在感应后，车辆上的电压就为500v。如果不这样做，则车辆上的电压就会很高，不利于绝缘防护。

每个区间的单位段定子与相邻的单位段定子不构成物理连接，这可以为同一线路上，多个磁浮列车同时运行创造条件。比如当有一列磁浮列车运行在区间1时，此时磁浮列车的供电由dc/ac逆变器1-4供电，如果另外一个列车在区间2运行，则其供电由dc/ac逆变器16-19供电。由于每个列车当前的速度不一样，速度受直线电机长定子的频率、电流等控制。比如在既有的供电系统图1中，由于整个线路或多个区间都是由同一套逆变器供电，然后通过开关控制后给直线电机长定子供电，就决定了该供电区间就是只能允许单列列车运行。当然在区间1的列车驶出区间1和即将进入区间2前，位于区间2的列车必须驶出区间2。

全部dc/ac逆变器用于分别驱动串联后的所述单位段定子，且全部供电电缆的长度相同，且供电电缆的长度应尽量短；第一dc/ac逆变器1、第二dc/ac逆变器2、第三dc/ac逆变器3、第四dc/ac逆变器4和左二单位段定子11、左一单位段定子9、右一单位段定子10、右二单位段定子12之间的距离将尽可能短，一方面可以缩短供电电缆5-8的长度，减少高电压的防护成本和线路线缆成本。另一方面应将逆变器1-4和直线电机长定子9-12形成模块化的设计，便于工程化推广。

除此之外，同一个供电区间内的左右侧全部单位段定子的总长度可以设置为等同。如此设置有利于实现上述技术效果，可以实现多列磁悬浮列车分别在不同区间内行驶，提高运营密度；其中，等同不应教条的认为在数值上完全相等，而是应结合上述技术效果两者的长度处于一定的范围内，也即大体上等同。

专用数据通信线13-14主要用来在一定条件传送相连逆变器之间的数据信息。比如专用数据通信线13用来传输dc/ac逆变器1-2与dc/ac逆变器16-17之间的相位、电流和频率等相关信息。

本发明再给出另一种具体实施方式，如说明书附图3所示，与附图2相比，每个区间由6套dc/ac逆变器供电，围绕dc/ac逆变器数量增加进行的相应变化，还包括：

位于区间1的dc/ac逆变器01-06，供电电缆07-012，直线电机定子013-018。

位于区间2的dc/ac逆变器021-026、供电电缆027-032，直线电机定子033-038。

同时还包括运行于线路上的磁浮车辆39、专用数据通信线0020与020；

dc/ac逆变器01-06和dc/ac逆变器021-026的输入均和dc3000v相连，且dc3000v是城市轨道交通常用和成熟的供电设备。且电压远远低于既有供电系统中通过交流传输的高压弊端，可以减低用于高电压防护和元器件选型及线缆的成本。

dc/ac逆变器01-03和dc/ac逆变器04-06的输出端分别通过供电电缆07-09和直线电机长定子010-012相连。相对于既有的供电系统，就取消控制开关。一方面该形式可以降低成本，同时也消除了控制开关存在所带来的隐患。

dc/ac逆变器01-06和dc/ac逆变器021-016任意一个故障时，影响该区间1/6的直线电机长定子供电，但不影响车辆运行。相比于图2的实施例，单个逆变器故障对线路牵引点子长定子的供电更加小。

直线电机定子013与相间隔的两个直线电机定子是通过供电电缆相连，直线电机定子014-15和直线电机定子016-18的连接原理和直线电机定子013连接方法一致。

本发明中，当单位段定子具体为三组时，任意一个单位段定子的长度为磁悬浮列车的长度的三分之一。也即，当一列车由六节车厢构成时，如说明书附图3所示；直线电机定子013～015的长度均应为磁浮列车两节车厢的长度；异或，当一列车由六节车厢构成时，连续排列的三组单位段定子(直线电机定子013～015)恰好可以覆盖一列磁悬浮列车(六节车厢)的长度。

每个区间的直线电机长定子与相邻的直线电机长定子不构成物理连接，这可以为同一线路上，多个磁浮列车同时运行创造条件。比如当有一列磁浮列车运行在区间1时，此时磁浮列车的供电由dc/ac逆变器01-06供电，如果另外一个列车在区间2运行，则其供电由dc/ac逆变器021-026供电。由于每个列车当前的速度不一样，速度受直线电机长定子的频率、电流等控制。比如在既有的供电系统图1中，由于整个线路或多个区间都是由同一套逆变器供电，然后通过开关控制后给直线电机长定子供电，就决定了该供电区间就是只能允许单列列车运行。当然在区间1的列车驶出区间1和即将进入区间2前，位于区间2的列车必须驶出区间2。

逆变器01-06和直线电机长定子013-018间的距离将尽可能短，一方面可以缩短供电电缆07-012的长度，减少高电压的防护成本和线路线缆成本。另一方面应将逆变器01-06和直线电机长定子013-018形成模块化的设计，便于工程化推广。数据通信线0020与020主要用来在一定条件传送相连逆变器之间的数据信息。比如专用数据通信线0020用来传输dc/ac逆变器01-03与dc/ac逆变器021-023之间的相位、电流和频率等相关信息。当然，本发明还可以利用检测装置检测位于供电区间内的车辆速度，以确保在区间1的列车驶出区间1和即将进入区间2前，位于区间2的列车必须驶出区间2的技术效果。而全部供电区间的距离可以相同。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的磁悬浮列车的供电系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。