WO2006048403A1 - Schaltungsvorrichtung zur erhöhung der nutzbaren motorspannung bei einem langstatorantrieb und verfahren zum betreiben eines magnetschwebefahrzeugs mit einer solchen schaltungsvorrichtung - Google Patents

Schaltungsvorrichtung zur erhöhung der nutzbaren motorspannung bei einem langstatorantrieb und verfahren zum betreiben eines magnetschwebefahrzeugs mit einer solchen schaltungsvorrichtung Download PDF

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Jörg LEHMPFUHL
Volker Schmitt
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/10—Combination of electric propulsion and magnetic suspension or levitation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to a circuit device for Erhö ⁇ hung the usable motor voltage at a long stator, with a stator section is connected at its first terminal to ei ⁇ ner two substations connecting the power supply line and at its second terminal to ground potential.
  • the invention also relates to methods for operating a
  • stator sections were always connected in parallel to a power supply line, wherein the first arrival of the stator circuit was connected to the Energymakersslei ⁇ processing and the second terminal of Statorab ⁇ section with ground potential.
  • An example is shown in DE 196 15 596 A1.
  • the invention has the object of providing a Heidelbergungsvor ⁇ direction indicate the nutz ⁇ bare motor voltage can by simple means be increased so that a magnetic levitation vehicle can ⁇ acceleration experienced with the long stator higher Be, without the voltage at the output of the inverter or the voltage delivered by a substation should be increased.
  • a method for operating a magnetic levitation vehicle with the circuit device according to the invention is also to be specified.
  • the object to provide a suitable circuit device is achieved according to the invention in that the Statorab ⁇ section is connected at its two terminals via a first and a second switch with two connection points on the Ener ⁇ giemakersstechnisch that in the Energyver ⁇ sorgungstechnisch between the two connection points, a third switch is arranged and that the two An ⁇ connections of the stator are connected via a fourth and a fifth switch to ground potential.
  • the advantage is achieved that the stator section can be connected in series with the two adjacent substations by suitable actuation of the said five switches. This is achieved by the fact that the first and the second switch are closed, while the third, fourth and fifth switches are open.
  • the first switch is closed so that the one end of the stator section with the Energyver ⁇ supply line connected.
  • the second switch remains open.
  • the fifth switch is closed, so that the other end of the stator section is connected to earth potential.
  • the fourth switch remains open.
  • the third scarf ⁇ ter which is located in the power supply line, may be open. However, it can also be closed, in particular, when the nearest substation is not ready to conduct electrical energy from the next substation arranged in the opposite direction to the stator section.
  • the object to provide a suitable method for operating a magnetic levitation vehicle with said Wegungsvorrich ⁇ device is achieved according to the invention in that for starting or driving the first and the second switch ter are closed and the third, fourth and fifth scarf ⁇ ter are open. This leads to the aforementioned ⁇ part that a much higher acceleration than previously possible.
  • the task a suitable method for operating a
  • Magnetic levitation vehicle with the aforementioned Wegungsvorrich ⁇ device is achieved according to a variant in that for driving the third switch is closed and ent ⁇ neither the first and the fifth switch closed and the second and the fourth switch are open or the first and the fifth Switch open and the second and fourth switches are closed.
  • stator section As a result, it is possible for the stator section, as in the known case, to be switched in parallel to the power supply line.
  • the two alternatives shown allow either opposite current directions in the stator.
  • the advantage is er ⁇ aims that not only an energetically favorable Energyver ⁇ supply of the stator is possible which is sufficient to operate the magnetic levitation vehicle in the middleivasbe ⁇ rich with little or no acceleration, but that, moreover, if one of the adjacent substations has failed, by the closed third Switch the power supply of the stator via the other adjacent substation can be done at any time.
  • the advantage is achieved that a magnetic levitation ⁇ vehicle both for starting and at largely constant speed in driving operation can always be supplied with electrical energy in a suitable manner to be operated on the one hand energetically favorable and to be able to learn the other hand just when starting a sufficiently high Accelerati ⁇ supply.
  • FIG 1 shows a known circuit device, for An ⁇ include one stator section of a Energyver ⁇ supply line,
  • FIG 2 shows a circuit device for connecting a stator section to a power supply line according to the invention
  • FIG. 3 shows, like FIG. 2, a circuit device according to the invention, in which the switches are connected for an operation of the magnetic levitation vehicle which is not or only slightly accelerated.
  • a power supply line 4 is arranged between two adjacent substations 1a, 2a, which serve to supply the stator sections 3 of a long stator drive.
  • Each of these sta- gate sections 3 is connected to a connection with the Energyver ⁇ supply line 4 and is connected in circuit with the other An ⁇ ground potential. 5
  • the stator sections 3 can be separated by switches S from the power supply line 4 and from the ground potential 5.
  • the stator section 3 is connected to two terminals 6 and 7 on the power supply line 4.
  • a first 8 and a second switch 9 are arranged in the power supply line 4.
  • a third switch 10 is arranged between the two connection points 6 and 7 between the two connection points 6 and 7 there is a third switch 10 in the power supply line 4.
  • the two connections of the stator section 3 are also connected to ground potential 5 via a fourth 11 and a fifth switch 12.
  • the first and the second switches 8, 9 are closed and all other switches are opened.
  • a closed switch represents a conductive connection while an open switch is a line break.
  • stator section 3 is integrated directly into the power supply line 4 in terms of circuitry.
  • the anlie the stator 3 ⁇ constricting tension is then so high that a sufficiently high acceleration of the magnetic levitation vehicle is possible in particular when starting any time.
  • the third switch 10 Since the third switch 10, the befin ⁇ det between the two arrival end points 6,7 in the power supply line 4, is closed, it is ensured that the stator ⁇ section 3 always sufficiently achieved with electrical energy provides ⁇ is because it with two adjacent substations Ia and 2a is connected. A defect on one of the two substations 1a or 2a can be compensated by the other substation 2a or 1a. If a connected substation Ia or 2a is defective, the power supply line 4 can be connected via switching devices 13, 14 to an adjacent energy supply line 15, 16.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zur Erhöhung der nutzbaren Motorspannung bei einem Langstatorantrieb und geeignete Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs mit dieser Schaltungsvorrichtung. Es ist vorgesehen, dass ein Statorabschnitt (3) des Langstatorantriebes über einen ersten (8) und einen zweiten Schalter (9) mit zwei Anschlusspunkten (6,7) an der Energieversorgungsleitung (4) verbunden ist. Zwischen den beiden Anschlusspunkten (6,7) befindet sich in der Energieversorgungsleitung (4) ein dritter Schalter (10) . Die beiden Anschlüsse des Statorabschnittes (3) sind außerdem über einen vierten (11) und einen fünften Schalter (12) mit Erdpotential (5) verbunden. Um eine hohe Beschleunigung des Magnetschwebefahrzeugs zu erreichen, sind der erste (8) und der zweite Schalter (9) geschlossen und alle anderen Schalter (10 bis 12) sind geöffnet. Der Statorabschnitt (3) wird direkt vom Strom in der Energieversorgungsleitung (4) durchflössen.

Description

Beschreibung
Schaltungsvorrichtung zur Erhöhung der nutzbaren Motorspan¬ nung bei einem Langstatorantrieb und Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs mit einer solchen Schaltungsvor¬ richtung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zur Erhö¬ hung der nutzbaren Motorspannung bei einem Langstatorantrieb, wobei ein Statorabschnitt an seinem ersten Anschluss mit ei¬ ner zwei Unterwerke verbindenden Energieversorgungsleitung und an seinem zweiten Anschluss mit Erdpotential verbunden ist .
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Betreiben eines
Magnetschwebefahrzeugs mit einer solchen Schaltungsvorrich¬ tung.
Eine Anordnung zur Energieeinspeisung in Statorabschnitte ei- nes Langstator-Magnetbahnsystems ist aus der DE 196 15 596 Al bekannt .
Bisher war die maximal mögliche Beschleunigung beim Anfahren eines Magnetschwebefahrzeuges, das durch einen Linearmotor angetrieben wird, durch die nur begrenzt steigerungsfähige Ausgangsspannung am Umrichter begrenzt. Eine wünschenswerte Beschleunigung würde eine technisch, zumindest aber wirt¬ schaftlich unmögliche Steigerung der Ausgangsspannung des Um¬ richters erfordern. Nachteile ergeben sich besonders bei lan- gen Fahrzeugen und auch auf langen Statorabschnitten.
Nachteilig beim Beschleunigen ist auch ein großer Abstand vom nächsten Unterwerk, das die Energieversorgung der Stator¬ abschnitte gewährleistet. Im Bahnhofsbereich sind aber kür¬ zere Statorabschnitte und kürzere Abstände der Unterwerke we- gen Platzmangel nicht realisierbar. Gerade dort ist aber beim Anfahren eine besonders hohe Beschleunigung des Fahrzeuges nötig. Bisher traten Probleme mit der Beschleunigung beim Anfahren des Magnetschwebefahrzeugs nicht auf, da die Fahrzeuge rela¬ tiv kurz waren und die Bahnhöfe stets in der Nähe eines Un- terwerks, also einer Einspeisestelle für elektrische Energie, angeordnet waren.
Bisher waren die Statorabschnitte stets parallel zu einer Energieversorgungsleitung geschaltet, wobei der erste An- Schluss des Statorabschnitts mit der Energieversorgungslei¬ tung verbunden war und der zweite Anschluss des Statorab¬ schnitts mit Erdpotential. Ein Beispiel ist in DE 196 15 596 Al gezeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsvor¬ richtung anzugeben, mit der mit einfachen Mitteln die nutz¬ bare Motorspannung so erhöht werden kann, dass ein Magnet¬ schwebefahrzeug mit dem Langstatorantrieb eine höhere Be¬ schleunigung erfahren kann, ohne dass die Spannung am Ausgang des Umrichters oder die Spannung, die ein Unterwerk abgibt, erhöht werden müsste.
Es soll auch ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebe¬ fahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung an- gegeben werden.
Die Aufgabe, eine geeignete Schaltungsvorrichtung anzugeben, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Statorab¬ schnitt an seinen beiden Anschlüssen über einen ersten und einen zweiten Schalter mit zwei Anschlusspunkten an der Ener¬ gieversorgungsleitung verbunden ist, dass in der Energiever¬ sorgungsleitung zwischen den beiden Anschlusspunkten ein dritter Schalter angeordnet ist und dass die beiden An¬ schlüsse des Statorabschnitts über einen vierten und einen fünften Schalter mit Erdpotential verbunden sind. Es wird der Vorteil erzielt, dass durch geeignetes Betätigen der genannten fünf Schalter der Statorabschnitt mit den bei¬ den benachbarten Unterwerken in Reihe geschaltet sein kann. Das erreicht man dadurch, dass der erste und der zweite Schalter geschlossen sind, während der dritte, vierte und fünfte Schalter geöffnet sind. Damit wird der Vorteil er¬ zielt, dass bei gleich bleibender Ausgangsleistung der Unter¬ werke am Statorabschnitt eine so hohe Spannung anliegen kann, dass eine deutlich verbesserte Beschleunigung eines Magnet- Schwebefahrzeugs gegenüber der bekannten Lösung möglich ist. Das wird dadurch gewährleistet, dass beide benachbarten Un¬ terwerke gleichzeitig in den Statorabschnitt einspeisen.
Andererseits ist es bei Bedarf auch möglich, durch geeignete Stellung der fünf Schalter die bekannte Schaltungsvorrichtung zu ermöglichen. Dazu wird der erste Schalter geschlossen, so dass das eine Ende des Statorabschnittes mit der Energiever¬ sorgungsleitung verbunden ist. Der zweite Schalter bleibt ge¬ öffnet. Der fünfte Schalter wird geschlossen, so dass das an- dere Ende des Statorabschnitts mit Erdpotential verbunden ist. Der vierte Schalter bleibt geöffnet. Der dritte Schal¬ ter, der sich in der Energieversorgungsleitung befindet, kann geöffnet sein. Er kann jedoch insbesondere dann auch ge¬ schlossen werden, wenn das nächstliegende Unterwerk nicht funktionsbereit ist, um vom nächsten in der entgegengesetzten Richtung angeordneten Unterwerk elektrische Energie zum Sta¬ torabschnitt zu leiten.
Es wird der Vorteil erzielt, dass gezielt zum Anfahren der Statorabschnitt in Serie in die Energieversorgungsleitung einbindbar ist, an die zwei Unterwerke angeschlossen sind. Es wird kurzzeitig eine so hohe Spannung am Statorabschnitt an¬ gelegt, dass eine für das Anfahren des Magnetschwebefahrzeugs ausreichende Beschleunigung möglich ist. Andererseits kann für Durchfahrten ohne oder nur mit geringer Beschleunigung auch die übliche Parallelschaltung des Statorabschnitts zur Energieversorgungsleitung ausführbar sein. Selbst bei langen und damit schweren Magnetschwebefahrzeugen ist gemäß der Erfindung eine deutlich höhere Anfahrbeschleu¬ nigung möglich als bisher.
Die Aufgabe, ein geeignetes Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs mit der genannten Schaltungsvorrich¬ tung anzugeben, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass zum Anfahren oder zum Fahren der erste und der zweite Schal- ter geschlossen sind und der dritte, vierte und fünfte Schal¬ ter geöffnet sind. Das führt zu dem bereits genannten Vor¬ teil, dass eine deutlich höhere Beschleunigung als bisher möglich ist .
Die Aufgabe, ein geeignetes Verfahren zum Betreiben eines
Magnetschwebefahrzeugs mit der genannten Schaltungsvorrich¬ tung anzugeben, wird gemäß einer Variante dadurch gelöst, dass zum Fahren der dritte Schalter geschlossen ist und ent¬ weder der erste und der fünfte Schalter geschlossen und der zweite und der vierte Schalter geöffnet sind oder der erste und der fünfte Schalter geöffnet und der zweite und der vierte Schalter geschlossen sind.
Dadurch ist es möglich, dass der Statorabschnitt, wie beim Bekannten auch parallel zur Energieversorgungsleitung ge¬ schaltet werden kann. Die beiden aufgezeigten Alternativen ermöglichen dabei wahlweise entgegengesetzte Stromrichtungen im Statorabschnitt.
Da der dritte Schalter geschlossen ist wird der Vorteil er¬ zielt, dass nicht nur eine energetisch günstige Energiever¬ sorgung des Statorabschnitts möglich ist, die ausreicht, um das Magnetschwebefahrzeug im mittleren Geschwindigkeitsbe¬ reich ohne oder mit geringer Beschleunigung zu betreiben, sondern dass darüber hinaus dann, wenn eines der benachbarten Unterwerke ausgefallen ist, durch den geschlossenen dritten Schalter die Energieversorgung des Statorabschnitts über das andere benachbarte Unterwerk jederzeit erfolgen kann.
Mit der Schaltungsvorrichtung und mit dem Verfahren nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass ein Magnetschwebe¬ fahrzeug sowohl zum Anfahren als auch bei weitgehend konstan¬ ter Geschwindigkeit im Fahrbetrieb stets in geeigneter Weise mit elektrischer Energie versorgt werden kann, um einerseits energetisch günstig betrieben werden zu können und anderer- seits gerade beim Anfahren eine ausreichend hohe Beschleuni¬ gung zu erfahren.
Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:
FIG 1 zeigt eine bekannte Schaltungsvorrichtung, zum An¬ schließen eines Statorabschnittes an eine Energiever¬ sorgungsleitung, FIG 2 zeigt eine Schaltungsvorrichtung zum Anschließen eines Statorabschnittes an eine Energieversorgungsleitung nach der Erfindung,
FIG 3 zeigt wie FIG 2 eine Schaltungsvorrichtung nach der Er¬ findung, bei der die Schalter für einen nicht oder nur wenig beschleunigten Betrieb des Magnetschwebefahrzeugs geschaltet sind.
Zwischen zwei benachbarten Unterwerken Ia, 2a, die zur Ver¬ sorgung der Statorabschnitte 3 eines Langstatorantriebes die- nen, ist eine Energieversorgungsleitung 4 angeordnet.
Die Schaltungsvorrichtung nach dem Stand der Technik, die in FIG 1 gezeigt ist, weist parallel zur Energieversorgungslei¬ tung 4 schaltbare Statorabschnitte 3 auf. Jeder dieser Sta- torabschnitte 3 steht mit einem Anschluss mit der Energiever¬ sorgungsleitung 4 in Verbindung und ist mit dem anderen An¬ schluss mit Erdpotential 5 verbunden. In FIG 1 sind zwei Sta- torabschnitte 3 gezeigt, die auch in Sternschaltung mit Erdpotential 5 verbunden sein können. Je nach Bedarf können die Statorabschnitte 3 durch Schalter S von der Energieversorgungsleitung 4 und vom Erdpotential 5 abgetrennt werden.
Bei der Schaltungsvorrichtung nach der Erfindung, die in den FIG 2 und 3 gezeigt ist, ist der Statorabschnitt 3 mit zwei Anschlusspunkten 6 und 7 an der Energieversorgungsleitung 4 verbunden. In den beiden Verbindungsleitungen zwischen den beiden Anschlüssen des Statorabschnittes 3 einerseits und den Anschlusspunkten 6, 7 andererseits sind ein erster 8 und ein zweiter Schalter 9 angeordnet. Zwischen den beiden Anschluss¬ punkten 6 und 7 befindet sich in der Energieversorgungslei- tung 4 ein dritter Schalter 10. Die beiden Anschlüsse des Statorabschnitts 3 sind außerdem über einen vierten 11 und einen fünften Schalter 12 mit Erdpotential 5 verbunden.
Zum Anfahren oder auch bei großer Beschleunigung eines Mag- netschwebefahrzeugs sind nach FIG 2 der erste und der zweite Schalter 8, 9 geschlossen und alle anderen Schalter sind ge¬ öffnet .
Es ist gemeint, dass ein geschlossener Schalter eine leitende Verbindung darstellt, während ein geöffneter Schalter eine Leitungsunterbrechung ist.
Mit der beschriebenen Schaltungsvorrichtung ist der Stator¬ abschnitt 3 schaltungstechnisch direkt in die Energieversor- gungsleitung 4 eingebunden. Die am Statorabschnitt 3 anlie¬ gende Spannung ist dann so hoch, dass auch eine ausreichend hohe Beschleunigung des Magnetschwebefahrzeugs insbesondere beim Anfahren jederzeit möglich ist.
Im nicht oder nur wenig beschleunigten Betrieb sind nach FIG 3 der zweite 9 und der vierte Schalter 11 geschlossen, wäh¬ rend der erste 8 und der fünfte Schalter 12 geöffnet sind. Es ist jedoch auch eine jeweils umgekehrte Stellung der Schalter möglich. Der dritte Schalter 10 ist stets geschlossen.
Man erhält auf diese Weise eine Schaltungsanordnung, bei der der Statorabschnitt 3 parallel zur Energieversorgungsleitung 4 geschaltet ist und mit seinem zweiten Anschluss auf Erdpo¬ tential 5 liegt.
Da der dritte Schalter 10, der sich zwischen den beiden An- Schlusspunkten 6,7 in der Energieversorgungsleitung 4 befin¬ det, geschlossen ist, ist sichergestellt, dass der Stator¬ abschnitt 3 stets ausreichend mit elektrischer Energie ver¬ sorgt wird, weil er mit beiden benachbarten Unterwerken Ia und 2a verbunden ist. Ein Defekt an einem der beiden Unter- werke Ia oder 2a kann durch das andere Unterwerk 2a oder Ia ausgeglichen werden. Sollte ein angeschlossenes Unterwerk Ia oder 2a defekt sein, kann die Energieversorgungsleitung 4 über Schaltvorrichtungen 13, 14 mit einer benachbarten Ener¬ gieversorgungsleitung 15, 16 verbunden sein.
Es wird der Vorteil erzielt, dass der Statorabschnitt 3 ent¬ weder nach FIG 2 für eine hohe Beschleunigung des Magnet¬ schwebefahrzeugs tauglich ist, oder bei einer üblichen Durch¬ fahrt nach FIG 3 geschaltet werden kann, um elektrische Ener- gie einzusparen.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsvorrichtung zur Erhöhung der nutzbaren Motor¬ spannung bei einem Langstatorantrieb, wobei ein Statorab- schnitt (3) an seinem ersten Anschluss mit einer zwei Unter¬ werke (Ia ,2a) verbindenden Energieversorgungsleitung (4) und an seinem zweiten Anschluss mit Erdpotential (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorabschnitt (3) an seinen beiden Anschlüssen über einen ersten (8) und einen zweiten Schalter (9) mit zwei Anschlusspunkten (6,7) an der Energieversorgungsleitung (4) verbunden ist, dass in der Energieversorgungsleitung (4) zwischen den beiden Anschluss¬ punkten (6,7) ein dritter Schalter (10) angeordnet ist und dass die beiden Anschlüsse des Statorabschnitts (3) über ei- nen vierten (11) und einen fünften Schalter (12) mit Erdpo¬ tential (5) verbunden sind.
2. Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs mit einer Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren oder zum Fahren der erste (8) und der zweite Schalter (9) geschlossen sind und der dritte (10), vierte (11) und fünfte Schalter (12) geöff¬ net sind.
3. Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs mit einer Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fahren der dritte Schalter (10) geschlossen ist und entweder der erste (8) und der fünfte Schalter (12) geschlossen und der zweite (9) und der vierte Schalter (11) geöffnet sind oder der erste (8) und der fünfte Schalter (12) geöffnet und der zweite (9) und der vierte Schalter (11) geschlossen sind.
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