Тяговый линейный синхронный электропривод для маршрутной единицы подвижного состава

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ )i 563904

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 14.1! .74 (21) 2077228/11 (51) М. Кл е В 61В 13/08

Н 02К 41/04 (23) Приоритет (31) Р2357147.3 (32) 15.11.73 (33) ФРГ ооударствеииый комитет

Совета Министров СССР оо делам иэобретеиий и открытий (43) Опубликовано 30.06.77 Бюллетень № 24 (53) УДК 621,336:625.2. .072.2:656.078(088.8) (45) Дата опубликования описания 11.10.77 (72): Автор изобретения

Иностранец йоахим Хольтц (ФРГ) Иностранная фирма

«Сименс АГ» (ФРГ) (71) Заявитель (54) ТЯГОВЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

ДЛЯ МАРШРУТНОЙ ЕДИНИЦЫ

ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

1 Изобретение относится к области электрооборудования подвижного состава с магнитным по/гвешивание)м.

Известны различные тяговые линейные синхронные электроприводы для маршрутйой единицы подвижного состава с синхронным электродвигателем с линейно-движущимся ротором; статор которого питается от стационарного источника, например сети переменного тока, проложенного, в частности, вдоль трассы в виде обмотки возбуждения бегущего магнитного поля,"возбудитель которого установлен на единице подвижного состава.

В качестве привод ных систем для маршрутных самодвижущихся единиц подвижного состава, в частности для линий скоростного движения и для высокомощных линий скоро. стного движения порядка до 500 км/час, используются преимущественно электродвигатели с линейно-движущимся ротором.

К этому типу электродвигателей относится сиихронныи электродвигатель с линейнодвижущимся ротором, обладающий высокими

КПД и коэффициентом мощности, он может и|меть обмотку бегугцего магнитного поля, проложенную вдоль трассы в виде статора;

Такой электродвигатель из-за большой длины активного статора называется синхронным длинностаторHbIM электродвигателем.. GHHхроиныф. электродвйгате) ь .с. лией щ-движу2 щимся ротором может иметь также обмотку возбуждения бегущего магнитного поля, которая расположена в самодвижущейся единице подвижного состава вместе с возбудителем. Самодвижущаяся единица подвижного состава движется при этом вдоль реактивного рельса с периодически меняющейся в отдельных местах магнитной проводимостью.

Синхронный электродвигатель с линейно10 движущимся ротором состоит из двух частей, поэтому на единице подвижного состава электромагнитной подвесной дороги установлены и качестве совместно передвигающегося возбудителя (передатчика) или обмотка возбу>кдения с протекающим по ней постоянным током, которая может проходить по всей длине единицы подвижного состава, пли же постоянный магнит. Проложенная вдоль трассы обмотка оегущего магнитного поля (ста20 тор) выполняется обычно в виде многофазной обмотки. Она образует в соответствии с поданным напряжением и частотой проходящее вдоль трассы перемещающееся поле, которое приводит в движение самодвижущуюся еди25 нпцу,подвижного состава.

Прототипом изобретения является тяговый линейный синхронный электропри вод для маршрутной единицы подвижного состава, на статоре которого размещена обмотка з6 бегущего магнитного поля, подключаемая од563904

ИЕЕМИ своими концамп к стационарному цсточн1гку переменного тока, ц возбудитель которого размещен на маршрутной единице подвижного состава совместно с электромагнитом сс подвешивания.

Однако электромеханические вибрации цлц колебания, возникающие прц двц>ксниц маршрутной единицы, отрицательно сказываются на удоостве поездки и могут прцвссти к выходу цз строя электропривода.

Целью изобретения является демпфирование электромеханических колебаппй нрц дв11>кснии маршрутной единицы.

Это достигается тем, что тяговый линейный синхронный электропривод снабжен включенным между стационарным Источником псрсмснного тока и обмоткой бегущего магнитного поля силовым регулятором, мощность которого меньше максимальной мощности линейного синхронного элсктропривода, блоком рсгулцровацця фазового сдвига ц амплитуды выходного напряжения силового регулятора ц датчиком колебаний мо11111ост11 линейного сцнхронного электропривода, а к выходу датчика колебаниЙ мОщнОсти лица!ного синхронного элсктропривода подклеочсц вход влока регулирования фазового сдвига и амплитуды выходного напряжения силового рсгулятора.

Силовой регулятор может быть выполнен в виде управляемого статического преобразователя частоты.

Тяговый линейный синхронный элсктропрцвод to>KcT быть снабжен трансформатоРОМ, ВКЛЮЧСIIHbl vl МЕЖДУ СтаЦИОНаРНЫМ ИСточником переменного тока и входом управляемого статического преобразователя чаcòîты, а силовой регулятор может быть снабжен другим трансформатором, первичная обмотка которого подключена к выходу управляемого статического прсобразоватсля частоты, а вторичная — включена между стапцонарпым источником переменного тока и обмоткой снГ11цсГО маГнцтнОГО пОля, причем Выход clt. Ioвого регулятора мож T быть подклЕоч ll к другому концу обмотки оегущсго маЕЯЕцтного ноля.

Силовой регулятор может быть также выполнен в виде поворотного трацсформе1тора, к сервоприводу которого подключен выход блока регулирования фазового сдвига ц амплитуды ВыхОднОГО н апр51>кения.

Тяговый лцнсйный сцнхропный элсктроПрИВод МО>КСТ бЫТЬ СНаб>КЕН ВК, IIOvIC ППЬI vl между датчиком колсоаний мощности линейного синхронного электропривода и олоком регулирования фазового сдвига ц амплцтуды

Выходного напря>кения силового pcI óëtlòoðà фильтром, настроенным на частоту колебаний прц движении маршрутной единицы, причем датчик колсбаний мощности линейного синхронного элсктропривода может быть Вьшол-. нен в виде тра11сформатора тока в обмотке бегущего магнитного поля.

Датчик колебаний мощности линейного

GO

4 синхронного электропривода может оыть также выполнен в виде датчика, измеряюЕцего положение погносов возбудителя относительно наведенного обмоткой бегущсго магнитного поля, или в виде установленного на возбудителе датчика линейного ускорения маршрутной единицы подвижного состава.

Тяговый линейный синхронный электропривод может быть снабжен также включенным в рассечку соединения источника перемсIIHoto тока с обмоткой бсгущсго магнитноГо поля переключателем на два коммутационных поло>кения, в первом из которых концы обмотки бегущего магнитного поля соединены состационарным источником переменного тока, а в другом включены на общую точку.

На фиг. 1 — 3 приведена электрическая схема прсдложснного тягового линеш1ого синхронного элсктропривода с линейно-движущимся ротором ц с демпфированцсм колебаний (три варианта);

Трехфазная обмотка 1 бегущего магнитного поля соединена в звезду со средней точкой 2 (см. е!>Иг. 1) Обмотка — составная часть тягового линейного синхроеиного электропривода с линейно-движущимся ротором, служащего для псредви>кения по трассе самодвижущейся маршрутной единицы подвижного состава электромагнитной подвесной дороги. Обмотка 1 рассчитана на скорость передвижения и проло>кена в качестве статора

Вдоль трассы; при этом она может продолжаться на значительное расстояние в направлеццц движения ц поэтому используется как длинный статор. Самодвижущаяся маршрутная единцца подвижного состава электромагнитной подвесной дороги может быть, в частности, моторным вагоном высокоскоростной линии, Электродвигатель с линейно-дви>кущпмся ротором охватывает вместе с обмоткоп 1 бсгущсго магнитного поля также возбудитель (це показан), который установлен на самодвц>куЕцсйся маршрутной 2 единице в качестве совместно передвигающегося передатчика. Это может быть синхронный электродвигатель с линейно-движущимся ротором, который в качсствс двигателя оборудован или сверхпроводяЕцей катушкой электромагнита без ферромагнцтного сердечника, или катуш кой электромагнита с магнитным сердсчнцКОМ со стальньЕМ креплением, или постоянным магнитом. возбу>кдасмым от постоянных магнитов. Возбудитель мо>кст быть выполнен, В 13cTíocTè, каl Обмотка Возбу>еедения. постоянная или рсгулцрусмая прц помощи управзяющсго устроиства, Возбудитель прц рабoтс самодвижущейся сдцнццы подвижного состава удерживается в подвсшененом положснци при помощи подвесного устройства (нс показано) вмсстс с маршрутной единицей.

Между трассой и полем единицы подвижного состава образуется, таким образом, зазор, и 11СЕОЕций р, Основном пОВсеодм Одинаков 10 шцрцну, В этом зазоре обмотка 1 бсгущего

563904 магнитного ноля производит перемещающееся поле. Обмотка 1 питается от стационарного источника 3 переменного тока, например . трехфазной сети переменного напряжения, по фазовым проводам R, 5, Т, и нулевому проводу М; сетевая частота составляет, например, 50 илн 60 Гц; переменное напряжение равно 10 кВ. В соединении между стационарным источником 3 переменного напряжения и обмоткой 1 расположена вторичная обмотка трансформатора 4 связи, коэффициент трансформации которого составляет, например, 1. Вторичная обмотка трансформатора 4 может отключаться от стационарного источника 3 переменного тока посредством выключателя 5.

Обмотка 1 во время движения получает через выключатель 5 и вторичную обмотку трансформатора 4 большую часть мощности, необходимую для движения маршрутной единицы непосредственно и неуправляемо от стационарного источника З,переменного тока.

Опыт показал, что прн такой прямой подаче тока могут возникнуть колебания маршрутной единицы в направлении движения, вызванные встречными порывами ветра. Этн колебания нарушают движение и являются помехой; кроме того, онн могут вызвать выпадение из сннхронизма синхронного электродвигателя с лннейнодвижущимся ротором, в результате остановку самодвижущейся маршрутной единицы. Для устранения этих колебаний предусмотрено демпфирование колебаний, которое осуществляется контуром регулирования.

Составной частью контура регулирования является датчик 6 колебаний мощности линейного электропрнвода, подающий сигнал Р, например электрический измеритель активной мощности, установленный в соединении между вторичной обмоткой трансформатора 4 тока и обмоткой 1. Он состоит нз трансформаторов 7, трансформаторов 8 на!пряжения и вычислительной схемы 9, которая по измеренному статорному току и входному,переменному напряжению обчотки 1 определяет активную мощность. Сигнал

P является степенью действительного значения активной мощности и содержит вместе с составляющей постоянного напряжения также пропорциональную колебаниям величину иагпряжения. Таким образом, электрический измеритель активной мощности используется как измерительный прибор для определения электромеханических колебаний мощности.

При всегда, постоянном напряжении переменного тока могут в качестве датчика 6 применяться также только трансформаторы 7 тока, которые установлены для измерения статорного тока в соединении между трансформатором 4 н обмоткой 1 бегущего магнитного ноля.

Сигнал Р подводится к фильтру 10, который может быть выполнен в виде активного или пассивного полоснопропускающего фильтра, настроенного на частоту колебаний прн

5 !

О

65 движении самодвижущейся маршрутной единицы. Частота колеоаний обычно ниже частоты напряжения стационарного источника переменного тока, зависит от механической конструкции сачодвижущейся маршрутной единицы подвижного состава и может иметь значение, например. около 1 Гц. В качестве фильтра 10 может оыть применен также фильтр верхних частот.

Фильтр 10 подает выходной сипгал у, являющийся степенью той части сигнала Р,„, котор 1я раскачивается с частотой колеоания.

Дальнейшая подача составляющей постоянного напряжения блокируется фильтром 10. Выходной сигнал у подводится к блоку регулирования, состоящему из элемента 11 сравнения и регулятора !2. В элементе 11 сравнения выходной сигнал у сравнивается путем вычитания с сигналом сравнения у, обладающим нулевым значением. Регулятор 2 подает в зависимости от выходного сипгала g управляющий снгнàl х, который после оп„еделения колебаний используется для изменения входного переменного напряжения обмотки 1 бегущего магнитного поля.

Для этого предусмотрен в качестве силового регулятора 13 статический преобразователь частоты, к которому придана система 14 управления. Статический преобразователь частоты, например, преобразователь со звеном постоянного тока, .имеет управляемые и»еуправляемые полупроводниковые вентили, рассчитан на часть максимальной мощности синхронного электродвигателя с липей,но-движущимся ротором и должен быть при этом уt Tàíîâëåí только для стабилизирующей мощности, составля1ощей 2 — 20 Ъ максимальной потребляемой мощности. Элемент 11 сравнения и регулятор 12 вместе образуют блок рег лировання фазового сдвига и амплитуды выходного напряжения силового регулятора 13.

Силовой регулятор 13 питается через трансформатор 15, коэффициент трансформации которого меньше 1, от стационарного источника 3 переменного тока; его выходная частота равна частоте сети. Выход силового регулятора 13 .подключен к первичной обчотке трансформатора 4 связи. Таким образоч, трансформатор 4 связи служит для преобразования выходного переменного напряжения

У„ силового регулятора 13 с сетью переме ного напряжения U.

Решающим является то, что положение по фазе выходного переменного напряжениями„ силового регулятора 13 устанавливается относительно сети переменного напряжения U посредством управляющего сигнала х, подаваемого DT олока, состоящего нз элечента 11 и регулятора 12, к системе 14 управления.

Для фиксации положения по фазе выходного переменного напряжения („ переменное напряжение U сети пли понижающее трансфор-мированное входное переменное напряжение силового регулятора 13 отводится посредст 563904

О

15.7 вом трансформатора .16 напряжения и подводится к системе. 14 .управления. Система 14 управления,и вместе с ней силовой регуля; тор 13., т. е. преобразователь, частоты,.таким образом одновременно.получают от сети, тактовые сигналы. Вследствие этого изменяется также частота . выходного переменного напряжения U с частотой сети. Управляющие им,пульсы, которые система 14 управления передает управляемым вентилям преобразователя частоты, компенсируются.по фазе в зависимости от у правляющего слгналахотносительно прохождения через нуль переменного напряжения U сети.. Вследствие этого изменяется также положение по фазе выходного напряжения U преобразователя частоты относительно переменного напряжения U сети.,Преобразование или суммирование в,трансформаторе 4 связи дает общее выходное напряжение (с + U„), лектор .которого. состоит из переменного на пряжения U сети и.такого же по частоте дополнительного переменного напряжения U, которое: отличается только ко; эффициентом трансформации от выходного переменного на пряжения U, . Трансформатор 4 связи следует рассматривать, таким .образом, как векторный суммирующий орган. Ампли-, туда общего выходного напряжения..{U+ U„. ) устанавливается посредством управляющего сигнала х. Это напряжение служит в .качестве входного переменного напряжения для. обмотки 1 бегущего магнитного поля.

Контур регулирования выполнен таким образом, что поступающее через: силовой регулятор 13 дополнительное переменное напря-. жения U, йротиводейотвует иолебаниям мощности.

Трехфазный выключатель 5 является переключателем. Он соединяет в первом коммутационном .положении (см, фиг. 1) стационарный источник 3 переменного тока со вторичной обмоткой трансформатора 4 связи, Во втором коммутационном положении это соединение прерывается; при этом .клеммы трансформатора 4 связи соединяются с общей точкой звезды 17, поэтому трансформатор 4 связи становится. нормальным трансформатором со схемой соединения в звезду Обмотка 1 бегущвго магнитного поля в этом втором коммутационном положении может. при аварийном режиме получать питание от стационарного источника 3 переменного тока через транс-: форматор 4 связи, силовой регулятор 13 и трансформатор 15 уменьшенной мощности и измененной частоты. Частота выходного переменного напряжения U„.â этом случае задается сигналом управления частотой системе 14 управления через выключатель 18, который одновременно: реверсируется выключателем. 5, Эта частота может, в частности, изменяться вместе с выходным переменным напряжением U, .

Как показано на фиг.:2, трехфазная об-. мотка 1 бегущего магнитного поля подключена одним своим концом через выключа20

25 зо

8 тель 5 к.стационарному источнику 3 переменного тока.

В первом коммутационном положении выключателя 5 образуется соединение между стационарным. источником 3 .переменного то-. ка и обмоткой 1. бегущего. магнитного, поля.

B его втором коммутационном положении это соединение размыкается; Одновременно расположенные .на стороне сети, соединитель,ные клеммы обмотки il .бегущего магнитного поля включа1отся на общую точку 17 звезды,.

Обмотка 1 бегущего. магнитного поля проложена, в частности, вдоль.трассы или, вместе с возбудителем может быть расположена,.в самодвижущейся .маршрутной . единице подвижного состава. Единица подвижного..соста-, ва .диижется. при этом: .вдоль реактивного рельса с периодически. изменяющейся магнитной проводимостью.

Другой конец обмотки 1 бегущего магнитного ноля подключен через. датчик 6 к силовому регулятору 13,, который может быть выполнен также . как .статический преобразова-: тель частоты.: Силовой, регулятор 13 рассчитан на часть максимальной. мощности линей-. ного синхронного электродвигателя;, он отда-, ет выходное переменное напряжение с часто-, той -сети; Такоесовдынение обмотки:1:бегущего матнитного поля,с,сетью с одной стороны и с выходом: сидовопо регулятора:13: с другой стороны приводит,к тому; что перемеццое на-: пряжение сети:. еумхгируется. с,этим выходным переменным . напряжением: непосредственно, у обмотки 1 бегущего, магнитного, поля., Сило-.„ вой регулятор 13 может, быть также подключен через;,трансформатор 15 в соединении звезда —. звезда, коэффициент: трансформации которого. меньше .1, .к стационарному источпику 3 .переменного. тока. .Положение по:;фазе, а,также и величина выходного напряжения. исполнительного орга-: на устанавливаются .относительно фазы. переменного на пряжения: сети посредством. уп.. равляющего;сигнала х,,образованного в контуре, регулирования. Этот контур регулиро. валия:соответствует в оснавном .контуру, регулирования, . показанному .на фиг. 1. Дат- . чик 6 состоит. здесь только из трансформато-: юв 7 тока, которые установлены в:соедине-. нии между силовым регулятором 13 и обмот. кой 1. бегущего магнитного. поля.

При возникновении колебаний силовой регулятор 13 подает в соответствии:с, ритмом и размерами этих колебаний электроэнергию в обмотку 1 бегущего магнитного. поля, кото:-. рая компенсирует энергию . колебаний самодвижущейся:маршрутной единицы:, На фиг. 3 схематически изображен тяговый, линейный синхронный электродвигатель с линейно-движущимся ротором, обхватыва-: ющим обмотку 1 бегущего магнитного поля, и расположенную на маршрутной.единице 19 подвижного состава электромагнитной,подвесной, дороги обмотку 20 .возбуждения. Синхронный электродвигатель с линейно-движу :563904

9 щимся ротором перемещает маршрутную единицу 19 в направлении стрелки 21.

Обмотка 1" через вторичную обмотку поворотного трансформатора 22 и выключатель 5 (на фиг. 3 условно не показан) питается непосредственно от стационарного источника 3 переменного тока. Поворотный трансфо рматор 22 является силовым регулятором, а также суммирующим элементом. При этом он .выполняет двойную функцию. Включенная в звезду первичная обмотка поворотного трансформатора 22 непосредственно подключена к стационарному источнику 3 переменного то ка. Коэффициент трансформации значительно меньше 1 и находится, например между 0,02 и 0,2. У поворотного трансформатора 22 для установки положения по фазе его выходного переменного напряжения имеется сервопривод 23, питаемый от усилителя 24.

Этот усилитель 24 регулируется управляющим сигналом х.

Управляющий сигнал х направляется блоком регулирования состоящим из. регулятора

12 с предварительно включенным элементом

11 сравнения. Элемент 11 сравнения, сравнивает уста новленный - на нуле сигнал уставки у " с выходным .. сигналом фильтра 10.

Фильтр 10 нагружаегся сигналом От приемника 25, т, е. сигналом, содержащим величину, пропорциональную колебаниям мощности тягового линейного синхронного электропривода.

Соответствующий передатчик 26 закреплен на самодвижущейся маршрутной единице

19 и соединен с датчиком 6,;который также установлен на единице 19 подвижного состава и измеряет ее линейное ускорение, ; которое является мерой для силы тяги. Колебания единицы 19 подвижного состава в направлении движения вперед воспринимаются по своей величине и частоте как колебания линейного ускорения и передаются по,радио к неподвижно расположенному на -питающей станции, приемнику 25. С включением беспроволочного канала связи образуется закрытый контур регулирования,,действие которого описано выше.

Формула изобретения

1. Тяговый линейный синхронный электро-. привод для маршрутной единицы подвижного состава, на статоре которого размешена обмотка бегущего магнитного поля, подключаемая одними своими концами к стационарному источнику переменного тока, и возбудитель которого размещен на маршрутной единице подвижного состава совместно с электромагнитом ее подвешивания, о т л и ч аюшийся тем, что, с целью демпфирования электромеханических колебаний при движении маршрутной единицы, он снабжен включенным между стационарным источником переменного тока и обмоткой бегущего магнитного поля силовым регулятором, мощность

l0 которого меньше максимальной мощности линейного синхронного электропривода, блоком регулирования фазового сдвига и амплитуды выходного напряжения силового регулятора

5 и датчиком колебаний мощности линейного синхронного электропривода, а к выходу датчика колебаний мощности линейного синхронного электропривода подключен вход блока регулирования фазового сдвига и амплитуды щ выходного напряжения силового регулятора.

2. Электропривод по п. 1, о тл,и ч а ющ и йся тем, что силовой регулятор выполнен в виде управляемого статического преобразователя частоты.

3, Электропривод по п. 2, о т л и ч а ю11I,èéся тем, Мго он онабжен грансформаTOром, включенным между стационарным источником переменного тока и входом управляемого статического преобразователя частоты.

20 4, Электропривод по п.п. 1 — 3, о т л н ч а юшийся тем, что силовой регулятор снабжен другим трансформатором, первичная обмотка которого подключена к,выходу управляемого статического преобразователя частоты, а вто25 ричная — включена между стационарным источником переменного тока и обмоткой беryujего магнитного, поля:

5..Электропривод по .пп. 1 — -3, о т л и ч аю шийся тем, что выход силового регулято30 ра подключен к другому концу обмотки бегущего магнитного поля.

6. Электропривод по: п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что силовой регулятор выполнен в виде поворотного .трансформатора, к

35 сервоприводу которого подключен выход блока регулирования фазового сдвига и амплитуды выходного напряжения:.

7. Электропривод по п:и. 1 — 6, о т л и ч а ющ и и ся тем, что он снабжен включенным

40 между датчиком колебаний мощности линейного синхронного электропривода и блоком регулирования фазового сдвига и амплитуды выходного напряжения силового регулятора фильтром, настроенным на частоту колебаний

45 при движении маршрутной единицы.

8. Элекгроп ри вод по пп. 1 — 7, о тл и ч а юшийся тем, что датчик колебаний мощности линейного синхронного электропривода выполнен в виде трансформатора тока в обмот50 ке бегущего магнитного поля.

9. Электропривод по,пп. 1 — 7, отличаю шийся тем, что датчик колебаний мощности линейного синхронного электропривода выполнен в виде датчика, измеряющего положение полюсов возбудителя относительно наведенного обмоткой бегущего магнитного поля.

10. Электропривод по лп. 1 — 7, о тл ич аю щ,и и с я тем, что датчик колебаний мощно60 сти линейного синхронного электропривода выполнен в виде установленного на возбудителе датчика линейного ускорения маршрутной единицы подвижного состава.

11. Электропривод по п.п. 1 — 10, о т л и65 ч а ю щ,и и с я тем, что он снабжен включен11 ным в рассечку соединения источник:l переменного тока с обмоткой бегущего магнитного поля переключателем .на два коммутационных,положения, в первом из которых кон563904

12 цы обмотки бегущего магнитного поля сое динены со стационарным источником переменного тока, а в другом — включены на общую точку.

Фнг. 1

563904

Составитель В. Муконин

Техред И, Карандашова Корректор Л. Денискина

Редактор А. Купрякова

Подписное

МОТ, Загорский Филиал

Заказ 5803 Изд. ¹ 581 Тираж 633

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам изобрстений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5