CN1214654A - 用于具有长定子－直线磁场电动机的铁路系统的区段转换方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于带有长定子－直线磁场电动机的铁路系统的区段转换方法,该铁路系统包括一机车和一段行驶线路,该方法用于该铁路系统相互衔接的定子之间的电流转接,本发明方法基于一个带有双向供电的传统转换方法。在长定子绕组线路相互衔接的定子区段之间转接电流时,对应于转换区段的且由两上配电站双向供电的区间电缆被分成两段。用这种方法可以使转换区段通过各自的配电站单向供电。由此可以避免在通常转换过程中出现的单面的推力损失。

Description

用于具有长定子-直线磁场 电动机的铁路系统的 区段转换方法
本发明涉及一种用于带有长定子-直线磁场电动机的铁路系统的区段转换方法。在具有这种电动机的铁路系统中，比如磁浮铁路系统，定子绕组以至少一根钢轨状的线路形式沿着行驶线路设置。与长定子(即直线磁场电动机的基本部件)共同作用的次级部件相当于传统电动机的转子，它位于沿轨道运行的机车上。也存在只有一个绕组线路的铁路系统。然而本发明却针对这样的铁路系统，其中有两根平行设置的绕组线路。由于效率和功率需求的原因，每根绕组线路通常被分成若干定子区段(以下简称区段)。每个区段相互间是电分断的，只有当机车驶过时才提供电流。为了使机车能够沿行驶线路持续向前行驶，电流必须从绕组线路的一个不再需要电流的区段向下一紧接着的区段转接。由于高电压这种区段的转接必需无电流地实现。电流从一个区段向前进方向紧接着的下一区段的转接在原理上是这样做的，首先使电流从目前有源的区段上调降下来，即降为零。当此区段处于无电流状态时，就可以实施向下一区段的转接，电流之后又可被调升到原先的数值。因而在调升调降期间对机车驱动只有减小的推力可供利用。而在转接或者说转接操作阶段这些区段是完全无电流的，以至于根本无推力可利用。为了避免推力全部损失，在正在讨论中的铁路系统中，第二长定子或者说第二绕组线路与现有的线路一样被细分成单个区段。第二绕组线路区段对于第一绕组线路区段是错开设置的，以使一个绕组线路相互衔接区段的分段点位于另一绕组线路区段上。对于驱动电流转接的各种区段转换方法是为公众所知的。
在所谓的三步方式中沿着行驶区段总共有三条区间电缆系统。行驶区段驱动范围的区间电缆是由一个配电站(单向供电)或两个配电站(双向供电)供电的。对于机车驱动所必需的绕组线路区段与区间电缆在电路上是连续连接的。一般情况下，当区段转换没有进行的时候，两个相对设置的绕组线路的区段，更准确地说是在机车前进方向左边和右边的绕组线路区段是有源的。在机车通过两个相互衔接的区段的分段点之前，紧靠分段点的下一区段被接通。因此当区段转换时全部电功率，或者说全部推力可以被利用。通过分段点以后位于分段点之前的对于机车驱动不再必需的区段又被断开。这种方法的缺点首先是高“硬件费用”。必须配备三路区间电缆以及在一个配电站内配备至少三台变频器。
由“etz”杂志第108卷(1987)第九期第378至381页上的论文《长定子驱动装置的电能供应》所提供的另外一种为公众所知的转换方法，只具有两路区间电缆。由于缺少第三路区间电缆，而在转换区段期间三个区段被同时通过，三个区段之一得经常保持在无电流状态，这导致了由所在绕组线路产生的100％的最大推力干扰。这种推力干扰起源于，在上述区段转换期间待转接的区段在转接中完全无电流，只有另一绕组线路搭接分段点的区段是有源的。这一点以负冲击形式影响机车舒适性，并在配电站供电网上引起电网波动。
本发明的目的在于，在转换区段过程中降低推力干扰。
本发明的目的是通过权利要求1所述特征来实现的。也是基于双向供电铁路系统来实现的。在双向供电时驱动范围内的区间电缆由两个配电站提供电流，配电站位于区段电缆的两端。在每个配电站里对每条区段电缆都有一变频器。基本的发明构思来自于，双向供电区段电缆在区段转换期间在两个分线路上电气分断，在此其中一个分线路由一个配电站，而另一分线路由另一配电站单独供电。因此对于区段转换时刻共有三个电压源服务于在区段转换时同时处于行驶中均三个区段。通过电缆线股的分开两个配电站在两个待转接的区段上只提供一半电功率(相对于双向供电的全部功率而言)，使得总共有150％的电功率，或者说有200％的最大推力可供使用。
下面借助附图所示对本发明方法作进一步的详细说明，附图中：
图1为简化示出的一行车路线的驱动区域的概示图。
图2至7示出本发明区段转换所必需的步骤。
如图1所示，沿着行驶线路1设置有一左绕组线路L和一右绕组线路R。绕组线路L和R分别被分成可单独供电的定子区段(以下简称区段)ALn,ALn+1…以及ARn,ARn+1…等等。沿行驶线路1配有两根区间电缆KL和KR。这些区段通过中继电缆与相应的区间电缆连接。这种电连接分别通过一馈电开关可断开。右绕组线路R的区段AR相对于左绕组线路L的区段AL以一偏差Xv错置。每四个馈电开关2-5为一组位于一个共同的开关站内。在每个开关站上设置有左绕组线路L的第一对相互衔接的区段ALn,ALn+1和另一右绕组线路R的第二对相互衔接的相对于第一对区段错置的区段ARn,ARn+1在图1中给出了两个开关站S1,S2。在每个开关站内有四个馈电开关，在开关站S1内设置有电源开关2,3,4,5，其中电源开关2,3分配给左绕组线路L的第一对相互衔接的区段ALn,ALn+1，开关4,5分配给右绕组线路R的第二对相互衔接的区段ARn,ARn+1。此外在开关站上还有分段开关6,7，用它们可将区段电缆KL和KR分别隔成分线路TLa,TLb,TRa,TRb。在区段电缆KL和KR的端点位置上设有配电站UW1,UW2，用来对区段电缆KL和KR及与它们相匹配的绕组线路L,R提供双向供电。
本发明方法的执行过程由图2至图7及图表D1给出。为了清楚起见，仅在图1和图2中对实施本发明方法所必需的部分注上附图标记。与某一的方法步骤相关的机车位置在图表D1中通过X1,X2等给出。
在机车F到达行驶线路某个位于分段点8之前的受监控点X1之前，两个区段ALn,ARn是通电的。开关站S1上的馈电开关2,3是闭合的。通过相应的连接导线电流可以从区间电缆KL流向区段ALn，从区间电缆KR流向区段ARn。在此电流通过配电站UW1的一变频器(未示出)和配电站UW2的一变频器(未示出)以双向供电的方式提供。为实现双向供电，区间电缆KL上的分段开关6是闭合的。同样，为实现双向供电，在区间电缆KR上的分段开关7也闭合，同样由配电站UW1和UW2供电。因此上述区段是有源的。机车及其全长总是位于上述区段内。因而全部推力(2×100％=200％)都可用于机车驱动。
当机车到达位置X1时，一个配电站，图示状态为配电站UW2的电流被调降至零。这一过程在图2中用箭头9来表示。在另一配电站UW1上的电流没有变化。在电流调降以及后来的调升过程中应注意，不能超过所允许的最大冲击，即所允许的机车最大的正或负的在单位时间内的加速度变化(冲击界限)。与通常的转换过程相反在转换区段上的区段没有完全失去电流，只要此区段仍然与机车相互作用，供电流就只减少到50％。因此，推力在相关区段上相对于通常转换过程中100％的减少，只减少50％。由于第二个绕组线路R的行驶区段ARn是完全有源的，在X2点上两个区段ALn,ARn的推力和为150％。如同还要指出的那样，这一值在转换区段的其它进程中没有减少。
作为下一进程分段开关6被断开，区间电缆KL被电分断成两个分线路TLa和TLb(如图3所示)。馈电开关4被闭合，使区段ALn+1通过分线路TLb与配电站UW2连接。在电源开关4闭合后配电站UW2的电流又被调升到原始值(在图4中用箭头10表示)。在调升过程结束时机车F到达X4点。机车全长仍在区段ALn之间，ALn通过分线路TLa由配电站UW1供电(单独供电)。而紧挨分段点8的ALn+1由UW2单独供电。
在下面的进程中机车F驶进区段ALn+1的作用范围(见图4)，并以相等的比例离开前面的区段ALn，在此对应于区段ALn的有效机车长度减少，而对应于区段ALn+1的有效机车长度增加。与区段ALn共同作用所产生的推力持续减小，而与区段ALn+1共同作用所产生的推力加大(参见图表D1·3)。在X5点或者Xm点(在此点机车正好驶过分段点8一半)，所述推力分量一样大。在通过分段点8时推力总是保持恒定不变。在区段ARn上的点X4与X6之间所产生的推力和正好是总推力的150％。
当机车全部驶离ALn时(点X6)，配电站UW1的电流被调降。调降过程结束时区段ALn上无电流。机车F(见图5)的尾端位于点X7。变为无电流的区段ALn通过馈电开关2的断开与分线路TLa分断，而分段开关6则闭合。操作上述开关需要一定的时间，以使机车F的尾端正好位于点X8。两个分线路TLa和TLb此时又相互连接起来。配电站UW1的电流又被调升(在图7中用箭头11表示)。当调升过程结束时机车F的尾端位于点X9。现在区段ALn+1又由两个配电站UW1和UW2供电(双向供电)。两个起作用区段ALn+1和ARn全部是有源的，相应地在每个区段上又以全部推力的200％起作用(参看图表D1·2和D1·3)。
现在的状态就如同区段转换开始时一样。下一待转换区段为ARn和ARn+1。为了进入下一区段转换，为区间电缆KR供电的变频器向下运行，也就是说由配电站UW1向区间电缆KR馈给的电流将减为零。下一步分段开关7将被断开，电源开关5将闭合。区段ARn+1通过分线路TRb与配电站UW2连接。新的区段转换过程开始，其过程与上述过程是类似的。
最小的区段错置可由图表D1·2和D1·3得出。根据区间Xgcx和机车长度LFa得出最小区段错置。区间Xges由分区间XR,XS和XL共同组成。区间XR是在通过冲击限定减小额定推力时所通过的区间(区间X1与X2及X8与X9)。区间XS为在开关时间，即开关操作时间内所经过的行程。区间XL为在配电站电流调升和调降期间机车所经过的区间。
对于本发明的和传统的转换方法来说有一点是共同的，即，在区段转换的任何时候都有一区段不受区段转换。因而产生这样一种构思，即借助这一区段来补偿转接区段的推力损失。一种实现这一推力补偿的可能在于，将不必要的功率储备利用起来，例如利用在常速运行时的功率储备。然而这种推力补偿的可能性有这样的缺点，即特别是在加速阶段(和在车体最优化设计条件下)，所安装的全部变频器功率实际上都是必需的，没有电流储备可利用来进行推力补偿。
另一种可能在于，只要没有进行区段转换，基本上就不利用所有的变频器电流，由此实现功率储备。这种形式的电流储备可以通过采用功率能力更强的变频器来实现。但是其缺点是需要较高的投资费用。第二种实现功率储备的可能性在于，在给定的变频器功率下，在区段转换期间以所能接受的推力减小来减小额定电流。在传统的转换区段过程的操作中，如同上面所叙述的，在一个绕组线路上的推力损失是100％。因此在另一绕组线路上为推力补偿所必需的多余功率可能达到100％，这就意味着每个变频器100％。这样的功率储备要么只通过高的投资费用，要么通过一种不能再忍受的推力降低来实现。按照本发明的混合供电转换过程，在区段转换期间在相关的绕组线路中只有50％的推力损失。这意味着，只需提供50％的附加功率，对于能够以三台变频器代替两台变频器的场合，每台变频器所承担的附加功率仅为33％而非原来的100％。图表D2为区段转换期间通过将额定电流降低到75％时的推力补偿。如同在图表D2·3中所看到的那样，在区段转换期间(点X1至X9)未涉及区段转换的区段ARn上的电流由75％提高到100％。从而总体上产生一个均匀推力为150％(见图表D2·3)。在推力降低总共仅为25％的情况下其均匀推力就如同采用三步转换方法一样，同样达到最佳的乘车舒适性。另一优点在于，闪变现象，即电流和功率的波动现象通过均匀的电网负荷实际上被避免了。图D1：推力形成图D2：推力补偿
Figure A9719326100101

Claims (8)

1．一种用于带有长定子-直线磁性电动机的铁路系统的区段转换方法，该铁路系统包括一机车(F)和一段行驶线路，该方法用于在该铁路系统的定子绕组的前后依次排列的定子区段之间进行电流转接，其具有下列特征：
a)该行驶线路包括一左一右两个定子绕组线路(L,R)，该线路由多个区段(A)，或者说独立绕组，即多个定子区段组成，
b)左绕组线路(L)的区段与右绕组线路(R)的区段是错开设置的，
c)左绕组线路(L)是由一区间电缆(KL)，右绕组线路(R)是由另一区间电缆(KR)来提供区段电流的，
d)第一配电站(UW1)从区间电缆的一端，第二配电站(UW2)从区间电缆的另一端为区间电缆供电，
e)借助于一开关该区间电缆可被分成两个分线路(TLa,TLb)，当电流转接时，或者说区段转换时，其中一分线路(TLa)与一转换区段(ALn)，另一分线路(TLb)与另一转换区段(ALn+1)连接。
2．按照权利要求1所述的方法，在时间上前后依次进行的步骤包括：
a)在机车(F)到达位于绕组线路(L)的两个转换区段(ALn,ALn+1)之间的分段点(8)之前，由两个配电站之一的一个(UW2)提供给第一个首先设置的暂时有源的区段(ALn)的电流被调降，紧接着相应的区间电缆(KL)通过断开分段开关(6)而被分成两个分线路(TLa,TLb)，其中通电的分线路(TLa)与有源区段(ALn)电路连接，
b)无电流的分线路(TLb)与第二区段(ALn+1)电路连接，电流在与无电流的分线路(TLb)相匹配的配电站(UW2)中被调升，
c)当机车(F)驶离位于分段点(8)之前的区段(ALn)时，通过在与其相连的配电站(UW1)中将电流调降，使该区段变为无源，
d)分线路(TLa,TLb)通过分段开关(6)的接通又相互连接起来，在此之前按照步骤c)在配电站(UW1)调降下来的电流又被调升上去，其中，
e)在区段转换所持续的时间内，相对于转换区段(ALn,ALn+1)错置的且搭接分段点(8)的另一绕组线路(R)的区段(ARn)由两个配电站供电。
3．按照权利要求2所述的方法，其具有下列特征：
f)最迟在机车前端到达分段点(8)时，结束步骤(b)的措施。
4．按照权利要求1,2或3所述的方法，其具有下列特征：
g)为绕组线路(L)的第一对相互衔接的区段(ALn,ALn+1)和另一绕组线路(R)的相对于第一对区段错置的第二对相互衔接的区段(ARn,ARn+1)设有一共同的开关站(SL1)，此开关站包括两个设在区间电缆(KL,KR)上的分段开关(6,7)和四个用于控制馈电给这两对区段的馈电开关(2至5)。
5．按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其具有下列特征：
h)第一和第二绕组线路(L,R)的区段(AL,AR)之间的错置大于一辆机车(F)的长度。
6．按照权利要求5所述的方法，其具有下列特征：
i)区段错置至少应与机车全长以及在电流调降调升和开关操作期间以给定的机车速度所通过的线路距离的总和相等。
7．按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其具有下列特征：
j)对于区段转换之间的区域提供一减小的额定电流，其中，
k)这部分电流储备可以被用来提高区段转换期间某个或多个有电流区段的推力分量。
8．按照权利要求7所述的方法，其具有下列特征：
l)区段转换之间的额定电流下降至75％。
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