一种磁浮列车用悬浮斩波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磁浮列车悬浮控制器技术领域，特别涉及采用电磁悬浮的斩波技术。
【背景技术】
[0002]磁浮列车有运行噪声低、爬坡能量强、安全可靠、运营成本低等优点，一直受到人们的关注。经过几十年的技术开发，磁浮列车技术已基本成熟，正在开始逐步商业运营。悬浮斩波器可以实现列车的稳定悬浮和气隙控制，是电磁悬浮列车的核心部件。一节车通常有多个悬浮斩波器(如五转向架的磁悬浮列车一节车二十个悬浮斩波器)。悬浮斩波器的负载是悬浮电磁铁，通过控制悬浮电磁铁的电流来控制悬浮力的大小，从而维持浮悬气隙不变。
[0003]悬浮斩波器控制过程中，悬浮电磁铁的能量与悬浮斩波器之间能量不停交换，动态过程中可能使得悬浮斩波器的直流侧电压高于悬浮斩波器的外供直流供电电压，体现为过电压。最严重的过电压出现在悬浮启动过程中悬浮控制故障，此时悬浮电磁铁电流最大，通常是额定电流的3-4倍，悬浮电磁铁储存的能量会全部转移到悬浮斩波器输入侧的滤波电容上，导致滤波电容上的电压急剧升高。为了防止过电压对悬浮斩波器中的滤波电容及功率开关器件造成损伤，目前采用的方法是增加输入滤波电容容量，降低过电压幅度，同时提高滤波电容和功率器件的电压等级。如我国中低速磁浮列车悬浮斩波器输入额定直流电压为DC330V，功率开关器件采用的电压等级为1200V的IGBT。因此悬浮斩波器效率低、重量和体积大，在一定程度上影响整个磁悬浮列车的性能。
[0004]本发明通过优化设计悬浮斩波器中电路，将直流输出侧电压控制在一定的范围，使目前悬浮斩波器中存在的上述问题得到很好解决。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种磁浮列车悬浮斩波器，它能有效地将悬浮斩波器的直流侧过电压的幅度控制在一定的范围，使得斩波器的直流侧滤波电容和功率开关器件参数选择得到优化。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种磁浮列车用悬浮斩波器，包括与斩波开关T1和斩波开关T2、滤波电容Cd及斩波续流二极管D1和续流二极管D2构成Η型斩波器，在直流输入侧滤波电容Cd两端并联由放电电阻R与放电开关Τ串联的放电支路。放电开关T、斩波开关T1和斩波开关T2的门极控制端均接入悬浮控制电路，它们的开通和关断由控制电路实现。当滤波电容Cd上电压过高或悬浮控制电路故障时，该放电支路能快速释放能量，防止直流输入侧过电压，斩波功能实现对悬浮电磁铁的电流控制。
[0007]所述斩波开关T1和斩波开关T2采用M0SFET功率器件。
[0008]所述放电支路的放电功率开关T为全控制型电子功率开关。
[0009]所述放电支路的放电功率电阻R为大热容量电阻。
[0010]所述的放电支路的放电或停止放电可由悬浮斩波器控制系统根据输入侧直流电压的大小控制实现。
[0011]所述的放电支路在悬浮控制电路故障或失电时能主动释放直流侧的能量。
[0012]滤波电容Cd、斩波开关T1和斩波开关T2及斩波续流二极管D1和斩波续流二极管D2的电压等级可以根据直流侧输入电压范围来选择。
[0013]由于放电功率电阻R与放电功率开关T串联并联在中间电容Cd两端构成快速放电支路，当中间电容Cd上电压过高或悬浮控制系统故障或失电时，该支路能够实现快速释放能量，防止直流输入侧过电压。斩波开关T1和斩波开关T2及斩波续流二极管D1和续流二极管D2构成Η型斩波器，通过斩波控制实现对悬浮电磁铁的电流控制和对悬浮气隙控制。斩波开关Τ1和斩波开关Τ2采用了 M0SFET型开关器件，以减小开关器件的导通和开关损耗。
[0014]本发明与现有技术相比的优点和效果表现在:
[0015]1、本发明可以将斩波器的直流侧电压控制在一定的范围；
[0016]2、本发明可以降低滤波电容电压等级和容量，降低功率开关器件的电压等级，从而降低产品成本；
[0017]3、本发明大大降低了斩波器的损耗一一本发明的损耗只有原斩波器的三分之一，减小斩波器的体积和重量一一本发明的体积和重量只有原斩波器的二分之一。
【附图说明】
[0018]图1是本发明放电电路结构示意图
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对发明进一步的描述。
[0020]一种磁浮列车用悬浮斩波器包括滤波电容Cd、斩波开关T1和斩波开关T2及斩波续流二极管D1和斩波续流二极管D2组成Η型斩波器。为了便于理解，悬浮斩波器的负载悬浮电磁铁L和控制电路也在图中画出。放电功率电阻R及放电功率开关Τ串联后并联在滤波电容Cd两端构成快速放电支路，放电开关T、斩波开关T1和斩波开关T2的门极控制端均接入悬浮控制电路，它们的开通和关断由控制电路实现。斩波功能是实现对悬浮电磁铁的电流控制和对悬浮气隙控制。放电功率电阻R是具有承受脉冲功率的大热容量的功率电阻，放电开关T是可承受脉冲电流的全控型电子开关，图中画出的是IGBT，也可以是MOSFETo
[0021]快速放电支路工作有两种工况:工况一，悬浮系统正常工况。此时，悬浮斩波器控制电路控制悬浮电磁铁的电流过程如下:斩波开关T1和斩波开关T2导通时，能量由斩波器的直流输入侧经斩波开关T1和斩波开关T2流向悬浮电磁铁，电磁铁的电流i J:升；斩波开关T1和斩波开关T2关断时，电磁铁能量由经斩波续流二极管D1和斩波续流二极管D2流到斩波器的直流输出侧，电磁铁1下降。在电磁铁能量向斩波器直流侧流动过程中直流侧电压会升高，当电压上升到一定值时悬浮控制系统会向放电功率开关T发出触发信号，放电功率开关T触发导通，直流侧能量通过快速支路中的放电功率电阻R释放。工况二，悬浮系统故障或失电。此时，悬浮控制电路停止对斩波开关T1和斩波开关T2的触发，断开斩波器的输入开关(图1中没有画出)，悬浮电磁铁中储存的能量全部通过斩波续流二极管D1和斩波续流二极管D2流向输入滤波电容Cd中，使直流侧电压急剧上升，此时悬浮控制系统会向放电功率开关T发出触发信号，放电功率开关T触发导通直流侧能量通过快速支路中的放电功率电阻R释放防止过电压对滤波电容Cd和功率开关T的危害。由上述分析可知:由于增加了快速放电支路，输入直流侧的电压被控制在一定的范围，可以减小滤波电容Cd的电容量和电压等级，降低功率开关器件的电压等级。如:我国的中低速磁浮列车悬浮控制斩波器输入额定电压为DC330V，直流侧电容电压等级可以采用400V或450V，功率开关器件可以采用600V或650V电压等级。斩波开关T1和斩波开关T2采用600V或650V的电压等级的MOSFET。由于斩波器滤波电容Cd容量和电压等级降低及功率器件的电压等级降低，使得斩波器体积、重量大大减小，损耗也大幅度降低。
【主权项】
1.一种磁浮列车用悬浮斩波器，包括与斩波开关T1和斩波开关T2、滤波电容Cd及斩波续流二极管D1和续流二极管D2构成Η型斩波器，其特征在于:在直流输入侧滤波电容Cd两端并联由放电电阻R与放电开关T串联的放电支路，放电开关T、斩波开关T1和斩波开关T2的门极控制端均接入悬浮控制电路，它们的开通和关断由控制电路实现；当滤波电容Cd上电压过高或悬浮控制电路故障时，该放电支路能快速释放能量，防止直流输入侧过电压，斩波功能实现对悬浮电磁铁的电流控制。2.根据权利要求1所述的一种磁浮列车用悬浮斩波器，其特征在于:斩波开关T1和斩波开关T2采用MOSFET功率器件。3.根据权利要求1所述的一种磁浮列车用悬浮斩波器，其特征在于:放电支路的放电功率开关T为全控制型电子功率开关。4.根据权利要求1所述的一种磁浮列车用悬浮斩波器，其特征在于:放电支路的放电功率电阻R为大热容量电阻。5.根据权利要求1所述的一种磁浮列车用悬浮斩波器，其特征在于:所述的放电支路的放电或停止放电可由悬浮斩波器控制系统根据输入侧直流电压的大小控制实现。6.根据权利要求1所述的一种磁浮列车用悬浮斩波器，其特征在于:所述的放电支路在悬浮控制电路故障或失电时能主动释放直流侧的能量。7.根据权利要求1所述的一种磁浮列车用悬浮斩波器，其特征在于:滤波电容Cd、斩波开关T1和斩波开关T2及斩波续流二极管D1和斩波续流二极管D2的电压等级可以根据直流侧输入电压范围来选择。
【专利摘要】本发明提供了一种磁浮列车用悬浮斩波器，属于磁浮列车悬浮控制器技术领域。悬浮斩波主要用于磁浮列车悬浮控制器，其功能是实现对悬浮电磁铁的电流控制。包括输入侧并联的滤波电容Cd、斩波开关T1和斩波开关T2，及续流二极管D1和续流二极管D2构成H型斩波器。在直流输入侧滤波电容Cd两端并联由放电电阻R与放电开关T串联的放电支路，放电开关T、斩波开关T1和斩波开关T2的门极控制端均接入悬浮控制电路，它们的开通和关断由控制电路实现、当悬浮控制电路故障或失电导致滤波电容Cd上电压过高时该放电支路能快速释放能量，使直流输入侧过电压控制在一定的范围，使斩波器的主电路功率器件的选择得到优化。
【IPC分类】H02M3/155
【公开号】CN105322788
【申请号】CN201510789077
【发明人】徐俊起, 郭育华, 卢国涛, 林国斌, 荣立军, 丁娜, 吉文, 袁建军
【申请人】西南交通大学, 同济大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月17日