DE2635464C3

DE2635464C3 - Anordnung zur abschnittweisen Speisung der ortsfesten diskontinuierlichen Ständeranordnung eines linearen Drehstrom-Asynchronmotors

Info

Publication number: DE2635464C3
Application number: DE2635464A
Authority: DE
Inventors: Egon Prof. Dr.-Ing. 6109 Muehltal Andresen; Karl Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Bopp
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-08-05
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DE2635464B2; DE2635464A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur abschnittweisen Speisung der ortsfesten diskontinuierlichen Ständeranordnung eines linearen Drehstrom-Asynchronmotors, dem ein Sekundärteil als Läufer zugeordnet ist, insbesondere für Bahnantriebe;
— die Ständer sind entlang der Bewegungsbahn des Sekundärteiles in gleichmäßigen Abständen an

geordnet;

— die Steuerung ist derart ausgebildet, daß gleichzeitig mit dem Wirksamwerden der Antriebskraft eines in Fahrtrichtung gesehen vorne liegenden Ständers die Antriebskraft eines in Fahrtrichtung gesehen hinten liegenden Ständers verschwindet und mindestens ein dazwischen liegender Ständer kontinuierlich eingeschaltet bleibt;

— das Schalten der Drehstromwicklungen erfolgt phasenweise bei definierten Momentanwerten der jeweiligen Phasenspannungen im Sinne der Unterdrückung von Ausgleichsvorgängen.

Eine solche Anordnung ist z. B. dem Aufsatz »Linearer Kurzläufer-Induktionsmotor mit stellbarem "ekundärteil und diskontinuierlicher Ständeranordnung« aus »ETZ-A« Bd. 95 (1974) H. 2, S. 69 bis 74 entnehmbar.

Dadurch, daß nur gerade befahrene sowie der in Fahrtrichtung davorliegende Ständer eingeschaltet sind, wird 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, du sie jeweils mit einem gewissen zeitlichen Vorhalt einzuschalten sind, damit Ausgleichsglieder in Strom- und Wanderfeld abgeklungen sind, wenn das Sekundärteil in Kopplungsbereich des jeweiligen Ständers eintritt. Je nach Größe der Zeitkonstanten und abhängig von der Fahrzeug- bzw. Sekundärteilgeschwindigkeit ist der erforderliche Vorhalt unterschiedlich.

Durch die Erfindung soll eine blindleistungsarme Schubübergabesteuerung für asynchrone Langstatormotoren geschaffen werden und das Verhältnis von Wirk- zu Blindleistung weiter verbessert werden.

Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Sekundärteil eine solche Länge aufweist, daß dci Ständer, der vorne in den Sekundärteilbereich einläuft, und der Ständer, der hinten den Sekundärteilbereich verläßt, kurzfristig gleichzeitig vollständig magnetisch mit dem Sekundärteil gekoppelt sim' und daß das Ein- bzw. Ausschalten der Ständerphasen synchron im Bereich dieser vollständigen Kopplung erfolgt.

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 /u vermeiden, wird in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß das stellbare Sekundärteil in so viel Abschnitte unterteilt ist, wie maximal Ständer überdeckt sind und mit unabhängig steuerbaren Drehstromwicklungen ausgestattet ist, die in ihren Widerstandswerten veränderbar sind, wobei jeweils der in Fahrtrichtung gesehen 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 beibehalt und der hintere Abschnitt seinen Steuerwiderstand bis zum Abschalten der zu verlassenden Ständereinheit zeitlinear auf ein Vielfaches seines Betriebswertes vergrößert

Es ist zwar schon bekannt, den Läuferstromkreisen in den Anfangsb^reichen einen höheren Wirkwiderstand zuzuordnen (»ETZ-A« Bd. 95 [1974] H. 2, S. 73 re. Sp, vorletzten Absatz), um den Einfluß von Längsendeffekten zu mindern. Der Widerstandswert wird dabei konstant gehalten, und man nimmt in Kauf, daß der zugeordnete Bereich der Wicklung für die volle Zugkraft ausfällt Demgegenüber hat die vorübergehende Vergrößerung des Widerstandes des ein-, auskoppelnden Sekundärteils nichts mit einer Minderung der Endeffekte zu tun und dient ausschließlich dem ruckfreien Antrieb.

Von Vorteil ist ferner, wenn die benachbarten Ständer über Trennschalter an parallele Drehstromversorgungsleitungen geführt sind, welche ihrerseits über Drehstromthyristorschalter zeitlich voneinander unabhängig auf das Drehstromnetz schaltbar sind. Dabei kann der Aufwand an Thyristorschaltern niedrig gehalten werden, und es können vergleichsweise preislich günstige Luftschütze langer Lebensdauer eingesetzt werden.

An Hand einer Gegenüberstellung von bekannter und neuer Technik wird im folgenden die Erfindung näher erläutert und herausgestellt. Es zeigt

F i g. 1 - Bekannte Technik: Ein Sekundärteil überdeckt zwei Ständer,

F i g. 2a bis f — Diagramme der Verläufe von Schubkraft und Scheinleistung zur Anordnung nach F i g. 1 bei herkömmlicher Schaltung der Ständer,

F i g. 3 - erfindungsgemäße Technik: Das Sekundärteil ist mit drei Ständern jeweilig vollständig gekoppelt,

Fig.4a bis f — Diagramme der Verläufe von Schubkraft jnd Scheinleistung zur Anordnung nach F i g. 3 bei erfindungsgemäßer Schaltung der Ständer,

F i g. 5 — eine Anordnung mit Drehstromzwischenleitungen.

In F i g. 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 Drehsfomnetz 9 angeschlossen und taktweise versorgt werden. Das angetriebene Sekundärteil IO des Motors befindet sich auf bzw. am so Fahrzeug und hat eine Länge, die in bekannter Weise eine vollständige und gleichzeitige Koppelung mit zwei Ständei n, im dargestellten Augenblick mit den Ständern 1 und 2 gestattet. 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.

F1 g. 2 zeigt die zugehörigen Verläufe der Zugkräfte F und Scheinleistunpen S der Ständer 1 bis 4 in Einzeldiagrammen 2a bis 2f. Alle Zeitfunktionen von F_n und S_n sind untereinander gleich, jedoch im zeitlichen Ablauf um die bauer verschoben, die das Sekundärteil für den Weg von einem Ständer zum nächsten benötigt. Im Augenblick /0 (dargestellte Position des Sekundärteils 10) sind, wie ersichtlich, die Ständer I, 2 und 3 eingeschaltet. Einzeldi&f.ramm 2a zeigt eine lineare Abnahme der Schubkraft Fi bei gleichzeitigem Ansteigen der Scheinleistung Si mit der Abnahme der magnetischen Koppelung zwischen dem ausfahrenden Sekundäneil 10 und dem Ständer 1. Einzeldiagramm 2c zeigt in umgekehrter Folge bei einlaufendem Sekundärteil 10 für den Ständer 3 und Zunahme der magnetischen Koppelung eine Zunahme der Zugkraft Fj und eine Abnahme der Scheinleistung Sj. 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 16 erreicht wird. Das geschieht nach Einzeldiagramm 2d im Zeitpunkt t\. Der Ständer nimmt dabei eine verhältnismäßig große Scheinleistung S₄ auf, die zunächst eine reine Blindleistung für die Erregung des Wanderfeldes ist Im Zeitpunkt J₂ beginnt dir Koppelung des Sekundärteils 10 mit dem Ständer 4. Die Schubkraft F₄ wird linear mit der Zeit aufgebaut, bis der Ständer 4 vollständig gekoppelt ist Zar gleich⁰--. Zeit beginnt mit dem Auslauf aus Ständer 2 dessen v.-hubkraftverringerung (Einzeldiagramm 2b). Scheinleistung S₄ und Schubkraft F₄ bleiben dann konstant bis das Sekundärteil 10 den Ständer 4 wieder verläßt. Diese Zeitpunkte sind mit U und fs bezeichnet. In u beginnt die Entkoppelung, in f₅ ist sie abgeschlossen. Gleichzeitig wird der Ständer 4 abgeschaltet.

Aus Einzeldiagramm 2e ist ersichtlich, daß der Gesamtschub F_c konstant bleibt, cinzeldiagramm 2f zeigt dagegen für die gesamte Scheinleistung Sa 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.

Fig.3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung. Das Sekundäneil 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. Da für den Bruchteil einer Periode nur ein Wechselfelu aufgebaut wird, solange nur zwei Stränge eingeschaltet siud. wird die Schubkraft kurzfristig pendeln. Durch einen stetigen Übergang der Schubkraft von Ständer I auf Ständer 3 können solche Pendelungen, sollten sie spürbar sein. beseitigt werden. Hierzu werden Ohmsche Steuerwiderstände (nicht naher dargestellt), die mit den Wicklungsabschnitten A, B, Cues Sekundärteils 11 verbunden sind, abhängig von der Stellung des Sekundärteils il gesteuert.

Fig.4 mit den Einzeldiagrammen 4a bis 4f zeigt zu Fig. 3 (analog zu Fig.2) die nunmehr ?uftrete/iden Verläufe der Schubkräfte F und Scheinleistungen S in den Ständern 1 bis 4. Im Zeitpunkt f = 0, was der Stellung des Sekundärteils in F i g. 3 entspricht, wird der Ständer 3 gerade einge -'haltet (Einzeldiagramm 4c). Der Steuerwiderstand von Abschnitt Cdes Sekundärteils Il ist in diesem Augenblick bereits auf ein Vielfaches seines Betriebswerks vergrößert, so daß die .Schubkraft Fj zunächst nahezu 0 ist. Innerhalb einer gewählten Kommutierungsdauer /* für die Schubkraft wird der Widerstand dann niit der Zeit auf seinen Betriebswert gesenkt, wodurch, wie aus Einzeldiagramm 4c ersichtlich, die Schubkraft Fj 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 Fi von Ständer I auf 0 ab. Im Zeitpunkt i_t wird entsprechend Ständer 4 ein-(Einzeldiagramm 4d) und in ii + t_K Ständer 2 ausgeschaltet (Einzeldiagramm 4b). Die Gesamtschubkraft F_G bleibt nach Einzeldiagramm 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.

F i g. 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. Danach kann jeweils eine bestimmte Anzahl von Ständern verschiedener Strekkenabschnitte 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 Einkoppelung des Sekundärteils, leistungslos über Trennschalter mit den Thyristorschaltern verbunden werden, die dann ihrerseits die Ein- und Ausschaltung der Ströme mit der erforderlichen Genauigkeit übernehmen.

Durch die Erfindung ist eine blindleistungsarme Schubübergabesteuerung realisiert, durch die, neben einer Verbesserung des Leistungsfaktors eine Verringerung der Störbeeinflussung von Nebenverbrauchern erzielbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Anordnung zur abschnittweisen Speisung der ortsfesten diskontinuierlichen Siänderanordnung s eines linearen Drehstrom-Asynchronmotors, dem ein Sekundärteil als Läufer zugeordnet ist, insbesondere für Bahnantriebe;

— die Ständer (1 —4) sind entlang der Bewegungsbahn des Sekundärteiles (11) in gleichmäßigen ι ο Abständen angeordnet;

— das Schuten der Drehstromwicklungen erfolgt phasenweise bei definierten Momentanwerten der jeweiligen Phasenspannungen im Sinne der Unterdrückung von Ausgleichsvorgängen;

dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil (11) eine solche Länge aufweist, daß der Ständer der vorne in den Sekundärteilbereich einläuft, und der Ständer, der hinten den Sekundär· leilbereich verläßt, kurzfristig gleichzeitig vollständig magnetisch mit dem Sekundärteil (U) gekoppelt sind und daß das Ein- bzw. Ausschalten der Ständerphase■> synchron im Bereich dieser vollständigen Kopplung erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruc.i 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stellbare Sekundärteil (11) in so viel Abschnitte (A, B. Qunteru..t ist, wie maximal Ständer (1, 2, 3) überdeckt sind und mit unabhängig steuerbaren Drehstromwicklungen ausgestattet ist. die in ihren Widerstandswerten veränderbar sind, wobei jeweils der in Fahrtrichtung gesehen vordere Abschnitt (C) seinen Steuerwiderstand, der im Augenblick des Einschalten der erreichten Ständercinheit (3) auf ein Vielfaches seines Betriebswertes vergrößert ist, innerhalb der Kommutierungsdauer (t_K) zeitlinear auf den Betriebswert absenkt, der mittlere Abschnitt (B) den Betriebswert seines 4% Steuerwiderstandes beibehält und der hintere Abschnitt seinen Steuerwiderstand bis zum Abschalten der zu verlassenden Ständereinheit (1) /eitlinear auf ein Vielfaches seines Betriebsweries vergrößert.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Ständer (z. B. 1, 2, 3) über Trennschalter (20, 21, 22) an parallele Drehstromversorgungsleitungen (24,25, 26) geführt sind, welche ihrerseits über Drehstrom-Ihyristorschaiter (28, 29, 30) zeitlich voneinander M unabhängig auf das Drehstromnet/ (9) schaltbnr lind.