УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭНЕРГОПИТАНИЯ ДЛИННОЙ СТАТОРНОЙ ОБМОТКИ С НЕСКОЛЬКИМИ СЕКЦИЯМИ ОБМОТКИ
DEVICE FOR POWER SUPPLY OF LONG STATOR WINDING WITH SEVERAL SECTIONS

Изобретение относится к устройству для энергопитания имеющей несколько сегментов обмотки длинной статорной обмотки с источником энергии, шиной питания, связанной с источником энергии, коммутаторами секций, которые связаны с шиной питания и которые, соответственно, имеют вывод для соединения с соответствующей секцией обмотки.
Подобное устройство известно из уровня техники. Так, например, описаны и реализованы, например, в Шанхае в Китае устройства для энергопитания дороги на магнитной подвеске, в которых привод не размещается в рельсовом транспортном средстве, перемещающемся с путевой скоростью. Вместо этого привод размещен в пути следования и содержит двигатель с длинным статором, который, по существу, отличается длинной статорной обмоткой.
Известное из уровня техники устройство для энергопитания дороги на магнитной подвеске схематично изображено на фиг.1. Можно видеть, что длинная статорная обмотка 1 разделена на несколько секций 2 обмотки, причем секции 2 обмотки в подробно не показанном на чертеже пути следования непосредственно примыкают друг к другу. Каждая секция 2 обмотки со стороны входа соединена с коммутатором 3 секций, а на своей стороне, противоположной коммутатору 3 секций, соединена с коммутатором 4 нейтрали. В своем замкнутом положении коммутатор 4 нейтрали соединяет секцию 2 обмотки с нейтралью 5. Коммутатор 3 секций, напротив, служит для соединения относящейся к нему секции 2 обмотки с кабелем 6 энергопитания, который соединен с не показанным на чертеже преобразователем частоты переменного тока в качестве источника питания. Подразделение длинной статорной обмотки 1 на секции 2 обмотки необходимо, так как в противном случае должна была бы возбуждаться вся длинная статорная обмотка 1 по всей своей длине, следствием чего были бы высокие потери энергии. Если коммутатор 3 секций и одновременно коммутатор 4 нейтрали включены, то, напротив, происходит возбуждение выбранной секции 2 обмотки с ограниченной длиной, в которой в зависимости от управления преобразователем частоты переменного тока вырабатывается магнитная бегущая волна. Бегущая волна взаимодействует с расположенными на стороне транспортного средства несущими и ведущими магнитами, результатом чего является электродинамический привод транспортного средства. Как только приводимое в движение транспортное средство оказывается не над секцией 2 обмотки, коммутатор 3 секций и коммутатор 4 нейтрали размыкаются.
Каждая секция 2 обмотки имеет, наряду со своим омическо-индуктивным сопротивлением по отношению к окружающему потенциалу, также емкостное сопротивление. Поэтому на фиг.1 с каждой секцией 2 обмотки схематично соотнесена соответствующая емкость 7. Соответствующее справедливо для шины 6 питания, емкость 8 которой распределена по всей ее длине. Согласно уровню техники до сих пор, по существу, секция 2 обмотки соединяется с шиной 6 питания. Соответственно подключенная секция 2 обмотки представляет сильную индуктивную нагрузку. Это приводит к сдвигу фазы между током привода и напряжением привода и, как следствие, к выработке реактивной мощности. Эта индуктивная реактивная мощность не может в достаточной степени компенсироваться емкостью 8 шины 6 питания, а также емкостью 7 соответственно подключенной секции 2 обмотки, так что согласно уровню техники это приводит к дополнительной нагрузке системы привода из-за реактивной мощности. Эта реактивная мощность может, при некоторых преобразователях частоты переменного тока, посредством целенаправленного регулирования привода, активным образом компенсироваться, из-за чего, однако, система привода дополнительно нагружается.
Задачей изобретения является создание устройства вышеописанного типа, с помощью которого обеспечивается возможность компенсации реактивной мощности, независимой от регулирования источника энергии.
Изобретение решает эту задачу с помощью средства для компенсации реактивной мощности, которое выполнено с возможностью установки импеданса устройства.
В соответствии с изобретением импеданс соответствующего изобретению устройства энергопитания устанавливается таким образом, что это приводит к желательной компенсации реактивной мощности, возникающей в процессе привода. Для компенсации индуктивно действующего подключенного сегмента 2 обмотки в рамках изобретения подключаются и без того имеющиеся компоненты устройства с емкостным действием. Таким способом источник энергии, обычно преобразователь частоты переменного тока, подающий электроэнергию в шину питания, разгружается. Поэтому регулирование преобразователя частоты переменного тока может в соответствии с изобретением осуществляться независимо от соответственно действующего в режиме движения импеданса устройства и, следовательно, более эффективным образом.
Согласно предпочтительному выполнению изобретения средство для компенсации реактивной мощности имеет блок управления, который выполнен с возможностью размыкания или замыкания, по меньшей мере, некоторых коммутаторов сегментов. Таким способом на импеданс устройства оказывается влияние со стороны уже имеющихся сегментов обмотки длинного статора. Таким образом, решение является экономичным. Если, например, емкостное сопротивление всего устройства должно быть повышено, блок управления замыкает некоторое количество коммутаторов сегментов, которые через соответствующий сегмент обмотки связаны с разомкнутым коммутатором нейтрали, пока сумма емкостей подключенных таким образом сегментов обмоток, включая емкостное сопротивление шины питания и обтекаемого током сегмента обмотки, не будет примерно соответствовать индуктивному сопротивлению обтекаемого током сегмента обмотки.
Предпочтительным образом, блок управления соединен с измерительными датчиками, генерирующими сигналы измерений, и имеет внутреннюю регулирующую логику, которая выполнена с возможностью размыкания и замыкания связанных с блоком управления коммутаторов сегментов в зависимости от установочных параметров и на основе сигналов измерений. Согласно этому предпочтительному выполнению на основе измерительных датчиков определяется реактивная составляющая устройства в процессе работы, то есть в процессе энергопитания. Измерительные датчики являются, например, измерителями тока и напряжения, которые определяют ток и напряжение в каждой фазе шины питания и на основе этих измеренных сигналов известным способом определяют упомянутую реактивную составляющую. Кроме того, блок управления имеет установочные параметры, которые, например, содержат информацию о том, насколько велико емкостное сопротивление оставшихся, не обтекаемых током в данный момент, сегментов обмотки и насколько велико емкостное сопротивление шины питания. На основе этих данных или установочных параметров обеспечивается возможность точной компенсации реактивной мощности посредством простого расчетного предписания.
Предпочтительным образом предусмотрен, по меньшей мере, один блок коммутации дополнительной шины, который связан с блоком управления, причем каждый блок коммутации дополнительной шины связан с дополнительной шиной, импеданс которой предоставляется блоку управления в качестве установочного параметра. Согласно этому предпочтительному дальнейшему развитию увеличивается вариабельность и тем самым точность настройки импеданса на соответствующие требования.
Для дальнейшего повышения вариабельности, кроме того, предпочтительным является блок реактивности, связанный с шиной питания. В качестве блока реактивности может, например, использоваться дополнительный конденсатор или катушка. В отличие от этого также могут предусматриваться активные блоки реактивности, которые содержат несколько емкостных сопротивлений, таких как конденсаторы, и блок коммутации. Блок коммутации соединен, например, с блоком управления, так что упомянутое емкостное сопротивление в целом или частями может подключаться параллельно обтекаемому током сегменту обмотки.
Иными словами, блок реактивности, например, через коммутатор реактивности может соединяться с блоком питания по параллельной схеме по отношению к обтекаемому током сегменту обмотки, причем блок коммутации реактивности, в свою очередь, соединен с блоком управления.
Здесь необходимо отметить, что тип используемых блоков коммутации в рамках изобретения может быть любым. Так, в рамках изобретения могут использоваться как механические, так и полупроводниковые переключатели.
Другие целесообразные выполнения и преимущества изобретения являются предметом последующего описания примеров выполнения изобретения со ссылками на чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаково функционирующие компоненты.
Фиг.1 - устройство согласно уровню техники в схематичном изображении.
Фиг.2 - пример выполнения соответствующего изобретению устройства в схематичном изображении.
Фиг.3 - другой пример выполнения соответствующего изобретению устройства.
Фиг.4 - другой пример выполнения соответствующего изобретению устройства.
Фиг.1 относится к устройству согласно уровню техники, которое выше уже было подробно описано, так что его дополнительное детальное описание здесь не требуется.
Фиг.2 показывает пример выполнения соответствующего изобретению устройства 9, которое предусмотрено для энергопитания обмотки 1 длинного статора, которая состоит из нескольких сегментов 2 обмотки. Устройство содержит шину 6 питания, которая через дополнительную шину 10 и блок 11 коммутации дополнительной шины соединена с не показанным на чертеже источником питания, таким как преобразователь частоты переменного тока, причем преобразователь частоты переменного тока через контур постоянного тока или промежуточный контур постоянного напряжения соединен с еще одним преобразователем частоты переменного тока, который, со своей стороны, подключен к сети электроснабжения переменного тока. Дополнительно существует возможность через переключатель 17 диапазонов другую шину 16 питания соединять с рассматриваемой шиной 6 питания, которая также питает обмотку 2 длинного статора и также имеет подключаемые сегменты обмотки. Последние, однако, по причине наглядности на чертеже не показаны.
Для обтекания током сегментов 2 обмотки, как и в уровне техники, предусмотрены коммутатор 3 сегментов и коммутатор 4 нейтрали. Если коммутатор 3 сегментов и коммутатор 4 нейтрали замкнуты, то протекает ток от источника энергии через дополнительную шину 11, шину 6 питания, замкнутый коммутатор 3 сегмента в соответствующий сегмент 2 обмотки и оттуда через коммутатор 4 нейтрали к нейтрали 5, которая, например, заземлена.
Чтобы избежать потерь, как правило, всегда только один сегмент 2 обмотки соединен, с одной стороны, с шиной 6 питания, а с другой стороны - с нейтралью 5. Коммутатор 3 сегментов и коммутатор 4 нейтрали остальных, не обтекаемых током сегментов обмотки, напротив, как правило, разомкнуты. Это относится и к имеющемуся в соответствующем случае переключателю 17 диапазонов. Чтобы скомпенсировать индуктивное сопротивление соответствующего обтекаемого током сегмента 2 обмотки, предусмотрен блок 12 управления, которые соединен с коммутатором 3 сегментов через соответствующую сигнальную шину 13. Кроме того, блок 12 управления также связан с блоками 11 коммутации дополнительной шины и переключателем 17 диапазонов через сигнальную шину 13. Для компенсации реактивной мощности блок 12 управления управляет определенным количеством коммутаторов 3 сегментов и/или блоками 11 коммутации дополнительной шины для замыкания. При этом управляемые коммутаторы 3 сегментов сопоставлены сегментам 2 обмотки, которые не обтекаются током, коммутатор 4 нейтрали которых, следовательно, разомкнут, так что их емкостное сопротивление 7 может применяться для компенсации реактивной мощности, не приводя при этом к непреднамеренному обтеканию током других сегментов 2 обмотки.
Для того чтобы положение соответствующего коммутатора 4 нейтрали для блока 12 управления сделать различимым, блок 12 управления также соединен с коммутаторами 4 нейтрали через сигнальную шину, которая на фиг.1 по причинам наглядности не представлена.
Для того чтобы принять решение, сколько коммутаторов 3 сегментов блок 12 управления при разомкнутых коммутаторах 4 нейтрали должен замкнуть для компенсации реактивной мощности, блок 12 управления соединен с не показанными на чертежах измерительными датчиками. Измерительные датчики определяют в представленном примере выполнения по фиг.2 ток и напряжение ширины 6 питания. На чертежах по причинам наглядности показана только одна фаза из всех трех фаз шины питания, а также только один полюс соответствующего коммутатора или соответствующего блока коммутации. Это справедливо соответственно для обмотки 1 длинного статора с сегментами 2 обмотки. Однако здесь следует отметить то, что измерительные датчики определяют ток и напряжение по каждой фазе, так что блок 12 управления на основе полученных сигналов измерений может определить реактивную мощность в шине 6 питания во время энергопитания обмотки 1 длинного статора. Кроме того, блок 12 управления имеет установочные параметры, то есть, например, данные об импедансе имеющего возможность подключения невозбужденного сегмента 2 обмотки. На основе этой информации внутренняя логика регулирования блока 12 управления принимает решение о том, какие коммутаторы 3 сегментов и какие блоки 11 коммутации дополнительной шины и переключатели 17 диапазонов должны быть замкнуты для компенсации реактивной мощности. Следует отметить, что с помощью переключателя 17 диапазонов другие сегменты 2 обмотки другого сегмента 2 длинного статора по вышеописанному типу могут использоваться для компенсации реактивной мощности.
Фиг.3 показывает другой пример выполнения соответствующего изобретению устройства, причем блок 12 управления соединен с блоком 14 реактивности. Блок 14 реактивности через электрическую шину 15 соединен с сегментом 2 обмотки. Блок 14 реактивности содержит, например, не показанный на чертеже блок коммутации, который может замыкаться при необходимости блоком 12 управления, а также емкостной блок, например конденсатор в соединении звездой и т.п. За счет соединения емкостного блока в блоке 14 реактивности блок 12 управления может тем самым повысить емкостное сопротивление устройства и, следовательно, скомпенсировать индуктивную составляющую реактивной мощности.
Фиг.4 показывает пример выполнения по фиг.3, причем, однако, блок 14 реактивности размещен со стороны нейтрали на сегменте 2 обмотки, то есть между собственно сегментом 2 обмотки и коммутатором 4 нейтрали.