上海高速磁懸浮地面牽引供電系統(tǒng)
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近些年來，磁浮列車以其高速、節(jié)能、安全、舒適、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)日益受到人們越來越多的關(guān)注。目前德國和日本是世界上磁浮列車研究最多的國家：德國已經(jīng)研制了tr系列吸力型磁浮列車，并在埃姆斯蘭建造了大型試驗(yàn)用的tve試驗(yàn)線;日本也研制了mlu系列斥力型磁浮列車和hsst系列吸力型磁浮列車，并修建了山梨試驗(yàn)線。我國也在積極開展這方面的研究工作，上海已從德國引進(jìn)了tr08型磁浮列車，并已投入了商業(yè)運(yùn)行，同時(shí)也拉開了消化吸收其先進(jìn)技術(shù)的序幕。在磁浮列車運(yùn)行系統(tǒng)中，合理有效的牽引供電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)磁浮列車高速可靠運(yùn)行的關(guān)鍵之一，故而成為本文的主要研究對象。
2 磁浮列車牽引供電系統(tǒng)概況
磁浮列車按照動力源（直線電動機(jī)）定子的長短相應(yīng)可分為短定子直線電動機(jī)驅(qū)動的磁浮列車和長定子直線電動機(jī)驅(qū)動的磁浮列車。短定子直線電動機(jī)是將定子繞組安裝在車體的底部，通過向磁浮列車提供變壓變頻的電源，由車上的短定子產(chǎn)生行波磁場;軌道上安置結(jié)構(gòu)較為簡單的長轉(zhuǎn)子，這種結(jié)構(gòu)多用于直線異步牽引電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)。由于列車通過受流器供電，而高速受流困難使列車運(yùn)行速度、異步電機(jī)的功率因數(shù)及效率均受到限制，因此該系統(tǒng)僅用于低速小功率短距離的電力牽引。長定子直線同步電動機(jī)驅(qū)動的磁浮列車的底部安置有直線電機(jī)的轉(zhuǎn)子，整條軌道上安裝同步電機(jī)的長定子繞組。磁浮列車內(nèi)部對轉(zhuǎn)子的供電簡單，沒有高速受流的困難。采用這種直線同步電動機(jī)驅(qū)動，適合于高速、大功率、長距離的電力牽引。德國和日本均采用這種系統(tǒng)。德國研制了常導(dǎo)吸浮式磁浮列車：由車上常導(dǎo)電流產(chǎn)生的電磁吸引力吸引軌道下方的導(dǎo)磁體，使列車浮起。常導(dǎo)電流比較容易獲得，通常由蓄電池或感應(yīng)式發(fā)電線圈等設(shè)備產(chǎn)生電流，供給同步直線電動機(jī)的轉(zhuǎn)子。但常導(dǎo)系統(tǒng)電磁吸引力相對較小，列車懸浮高度約10mm，故對控制精度的要求很高。日本研制的超導(dǎo)斥浮型磁浮列車是由車上強(qiáng)大的超導(dǎo)電流產(chǎn)生極強(qiáng)的電磁場，該電磁場相對線路側(cè)墻上的8字形導(dǎo)電環(huán)高速移動，使導(dǎo)電環(huán)感應(yīng)出強(qiáng)大的環(huán)流，在8字形下半環(huán)中形成推斥磁場，而上半環(huán)中則形成吸力磁場，使列車懸浮。該懸浮系統(tǒng)是一個(gè)無需反饋控制的穩(wěn)定系統(tǒng)，而且懸浮高度可在10cm左右，從而使控制相對簡單。
3 上海高速磁浮列車的牽引供電系統(tǒng)［1］
上海運(yùn)營的高速磁浮列車是從德國引進(jìn)的tr08型磁浮列車，采用長定子直線同步電動機(jī)和常導(dǎo)吸浮式系統(tǒng)。其牽引供電系統(tǒng)如圖1所示，由高壓變壓器（110kv/20kv）、輸入變壓器、輸入變流器、逆變器和輸出變壓器等主要部件構(gòu)成。
磁懸浮列車牽引供電系統(tǒng)從110kv網(wǎng)壓經(jīng)高壓變壓器變?yōu)?0kv，再由輸入變壓器和輸入變流器變?yōu)?plusmn;2500v的直流電壓。從直流環(huán)節(jié)來的直流電壓，由三相三點(diǎn)式逆變器產(chǎn)生可變頻率（0～300hz）、可變幅值（0～×4.3kv）、可調(diào)相角（0～360°）的三相交流電。磁懸浮列車的牽引變流器有兩種工作模式：
（1）逆變器脈沖寬度調(diào)制的直接輸出模式，是電機(jī)在低頻工作時(shí)的輸出方式，具有0～70hz的開關(guān)頻率。此時(shí)兩套三點(diǎn)式逆變器并聯(lián)，經(jīng)輸出變壓器的初級繞組如圖1所示的連接輸出，這時(shí)輸出變壓器初級繞組相當(dāng)于并聯(lián)用的均衡電抗器，同時(shí)也起到濾波作用。
?。?）變壓器輸出模式，是電機(jī)工作在高頻時(shí)的輸出方式，具有30hz～300hz的開關(guān)頻率。這時(shí)主牽引變流器中的兩套逆變器相串聯(lián)作用于輸出變壓器的原邊，經(jīng)輸出變壓器升壓后輸出。
3.1 輸入變流器
輸入變流器的前級由高壓變壓器和輸入變壓器組成。輸入變壓器由兩個(gè)整流變壓器構(gòu)成，其作用是將高壓網(wǎng)側(cè)電壓通過變壓器二級降壓，然后送至輸入變流器。對于大容量高壓整流變壓器，為了提高整流效率，采用2套6脈沖整流橋組成，每套整流變壓器是由一個(gè)y結(jié)和一個(gè)d結(jié)兩組三相繞組供電。靜止變流器系統(tǒng)采用的是三臺單相三繞組變壓器方案，通過各繞組的規(guī)定連接將其構(gòu)成圖2所示的y/y、d組式整流變壓器的方案，其主要優(yōu)點(diǎn)有：
?。?） 備用容量小，較為經(jīng)濟(jì);
?。?） 單臺容量較小，較易滿足運(yùn)輸對裝置尺寸的要求;
（3） 三個(gè)繞組可以布置在同一鐵心柱上，有助于降低變壓器的諧波損耗。
為了控制中間電路直流環(huán)電壓，以及減小網(wǎng)側(cè)勵磁，系統(tǒng)的每個(gè)整流器采用1個(gè)六脈沖三相全控整流橋和1個(gè)六脈沖三相不可控整流橋串聯(lián)而成，如圖2所示。這樣兩套整流器串聯(lián)，中間點(diǎn)通過高電阻接地（如圖1所示），構(gòu)成三電位的中間電路直流環(huán)。直流環(huán)的電壓是可控的，范圍在2×1500v～2×2500v內(nèi)，額定電流3200a。為得到平滑的直流電流，在中間回路中串有平波電抗器。同時(shí)為防止整流橋和直流環(huán)過電壓，采用了直流側(cè)過電壓保護(hù)。在直流環(huán)中間電路并有放電保護(hù)的晶閘管和大功率電阻，作為直流側(cè)吸收裝置，
以抑制過電壓。另外， 中間電路直流環(huán)中間點(diǎn)通過高電阻接地保護(hù)， 并帶有接地故障顯示。
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