DE102004053301B4

DE102004053301B4 - Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs mit einer Schaltungsvorrichtung zur Erhöhung der nutzbaren Motorspannung bei einem Langstatorantrieb

Info

Publication number: DE102004053301B4
Application number: DE102004053301.6A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Hoffmann; Jörg Lehmpfuhl; Volker Schmitt; Wolfgang Spaeth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: US7554277B2; EP1807281A1; US20070262737A1; DE102004053301A1; CN101052545A; CN101052545B; WO2006048403A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs mit Langstatorantrieb, wobei ein Statorabschnitt (3) an seinem ersten Anschluss mit einer zwei Unterwerke (1a, 2a) verbindenden Energieversorgungsleitung (4) und an seinem zweiten Anschluss mit Erdpotential (5) verbunden ist, wobei 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, wobei in der Energieversorgungsleitung (4) zwischen den beiden Anschlusspunkten (6, 7) ein dritter Schalter (10) angeordnet ist und wobei die beiden Anschlüsse des Statorabschnitts (3) über einen vierten (11) und einen fünften Schalter (12) mit Erdpotential (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren der erste (8) und der zweite Schalter (9) geschlossen sind und der dritte (10), vierte (11) und fünfte Schalter (12) geöffnet sind, derart, dass beim Anfahren der Statorabschnitt zur Erhöhung der nutzbaren Motorspannung mit beiden Unterwerken in Reihe geschaltet ist und 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.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs, wobei ein Statorabschnitt an seinem ersten Anschluss mit einer zwei Unterwerke verbindenden Energieversorgungsleitung und an seinem zweiten Anschluss mit Erdpotential verbunden ist, wobei der Statorabschnitt an seinen beiden Anschlüssen über einen ersten und einen zweiten Schalter mit zwei Anschlusspunkten an der Energieversorgungsleitung verbunden ist, wobei in der Energieversorgungsleitung zwischen den beiden Anschlusspunkten ein dritter Schalter angeordnet ist und wobei die beiden Anschlüsse des Statorabschnitts über einen vierten und einen fünften Schalter mit Erdpotential verbunden sind.
Die DE 195 05 963 A1 offenbart eine Stromversorgung für einen Langstatorantrieb. Die Stromversorgung weist Unterwerke auf, die mit Hochspannungsleitungen eines Energieversorgungsnetzes verbunden sind. Im Unterwerk sind Umrichter angeordnet, welche die Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes in eine Wechselspannung mit gewünschter Frequenz und Amplitude umwandeln. Dabei sind die Unterwerke über ein Streckenkabel miteinander verbunden, so dass ein Streckenkabel von zwei Umrichtern gleichzeitig mit Energie versorgt wird. Um den Abstand der Unterwerke zueinander erhöhen zu können, ist in dem Streckenkabel ein Kopplungsschalter vorgesehen.
Die DE 199 22 441 A1 offenbart ebenfalls eine Stromversorgung für einen Langstatorantrieb einer Magnetschwebebahn. Der Langstatorantrieb verfügt über einen synchronen Langstator, mit hintereinander angeordneten Statorabschnitten, die über zweckmäßige Schalter mit einem die Antriebsenergie bereitstellenden Streckenkabel verbindbar sind. Passiert ein Magnetschwebefahrzeug eine Wechselstelle zwischen zwei Statorabschnitten, können aneinander angrenzende Statorabschnitte in Reihe geschaltet werden. Hierzu sind zweckmäßige Schalter vorgesehen.
Eine weitere Anordnung zur Energieeinspeisung in Statorabschnitte eines Langstator-Magnetbahnsystems ist aus der DE 196 15 596 A1 , die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zugrunde liegt, 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 wirtschaftlich unmögliche Steigerung der Ausgangsspannung des Umrichters erfordern. Nachteile ergeben sich besonders bei langen Fahrzeugen und auch auf langen Statorabschnitten. Nachteilig beim Beschleunigen ist auch ein großer Abstand vom nächsten Unterwerk, das die Energieversorgung der Statorabschnitte gewährleistet. Im Bahnhofsbereich sind aber kürzere Statorabschnitte und kürzere Abstände der Unterwerke wegen 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 relativ kurz waren und die Bahnhöfe stets in der Nähe eines Unterwerks, also einer Einspeisestelle für elektrische Energie, angeordnet waren.
Bisher waren die Statorabschnitte stets parallel zu einer Energieversorgungsleitung geschaltet, wobei der erste Anschluss des Statorabschnitts mit der Energieversorgungsleitung verbunden war und der zweite Anschluss des Statorabschnitts mit Erdpotential. Ein Beispiel ist in DE 196 15 596 A1 gezeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem mit einfachen Mitteln die nutzbare Motorspannung so erhöht werden kann, dass ein Magnetschwebefahrzeug mit dem Langstatorantrieb eine höhere Beschleunigung erfahren kann, ohne dass die Spannung am Ausgang des Umrichters oder die Spannung, die ein Unterwerk abgibt, erhöht werden müsste.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass zum Anfahren der erste und der zweite Schalter geschlossen sind und der dritte, vierte und fünfte Schalter geöffnet sind, derart, dass beim Anfahren der Statorabschnitt zur Erhöhung der nutzbaren Motorspannung mit beiden Unterwerken in Reihe geschaltet ist und dass zum Fahren der dritte Schalter geschlossen ist und entweder 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.
Erfindungsgemäß wird der Vorteil erzielt, dass durch geeignetes Betätigen der genannten fünf Schalter der Statorabschnitt mit den beiden 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 erzielt, dass bei gleich bleibender Ausgangsleistung der Unterwerke am Statorabschnitt eine so hohe Spannung anliegen kann, dass eine deutlich verbesserte Beschleunigung eines Magnetschwebefahrzeugs gegenüber der bekannten Lösung möglich ist. Das wird dadurch gewährleistet, dass beide benachbarten Unterwerke 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 Energieversorgungsleitung verbunden ist. Der zweite Schalter bleibt geöffnet. Der fünfte Schalter wird geschlossen, so dass das andere Ende des Statorabschnitts mit Erdpotential verbunden ist. Der vierte Schalter bleibt geöffnet. Der dritte Schalter, der sich in der Energieversorgungsleitung befindet, kann geöffnet sein. Er kann jedoch insbesondere dann auch geschlossen werden, wenn das nächstliegende Unterwerk nicht funktionsbereit ist, um vom nächsten in der entgegengesetzten Richtung angeordneten Unterwerk elektrische Energie zum Statorabschnitt 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 angelegt, 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 Anfahrbeschleunigung möglich als bisher.
Erfindungsgemäß wird zum Fahren der dritte Schalter geschlossen, während entweder 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 geschaltet werden kann. Die beiden aufgezeigten Alternativen ermöglichen dabei wahlweise entgegengesetzte Stromrichtungen im Statorabschnitt.
Da der dritte Schalter geschlossen ist wird der Vorteil erzielt, dass nicht nur eine energetisch günstige Energieversorgung des Statorabschnitts möglich ist, die ausreicht, um das Magnetschwebefahrzeug im mittleren Geschwindigkeitsbereich 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 dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Vorteil erzielt, dass ein Magnetschwebefahrzeug sowohl zum Anfahren als auch bei weitgehend konstanter Geschwindigkeit im Fahrbetrieb stets in geeigneter Weise mit elektrischer Energie versorgt werden kann, um einerseits energetisch günstig betrieben werden zu können und andererseits gerade beim Anfahren eine ausreichend hohe Beschleunigung zu erfahren.
Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:
1 zeigt eine bekannte Schaltungsvorrichtung, zum Anschließen eines Statorabschnittes an eine Energieversorgungsleitung,
2 zeigt eine Schaltungsvorrichtung zum Anschließen eines Statorabschnittes an eine Energieversorgungsleitung nach der Erfindung,
3 zeigt wie 2 eine Schaltungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der die Schalter für einen nicht oder nur wenig beschleunigten Betrieb des Magnetschwebefahrzeugs geschaltet sind.
Zwischen zwei benachbarten Unterwerken 1a, 2a, die zur Versorgung der Statorabschnitte 3 eines Langstatorantriebes dienen, ist eine Energieversorgungsleitung 4 angeordnet.
Die Schaltungsvorrichtung nach dem Stand der Technik, die in 1 gezeigt ist, weist parallel zur Energieversorgungsleitung 4 schaltbare Statorabschnitte 3 auf. Jeder dieser Statorabschnitte 3 steht mit einem Anschluss mit der Energieversorgungsleitung 4 in Verbindung und ist mit dem anderen Anschluss mit Erdpotential 5 verbunden. In 1 sind zwei Statorabschnitte 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 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 Anschlusspunkten 6 und 7 befindet sich in der Energieversorgungsleitung 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 Magnetschwebefahrzeugs sind nach 2 der erste und der zweite Schalter 8, 9 geschlossen und alle anderen Schalter sind geöffnet.
Es ist gemeint, dass ein geschlossener Schalter eine leitende Verbindung darstellt, während ein geöffneter Schalter eine Leitungsunterbrechung ist.
Mit der beschriebenen Schaltungsvorrichtung ist der Statorabschnitt 3 schaltungstechnisch direkt in die Energieversorgungsleitung 4 eingebunden. Die am Statorabschnitt 3 anliegende 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 3 der zweite 9 und der vierte Schalter 11 geschlossen, während 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 Erdpotential 5 liegt.
Da der dritte Schalter 10, der sich zwischen den beiden Anschlusspunkten 6, 7 in der Energieversorgungsleitung 4 befindet, geschlossen ist, ist sichergestellt, dass der Statorabschnitt 3 stets ausreichend mit elektrischer Energie versorgt wird, weil er mit beiden benachbarten Unterwerken 1a und 2a verbunden ist. Ein Defekt an einem der beiden Unterwerke 1a oder 2a kann durch das andere Unterwerk 2a oder 1a ausgeglichen werden. Sollte ein angeschlossenes Unterwerk 1a oder 2a defekt sein, kann die Energieversorgungsleitung 4 über Schaltvorrichtungen 13, 14 mit einer benachbarten Energieversorgungsleitung 15, 16 verbunden sein.
Es wird der Vorteil erzielt, dass der Statorabschnitt 3 entweder nach 2 für eine hohe Beschleunigung des Magnetschwebefahrzeugs tauglich ist, oder bei einer üblichen Durchfahrt nach 3 geschaltet werden kann, um elektrische Energie einzusparen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Magnetschwebefahrzeugs mit Langstatorantrieb, wobei ein Statorabschnitt (3) an seinem ersten Anschluss mit einer zwei Unterwerke (1a, 2a) verbindenden Energieversorgungsleitung (4) und an seinem zweiten Anschluss mit Erdpotential (5) verbunden ist, wobei 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, wobei in der Energieversorgungsleitung (4) zwischen den beiden Anschlusspunkten (6, 7) ein dritter Schalter (10) angeordnet ist und wobei die beiden Anschlüsse des Statorabschnitts (3) über einen vierten (11) und einen fünften Schalter (12) mit Erdpotential (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren der erste (8) und der zweite Schalter (9) geschlossen sind und der dritte (10), vierte (11) und fünfte Schalter (12) geöffnet sind, derart, dass beim Anfahren der Statorabschnitt zur Erhöhung der nutzbaren Motorspannung mit beiden Unterwerken in Reihe geschaltet ist und 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.