WO1999042320A1

WO1999042320A1 - Antriebsabschaltvorrichtung für magnetbahnen mit synchronem langstatorantrieb

Info

Publication number: WO1999042320A1
Application number: PCT/DE1999/000298
Authority: WO
Inventors: Rolf Fischperer; Rüdiger FÜRST; Hans-Jürgen PETERSEN
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 1999-08-26
Also published as: DE19806563C1

Abstract

Es wird eine Antriebsabschaltvorrichtung für Magnetbahnen mit synchronem Langstatorantrieb vorgestellt, die eine Umrichtereinheit (6), eine Antriebs-, Regel- und Steuereinrichtung (8) sowie Abschaltmittel (5, 7) zur betrieblichen Abschaltung des Stators (4), der Einspeisestrecke (1) und des Unterwerksausgangs umfaßt. Um mit geringerem Aufwand ein sicheres Abschalten mit kurzen Abschaltzeiten zu erzielen, wird vorgeschlagen, im Ausgangsstreckenabschnitt (2a) der Umrichtereinheit (6) Mittel (14) zum raschen Kurzschließen des Streckenabschnittes bei unzulässig hohem Strom vorzusehen. Vorteilhafterweise werden hierzu Kurzschlußschalter mit eigenem Überstromauslöser vorgesehen.

Description

Beschreibung

Antriebsabschaltvorrichtung für Magnetbahnen mit synchronem Langstatorantrieb

Bei Magnetbahnen besteht das Antriebssystem aus verschiedenen Komponenten, die entlang des Fahrweges angeordnet sind. Diese Antriebskomponenten werden entsprechend dem Fahrbetrieb zu Antriebseinheiten zusammengeschaltet. Eine Antriebseinheit bleibt dabei so lange unverändert konfiguriert, wie sich ein Fahrzeug in ihrem Antriebsbereich befindet. Eine Antriebseinheit besteht aus einer Antriebsstrecke und, abhängig vom Speiseverfahren, einem oder mehreren Antriebsblöcken, die in sog. Unterwerken untergebracht sind. Diese befinden sich ne- ben dem Fahrweg und haben zueinander einen bestimmten Abstand. Eine Antriebsstrecke enthält zwei in mehrere Abschnitte unterteilte Langstatoren, entsprechend viele Schaltstellen, Streckenkabel und Streckenschaltanlagen. Der Antriebsblock umfaßt eine Umrichtereinheit, Motorregelung und -Steuerung sowie diverse Elemente zur Antriebsabschaltung. Im folgenden wird auf die Antriebsabschaltung eines Streckenabschnittes Bezug genommen. Es wird davon ausgegangen, daß die Einspeisung über entsprechende Eingangstrafos erfolgt, die in der Regel eine Spannung von 20 kV bei 50 Hz erzeugen.

Nachdem Magnetbahnsysteme einerseits vollautomatisch operieren, andererseits durch den berührungsfreien Antrieb theoretisch beliebig große Kräfte in den Fahrweg einleiten und diesen dadurch schädigen können, leitet sich hieraus die Forderung ab, den Antrieb bei Fehlfunktionen oder bei Unterbrechungen im automatischen Überwachungssystem sicher abschalten und die Antriebskraft sicher begrenzen zu können. Da synchrone Langstatorantriebe in Abhängigkeit von der Fahrzeug- geschwindigkeit mit Frequenzen von 0 bis 300 Hz betrieben werden, müssen dementsprechend auch hohe Ströme in diesem Frequenzspektrum sicher abgeschaltet werden. 2 Antriebsabschaltvorrichtungen nach dem Stand der Technik sind beispielsweise in dem Artikel "Die Stromversorgung für den TRANSRAPID 06" der Zeitschrift "Elektrische Bahnen" (79. Jahrgang, 1981, Heft 8, Seiten 295-300) oder in dem Auf- satz "Langstator-Antriebstechnik, Theoretische Grundlagen zur Motorberechnung" v. Rolf Hellinger, abgedruckt in ZEV + DET Glasers Annalen 118/1994 (Nr. 1, Januar, Seiten 7 bis 12) beschrieben. Sie enthalten einerseits einen nicht sicheren Pfad zur Begrenzung der maximalen Kraftwirkung und andererseits einen sicheren Pfad zur sicheren Abschaltung des Antriebs. Als Kurzschlußschutz dient ein im Gleichstromzwischenkreis der Umrichter angeordneter schneller Trennschalter, der bei Kurzschlüssen den Schutz der Geräte im Zwischenkreis und der Gleichrichteranlage übernimmt. Im Bedarfsfall lassen sich die Gleichrichter mit Hilfe des Trennschalters im stromlosen Zustand vom Gleichspannungszwischenkreis trennen.

Der prinzipielle Aufbau einer solchen bekannten Antriebsabschaltvorrichtung ist in Figur 1 dargestellt. In der Prinzip- Schaltung sind mit 1 die Einspeiseleitung, mit 2 das Streckenkabel, mit 3 das Fahrzeug und mit 4 ein Langstator bezeichnet. Die Einspeisung erfolt üblicherweise mit 20 kV 50 Hz. Die aus betrieblichen Gründen vorhandenen Meß- und Schalteinrichtungen zur Begrenzung der maximalen Kraftwirkung umfassen Einspeiseschaltmittel 5, eine Umrichtereinheit 6 mit Trafos, Gleichrichter, Zwischenkreiswechselrichter und Stromerfassungen, ausgangsseitig der Umrichtereinheit 6 angeordnete Streckenabschaltmittel 7 sowie eine Antriebs-Rege- lung-/Steuerungseinheit 8, welche die vorgenannten Einrich- tungen sowie ebenfalls betrieblich notwendige Statorabschaltmittel 9 bedient.

Nachdem die vorgenannten Meß- und Schalteinrichtungen zur betrieblich bedingten Abschaltung des Antriebs genutzt werden, können diese Schalteinrichtungen auf der Antriebsseite prinzipbedingt keine sichere Abschaltung gewährleisten. Zur sicheren Abschaltung sind deshalb weitere Zusatzeinrichtungen 3 vorhanden. Im einzelnen sind dies weitere, sichere Einspeise- abschaltmittel 10, weitere sichere Abschaltmittel 11, aus- gangsseitig der Umrichtereinheit Stromerfassungsmittel 12, sowie ein Rechner 13. Die Stromerfassungsmittel 12 dienen zur sicheren Kontrolle des Stromnullganges. Aus Sicherheitsgründen sind insbesondere die Abschaltmittel 10 und 11 mindestens doppelt (redundant) vorhanden; die Stromerfassungsmittel 12 sind ebenfalls mehrfach vorhanden.

Da die sicheren ausgangsseitigen Abschaltmittel 11 nur dann sicher trennen können, wenn der Umrichterzwischenkreis der Umrichtereinheit 6 entladen ist, muß die eigentliche sichere Abschaltung auf der Seite der Einspeisung erfolgen. Da die Notwendigkeit für eine sichere Abschaltung jedoch auch Ursa- chen haben kann, die außerhalb des Antriebs liegen können

(z.B. Funklücken etc.), möchte man in der Regel eine Abschaltung der Umrichter auf der Seite der Einspeisung vermeiden, u.a. nachdem eine Wiederaufrüstung nach einem Abschaltvorgang mehrere Minuten beanspruchen würde, was zu Betriebsstörungen führen kann. Deshalb kann optional eine sichere Stromnullkontrolle über die Stromerfassungsmittel 12 erfolgen, die eine sichere Abschaltung so lange unterbindet, wie der Strom ordnungsgemäß Null ist. Der Abschaltvorgang, der im Rechner 13 softwaremäßig hinterlegt ist, um durch fehlerhafte Abläufe verursachte Schädigungen an den Geräten zu verhindern, dauert aber vergleichsweise lange (ca. 1 sec) . Zuerst ist nämlich die Einspeisung abzuschalten, dann ist der Zwischenkreis zu entladen, anschließend sind die ausgangsseitigen Abschaltmittel 11 zu öffnen.

Die aufgezeigte Antriebsabschaltvorrichtung hat verschiedene Schwächen. Verbunden mit den bereits angesprochenen, vergleichsweise großen Abschaltzeiten sind unzulässige Kraftwirkungen nicht sicher auszuschließen. Im Falle einer Ab- Schaltung müßte deshalb jeweils eine Bauwerksprüfung des

Fahrweges erfolgen. Bei einem Verzicht auf die Stromerfassung würden sich außerdem erhebliche betriebliche Einschränkungen 4 ergeben. Bei Einsatz der Stromnullkontrolle dagegen bedarf es außerdem eines höheren Aufwandes an Hardware.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Auf- gäbe zugrunde, demgegenüber eine verbesserte, sichere Antriebsabschaltvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.

Anstelle der vorbeschriebenen Maßnahmen zur sicheren Abschal- tung und Stromerfassung kommen erfindungsgemäß Kurzschlußmittel 14 mit eigenem Überstromauslöser zum Einsatz, die im Ausgangsstreckenabschnitt der Umrichtereinheit, d.h. im Unterwerksausgang 2a des Sreckenkabels 2 angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Antriebsabschaltvorrichtung ist in Figur 2 im Prinzip aufgezeigt, wobei gleiche Bauteile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Aus Sicherheitsgründen sind die Kurzschlußmittel 14 mit Über- Stromauslöser wieder doppelt vorhandenen. Wird von den Kurzschlußmitteln 14 ein unzulässig hoher Strom erkannt, so wird unverzüglich (innerhalb einiger Millisekunden) ein Kurzschluß erzeugt. Dieser Kurzschluß bewirkt, daß die Umrichtereinheit 6 nur noch auf den Kurzschluß, nicht jedoch über den Stator 4 auf das Fahrzeug speisen und auf dieses somit keine Antriebswirkung mehr aufbringen kann. Weitere Vorteile dieser Ausführung sind, daß keine unzulässigen Kraftwirkungen mehr auftreten können, daß der Umrichter auf der Seite der Einspeisung in Betrieb bleiben kann und daß das Fahrzeug bremsend auf den Kurzschluß speist. Die Kurzschlußmittel 14 können vorteilhafterweise zusätzlich separat ausgelöst werden, wenn aus diversen anderen Sicherheitsgründen der Antrieb abgeschaltet werden soll. Die Abschaltmittel 11 sind vorteilhafterweise nach wie vor vorgesehen, um durch Unterbrechung des Kurzschluß- Stromes die Bremswirkung des Fahrzeuges zu unterbinden; sie brauchen aber nicht zwingend zweifach vorhanden zu sein.

Claims

Patentansprüche

1. Antriebsabschaltvorrichtung für Magnetbahnen mit synchronem Langstatorantrieb, enthaltend eine Umrichtereinheit (6), eine Antriebs-, Regel- und Steuereinrichtung (8) und Abschaltmittel (5, 7) zur betrieblichen Abschaltung des Stators (4), der Einspeisestrecke (1) und des Ausgangsstreckenabschnittes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Ausgangsstreckenabschnitt (2a) der Umrichtereinheit (6) Mittel (14) zum raschen Kurzschließen des

Streckenabschnittes bei unzulässig hohem Strom vorgesehen sind.

2. Antriebsabschaltvorrichtung nach Anspruch 1, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Mittel mindestens ein Kurzschlußschalter mit eigenem Überstrom- auslöser vorgesehen ist.

3. Antriebsabschaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im

Ausgangsstreckenabschnitt (2a) der Umrichtereinheit (6) weitere Abschaltmittel (11), die nicht für eine betrieblich bedingte Abschaltung des Antriebs vorgesehen sind, angeordnet sind.

4. Antriebsabschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kurzschlußschaltmittel (14) im Ausgangsstreckenabschnitt (2a) der Umrichtereinheit (6) redundant vorhanden sind.