本發(fā)明屬于電機驅(qū)動與控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于城市軌道交通的非對稱永磁直線電機牽引系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

城市軌道交通牽引系統(tǒng)是一種多電機驅(qū)動系統(tǒng)。對于軌道交通牽引系統(tǒng)而言，其控制模式一般可分為以下三種：

(1)車控：一臺牽引變流器控制一節(jié)動車中的全部并聯(lián)電機；

(2)架控：一臺牽引變流器控制一臺轉(zhuǎn)向架上的全部并聯(lián)電機；

(3)軸控：一臺牽引變流器只控制一臺牽引電機。

在城市軌道交通牽引系統(tǒng)中，牽引設(shè)備數(shù)量的增加會帶來如下不利影響：占用更多的車輛底部空間；增加列車自重，從而增加列車的運行能耗；增加牽引系統(tǒng)初期采購成本和后期維護成本。因此，在動力冗余滿足要求的情況下，集中度最高的車控模式應當成為牽引系統(tǒng)的首選。盡管車控模式存在諸多優(yōu)勢，但是永磁直線電機牽引系統(tǒng)并不適宜采用車控模式。與旋轉(zhuǎn)電機牽引系統(tǒng)不同，由于安裝誤差、車輪磨損、鋼軌磨損、電機次級變形以及次級不連續(xù)等原因，永磁直線電機氣隙在列車運行過程中難以保持不變，容易出現(xiàn)氣隙不平衡現(xiàn)象，進而導致反電動勢不平衡，從而威脅牽引設(shè)備的安全。此外，為了降低運行能耗，城市軌道交通牽引系統(tǒng)在高速區(qū)普遍采用惰行運行方式。但是，采用車控模式的永磁直線電機牽引系統(tǒng)在惰行工況下將會出現(xiàn)環(huán)流，環(huán)流的出現(xiàn)不僅增加了永磁直線電機牽引系統(tǒng)在惰行工況下的運行能耗，同樣還嚴重威脅牽引設(shè)備的安全(無次級區(qū)域環(huán)流將顯著增加)。顯然，采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的架控模式同樣不適用于永磁直線電機牽引系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種有效減少了設(shè)備安裝空間，降低運行能耗且避免了環(huán)流的用于城市軌道交通的非對稱永磁直線電機牽引系統(tǒng)。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種用于城市軌道交通的非對稱永磁直線電機牽引系統(tǒng)，包括多個牽引變流器和多個三相永磁直線電機，所述所有牽引變流器中包含的橋臂總數(shù)是永磁直線電機數(shù)量的兩倍加一個，其中一個牽引變流器中的一個橋臂為公共橋臂，所述公共橋臂控制所有永磁直線電機的同一相，所有牽引變流器中的其他橋臂為獨立橋臂，所述獨立橋臂分別控制永磁直線電機中的一相。

進一步，所述每個永磁直線電機的動子位置角相同。有效克服了傳統(tǒng)多電機共用橋臂技術(shù)存在的直流母線電壓利用率減半的問題。

進一步，所述公共橋臂的額定電流是獨立橋臂的四倍。

有益效果：與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

①非對稱控制模式節(jié)約了近四分之一的牽引設(shè)備，減少了設(shè)備安裝空間，減輕了設(shè)備自重，間接降低牽引系統(tǒng)運行能耗，降低了系統(tǒng)維護成本和初次投資成本，提高了永磁直線電機牽引系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性；

②非對稱控制模式中所有牽引電機均可以獨立控制，車控模式中存在的多臺永磁直線電機負載電流不平衡現(xiàn)象可以通過控制手段進行有效抑制，避免了由此造成的牽引設(shè)備過流風險，提高了牽引系統(tǒng)的安全性；

③非對稱控制模式中相繞組在不經(jīng)過牽引變流器開關(guān)器件的情況下無法形成直接回路，從而切斷了環(huán)流生成的通道，從根本上解決了環(huán)流問題，避免了由此造成的牽引設(shè)備過流風險，提高了牽引系統(tǒng)的安全性，同時也降低了牽引系統(tǒng)惰行工況下的運行能耗；

④通過同一動車內(nèi)部四臺永磁直線電機的空間同相位布置，非對稱控制模式克服了傳統(tǒng)多電機共用橋臂技術(shù)存在的直流母線電壓利用率減半的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)在減少牽引設(shè)備數(shù)量的同時不降低直流母線電壓利用率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的系統(tǒng)細節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。

如圖1～2所示，本實施例中提供的城市軌道交通非對稱永磁直線電機牽引系統(tǒng)包含三臺三橋臂牽引變流器和四臺三相初級永磁直線電機；牽引變流器1的橋臂1控制初級永磁直線電機1的A1相；牽引變流器1的橋臂2控制初級永磁直線電機1的C1相；牽引變流器1的橋臂3控制初級永磁直線電機2的A2相；牽引變流器2的橋臂4控制初級永磁直線電機2的C2相；牽引變流器2的橋臂6控制初級永磁直線電機3的A3相；牽引變流器3的橋臂7控制初級永磁直線電機3的C3相；牽引變流器3的橋臂8控制初級永磁直線電機4的A4相；牽引變流器3的橋臂9控制初級永磁直線電機4的C4相；牽引變流器2的橋臂5同時控制初級永磁直線電機1的B1相、初級永磁直線電機2的B2相、初級永磁直線電機3的B3相和初級永磁直線電機4的B4相。橋臂5為公共橋臂，其余橋臂為獨立橋臂。初級永磁直線電機極距比為τ_m/τ_s＝14/12，其中，τ_m為動子極距，τ_s為定子極距，τ_s＝36mm，τ_m＝42mm。本實施例中，取k₁＝k₂＝k₃＝16，k₁，k₂，k₃分別為相鄰兩臺初級永磁直線電機間距所對應的極距倍數(shù)，則每相連兩臺初級永磁直線電機的空間距離為k₁τ_s＝k₂τ_s＝k₃τ_s＝16*36mm＝576mm，即每相鄰兩臺初級永磁直線電機角度差為Δθ₁₂＝Δθ₂₃＝Δθ₃₄＝2k₁π＝2k₂π＝2k₃π＝32π，所以四臺初級永磁直線電機都是同相位的，即每臺永磁直線電機的動子位置角相同；使得任意兩路橋臂之間的串聯(lián)繞組總反電動勢不超過同一直線電機內(nèi)部兩相串聯(lián)繞組總反電動勢，使得非對稱控制模式與傳統(tǒng)對稱控制模式具有相同的直流母線電壓利用率。由于四臺初級永磁直線電機在空間上配置成同相位，為了避免過流現(xiàn)象的發(fā)生，公共橋臂額定電流為獨立橋臂的四倍。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。