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Rüthning-schb
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Anordnung zur Versorgung eines linearen Drehstrom-Asynchronmotors
Zusatz zu Patent . ... ... (Patentanmeldung P 25 26 377.8) Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung zur Versorgung eines linearen Drehstrom-Asynchronmotors
mit stellbarem Sekundärteil und diskontinuierlicher Ständeranordnung, insbesondere
für Bahnantriebe, bei denen sich das Sekundärteil auf dem Fahrzeug befindet und
diverse Ständer entlang der Strecke in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind,
die über Leistungsschalter taktweise versorgt werden. Nach dem Hauptpatent bzw.
der Hauptpatentanmeldung werden die aneinandergrenzenden Ständer abhängig von der
Fahrzeugbewegung und -geschwindigkeit so in definiertem Takt, das heißt in bestimmter
Folge und Zeitdauer an das Versorgungsnetz gelegt, daß nur gerade befahrene sowie
der in Fahrtrichtung
davorliegende Ständer eingeschaltet sind. Es
wird damit eine Verringerung der Blindleistung für die Magnetisierung der Ständer
erreicht. Zweckmäßiger wäre es noch, wenn nur diejenigen Ständer an das Versorgungsnetz
angeschlossen sind, die gerade mit dem linear bewegten Sekundärteil vollständig
magnetisch gekoppelt sind und Schubkraft übertragen. Das ist für die in Fahrtrichtung
liegenden Ständer nicht ohne weiteres möglich, da sie jeweils mit einem gewissen
zeitlichen Vorhalt einzuschalten sind, damit Ausgleichsglieder in Strom-und Wanderfeld
abgeklungen sind, wenn das Sekundärteil in den Kopplungsbereich des jeweiligen Ständers
eintritt. Je nach Größe der Zeitkonstanten und abhängig von der Fahrzeug- bzw.
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Sekundärteilgeschwindigkeit ist der erforderliche Vorhalt unterschiedlich.
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Durch die Erfindung soll das Verhältnis von Wirk- zu Blindleistung
weiter verbessert werden und eine blindleistungsarme Schubübergabesteuerung für
asynchrone Langstatormotoren geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß die Längen und Abstände der Ständer und die Länge des Sekundärteils
zueinander in einem solchen Verhältnis stehen, daß jeweils kurzfristig eine gleichzeitige
vollständige magnetische Koppelung von mindestens drei Ständern erfolgen kann, daß
im Zeitpunkt dieser Stellung der jeweils in
Fahrtrichtung gesehene
vordere Ständer ein- und der hintere Ständer auszuschalten ist, während der mittlere
Ständer eingeschaltet bleibt und daß das Schalten der Drehstromwicklungen der Ständer
bei definierten Momentanwerten der Phasenspannungen strangweise synchron erfolgt.
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Durch die größere Überdeckung benachbarter Ständer durch das Sekundärteil
ist der die Schubkraft übertragende Wirkleistungsanteil gegenüber dem Blindleistungsanteil
von vornherein größer, und durch das strangweise Synchronschalten der Ständerdrehstromwicklungen
in richtiger Steuerfolge bei definierten Momentanwerten der Phasenspannungen entfällt
praktisch bei Fortfall von Ausgleichsgliedern im Feld der bisher erforderliche zeitliche
Vorhalt. Das ergibt eine weitere Verbesserung des Leistungsfaktors. Die periodische
Änderung der Blindleistung entfällt Um Rucke durch Pendelungen der Schubkraft bei
den Schaltvorgängen zu vermeiden, wird in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung
vorgeschlagen, daß das stellbare Sekundärteil in Abschnitte unterteilt und mit unabhängig
steuerbaren Drehstromwicklungen ausgestattet ist, die in Abhängigkeit von der jeweiligen
Stellung des Sekundärteils zu den Ständern in ihren Widerstandswerten veränderbar
sind. Dabei wird zweckmäßig für das Sekundärteil eine Unterteilung in soviel Abschnitte
vorgesehen, wie maximal Ständer überdeckt werden, von denen der in Fahrtrichtung
gesehene vordere Abschnitt seinen Steuerwiderstand, der im Augenblick des Einschaltens
der erreichten Ständereinheit auf ein Vielfaches seines Betriebswertes vergrößert
ist,
innerhalb der Kommutierungsdauer zeitlinear auf den Betriebswert
absenkt, der mittlere Abschnitt den Betriebswert seines Steuerwiderstandes beibehält
und der hintere Abschnitt seinen Steuerwiderstand bis zum Abschalten der zu verlassenden
Ständereinheit zeitlinear auf ein Vielfaches seines Betriebswertes vergrößert. Weitere
wesentliche Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der erläuternden
Zeichnung und Beschreibung.
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An Hand einer Gegenüberstellung von bekannter und neuer Technik wird
im Folgenden die Erfindung näher erläutert und herausgestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 - Bekannte Technik: Ein Sekundärteil überdeckt zwei
Ständer, Fig. 2a bis f - Diagramneder Verläufe von Schubkraft und Scheinleistung
zur Anordnung nach Fig. 1 bei herkömmlicher Schaltung der Ständer, Fig. 3 - erfindungsgemäße
Technik: Das Sekundärteil ist mit drei Ständern jeweilig vollständig gekoppelt,
Fig. 4 bis f I Diagramme der Verläufe von Schubkraft und Scheinleistung zur Anordnung
nach Fig. 3 bei erfindungsgemäßer definiert
strangasynchroner Schaltung
der Ständer, Fig. 5 - eine Anordnung mit Drehstromzwischenleitungen.
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In Fig. 1 sind mit 1 bis 4 die Ständer eines Asynchronmotors in Langstatortechnik
dargestellt, die an einer Fahrstrecke in gleichmäßigen Abständen montiert sind.
Sie können einzeln über Leistungsschalter 5,6,7,8 an ein Drehstromnetz 9 angeschlossen
und taktweise versorgt werden. Das angetriebene Sekundärteil 10 des Motors befindet
sich auf bzw. am Fahrzeug und hat eine Länge, die in bekannter Weise eine vollständige
und gleichzeitige Koppelung mit zwei Ständern, im dargestellten Augenblick mit den
Ständern 1 und 2 gestattet.
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Nur die gerade befahrenen Ständer 1 und 2 und der vom Sekundärteil
10 soeben erreichte Ständer 3 sind eingeschaltet. Die Bewegungsrichtung des Sekundärteils
10 ist durch einen Pfeil gekennzeichnet.
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Fig. 2 zeigt die zugehörigen Verläufe der Zugkräfte F und Scheinleistungen
S der Ständer 1 bis 4 in Einzeldiagrammen 2a bis 2f. Alle Zeitfunktionen von Fn
und 5n sind untereinander gleich, jedoch im zeitlichen Ablauf um die Dauer verschoben,
die das Sekundärteil für den Weg von einem Ständer zum nächsten benötigt. Im Augenblick
to (dargestellte Position des Sekundärteils 10) sind, wie ersichtlich, die Ständer
1,2 und 3 eingeschaltet. Einzeldiagramm 2a zeigt eine lineare Abnahme der Schubkraft
F1 bei gleichzeitigem Ansteigen der
Scheinleistung S1 mit der Abnahme
der magnetischen Koppelung zwischen dem ausfahrenden Sekundärteil 10 und dem Ständer
1.
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Einzeldiagramm 2c zeigt in umgekehrter Folge bei einlaufendem Sekundärteil
10 für den Ständer 3 und Zunahme der magnetischen Koppelung eine Zunahme der Zugkraft
F3 und eine Abnahme der Scheinleistung S3. Für den Ständer 2 bleiben nach Einzeldiagramm
2b Scheinleistung S2 und Schubkraft F2 zunächst konstant. Der Ständer 4 muß, wie
bereits eingangs erwähnt, mit zeitlichem Vorhalt eingeschaltet werden, damit die
Ausgleichsglieder abgeklungen sind, wenn er vom Sekundärteil 10 erreicht wird. Das
geschieht nach Einzeldiagramm 2d im Zeitpunkt t1. Der Ständer nimmt dabei eine verhältnismäßig
große Scheinleistung S4 auf, die zunächst eine reine Blindleistung für die Erregung
des Wanderfeldes ist. Im Zeitpunkt t2 beginnt die Koppelung des Sekundärteils 10
mit dem Ständer 4. Die Schubkraft F4 wird linear mit der Zeit aufgebaut, bis der
Ständer 4 vollständig gekoppelt ist. Zur gleichen Zeit beginnt mit dem Auslauf aus
Ständer 2 dessen Schubkraftverringerung (Einzeldiagramm 2b) Scheinleistung S4 und
Schubkraft F4 bleibein dann konstant, bis das Sekundärteil 10 den Ständer 4 wieder
verläßt. Diese Zeitpunkte sind mit t4 und t5 bezeichnet. In t4 beginnt die Entkoppelung,
in t5 ist sie abgeschlossen. Gleichzeitig wird der Ständer 4 abgeschaltet.
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Aus Einzeldiagramm 2e ist ersichtlich, daß der Gesamtschub FG konstant
bleibt. Einzeldiagramm 2f zeigt dagegen für die gesamte Scheinleistung SG eine periodische
Änderung, wobei
die größeren Beträge einen verhältnismäßig hohen
Blindleistungsanteil haben. Eine solche Netzbelastung kann benachbarte Verbraucher
empfindlich stören und soll nach der Erfindung vermieden werden.
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Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung. Das Sekundärteil ist
wicklungsmäßig in Abschnitte A,B,C aufgeteilt und so lang gehalten, daß es kurzfristig
vollständig mit drei Ständern im Darstellungsaugenblick mit den Ständern 1,2,3 gekoppelt
ist. In dieser Stellung ist Ständer 1 auszuschalten,und für Ständer 3 sind die Stränge
der Drehstromwicklung bei definierten Werten der Phasenspannungen einzuschalten.
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Da für den Bruchteil einer Periode nur ein Wechselfeld aufgebaut wird,
solange nur zwei Stränge eingeschaltet sind, wird die Schubkraft kurzfristig pendeln.
Durch einen stetigen Übergang der Schubkraft von Ständer 1 auf Ständer 3 können
solche Pendelungen, sollten sie spürbar sein, beseitigt werden. Hierzu werden Ohm'sche
Steuerwiderstände (nicht näher dargestellt), die mit den Wicklungsabschnitten A,B,C
des Sekundärteils 11 verbunden sind, abhängig von der Stellung des Sekundärteils
11 gesteuert.
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Fig. 4 mit den Einzel diagrammen 4 bis 4f zeigt zu Fig. 3 a (analog
zu Fig. 2) die nunmehr auftretenden Verläufe der Schubkräfte F und Scheinleistungen
S in den Ständern 1 bis 4.
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Im Zeitpunkt t = 0, was der Stellung des Sekundärteils in Fig. 3 entspricht,
wird der Ständer 3 gerade eingeschaltet
(Einzeldiagramm 4c)- Der
Steuerwiderstand von Abschnitt C des Sekundärteils 11 ist in diesem Augenblick bereits
auf ein Vielfaches seines Betriebswertes vergrönert, so daß die Schubkraft F3 zunächst
nahezu 0 ist. Innerhalb einer gewählten Kommutierungsdauer K für die Schubkraft
wird der Widerstand dann mit der Zeit auf seinen Betriebswert gesenkt, wodurch,
wie aus Einzeldiagramm 4c ersichtlich, die Schubkraft F3 linear aufgebaut wird.
Gleichzeitig wird der Steuerwiderstand von Abschnitt A des Sekundärteils 11 linear
auf ein Vielfaches seines Betriebswertes vergrößert. Hierdurch fällt (vgl. Einzeldiagramm
4a) die Schubkraft F1 von Ständer 1 auf 0 ab. Im Zeitpunkt t1 wird entsprechend
Ständer 4 ein- (Einzeldiagramm 4d) und in t1 + tK Ständer 2 ausgeschaltet (Einzeldiagramm
4b). Die Gesamtschubkraft FG bleibt nach Einzel diagramm 4e konstant. Gegenüber
der Darstellung 2f weist die Erfindung nach dem Einzeldiagramm 4f nur noch eine
geringfügige periodische Vergrößerung der Scheinleistung auf. Störungen benachbarter
Verbraucher können so vermieden werden.
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Fig 5 zeigt noch eine vorteilhafte Variante, durch die nicht jeder
Ständer mit einem Thyristorschalter, wie sie wegen der exakten Schaltvorgänge benötigt
werden, ausgerüstet werden muß.
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Danach kann jeweils eine bestimmte Anzahl von Ständern verschiedener
Streckenabschnitte zusammengefaßt werden. Nach Fig. 5 sind die benachbarten Ständer
1,2,3 über Trennschalter 20,21,22 jeweils an drei parallele Drehstromversorgungsleitungen
24,25,26 geführt, die ihrerseits vom Drehstromnetz 9 über je einen Drehstromthyristorschalter
28
oder 29 oder 30 zeitlich voneinander unabhängig an Spannung gelegt werden können.
Auf diese Weise können die Ständer, vor der Einkopplung des Sekundärteils, leistungslos
über Trennschalter mit den Thyristorschaltern verbunden werden, die dann ihrerseits
die Ein- und Ausschaltung der Ströme mit der erforderlichen Genauigkeit übernehmen.
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Durch die Erfindung ist eine blindleistungsarme Schubübergabesteuerung
realisiert, durch die, neben einer Verbesserung des Leistungsfaktors eine Verringerung
der Störbeeinflussung von Nebenverbrauchern erzielbar ist.
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9 Seiten Beschreibung 5 Patentansprüche 3 Bl. Zeichnungen