DE19806563C1 - Antriebsabschaltvorrichtung für Magnetbahnen mit synchronem Langstatorantrieb - Google Patents

Abstract

Es wird eine Antriebsschaltvorrichtung für Magnetbahnen mit synchronem Langstatorantrieb vorgestellt, die eine Umrichtereinheit (6), eine Antriebs-, Regel- und Steuereinrichtung (8) sowie Abschaltmittel (5, 7) zur betrieblichen Abschaltung des Stators (4), der Einspeisestrecke (1) und des Unterwerksausgangs (2a) umfaßt. Um mit geringerem Aufwand ein sicheres Abschalten mit kurzen Abschaltzeiten zu erzielen, wird vorgeschlagen, im Unterwerksausgang (2a) Mittel (14) zum raschen Kurzschließen des Streckenabschnittes bei unzulässig hohem Strom vorzusehen. Vorteilhafterweise werden hierzu Kurzschlußschalter mit eigenem Überstromauslöser vorgesehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsabschaltvorrich­ tung für Magnetbahnen mit synchronem Langstatorantrieb, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Bei Magnetbahnen besteht das Antriebssystem aus verschiedenen Komponenten, die entlang des Fahrweges angeordnet sind. Diese Antriebskomponenten werden entsprechend dem Fahrbetrieb zu Antriebseinheiten zusammengeschaltet. Eine Antriebseinheit bleibt dabei so lange unverändert konfiguriert, wie sich ein Fahrzeug in ihrem Antriebsbereich befindet. Eine Antriebsein­ heit besteht aus einer Antriebsstrecke und, abhängig vom Speiseverfahren, einem oder mehreren Antriebsblöcken, die in sog. Unterwerken untergebracht sind. Diese befinden sich ne­ ben dem Fahrweg und haben zueinander einen bestimmten Ab­ stand. Eine Antriebsstrecke enthält zwei in mehrere Ab­ schnitte unterteilte Langstatoren, entsprechend viele Schalt­ stellen, Streckenkabel und Streckenschaltanlagen. Der An­ triebsblock umfaßt eine Umrichtereinheit, Motorregelung und -steuerung sowie diverse Elemente zur Antriebsabschal­ tung. Im folgenden wird auf die Antriebsabschaltung eines Streckenabschnittes Bezug genommen. Es wird davon ausgegan­ gen, daß die Einspeisung über entsprechende Eingangstrafos erfolgt, die in der Regel eine Spannung von 20 kV bei 50 Hz erzeugen.

Nachdem Magnetbahnsysteme einerseits vollautomatisch operie­ ren, andererseits durch den berührungsfreien Antrieb theo­ retisch beliebig große Kräfte in den Fahrweg einleiten und diesen dadurch schädigen können, leitet sich hieraus die For­ derung ab, den Antrieb bei Fehlfunktionen oder bei Unterbre­ chungen im automatischen Überwachungssystem sicher abschalten und die Antriebskraft sicher begrenzen zu können. Da syn­ chrone Langstatorantriebe in Abhängigkeit von der Fahrzeug­ geschwindigkeit mit Frequenzen von 0 bis 300 Hz betrieben werden, müssen dementsprechend auch hohe Ströme in diesem Frequenzspektrum sicher abgeschaltet werden.

Antriebsabschaltvorrichtungen nach dem Stand der Technik sind beispielsweise in dem Artikel "Die Stromversorgung für den TRANSRAPID 06" der Zeitschrift "Elektrische Bahnen" (79. Jahrgang, 1981, Heft 8, Seiten 295-300) oder in dem Auf­ satz "Langstator-Antriebstechnik, Theoretische Grundlagen zur Motorberechnung" v. Rolf Hellinger, abgedruckt in ZEV + DET Glasers Annalen 118/1994 (Nr. 1, Januar, Seiten 7 bis 12) be­ schrieben. Sie enthalten einerseits einen nicht sicheren Pfad zur Begrenzung der maximalen Kraftwirkung und andererseits einen sicheren Pfad zur sicheren Abschaltung des Antriebs. Als Kurzschlußschutz dient ein im Gleichstromzwischenkreis der Umrichter angeordneter schneller Trennschalter, der bei Kurzschlüssen den Schutz der Geräte im Zwischenkreis und der Gleichrichteranlage übernimmt. Im Bedarfsfall lassen sich die Gleichrichter mit Hilfe des Trennschalters im stromlosen Zu­ stand vom Gleichspannungszwischenkreis trennen.

Die erstgenannte Schrift weist die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 auf; in der zweiten Schrift ist das Problem des Kurzschlußstromes angesprochen.

Der prinzipielle Aufbau einer solchen bekannten Antriebsab­ schaltvorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. In der Prinzip­ schaltung sind mit 1 die Einspeisestrecke, mit 2 das Stre­ ckenkabel, mit 3 das Fahrzeug und mit 4 ein Langstator be­ zeichnet. Die Einspeisung erfolgt üblicherweise mit 20 kV 50 Hz. Die aus betrieblichen Gründen vorhandenen Meß- und Schalteinrichtungen zur Begrenzung der maximalen Kraftwirkung umfassen Einspeiseschaltmittel 5, eine Umrichtereinheit 6 mit Trafos, Gleichrichter, Zwischenkreiswechselrichter und Stro­ merfassungen, ausgangsseitig der Umrichtereinheit 6 ange­ ordnete Streckenabschaltmittel 7 sowie eine Antriebs-Rege­ lung-/Steuerungseinheit 8, welche die vorgenannten Einrich­ tungen sowie ebenfalls betrieblich notwendige Statorabschalt­ mittel 9 bedient.

Nachdem die vorgenannten Meß- und Schalteinrichtungen zur be­ trieblich bedingten Abschaltung des Antriebs genutzt werden, können diese Schalteinrichtungen auf der Antriebsseite prin­ zipbedingt keine sichere Abschaltung gewährleisten. Zur si­ cheren Abschaltung sind deshalb weitere Zusatzeinrichtungen vorhanden. Im einzelnen sind dies weitere, sichere Einspeise­ abschaltmittel 10, weitere sichere Abschaltmittel 11, aus­ gangsseitig der Umrichtereinheit Stromerfassungsmittel 12, sowie ein Rechner 13. Die Stromerfassungsmittel 12 dienen zur sicheren Kontrolle des Stromnullganges. Aus Sicherheitsgrün­ den sind insbesondere die Abschaltmittel 10 und 11 mindestens doppelt (redundant) vorhanden; die Stromerfassungsmittel 12 sind ebenfalls mehrfach vorhanden.

Da die sicheren ausgangsseitigen Abschaltmittel 11 nur dann sicher trennen können, wenn der Umrichterzwischenkreis der Umrichtereinheit 6 entladen ist, muß die eigentliche sichere Abschaltung auf der Seite der Einspeisung erfolgen. Da die Notwendigkeit für eine sichere Abschaltung jedoch auch Ursa­ chen haben kann, die außerhalb des Antriebs liegen können (z. B. Funklücken etc.), möchte man in der Regel eine Abschal­ tung der Umrichter auf der Seite der Einspeisung vermeiden, u. a. nachdem eine Wiederaufrüstung nach einem Abschaltvorgang mehrere Minuten beanspruchen würde, was zu Betriebsstörungen führen kann. Deshalb kann optional eine sichere Stromnullkon­ trolle über die Stromerfassungsmittel 12 erfolgen, die eine sichere Abschaltung so lange unterbindet, wie der Strom ord­ nungsgemäß Null ist. Der Abschaltvorgang, der im Rechner 13 softwaremäßig hinterlegt ist, um durch fehlerhafte Abläufe verursachte Schädigungen an den Geräten zu verhindern, dauert aber vergleichsweise lange (ca. 1 sec). Zuerst ist nämlich die Einspeisung abzuschalten, dann ist der Zwischenkreis zu entladen, anschließend sind die ausgangsseitigen Abschaltmit­ tel 11 zu öffnen.

Die aufgezeigte Antriebsabschaltvorrichtung hat verschiedene Schwächen. Verbunden mit den bereits angesprochenen, ver­ gleichsweise großen Abschaltzeiten sind unzulässige Kraft­ wirkungen nicht sicher auszuschließen. Im Falle einer Ab­ schaltung müßte deshalb jeweils eine Bauwerksprüfung des Fahrweges erfolgen. Bei einem Verzicht auf die Stromerfassung würden sich außerdem erhebliche betriebliche Einschränkungen ergeben. Bei Einsatz der Stromnullkontrolle dagegen bedarf es außerdem eines höheren Aufwandes an Hardware.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Auf­ gabe zugrunde, demgegenüber eine verbesserte, sichere An­ triebsabschaltvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.

Erfindungsgemäß sind im Ausgangsstreckenabschnitt 2a der Um­ richtereinheit Mittel 14 zum raschen Kurzschließen des Strec­ kenabschnittes bei unzulässig hohem Strom vorgesehen. Vor­ teilhafterweise kommen Kurzschlußmittel 14 mit eigenem Über­ stromauslöser zum Einsatz.

Die erfindungsgemäße Antriebsabschaltvorrichtung ist in Fig. 2 im Prinzip aufgezeigt, wobei gleiche Bauteile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Aus Sicherheitsgründen sind die Kurzschlußmittel 14 mit Über­ stromauslöser wieder doppelt vorhandenen. Wird von den Kurz­ schlußmitteln 14 ein unzulässig hoher Strom erkannt, so wird unverzüglich (innerhalb einiger Millisekunden) ein Kurzschluß erzeugt. Dieser Kurzschluß bewirkt, daß die Umrichtereinheit 6 nur noch auf den Kurzschluß, nicht jedoch über den Langsta­ tor 4 auf das Fahrzeug speisen und auf dieses somit keine An­ triebswirkung mehr aufbringen kann. Weitere Vorteile dieser Ausführung sind, daß keine unzulässigen Kraftwirkungen mehr auftreten können, daß der Umrichter auf der Seite der Ein­ speisung in Betrieb bleiben kann und daß das Fahrzeug brem­ send auf den Kurzschluß speist. Die Kurzschlußmittel 14 kön­ nen vorteilhafterweise zusätzlich separat ausgelöst werden, wenn aus diversen anderen Sicherheitsgründen der Antrieb ab­ geschaltet werden soll. Die Abschaltmittel 11 sind vorteil­ hafterweise nach wie vor vorgesehen, um durch Unterbrechung des Kurzschlußstromes die Bremswirkung des Fahrzeuges zu un­ terbinden; sie brauchen aber nicht zwingend zweifach vorhan­ den zu sein.

Claims (4)

1. Antriebsabschaltvorrichtung für Magnetbahnen mit synchro­ nem Langstatorantrieb, enthaltend eine Umrichtereinheit (6), eine Antriebs-, Regel- und Steuereinrichtung (8) und Ab­ schaltmittel (5, 7) zur betrieblichen Abschaltung des Stators (4), der Einspeisestrecke (1) und des Ausgangsstreckenab­ schnittes, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangsstreckenabschnitt (2a) der Umrichtereinheit (6) Mittel (14) zum raschen Kurzschließen des Streckenabschnittes bei unzulässig hohem Strom vorgesehen sind.

2. Antriebsabschaltvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß als Mittel mindestens ein Kurzschlußschalter mit eigenem Überstrom­ auslöser vorgesehen ist.

3. Antriebsabschaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangsstreckenabschnitt (2a) der Umrichtereinheit (6) wei­ tere Abschaltmittel (11), die nicht für eine betrieblich be­ dingte Abschaltung des Antriebs vorgesehen sind, angeordnet sind.

4. Antriebsabschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußschaltmittel (14) im Ausgangsstreckenabschnitt (2a) der Umrichtereinheit (6) redundant vorhanden sind.