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相比轮轨列车,磁悬浮列车具有噪声小、爬坡能力强、转弯半径小等优点。而在城市轨道交通中,中低速磁浮列车是一种非常有竞争力的公共交通方式。本文所研究的中低速磁浮列车悬浮斩波器,即是控制磁浮列车悬浮高度的关键器件。 本文结合同济大学“中低速磁浮实验线的斩波器优化”项目开展,通过采用新的器件及新的电路结构。以实现斩波器在体积、重量和效率方面的优化。 文章从分析现有上海临港中低速磁浮列车悬浮斩波器主电路结构入手,通过原理和仿真分析,发现其存在的问题。其一,斩波器母线电容无法放电,当斩波器突然断电停止工作后,悬浮电磁铁中的能量转移到母线电容上,导致电容电压升高。因此要选用高压母线电容和功率器件,且所需母线电容容量很大。其二,采用同型号的主接触器和充电接触器,增加了斩波器的体积和重量,同时也使成本上升。其三,斩波器使用1200VIGBT模块作为开关器件,损耗大,采用风扇强迫通风散热,导致噪声大。其四,在电气连接上,斩波器内部全部使用导线连接,不便于生产和维护。 针对现有斩波器存在的问题,以减小斩波器体积和重量,降低工作噪声,提升效率和稳定性为目的,对斩波器主电路进行优化设计,并通过仿真进行验证。优化设计主要有以下四点内容,第一,用斩波开关电路取代充电接触器,实现斩波器启动充电控制和输入过流保护;第二,增加母线放电回路,释放突然停电时电时电磁铁转移到中间母线电容上的能量;第三,采用650V的MOSFET开关管作为功率开关器件,取代1200V的IGBT,减小开关损耗;第四,由于发热减小,从而省去风扇,减小了整机噪声。 基于以上的理论和仿真分析,对斩波器进行硬件设计。按功能将硬件电路分为主电路、控制电路两部分,并分别介绍其硬件设计。优化后的悬浮斩波器硬件电路,在器件上做到了小型化,高效率。电路结构上采用插针直接连接,简化接线,同时提高可靠性。 最后,通过实验环节检验硬件设计,并对实验结果进行分析。对比现有斩波器,体积减小50%,重量减小到23%,无风扇,无噪音,从而证明优化后斩波器达到预期的设计目标。