[发明专利]一种长定子直线电机定子段并联供电连接电路及其开关切换方法

说明书

本发明提供一种长定子直线电机定子段并联供电连接电路及其开关切换方法，电机定子段通过双向晶闸管组成的开关与变流器连接，将由同一变流器供电、并且按顺序通电断电的定子段的中性点相连接；在电机动子离开某一定子段时，发送关断信号给与该定子段连接的各相双向晶闸管，根据每一相电流过零关断的先后顺序，同时依次开通与下一个定子段相连接的同一相的各相开关；当一台变流器为多段电机定子段供电或多台变流器分别为不同的电机定子段供电时，该电路和切换方法均具有定子段供电切换过程中变流器输出电流和馈入电缆中的电流平稳无突变，定子段开关关断时电流平稳无畸变，定子段开关闭合时电流无冲击的优势。

技术领域

本发明涉及属于电机领域，具体涉及一种长定子直线电机定子段并联供电连接电路及其开关切换方法。

背景技术

直线电机相较于旋转电机，具有结构简单、反应速度快、跟踪效果好的优点，可广泛应用于直线驱动领域，如磁悬浮列车、电磁推进加速系统、车辆高速碰撞测试系统、航空航天等高速载运系统的零部件地面测试系统等。通常直线电机分长电枢直线电机和短电枢直线电机两类，短电枢直线电机的代表应用是中低速磁悬浮列车，通过弓网或第三轨将地面的直流电传输到车辆上，电压电流和频率变换后为车载电枢供电，驱动列车运行。长电枢直线电机的典型应用是高速磁悬浮列车系统，如德国TR系列磁悬浮列车、日本超导磁悬浮列车等，长电枢定子布置在地面的轨道上，地面变流器输出的交流电通过开关馈入电枢绕组，地面电枢的总长度就是列车线路轨道的长度。长定子电枢直线电机动子(布置在列车下部)远比固定在轨道的定子电枢短，如果将定子全部通电，有效区域所占比例非常小，效率很低、功率因数很小，对供电变流器容量要求高、造价昂贵。通常在应用时将带电枢的电机长定子进行分段，每段称为定子段。地面变流器输出的交流电通过馈电电缆、切换开关，然后馈入定子段。在电机动子附近的定子段进行供电，其余定子段不供电，根据电机动子的移动过程给相应定子段切换供电。这样可以有效提高系统效率、降低单个变流器电压和电流等级。

目前常用的直线电机定子段供电方式有串联供电方式和并联供电方式两种。串联供电方式是，多台沿线路布置的定子段的电枢绕组通过开关和中间母线串联联接起来，然后接入供电变流器；驱动电机动子运行时，控制连接定子段的开关顺序闭合或断开，变流器以交替切换的方式为顺序布置的定子段供电。每切换一次时，就把电机动子离开的定子段断电、电机动子所在的定子段或电机动子即将进入的定子段通电。这种定子段串联的供电方式要求变流器系统的电压等级很高、串联在一起的电机定子电枢绕组的耐压水平、开关的耐压水平、馈电电缆的耐压水平等都很高，使用的馈电电缆、开关的数量很多，当串联在一起的一个定子段或一组开关出现故障，一串定子段都要退出工作，容错性较差。文献《一种考虑电流过零的直线电机分段供电策略》(张明元[J]海军工程大学学报,2019,31(04):11-16)将分段串联供电的直线电机应用于快速电磁驱动系统中。中国发明专利CN110912493 A《用于感应直线电机的分段供电系统》提出一种改进的串联供电连接方式，通过增加供电母排，减少切换开关数量。

并联供电方式是数台沿线路布置的直线电机定子段的电枢绕组通过开关直接接入变流器的输出端，以交替的方式为顺序布置的直线电机定子段供电。并联供电方式中，单个变流器的电压等级低，即使有一个定子段切换失败，其余定子段仍可以正常运行，容错性高。此供电方式相较于串联供电，在大功率、高速度电磁驱动场合具有更大优势。

通常的并联供电方式定子绕组中性点独立，开关通常采用高压、大电流的晶闸管组成，并联供电可采用过零关断策略。但是，当一相电流过零，该相断开时，电路发生变化，其余相电流发生波形改变，电流产生畸变，不再按照原有关断顺序依次关断，导致关断时间变长。在开通时至少两相开通，电路回路才有电流，无法做到单独开通一相电路，电流超调量增加，电流谐波增多，难以实现独立控制各相电路开通时刻从而减少电流超调、降低切换过程中产生的大量谐波。同时，对变流器输出电压、电机绕组容许电流要求较高，系统成本较大。

发明内容