DE2559359C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wanderfeld-Synchronlinearantrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Wanderfeld-Synchronlinearantrieb ist aus der DE-OS 23 57 653 bekannt. Diese Druckschrift befaßt sich mit dem Problem, bei einer mehrphasigen Wanderfeldwicklung, die in eine Vielzahl von Statorabschnitten unterteilt ist, einen ruckfreien Übergang des Fahrzeugs an den Übergangsstellen zwischen benach­ barten Statorabschnitten zu erreichen. Zu diesem Zweck sind zwischen die mehrphasige Wanderfeldwicklung und ein starres mehrphasiges Wechselspannungsnetz Schalter angeordnet, mit welchen ein zeitversetztes Zuschalten der einzelnen Phasen­ wicklungen gesteuert wird, um das durch den Einschaltvorgang bedingte Überschwingen einzelner Phasenströme zu verhindern.

Sieht man von Beschleunigungs- und Verzögerungsabschnitten ab und betrachtet man Streckenabschnitte für konstante Fahrzeug­ geschwindigkeit, könnnte die Speisung der Wanderfeldwicklung aus einem starren Wechselspannungsnetz konstanter Frequenz funktionieren, wenn der gesamte Antriebsvorgang optimal ab­ liefe. Dem ist allerdings in der Praxis nicht so. Vielmehr muß man in der Praxis mit Funktionsfehlern rechnen und auch äußere Einflüsse, beispielsweise wechselnde Windlast, können zu Abweichungen von dem optimalen Arbeitspunkt des Antriebes führen. Wie derartigen Problemen bei Speisung der Wanderfeld­ wicklung aus einem starren Wechselspannungsnetz begegnet werden kann, ist der Druckschrift nicht entnehmbar.

Aus der DE-OS 22 57 773 ist ein Wanderfeld-Synchronlinearantrieb bekannt, bei dem Vortriebs- und Bremskräfte durch Steuereingriffe eines Frequenz, Größe und Phasenlage der die Wanderfeldwicklung durchlaufenden Stromwelle bestimmenden Frequenzumrichters vorgegeben werden. Um die Antriebs­ verluste möglichst gering zu machen, wird durch elektronische Steuerung des Umrichters eine weitgehende Entkopplung zwischen der Vor­ triebskraft und der Tragkraft vorgenommen, wobei der durch die Wanderfeldwicklung fließende Strom phasengleich mit der von den Erregermagneten des Fahrzeugs in der Wanderfeldwicklung indu­ zierten Spannung gesteuert wird. In der Praxis kann ein solcher optimaler Arbeitspunkt nur grob angenähert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wanderfeld- Synchronlinearantrieb der eingangs angegebenen Art für Stator­ abschnitte, die mit konstanter Frequenz gespeist werden, Maß­ nahmen anzugeben, die zu einer Annäherung an einen optimalen Arbeitspunkt des Synchronantriebes führen.

Lösungen dieser Aufgabe erfolgen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 2.

Vorzugsweise wird die Phasenwinkelmessung durch Vergleich des zeitlichen Verlaufs des vom Fahrzeug-Erregerfeld beeinflußten Magnetflusses im Wanderfeldstator mit dem in den Statorabschnitt eingespeisten Statorstrom durchgeführt.

Bevorzugtermaßen werden kleinere Statorabschnitte über Schalter, welche einzelne Halbwellen oder Halbwellengruppen ausschalten, und größere Statorabschnitte über Stromsteller, mit denen die Impulslänge innerhalb der jeweiligen Halbwelle gesteuert wird, gespeist.

Zusätzlich zu der Steuerung über Schalter oder Stromsteller kann man einen Steuerungseingriff durch vorübergehendes Kurzschließen des betrachteten Statorabschnittes oder durch vorübergehendes An­ schließen dieses Statorabschnittes an einen Beschleunigungsum­ richter vornehmen. Zweckmäßigerweise verwendet man für letzteren Steuerungseingriff einen ohnehin vorhandenen Umrichter, der einem Beschleunigungsabschnitt des Linearantriebes zugeordnet ist.

Somit hält man den Bedarf an Umrichtern für das gesamte Linear­ antriebssystem niedrig, weil Umrichter lediglich an Beschleuni­ gungsabschnitten vorgesehen werden, die aber normalerweise nur einen kleinen Teil der Gesamtstrecke ausmachen.

Um die Verluste des Linearantriebs niedrig zu halten, werden die Abschnitte des Wanderfeldes, die jeweils mit elektrischer Antriebs­ energie gespeist werden, möglichst kurz ausgeführt. Hierzu erfolgt ein abschnittsweises Ein- und Ausschalten der Energieeinspeisung der Wanderfeldeinrichtung. Die hierzu nötigen Schalter sind Halb­ leiterschalter, wie sie bei verwandten Anwendungen bekannt sind. Da diese Schalter wenig aufwendig sind und keinen Verschleiß auf­ weisen, kann damit nicht nur eine Abschnittschaltung sondern auch eine vereinfachte Form der Stromstärkeregelung erzielt werden. Hierzu schaltet der Schalter, während das Fahrzeug den Stator­ abschnitt durchfährt, je nach den ihm zugeführten Steuersignalen periodisch oder unregelmäßig Halbwellen oder Gruppen von Halb­ wellen des speisenden Drehstromes aus.

Die Steuerung dieses Ausschaltens geschieht dabei in Abhängigkeit von Steuersignalen von Meßstellen am Wanderfeldstator derart, daß die synchrone Funktion des Antriebes sowohl stabilisiert wird als auch im optimalen Arbeitspunkt vonstatten geht.

Insbesondere für größere Statorabschnitte lohnt sich statt des gesteuerten Ein- und Ausschaltens die Anwendung von Stromstellern, bei welchen die Annäherung an den optimalen Arbeitspunkt in ver­ feinerter Weise durch Verkürzung und Verlängerung von gepulsten Wellenzügen nach der bekannten Technik von Stromstellern erfolgt.

Funktionsfehler einer Linearantriebsanlage können dazu führen, daß sich ein Synchronantrieb auf der Grundlage der konstanten Einspeisungsfrequenz nicht mehr aufrechterhalten läßt und der Antrieb außer Takt gerät, d. h., asynchron wird. In diesem Fall kann man die Schalter bzw. Stromsteller zweckmäßigerweise so steuern, daß sie eine Kurzschlußschaltung der Wanderfeldwicklung im Statorabschnitt veranlassen. Hierdurch wird das Fahrzeug abgebremst. Es verliert einen großen Teil seiner Bewegungsenergie.

Diese Kurzschlußschaltung kann auch kurzzeitig zu Steuerungsein­ griffen während des Synchronantriebes mitverwendet werden. Hierbei ergeben sich starke Bremskräfte, welche für eine Rege­ lung der Antriebsfunktion in besonderen Fällen von Vorteil sind.

Mit Schaltern oder Stromstellern, die eine Einspeisung mit kon­ stanter Frequenz regeln, kann ein desynchronisiertes, auf einem Statorabschnitt entsprechend abgebremstes Fahrzeug nicht wieder beschleunigt werden.

Es ist deswegen vorteilhaft, in diesem Fall auf den betroffenen Statorabschnitt einen Frequenzumrichter aufzuschalten, der den Statorabschnitt mit wachsender Einspeisungsfrequenz des Dreh­ stroms versorgt und somit das Fahrzeug synchron beschleunigt, bis eine Frequenz erreicht ist, mit welcher dieser Statorab­ schnitt normalerweise gespeist wird, wonach dieser Statorabschnitt wieder an die ursprüngliche Einspeisung übergeben werden kann. Hierzu sind die normalerweise bei Beschleunigungsstrecken im Bereich von Haltestationen vorgesehenen Beschleunigungs-Frequenz­ umrichter verwendbar, welche mittels entsprechender Umschaltlogik an einen durch Beschleunigung zu synchronisierenden Statorab­ schnitt anschaltbar sind.

Da Frequenzumrichter im Gegensatz zu Stromstellern und Schaltern aufwendig und teuer sind, sollten im Linearantriebssystem vor­ handene Frequenzumrichter möglichst vielfach eingesetzt werden. Daher sollten verschiedene Beschleunigungsstrecken, also bei­ spielsweise mindestens die Beschleunigungsstrecken zweier be­ nachbarter Haltestationen, von einem einzigen Frequenzumrichter bedient werden, der je nach Bedarf die eine oder die andere Be­ schleunigungsstrecke speist. Dementsprechend wird das Fahrzeug- Abfahrprogramm benachbarter Stationen vorteilhafterweise zeitlich derart koordiniert, daß keine gleichzeitigen Abfahrten notwendig werden.

Ebenfalls zur Ersparnis von Frequenzumrichtern dient der feste Einbau von Kurzschlußwicklungen in den Wanderfeldstator auf Ver­ zögerungsstrecken. Entsprechend den bei der Verzögerung von Fahrzeugen erforderlichen Bremskräften in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Stelle auf der Bremsstrecke können hier die Kurzschlußwindungen verschieden ausgeführt werden, um eine gleichmäßige und gewünschte Verzögerungscharakteristik zu erzielen. Da das Fahrzeug bei dieser Verzögerungsart in einen asynchronen Zustand und außer Kontrolle geraten würde, ist an der Verzögerungsstrecke, übergehend auf den Haltestationsbereich, eine zusätzliche Wicklung in den Wanderfeldstator eingelegt. Diese zusätzliche Wicklung wird von einem Frequenzumrichter ge­ ringer Leistung gespeist, der an der Haltestation auch für die quasi-stationären Verschiebungen der Fahrzeuge zuständig ist.

Claims (7)

1. Wanderfeld-Synchronlinearantrieb, bei dem einem als Fahr­ trasse dienenden Wanderfeldstator ein magnetisches Wanderfeld und dem jeweiligen Fahrzeug Erregermagnete zugeordnet sind, wobei der Wanderfeldstator in eine Vielzahl Statorabschnitte unterteilt ist, denen ortsfeste Schalter zugeordnet sind, über die dem jeweiligen Statorabschnitt, in den das Fahrzeug ein­ fährt, Strom zuschaltbar ist und die auch ohne Umrichter mit konstanter Frequenz speisbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung zum Messen des Phasenwinkels zwischen dem Fahrzeug-Erregerfeld und dem Stator-Wanderfeld vorgesehen ist und daß zur Annäherung an einen optimalen Arbeitspunkt des Synchronantriebes auf der Grundlage der konstanten Einspeisungs­ frequenz die Schalter während der Fahrt des Fahrzeugs auf dem jeweiligen Statorabschnitt zur vom gemessenen Phasenwinkel ab­ hängigen Ausschaltung einzelner Halbwellen oder Halbwellen­ gruppen des Drehstroms steuerbar sind.

2. Wanderfeld-Synchronlinearantrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung zum Messen des Phasenwinkels zwischen dem Fahrzeug-Erregerfeld und dem Stator-Wanderfeld vorgesehen ist und daß zur Annäherung an einen optimalen Arbeitspunkt des Synchron­ antriebes auf der Grundlage der konstanten Einspeisungsfrequenz die Schalter als Stromsteller ausgebildet sind, die während der Fahrt des Fahrzeugs in dem jeweiligen Statorabschnitt auf eine von dem gemessenen Phasenwinkel abhängende Pulslängenänderung innerhalb der jeweiligen Halbwelle steuerbar sind.

3. Wanderfeld-Synchronlinearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenwinkelmessung durch Vergleich des zeitlichen Ver­ laufs des vom Fahrzeug-Erregerfeld beeinflußten Magnetflusses im Wanderfeldstator mit dem in den Statorabschnitt eingespeisten Statorstrom erfolgt.

4. Wanderfeld-Sychronlinearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß kleinere Statorabschnitte über Schalter gemäß Anspruch 1 und größere Statorabschnitte über Stromsteller gemäß Anspruch 2 ge­ speist werden.

5. Wanderfeld-Synchronlinearantrieb nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck des zusätzlichen Steuerungseingriffs der Statorab­ schnitt in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Meßvorrichtung vorübergehend kurzschließbar ist.

6. Wanderfeld-Synchronlinearantrieb nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck des zusätzlichen Steuereingriffs der Statorabschnitt in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Meßvorrichtung an einen Beschleunigungs-Umrichter anschaltbar ist.

7. Wanderfeld-Synchronlinearantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleunigungs-Umrichter ein einem Beschleunigungsabschnitt zugeordneter Umrichter verwendet wird.