DE19728977A1 - Energieversorgungssystem für den Antrieb eines Magnetschwebefahrzeugs - Google Patents
Energieversorgungssystem für den Antrieb eines MagnetschwebefahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Energieversorgungssystem
für den Antrieb eines Magnetschwebefahrzeuges, das auf einem
Fahrweg geführt ist, der eine Mehrzahl von in Längsrichtung
hintereinander angeordneten Antriebsabschnitten umfaßt, die
jeweils wenigstens einen Statorabschnitt eines Linearmotors
enthalten.
Ein bekannter Antrieb für ein Magnetschwebefahrzeug, bei
spielsweise für den Transrapid, umfaßt einen Linearmotor,
dessen in Längsrichtung ausgedehnter linearer Stator ortsfest
auf einer Fahrschiene angeordnet ist. Gegenüber diesem line
aren Stator befindet sich fahrzeugseitig eine ebenfalls in
Längsrichtung ausgedehnte Magnetanordnung, die sowohl das
Fahrzeug trägt als auch gemeinsam mit dem mit einer Antriebs
wicklung versehenen Stator den Linearmotor zum Antreiben des
Fahrzeuges bilden. Im Beispiel des Transrapid sind zwei pa
rallel zueinander angeordnete lineare Statoren vorgesehen,
die unterhalb der Fahrschiene angeordnet sind, wobei jedem
Stator eine fahrzeugseitige Magnetanordnung zugeordnet ist.
Dieser lineare Stator ist in eine Vielzahl von in Längsrich
tung hintereinander angeordneten Motor- oder Statorabschnit
ten unterteilt, die aus Gründen des Wirkungsgrades und der
Blindleistung elektrisch voneinander getrennt sind. Die Länge
dieser Motor- oder Statorabschnitte ist dabei an die Anfor
derungen der Streckenführung, wie Steigung, Gefälle, Be
schleunigungs- und Beharrungsabschnitte sowie Zugfolge und
Zuggröße angepaßt.
Ein Energieversorgungssystem für den Antrieb eines solchen
Magnetschwebefahrzeuges ist beispielsweise aus "Magnetbahn
Transrapid, Die neue Dimension des Reisens", 1989, Hestra-
Verlag Darmstadt, ISBN 3-7771-0208-3, Seiten 50-59, bekannt.
Das dort offenbarte und auf Seite 52 in Bild 4 näher darge
stellte Energieversorgungssystem umfaßt ein Unterwerk, in dem
die von einem Landesnetz bereitgestellte Hochspannung von 110
kV mittels eines Hochspannungstransformators auf 20 kV trans
formiert wird. Jedem Unterwerk ist ein Antriebsabschnitt zu
geordnet, der mehrere Statorabschnitte umfaßt.
Mit zwei parallel geschalteten geregelten Gleichrichtersyste
men wird ein Gleichspannungszwischenkreis mit 2,6 kV ge
speist. An diesem Gleichspannungszwischenkreis sind zwei
Wechselrichtergruppen angeschlossen, die über zwei Strecken
kabel die Statorabschnitte des Fahrwegs im dem Unterwerk zu
geordneten Antriebsabschnitt im sogenannten Bocksprungver
fahren versorgen. Jedem Statorabschnitt ist eine Schaltstelle
zugeordnet, mit dem er einer der Wechselrichtergruppen zuge
schaltet werden kann.
Bei dem bekannten Energieversorgungssystem ist aufgrund des
fahrwegbezogenen Antriebs des Magnetschwebefahrzeuges jedem
Antriebsabschnitt ein komplettes, die beiden Wechselrichter
gruppen enthaltendes Unterwerk zugeordnet, wobei jeder An
triebsabschnitt nur ein Fahrzeug aufnehmen kann. Dies stellt
sich insbesondere bei starker Verdichtung der Zugfolge, bei
spielsweise im Rangierbetrieb in der Nähe von Bahnhofsanlagen
oder bei sehr kleinen Zugfolgen im Shuttle-Betrieb, als nach
teilig heraus, da in diesem Fall die Antriebsabschnitte ver
kleinert und die Anzahl der Unterwerke entsprechend ver
größert werden muß.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Energie
versorgungssystem für den Antrieb eines Magnetschwebefahr
zeuges anzugeben, dessen Hardwareaufwand gegenüber dem
bekannten Energieversorgungssystem verringert ist, und das
einen wirtschaftlichen Betrieb mehrerer Magnetschwebefahr
zeuge auch bei starker Verdichtung der Zugfolge ermöglicht.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit ei
nem Energieversorgungssystem mit den Merkmalen des Patentan
spruches 1. Bei dem Energieversorgungssystem gemäß der Er
findung ist jedem Antriebsabschnitt zumindest ein zuschalt
barer Wechselrichter zugeordnet, der an einen von einem
Unterwerk versorgten Gleichspannungszwischenkreis ange
schlossen ist, wobei das Unterwerk zur Versorgung der
Wechselrichter einer Mehrzahl von Antriebsabschnitten vor
gesehen ist.
Der Wechselrichter ist auf diese Weise nicht mehr Teil des
Unterwerkes, sondern ist vom Unterwerk am Gleichspannungszwi
schenkreis entkoppelt. Das Unterwerk beinhaltet weiterhin die
Anbindung an das Landesnetz mittels eines Hochspannungstrans
formators sowie einen Gleichrichter inklusive Kapazität und
Bremswiderstand, der nach dem Gesamtleistungsbedarf im Unter
werksbereich zu bemessen ist. Vom Unterwerk entkoppelt ist
für jeden Antriebsabschnitt zumindest ein Wechselrichter vor
gesehen. Dies ermöglicht eine Verdichtung der Zugfolge dahin
gehend, daß jedem Antriebsabschnitt ein Zug zugeordnet werden
kann, ohne daß hierfür eine der Anzahl der Züge entsprechende
Anzahl von Unterwerken benötigt wird. Anstelle einer Vielzahl
kleiner Gleichrichter und Bremswiderstände ist somit bei die
ser Anordnung nur noch ein einziger Gleichrichter und ein
einziger Bremswiderstand sowie eine einzige Hochspannungsan
lage erforderlich. Des weiteren sind zur Energieübertragung
zu den einzelnen Antriebsabschnitten nicht mehr eine Vielzahl
von parallelen Streckenkabeln erforderlich. Vielmehr genügen
ein einziges Gleichstromkabel oder eine einzige Gleichstrom
schiene. Dadurch sind zumindest auf einem Teil der gesamten
Energieübertragungsstrecke, d. h. zwischen Unterwerk und
Wechselrichter, hohe ohmsche Verluste, beispielsweise auf
grund des Skineffekts, vermieden. Des weiteren können keine
Probleme mit Kabelresonanzen auftreten.
Die Erfindung beruht somit auf der Überlegung, jeden An
triebsabschnitt lediglich mit den Komponenten zu bestücken,
die für den unabhängigen Betrieb des Antriebsabschnittes un
bedingt erforderlich sind, anstatt jeden Antriebsabschnitt
mit einem kompletten Unterwerk zu versorgen. Diese für den
Antriebsabschnitt unbedingt erforderlichen Komponenten sind
insbesondere die Wechselrichter. Andere Komponenten, z. B.
Gleichrichter, Bremswiderstände oder Hochspannungsanlage,
werden zentral in wenigen Unterwerken angeordnet, so daß die
Gesamtzahl der erforderlichen Komponenten verringert ist. Die
Trennung zwischen Unterwerk und Antriebsabschnitt erfolgt da
bei leistungsseitig im Gleichspannungszwischenkreis.
Vorzugsweise ist jeder Wechselrichter dezentral, d. h. ent
fernt vom Unterwerk, in einer den Antriebsabschnitten des
Fahrwegs jeweils zugeordneten Wechselrichterstelle angeord
net.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist
jeweils zwei benachbarten Antriebsabschnitten eine Wechsel
richterstelle zugeordnet, die wenigstens zwei zuschaltbare
Wechselrichter enthält. Durch diese Maßnahme ist die Anzahl
der Wechselrichterstellen halbiert und dementsprechend der
bauliche Aufwand für die Gesamtzahl der an der Strecke ange
ordneten Wechselrichterstellen verringert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht der
Antriebsabschnitt jeweils nur aus einem Statorabschnitt. Dies
hat den Vorteil, daß auch die Energieübertragung zwischen
Wechselrichter und Statorabschnitt nicht über technisch auf
wendige Streckenkabel mit nach Betrag, Phase und Frequenz ge
regelten Drehspannungssystemen erfolgen muß. Dadurch sind auf
der gesamten Energieübertragungsstrecke zwischen Unterwerk
und Statorabschnitt hohe ohmsche Verluste, beispielsweise
aufgrund des Skineffekts, vermieden und es können keine
Probleme mit Kabelresonanzen auftreten. Des weiteren werden
bei dieser Ausführungsform in den Wechselrichterstellen keine
Transformatoren benötigt. Damit entfallen durch
Sättigungseffekte bedingte Leistungsbeschränkungen bei
kleineren Frequenzen.
Wenn jeder Statorabschnitt seinen eigenen Wechselrichter be
sitzt, müssen die Wechselrichter nicht im Sinn eines Stator
abschnittswechsel, beispielsweise im Bocksprungverfahren,
weitergeschaltet werden. Dadurch sind Schubeinbrüche vermie
den, und die Steuerung ist vereinfacht.
Insbesondere umfaßt der Gleichspannungszwischenkreis eine
Gleichstromschiene, die am Fahrweg angeordnet ist. Vorzugs
weise ist die Gleichstromschiene auf Halterungen, insbeson
dere Isolationsstützen, gelagert frei schwebend am Fahrweg ge
führt. Dies hat gegenüber einer Gleichspannungsversorgung mit
einem Kabel thermische Vorteile, da die Stromschiene direkt
mit Luft gekühlt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die
Gleichstromschiene in einem Schutzgehäuse angeordnet, bei dem
vorzugsweise zumindest ein Teil der Wand aus einem Gitter be
steht. Dieses Schutzgehäuse dient als Berührschutz und ist
insbesondere bei ebenerdigem Fahrweg zweckmäßig. Das Schutz
gehäuse kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstück
oder aus einem Isolator bestehen und kann beispielsweise
durch ein Kunststoffgitter gebildet werden.
In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält der
Wechselrichter eine Brückenschaltung, bei der in jedem
Brückenzweig Thyristoren in Reihe geschaltet sind. Durch eine
solche Reihenschaltung ist es möglich, eine hohe Gleichspan
nung, vorzugsweise über 15 kV, im Gleichspannungszwischen
kreis zu verarbeiten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform enthält jede
Wechselrichterstelle einen an den Gleichspannungszwischen
kreis angeschlossenen Gleichspannungswandler zum Bereitstel
len einer für den Eigenbedarf der Wechselrichterstelle erfor
derlichen Gleichspannung. Dadurch ist die Anzahl der notwen
digen Streckenkabel weiter verringert.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung
verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 jeweils Ausführungsbeispiele eines Energiever
sorgungssystems gemäß der Erfindung in einem
vereinfachten Blockschaltbild,
Fig. 3 die räumliche Anordnung der Stromschiene sowie
der Wechselrichterstelle am Fahrweg,
Fig. 4 eine bevorzugte Anordnung der Stromschiene am
Fahrweg in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 5 eine zur Versorgung des Antriebs des Magnet
schwebefahrzeugs bevorzugte Ausgestaltung der
Wechselrichterstelle,
Fig. 6 einen in der Wechselrichterstelle angeordneten
Gleichspannungswandler zur Eigenversorgung der
Wechselrichterstelle.
Gemäß Fig. 1 enthält ein Fahrweg 2 eine Vielzahl von in Längs
richtung hintereinander angeordneten Antriebsabschnitten 3a.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 werden die Antriebsabschnit
te 3a jeweils durch einen einzigen Statorabschnitt 4 gebil
det, der zwei elektrisch in Reihe geschaltete und am Fahrweg
2 parallel zueinander angeordnete lineare Statoren 5a, 5b ei
nes Linearmotors umfaßt.
Einander in Längsrichtung benachbarten Antriebsabschnitten 3a
ist jeweils eine Wechselrichterstelle 6a zugeordnet, so daß
die Anzahl der Wechselrichterstellen 6a halb so groß ist wie
die Anzahl der Antriebsabschnitte 3a. Jede Wechselrichter
stelle 6a umfaßt zwei Wechselrichter 8, so daß im Beispiel
fall jedem Statorabschnitt 4 ein Wechselrichter 8 zugeordnet
ist. Die Wechselrichter 8 sind jeweils über einen steuerbaren
Schalter 10 an einen Gleichspannungszwischenkreis 12 ange
schlossen. Dieser Gleichspannungszwischenkreis 12 wird von
einem Unterwerk 14 mit Gleichspannung UDC versorgt. Das Un
terwerk 14 ist hierzu an ein Landesnetz 16 angeschlossen. Im
Unterwerk 14 wird die Hochspannung des Landesnetzes 16 mit
tels eines Hochspannungstransformators 18 auf etwa 20 kV her
abgesetzt und mit Hilfe eines Gleichrichters 20 in eine
Gleichspannung von etwa 15 kV gleichgerichtet.
Die Wechselrichterstellen 6a sind dezentral, d. h. entfernt
vom Unterwerk 14, unmittelbar bei den jeweiligen Antriebsab
schnitten 3a oder Statorabschnitten 4 angeordnet. Im Ausfüh
rungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die den Statorabschnitten 4 im
Stand der Technik zugeordneten und am Ort eines Statorab
schnittswechsels angeordneten Schaltstellen als Wechselrich
terstellen 6a ausgebaut.
Gemäß Fig. 2 enthält ein Antriebsabschnitt 3b eine Mehrzahl
von Statorabschnitten 4. Zwei benachbarten Antriebsabschnit
ten 3b ist jeweils eine Wechselrichterstelle 6b zugeordnet,
die im Ausführungsbeispiel für jeden Antriebsabschnitt 3b
einen ersten und einen zweiten Wechselrichter 8a bzw. 8b ent
hält, die über ein Streckenkabelsystem 21 entfernt von der
Wechselrichterstelle 6b befindliche Statorabschnitte 4 ver
sorgen. Auf diese Weise ist ein Betrieb der zu einem An
triebsabschnitt 3b gehörenden Statorabschnitte 4 im Bock
sprungverfahren ermöglicht. Im Ausführungsbeispiel ist zu
erkennen, daß zu diesem Zweck den von der Wechselrichter
stelle 6b entfernten und einander benachbarten Statorab
schnitten 4a, 4b jeweils eine wechselrichterfreie Schalt
stelle 6c zugeordnet ist, die einen Statorabschnitt 4a mit
dem ersten Wechselrichter 8a und den benachbarten Statorab
schnitt 4b mit dem zweiten Wechselrichter 8b verbindet. Die
in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele können auch
in der Weise kombiniert werden, daß Antriebsabschnitte mit
jeweils mehreren Statorabschnitten und Antriebsabschnitte mit
jeweils einem einzigen Statorabschnitt in einem Fahrweg in
beliebiger Reihenfolge hintereinander angeordnet sein kön
nen.
In Fig. 3 ist der Fahrweg 2 mit seiner Fahrschiene 22 zu er
kennen, an deren Unterseite die beiden parallel zueinander
angeordneten Statoren 5a, 5b befestigt sind. Die Fahrschiene
22 ist auf einen Fahrwegträger 24 angeordnet, an dem seitlich
eine Stromschiene 26 gelagert ist. Die Stromschiene 26 führt
die Gleichspannung UDC des Gleichspannungszwischenkreises 12.
Sie ist elektrisch isoliert gegen den Fahrwegträger 24 in ei
nem Schutzgehäuse 28 angeordnet.
In jedem Statorabschnitt 4 ist die Stromschiene 26 mit einem
Klemmverbinder 30 versehen, von dem aus ein Gleichstromkabel
31 zur Wechselrichterstelle 6a führt. In der Wechselrichter
stelle 6a wird die zur Versorgung der Wicklung der Statoren
5a, 5b erforderliche dreiphasige Wechselspannung erzeugt.
In Fig. 4 ist zu erkennen, daß am in der Regel aus Stahl be
stehenden Fahrwegträger 24 die Stromschiene 26 freischwebend
in am Fahrwegträger 24 fixierten Halterungen 32 geführt ist.
Das Schutzgehäuse 28 besteht im Ausführungsbeispiel der Figur
aus einem am Fahrwegträger 24 fixierten U-förmigen Kasten,
dessen Wände aus einem Kunststoffgitter bestehen. Durch diese
Maßnahme ist eine gute Kühlung der Stromschiene 26 durch die
Umgebungsluft gewährleistet.
Der Wechselrichter 8 (8a, 8b) enthält nach Fig. 5 für jede
Phase R, S, T mehrere in Zweipunktanordnung (Brückenschal
tung) in Reihe geschaltete Thyristoren 33 von denen je nach
Gleichspannungsniveau für jeden Strang 34 2 × 2 oder 2 × 3 in
Serie geschaltet sind. Mit anderen Worten: Jeder Brücken
zweig 35 eines Stranges 34 enthält 2 bzw. 3 in Reihe ge
schaltete Thyristoren 33. Bei einer Gleichspannung UDC im
Zwischenspannungskreis von 15 kV reichen vier 8-kV-Thyristo
ren 33 in einem Strang 34 aus.
Gemäß Fig. 6 ist in der Wechselrichterstelle 6a, 6b ein
Gleichspannungswandler 36, beispielsweise ein aus zwei in
Reihe geschalteten Thyristoren 37 aufgebauter DC-Chopper, an
geordnet, dem zur Glättung eine Induktivität L und ein Kon
densator C nachgeschaltet ist. Über dem Kondensator O kann in
diesem Ausführungsbeispiel eine 230 V-Gleichspannung UE für
den Eigenbedarf der Wechselrichterstelle 6a, 6b entnommen
werden. Parallel zum Kondensator C ist ein Überspannungsab
leiter 38 geschaltet, mit dem Überspannungen begrenzt werden.
Der Gleichspannungswandler 36 kann in einer bevorzugten Aus
führungsform auch im Wechselrichter 8 integriert sein.
Claims (12)
1. Energieversorgungssystem für den Antrieb eines Magnet
schwebefahrzeuges, das auf einem Fahrweg (2) geführt ist, der
eine Mehrzahl von in Längsrichtung hintereinander angeordne
ten Antriebsabschnitten (3a, 3b) umfaßt, die jeweils wenig
stens einen Statorabschnitt (4) eines Linearmotors enthalten
und denen jeweils zumindest ein zuschaltbarer Wechselrichter
(8, 8a, 8b) zugeordnet ist, der an einen von einem Unter
werk (14) versorgten Gleichspannungszwischenkreis (12) ange
schlossen ist, wobei das Unterwerk (14) zur Versorgung der
Wechselrichter (8, 8a, 8b) einer Mehrzahl von Antriebsab
schnitten (3a, 3b) vorgesehen ist.
2. Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem jeder
Wechselrichter dezentral in einer den Antriebsabschnitten
(3a, 3b) des Fahrwegs jeweils zugeordneten Wechselrichter
stelle (6a, 6b) angeordnet ist.
3. Energieversorgungssystem nach Anspruch 2, bei dem je
weils zwei benachbarten Antriebsabschnitten (3a, 3b) eine
Wechselrichterstelle (6a, 6b) mit wenigstens zwei zuschalt
baren Wechselrichtern (8, 8a, 8b) zugeordnet ist.
4. Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Antriebsabschnitt (3b) mehrere Stator
abschnitte (4) enthält.
5. Energieversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis
3, bei dem der Antriebsabschnitt (3a) aus einem Statorab
schnitt (4) gebildet ist.
6. Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Gleichspannungszwischenkreis (12) eine
Gleichstromschiene (26) umfaßt, die am Fahrweg (2) angeordnet
ist.
7. Energieversorgungssystem nach Anspruch 6, bei dem die
Gleichstromschiene (26) auf Halterungen (32) gelagert frei
schwebend am Fahrweg (2) geführt ist.
8. Energieversorgungssystem nach Anspruch 6 oder 7, bei dem
die Gleichstromschiene (26) in einem Schutzgehäuse (28) ange
ordnet ist.
9. Energieversorgungssystem nach Anspruch 8, bei dem zumin
dest ein Teil einer Wand des Schutzgehäuses (28) aus einem
Gitter besteht.
10. Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem der Wechselrichter (8, 8a, 8b) eine
Brückenschaltung umfaßt, bei der in jedem Brückenzweig (35)
mehrere Thyristoren (33) in Reihe geschaltet sind.
11. Energieversorgungssystem nach Anspruch 10, bei dem die
Gleichspannung im Gleichspannungszwischenkreis (12) wenig
stens 15 kV beträgt.
12. Energieversorgungssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem jede Wechselrichterstelle (6a, 6b) einen
an den Gleichspannungszwischenkreis (12) angeschlossenen
Gleichspannungswandler (36) zum Bereitstellen einer für den
Eigenbedarf der Wechselrichterstelle (6a, 6b) erforderlichen
Gleichspannung (UE) umfaßt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997128977 DE19728977A1 (de) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | Energieversorgungssystem für den Antrieb eines Magnetschwebefahrzeugs |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1997128977 DE19728977A1 (de) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | Energieversorgungssystem für den Antrieb eines Magnetschwebefahrzeugs |
Publications (1)
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Family
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Family Applications (1)
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DE1997128977 Ceased DE19728977A1 (de) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | Energieversorgungssystem für den Antrieb eines Magnetschwebefahrzeugs |
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |