JP5301555B2 - 複数の巻線セクションを有するロングステータ巻線に給電するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源と、この電源に接続されている給電線と、この給電線に接続されており、かつそれぞれ１つの巻線セクションとの接続のためのそれぞれ１つの接続端子を有する複数のセクション開閉器とを備えた、複数の巻線セクションを有するロングステータ巻線に給電するための装置に関する。

この種の装置は、従来技術から既に知られている。例えば、磁気浮上鉄道の給電のための装置が発表され、例えば中国の上海において実現されている。この装置では、駆動装置が走行速度で移動する車両側には配置されていない。その代りに、駆動装置が走行軌道側に収容されていて、主としてロングステータ巻線（地上一次巻線）を特徴とするロングステータモータを構成する。

磁気浮上鉄道の給電のための従来技術から公知の装置が図１に概略的に示されている。ロングステータ巻線１は、複数の巻線セクション２に分割されているのが分かる。これらの巻線セクション２は、詳しくは図示されていない走行軌道において、直接に互いに隣接している。各巻線セクション２は、入力側をセクション開閉器３に接続されていて、セクション開閉器３とは反対側の端を中性点開閉器４に接続されている。その巻線セクション２の閉じた状態において、中性点開閉器４は、巻線セクション２を中性点５に接続する。これに対して、セクション開閉器３は、それぞれに付設された巻線セクション２を給電ケーブル６に接続する。給電ケーブル６は、図示されていない電源としてのコンバータに接続されている。ロングステータ巻線１を巻線セクション２に分割することが必要である。なぜならば、さもないと全体のロングステータ巻線１がそれの全長にわたって励磁されなければならず、その結果として、大きなエネルギー損失をともなうからである。これに対して、セクション開閉器３が投入されると同時に中性点開閉器４が投入されるならば、限定された長さを有する選択された巻線セクション２の励磁が行なわれ、当該巻線セクション２においてコンバータの制御に依存して移動磁界が発生させられる。移動磁界が車両側に配置されている支持および案内磁石と共に相互作用して、車両の電気力学的駆動が行なわれる。駆動される車両がもはや巻線セクション２上に存在しなくなるや否や、当該セクション開閉器３および当該中性点開閉器４が開いた状態にされる。

各巻線セクション２は、抵抗−誘導性インピーダンスのほかに周囲電位に対して容量性インピーダンスを有する。したがって、図１においては各巻線セクション２に模式的にそれぞれ１つの静電容量７が割り当てられている。同様のことが給電線６についても当てはまり、そこには静電容量８が給電線全長にわたって分布している。従来技術によれば、これまで殆ど、給電線６に１つの巻線セクション２が接続される。その都度投入される巻線セクション２は強い誘導性負荷である。したがって、駆動電流と駆動電圧との間に位相差が生じ、その結果として無効電力が発生する。この誘導性無効電力は給電線６の静電容量８ならびにその都度の投入されている巻線セクション２の静電容量７によっては十分には補償されないので、従来技術によれば、無効電力による駆動システムの付加的な負荷がもたらされる。この無効電力は、幾つかのコンバータでは適切な駆動制御によって能動的に補償可能であるが、しかしそれによって駆動システムに負担が掛かる。

本発明の課題は、電源の制御に依存しない無効電力補償を可能にする冒頭に述べた種類の装置を提供することにある。

本発明は、この課題を、装置のインピーダンスを調整すべく構成されている無効電力補償のための手段を設けることによって解決する。

本発明によれば、駆動装置において発生する無効電流の所望の補償がもたらされるように、本発明による給電装置のインピーダンスが調整される。誘導性の作用をする投入された巻線セクション２の補償のために、本発明の枠内において、種々に存在する容量性作用を有する装置構成部分が接続される。この手法により、電源の負担、つまり一般的には電気エネルギーを給電線に供給するコンバータの負担が軽減される。したがって、コンバータの制御は、本発明によれば走行運転において生じる装置インピーダンスに依存せずに行なわれ、それゆえ効率的である。

本発明の有利な実施形態によれば、無効電力補償のための手段は、少なくとも幾つかのセクション開閉器の開閉を行なうべく構成されている制御ユニットを有する。この方法にて、ロングステータにおける種々に存在する巻線セクションによって、装置のインピーダンスが影響を及ぼされる。したがって、この解決手段は非常にコスト効率が良い。例えば、装置全体の容量性インピーダンスを高めようとする場合に、制御ユニットは、開いた状態にある中性点開閉器を有する付設の巻線セクションを介して接続されている幾つかのセクション開閉器を次のようになるまで閉じた状態にする。すなわち、このようにして投入される巻線セクションの静電容量と、給電線および通電されている巻線セクションの容量性インピーダンスとの和が、通電されている巻線セクションの誘導性インピーダンスにほぼ一致するようになるまで閉じた状態にする。

制御ユニットが、測定信号を発生する測定センサに接続されていて、かつ次のように構成されている内部制御ロジックを有するとよい。すなわち、この内部制御ユニットに接続されているセクション開閉器の開閉を調整パラメータに依存すると共に測定信号に基づいて行なうべく構成されている、内部制御ロジックを有するとよい。この有利な実施形態によれば、測定センサに基づいて運転中に、つまり給電中に、装置の無効電流成分が求められる。測定センサは、例えば電流および電圧測定器であり、これらの測定器は、給電線の各相における電流および電圧を測定し、これらの測定信号に基づいて、公知の方法で上記無効電流成分を決定する。さらに制御ユニットは、現在通電されていない残りの巻線セクションの容量性インピーダンスがそれぞれどのくらいの大きさであるかという情報、ならびに給電線の容量性インピーダンスがどのくらいの大きさであるかという情報を含んでいる調整パラメータを持っている。これらのデータまたは調整パラメータに基づいて、簡単な計算規則によって、できるだけ正確な無効電力補償が可能にされる。

制御ユニットに接続されている少なくとも１つの付加電線開閉ユニットが設けられ、各付加電線開閉ユニットが付加電線に接続され、付加電線のインピーダンスが調整パラメータとして制御ユニットの意のままになることが好ましい。この有利な発展形態によれば、可変性が増大され、したがってその都度の需要に対するインピーダンスの適合精度が増大される。

可変性の一層の増大のために、さらに給電線に接続されるリアクタンスユニットを設けるのが有利である。リアクタンスユニットとしては付加的なコンデンサが考慮されるが、しかしコイルも考慮される。あるいは、それとは違って、コンデンサの如き複数の容量性インピーダンスの１つと、１つの開閉ユニットとを持つ、複数の能動的なリアクタンスユニットが設けられていてもよい。開閉ユニットは、例えば制御ユニットに接続されているので、上述の容量性インピーダンスを、全体的または部分的に、その都度通電される巻線セクションに並列に接続することができる。

換言するならば、リアクタンスユニットは、例えばリアクタンス開閉器を介して、通電される巻線セクションに対して並列回路にて給電ユニットに接続可能であり、ここでもアクタンスユニットが制御ユニットに接続されている。

ここで言及しておくに、使用される開閉ユニットの種類は、本発明の枠内において任意である。例えば本発明の枠内において機械的開閉器も半導体開閉器も使用できる。

図１は従来技術による装置を示す概略図である。 図２は本発明による装置の実施例を示す概略図である。 図３は本発明による装置の他の実施例を示す概略図である。 図４は本発明による装置のさらに他の実施例を示す概略図である。

以下において、図面における図を参照しながら本発明の実施例を説明することにより、本発明のさらに他の有効な実施形態および利点を明らかにする。図面において同じ作用をする構成部分には同じ符号が付されている。

図１は、既に先に詳しく説明した従来技術による装置に関係するので、ここでは詳細な説明を省略する。

図２は本発明による装置９の実施例を示す。本発明による装置９は、ここでも、複数の巻線セクション２から構成されたロングステータ巻線１の給電のために設けられている。この装置は給電線６を含み、この給電線６は付加電線１０および付加電線開閉ユニット１１を介して図示されていないコンバータの如き電源に接続され、そのコンバータは直流回路または直流電圧中間回路を介して別のコンバータに接続され、その別のコンバータは他方側において交流電源系統に接続されている。付加的に、区域開閉器１７を介して他の給電線１６を既に考察した給電線６に対して接続する可能性が存在する。他の給電線１６は、同様にロングステータ巻線１に給電し、同様に適切に投入可能な巻線セクションを持つ。しかし、これらは図の見易さの理由から図示されていない。

１つの巻線セクション２に通電するために、従来技術におけると同様に、１つのセクション開閉器３ならびに１つの中性点開閉器４が設けられている。そのセクション開閉器３およびその中性点開閉器４が閉じた状態ならば、電流が電源から出発して、付加電線１０、投入されている付加電線開閉ユニット１１、給電線６、投入されているセクション開閉器３を介してその都度の巻線セクション２に流れ、さらにそこから中性点開閉器４を介して、例えば接地されている中性点５へ流れる。

大きなエネルギー損失を回避するために、一般に、常に巻線セクション２の一つのみが、その一端において給電線に接続され他端において中性点５に接続されている。これに対して、通電されていない残りの巻線セクションのセクション開閉器３および中性点開閉器４は、通常は開いた状態にされている。このことは、場合によっては存在する区域開閉器１７にも当てはまる。その都度通電される巻線セクション２の誘導性インピーダンスを補償するために、それぞれ１つの信号線１３を介してセクション開閉器３に接続されている制御ユニット１２が設けられている。さらに、制御ユニット１２は付加電線開閉ユニット１１および区域開閉器１７にも１つの信号線１３を介して接続されている。無効電力補償のために、制御ユニット１２は、定められた幾つかのセクション開閉器３および／または付加電線開閉ユニット１１を閉じた状態に制御する。このとき閉じた状態に制御されるセクション開閉器３は、通電されていない巻線セクション２に属しているので、その巻線セクション２の中性点開閉器４は開いた状態にされているから、他の巻線セクション２の望まれない通電を招くことなしに、その巻線セクション２の容量性インピーダンスを無効電力補償のために利用することができる。その都度の中性点開閉器４の状態を制御ユニット１２で識別するために、制御ユニット１２は、中性点開閉器４にも信号線を介して接続されているが、図２には、これらの信号線が図の見易さの理由から示されていない。

制御ユニット１２が無効電力補償のために中性点開閉器４を開いた状態で何個のセクション開閉器３を閉じた状態にすべきかを決定するために、制御ユニット１２は、図示されていない測定センサに接続されている。測定センサは、図２に示された実施例において、給電線６の電流および電圧を検出する。図においては、見易さの理由から、全部で３つの相を有する給電線の１つの相のみが示され、そして各開閉器または各開閉ユニットのそれぞれの１つの極のみが示されている。このことは、巻線セクション２を有するロングステータ巻線１にも相応に当てはまる。しかし、ここで指摘しておくに、得られた測定信号に基づいて制御ユニット１２がロングステータ巻線１の給電中の給電線６における無効電力を求め得るように、測定センサは電流および電圧を、それぞれの相ごとに検出する。さらに、制御ユニット１２は、調整パラメータ、つまり例えば励磁されていない接続可能な巻線セクション２のインピーダンスに関する情報を持っている。さらに、この情報に基づいて、制御ユニット１２の内部制御ロジックが、どのセクション開閉器３ならびにどの付加電線開閉ユニット１１および区域開閉器１７を無効電力補償のために閉じた状態にするかを決定する。ここで指摘しておくに、区域開閉器１７を用いて、異なるロングステータ部分１の他の巻線セクション２を、上述のやり方で無効電力補償のために加えることができる。

図３は、本発明による装置における、他の実施例を示しており、制御ユニット１２がリアクタンスユニット１４に接続されている。リアクタンスユニット１４は電線１５を介して巻線セクション２に接続されている。リアクタンスユニット１４は、例えば制御ユニット１２によって必要時に閉じた状態にすることができる図示されていない開閉ユニットと、例えば星形結線されたコンデンサ等の如き容量性ユニットとを含む。したがって、リアクタンスユニット１４の容量性ユニットの接続によって、制御ユニット１２は、装置の容量性インピーダンスを高め、それにより、必要な誘導性無効電力を補償する。

図４は図３のさらに適切な実施例を示すが、リアクタンスユニット１４は、巻線セクション２の中性点側に、つまり本来の巻線セクション２と中性点開閉器４との間に、配置されている。

１ ロングステータ巻線
２ 巻線セクション
３ セクション開閉器
４ 中性点開閉器
５ 中性点
６ 給電線
９ 本発明による装置
１０ 付加電線
１１ 付加電線開閉ユニット
１２ 制御ユニット
１３ 信号線
１４ リアクタンスユニット
１５ 電線
１６ 他の給電線
１７ 区域開閉器

Claims (6)

1. 複数の巻線セクション（２）を有するロングステータ巻線（１）と、電源と、この電源に接続された給電線（６）と、それぞれ１つの巻線セクション（２）の一端と前記給電線（６）との接続の開閉のためのセクション開閉器（３）と、それぞれ１つの巻線セクション（２）の他端と中性点（５）との接続の開閉のための中性点開閉器（４）と、一度に前記複数の巻線セクション（２）のうちの１つもしくは複数の巻線セクションのみに対して選択的に前記給電線（６）からの電力の給電を行うべく、その選択された巻線セクション（２）に接続されているセクション開閉器（３）および中性点開閉器（４）を閉じた状態にして当該選択された巻線セクション（２）のみを前記給電線（６）と前記中性点（５）とに対して通電状態にする制御を行うように設定された制御ユニット（１２）とを備えた、複数の巻線セクション（２）を有するロングステータ巻線（１）に給電するための装置において、
   前記巻線セクション（２）の誘電性負荷に起因して当該装置自体に発生する無効電力を、当該装置自体のインピーダンスの調整を行なうことによって補償するべく、前記制御ユニット（１２）が、前記選択された巻線セクション（２）以外の通電されていない残りの１つもしくは複数の各巻線セクション（２）に接続されている中性点開閉器（４）を開いた状態にすると共にセクション開閉器（３）を閉じた状態にする制御を行うことにより、前記残りの１つもしくは複数の各巻線セクション（２）の容量性インピーダンスを、前記閉じた状態にしたセクション開閉器（３）を介して前記給電線（６）に接続し、以て前記残りの１つもしくは複数の各巻線セクション（２）の容量性インピーダンスを前記無効電力の補償に利用するように設定されている
   ことを特徴とする、複数の巻線セクションを有するロングステータ巻線に給電するための装置。
2. 前記制御ユニット（１２）は、当該装置自体の運転中の無効電流成分の測定信号を発生する測定センサに接続されていて、前記通電されていない残りの巻線セクション（２）のうちの1つもしくは複数の各巻線セクション（２）に接続されているセクション開閉器（３）の開閉を、前記通電されていない残りの巻線セクション（２）の容量性インピーダンスの大きさの情報ならびに前記給電線（６）の容量性インピーダンスの大きさの情報を含んでいる調整パラメータに基づくと共に前記測定信号に基づいて、できるだけ正確な前記無効電力の補償が可能となるように制御するべく構成されている内部制御ロジックを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の、複数の巻線セクションを有するロングステータ巻線に給電するための装置。
3. 前記制御ユニット（１２）によって開閉動作を制御される、少なくとも１つの付加電線開閉ユニット（１１）であって、当該装置の外部から電流が給電される付加電線（１０）に一端が接続されていると共に、前記付加電線（１０）を介して前記外部から給電される電流の前記給電線（６）への通電の開閉を行うべく前記給電線（６）に他端が接続されている付加電線開閉ユニット（１１）を備えており、前記付加電線（１０）のインピーダンスが前記調整パラメータの１つとして前記無効電力の補償のために利用されるべく、前記付加電線開閉ユニット（１１）の開閉動作が前記制御ユニット（１２）によって制御されるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の、複数の巻線セクションを有するロングステータ巻線に給電するための装置。
4. 前記制御ユニット（１２）によって開閉動作を制御される、少なくとも１つの区域開閉ユニット（１７）であって、前記給電線（６）とは別の第２の給電線（１６）に一端が接続されていると共に、前記第２の給電線（１６）を介して前記電源から給電される電流の前記給電線（６）への通電の開閉を行うべく前記給電線（６）に他端が接続されている区域開閉ユニット（１７）を備えていて、前記第２の給電線（１６）のインピーダンスが前記調整パラメータの１つとして前記無効電力の補償のために利用されるべく、前記区域開閉ユニット（１７）の開閉動作が前記制御ユニット（１２）によって制御されるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の、複数の巻線セクションを有するロングステータ巻線に給電するための装置。
5. 前記無効電力を補償するために利用可能な当該装置の容量性インピーダンスをさらに高めるべく、リアクタンスユニット（１４）が、前記巻線セクション（２）の給電線側または中性点側に接続されている
   ことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の、複数の巻線セクションを有するロングステータ巻線に給電するための装置。
6. 前記リアクタンスユニット（１４）が、前記制御ユニット（１２）によって必要時に閉じた状態にすることができるリアクタンス開閉ユニットを介して、前記巻線セクション（２）に接続されている
   ことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の、複数の巻線セクションを有するロングステータ巻線に給電するための装置。
   

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