DE2852669A1

DE2852669A1 - High speed train extended stator motor switching circuit - has detachable three=phase travelling field-shaft winding on track fed via rectifier

Info

Publication number: DE2852669A1
Application number: DE19782852669
Authority: DE
Inventors: Fritz Vegelahn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-12-06
Filing date: 1978-12-06
Publication date: 1980-06-19

Abstract

The circuit is for an extended stator motor, in partic. non-iron construction for conductor guided high speed trains, containing a translator with an induction coil. On the track is a detachable, three-phase travelling-field-shaft winding, fed via a rectifier. The travelling-field winding (1) is located in the track path at set points on the track, corresp. to the controllable star-point connections (12), which depend on the passage of the motor-driven vehicle. The direction of travel can be switched and is affected through the active-travelling field winding. The active winding length, via the switchable star-point connections (12) is shortened, stepwise, w.r.t. the decreasing voltage drop, at the onset of travel, at which the upper voltage limit of the rectifier (2) is attained from the resulting fall in voltage.

Description

Rüthning-schbRüthning-schb

Schaltungsanordnung für Langstatormotoren, insbesondere der eisenlosen Bauart Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanornng für Langstatormotoren, insbesondere der eisenlosen Bauart, für trassengeführte Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge mit einem mit Erregerspulen besetztem Translator und einer an der Strecke verlegten und über Wechselrichter gespeisten dreiphasigen Wanderfeld-Wellenwicklung mit Sternpunkt.Circuit arrangement for long stator motors, especially the ironless ones Design The invention relates to a circuit arrangement for long stator motors, in particular of the ironless type, for high-speed vehicles guided along a route with a translator fitted with excitation coils and one laid along the route and three-phase traveling wave winding with neutral point fed by an inverter.

Solche Wanderfeldwicklungen werden üblicherweise von Wechselrichtern einfach eingespeist, d.h. die Einspeisung erfolgt von einem Ende der Wicklung her, das andere Ende ist über einen Sternpunkt geschlossen. Es ist auch eine Reihenschaltung zweier Wechselrichter möglich, die die Wicklung dann von beiden Enden her versorgen. Die Wechselrichter sind heute in Halbleitertechnologie aufgebaut. Diese Technologie ist gegen Überspannungen empfindlich, es muß dabei die sogenannte obere Spannungsgrenze des oder der Wechselrichter beachtet werden, die z.Zt. auf 2,7 kV/Phase bei Einzeleinspeisung bzw. auf 5,4 kV/Phase bei Doppeleinspeisung festgesetzt ist.Such traveling field windings are usually used by inverters simply fed in, i.e. the feed comes from one end of the winding, the other end is closed via a star point. It's also a series connection two inverters possible, which the winding then from both ends here supply. Today's inverters are built using semiconductor technology. These Technology is sensitive to overvoltages, so it has to be the so-called upper The voltage limit of the inverter (s) must be observed. to 2.7 kV / phase for single feed or at 5.4 kV / phase for double feed.

Der treibenden Spannung des Wechselrichters stehen folgende Spannungen in der Wanderfeldwicklung entgegen: 1. der strompropo~tionale'o.msche' Spannungsabfall (1 .The driving voltage of the inverter has the following voltages in the traveling field winding opposite: 1. the current propo ~ tionale'o.msche 'voltage drop (1 .

2. der strom- und geschwindickeitsrroportionale induktive Spannungsabfall (j . I . 2. the current and speed proportional inductive voltage drop (j. I.

3. die vom Fluß der Vortriebsmagnete induzierte EMK (UH). 3. the EMF (UH) induced by the flux of the propulsion magnets.

Oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit muß der hstriebsstrom vermindert werden, damit die geometrische Summe der vorgenannten Spannungsabfälle nicht die zuiässige Span--ngsgrenze des Wechselrichters übersteigt.The drive current must be reduced above a certain speed so that the geometric sum of the aforementioned voltage drops does not affect the permissible voltage limit of the inverter exceeds.

Die Verkleinerung des Stromes hat naturgemäß eine Verminderung der Motorzugraft und damit eine Verlängerur.g der An fahrstrecke zur Folge.The diminution of the current naturally has a diminution of the Motor traction and thus an extension of the approach route.

Zur Verringerung des stromproportionalen Spannungsabfalls ist bereits für Langstatorwicklungen bekannt, über ein parallel zur Strecke verlaufendes Speisekabel und diverse Schalter an der Strecke jeweils mit dem Fahrzeug "mitwandernde" Streckenabschnitte der Langstatorwicklung zu schalten, wobei er jeweils zwei- die jeweiligen Streckenabschnitte begrenzende Schalter allein dieser Streckenabschnitt an Spannung liegt. Der hohe Aufwand liegt auf der Hand. Es wird ein zusätzliches kilometerlanges Speisekabel und es werden viele Schalter benö-igt.To reduce the voltage drop proportional to the current is already known for long stator windings, via a feed cable running parallel to the track and various switches along the route, each section of the route "traveling along" with the vehicle the To switch long stator winding, he each two- the respective route sections limiting switch only this section of the route is connected to voltage. The height The effort is obvious. There will be an additional mile-long feeder cable and many switches are required.

Aufgabe der Erfindung ist es, ohne hohen Aufwand die Betriebsbedingungen solcher Motoren zu verbessern.The object of the invention is to control the operating conditions without great effort to improve such engines.

Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Wanderfeldwicklung im St:teckenverlauf an definierten Streckenpunkten zusätzliche steuerbare Sternpunktverbindungen zugecrdnet sind, die abhängig vom Pazieren des Fahrzeuges und dessen Richtung schaltbar sind und über die die jeweils aktive Wanderfeldwicklungslänge beeinflußbar ist. Für einseitig eingespeiste Wanderfeldwicklungen und Fahrt des Fahrzeuges in Richtung Speisepunkt ist in vorteilhaiter Ausgestaltung der Erfindung über die schaltbaren Sternpunktverbin dingen die aktive Wicklungslänge während der Anfahrt schrittweise im Sinne eines verringerten Spannungsabfalls verkürzbar.This task is thereby achieved for an arrangement of the type mentioned at the beginning solved that the traveling field winding in the course of the route at defined points on the route additional controllable star point connections are assigned that depend on the Pacing of the vehicle and its direction can be switched and over which the respective active traveling field winding length can be influenced. For traveling field windings fed in on one side and driving the vehicle in the direction of the feed point is an advantageous embodiment the invention via the switchable star point connection things the active winding length can be gradually shortened during the approach in terms of a reduced voltage drop.

Damit werden die ohmschen Verluste in der Wanderfeldwicklung vermindert, und es kann eine allgemeine Stromredzierug der erwähnten oberen Spannungsgrenze wegen vermieden werden. Die Antriebseigenschaften im Beschleunigungsbereich werden verbessert, die notwendige Beschleunigungsstrecke kleiner. Zweckmäßig wird dabei die aktive Wicklungslänge an solchen Besch.leunigungs -Streckenpunkten jeweils verkürzt, an denen die obere Spannungsgrenze des Wechselrichters vom resultierenden Spannungsabfall erreicht ist.This reduces the ohmic losses in the traveling field winding, and there can be a general current reduction of the mentioned upper voltage limit because of being avoided. The drive properties in the acceleration range are improved, the necessary acceleration distance is smaller. It becomes expedient the active winding length at such acceleration Route points in each case shortened at which the upper voltage limit of the inverter depends on the resulting Voltage drop has been reached.

Fährt das Fahrzeug bei einseitig gespeister Wanderfedwicklung vom Speisepunkt weg, kann eine Wicklungsverkürzung nIcht helfen.If the vehicle drives off with the traveling spring winding fed on one side If the feeding point has been removed, shortening the winding will not help.

In diesem Fall wird im Sinne der Erfindung die aktive Wicklung länge während der Anfahrt über die schaltbaren Sternpunktverbindungen schrittweise im Sinne eines Hinausschiebens der Stromreduzierung verlängert. Mit dieser Methode ist eine Stromreduzierung zwar nicht zu vermeiden, der Einsatzpunkt der Reduzierung wird jedoch mehrmals hinausgeschoben, so daß insgesamt ein deutlicher Nutzeffekt entsteht.In this case, the active winding length is within the meaning of the invention during the approach via the switchable star point connections step by step in Extended in the sense of postponing the current reduction. With this method if a current reduction cannot be avoided, the starting point of the reduction however, it is postponed several times, so that overall a clear benefit arises.

Günstig ist ferner, daß über die Sternpunktverbinduen in sich kurzgeschlossene Wicklungsabschnitte als passive Bremsstrecken einschaltbar sind. Dabei entstehen eine Anzahl in sich kurzgeschlossener Wicklungsabschnitte, in denen von den Vo-triebs-oder Translatormagneten bei der Durchfährt Bremsströ:ne induziert werden. Über eine geeignete Wahl der Bremsabschnittslängen ist in vorteilhafter Weise ein gleichmäßiger Verlauf der Bremskraft erzielbar.It is also favorable that the star point connections are short-circuited in themselves Winding sections can be switched on as passive braking sections. This creates a number of self-short-circuited winding sections in which the drive or Translator magnets are induced when braking currents pass through. About a suitable The choice of the braking section lengths is advantageously a uniform course the braking force achievable.

Anhand von schematischen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.The invention is illustrated by means of schematic exemplary embodiments explained in more detail below.

Es zeigen: Fig. 1 eine einseitig gespeiste Wanderfeldwicklung mit gesteuerten Sternpunkten für Fahrt in Richtung Speisepunkt, Fig. 2 das zugehörige Diagramm, Fig. 3 eine einseitig gespeiste Wanderfeldwic'~lung mit gesteuerten Sternpunkten für Fahrt vom Speisepunkt weg, Fig. 4 das zugehörige Diagramm, Fig. 5 eine einseitig gespeiste Wanderfeldwicklung mit gesteuerten Sternpunkten zur Bildung einer Bremsstrecke, Fig. 6 das zugehörige Diagramm, Fig. 7 eine zweiseitig gespeiste Wanderfeldwicklung mit gesteuerten Sternpunkten.The figures show: FIG. 1 with a traveling field winding fed on one side controlled star points for travel in the direction of the feed point, Fig. 2 the associated Diagram, FIG. 3, a traveling field winding fed on one side with controlled star points for travel away from the feed point, FIG. 4 the associated diagram, FIG. 5 a one-sided powered traveling field winding with controlled star points to form a braking section, FIG. 6 shows the associated diagram, FIG. 7 shows a traveling field winding fed from two sides with controlled star points.

In den Figuren 1 und 3 ist jeweils mit 1 eine von einem Wechselrichter 2 einseitig gespeiste dreiphasige Wanderfeldwicklunc mit Sternpunkt 3 dargestellt. Der Translator des Motors bzw.In FIGS. 1 and 3, 1 is in each case one from an inverter 2 three-phase traveling field winding fed on one side with star point 3 shown. The translator of the motor resp.

das Fahrzeug 4 ist durch einen Pfeil symbolisibrt und bewegt ic im Fall der Fig. 1 auf den Speisepunkt (Wechselrichter 2) zu im Fall der Fig. 3 von diesem weg. Über gesteuerte Schalter 4 bis 10 - es können konventionelle mechanische Schalter oder Halbleiterkombinationen sein - können zusätzliche Sternpunte 12 an die Wanderfeldwicklung 1 gelegt werden.the vehicle 4 is symbolized by an arrow and moves ic in 1 to the feed point (inverter 2) in the case of FIG. 3 from this way. Via controlled switches 4 to 10 - conventional mechanical ones can be used Switches or semiconductor combinations - can be additional star points 12 on the traveling field winding 1 can be placed.

Bei einer Anfahrt gemäß Fig. 1 werden die zusätzlichen Sternpunkte 12 jeweils unmittelbar nach Passieren des Fahrzeuges 4 geschlossen. Also zunächst durch Schließen von Schalter 5, dann 6, dann 7. Dadurch wird jedesmal die Wanderfeldwicklung gekürzt und der auftretende Spannungsabfall verkleinert. Fig. 2 zeigt ein dazugehöriges Mehrfachdiagramm, aus dem die Verläufe des Geschwindigkeitsanstieges, des Stromes und der Spannung über der Fahrstrecke aufgezeigt sind. Gestrichelt ist die kritische obere Spannungsgrenze des Wechselrichters 2 eingezeichnet. Deutlich sichtbar ist der gleichbleibende Fahrstrom und das jedesneige Abfallen der Spannung beim Einlegen der Schalter 5,6 und 7. Die Schalter sind selbstverständlich solchen Streckenpunkten einer Anfahrt zuzuordnen, wo die Spannung gerade die zulässige obere Spannungsgrenze erreicht. Ohne Stromreduzierung ist die maximale Geschwindigkeit v in einer kürzeren Afchrtstrecke max erreichbar.When approaching as shown in FIG. 1, the additional star points 12 closed immediately after the vehicle 4 has passed. So first of all by closing switch 5, then 6, then 7. This causes the traveling field winding each time shortened and the voltage drop that occurs is reduced. Fig. 2 shows an associated one Multiple diagram showing the progression of the increase in speed, of the current and the voltage over the route are shown. The critical one is dashed the upper voltage limit of the inverter 2 is shown. Is clearly visible the constant traction current and the tendency to drop in voltage when engaging the switches 5,6 and 7. The switches are of course such route points to be assigned to an approach where the voltage just exceeds the permissible upper voltage limit achieved. Without current reduction, the maximum speed v is a shorter one Access distance max.

Bei einer Anfahrt gemäß Fig. 3, d.h. vom einspeisenden Wechselrichter 2 weg, wird in einer Variante mit einem schrittweisen Verlängern der Wanderfeldwicklung gearbeitet. Zunächst sica alle Schalter 8 bis 11 geschlossen. Es ist der kürzeste zuSåtzliche Sternpunkt 12 wirksam. Schrittweise werden die Schalter 8 bis 11 geöffnet, eine Stromreduzlerung ist bei dieser Methode zwar nicht zu vermeiden, aber der Einsatzpunkt der reduzierung wird mehrmals hinausgeschoben, so daß insgesamt ein deutlicher Nutzeffekt entsteht.When approaching according to Fig. 3, i.e. from the feeding inverter 2 away, in a variant with a step-by-step extension of the traveling field winding worked. Initially, all switches 8 to 11 are closed. It's the shortest additional star point 12 effective. Switches 8 to 11 are opened step by step, A current reduction cannot be avoided with this method, but the point of use The reduction is postponed several times, so that overall a clear benefit arises.

Aus Fig. 4 sind die Auswirkungen auf U,I,v ablesbar. -elm Öffnen der Schalter 8 bis 11 fällt jeweils der Fahrmotorstrom ab und.The effects on U, I, v can be read off from FIG. -elm open the Switches 8 to 11 each drop the traction motor current and.

die Spannung U bleibt im wesentlichen konstant. Durch die Fahrstromreduzierung ist eine verlängerte Anfahrt bis auf Vmax gegenüber Fig. 2 zu verzeichnen. Sie liegt jedoch noch deutlich besser als ohne die erfinderische Maßnahme.the voltage U remains essentially constant. By reducing the traction current a longer approach up to Vmax compared to FIG. 2 can be recorded. she lies but still significantly better than without the inventive measure.

Fig. 5 zeigt eine einseitig gespeiste Wa.nderfeldwick ng 1, die durch Schließen der Schalter 13 bis 23 in eine passive 3resstrecke mit diversen, in sich kurzgeschlossenen Wicklungsanschnitten unterteilt wird, in denen von den Erregerspulen (vorzugsweise supraleitende Spulen) bei der Durchfahrt Kurzschlußströme induziert werden. Durch geeignete Wahl der einzelnen Abschnittslängen wird ein gleichmäßiger Verlauf er r L-:rskraft (Bremsstrom IBr) erreicht, was aus der Fig. 6 Deutlich wird.Fig. 5 shows a unilaterally fed Wa.nderfeldwick ng 1, which by Closing the switches 13 to 23 in a passive 3res range with various, in itself short-circuited winding gaps is divided into those of the excitation coils (preferably superconducting coils) induced short-circuit currents when passing through will. A suitable choice of the individual section lengths makes a more uniform one Course he r L-: rskraft (braking current IBr) achieved, which is clear from FIG. 6.

Fig. 7 zeigt noch eine Wanderfeldwicklung 1 mit zusätzlich gesteuerten Sternpunkten, die über zwei in Reihe geschaltete Wechselrichter 2 und 2a zweiseitig gespeist wird. Hier handelt es sich um eine vorbeugende Maßnahme. Bei Ausfall eInes der be den Unterwerke (Wechselrichter 2 oder 2a) kann mit Hilfe des noch verbleibenden Wechselrichters 2 drch Einschalten eines Sternpunktes 12 die Strecke geräumt werden. Dabei kann dann ggç entsprechend Fig. 1 die Speiselänge schrittweise weiter verk;-r.Fig. 7 shows a traveling wave winding 1 with additionally controlled Star points, which are two-sided via two inverters 2 and 2a connected in series is fed. This is a preventive measure. If one fails the be the substations (inverter 2 or 2a) can with the help of the remaining Inverter 2 can be cleared by switching on a star point 12. In this case, the feed length can then gradually be further reduced according to FIG. 1.

werden, um den Motorstrom zu erhöhen.to increase the motor current.

Durch die Erfindung ergibt sich eine einfache und unproblematische Anordnung mit kleinem Aufwand.The invention results in a simple and unproblematic one Arrangement with little effort.

6 Patentansprüche 8 Seiten Beschreibung 2 Bl. Zeichnungen Leerseite6 claims 8 pages description 2 sheets. Drawings Blank page

Claims

Claims: Circuit arrangement for long stator motors, in particular of the ironless design, for high-speed, high-speed vehicles with a Translator set with excitation coils and one laid along the route and over Inverter-fed three-phase Wancerfeld-Weller.-winding with star point, thereby geXenn2eichnet that the traveling field winding (1) is defined in the course of the route Additional controllable star point connections (12) are assigned to route points, which are dependent on the passing of the vehicle (4) and its direction and over which the respectively active traveling field winding length can be influenced.

2. Circuit arrangement according to claim 1 for unilaterally fed Moving field windings and driving the vehicle in the direction of the feed point, characterized in that da.3 the active winding length via the switchable star point connections (12) during the beginning gradually in the sense a reduced voltage drop can be shortened.

(Fig. 1) 3. Circuit arrangement according to claims 1 or 9, characterized characterized in that the active winding length at such acceleration route points in each case shortened: is at which the upper voltage limit of the inverter: ers (2) from the resulting voltage drop is reached.

4. Circuit arrangement according to claim 1 for unilaterally fed Moving field windings and driving the vehicle away from the feed point, characterized in that that via the switchable star point connections (12) the active winding length during the approach can be extended step by step in the sense of postponing the current reduction is.

(Fig. 3)

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that via the star point connections (12) in itself short-circuited winding sections can be switched on as passive braking sections. (Fig. 5)

6. Circuit arrangement according to Claim 5, characterized in that a suitable choice of the braking section lengths a uniform course of the braking force can be achieved.