上海高速磁悬浮地面牵引供电系统
作者:admin
发布日期:2020-01-02

       

  近些年来,磁浮列车以其高速、节能、安全、舒适、环保等优点日益受到人们越来越多的关注。目前德国和日本是世界上磁浮列车研究最多的国家:德国已经研制了tr系列吸力型磁浮列车,并在埃姆斯兰建造了大型试验用的tve试验线;日本也研制了mlu系列斥力型磁浮列车和hsst系列吸力型磁浮列车,并修建了山梨试验线。我国也在积极开展这方面的研究工作,上海已从德国引进了tr08型磁浮列车,并已投入了商业运行,同时也拉开了消化吸收其先进技术的序幕。在磁浮列车运行系统中,合理有效的牵引供电系统是实现磁浮列车高速可靠运行的关键之一,故而成为本文的主要研究对象。

  磁浮列车按照动力源(直线电动机)定子的长短相应可分为短定子直线电动机驱动的磁浮列车和长定子直线电动机驱动的磁浮列车。短定子直线电动机是将定子绕组安装在车体的底部,通过向磁浮列车提供变压变频的电源,由车上的短定子产生行波磁场;轨道上安置结构较为简单的长转子,这种结构多用于直线异步牵引电动机的驱动系统。由于列车通过受流器供电,而高速受流困难使列车运行速度、异步电机的功率因数及效率均受到限制,因此该系统仅用于低速小功率短距离的电力牵引。长定子直线同步电动机驱动的磁浮列车的底部安置有直线电机的转子,整条轨道上安装同步电机的长定子绕组。磁浮列车内部对转子的供电简单,没有高速受流的困难。采用这种直线同步电动机驱动,适合于高速、大功率、长距离的电力牵引。德国和日本均采用这种系统。德国研制了常导吸浮式磁浮列车:由车上常导电流产生的电磁吸引力吸引轨道下方的导磁体,使列车浮起。常导电流比较容易获得,通常由蓄电池或感应式发电线圈等设备产生电流,供给同步直线电动机的转子。但常导系统电磁吸引力相对较小,列车悬浮高度约10mm,故对控制精度的要求很高。日本研制的超导斥浮型磁浮列车是由车上强大的超导电流产生极强的电磁场,该电磁场相对线字形导电环高速移动,使导电环感应出强大的环流,在8字形下半环中形成推斥磁场,而上半环中则形成吸力磁场,使列车悬浮。该悬浮系统是一个无需反馈控制的稳定系统,而且悬浮高度可在10cm左右,从而使控制相对简单。

  上海运营的高速磁浮列车是从德国引进的tr08型磁浮列车,采用长定子直线同步电动机和常导吸浮式系统。其牵引供电系统如图1所示,由高压变压器(110kv/20kv)、输入变压器、输入变流器、逆变器和输出变压器等主要部件构成。

  磁悬浮列车牵引供电系统从110kv网压经高压变压器变为20kv,再由输入变压器和输入变流器变为2500v的直流电压。从直流环节来的直流电压,由三相三点式逆变器产生可变频率(0~300hz)、可变幅值(0~×4.3kv)、可调相角(0~360)的三相交流电。磁悬浮列车的牵引变流器有两种工作模式:

  (1)逆变器脉冲宽度调制的直接输出模式,是电机在低频工作时的输出方式,具有0~70hz的开关频率。此时两套三点式逆变器并联,经输出变压器的初级绕组如图1所示的连接输出,这时输出变压器初级绕组相当于并联用的均衡电抗器,同时也起到滤波作用。

  (2)变压器输出模式,是电机工作在高频时的输出方式,具有30hz~300hz的开关频率。这时主牵引变流器中的两套逆变器相串联作用于输出变压器的原边,经输出变压器升压后输出。

  输入变流器的前级由高压变压器和输入变压器组成。输入变压器由两个整流变压器构成,其作用是将高压网侧电压通过变压器二级降压,然后送至输入变流器。对于大容量高压整流变压器,为了提高整流效率,采用2套6脉冲整流桥组成,每套整流变压器是由一个y结和一个d结两组三相绕组供电。静止变流器系统采用的是三台单相三绕组变压器方案,通过各绕组的规定连接将其构成图2所示的y/y、d组式整流变压器的方案,其主要优点有:

  为了控制中间电路直流环电压,以及减小网侧励磁,系统的每个整流器采用1个六脉冲三相全控整流桥和1个六脉冲三相不可控整流桥串联而成,如图2所示。这样两套整流器串联,中间点通过高电阻接地(如图1所示),构成三电位的中间电路直流环。直流环的电压是可控的,范围在2×1500v~2×2500v内,额定电流3200a。为得到平滑的直流电流,在中间回路中串有平波电抗器。同时为防止整流桥和直流环过电压,采用了直流侧过电压保护。在直流环中间电路并有放电保护的晶闸管和大功率电阻,作为直流侧吸收装置,

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