[发明专利]一种中低速磁浮列车双磁铁悬浮模块用三桥臂悬浮斩波器

说明书

技术领域

本发明涉及中低速磁浮列车单悬浮模块中双磁铁电流控制实现装置，也涉及磁浮列车悬浮控制技术与电力电子技术。

背景技术

在目前的中低速磁浮列车中，有三转向架结构和五转向架等几种结构。每个转向架有四个悬浮控制点，通过转向架的机械解耦，悬浮控制点之间机械耦合较小，运动相对独立。每个悬浮控制点可以作为一个独立的单点悬浮系统，单点悬浮系统也称为单悬浮模块。每一个悬浮模块由一套悬浮传感器、一套悬浮控制器、两个悬浮电磁铁和一套悬浮斩波器构成。

对于单悬浮模块来说，悬浮传感器和悬浮控制器用于检测悬浮间隙值以及悬浮电磁铁的加速度，并且根据检测回来的间隙和加速度值对悬浮电磁铁的期望电流值（悬浮斩波器电流给定值）进行计算。对单悬浮模块来说，它的两个悬浮电磁铁的给定电流只有一个。悬浮斩波电路根据给定电流值对电磁铁电流进行实现。

悬浮斩波电路通常采用双桥臂电路，由于电磁铁电流单向流动，桥臂采用开关管与二极管串联结构，桥臂的两端连接输入电源，桥臂二极管与开关管串联处，也称输出端，连接电磁铁一端。两桥臂中一个桥臂开关管在上二极管在下，称上桥臂，上桥臂开关管开通，电磁铁一端与电源正极相连；一个开关管在下二极管在上，称下桥臂，下桥臂开关管开通，电磁铁另一端与电源负极相连。上下桥臂同时导通，则电感承受电源电压，电感电流增加，上下桥臂同时关断，则电感电流通过二极管流动，电感承受反向电源电压，电感电流减小，如果只有一个开关管导通，电感会通过另一桥臂二极管与开通的开关管进行续流。通过控制上下桥臂开关管的开通与关断，就可以控制电磁铁电流的大小。理论分析表明电磁铁电流与开关管开通的总时间或者占空比之和成正比。

由于电磁铁具有两个，目前采用两种方法对电磁铁电流进行控制：（1）双磁铁串联方案：将两个悬浮电磁铁串联后使用一套悬浮斩波电路和一套电流控制单元，对串联悬浮电磁铁电流进行控制，悬浮斩波器由一套悬浮斩波电路和一套电流控制单元构成；（2）电磁铁独立控制方案：两个悬浮电磁铁各自独立，使用两套悬浮斩波电路和两套电流控制单元分别对两个悬浮电磁铁进行电流控制，悬浮斩波器由两套悬浮斩波电路和两套电流控制单元构成。

对于串联电磁铁使用一套悬浮斩波电路的方法来说，系统比较简单，但是由于电磁铁串联，使得电磁铁电感比单独控制方案下增大一倍，所以电流的变化速度在同样的输入电压下，减小一倍。对悬浮控制系统来说，电流变化的快慢，反映了悬浮力变化的快慢，电流变化越快，表明悬浮系统的动态特性越好。从这个角度来说独立控制的方案在悬浮系统的性能上优于串联电磁铁的方案，但独立控制意味着增加一套悬浮斩波电路和一套电流控制单元。

本专利提出一种基于三桥臂悬浮斩波器，用于控制双电磁铁结构单悬浮模块。三桥臂斩波电路在双桥臂悬浮斩波电路中增加一个桥臂，并且将桥臂分为公共桥臂和独立桥臂，公共桥臂连接电磁铁同名端，可以达到对双电磁铁独立控制的要求。为了对三桥臂进行控制，增加了三桥臂脉冲分配单元，并给出了脉冲分配的方法。这种方案动态性能与独立方案相当，但与串联控制相比硬件上仅需要增加一个桥臂，在实际中通常为一个IGBT模块或者开关模块。三桥臂脉冲分配单元可以通过软件或者硬件电路模块实现，硬件负担不增加或增加不多。这种方案有利于在保证悬浮系统性能的情况下，对悬浮控制系统进行小型化和轻量化。

发明内容

本发明的目的是提供一种中低速磁浮列车双磁铁悬浮模块用三桥臂悬浮斩波器，应用于中低速磁浮列车悬浮系统，使之客服现有技术的以上不足，实现对双电磁铁电流的控制，避免使用两套斩波器或者通过串联牺牲电流的动态特性具有结构优化，性能优良的的优点。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种中低速磁浮列车双磁铁悬浮模块用三桥臂悬浮斩波器，用于控制双电磁铁结构单悬浮模块，主要由悬浮斩波电路、电磁铁电流控制单元和桥臂脉冲分配单元组成，其中悬浮斩波电路由三组桥臂构成，每一桥臂由二极管与开关管串联组成，其中公共桥臂的开关管与二极管上下位置与其余两桥臂相反，每一桥臂两端与输入电源进行连接，公共桥臂二极管与开关管串联处与两个悬浮电磁铁的同名端相连，其余两个桥臂二极管与开关管串联处分别与两个悬浮电磁铁的另一端相连;相应的，桥臂脉冲分配单元为三桥臂脉冲分配单元。