一种用于城市轨道交通的非对称永磁直线电机牵引系统的制作方法

本发明属于电机驱动与控制技术领域，特别涉及一种用于城市轨道交通的非对称永磁直线电机牵引系统。

背景技术：

城市轨道交通牵引系统是一种多电机驱动系统。对于轨道交通牵引系统而言，其控制模式一般可分为以下三种：

(1)车控：一台牵引变流器控制一节动车中的全部并联电机；

(2)架控：一台牵引变流器控制一台转向架上的全部并联电机；

(3)轴控：一台牵引变流器只控制一台牵引电机。

在城市轨道交通牵引系统中，牵引设备数量的增加会带来如下不利影响：占用更多的车辆底部空间；增加列车自重，从而增加列车的运行能耗；增加牵引系统初期采购成本和后期维护成本。因此，在动力冗余满足要求的情况下，集中度最高的车控模式应当成为牵引系统的首选。尽管车控模式存在诸多优势，但是永磁直线电机牵引系统并不适宜采用车控模式。与旋转电机牵引系统不同，由于安装误差、车轮磨损、钢轨磨损、电机次级变形以及次级不连续等原因，永磁直线电机气隙在列车运行过程中难以保持不变，容易出现气隙不平衡现象，进而导致反电动势不平衡，从而威胁牵引设备的安全。此外，为了降低运行能耗，城市轨道交通牵引系统在高速区普遍采用惰行运行方式。但是，采用车控模式的永磁直线电机牵引系统在惰行工况下将会出现环流，环流的出现不仅增加了永磁直线电机牵引系统在惰行工况下的运行能耗，同样还严重威胁牵引设备的安全(无次级区域环流将显著增加)。显然，采用并联结构的架控模式同样不适用于永磁直线电机牵引系统。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种有效减少了设备安装空间，降低运行能耗且避免了环流的用于城市轨道交通的非对称永磁直线电机牵引系统。

技术方案：本发明提供了一种用于城市轨道交通的非对称永磁直线电机牵引系统，包括多个牵引变流器和多个三相永磁直线电机，所述所有牵引变流器中包含的桥臂总数是永磁直线电机数量的两倍加一个，其中一个牵引变流器中的一个桥臂为公共桥臂，所述公共桥臂控制所有永磁直线电机的同一相，所有牵引变流器中的其他桥臂为独立桥臂，所述独立桥臂分别控制永磁直线电机中的一相。

进一步，所述每个永磁直线电机的动子位置角相同。有效克服了传统多电机共用桥臂技术存在的直流母线电压利用率减半的问题。

进一步，所述公共桥臂的额定电流是独立桥臂的四倍。

有益效果：与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

①非对称控制模式节约了近四分之一的牵引设备，减少了设备安装空间，减轻了设备自重，间接降低牵引系统运行能耗，降低了系统维护成本和初次投资成本，提高了永磁直线电机牵引系统的可靠性和经济性；

②非对称控制模式中所有牵引电机均可以独立控制，车控模式中存在的多台永磁直线电机负载电流不平衡现象可以通过控制手段进行有效抑制，避免了由此造成的牵引设备过流风险，提高了牵引系统的安全性；

③非对称控制模式中相绕组在不经过牵引变流器开关器件的情况下无法形成直接回路，从而切断了环流生成的通道，从根本上解决了环流问题，避免了由此造成的牵引设备过流风险，提高了牵引系统的安全性，同时也降低了牵引系统惰行工况下的运行能耗；

④通过同一动车内部四台永磁直线电机的空间同相位布置，非对称控制模式克服了传统多电机共用桥臂技术存在的直流母线电压利用率减半的技术瓶颈，实现在减少牵引设备数量的同时不降低直流母线电压利用率。

附图说明

图1为本发明提供的系统结构示意图；

图2为本发明提供的系统细节结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1～2所示，本实施例中提供的城市轨道交通非对称永磁直线电机牵引系统包含三台三桥臂牵引变流器和四台三相初级永磁直线电机；牵引变流器1的桥臂1控制初级永磁直线电机1的A1相；牵引变流器1的桥臂2控制初级永磁直线电机1的C1相；牵引变流器1的桥臂3控制初级永磁直线电机2的A2相；牵引变流器2的桥臂4控制初级永磁直线电机2的C2相；牵引变流器2的桥臂6控制初级永磁直线电机3的A3相；牵引变流器3的桥臂7控制初级永磁直线电机3的C3相；牵引变流器3的桥臂8控制初级永磁直线电机4的A4相；牵引变流器3的桥臂9控制初级永磁直线电机4的C4相；牵引变流器2的桥臂5同时控制初级永磁直线电机1的B1相、初级永磁直线电机2的B2相、初级永磁直线电机3的B3相和初级永磁直线电机4的B4相。桥臂5为公共桥臂，其余桥臂为独立桥臂。初级永磁直线电机极距比为τ_m/τ_s＝14/12，其中，τ_m为动子极距，τ_s为定子极距，τ_s＝36mm，τ_m＝42mm。本实施例中，取k₁＝k₂＝k₃＝16，k₁，k₂，k₃分别为相邻两台初级永磁直线电机间距所对应的极距倍数，则每相连两台初级永磁直线电机的空间距离为k₁τ_s＝k₂τ_s＝k₃τ_s＝16*36mm＝576mm，即每相邻两台初级永磁直线电机角度差为Δθ₁₂＝Δθ₂₃＝Δθ₃₄＝2k₁π＝2k₂π＝2k₃π＝32π，所以四台初级永磁直线电机都是同相位的，即每台永磁直线电机的动子位置角相同；使得任意两路桥臂之间的串联绕组总反电动势不超过同一直线电机内部两相串联绕组总反电动势，使得非对称控制模式与传统对称控制模式具有相同的直流母线电压利用率。由于四台初级永磁直线电机在空间上配置成同相位，为了避免过流现象的发生，公共桥臂额定电流为独立桥臂的四倍。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。