[发明专利]一种磁浮列车悬浮控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁浮控制装置，尤其是涉及一种磁浮列车悬浮控制器，属于采用电磁悬浮或永磁电磁混合悬浮的悬浮控制器技术。

背景技术

磁浮列车是一种新型的轨道交通运输工具，具有运行噪声低、爬坡能力强、转弯半径小、安全可靠性高、运营维护成本低、造价低等突出特点。它利用电磁吸力使车体悬浮于轨道之上，列车与轨道之间保持无接触状态，克服了两者间的接触磨损，减小了运行阻力。悬浮控制器是实现车辆悬浮的执行机构，它根据悬浮电磁铁与轨道之间的气隙以及电磁铁的垂向运动加速度来改变悬浮电磁铁内部电流的大小,从而调节悬浮电磁铁与钢制轨道之间的吸引力,使磁浮列车保持在8～10mm气隙大小的稳定悬浮状态。经过几十年的技术开发，磁浮列车技术已基本成熟，正在逐步走向商业化生产和运营。

如图1所示，目前，中低速磁浮列车车辆走行部采用四悬浮架或五悬浮架结构。每个悬浮架上左右两侧各有1个电磁铁1。每个电磁铁1由4个线圈组成，两端两个线圈串联在一起由1个悬浮控制器控制，称为一个悬浮点。每个悬浮架的电磁铁1由4个悬浮控制器独立控制。

由于中低速磁浮列车车辆悬浮架结构所限，每个悬浮点对应1个空气弹簧，空气弹簧传递悬浮架和车体之间的作用力。从图1可以看出，当4个悬浮控制器中的任何一个出现故障时，对应的悬浮点将不能实现稳定悬浮，滑橇降落在轨道上，磁浮列车只能减速退出运行。假如五悬浮架结构三节编组的一列磁浮车，每节车有20个悬浮控制器，一列车共有60个悬浮控制器。只要60个悬浮控制器之中的1个出现故障，此列车就要退出运行，并且以故障状态慢速回库维修。这样的状况使得磁浮列车的可用性很差，不能达到商用运营的要求，成为制约磁浮列车进一步发展和应用的瓶颈。解决这个问题的基本途径有两个：一个是从结构上对中低速磁浮列车进行全面改造，使系统能够适应任何一个悬浮控制器故障都能够维持正常运行，如德国TR08系列高速磁浮列车“二托一”式的悬浮架结构。显然这样大规模改造的代价是高昂的，并且改造后会出现车辆结构不再适应原有的线路条件等问题；另一个途径是对悬浮控制器进行冗余设计，使得一个悬浮控制器故障后，另一个悬浮控制器接替故障控制器继续工作，比如每个悬浮点配置两个悬浮控制器。然而此种冗余式设计也有明显的缺点，如悬浮控制器数量增加一倍、成本增加、可靠性低、维护困难等问题以及两者之间通讯、故障判断和工作接管等技术性问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功能优化、占用体积小的磁浮列车悬浮控制器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种磁浮列车悬浮控制器，用于控制磁浮列车电磁铁，其特征在于，包括三个控制单元，分别为第一主控制单元、第二主控制单元和冗余控制单元，其中第一主控制单元与第二主控制单元结构相同，均包括主控制电路、主选通功率开关、为所述主选通功率开关提供功率的主功率变换电路以及为所述主控制电路和主功率变换电路供电的主辅助电源，两个所述的主选通功率开关与电磁铁两端的串联线圈组一一对应连接，

所述的冗余控制单元包括冗余控制电路、两个冗余选通功率开关、功率输出端分别与两个冗余选通功率开关连接的冗余功率变换电路以及为所述冗余控制电路和冗余功率变换电路供电的冗余辅助电源，所述的两个冗余选通功率开关与电磁铁两端的串联线圈组一一对应连接，

第一主控制单元的主选通功率开关的通断同时受第一主控制单元的主控制电路与冗余控制电路控制，第二主控制单元的主选通功率开关的通断同时受第二主控制单元的主控制电路与冗余控制电路控制，两个冗余选通功率开关的通断均受冗余控制电路控制，冗余控制电路分别与两个主控制电路通信，形成冗余控制。

两个所述的主控制电路分别与对应串联线圈组的悬浮传感器连接，所述的冗余控制电路同时与电磁铁两端的串联线圈组的悬浮传感器连接，用以计算串联线圈组所需电流，并控制主功率变换电路或冗余功率变换电路在对应串联线圈组上产生相应大小的电流。

所述的主功率变换电路和冗余功率变换电路均为H型功率变换电路，且均包含全控型功率器件和续流二极管。

所述的全控型功率器件为IGBT或MOSFET。

所述的主选通功率开关和冗余选通功率开关均为全控型电子功率开关。

所述的全控型电子功率开关为IGBT或MOSFET。

所述的主控制电路、冗余控制电路、主功率变换电路和冗余功率变换电路集成在一个箱体中，所述的冗余控制电路和冗余功率变换电路为主控制电路和主功率变换电路的热备份。