用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及高速磁悬浮交通技术领域，尤其涉及一种用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置。


背景技术：

2.由零磁通线圈和超导磁体组成的超导磁悬浮系统具有浮阻比高、悬浮导向自稳定、悬浮间隙大、等优点。由空心推进线圈和超导磁体组成的超导直线同步电机系统具有功率密度高、损耗小、效率高等优点，二者结合组成的磁悬浮电磁推进系统在高速、超高速轨道交通方面具有广阔的应用前景。
3.磁悬浮电磁推进系统中的定子部分即悬浮推进地面模组为一次性长距离、大批量铺设，其工作寿命要求一般与轨道线路相同，即要求地面模组在长期的高压大电流和电磁振动工作环境下具备极高的耐久性和使用寿命，且其耐久性需要在大批量生产、铺设前通过地面试验进行证明。
4.悬浮推进系统地面模组的耐久性试验包括全寿命过程中的电磁振动考核、通流热老化考核、高压绝缘考核及其他环境适应性考核。地面模组在定型批产之前，需要将全寿命运行过程中预计承受的电流温升、电压、振动等载荷以等额或加速老化的形式加载在样机上，并考核模组在全寿命载荷加载过程中绝缘性能、结构性能的变化，以准确评价模组的使用寿命。
5.目前地面模组的耐久性考核试验均为单物理场的串行逐次考核，如先进行全寿命绝缘老化试验，再进行全寿命机械振动试验，再进行全寿命通流温升试验。然而，串行进行的模组寿命考核试验使得模组的考核周期较长，使模组产品的定型所花费的时间和金钱成本较高。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置，能够解决现有技术中的技术问题。
7.本实用新型提供了一种用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置，其中，该装置包括：超导磁体、地面试验台架、变频电源、穿心变压器、高压发生器、连接引线、干式终端和两条被试模组供电电缆，被试地面模组和所述超导磁体相对设置在所述地面试验台架上，所述被试模组供电电缆一端设置所述干式终端，另一端与所述被试地面模组的推进线圈的引出端连接，一条所述被试模组供电电缆的所述干式终端穿过所述穿心变压器与另一条所述被试模组供电电缆的所述干式终端通过连接件连接形成导通的回路，且所述干式终端的连接点与所述高压发生器通过所述连接引线连接，所述变频电源与所述穿心变压器的一条竖边连接，所述被试地面模组的屏蔽壳体和所述被试模组供电电缆的屏蔽层接地。
8.优选地，该装置还包括陪试地面模组和两条陪试模组供电电缆，所述陪试地面模组内部设置有温度检测单元以用于测量所述陪试地面模组内部的温度，所述陪试模组供电
电缆一端设置所述干式终端，另一端与所述陪试地面模组的推进线圈的引出端连接，一条所述陪试模组供电电缆的所述干式终端穿过所述穿心变压器与另一条所述陪试模组供电电缆的所述干式终端通过所述连接件连接形成导通的回路。
9.优选地，所述连接件为螺栓。
10.优选地，所述温度检测单元内埋在所述陪试地面模组的内部导体内。
11.优选地，所述温度检测单元为温度传感器。
12.本实用新型还提供了一种用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置，其中，该装置包括：超导磁体、地面试验台架、变频电源、穿心变压器、高压发生器、连接引线、干式终端和两条被试模组供电电缆，被试地面模组和所述超导磁体相对设置在所述地面试验台架上，所述被试模组供电电缆一端设置所述干式终端，另一端与所述被试地面模组的悬浮线圈的引出端连接，一条所述被试模组供电电缆的所述干式终端穿过所述穿心变压器与另一条所述被试模组供电电缆的所述干式终端通过连接件连接形成导通的回路，且所述干式终端的连接点与所述高压发生器通过所述连接引线连接，所述变频电源与所述穿心变压器的一条竖边连接，所述被试地面模组的屏蔽壳体和所述被试模组供电电缆的屏蔽层接地。
13.优选地，该装置还包括陪试地面模组和两条陪试模组供电电缆，所述陪试地面模组内部设置有温度检测单元以用于测量所述陪试地面模组内部的温度，所述陪试模组供电电缆一端设置所述干式终端，另一端与所述陪试地面模组的悬浮线圈的引出端连接，一条所述陪试模组供电电缆的所述干式终端穿过所述穿心变压器与另一条所述陪试模组供电电缆的所述干式终端通过所述连接件连接形成导通的回路。
14.优选地，所述连接件为螺栓。
15.优选地，所述温度检测单元内埋在所述陪试地面模组的内部导体内。
16.优选地，所述温度检测单元为温度传感器。
17.通过上述技术方案，在每个单一载荷施加过程中仅需考虑由于时间加速而产生的载荷放大系数而不引入其他物理场的耦合影响系数，能够在一次试验中对地面模组在地面试验台完整加载全寿命周期的电磁振动和电压载荷，且模组本体维持实际通流温升的热平衡温度。也就是，本实用新型所述的试验装置能够使地面模组同时进行电磁振动、电压绝缘老化和通流温升耐久性考核的多物理场耐久性试验。并且，本实用新型所述的试验装置能够以很小容量使单个地面模组在地面试验中同时产生高电压和大电流，且所加载的电压、电流频率均可调节，能够同时满足电磁振动所需变频电流和绝缘电老化所需定频电压的施加要求。
附图说明
18.所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了根据本实用新型实施例的一种用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置的示意图。
20.附图标记说明
[0021]1ꢀꢀꢀ
被试地面模组；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
11
ꢀꢀꢀ
被试模组供电电缆；
ꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀ
超导磁体；
[0022]3ꢀꢀꢀ
地面试验台架；
ꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀꢀꢀ
变频电源；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5ꢀꢀ
穿心变压器；
[0023]6ꢀꢀꢀ
陪试地面模组；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
61
ꢀꢀꢀ
陪试模组供电电缆；
ꢀꢀꢀꢀ7ꢀꢀ
高压发生器；
[0024]
71
ꢀꢀ
连接引线。
具体实施方式
[0025]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0027]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0028]
图1示出了根据本实用新型实施例的一种用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置的示意图。
[0029]
其中，地面模组包括作为直线电机定子绕组的高压推进线圈和作为悬浮导向绕组的零磁通线圈(悬浮线圈)。
[0030]
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置，其中，该装置包括：超导磁体2、地面试验台架3、变频电源4、穿心变压器5、高压发生器7、连接引线71、干式终端和两条被试模组供电电缆(高压电缆)11，被试地面模组1和所述超导磁体2相对设置在所述地面试验台架3上，所述被试模组供电电缆11一端设置所述干式终端(其可以进行高压试验)，另一端与所述被试地面模组1的推进线圈的引出端连接，一条所述被试模组供电电缆11的所述干式终端穿过所述穿心变压器5与另一条所述被试模组供电电缆11的所述干式终端通过连接件连接形成导通的回路，且所述干式终端的连接点与所述高压发生器7通过所述连接引线71连接，所述变频电源4与所述穿心变压器5的一条竖边连接，所述被试地面模组1的屏蔽壳体和所述被试模组供电电缆11的屏蔽层接地。
[0031]
具体来讲，超导磁体用于提供稳定的背景磁场，被试地面模组与超导磁体相互作用产生电磁振动力。变频电流源连接穿心变压器原边，被试模组供电电缆形成的回路穿过
空心变压器作为副边，通过无接触感应供电方式将变频激励电流加载到推进线圈回路中。通电推进线圈相对超导磁体产生与实际工况相同的电磁振动幅值、频率，即可使被试地面模组在地面试验台上完成全寿命周期电磁载荷的加载考核试验。将高压发生器通过高压连接引线连接至两条高压电缆干式终端的电气连接点上，使推进线圈与高压电缆全回路形成等电位的高压形态，同时将被试地面模组外表面屏蔽壳体及电缆表面屏蔽层接地，即可使导体与模组壳体之间形成稳定电压差，并对模组-电缆主绝缘结构进行耐久性考核(在试验过程中考核主绝缘在电磁振动情况下的绝缘性能，同时还可以监测长期电磁振动及导体温升情况下供电回路的局部放电情况，明确主绝缘的劣化情况)。
[0032]
也就是，可以对被试地面模组的推进线圈同时进行电磁振动和绝缘电老化试验。
[0033]
通过上述技术方案，在每个单一载荷施加过程中仅需考虑由于时间加速而产生的载荷放大系数而不引入其他物理场的耦合影响系数，能够在一次试验中对地面模组在地面试验台完整加载全寿命周期的电磁振动和电压载荷，且模组本体维持实际通流温升的热平衡温度。也就是，本实用新型所述的试验装置能够使地面模组同时进行电磁振动、电压绝缘老化和通流温升耐久性考核的多物理场耐久性试验。并且，本实用新型所述的试验装置能够以很小容量使单个地面模组在地面试验中同时产生高电压和大电流，且所加载的电压、电流频率均可调节，能够同时满足电磁振动所需变频电流和绝缘电老化所需定频电压的施加要求。
[0034]
根据本实用新型一种实施例，该装置还包括陪试地面模组6和两条陪试模组供电电缆61，所述陪试地面模组6内部设置有温度检测单元以用于测量所述陪试地面模组6内部的温度，所述陪试模组供电电缆61一端设置所述干式终端，另一端与所述陪试地面模组6的推进线圈的引出端连接，一条所述陪试模组供电电缆61的所述干式终端穿过所述穿心变压器5与另一条所述陪试模组供电电缆61的所述干式终端通过所述连接件连接形成导通的回路。
[0035]
也就是，同样通过穿心变压器感应供电的方式，对另一结构形态相同，但内部导体内埋温度传感器的陪试地面模组提供与被试地面模组相同的激励电流，并监控内部导体的温升情况。由于结构形态和负载电流相同，陪试模组导体温升与被试模组温升一致。
[0036]
此外，该温度监测可同时反馈至地面试验台环境制冷系统，通过对地面模组环境制冷系统的温控调节，使地面模组在长期地面电磁振动考核时能够达到不超过绝缘允许上限的热稳态。更具体地，可以根据陪试地面模组提供的内部通电流导体温升数据调整试验台冷却散热环境温度，使被试地面模组与陪试地面模组在相同散热条件下运行，且还可以使被试地面模组导体温度达到其实际长期使用的最高热稳定温度进行导体-绝缘结构的热老化考核。
[0037]
由此，可以在被试地面模组电磁振动耐久性试验中对被试地面模组内部导体进行温度监测并实施温度控制，以避免长期电磁振动过程中内部导体通流时间过长、温度超过绝缘允许上限而发生损坏。即，可以对被试地面模组的推进线圈在进行电磁振动、绝缘电老化试验的同时进行热老化试验。
[0038]
其中，穿心变压器5的数量可以为2个，一个用于被试地面模组1，另一个用于陪试地面模组6，如图1所示。
[0039]
根据本实用新型一种实施例，所述连接件为螺栓。
[0040]
根据本实用新型一种实施例，所述温度检测单元内埋在所述陪试地面模组6的内部导体内。
[0041]
由此，可以更好地监测被试地面模组内部导体温度。
[0042]
根据本实用新型一种实施例，所述温度检测单元为温度传感器。
[0043]
上述关于螺栓和温度传感器的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本实用新型。
[0044]
本实用新型实施例还提供了一种用于磁悬浮电磁推进系统地面模组的试验装置，其中，该装置包括：超导磁体、地面试验台架、变频电源、穿心变压器、高压发生器、连接引线、干式终端和两条被试模组供电电缆，被试地面模组和所述超导磁体相对设置在所述地面试验台架上，所述被试模组供电电缆一端设置所述干式终端，另一端与所述被试地面模组的悬浮线圈的引出端连接，一条所述被试模组供电电缆的所述干式终端穿过所述穿心变压器与另一条所述被试模组供电电缆的所述干式终端通过连接件连接形成导通的回路，且所述干式终端的连接点与所述高压发生器通过所述连接引线连接，所述变频电源与所述穿心变压器的一条竖边连接，所述被试地面模组的屏蔽壳体和所述被试模组供电电缆的屏蔽层接地。
[0045]
也就是，可以对被试地面模组的悬浮线圈同时进行电磁振动和绝缘电老化试验。
[0046]
通过上述技术方案，在每个单一载荷施加过程中仅需考虑由于时间加速而产生的载荷放大系数而不引入其他物理场的耦合影响系数，能够在一次试验中对地面模组在地面试验台完整加载全寿命周期的电磁振动和电压载荷，且模组本体维持实际通流温升的热平衡温度。也就是，本实用新型所述的试验装置能够使地面模组同时进行电磁振动、电压绝缘老化和通流温升耐久性考核的多物理场耐久性试验(多场耦合耐久性试验)。并且，本实用新型所述的试验装置能够以很小容量使单个地面模组在地面试验中同时产生高电压和大电流，且所加载的电压、电流频率均可调节，能够同时满足电磁振动所需变频电流和绝缘电老化所需定频电压的施加要求。
[0047]
根据本实用新型一种实施例，该装置还包括陪试地面模组和两条陪试模组供电电缆，所述陪试地面模组内部设置有温度检测单元以用于测量所述陪试地面模组内部的温度，所述陪试模组供电电缆一端设置所述干式终端，另一端与所述陪试地面模组的悬浮线圈的引出端连接，一条所述陪试模组供电电缆的所述干式终端穿过所述穿心变压器与另一条所述陪试模组供电电缆的所述干式终端通过所述连接件连接形成导通的回路。
[0048]
由此，可以对被试地面模组的推进线圈在进行电磁振动、绝缘电老化试验的同时进行热老化试验。
[0049]
根据本实用新型一种实施例，所述连接件为螺栓。
[0050]
根据本实用新型一种实施例，所述温度检测单元内埋在所述陪试地面模组的内部导体内。
[0051]
根据本实用新型一种实施例，所述温度检测单元为温度传感器。
[0052]
对被试地面模组的悬浮线圈的试验过程与推进线圈的试验过程类似，可以参考上述对推进线圈的描述，在此不再赘述。
[0053]
在本实用新型中，在进行多场耦合耐久性试验时，可以预先计算出地面模组全寿命周期内所承受高电压时长、频率，交变电磁振动时长、频率以及最高温度环境下连续运行时的导体最高温度。然后根据绝缘电老化的加速老化原理及加速系数、结构振动疲劳加速
老化原理及加速系数，计算可以在相同时间内完成全寿命周期电磁载荷和电压加载的耐久性试验时间及对应的加载电压、电流。具体的计算过程可以采用现有技术中已有的方式，为了不混淆本实用新型，在此不再赘述。
[0054]
从上述实施例可以看出，以推进线圈为例，本实用新型所述的试验装置相比于现有技术至少具有以下优点：
[0055]
1)通过穿心变压器以互感形式提供地面模组激励电流，可以通过提高原边与副边的匝数比降低电流源的输出电流幅值，从而降低电流源回路的整体电阻损耗。激励电流供电回路负载仅为单一推进线圈阻感负载，所需变流器容量极小；
[0056]
2)供电电压源以单点连接形式连接在推进线圈回路上，使推进线圈整体不体现电压差的同时能够对模组接地表面形成高电压差，且由于是单点连接，在主绝缘不发生破损情况下高压发生器与推进线圈回路的连接电路电流极小，可以忽略不计，因此所需高压发生器容量也较小；
[0057]
3)由于高压发生器仅对推进线圈回路提供等电位的高电压而不提供电流，因此即使电老化试验电压与电磁振动所需激励电流频率不同，高压发生器也不会通过穿心变压器对激励电流源产生额外干扰。同样的，由于单一推进线圈回路阻感参数极小，激励电流在线圈回路产生的感应电压相比电老化试验电压小2个以上数量级，因此激励电流也不会对高压发生器产生电压干扰；
[0058]
4)陪试地面模组的存在可以在不破坏被试模组主绝缘的条件下等效监测被试模组导体温升并进行环境控制，可以使模组本体在长期电磁振动和电老化考核的同时，模组内部导体温度在设计温度上限处实现热稳定，将热老化同时引入耐久性考核试验中；
[0059]
5)多场耦合耐久性试验可以将原本串联进行的三项试验在一次试验考核中完成，且无任何耦合影响系数的参与，能够以最短时间对模组施加最真实的耐久性试验工况。
[0060]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0061]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0062]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
[0063]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。