DE2932549C2

DE2932549C2 - Stromversorgungssystem für Langstator-Linearmotor

Info

Publication number: DE2932549C2
Application number: DE2932549A
Authority: DE
Inventors: Masayohsi Hitachi Isaka; Yoshimi Katsuta Kurotaki; Kiyoshi Katsuta Nakamura; Yutaka Hitachi Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-08-12
Filing date: 1979-08-10
Publication date: 1983-04-07
Also published as: JPS5526025A; US4303870A; DE2932549A1; JPS5818879B2; CA1136207A

Description

die Kapazität beider Phasenschieber-Einheiten (RPCi, RPC₂) ist in Abhängigkeit eines dem Wert der Blindleistung entsprechenden Signales gesteuert;

die erste Phasenschieber-Einheit (RPCy) ist ständig eingeschaltet und entsprechend der für die Speisung eines einzelnen Langstator-Abschnittes (LM\, LM₂. ■ ■) erforderlichen Blindleistung ausgesteuert;

die zweite Phasenschieber-Einheit (RPC₂) ist in Abhängigkeit von der Fahrzeugbewegung dann einschaltbar, wenn 2 Langstator-Abschnitte gleichzeitig eingeschaltet sind, und entsprechend der dann zusätzlich erforderlichen Blindleistung ausgesteuert.

2. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Wert der Blindleistung entsprechende Signal in Abhängigkeit sowohl vom Linearmotorstrom als auch von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs erzeugt ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stromversorgungssystem für einen Langstator-Linearmotor, dessen ortsfester Langstator aus mehreren hintereinander angeordneten Abschnitten besteht, die in Abhängigkeit von der Stellung eines ihm gegenüber bewegten Fahrzeugs an eine Wechselstrom-Wechselstrom-Umformereinrichtung mit in der Frequenz steuerbarem Mehrphasen-Ausgang jeweils dann anschaltbar sind, wenn sich der fahrzeugfeste Teil des Linearmotors im Bereich des jeweiligen Langstator-Abschnittes befindet.

Prinzipiell kann zwischen zwei verschiedenen Arten von Antriebssystemen unterschieden werden, mit welchen ein Fahrzeug unter Einsatz eines Linearmotors angetrieben werden kann. In dem einen Fall werden die Anker- bzw. Antriebsspulen des Linearmotors entlang der Schiene des betreftenden Fahrzeugs angeordnet, während sie im anderen Fall im Bereich des Fahrzeugs selbst vorgesehen sind. Die erstere Lösung erscheint jedoch am zweckmäßigsten, weil auf diese Weise die Stromzufuhr erleichtert ist. Die eine vorgegebene Länge aufweisenden Antriebsspulen sind in diesem Fall unter Berücksichtigung des erforderlichen Leistungsfaktors und der Möglichkeiten der Stromzufuhr entlang der Schiene vorgesehen. Die Antriebsspulen sind dabei über entsprechende Schalter mit einem entsprechenden Stromumformer verbunden, wobei die Betätigung dieser Schalter entsprechend der Bewegung des Fahrzeugs durchgeführt wird Auf diese Weise kann erreicht werden, daß nur einige der im Bereich des Fahrzeugs liegenden Antriebsspulen gespeist werden, was im Hinblick auf den gewünschten Leistungsfaktor und die Auslegung der Stromversorgung zweckmäßiger erscheint als die gleichzeitige Speisung aller entlang der

ίο Schiene für das betreffende Fahrzeug vorgesehenen Antriebsspulen. Eine derartige Stromversorgungseinrichtung ist dabei beispielsweise in der US-PS 40 68 152 gezeigt

Da es sich bei elektrischen Antriebsgeräten schlecht

is vermeiden läßt, daß wegen des Vorhandenseins induktiver Elemente eine bestimmte Menge von Blindleistung auftritt, ist auch eine Anordnung bekannt (siehe Zeitschrift »Elektrowärme International« 32 (1974), S. B 326—334), mit welcher die bei derartigen

Μ Linearmotoren auftretende Blindleistung entsprechend dem Leistungsfaktor der Last kompensiert werden kann.

Es ist fernerhin bekannt (siehe CH-PS 5 53 505), für jeden St-?torabschnitt einen eigenen Phasenkondensator vorzusehen, welcher gleichzeitig mit den Antriebswicklungen ein- und ausgeschaltet wird. Beide Anordnungen zur Kompensation der bei Linearmotoren auftretenden Blindleistung haben jedoch den Nachteil, daß dieselben einen relativ hohen Aufwand ergeben, so daß eine derartige Blindleistungskompensation nur unter relativ hohem technischem Aufwand durchgeführt werden kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stromversorgungssystem für einen Langstator-Linearmotor zu schaffen, bei welchem mit relativ geringem technischem Aufwand eine Blindleistungskompensation durchführbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind auf der Eingangsseite der frequenzgesteuerten Umformereinrichtung Phasenschiebereinheiten vorgesehen. Die Umformereinrichtung ist dabei derart ausgebildet, daß dieselbe elektrische Leistung über eine erhebliche Entfernung abgeben kann. Die einzig und allein für zwei Antriebsabschnitte vorgesehene Kapazität ist dabei ausreichend, um den Maximalwert der erforderlichen Phasenverschiebung am Eingang der Umformereinrichtung zu erzeugen.

Bei einem Linearmotor, bei welchem der Langstator in eine Anzahl von Abschnitten unterteilt ist, ergeben sich nämlich zwei unterschiedliche Fahrbedingungen, und zwar in dem einen Fall, wenn das Fahrzeug sich innerhalb eines der Statorabschnitte befindet, während im anderen Fall das Fahrzeug gerade dabei ist, zwei benachbarte Statorabschnitte zu überfahren. Die im zweiten Fall erforderliche Blindleistung ist dabei zweimal so groß wie im ersten Fall. Während der Bewegung des Fahrzeugs wechseln sich dabei beide Bedingungen jeweils ab. Wenn somit die an einen derartigen Linearmotor abgegebene Blindleistung zuerst gemessen wird, worauf dann in Übereinstimmung mit dem festgestellten Wert eine Veränderung der abgegebenen kapazitiven Blindleistung vorgenommen wird, dann ergeben sich beim Übergang von einem Antriebsabschnitt in den anderen Unstetigkeitsvorgänge, für welche die erforderliche Blindleistung schlecht

kompensiert werden kann. Um ebenfalls beim Auftreten derartiger Obergangszustände die richtige Menge von Blindleistung an die Antriebseinrichtung abgeben zu können, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwei Phasenschiebereinheiten vorgesehen, wobei die eine Phasenschiebereinheit permanent eingeschaltet ist, während die zweite Phasenschiebereinheit nur beim Auftreten des zweiten Betriebszustands eingeschaltet wird. Die Kapazitäten der beiden Phasenschiebereinheiten sollten dabei in Übereinstimmung mit einem die erforderliche Blindleistung anzeigenden Signal eingestellt werden. Dabei erscheint es zweckmäßig, wenn das die Blindleistung anzeigende Signal in Abhängigkeit des vom Linearmotor aufgenommenen Stroms und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abgeleitet wird.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Stromversorgungssystems für einen Linearmotor gemäß der Erfindung,

Fig.2 Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs des Systems gemäß F i g. 1,

F i g. 3 ein Schaltbild zur Erläuterung der Steuerung bezüglich einer zweiten Phasenschieber-Einheit,

F i g. 4 ein Beispiel eines elektrischen Schaltbildes für eine Phasenschieber-Einheit,

F i g. 5 Kennlinien eines Linearmotors,

F i g. 6, 7 Blockschaltbilder einer Phasenschieber-Einheit bzw. eines Blindleistungs-Einstellgliedes für den Fall, in dem die Phasenschieber-Einheit abhängig von dem Betriebszustand des Linearmotors gesteuert, wird.

In Fig. 1, die ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Stromversorgung für einen Linearmotor gemäß der Erfindung zeigt, sind Linearmotor-Langstator-Abschnitte LM\, LM₂, LM₃, LMa ■ ■. abwechselnd mit einer Speiseleitung Fi bzw. einer Speiseleitung F₂ über jeweilige Schalter SWi, SW₂, SW₃, SWa ... verbunden. Leistungs-Umformer CCi und CC2 sind mit den Speiseleitungen Fi bzw. F₂ verbunden, und *° eine erste und eine zweite Phasenschieber-Einheit Blindleistungsregler RPCu RPC₂ sind mit der Primärwicklung eines Transformators Tr verbunden, die ihrerseits mit einer Wechselstromquelle SS verbunden ist. «

Im folgenden wird der Betrieb dieses Stromversorgungssystems erläutert. Wenn ein mit der Bezeichnung BAHN versehener laufender oder fahrender Körper über beiden von zwei benachbarten Antriebsspulen LM₂ und LM₃ gemäß F i g. 1 angeordnet ist, sind die jeweils ^Μ diesen Langstator-Abschnitten LM₂, LM₃ zugeordneten Schalter SW₂ bzw. SWi geschlossen, damit die Umformer CCi und CC2 diese beiden Langstator-Abschnitte LM₂ und LM₃ versorgen können. Wenn der fahrende Körper nunmehr über den Langstator-Abschnitt LM₃ kommt, nachdem er den Langstator-Abschnitt LM₂ verlassen hat, wird der Umformer CC2 abgetrennt und versorgt lediglich der Umformer CCi weiter den Langstator-Abschnitt LM₃ bis zu dem Augenblick, unmittelbar bevor der fahrende Körper den Langstator-Abschnitt LMa erreicht.

F i g. 2 zeigt die Signalverläufe bei diesem Betrieb.

F i g. 2a und 2b zeigen die von den Umformern CQ bzw. CC2 zugeführte Leistung bzw. zugeführten Strom. Die Bezeichnungen »(LM])« bzw. »(LM₃)« in Fig. 2a zeigen, daß die Langstator-Abschnitte LM\ bzw. LM₃ von dem Umformer CQ versorgt sind, und die Beschriftungen »(LM₂)« bzw. »fLAi»)« in F i g. 2b zeigen.

daß die Langstator-Abschnitte LM₂ bzw. LJvU von dem Umformer CC2 versorgt sind Während der Periode, während der der fahrende Körper über zwei benachbarte Antriebsspulen fährt, führen beide Umformer CCi und CC₂ simultan Leistung zu. Gemäß diesem Speisungsverfahren kann der fahrende Körper über seine gesamte Fahrstrecke mit konstanter Antriebskraft fahren bzw. sich fortbewegen. Jedoch ändert sich die Scheinleistung an der Primärseite des Transformators 7rsehr stark, wie das in F i g. 2c dargestellt ist, wodurch ein nachteiliger Einfluß auf die Wechselstromquelle SS ausgeübt wird, wenn keine geeigneten Maßnahmen getroffen werden. Die Änderungen der Scheinleistung beruhen auf den Schwankungen der Blindleistung, die durch die simultane Erregung der beiden Langstator-Abschnitte hervorgerufen ist Wie in F i g. 2d dargestellt, kann die Blindleistung als zwei Teile aufweisend angesehen werden. Die Basis-Blindleistung RPb ist durch den Leistungsfaktor des Linearmotors bestimmt und der andere Teil ist eine zusätzliche Blindleistung ARP, eine Erhöhung, die durch die simultane Erregung der beiden Langstator-Abschnitee hervorgerufen ist Wenn die Basis-Blindleistung RPb gemäß Fig.2e mittels der ersten Phasenschieber-Einheit RPC\ kompensiert werden kann und wenn die zusätzliche Blindleistung ARP aufgrund der simultanen Erregung der beiden Antriebsspulen gemäß Fig.2f mittels der zweiten Phasenschieber-Einheit RPC₂ kompensiert werden kann, braucht die Wechselstromquelle SS nur Wirkleistung Pw zuführen, die im Awesentlichen konstant ist, wie das in F i g. 2g dargestellt ist

Jede der Phasenschieber-Einheiten kann herkömmlichen Aufbaus sein und Kondensatoren und Drosseln enthalten. Wie in F i g. 3 dargestellt, nimmt die zweite Phasenschieber-Einheit RPC₂ ihren Steuerbetrieb in Zusammenhang mit Speisebefehlen GS\ und GS₂ auf, die von einer Speiseabschnitt-Schaltsteuerung SCausgehen und zum Steuern des Betriebes der Schalter und der Umformer dienen. Insbesondere bewirkt, wenn beide Speisebefehle GSi und GS₂ den Umformern die Betätigung der Umformer CCi und CC₂ bewirken, eine Verknüpfungsschaltung TSG das Durchschalten eines Thyristorschalters TS, um so die zweite Phasenschieber-Einheit RPC₂ mit der Wechselstromquelle SS zu verbinden. Auf diese Weise kann die zusätzliche Blindleistung A RPkompensiert werden.

Für den Fall, daß der zweite Blindleistungsregler thyristorgesteuert ist, wie in F i g. 4 dargestellt, kann der Thyristorschalter TS gemäß F i g. 3 weggelassen werden. Bei der Phasenschieber-Einheit gemäß Fig.4 werden Thyristoren TSw bis 7S₃₂ durchgeschaltet, wenn das Befehlssignal von der Verknüpfungsschaltung TSG »EIN« ist während sie gesperrt sind, wenn das Befehlssignal von der Verknüpfungsschaltung TSG »AUS« ist In F i g. 4 sind weiter parallele Kondensatoren Ci bis C₃ dargestellt Bei einer thyristorgesteuerten Phasenschieber-Einheit kann die Blindleistungskompensation feiner durchgeführt werden, wenn die Blindleistung in jedem Augenblick gesteuert wird, abhängig von einem vorgegebenen Bezugswert, der als ein Befehls- bzw. Führungssignal zugeführt wird, entsprechend den Änderungen der Blindleistung, während der fahrende Körper über zwei benachbarte Antriebsspulen tritt.

Der erste Blindleistungsregler RPC\ ist vorgesehen zur Kompensation der Basis-Blindleistung, wie bereits ausgeführt Falls der Linearmotor ein linearer Synchronmotor ist, ändern sich dessen Kennlinien wie der

Leistungsfaktor (Kurve X), die Blindleistung (Kurve Y) und der Wirkungsgrad (Kurve Z) abhängig von der Motorgeschwindigkeit, wie in F i g. 5 dargestellt. Im Fall eines Linearmotors hängt die zu kompensierende Blindleistung von den Betriebszuständen ab, wie der Motorgeschwindigkeit und dem Strom. Die F i g. 6 und 7 zeigen Anordnungen, die zur Kompensation der Schwankungen dieser Basis-Blindleistung mittels der ersten Phasenschieber-Einheit PQ verwendbar sind.

In Fig. 6 empfängt ein Blindleistungs-Einstellglied ι ο RPC₅1 Signale, die Betriebszuständen des Linearmotors entsprechen, wie Motorgeschwindigkeit und dem Strom, und stellt die durch die erste Phasenschieber-Einheit zu kompensierende Blindleistung ein.

Die Blindleistungskompensation kann vorteilhaft kontinuierlich gemäß den Betriebsbedingungen bzw. -zuständen des Linearmotors durchgeführt werden. Eine solche Phasenschieber-Einheit ist jedoch kompliziert und kostspielig. Am zweitbesten wird die Blindleistungskompensation schrittweise durchgeführt durch Unterteilen der Betriebszustände, abhängig von denen die Kompensation durchgeführt wird, in drei Schritte oder Stufen in dem Blindleistungs-Einstellglied RPCs 1 gemäß F i g. 6 und der ersten Phasenschieber-Einheit RPC\ gemäß F i g. 7. Gemäß F i g. 7 sind eine Höchstleistungs-Einheit RPCu, eine Leistungs-Einheit RPCn und eine regenerative Brems-Einheit RPCn vorgesehen, wobei diese selektiv abwechselnd über Schalter Sn, Sn bzw. Sn mit der Wechselstromquelle 55 verbunden werden zur stufenweisen Kompensation der Blindleistung. Dadurch kann das System einfach und kostengünstig aufgebaut werden. Die alternative Wahl der Phasenschieber-Teil-Einheiten RPCu bis RPCn kann beispielsweise in der in F i g. 6 dargestellten Weise erfolgen, bei der das Ausgangssignal eines Funktionsgenerators FA, das die Blindleistungs-Kennlinie bezüglich der Motorgeschwindigkeit wiedergibt, mit einem Bezugsstromwert mittels eines Multiplizierers MA multipliziert wird, wobei das Ergebnis von Vergleichern CPu bis CPn verwendet wird zur Bestimmung, welche ™ der Einheiten zu wählen ist. Die Vergleicher CP_n, CPn und CPn entsprechen dem Maximalleistungs-, dem Nenn- oder Normalleistungs- bzw. dem regenerativen Bremsleistungs-Laufzustand. Der Einstellwert des Vergleichers CPn überdeckt einen positiven Bereich, der Einstell wert des Vergleichers CPu überdeckt ebenfalls einen positiven Bereich der jedoch größer ist, als der des Vergleichers CP12, und der Einstellwert des Vergleichers CPn überdeckt einen negativen Wert bzw. Bereich. Wenn das Ausgangssignal des Multiplizierers MA innerhalb eines dieser Einstellwert-Bereiche der Vergleicher CPu, CPn und CPi₃ fällt, erzeugt der entsprechende Vergleicher ein Ausgangssignal zur Betätigung eines der Schalter S_n bis Si₃, die dem jeweiligen Vergleicher zugeordnet sind, um den Kontakt zu schließen. Wenn das Ausgangssignal vom Muhiplizierer MA relativ klein ist, ist die zu kompensierende Blindleistung klein, weshalb die Schalter ,Sn bis Si₃ geöffnet werden zum Abtrennen der Phasenschieber-Einheit vom System. Um die Blindleistungskompensation feiner zu gestalten, kann das Blindleistungs-Einstellglied APC₅ / und die erste Phasenschieber-Einheit WPCi gemäß den Fig. 6 und 7 in mehr Einheiten aufgeteilt werden.

Die obige Vorgehensweise der Änderung der zu kompensierenden Blindleistung abhängig von den Betriebszuständen ist auch bei der zweiten Phasenschieber-Einheit RPC₂ wirkungsvoll. Beispielsweise sind, wenn der Bezugstrom-Wert klein ist, die Schwankungen oder Änderungen der Blindleistung klein, weshalb die kompensierende Blindleistung klein sein sollte, weil andernfalls eine Überkompensation auftreten würde, was nachteilige Wirkungen wie eine Spannungserhöhung zur Folge haben kann. Unter Berücksichtigung der obenerwähnten Tatsache kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 das Ausmaß der kompensierenden Blindleistung der zweiten Phasenschieber-Einheit RPC2 ebenfalls abhängig von den Betriebszuständen durch das Blindleistungs-Einstellglied RPC_S2 in der gleichen Weise verändert werden, wie das durch das erste Blindleistungs-Einstellglied RPCsi und die erste Phasenschieber-Einheit ÄPCi erreicht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stromversorgungssystem für einen Langstator-Linearmotor, dessen ortsfester Langstator aus mehreren hintereinander angeordneten Abschnitten besteht, die in Abhängigkeit von der Stellung eines ihm gegenüber bewegten Fahrzeugs an eine

Wechselstrom-WechselEtrom-Umformereinrichtung mit in der Frequenz steuerbaren Mehrphasen-Ausgang jeweils dann anschaltbar sind, wenn sich der fahrzeugfeste Teil des Linearmotcrs im Bereich des jeweiligen Langstator-Abschnittes befindet, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eingangsseite der Umformereinrichtung (Umformer Cd, CC₂) zwei Phasenschieber-Einheiten (RPCu RPC₂) mit den folgenden Merkmalen parallelschaltbar vorgesehen sind: