DE2932549A1

DE2932549A1 - Stromversorgungssystem fuer linearmotor

Info

Publication number: DE2932549A1
Application number: DE19792932549
Authority: DE
Inventors: Masayohsi Isaka; Yoshimi Kurotaki; Kiyoshi Nakamura; Yutaka Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-08-12
Filing date: 1979-08-10
Publication date: 1980-02-28
Also published as: JPS5526025A; CA1136207A; DE2932549C2; US4303870A; JPS5818879B2

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Stromversorgungssystem für Linearmotor

Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem für Linearmotore und insbesondere ein solches System, das Blindleistung kompensieren kann, die sich mit der Fahrbewegung eines fahrenden Körpers ändert.

Es gibt zwei grundsätzliche Systeme, bei denen ein fahrender Körper mittels eines Linearmotors angetrieben wird. In einem System sind die Ankerspulen_;

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die allgemein Antriebsspulen genannt werden, des Linearmotors längs der Fahrspur für den fahrenden Körper angeordnet/ wobei andererseits im anderen System diese am fahrenden Körper selbst befestigt sind. Es ist jedoch üblich, die Antriebspulen längs der Fahrspur wegen der bequemeren Stromzufuhr anzuordnen. In diesem Fall sind mehrere Antriebsspulen längs der Fahrspur angeordnet und besitzen geeignete Länge im Bezug auf den Leistungsfaktor und die Stromzufuhrkapazität. Diese Antriebsspulen sind jeweils über zugeordnete Schalter mit einem Leistungs- bzw. Strom-Umformer verbunden. Die einzelnen Schalter werden abhängig von der Bewegung des fahrenden Körpers betätigt. Das so ausgebildete Stromversorgungssystem kann selektiv lediglich einige der Antriebsspulen versorgen, die nahe dem fahrenden Körper angeordnet sind, was vorteilhafter bezüglich des Leistungsfaktors und der Stromversorgungskapazität ist, als ein Stromversorgungssystem, das simultan alle Antriebsspulen längs der Fahrspur des fahrenden Körpers versorgt.

Ein bestimmtes Ausführungsbeispiel eines Stromversorgungssystems dieser Art ist beispielsweise in der US-PS 4 068 beschrieben.

Jede elektrische Ausrüstung hat Blindleistung zur Folge. Da ein niedriger Pegel an Blindleistung selbstverständlich erwünschter ist, gibt es manche Teile von elektrischen Ausrüstungen, bei denen die Blindleistung kompensiert werden kann, wie das beispielsweise in der JP - OS 51/33 850 erläutert ist. D.h., dass ein Blindleistungskompensations-

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system bekannt ist, bei dem das Kompensationsausmass abhängig von dem Leistungsfaktor einer Last einstellbar ist.

Auch bei einem Stromversorgungssystem für einen Linearmotor ist die Kompensation der Blindleistung erforderlich. Im Fall eines Linearmotors kann jedoch ein Blindleistungskompensationssystem_/wie es in Zusammenhang mit allgemeinen elektrischen Ausrüstungen beschrieben worden ist, nicht in dieser Weise verwendet werden, weil die Bewegung des fahrenden Körpers in Betracht gezogen werden muss.

Aufgrund dieser Sachlage ist es erwünscht, ein Stromversorgungssystem für einen Linearmotor anzugeben, bei dem die Linearmotoren eigene Blindleistung kompensiert werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Stromversorgungssystem für einen Linearmotor anzugeben, das die Blindleistung kompensieren kann.

Gemäss der Erfindung ist ein Stromversorgungssystem vorgesehen, das einen Blindleistungsregler zum Regeln bzw. zum Steuern des Kompensationsausmasses enthält abhängig von der Bewegung eines fahrenden Körpers, um so die Blindleistung zu kompensieren, die sich abhängig von der Bewegung des fahrenden Körpers ändert.

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Die Erfindung gibt also ein Stromversorgungssystem für einen Linearmotor an, mit mehreren Antriebsspulen/ die längs der Fahrspur eines fahrenden Körpers angeordnet sind, zum Erzeugen eines verschiebenden Magnetfeldes zum Antrieb des fahrenden Körpers, mit einer Leistungs- bzw. einer Strom-Umformereinrichtung zum Versorgen der mehreren Antriebsspulen mit elektrischer Energie, mit mehreren Schaltern,die auf die Bewegung des fahrenden Körpers ansprechen, zum selektiven elektrischen Verbinden jeder der Antriebsspulen mit der Umformereinrichtung, mit einem ersten Blindleistungsregler, der kontinuierlich elektrisch mit der Leistungs- bzw. Stromeingangsseite der Umformereinrichtung verbunden ist, und mit einem zweiten Blindleistungsregler, der selektiv elektrisch mit der Leistungs- bzw. Stromeingangsseite der Umformereinrichtung verbunden ist abhängig von der Bewegung des fahrenden Körpers, wodurch die stetige Blindleistung durch den ersten Blindleistungsregler kompensiert wird und wodurch die sich mit der Bewegung des fahrenden Körpers ändernde Blindleistung durch den zweiten Blindleistungsregler kompensiert wird.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Stromversorgungssystems für einen Linearmotor gemäss der Erfindung,

Fig. 2 Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs des Systems gemäss Fig. 1,

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Fig. 3 ein Schaltbild zur Erläuterung der Steuerung

bezüglich eines zweiten Blindleistungsreglers,

Fig. 4 ein Beispiel eines elektrischen Schaltbildes für einen Blindleistungsregler,

Fig. 5 Kennlinien bei einem Linearmotor,

Fig. 6, 7 Blockschaltbilder eines Blindleistungsreglers bzw. einer Blindleistungs-Einstelleinrichtung für den Fall, in dem der Blindleistungsregler abhängig von dem Betriebszustand des Linearmotors gesteuert wird.

In Fig. 1, die ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Stromversorgung für einen Linearmotor gemäss der Erfindung zeigt, sind Linearmotor-Antriebsspulen LM₁, LM„, LM₃, LM. ... abwechselnd mit einer Speiseleitung F₁ bzw. einer Speiseleitung F„ über jeweilige Schalter SW₁, SW₂, SW.,, SW₄... verbunden.Leistungsbzw. -Strom-Umformer CC₁ und CC„ sind mit den Speiseleitungen F₁ bzw. F₂ verbunden_; und ein erster und ein zweiter Blindleistungsregler RPC₁, RPC₃ sind mit der Primärwicklung eines Transformators Tr verbunden , die ihrerseits mit einer Wechselstromquelle SS verbunden ist.

Im Folgenden wird der Betrieb dieses Stromversorgungssystems erläutert. Wenn ein mit der Bezeichnung BAHN versehener laufender oder fahrender Körper über beiden von zwei benachbarten Antriebsspulen LM₃ und LM₃ gemäss Fig. 1 angeordnet ist, sind die jeweils diesen Antriebs-

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spulen LM₃, LM zugeordneten Schalter SW₂ bzw. SW-geschlossen, damit die Umformer CC- und CC« diese beiden Antriebsspulen LM~ und LM.. versorgen können. Wenn der fahrende Körper nurmehr über die Antriebsspule LM₃ kommt, nachdem er die Antriebsspule LM₂ verlassen hat, wird der Umformer CC„ abgetrennt und versorgt lediglich der Umformer CC₁ weiter die Antriebsspule LM₃ bis zu dem Augenblick unmittelbar bevor der fahrende Körper die Antriebsspule LM. erreicht.

Fig. 2 zeigt die Signalverläufe bei diesem Betrieb.

Fig. 2a und 2b zeigen die von den Umformern CC₁ bzw. CC„ zugeführte Leistung bzw. zugeführten Strom. Die Bezeichnungen "LM₁" bzw. ¹¹LM₃" in Fig. 2a zeigen, dass die Antriebsspulen LM₁ bzw. LM., von dem Umformer CC₁ versorgt sind und die Beschriftungen "LM₂" bzw. "LM." inFig. 2b zeigen, dass die Antriebsspulen LM₃ bzw. LM. von dem Umformer CC₂ versorgt sind. Während der Periode,während der der fahrende Körper über zwei benachbarte Antriebsspulen fährt, führen beide Umformer CC₁ und CC₂ simultan Leistung zu. Gemäss diesem Speisungsverfahren kann der fahrende Körper über seine gesamte Fahrstrecke mit konstanter Antriebskraft fahren bzw. sich fortbewegen. Jedoch ändert sich die resultierende oder Gesamtleistung der Umformer CC₁ und CC„, d.h., die

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scheinbare Leistung an der Primärseite des Transformators Tr sehr stark, wie das in Fig. 2c dargestellt ist, wodurch ein nachteiliger Einfluss auf die Eingangs-Wechselstromquelle SS ausgeübt wird, wenn keine geeigneten Massnahmen getroffen werden. Die Änderungen der Scheinleistung beruhen auf den Schwankungen der Blindleistung, die durch die simultane Erregung der beiden Antriebsspulen hervorgerufen ist. Wie in Fig. 2b dargestellt, kann die Scheinleistung als zwei Teile aufweisend angesehen werden. Ein Teil RP ist ein Basisteil der durch den Leistungsfaktor oder dergl. des Linearmotors bestimmt ist, und der andere Teil ^RP ist ein Inkrement bzw. eine Erhöhung,die durch die simultane Erregung der beiden Antriebsspulen hervorgerufen ist. Wenn die Basis-Blindleistung RP_R gemäss Fig. 2e mittels des ersten Blindleistungsreglers RPC₁ kompensiert werden kann und

Blindleistung , , . wenn die Inkrement- ΔΚΡ aufgrund der simultanen Erregung der beiden Antriebsspulen gemäss Fig. 2f mittels des zweiten Blindleistungsreglers RPC₂ kompensiert werden kann, kann die Eingangs-Wechselstromquelle so ausgebildet werden, dass sie Wirkleistung Pw zuführt, die im wesentlichen konstant ist, wie das in Fig. 2g dargestellt ist.

Jeder der Blindleistungsregler kann herkömmlichen Aufbaus sein und Kondensatoren und Drosseln enthalten. Wie in Fig. 3 dargestellt, erreicht der zweite Blindleistungsregler RPCp seinen Steuerbetrieb in Zusammenhang mit Speisebefehlen GS₁ und GS„ , die mittels einer Speise-

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abschnitt-Schaltsteuerung SC erzeugt sind zum Steuern des Betriebes der Schalter und der Umformer.Insbesondere betätigt, wenn beide der jeweiligen Speisebefehle GS₁ und GS„ zu den Umformern CC₁ und CC₂ die Betätigung der Umformer anzeigen, eine Verknüpfungsschaltung TSG einen Thyristorschalter TS zu dessen Durchschalten, um so den zweiten Blindleistungsregler RPC₂ mit der Wechselstromleitung zu verbinden. Auf diese Weise können Schwankungen der Blindleistung_/die auftreten, wenn der fahrende Körper über zwei benachbarte Antriebsspulen tritt, kompensiert werden.

Für den Fall, dass der zweite Blindleistungsregler thyristor^gesteuert ist, wie in Fig. 4 dargestellt, kann der Thyristorschalter TS gemäss Fig. 3 weggelassen werden. Bei dem Blindleistungsregler gemäss Fig. 4 werden Thyristoren TS₁₁ bis TS->₂ durchgeschaltet, wenn das Befehlssignal von der Verknüpfungsschaltung TSG ¹¹ EIN " ist, während sie gesperrt sind, wenn das Befehlssignal von der Verknüpfungsschaltung TSG " AUS " ist. In Fig. 4 sind weiter parallele Kondensatoren C, bis C₃ dargestellt. Bei einem thyristor^gesteuerten Blindleistungsregler kann die Blindleistungskompensation feiner durchgeführt werden, wenn die Blindleistung in jedem Augenblick gesteuert wird, abhängig von einem vorgegebenen Bezugswert, der als ein Befehls- bzw. Führungssignal zugeführt wird, entsprechend den Änderungen der Blindleistung, während der fahrende Körper über zwei benachbarte Antriebsspulen tritt.

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Der erste Blindleistungsregler RPC₁ ist vorgesehen zur Kompensation des stetigen oder Basisteils der Blindleistung, wie bereits ausgeführt. Falls der Linearmotor ein linearer Synchronmotor ist, ändern sich dessen Kennlinien wie der Leistungsfaktor (Kurve X) die Blindleistung ( Kurve Y ) und der Wirkungsgrad ( Kurve Z ) abhängig von der Motorgeschwindigkeit, wie in Fig. 5 dargestellt. Im allgemeinen ändert sich, da ein linearer Synchronmotor durch einen Konstantstrom abhängig von einem Bezugsstrom angetrieben wird, die Blindleistung mit der Grosse des Bezugsstrom, der durch die Antriebsspulen fliesst. Beispielsweise wird bei der Beschleunigung ein relativ hoher Strom benötigt, während bei Lauf mit konstanter Geschwindigkeit ein Strom benötigt wird, der kleiner ist, als der der Antriebskraft gegenüber dem Widerstand gegen die Bewegung des fahrenden Körpers entspricht. Im Fall eines Linearmotors hängt daher die zu kompensierende Blindleistung von den Betriebszuständen ab, wie der Motorgeschwindigkeit und dem Strom. Die Fig. 6 und 7 zeigen Anordnungen, die zur Kompensation bezüglich Schwankungen dieses Basisteils der Blindleistung mittels des ersten Blindleistungsreglers verwendbar sind.

In Fig. 6 empfängt ein Blindleistungs-Einstellglied RPC ₁ Signale, die Betriebszuständen des Linearmotors entsprechen, wie der Motorgeschwindigkeit und dem Strom und stellt die durch den ersten Blindleistungsregler zu kompensierende Blindleistung ein.

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Die Blindleistungskompensation kann vorteilhaft kontinuierlich gemäss den Betriebsbedingungen bzw. -zuständen des Linearmotors durchgeführt werden, wobei jedoch eine solche Anordnung der Blindleistungsregler kompliziert und kostspielig ist. Am zweitbesten wird die Blindleistungskompensation schrittweise durchgeführt durch Unterteilen der Betriebszustände abhängig von denen die Kompensation durchgeführt wird in drei Schritte oder Stufen in dem Blindleistungs-Einstellglied RPC ₁ gemäss Fig. und dem ersten Blindleistungsregler RPC₁ gemäss Fig. 7. Gemäss Fig. 7 sind eine Höchstleistungs-Regeleinheit RPC₁₁, eine Leistungsregeleinheit RPC^ und eine regenerative Brems-Regeleinheit RPC₁₃ vorgesehen, wobei diese selektiv abwechselnd über Schalter S₁₁, S₁₂ bzw. S₁-, mit der Wechselstromquelle verbunden werden zur schritt- bzw. stufenweisen Kompensation der Blindleistung. Dadurch kann das System einfach und kostengünstig aufgebaut werden. Die alternative Wahl der Blindleistungs-Regeleinheiten RPC₁₁ bis RPC₁₃ kann beispielsweise in der in Fig. 6 dargestellten Weise erfolgen, bei der das Ausgangssignal eines Funktionsgenerators FA, das die Blindleistungs-Kennlinie bezüglich der Motorgeschwindigkeit wiedergibt, mit einem Bezugsstromwert mittels eines Multiplizierers MA multipliziert wird, wobei das Ergebnis von Vergleichern CP₁₁ bis CP₁₃ verwendet wird zur Bestimmung, welche der Einheiten zu wählen ist. Die Vergleicher CP₁₁, CP₁₂ und

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CP ^ entsprechen dem Maximalleistungs-, dem Nenn- oder Normalleistungs- bzw. dem regenerativen Bremsleistungs-Laufzustand. Der Einstellwert des Vergleichers CP₁₂ überdeckt einen positiven Bereich, der Einstellwert des Vergleichers CP₁₁ überdeckt ebenfalls einen positiven Bereich der jedoch grosser ist, als der des Vergleichers· CP₁₂,und der Einstellwert des Vergleichers CP₁T überdeckt einen negativen Wert bzw. Bereich. Wenn das Ausgangssignal des Multiplizierers MA innerhalb eines dieser Einstellwert-Bereiche der Vergleicher CP₁₁, CP₁₂ und CP₁-. fällt, erzeugt der entsprechende Vergleicher ein Ausgangssignal zur Betätigung eines der Schalter S₁₁ bis S₁,, die dem jeweiligen Vergleicher zugeordnet sind, um den Kontakt zu schliessen. Wenn das Ausgangssignal vom Multiplizierer MA relativ klein ist, ist die zu kompensierende Blindleistung klein, weshalb die Schalter S₁₁ bis S.... geöffnet werden zum Abtrennen des Blindleistungsreglers vom System. Um die Blindleistungskompensation feiner zu gestalten, kann das Blindleistungs-Einstellglied RPC ₁ und der erste Blindleistungsregler RPC₁ gemäss den Fig. 6 und 7 in mehr Einheiten aufgeteilt werden.

Die obige Vorgehensweise der Änderung der zu kompensierenden Blindleistung abhängig von den Betriebszuständen ist auch bei dem zweiten Blindleistungsregler wirkungsvoll. Beispielsweise sind, wenn der Bezugstrom-Wert klein ist, die Schwankungen oder Änderungen der Blindleistung klein,

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weshalb das zu kompensierende Ausmass klein sein sollte, wobei andernfalls eine Überkompensation auftreten würde. Wenn ein Blindleistungsregler fortgeschrittenen bzw. höheren Leistungsfaktors mit einer Last mit bei der Leistungsversorgung voreilendem Leistungsfaktor verbunden ist, kann die Stromquellenleitung als mit einer Last verbunden angesehen werden, die einen zu hohen höheren Leistungsfaktor besitzt, was nachteilige Wirkungen wie eine Spannungserhöhung zur Folge hat. Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Tatsache, kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 das Ausmass der zu kompensierenden Blindleistung für den zweiten Blindleistungsregler RPC_ ebenfalls abhängig von den Betriebszuständen durch das Blindleistungs-Einstellglied RPC ~ in der gleichen Weise verändert werden, wie das durch das erste Blindleistungs-Einstellglied RPC ₁ und den ersten Blindleistungsregler RPC₁ erreicht wird.

Wenn auch bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel des Systems zwei Umformer und zwei Speiseleitungen verwendet werden, um benachbarte Antriebsspulen mittels unterschiedlicher Umformer zu versorgen, ist die Erfindung nicht auf dieses System beschränkt. Ein anderes System kann verwendet werden, bei dem ein einziger Umformer verwendet wird, wobei die Speisung der Antriebsspulen lediglich durch Schalter gesteuert wird. Anderer-

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seits können auch drei oder mehr Umformer verwendet werden.

Die Erfindung gibt ein Stromversorgungssystem für einen Linearmotor an, bei dem die Kompensation der Blindleistung möglich ist, die dann auftritt, wenn mehrere Antriebsspulen sequentiell mit elektrischer Energie abhängig von der Bewegung eines fahrenden Körpers versorgt werden, d.h., bei dem sich die Blindleistung mit der Bewegung des fahrenden Körpers ändert, wobei verhindert wird, dass an der zugehörigen Wechselstromquellen-Leitung nachteilige Einflüsse auftreten.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ
80QQ München 22 - Steinsdorfstr. 10

8l-3o.ol6P lo. Aug. 1979

ANSPRÜCHE

Stromversorgungssystem für einen Linearmotor, mit mehreren längs einer Fahrspur eines fahrenden Körpers angeordneten Antriebsspulen zur Erzeugung eines verschiebenden Magnetfeldes zum Antrieb des fahrenden Körpers,

einer Umformereinrichtung zum Versorgen der mehreren Antriebsspulen mit elektrischer Energie, mehreren auf die Bewegung des fahrenden Körpers ansprechenden Schaltern zum selektiven elektrischen Verbinden der Umformereinrichtung mit den jeweiligen Antriebsspulen,

81-(A 3995 - 02 ) - Me

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dadurch gekennzeichnet,

dass eine Blindleistungskompensationseinrichtung elektrisch mit der Stromeingangsseite der Umformereinrichtung ( CC., CC₂) verbunden ist, um die Blindleistung, die an der Stromeingangsseite auftritt, zu kompensieren, und dass das Kompensationsausmass abhängig von der Bewegung des fahrenden Körpers einstellbar ist.
2. Stromversorgungssystem für einen Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blindleistungskompensationseinrichtung einen ersten Blindleistungsregler ( RPC.) , der kontinuierlich elektrisch mit der ümformereinrichtung ( CC₁, CC₂) verbunden ist, und einen zweiten Blindleistungsregler ( RPC-) enthält, der selektiv elektrisch mit der Umformereinrichtung ( CC₁, CC₂) abhängig von der Bewegung des fahrenden Körpers verbunden ist.
3. Stromversorgungssystem für einen Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsausmass der Blindleistung, das durch den ersten Blindleistungsregler { RPC. ) erreicht ist, abhängig von der Geschwindigkeit des fahrenden Körpers einstellbar ist.
4. Stromversorgungssystem für einen Linearmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsausmass der Blindleistung, das durch den ersten Blindleistungsregler ( RPC-) erreicht ist, abhängig von der Geschwindigkeit des fahrenden Körpers und den durch die Antriebsspulen ( LM.) fliessenden Strömen einstellbar ist.

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5. Stromversorgungssystem für einen Linearmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsausmass der Blindleistung, das durch jeden von erstem und zweitem Blindleistungsregler ( RPC₁, RPC₂) erreicht ist, abhängig von der Geschwindigkeit des fahrenden Körpers einstellbar ist.
6. Stromversorgungssystem für einen Linearmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsausmass für die Blindleistung, das durch jeden von erstem und zweitem Blindleistungsregler ( RPC₁, RPC₂) erreicht ist, abhängig von der Geschwindigkeit des fahrenden Körpers und den durch die Antriebsspulen ( LM.) fliessenden Strömen einstellbar ist.
7. Stromversorgungssystem für einen Linearmotor nach einem der Anspürche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

dass mehrere Umformer zum Versorgen der Antriebsspulen ( LM.) mit elektrischer Energie vorgesehen sind,

dass auf die Bewegung des fahrenden Körpers ansprechende Glieder vorgesehen sind, um sequentiell den mehreren Umformern Start- und Stopbefehle zuzuführen, dass die Antriebsspulen ( LM. ) und die Umformer so angeordnet sind, dass benachbarte der Antriebsspulen entsprechend verschiedenen Umformern zugeordnet sind, und

dass der erste Blindleistungsregler kontinuierlich elektrisch mit einer gemeinsamen Stromeingangsseite der Umformer verbunden ist und dass der zweite Blindleistungsregler selektiv elektrisch mit der gemeinsamen Stromeingangsseite der Umformer abhängig von der Bewegung des fahrenden Körpers verbunden ist.
8. Stromversorgungssystem für einen Linearmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Blindleistungsregler selektiv mit der gemeinsamen Stromeingangsseite der Umformer abhängig von den Start- und Stopbefehlen verbunden ist.

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