DE2245629C3 - Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug unter Anwendung eines Linearmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug unter Anwendung eines Linearmotors mit einer längs eines Gleises am Boden angeordneten, von einer Wechsclstromquelle zu speisenden Primärwicklung, einer gegenüber der Primärwicklung am Fahrzeug vorgesehenen Sekundärwicklung und einem mit einer Sekundärwicklung verbundenen Leistungsumformer, an den eine Last angeschlossen ist.

Ein solches Antriebssystem ist aus der DT-OS 06 977 bekannt, wonach dieses System für sämtliche Geschwindigkeiten eines schwebefähigen Fahrzeugs dient und auf dem Fahrzeug eine Wicklung vorgesehen ist, die vom Magnetfluß des vom Induktor aufgebauten gleitenden Magnetfeldes so durchsetzt wird, daß sie den Sitz einer induzierten, von der Energie des Induktors entnommenen elektromotorischen Kraft bildet, die auf dem Fahrzeug als Betriebshilfsenergie, z. B. für Heizung und Beleuchtung sowie Schwebeluftkissenenergie, zur Verfügung steht.

Für die Entwicklung derartiger Linearmotor-Aniriebssystemc war die Tendenz zum Geschwindigkeitsanstieg rollenden Materials entscheidend. Bisher wurde hauptsächlich das Radantriebssystem verwendet, das die Haftkraft zwischen den Rädern und dem Schienengleis ausnutzt. Mit dem Anstieg der Geschwindigkeit der Fahrzeuge hat indessen die Haftkraft eine Grenze erreicht, und man benötigt ein Antriebssystem, das nicht von der I laftkraft abhängt.

Bei Untersuchungen wurde gefunden, daß eiwn iOO bis 350 km/h eine prnklischc Geschwiiuligkeiisgrcnze lsi, die m.in mil dem von uer llnflknifi abhiingigtri Kadiniriebssysiein erreichen kann, und die Aniriebskraft oder Bremskraft bei einer höheren Geschwind^, keil als der genannien Grenze nicht mehr ausgenulzl werden kann,

Neben dem genannien Antriebssystem inner Anwendung eines Linearmoiors zum Antrieb eines miiiels ίο Luftkissen schwebenden ßlcklrofahrzeugs isl es mich schon bekannt, einen supraleitenden Miignei zu verwenden, damit das Fahrzeug über den Gleisen schwebt, indem man die magnetische Absloükral'i ausnutzt (Revue Generale de l'Eleclricile 80, 1971, S. 138, Fig. I), Wenn dieses Antriebssystem angewendet wir I, kann das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 400 bis 500 km/h angetrieben werden. Nach diesem Schwebantriebssysiem wird der supraleitende Magnet am Fahrzeug angebracht, und eine leitende Platte wird an der Seile des Gleises angeordnet, damit man eine Kraft, auf Grund deren das Fahrzeug schwebt, durch den Wirbelstrom erzeugt, der in der leitenden Platte auftritt, wenn der supraleitende Magnet über die leitende Platte hinstreichi. Daher isl die das Fahrzeug zum Schweben bringende Kraft sehr gering, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs niedrig ist. und tatsächlich tritt das Schweben des Fahrzeugs erst bei einer Geschwindigkeit über etwa 200 bis 300 km/h auf. obwohl diese Geschwindigkeit natürlich in Abhängigkeit von der jeweiligen Konstruktion variiert. Deshalb sind Mittel erforderlich, um den Fahrzeugkörper bei einer Geschwindigkeit unter dem obigen Wert zu tragen, und allgemein sind Räder für diesen Zweck vorgesehen.

Andererseils muß einer von beiden Teilen, d. h. Anker (Primärseile) und Feldsyslem (Sekundärseite) des das Fahrzeug antreibenden ünearniotors am Fahrzeug und der andere längs des Gleises am Boden angeordnet sein. Doch wird auf Grund der Tatsache, daß das Fahrzeug mit einer sehr hohen Geschwindigkeit angetrieben wird, und unter dem Gesichtspunkt der Schwierigkeit der Montage einer Stromabnahmeeinrichtung der Anker (Primärseite) vorzugsweise am Boden angeordnet. Dabei wird ein bewegliches Magnetfeld längs des Gleises am Boden erzeugt, und eine Steuereinrichtung ist am Boden vorzusehen, um die Geschwindigkeit des Linearmotors, bei dem es sich um irgendeinen Typ aus der Gruppe Linearinduktionsmotor, Lincarsynchron motor und Linearthyristormotor handeln kann, weich über einen weiten Geschwindigkeitsbereich steuern zu können. Die Geschwindigkeitssteuerung wird z. B. durch Frequenz- oder Spannungssteuerung erreicht, und man zieht hierfür einen Frequenzwandler oder einen Spannungsregulator am Boden vor. Beim Zuführen elektrischer Energie zur Primärwicklung, d. h. Antriebswicklung des Linearmotors bei einem solchen System, in dem die Primärwicklung am Boden angeordnet ist, führt eine konzentrierte Zuführung der elektrischen Energie zu einem langen Gleis, das die eigentliche Antriebswicklung bildet, zu einem erhöhten Verlust der elektrischen Energie und zu einer übermäßigen Kapazität der Energieversorgungsanlagen. Aus diesem Grund wurde bereits ein System angegeben (s. etwa »Siemens-Zeitschrift« 45 [1971],

S. 491, bei dem die am Boden angeordnete Antriebswicklung üblicherweise in Abschnitte unterteilt ist, deren jeder eine geeignete Länge für eine nacheinander erfclgende Zuführung der elektrischen Energie /u

jedem Unierteiliingsabsehiiiii im Ansprechen auf die Forlbewenung des Fahrzeugs aufweist. Hierbei isl mil jedem Unierieilungswicklunusabschniti ein Schalter verbunden, und die Schalter, tue mit dem Aniriebswiek· lungsiibsehnitt, auf dem sich das l'ahr/eug gerade befindet, und mit dem vorn davor befindliehen Anli'iebswicklungsabscliniii verbunden sind, werden durch Erfassung der Lage des Fahrmigs /wevks Speisung uor Antriebswicklung geschlossen. Das oben beschriebene Antriebssystem bringt mehrere Haupt- to probleme folgender Art mit sich:

(1) Auf Grund der Anordnung des Wandlers b/w. Umformers am Boden steigen dij Kosten mil dem Anstieg derGIcisliinge.

(2) Die Steuerung der Fahr/euggeschwindigkeit am Boden erfordert ein sehr kompliziertes Verfahren des Antriebs des Fahrzeugs und isl hinsichtlich der Verläßlichkeit problematisch.

(J) Eine Hilfsstromquelle zum Speisen der Beletichtungs- und sonstigen Einrichtungen im Fahrzeug ist ϊο schwierig vorzusehen.

Andererseits ist es .ms der US-PS }^r> 77 929 bekann!, einen vorwiegend für niedere Geschwindigkeiten dienenden rotierenden Antrieb mil einem vorwiegend für die höheren Geschwindigkeiten dienenden Linearantrieb für ein Elektrofahrzeug /u kombinieren, das nur auf Radein läuft, also nicht /um Schweben kommt, und bei dem eine Synchronmotorroiationsmaschine durch von einem Fahrdraht abgenommene elektrische Eneigie angetrieben wird und eine von dieser Maschine cr/eugte Energie eine im Fahrzeug angebrachte Primärwicklung des Linearmotors für die höheren Geschw indigkeiten speist.

Weiter ist aus dem Buch von II. A 11 s c h ü t ζ ».Stromrichteranlagen der Starkstromtechnik«. 1963. S. 219 bis 222, die Krämer-Kaskade bekannt, die eine grundsätzliche Möglichkeil eines Drch/ahlsteuerungssystems für einen Induktionsmotor darstellt, wobei der dort beschriebene Gleichstrommotor die Steuerung des Induktionsmotors mittels seiner Gegen- EM K bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug mit einem Radantrieb bis z. B. etwa 300 km/h und einem Schwebeantrieb mittels des Linearmotors bis z. B. etwa 500 km/h so auszubilden, daß der Fahrer des Elektrofahrzeugs die Geschwindigkeit des Fahrzeugs frei steuern kann und damit die Verläßlichkeit des Fahrzeugbetriebs verbessert, und gleichzeitig erreicht wird, die Anordnung von Steuereinrichtungen am Boden für die Geschwindigkeitssteuerung überflüssig zu machen and so die Bodeneinrichtur.gen zu verbilligen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein steuerbarer Leislungsumforme^r mit der für den Linearmotorbetrieb und den Lastbetrieb identischen Sekundärwicklung verbunden ist und daß als Last ein rotierender, vom Ausgang des Leisiungsumformers gespeister Antriebsmotor für die Räder des Fahrzeugs angeschlossen ist.

Mit einem solchen System läßt sich die durch den Linearmotor erzeugte Antriebskraft durch geeignetes Steuern des Leistungsumformers nach Wunsch steuern, so daß die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch den Fahrzeugführer leicht kontrolliert wird. Nach einer Ausführungsart der Erfindung ist die steuerbare Leistungsumformereinrichtung ein steuerbarer Gleichrichter, und der angeschlossene Antriebsmotor ein Gleichstrommotor Dabei läßt sich die Schlupfleistung des Linearmotors in einem Niedriggcschwindigkeitsbereich ausnutzen, um die Antriebskraft durch Steuern <!es steuerbaren Gleichrichters von dem Gleichstrommotor mit gutem Wirkungsgrad zu erhalten, und mit dem Anstieg der Geschwindigkeit des Fahrzeugs lassen sich nach und nach größere Betrüge der AnlriebslciMiin*} direki vom Linearmotor anstatt vom Gleichstrommotor abnehmen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüclicn gekennzeichnet.

Ein Atisführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigt

F i g. I eine schematische Ansicht eines Atisfiihrungsbeispielsder Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild des Elcktrofahrzetig-Anlriebs-

syslemsnach Fig. I,

Fig. 3 ein spezielles Schaltbild eines in Fig. 2 gezeigten Triggerkreises und

Fig.4 Wcllenformen zur Erläuterung des Betriebs eines Leisiungsumformers nach F i g. 2.

In F i g. 1 wird ein Fahr/.eugkörpcr 2 auf Schienen oder einem Gleis I durch darauf laufende Räder 3 getragen. Eine Primärwicklung 4 eines Lmc.trmotors isl längs des Gleises 1 angeordnet, und eine Drciphascnwechselstromquelle 5 liefen elektrischen Strom /ur Primärwicklung 4 mittels dreier Leitungen der Ii-. V- und W-Phase. Ein Eisenkern 6 ist längs des Gleises 1 angeordnet, und eine Sekundärwicklung 7 des I.inearmotors ist im Fuhr/eugkörper 2 montiert. Die Zahl der Windungen der Sekundärwicklung 7 ist relativ gering im Vergleich mit der der Primärwicklung 4. Ein steuerbarer Leistungsumformer 8 ist an die Ausgangsenden u. ι und »ι- der Sekundärwicklung 7 angeschlossen und kann /. B. ein Thyrislorbrückenkreis nach den Fig. 2 und 3 sein. Ein Gleichstrommotor 9 ist an den Ausgang des Leistungsumformer 8 angeschlossen und mit den Rädern 3 über (nicht dargestellte) mechanische Getriebcmittel verbunden. Er umfaßt einen Anker 91 und eine Feldwicklung 92. Eine Hilfsstromquelle 10 (die weiter umen näher beschrieben wird) zum Liefern des Bcleuchtungs- und sonstigen Stromes im Fahrzeug ist ebenfalls mit den Ausgangsenden u. v. w der Sekundärwicklung 7 verbunden, und ein Teil des Ausganges der Hilfsstromquelle 10 ist an die Feldwicklung 92 des Gleichstrommotors 9 über eine Feldsteuereinrichtung 11 angeschlossen. Mittel zum Versetzen des Fahrzeugkörpers 2 in die Schwebe über dem Gleis 1 sind in Fig. 1 nicht dargestellt.

Der Betrieb des Antriebssystems gemäß der Erfindung soll nun kurz an Hand von Fig. 1 beschrieben werden. In dem Zustand, in welchem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs niedrig ist, wird das Gewicht des Fahrzeugkörpers 2 im wesentlichen von den Rädern getragen, und es tritt eine ausreichend große Haftkraft zwischen den Rädern 3 und dem Gleis 1 auf. In diesem Niedriggeschwindigkeitsbereich wird eine beträchtlich große Wechselspannung in der Sekundärwicklung 7 des I.inearmotors induziert. Diese Wechselspannung wird durch den Leistungsumformer8, der aus einer Mehrzahl von Thyristoren besieht, in eine Gleichspannung umgeformt und dann dem Antriebsmotor 9 zugeführt. So bewirkt der Antriebsmotor 9 die Drehung der Räder 3, und das Fahrzeug wird nach und nach beschleunigt. Antriebskraft wird ebenfalls durch den Linearmotor erzeugt. Da jedoch der Triggerphasenwinknl α für die Thyristoren im Leistungsumformer 8, die durch einen weiter unten noch zu beschreibenden Triggerkreis gesteuert werden, anfänglich genügend groß ist. fließt nacheilender Strom durch die Sekundärwicklung 7. und

die durch den Linearmotor erzeugte Antriebskraft ist äußerst gering. Daher wird zunächst im wesentlichen die gesamte das Fahrzeug beschleunigende Kraft nur durch den Antriebsmotor*} crzeugl.

Mit dem Anstieg der Geschwindigkeit des Fahrzeugs wächst entsprechend die gegenelektromotorischc Kraft im Antriebsmotor 9 mit dem Ergebnis an. daß der Triggcrphasenwinkel ύ für die den Lcistungsumforiner 8 bildenden Thyristoren geringer wird, und gleich/eilig bewirkt die Feldstcuereinrichtung Ii eine Schwächung der Speisung der Feldwicklung 92 des Antriebsmotor 9. Infolgedessen verringert sich die in der Sckimdärwiek lung 7 des Linearmotor» indii/ierte Spannung, woraus sich ein weiterer Rückgang des Triggerphascriwinkcls \ ergibt, bis schließlich die Chase des durch die Sekundärwicklung 7 fließenden Stromes im wescntli chcn gleich der Phase der Spannung wird. Daher wächsi die durch den Linearmotor erzeugte Antriebskraft, wahrend die durch den Antriebsmotor 9 erzeugte Antriebskraft geringer wird. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs weiter steig), wird das Fahr/eug im wesentlichen nur noch von dei durch den Linearmotor erzeugten Antriebskraft vorwärts getrieben

Während sich auch bei einem solchen System die Geschwindigkeitssteuerung des Linearmotor und des Antriebsmotor 9 durch Steuern entweder des Lei stiingsiimformcrs 8 oder der Feldsteucreinrichtung 11 erreichen läßt, ist es vorzuziehen und sehr wirkungsvoll, sowohl den Leisiungsumformcr 8 als auch die Feldsteucreinrichtung 11 gleichzeitig zu steuern, um einen weichen Übergang der Antriebskraft vom Antriebsmotor 9 auf den Linearmotor zu sichern und du· Geschwindigkeit des Fahrzeugs über einen weilen Bereich zu steuern Mit der obigen Steuerungsari wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu der Zeit, wo der Linearmotor im wesentlichen die gesamte Antriebskraft erzeugt, auf ein genügend hohes Niveau gebracht, so flail der ί ahr/eugkörpcr 2 über dem Gleis I unter der Wirkung der das Schweben bewirkenden (mehl dargestellten) Mittel zu schweben beginnt und das Gewicht des Fahrzeugkörpers 2 im wesentlichen nun nicht mehr von den Kadern 3 gecragcn wird.

Die Hilfsstromquelle IO ist, wie schon erwähnt, vorgesehen, um den Bclcuchtungs und sonstigen Stromerfordernissen im fahrzeug zu geniigcn Im Niedriggeschwindigkeitsbereich, in welchem der An tric'bsmo(or9das I ahr/eug antreibt, wird eine erheblich große· Spannung in der Sekundärwicklung 7 des Linearmotor induziert, und elektrischer Strom laßt sich von den Ausgangsenden u. ν und n- der Sekundärwick lung 7 abnehmen. Im llochgeschwindigkeitsbcteich. in dem der Linearmotor allein an der Erzeugung der Antriebskraft teilhat, läßt sich dieser ideal bis zur synchronen Geschwindigkeit steuern, in diesem Zustand würde jedoch keine Spannung mehr in der Sekundärwicklung 7 induziert werden. Praktisch wird indessen der Geschwindigkcitsbercich nur bis zu etwa 70% der Synchrongeschwindigkeit als der zu steuernde f3crcich gewählt, wobei der Faktor wie z. B. Schlupf in Erwägung gezogen wird. So läßt sich eine zum Liefern des Hilfsstromes ausreichende Spannung in der Sekundärwicklung? induzieren. Die Hilfsstromquelle 10 ist weiter mit den Ausgangsenden u, ν und w der Sekundärwicklung 7 so verbunden, daß sie auch als Quelle /um Speisen der Feldwicklung 92 des Antriebsmotor 9entsprechend Fig. 1 dienen kann.

Wahrend ein Ausführungsbeispicl des Systems gemäß der Frfmdung unler Bezugnahme auf den Fall erläutert wurde bzw. wird, in dem der Leisitmgsumformer 8 eine Thyrötoreinrichlung, wie sie in Fig.2 gezeigt ist, und der Antriebsmotor 9 ein Gleichstrommotor ist, können auch andere Einrichtungen, wie /.. B. ein Thyristormotor und ein Frequenzwandler (entsprechend dem Leislungsumformer9) verwendet werden, um im wesentlichen die gleiche Wirkung zu erzielen.

Das Schaltbild des Ausführungsbci.spiclcs soll nun in weiteren Einzelheiten an Hand der Fig.2 erläutert

ίο werden. Nach Fig.2 wird die Wcchsclstromausgangsspannung der Sekundärwicklung 7 des Liiicarmotors durch den l.eisiuiigsumformer 8. d.h. hier durch eine gesteuerte Gleichrichtereinrichluiij; in eine Gleichspannung umgeformt, die dem Antriebsmotor 9 cntsprc chend I i g. 1 zuzuführen ist. Neben den Radern 3 ist ein auf Geschwindigkeit ansprechender oder Gcsehwindig keitsgencrator 12 mit dem Antriebsmotor 9 gekuppelt, und der Ausgang dieses Generators 12 wird einer Steuerwicklung eines ersten und eines /weiten Magnet Verstärkers 14 bzw. 17 zugeführt. Ein Lingangssignal. das eine Soll oder Bezugsgesehwindigkeit unzeigt, wird einer anderen .Steuerwicklung des ersten Magnetver stärker 14 über einen Lingangsanschluß IJ zugeführt, und ein Vorspannungseingang wird einer anderen Steuerwiekking des zweiten Magnetverslärkers 17 über einen Hingangsanschluß 16 zugeführt. Der Ausgang des ersten Magnetverstärker 14 ist proportional der Differenz zwischen der tatsächlichen Fahrzcuggeschvvindigkcit und der Soll- oder Bezugsgeschwindig keil u.id wird einer Steuerwicklung Nc (f ig 3) eines 1 riggcrkreises oder magnetischen Phasenschiebers 15 zugeführt. Der Ausgang des zweilcn Magnetverstärker 17 wird einem über einen Widerstand 113 konstant erregten Stellmotor 112 zugeführt. Ein variabler f-eldwidersland 111 wird durch den Stellmotor 112 verstellt, und die dem l-'cldstrom entsprechende Spannung wird durch einen Spannungsteilerwiderstand 114 erf.-ißl. der ebenfalls vom Stellmotor 112 verstellt wird und einen Stromfluß durch eine dritte Steuerwicklung des zweiten Magnetverstärker 17 erzeugt.

I ig.4 zeigt Wellenformen zur Erläuterung des Betriebs des Leisiungsumformer 8. In F i g. 4 stellen Cu, i\ und ο die Spannungen der ι/. V und W-Phasen dar. Ls sei /. B. angenommen, daß der Triggerphasen win kel \ adf Basis der Spannung (cu <.·■*) gemessen wird. Dann betragt die Ausgangsgleichspannung i\t des Leistungsumformers 8 das positive Maximum. Null und das negative Maximum, wenn <x = 0 . bzw. 90 bzw. - 180 ist. vorausgesetzt, daß der Anker 91 eine negative Spannung erzeugt und der Strom kontinuierlich ist.

F i g. 3 zeigt im einzelnen den Aufbau des Triggerkreises oder magnetischen Phasenschiebers 15. Der Leistungsumformer 8 ist ein Dreiphasenthyristorbrükkenkreis, und daher besteht der magnetische Phasenschieber 15 aus drei Phasenschiebereinheiten 151, 152 und 153. die alle vom gleichen Aufbau sind. In Fig. 3 ist nur der Aufbau einer dieser Einheiten, nämlich 151, dargestellt, um Verwirrungen zu vermeiden. Wenn man

z. B. die Thyristoren Up und Un der L/-Phasc im Leisiungsumformer 8 steuert, kann die Spannung (cu - cw) an den magnetischen Phasenschieber 15 als ein synchronisierendes Signal angelegt werden, wie man an Hand von Fig.4 ersieht. Diese Spannung wird einem Transformator 7'zugeführt, und der Ausgang des Transformators 7"'wird über einen Widerstand /?an ein Paar von Transistoren TrI und Tr2 zwecks abwechselnden Ein- und Ausschalten dieser Transistoren TrX

und Tr2 angelegt. Daher wird die Spannung Ed einer Gleichstromquelle abwechselnd den jeweiligen Hälften einer Primärwicklung N 1 eines Transformators T zugeführt, und eine Rechteckwellcnspannung tritt an den Sekundärwicklungen N21 und Nn des Transformators Tauf. Die Zwischenschaltung der Transistoren Tr I und 7? 2 wirkt sich in der Erzeugung einer Rechteckwellcnspannung von konstanter Amplitude in der magnetischen Phasenschiebereinheit 151 aus, auch wenn die Spannung (eu - ew) beträchtlich schwanken mag. Diese Rcchleckwellenspannung trill an jeder der beiden Ausgangswicklungen Ni. der magnetischen Phasenschicbcreinhcil 151 auf, um den Thyristoren Uh und Un der i/-Phase im Leistungsuniformer 8 zugeführt zu werden. So können die Thyristoren Ur und Un mit dem Phasenwinkel entsprechend den Amperewindungen der Stcucrwicklung Nc gesteuert werden, die durch den Ausgang des ersten Magnetverstärkers 14 gespeist wird. Die Phasenschiebereinheit 151 umfaßt weiter eine Vorspannungswicklung NB, cine Mehrzahl von Dioden DcI und eine Mehrzahl weiterer Widerstände R. Durch geeignetes justieren des Vorspannungsslroms, der der Vorspartnungswicklung NBzugeführt wird, läßt sich der Ausgang der Phasenschiebereinheit 151 auf einen sehr geringen Wert vermindern, d. h. der Triggcrphascnwinkel \ von 180" für die Thyristoren Ur und Un ist erhältlich, wenn der durch die Steuerwicklung Nc fließende Strom Null ist. Andere Thyristoren Vi; Vn. Wr und Wn werden in ähnlicher Weise durch die Phasenschiebcreinheitcn 152 und 153 ge/ündet. Man sieht, da.'3 der Gcihwindigkeitsgenerator 12, der Soll oder ße/ug geschwindigkeitssignalanschiuß 13. der erste Magnetverstärker 14. der magnetische Phasenschieber 15 und der Leistungsumformer 8 ein Geschwin digkeitsregclsysiem darstellen.

I Inter nochmaliger Bezugnahme auf F i g. 2 führt der /weile Magnetverstärker 17 dem Stellmotor 112 in der f eldsteucrcinnehtung 11 einen Strom zu. der dem auf die F ahr/euggeschwindigkeit ansprechenden Ausgang des (jeschwindigkeitsgeneralors 12 entspricht. Der Stellmotor 112 betätigt den Glcitarm des Spannung* tcilcrwidcrstandcs 114. und dessen Anschlußspannung wird negativ /um /weiten Magnetverstärker 17 zurückgeführt, so daß diese Bauteile ein Servosystem bilden.

Weiter bewirkt der Stellmotor 112 die Steuerung der Feldwicklung 92 des Antriebsmotors 9 in Abhängigkeil von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Grund der Tatsache, daß der Stellmotor 112 eingerichtet ist. um den Gleitarm des Feldwiderstandes 111 zu betätigen, der in den Feldspeisungskreis eingeschaltet ist, der von der Hilfsstromquelle 10 zur Feldwicklung 92 des Antriebsmotor 9 führt. Mit anderen Worten steuert der Stellmotor 112 das Feld in der Weise, daß das Feld geschwächt wird, wenn die Geschwindigkeit steigt. Dabei kann das Geschwindigkeitsniveau, bei dem die Feldschwächungssteu^rung beginnt, frei in Abhängigkeit von dem Niveau des Vorspannungseingangs gewählt werden, der dem Vorspannungswicklungseingangsanschluß 16 des zweiten Magnetverslärkers 17 zugeführt wird. Man sieht, daß der Geschwindigkeitsgenerator 12, der zweite Magnetverstärker 17, der Stellmotor 112, die variablen Widerstände 111 und 114 und die Feldwicklung 92 des Antriebsmotor 9 ein Feldschwächungssteuersystem darstellen.

Im Antriebssystem gemäß der Erfindung mit einer solchen Anordnung ist der Bezugsgeschwindigkcitssignaleingang Null, wenn das Fahrzeug steht, und dieser Eingang steigt nach und nach, wenn das Fahrzeug beschleunigt wird. Im Niedriggeschwindigkeitsbereich wird eine große Spannung in der Sekundärwicklung 7 des Linearmotors induziert. Indessen ist der Bezugsgeschwindigkcitssignaleingang auf niedrigem Niveau im Niedriggeschwindigkeitsbereich. Daher is· der Ausgang des ersten Magnetverslärkers 14 niedrig, und der Ausgang des magnetischen Phasenschiebers 15 zum Triggern der Thyristoren im Lcistungsumformcr 8 ist niedrig. In diesem Zustand ist der Triggerphascnwinkel«. groß, jedoch nicht größer als 90°, Mit dem Anstieg der Geschwindigkeit des Fahrzeugs nähert sich der Triggerphasenwinkel α Null. In der Zwischenzeit beginnt der Steuereingang, der vom Gcschwindigkcilsgenerator 12 der Steuerwicklung des zweiten Magnetverstärker 17 zugeführt wird, den Vorspannungseingang an der Vorspannungswicklung (Anschluß 16) des zweiten Magnetverstärkers 17 zu übersteigen, und ein Ausgang tritt am zweiten Magnetverstärker 17 auf.

Dadurch wird der Stellmotor 112 in Drehung versetzt, um den Widerstand des Widerstandes 111 zu erhöhen, und gleichzeitig wächst die Ausgangsspannung des Spannungsteilerwiderstands 114. So verringert sich nach und nach der Ausgang des zweiten Magnetversiärkers 17 durch die Servowirkung des Scrvosystems auf Null, d.h., der Stellmotor 112 kommt auf einer einem reduzierten Erregerstrom entsprechenden Stellung wieder zum Stehen.

Fig. 4 zeigt Variationen der Wellenform der GL'ichstromausgangsspannung cd des Leistungsumformers 8 entsprechend den Schwankungen des Triggerphasenwinkel* n. zwischen 0 und 180". Man sieht in F i ₆.4. daß der Durchschnittswert der Gleichstromausgangsspannung cd Null ist, wenn λ gleich 90" ist. Der Triggerphasenwinkel ix wird vom obigen Wert aus im Ansprechen auf den Geschwindigkeitsbefehl nach und nach kleiner. Wenn die Geschwindigkeit des Linearmotor gering ist und seine Sekundärspannung genügend hoch ist. kann daher der Triggerphasenwinkel <x sinken, so daß dem Gleichstrommotor 9 zum Starten und Beschleunigen des Fahrzeugs eine genügend hohe Gleichspannung zugeführt werden kann. Dabei entwikkelt der Linearmotor kein genügendes Drehmoment auf Grund der Tatsache, daß nacheilender Strom einschließlieh einer Blindkomponente zu einem hohen Anteil durch seine Sekundärseite fließt.

Jedoch verringert sich mit dem schrittweisen Rückgang des Triggerphasenwinkcls α die Nacheil· Stromkomponente nach und nach, und die Blindleistung sinkt, so daß das Beschleunigungsdrehmoment des Linearmotors steigt. Daher beschleunigt sich das Fahrzeug durch das kombinierte Drehmoment des Gleichstrommotors 9 und des Linearmotors. Der Triggerphasenwinkel α sinkt schließlich auf Null, wenn die Geschwindigkeit des beschleunigten Fahrzeugs ein Niveau in der Größenordnung von 300 km/h erreicht, wobei der Schlupf des Linearmotor in der Größenordnung von 0,5 liegt. In der Nähe dieses Geschwindigkeitsniveaus entwickelt der Gleichstrommotor 9 sein maximales Drehmoment, jedoch läßt sich kein weiterer Anstieg der Drehzahl erreichen, da die Sekundärspannung des Linearmotor zurückgeht. Es ist daher erwünscht, mit der Anwendung der Feldschwächungssteuerung in der Nähe der Geschwindigkeit von.

300 km/h zu beginnen. Hierzu wird der Vorspannungseingang entsprechend dieser Geschwindigkeit dem Anschluß 16 der Vorspannungswicklung des zweiten Magnetverslärkers 17 gemäß F i g. 2 zugeführt.

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Der Einsatz der Feldschwächungssteuerung steigert die Drehzahl des Gleichstrommotors 9, doch nach kurzer Zeit wird kein wesentliches Drehmoment durch den Gleichstrommotor 9 mehr entwickelt, und der Linearmotor übernimmt danach allein die Beschleunigung des Fahrzeugs.

Geschwindigkeitsregler bei Triebfahrzeugen in Verbindung mit der Steuerung einer Leistungsumformereinrichtung und einer Feldsteuereinrichtung sind an sich bekann t (»ETZ-A« 91,1970, S. 684).

Im Lauf der Beschleunigung des Fahrzeugs durch den Linearmotor wird das Fahrzeug, z. B. durch die Wirkung eines supraleitenden Magneten, ausreichend über dem Gleis zum Schweben gebracht, wodurch die Räder 3 vom Tragen der Last freikommen Anschließend wird das Fahrzeug durch den Linearmotor bis zur gewünschten Geschwindigkeit von z. B.500 km/h beschleunigt.

Um Strom für die Beleuchtung und andere Einrichtungen im Fahrzeug zu liefern, ist die Hilfsstromquelle 10 mit einer Batterie 101 und einem steuerbaren Gleichrichter 102 zum Laden der Batterie 101 im Antriebssystem gemäß der Erfindung vorgesehen. Der steuerbare Gleichrichter 102 ist mit der Sekundärwicklung 7 des Linearmotors verbunden, um seinen Eingang von dort zu erhalten, und lädt die Batterie 101 über eine (nicht dargestellte) Konstantspannungseinrichtung während der Zeitdauer auf, in der die Spannung an der Sekundärwicklung 7 ausreichend hoch ist. Die Hilfsstromquelle 10 kann so die Energie liefern, die für die Beleuchtung und andere Einrichtungen im Fahrzeug erforderlich ist, und wirkt gleichzeitig als Feldspeisungsslromquelle für den Gleichstrommotor 9.

Der Leistungsumformer 8 kann auch ein Frequenzwandler sein, und die Last 9 kann ein kommutatorloser Motor sein. Der Frequenzwandler kann vom Direktwandlertyp, bei dem eine Wechselspannung direkt in eine Wechselspannung mit einer von der der ersten verschiedenen Frequenz umgewandelt wird, kann aber auch vom indirekten Wandlertyp sein, bei dem eine Wechselspannung zunächst in eine Gleichspannung umgeformt und diese Gleichspannung in eine Wechselspannung mit der anderen Frequenz umgeformt wird. Jeder dieser Typen kann durch Thyristoren und zugehörige Steuereinrichtungen gebildet werden. Die Ausgangsspannung eines solchen Frcquenzwandlers

kann einer synchronen Maschine zugeführt werden, um einen sogenannten kommutatorlosen Motor oder Thyristormotor darzustellen. Dieser Thyristormotor kann mit den Rädern verbunden und in einer der im Zusammenhang mit Fig.2 beschriebenen ähnlichen Weise gesteuert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Anlriebssyslcm für ein Elcklrofnlirzeiig unier Anwendung eines LJncnrmolors mil einer lüngs eines Gleises am Boden angeordneten, von einer Wcchsclsiroinquelle zu speisenden Primärwicklung, einer gegenüber der Primilrwicklung am Fahrzeug vorgesehenen Sekundärwicklung und einem mi ι einer Sekundärwicklung verbundenen Leistungsuml'ormcr, sin den eine Last angeschlossen isl, dadurch gekennzeichnet, daß ein sleuerbarer Leislungsumformer (8) mil der für den Linearmotorbctricb und den Lastbeiricb identischen Sekundärwicklung (7) verbunden ist und daß als Last ein rotierender, vom Ausgang des Leistungsuml'ormers gespeister Antriebsmotor (9) für die Räder (3) des Fahrzeugs angeschlossen ist,

   2, Antriebssystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß es als Leislungsumformcr (8) einen steuerbaren Gleichrichter und als Antriebsmotor (9) einen Gleichstrommotor aufweist.

   3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geschwindigkeilsrcgelkrcis vorgesehen isl, in dem der Lcistungsmnformcr (8) das Stellglied bildet, und daß der Geschwindigkeiis Istwert als Führungsgröße für den Erregerstroni des Antriebsmotors (9) in der Weise dient, daß dessen Feld geschwächt wird, wenn die Geschwindigkeit über einen vorgegebenen Wert hinaus ansteigt.

   4. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Sekundärwicklung (7) ein Frequenzwandler als steuerbarer Leislungsumformer verbunden ist und als Antriebsmotor ein durch den Ausgang des Frequenzwandlers angetriebener kommutatorloser Motor angeschlossen ist.