устройство для эксплуатации магнитного поезда

Формула изобретения

1. Устройство для эксплуатации магнитного поезда (7), в частности, поезда на магнитной подвеске, содержащее: синхронный длинностаторный линейный двигатель, по меньшей мере, с одной, уложенной вдоль трассы, длинностаторной обмоткой (5,26) и, по меньшей мере, одним, взаимодействующим с ней, проходящим в направлении трассы, смонтированным на поезде (7) устройством (6) возбуждения, причем длинностаторная обмотка (5,26) в направлении трассы разделена на следующие друг за другом, отделенные друг от друга местами (73-76, 93-96) смены секции (5.1-5.9, 26.1-26.9), длина каждой из которых больше длины устройства (6) возбуждения, по меньшей мере, два соответствующих секциям (5.1-5.9, 26.1-26.9) обмотки путевых кабеля (59а-60b, 102-105) для снабжения секций (5.1-5.9, 26.1-26.9) обмоток электрической энергией и коммутационные устройства (61-68, 96-101) для последовательного подключения секций (5.1-5.9, 26.1-26.9) обмоток к соответствующему путевому кабелю (59а-60b, 102-105) в соответствии с продвижением поезда (7), отличающееся тем, что секции (5.1-5.9, 26.1-26.9) обмоток содержат, по меньшей мере, по одному первому и второму участку (45а-50b), причем первый участок (45а, 46а, 47а, 48а, 49а, 50а) состоит из находящихся в электропроводящем соединении между собой первых отрезков (51 или 53), а второй участок (45b, 46b, 47b, 48b, 49b, 50b) - из находящихся в электропроводящем соединении между собой вторых отрезков (52 или 54), причем первые и вторые отрезки (51-54) имеют меньшую длину, чем длина устройства (6) возбуждения, и в направлении трассы расположены друг за другом в заданной последовательности так, что секции (5.1-5.9, 26.1-26.9) обмоток в любых воображаемых, проходящих вдоль трассы секторах, имеющих соответствующую устройству (6) возбуждения длину, всегда содержат, по меньшей мере, по одному первому и второму отрезку (51,52 или 53,54).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрены первые коммутационные устройства (62,66 или 61,65) для подключения первых участков (46а, 47а или 49а, 50а) секций обмотки к первому путевому кабелю (59а или 60а) и вторые коммутационные устройства (64, 68 или 63,67) для подключения вторых участков (46b, 47b или 49b, 50b) секций обмотки ко второму путевому кабелю (59b или 60b).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первые и вторые участки (45а-50а или 45b-50b) участки обмотки отделены друг от друга вдоль трассы местами (73-76) смены, расстояния между которыми больше длины устройства (6) возбуждения.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что оно для эксплуатации поездов (7) с, по меньшей мере, двумя расположенными рядом друг с другом в направлении трассы устройствами (6) возбуждения содержит для каждого из этих устройств (6) возбуждения по одному первому и второму участку (45а-50а или 45b-50b) секций обмотки с первыми и вторыми отрезками (51,53 или 52,54), по два соответствующих им путевых кабеля (59а, 60а или 59b, 60b) и по два предназначенных для подключения к ним участка (45а-50b) секций обмотки первых и вторых коммутационных устройства (73-76).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что все первые и вторые участки (45а-50b) секций обмотки отделены друг от друга местами (73-76) смены, расстояния между которыми больше длины самого длинного, смонтированного на поезде (7), устройства (6) возбуждения.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длинностаторный линейный двигатель предназначен для эксплуатации поездов (7), по меньшей мере, с двумя расположенными рядом друг с другом в направлении трассы устройствами (6) возбуждения и содержит, по меньшей мере, две уложенные рядом друг с другом, соответствующие каждому из устройств (6) возбуждения длинностаторные обмотки (5,26), которые в направлении трассы разделены на следующие друг за другом секции (5.1-5.9, 26.1-26.9), длина каждой из которых больше длины соответствующего устройства (6) возбуждения, при этом предусмотрены, по меньшей мере, первые, вторые и третьи участки (80а-83b) секций обмоток, состоящие из находящихся в электропроводящем соединении между собой первых, вторых и третьих отрезков (84а-89b), длина которых меньше длины соответствующих устройств (6) возбуждения и которые в направлении трассы расположены друг за другом и рядом друг с другом в заданной последовательности в зоне имеющихся секций (5.1-5.9, 26.1-26.9) обмоток так, что они в любых воображаемых, проходящих вдоль трассы секторах, которые имеют длину, соответствующую длине сопряженного устройства (6) возбуждения, всегда содержат отрезки, по меньшей мере, двух разных участков секций обмоток.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что секции (5.1-5.9, 26.1-26.9) обмоток в этих секторах всегда содержат, по меньшей мере, первый, второй и третий отрезки (например, 84а, 85а, 86а или 88а, 89а, 87а) одного первого, второго и третьего участка (например, 83а, 81а, 82b) секций обмоток.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, три путевых кабеля (102-105) и предназначенные для подключения к ним участков (80а-83b) секций обмоток коммутационные устройства (96-101).

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно содержит четыре путевых кабеля (102-105) и предназначенные для подключения к ним участков (80а-83b) секций обмоток коммутационные устройства (96-101) таким образом, что в каждом месте вдоль трассы один путевой кабель (102-105) и один соединенный с ним преобразователь (106-109) находятся в режиме ожидания.

10. Устройство по одному из пп.6-9, отличающееся тем, что первые, вторые и третьи участки (80а-83b) секций обмоток вдоль трассы отделены местами (93-95) смены, расстояния между которыми больше длины самого длинного устройства (6) возбуждения.

Приоритет по пунктам:

10.04.2002 по пп.1-5;

19.06.2002 по пп.6-10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для эксплуатации магнитного поезда, в частности поезда на магнитной подвеске, содержащему: синхронный длинностаторный линейный двигатель, по меньшей мере, с одной, уложенной вдоль трассы, длинностаторной обмоткой и, по меньшей мере, одним, взаимодействующим с ней, проходящим в направлении трассы, смонтированным на поезде устройством возбуждения, причем длинностаторная обмотка в направлении трассы разделена на следующие друг за другом, отделенные друг от друга местами смены секции, длина каждой из которых больше длины устройства возбуждения, по меньшей мере, два соответствующих секциям обмотки путевых кабеля для снабжения секций обмоток электрической энергией и коммутационные устройства для последовательного подключения секций обмоток к соответствующему путевому кабелю в соответствии с продвижением поезда.

Длинностаторные линейные двигатели представляющего здесь интерес рода (US-PS 5053654, DE 19922441 А1) содержат в качестве первичной детали уложенный вдоль данной трассы длинный статор, по меньшей мере, с одной обмоткой (US-PS 4665329, US-PS 4728382), в которой создается бегущее электромагнитное поле, перемещающееся в направлении движения эксплуатируемого поезда. В качестве вторичной детали, напротив, служит смонтированное на поезде, проходящее в большинстве случаев по всей его длине устройство возбуждения (DE 3410119 А1), составленное одновременно из электромагнитов, действующих в качестве несущих магнитов. Длинностаторную обмотку разделяют обычно на секции, которые в направлении движения лежат непосредственно друг за другом, электрически отделены друг от друга местами смены и, имея длину, например, 1000-2000 м, сравнительно коротки, однако значительно длиннее поезда длиной, например, до 250 м. Параллельно пути, кроме того, уложен, по меньшей мере, один сравнительно длинный путевой кабель длиной, например, около 40 км, подключенный одним или обоими концами к так называемой подстанции, в которой установлены необходимые для подачи тока и напряжения на статорную обмотку преобразователи и т.п. Для ограничения количества потребляемой энергии и эффективного импеданса ток подводят только в ту секцию обмотки, на которой как раз находится поезд, соединяя с путевым кабелем отдельные секции обмотки при помощи коммутирующих устройств в соответствии с продвижением поезда порознь или последовательно. Необходимые для этого переключения происходят способами, известными под названиями, например, способ короткого замыкания, скачковый, переменно-шаговый, трехшаговый способ и т.п. (Электротехнический журнал etz, Bd. 108, 1987, Heft 9, стр.378-381). Помимо этого известно также, что отдельные секции обмотки располагают на части их длины с нахлестом и переключения всегда осуществляют с одной секции на другую, когда поезд находится в зоне нахлеста (US-PS 4454457).

При эксплуатации подобного поезда на магнитной подвеске подстанции должны вырабатывать напряжения, в основном, равные сумме индуктированного поездом напряжения (напряжение ротора), падения напряжения в соответствующей секции обмотки и падения напряжения в соответствующей части путевого кабеля. Если пренебречь падением напряжения в путевом кабеле, то для привода поезда в распоряжении имеется тот ток, который подводится благодаря вырабатываемого подстанцией части напряжения, превышающей напряжение ротора.

Напряжение ротора, в частности, при высоких скоростях, в основном, пропорционально скорости поезда, а также длине устройства возбуждения (длина поезда). Поэтому создаваемые подстанциями напряжения на тех участках пути, где должны достигаться высокие скорости, должны быть особенно велики. Это справедливо тем более, что подстанции этих участков пути на своих выходах снабжены трансформаторами с высоким коэффициентом трансформации и потому создают высокие напряжения, однако лишь небольшие токи, и тем самым обеспечивают небольшие силы тяги или мощности.

У этих устройств преимуществу сравнительно низких конструктивных затрат вдоль трассы противостоит проблема, заключающаяся в том, что произвольное увеличение выходных напряжений подстанций с имеющимися до сих пор в распоряжении длинностаторными обмотками или их изоляциями невозможно. Следствием этого является то, что достигаемые пределы напряжений составляют, например, 10-20 кВ. В сочетании с обычно предусмотренными токами около 1000 А и поездами, устройства возбуждения которых содержат, например, 10 секций длиной по 25 м, достигаются поэтому скорости максимум около 400 км/ч. Большие максимальные скорости могут быть достигнуты только с более короткими поездами, а более длинные поезда могут быть реализованы лишь при меньших максимальных скоростях.

Помимо этого известны длинностаторные синхронные линейные двигатели (DE 2806601 А1), у которых отдельные секции длинностаторной обмотки имеют длины, соответствующие доле длины устройства возбуждения. Секции обмотки питаются при этом от инверторов, которые локально неподвижно соответствуют им, снабжены каждый соответствующим коммутационным устройством и через общий путевой кабель подключены к источнику постоянного тока. Преимуществу более благоприятного разделения напряжения по нескольким секциям обмотки здесь противостоит тот недостаток, что из-за множества инверторов и коммутационных устройств по длине поезда требуются высокие затраты на оборудование вдоль трассы.

Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача решения описанной проблемы напряжения и мощности, несмотря на применение обычных длинностаторных обмоток, без увеличения возникающих на выходах подстанций максимальных напряжений и без резкого повышения производственных затрат таким образом, чтобы при равной длине поезда можно было достичь более высоких скоростей и/или при равной скорости движения предусмотреть более длинные устройства возбуждения и тем самым - более длинные поезда.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для эксплуатации магнитного поезда, в частности поезда на магнитной подвеске, содержащем: синхронный длинностаторный линейный двигатель, по меньшей мере, с одной, уложенной вдоль трассы, длинностаторной обмоткой и, по меньшей мере, одним, взаимодействующим с ней, проходящим в направлении трассы, смонтированным на поезде устройством возбуждения, причем длинностаторная обмотка в направлении трассы разделена на следующие друг за другом, отделенные друг от друга местами смены секции, длина каждой из которых больше длины устройства возбуждения, по меньшей мере, два соответствующих секциям обмотки путевых кабеля для снабжения секций обмоток электрической энергией и коммутационные устройства для последовательного подключения секций обмоток к соответствующему путевому кабелю в соответствии с продвижением поезда, согласно изобретению, секции обмоток содержат, по меньшей мере, по одному первому и второму участку, причем первый участок состоит из находящихся в электропроводящем соединении между собой первых отрезков, а второй участок - из находящихся в электропроводящем соединении между собой вторых отрезков, причем первые и вторые отрезки имеют меньшую длину, чем длина устройства возбуждения, и в направлении трассы расположены друг за другом в заданной последовательности так, что секции обмоток в любых воображаемых, проходящих вдоль трассы секторах, имеющих соответствующую устройству возбуждения длину, всегда содержат, по меньшей мере, по одному первому и второму отрезку.

Рекомендуется предусмотреть первые коммутационные устройства для подключения первых участков секций обмотки к первому путевому кабелю и вторые коммутационные устройства для подключения вторых участков секций обмотки ко второму путевому кабелю.

Целесообразно первые и вторые участки обмотки отделить друг от друга вдоль трассы местами смены, расстояния между которыми больше длины устройства возбуждения.

Предпочтительно, когда устройство для эксплуатации поездов с, по меньшей мере, двумя расположенными рядом друг с другом в направлении трассы устройствами возбуждения содержит для каждого из этих устройств возбуждения по одному первому и второму участку секций обмотки с первыми и вторыми отрезками, по два соответствующих им путевых кабеля и по два предназначенных для подключения к ним участка секций обмотки первых и вторых коммутационных устройства.

Не менее предпочтительно, когда все первые и вторые участки секций обмотки отделены друг от друга местами смены, расстояния между которыми больше длины самого длинного, смонтированного на поезде устройства возбуждения.

Длинностаторный линейный двигатель предназначен для эксплуатации поездов с, по меньшей мере, двумя расположенными рядом друг с другом в направлении трассы устройствами возбуждения и содержит, по меньшей мере, две уложенные рядом друг с другом, соответствующие каждому из устройств возбуждения длинностаторные обмотки, которые в направлении трассы разделены на следующие друг за другом секции, длина каждой из которых больше длины соответствующего устройства возбуждения, при этом предусмотрены, по меньшей мере, первые, вторые и третьи участки секций обмоток, состоящие из находящихся в электропроводящем соединении между собой первых, вторых и третьих отрезков, длина которых меньше длины соответствующих устройств возбуждения и которые в направлении трассы расположены друг за другом и рядом друг с другом в заданной последовательности в зоне имеющихся секций обмоток так, что они в любых воображаемых, проходящих вдоль трассы секторах, которые имеют длину, соответствующую длине сопряженного устройства возбуждения, всегда содержат отрезки, по меньшей мере, двух разных участков секций обмоток.

При этом секции обмоток в этих секторах всегда содержат, по меньшей мере, первый, второй и третий отрезки одного первого, второго и третьего участка секций обмоток.

Устройство, согласно изобретению, содержит, по меньшей мере, три путевых кабеля и предназначенные для подключения к ним участков секций обмоток коммутационные устройства.

Устройство, согласно изобретению, содержит четыре путевых кабеля и предназначенные для подключения к ним участков секций обмоток коммутационные устройства таким образом, что в каждом месте вдоль трассы один путевой кабель и один соединенный с ним преобразователь находятся в режиме ожидания.

Нужно первые, вторые и третьи участки секций обмоток вдоль трассы отделить местами смены, расстояния между которыми больше длины самого длинного устройства возбуждения.

За счет разделения, согласно изобретению, длинностаторной обмотки достигается то, что индуцированное устройством возбуждения напряжение в каждом месте трассы распределяют по двум или более участкам секций обмотки, подключаемым каждая к отдельной подстанции. За счет этого без необходимости увеличения максимального напряжения, прикладываемого к участку секции обмотки, возникают резервы напряжения или мощности, которые обеспечивают более высокие скорости и/или большие длины поезда. Тем не менее каждая секция обмотки и каждый участок секции обмотки могут иметь значительно большую длину, чем устройство возбуждения, так что число установленных вдоль трассы инверторов и т.п., несмотря на увеличение заданных мощностей, остается сравнительно низким.

Изобретение более подробно поясняется ниже на примерах выполнения в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 схематично изображает сечение поезда на магнитной подвеске и его путь;

фиг.2 - в перспективе и в частично разобранном виде пример выполнения конструкции длинного статора;

фиг.3 - известное устройство для эксплуатации поезда на магнитной подвеске по фиг.1;

фиг.4 - устройство по фиг.3, в соответствии с первым примером выполнения изобретения;

фиг.5 - увеличенная деталь Х согласно фиг.4;

фиг.6-8 - характеристики напряжения, тока и тяги в направлении трассы при применении устройства по фиг.4 в зоне мест смены;

фиг.9 - устройство по фиг.3, в соответствии со вторым примером выполнения изобретения;

фиг.10 - в увеличенном масштабе деталь Y, согласно фиг.9;

фиг.11-13 - то же, что и на фиг.6-8 при применении устройства по фиг.9.

У дороги на магнитной подвеске с синхронным длинностаторным линейным двигателем (фиг.1 и 2) пакет 1 активной стали статора, имеющий множество расположенных последовательно пазов 2 и зубцов 3, неподвижно соединен с сооруженным вдоль заданной трассы путем 4. В пазы 2 пакета 1 активной стали, далее просто пакета статора, уложена длинностаторная обмотка 5 в виде обмотки трехфазного тока, питаемой от трехфазного преобразователя током переменной амплитуды и частоты, в результате чего известным образом вдоль длинностаторного линейного двигателя образуется перемещающаяся волна тока. Поле возбуждения длинностаторного линейного двигателя создается устройством 6 возбуждения, которое образовано множеством смонтированных на поезде 7, распределенных в его продольном направлении и выполняющих в то же время несущую функцию магнитов, каждый из которых состоит из сердечника 8 и обмотки 9 возбуждения.

Как правило, по обеим сторонам пути 4 предусмотрено по одному пакету 1 статора с трехфазной длинностаторной обмоткой 5 и соответствующим устройством 6 возбуждения. Пример выполнения конструкции подобного длинного статора показан, в частности, на фиг.2, где три относящиеся к трем фазам R, S, T отдельные обмотки 10, 11, 12 расположены попеременно друг за другом или в переплетении между собой и обозначены разной штриховкой. При этом ясно, что прямые, параллельные друг другу участки отдельных обмоток 10, 11, 12 в собранном состоянии длинного статора расположены в соответствующих пазах 2 пакета 1 железа статора, в которых их фиксируют держателями 14. Изогнутые, выступающие из пазов 2 лобовые части обмотки могут быть снабжены дополнительными, состоящими из электропроводящего материала и служащими для заземления удерживающими лентами 15.

Для минимизации потребности в реактивной мощности и напряжении длинностаторного двигателя активизируют только тот участок длинностаторной обмотки 5 (фиг.3), по которой как раз проезжает поезд, движущийся, например, в направлении пути следования (стрелка x). Для этого длинностаторная обмотка 5, как схематично показано на фиг.3, разделена на следующие друг за другом в продольном направлении пути следования секции 5.1-5.9, которые могут быть подключены к путевому кабелю 19 соответствующим коммутационным устройством 18. На фиг.3 это относится к секции 5.4. В примере выполнения один конец путевого кабеля 19 подключен к преобразователю 20, в котором содержатся устройства, необходимые для питания током секций 5.1-5.9 обмотки. Другие преобразователи 21 подключены к другим, следующим вдоль пути следования путевым кабелям 22, с помощью которых соответствующим образом могут подпитываться последующие обмотки линейного двигателя. С помощью коммутационных устройств 23, 24 всегда активизируют различные преобразователи 20, 21, когда поезд 7 въезжает на определяемый преобразователем 20, 21 или путевым кабелем 19, 22 участок пути следования или покидает его.

Фактически устройство питания длинностаторной обмотки 6 состоит, как правило, не только из питающего коммутационного устройства 18, но и также из коммутационных устройств 116 для получения нейтралей (фиг.3). Последние, однако, не требуются для понимания изобретения.

Изображенные на фиг.3 секции 5.1-5.9 обмотки служат, кроме того, в большинстве случаев только для привода, например, правой стороны поезда 7. Другие секции 26.1, 26.2 обмотки 26, коммутирующие устройства 27, 28, 29, преобразователи 30, 31 и путевые кабели 32, 33 служат соответствующим образом для привода левой стороны поезда. При этом секции 5.1-5.9 смещены в направлении х относительно секций 26.1-26.9 преимущественно, по меньшей мере, на длину поезда, с тем чтобы обеспечить применение так называемого переменно-шагового способа. Последний состоит в том, что коммутационные устройства 18, 27 попеременно срабатывают всегда тогда, когда место 34, 35 смены между двумя расположенными друг за другом секциями обмотки находится приблизительно посередине поезда.

Для управления дорогой для поездов на магнитной подвеске служит регулятор 36 скорости и тока, к которому по линии 37 подают заданное значение достигаемой или текущей скорости поезда 7, а по линии 38 - передаваемый поездом 7, например, по радио актуальный сигнал места. Заданные значения скорости хранятся в памяти 39 заданных значений, к которой также подают сигнал места и который подает заданное для данной проезжаемой секции обмотки значение скорости или тока.

Регулятор 36 тока вырабатывает на выходах 40 заданные значения, состоящие, например, из заданных значений напряжения и подаваемые к преобразователям 21, 21, 30, 31 для вырабатывания в них прикладываемого к путевым кабелям напряжений или для питания секций обмотки токов, необходимых для достижения номинальной скорости. Посредством выявленного в поезде 7 фактического сигнала скорости, появляющегося в линии 41, регулятор 36 скорости проверяет соблюдение предписанной номинальной скорости.

Наконец на фиг.3 показано соединенное с линией 38 устройство 42 управления, с помощью которого различными коммутационными устройствами 18, 23, 24, 27, 28, 29 управляют в зависимости от фактического положения поезда 7, движущегося в направлении х, так, что к различным путевым кабелям подключены постоянно только как раз проезжаемые секции обмотки и соответствующие преобразователи.

Устройства описанного рода и их функции известны, в целом, из публикаций DE-OS 2932764 А2, DE 3006382 C2, DE 3303961 A1, DE 3917058 A1, US-PS 4665329, US-PS 4728382 и из статьи в журнале etz, Bd. 108, Heft 9, стр.1-24, которые поэтому во избежание повторений сделаны за счет ссылки на них объектом данной заявки.

На фиг.4 схематично изображены только секции 5.3, 5.4, 5.5 изображенной на фиг.3 правой обмотки 5, а также соответствующие секции 26.3, 26.4, 26.5 изображенной на фиг.3 левой обмотки 26. При этом каждая из секций 5.3, 5.4, 5.5 и т.д. имеет первый 45а, 46а, 47а и второй 45b, 46b, 47b участки и т.д., тогда как каждая из секций 26.3-26.5 и т.д. - соответственно первый 48а, 49а, 50а и второй 48b, 49b, 50b участки. Для лучшего понимания на фиг.4 и 5 с правой стороны статора первые участки 45а, 46а, 47а секций обмотки обозначены пунктирными линиями, а вторые участки 48b, 49b, 50b - штриховыми линиями, тогда как с левой стороны статора первые участки 48а, 49а,50а секций обмотки обозначены штрихпунктирными линиями, а вторые участки 48b, 49b, 50b - сплошными линиями.

На фиг.5 каждый из участков 46a, 46b, 49a, 49b разделен в продольном направлении х длинностаторного линейного двигателя на множество отрезков. При этом первые отрезки первого участка 46а секции обмотки обозначены поз.51, вторые отрезки участка 46b - поз.52, первые отрезки первого участка 49а - поз.53, а вторые отрезки второго участка 49b - поз.54. Кроме того, на фиг.5 показано, что отрезки 51 находятся в электропроводящем соединении между собой и включены здесь последовательно линиями 55, отрезки 52 - линиями 56, отрезки 53 - линиями 57, а отрезки 54 - линиями 58. На фиг.5 остальные невидимые участки секций обмотки разделены соответствующим образом. Каждый первый участок секции обмотки (например, 46а) состоит поэтому из отрезков (например, 51), которые лежат в выбранных пазах пакета 1 статора и в зоне остающихся свободными пазов 2 соединены линиями (например, 55), тогда как вторые участки (например, 46b) состоят из отрезков (например, 52), которые лежат в оставленных свободными первыми отрезками пазах 2 и в зоне остальных пазов соединены другими линиями (например, 56), так что первые и вторые участки секций обмотки образуют электрически отделенные друг от друга системы.

На фиг.4 и 5 разделение, согласно изобретению, изображено лишь грубо схематично и для одной фазы трехфазного тока. В действительности отдельные отрезки 51-54 обмотки уложены аналогично фиг.2 за счет того, что, например, в пазах 2 пакета 1 статора с правой стороны укладывают попеременно отрезки 51 и 52 всех трех фаз, а соответственно в пазах 2 пакета 1 статора с левой стороны - попеременно отрезки 53 и 54 всех трех фаз. В качестве альтернативы можно, как это обозначено на фиг.4 и 5, за счет длин отрезков 51-54 по сравнению с длиной поезда 7 или, в основном, одинаковой длины устройства 6 возбуждения (фиг.1), например, первые отрезки 51, 53 первых участков 46а, 49а секций обмотки уложить друг за другом, соответственно, в два, три или более пазов 2, затем оставить свободными соответственно столько же пазов 2, а первые отрезки 51, 53 первых участков 46а, 49а секций обмотки уложить после этого снова, соответственно, в два, три или более пазов 2. Образующиеся за счет этого между отрезками 51, 53 промежутки заполняют затем вторыми отрезками 52, 54 обоих вторых 46b, 49b секций обмотки, так что в продольном направлении х друг за другом попеременно следуют отрезки 51, 52 и 53, 54, имеющие длины, соответствующие целому числу, кратному шагу зубец/паз. В целом, однако, отдельные отрезки 51-54 преимущественно одинаковой длины имеют, согласно изобретению, только длину, которая меньше и преимущественно существенно меньше длины устройств 6 возбуждения поезда 7.

Отдельные участки 45a, 45b-50a, 50b секций обмотки выполнены с возможностью подключения показанным на фиг.4 образом к путевым кабелям 59a, 59b, 60a, 60b, причем путевой кабель 59а соответствует участкам 45а, 46а, 47а секций обмотки, путевой кабель 59b - участкам 45b, 46b, 47b, а соответственно путевые кабели 60a, 60b - участкам 48а, 48b-50а, 50b. Путевые кабели изображены поэтому, как и соответствующие участки секций обмотки, точками, штрихами и т.д. Между отдельными участками 45а-50b секций обмотки и путевыми кабелями 59a, b, 60a, b включены первые и вторые коммутационные устройства 61-68. При этом первые 62, 66 и вторые 64, 68 коммутационные устройства соответствуют коммутационным устройствам 18 на фиг.3, а первые 61, 65 и вторые 63, 67 коммутационные устройства - коммутационным устройствам 27 на фиг.3 с тем отличием, что для каждого коммутационного устройства 18, 27 на фиг.3 имеется по два коммутационных устройства 62, 64, 66, 68, 61, 63, 65, 67 на фиг.4, поскольку каждая секция 5.1-5.9, 26.1-26.9 обмотки на фиг.4 разделена на две части. Наконец, путевые кабели 59a, b, 60a, b соединены с соответствующими им по отдельности подстанциями 20, 21, 30, 31 на фиг.3 преобразователями 69-72, так что каждому из первых и вторых участков секций обмотки придан отдельный преобразователь.

Отдельные участки 45a, 45b-50a, 50b секций обмотки смещены по отношению друг к другу в направлении х пути следования преимущественно показанным на фиг.4 образом, так что соответствующие местам 34, 35 смены на фиг.3 места 73-76 смены между отдельными участками 45a, 45b-50a, 50b секций обмотки смещены соответствующим образом по отношению друг к другу в направлении х. Это смещение выбрано преимущественно таким образом, что расстояние между отдельными местами 73-76 смены друг от друга, по меньшей мере, равно длине самого длинного устройства 6 возбуждения поезда 7.

Коммутационные устройства 61-68 переключают с помощью устройства управления, аналогичного устройству 42 управления на фиг.3, в такт движущемуся в направлении х поезду 7, например, следующим образом.

Предположим, что поезд 7 находится почти перед местом 75 смены между участками 49а, 50а секций обмотки. Участок 49а своими отрезками 53 подключен в этот момент посредством коммутационного устройства 61 к путевому кабелю 60а, тогда как участок 50а еще отключен. Кроме того, соответствующие участки 46a, 46b, 49b соединены замкнутыми коммутационными устройствами 62, 63, 64 с соответствующими путевыми кабелями 59a, 59b, 60b, так что все четыре участка 46a, 46b, 49a, 49b секций обмотки подключены к одной из подстанций 69-72, и поезд 7 может эксплуатироваться с максимальной мощностью.

При прохождении места 75 смены участок 49а секции обмотки отключается за счет размыкания коммутационного устройства 61, а участок 50а подключается за счет замыкания коммутационного устройства 65, так что теперь четыре участка 46а, 46b, 50а, 49b подключены к подстанциям 69-72. Соответственно, при достижении следующего в направлении х места 73 смены между участками 46а, 47а секций обмотки коммутационное устройство 62 приводится в разомкнутое состояние, а коммутационное устройство 66 - в замкнутое, так что участки 47a, 46b, 50a, 49b секций обмотки подключены к подстанциям 69-72. У обоих следующих мест смены происходят аналогичные процессы коммутации, так что для участков 47a, 47b, 50a, 50b секций обмотки и коммутационных устройств 65-68 имеется то же состояние, что и показанное на фиг.4 для участков 46a, 46b, 49a, 49b и коммутационных устройств 61-64. Описанные процессы коммутации повторяются вдоль всей трассы, причем дополнительно друг за другом может следовать множество длинностаторных обмоток 5, 26, как это показано на фиг.3, посредством дополнительных путевых кабелей 22, 33 и коммутационных устройств 24, 29.

В действительности описанные переключения происходят преимущественно не под нагрузкой, а, как в известном переменно-шаговом способе, при отключенном токоподводе, как видно из фиг.6-8, например, для обозначенного вертикальной линией места 76а смены между участками 48b, 49b секций обмотки на фиг.4. При этом на фиг.6-8 соответствующие различным путевым кабелям и участкам секций обмотки линий из фиг.4 и 5 обозначены точками, штрихами, штрихпунктиром и сплошными линиями.

Как показано на фиг.6, индуцированное поездом 7 напряжение при прохождении места 76а смены постепенно уменьшается, поскольку все большая часть поезда 7 покидает сначала одиночно включенный участок 48b секции обмотки, тогда как уже перешедшее на участок 49b секции обмотки звено поезда постепенно увеличивает индуктированное там напряжение (линии 77а, 77b). Параллельно этому на фиг.7 поданный в отрезок 48b секции обмотки ток за счет переключения соответствующего преобразователя 72 на пониженное напряжение постепенно уменьшается до нулевого значения (линия 78а), что завершено почти перед местом пересечения обеих линий 77а, 77b, т.е. тогда, когда поезд 7 наполовину переехал место 76а смены.

Теперь не изображенное на фиг.4, соответствующее участку 48b секции обмотки, коммутационное устройство переключается в разомкнутое состояние, а следующее коммутационное устройство 63 - в замкнутое состояние для соединения участка 49b секции обмотки вместо участка 48b с соответствующим путевым кабелем 60b и преобразователем 72. Затем ток за счет переключения преобразователя 72 на повышенное напряжение снова повышают до максимального значения (линия 78b на фиг.7). Сила тяги ведет себя пропорционально индуцированному напряжению ротора (индукция) и пропорционально току статора. В целом, в зоне места 76а смены возникает мгновенная потеря силы тяги максимум на 25%, как это схематично показано на фиг.8. Если же, как говорилось выше, расстояние между различными местами 73-76 смены друг от друга больше длины самого длинного устройства 6 возбуждения поезда 7, то поезд 7 находится в каком-либо месте вдоль трассы постоянно только в зоне единственного места смены, так что он получает от трех участков секций обмотки полную тягу, а от граничащих с соответствующим местом смены участков секций обмотки - видимую из фиг.8 (внизу) частичную тягу. Согласно нижней части фиг.8, например, участки 48b, 49b секций обмотки создают поэтому в зоне места 76а смены мгновенно падающую до нуля долю тяги (линии 79а, 79b), а вне места 76а смены - напротив, долю 25% (линия 79с). Сумма сил тяги всех четырех участвующих участков секций обмотки составляет поэтому в соответствии с верхней частью фиг.8 всегда 75-100% максимально достигаемой с подстанциями 69-72 тяги.

Описанное с помощью фиг.4-8 изобретение приносит с собой то преимущество, что при равной длине секций обмотки может быть достигнута, в основном, двойная мощность. Поскольку каждая секция обмотки составлена из двух участков, которые имеют ту же геометрию, что и прежние секции обмотки, и потому могут эксплуатироваться на той же границе напряжения, что и они, можно на каждую сторону статора, например 2×20 кВ, вместо прежних сделать эффективным только 1×20 кВ. За счет этого возможно существенное увеличение скорости движения и/или длины поезда. В отношении максимально возможного тока статора не требуется мириться с какими-либо ограничениями, поскольку не требуется повышать коэффициент трансформации преобразователей. Предпочтительно также, что вырабатываемые обеими подстанциями на каждую сторону статора мощности равномерно распределяются по устройствам 6 возбуждения. Это достигается, в основном, за счет того, что каждый участок секции обмотки разделен на множество отдельных, следующих попеременно друг за другом отрезков и при этом секции обмотки в каждом произвольном, воображаемом вдоль трассы секторе, длина которого соответствует устройствам 6 возбуждения, содержит несколько первых 51, 53 и вторых 52, 54 отрезков. Наконец предпочтительно, что выбранное расположение в зоне мест смены приводит к уменьшению силы тяги, соответственно, со 100% до 75%, тогда как при применении переменно-шагового способа в обычных длинностаторных линейных двигателях происходит уменьшение силы тяги до 50%. Смириться поэтому придется с увеличением потребности в преобразователях или их удвоении.

Описанный ниже с помощью фиг.9-13 пример выполнения изобретения касается устройства, у которого обе стороны статора на фиг.3 одновременно эксплуатируются всегда только с тремя, в общей сложности, а не с четырьмя, как на фиг.4, участками секций обмотки. Это достигается, в основном, за счет того, что имеющиеся участки секций обмотки обеих сторон статора используют сообща.

На фиг.9 изображены две секции 5.3, 5.4 правой обмотки 5 и обе соответствующие секции 26.3, 26.4 левой обмотки 6 длинностаторного линейного двигателя. При этом каждая из правых секций 5.3, 5.4 состоит из трех участков 81a, 82b, 80b, 81b, 83b, а каждая из левых секций 26.3, 26.4 - из таких же участков 81a, 82b, 80b, 81b, 83b, причем на фиг.9 слева и справа примыкают другие, соответствующие участки (например, 80а, 82а и т.д.) секций обмоток, которые относятся к другим секциям 5.2, 26.2 обмоток на фиг.3. Для лучшего понимания на фиг.9 и 10 первые участки 80а,80b секций обмотки обозначены штрихпунктирными линиями, вторые участки 81a, 81b - штриховыми линиями, третьи участки 82a, 82b - сплошными линиями, а четвертые участки 83a, 83b - пунктирными линиями. Этим должно быть подчеркнуто, что как правая 5, так и левая 26 длинностаторные обмотки состоят из тех же участков секций.

На фиг.10 каждый из участков 81а, 82b, 83а секций обмоток разделен в продольном направлении х на отрезки. Участки 80 секций здесь отсутствуют. При этом с правой стороны статора вторые отрезки второго участка 81а секции обмотки обозначены поз.85а, 85b, третьи отрезки третьего участка 82b - поз.86а, 86b, а четвертые отрезки четвертого участка 83а - поз.84а, 84b, 84с, тогда как с левой стороны статора участки 81а, 82b, 83а имеют соответствующие вторые, третьи и четвертые отрезки 88а-88d, 89a, 89b, 87a, 87b. Участки 80a, 80b, 81b, 82a, 83b и т.д. выполнены соответственно, причем первые участки 80а, 80b разделены на лежащие попеременно справа и слева первые отрезки.

Аналогично фиг.5 отрезки 84a, 84b, 85a, 85b, 88a, 88b и т.д. находятся в электропроводящем соединении между собой линиями (не показаны) и включены здесь между собой последовательно. В противоположность фиг.5, кроме того, например, отрезок 84b правой стороны статора электрически соединен линией 90 с отрезком 87а левой стороны, отрезок 85b правой стороны - линией 91 с отрезком 88с левой стороны, отрезок 89b левой стороны - линией 92 с отрезком 86b правой стороны и т.д. Наконец различные отрезки расположены вдоль трассы (направление х) так, что, например, с правой стороны статора друг за другом следуют попеременно два отрезка (например, 84а, 84b) правого участка (например, 83а) секции обмотки, затем два отрезка (например, 85а, 85b) второго участка (например, 81а), а затем два отрезка (например, 86b, 86с) третьего участка (например, 82b), после чего снова начинается та же последовательность (например, с отрезка 84с). С другой стороны статора - соответствующая последовательность (например, 88a, 88b, 89a, 89b, 87a, 87b, 88c, 88d), с той особенностью, что между относящимися друг к другу отрезками правой стороны (например, 87а, 87b) имеется изображенный на фиг.10 соединительными линиями (например, 90) промежуток, заполненный отрезком другого участка секции обмотки.

На основе описанных разделений четвертый участок 83а секции обмотки складывается из лежащих справа четвертых отрезков 84а, 83b, лежащих слева четвертых отрезков 87а, 87b, лежащего справа четвертого отрезка 84с и т.д., причем все эти отрезки соединены последовательно. То же относится ко второму участку 81а секции обмотки (два вторых отрезка 88а, 88b слева, затем два отрезка 85а, 85b справа, затем снова два вторых отрезка 88c, 88d слева и т.д.) и к третьему участку 82b (третий отрезок 86а справа, третьи отрезки 89а, 89b слева, 86b, 86с справа и т.д.). Три участка 83а, 81а, 82b и т.д. секций образуют поэтому соответственно три электрически независимые друг от друга системы.

Длина отрезков 84а-89b и т.д., как и в случае фиг.4 и 5, преимущественно существенно меньше длины самого короткого, смонтированного в поезде 7 устройства 6 возбуждения, тогда как общая длина каждого составленного из отрезков участка 80а-83b и т.д. секции обмотки преимущественно существенно больше длины самого длинного устройства 6 возбуждения. Целесообразно все отрезки и участки секций обмоток, кроме того, одинаковы по длине и аналогично фиг.4, 5 смещены от отношению друг к другу в направлении х настолько, что места 93, 94, 95 смены между отдельными участками 83a, 80b, 81a, 83b, 82b, 81b имеют промежутки между собой, которые, по меньшей мере, равны или незначительно больше длины самого длинного устройства 6 возбуждения.

Различные участки секций обмоток, аналогично фиг.4, подключены первыми, вторыми, третьими и четвертыми коммутационными устройствами 96-101 к путевым кабелям 102-105, каждый из которых соединен с преобразователем 106-109. При этом расположение, например, таково, что первое коммутационное устройство 99 может соединять первый участок 80b секции обмотки с путевым кабелем 102 и преобразователем 106, второе коммутационное устройство 97 - второй участок 81а секции обмотки с путевым кабелем 104 и преобразователем 108, третье коммутационное устройство 98 - третий участок 82b с путевым кабелем 105 и преобразователем 109, а четвертое коммутационное устройство 96 - четвертый участок 83а секции обмотки с путевым кабелем 103 и преобразователем 107, после чего последовательность соединений циклически повторяется. Для лучшего понимания на фиг.9 как четыре различных путевых кабеля, так и четыре различных, соединенных с ними коммутационных устройства обозначены штрихпунктирными, пунктирными, штриховыми и сплошными линиями.

Коммутационные устройства 96-101 могут с помощью устройства управления, аналогичного устройству 42 управления на фиг.3, переключаться в такт движущегося в направлении х поезда 7, например, следующим образом.

Поезд питается от преобразователей 107, 108, 109, например, в зоне секции 5.3 обмотки и незадолго до достижения места 93 смены между участками 83а, 80b секций обмотки, тогда как преобразователь 106 не использован. При приближении поезда 7 к месту 93 смены между участками 83а, 80b секций обмотки включается коммутационное устройство 99, соединяя за счет этого участок 80b секции обмотки с путевым кабелем 102 и преобразователем 106, тогда как преобразователь 107 остается активным. Когда поезд 7 покидает место 93 смены, преобразователь 107 выключается коммутационным устройством 96. Теперь только преобразователи 106, 108, 109 питают отрезки 80b, 81a, 82b секций обмотки. При прохождении следующего места 94 смены между участками 81а, 83b секций обмотки соответственно коммутационное устройство 97 переводится в выключенное состояние, а коммутационное устройство 100 участка 83b секции обмотки - во включенное. За счет этого преобразователь 107 снова активизируется, преобразователь 108 же дезактивизируется, так что поезд приводится теперь с помощью преобразователей 106, 107, 109. В зоне места 95 смены между участками 82b, 81b секций обмотки преобразователь 108 включается, а предварительно преобразователь 109 отключается. Поезд 107 приводится теперь посредством преобразователей 106, 107, 108. После прохождения следующего в направлении х места смены снова происходит запитывание посредством преобразователей 107, 108, 109 и т.д., так что вне мест смены один преобразователь или один соответствующий путевой кабель является неиспользованным. Это состояние можно использовать для того, чтобы, как это принято в так называемом трехшаговом способе, использовать неиспользованный или находящийся в режиме ожидания преобразователь для необходимых процессов коммутации.

В действительности описанные переключения происходят аналогично фиг.4 и 5 при отключенном токоподводе в соответствии с фиг.11-13, где различные линии обозначены штрихпунктиром, пунктиром и т.д. В зоне обозначенного вертикальными линиями первого места 93а смены между частями 83а, 80b секций обмотки (фиг.9) обозначенный штрихпунктирной линией путевой кабель 102 и с ним преобразователь 106 находятся в режиме ожидания. Коммутационное устройство 99 незадолго до въезда поезда 7 в это место 93а смены переводится в замкнутое состояние, в результате чего участок 80b секции обмотки подключается к обозначенному штрихпунктирной линией путевому кабелю 102 и ппреобразователю 106 (линия 110 на фиг.12), тогда как участок 83а остается еще подключенным к обозначенному штрихпунктирной линией путевому кабелю 103 и преобразователю 107. Вследствие этого индуцированное напряжение ротора при прохождении места 93а смены в зоне участка 83а секции обмотки постепенно падает, а в зоне участка 80b постепенно возрастает (линии 111а, 111b на фиг.11). Когда поезд 7 полностью прошел место 93а смены, ток в участке 83а секции обмотки уменьшается до нуля, а путевой кабель 103 переводится в режим ожидания. После этого коммутационное устройство 96 приводят в разомкнутое состояние, а коммутационное устройство 100 - в замкнутое состояние, в результате чего путевой кабель 103 соединяется теперь с участком 83b секции обмотки для ее подготовки к следующей смене участка секции (линия 113 на фиг.12). Когда поезд 7 въезжает затем в обозначенное на фиг.12 поз.94а место смены между участками 81а, 83b секций обмотки (фиг.9), то аналогично вышеприведенному описанию напряжение ротора на участке 81а уменьшаются, а соответственно на участке 83b увеличивается (линии 114а, 114b на фиг.11), пока место 94а смены не будет полностью пройдено. Затем преобразователь 108 переключают на пониженное напряжение, с тем чтобы уменьшить ток на участке 81а до нуля (линия 115 на фиг.12), после чего описанные процессы коммутации повторяются в соответствии с продвижением поезда 7.

В противоположность примеру выполнения на фиг.4-8 в примере выполнения на фиг.9-13 обе стороны статора образованы в общей сложности тремя участками 80а, 81а, 82а и т.д. секций обмотки, а не четырьмя. Правда, также и здесь каждая сторона статора разделена на попеременно следующие друг за другом отрезки таким образом, что секции с обеих сторон статора в любом произвольном, воображаемом вдоль трассы секторе, длина которого соответствует одному из устройств 6 возбуждения, содержат несколько первых, вторых и третьих отрезков (например, 84a, 84b, 85a, 85b, 86b, 86c и т.д.), относящихся к различным участкам секций обмоток. Поскольку каждый участок секции обмотки работает от отдельного преобразователя, подаваемая к поезду мощность не может быть удвоена, однако может быть увеличена наполовину, т.е., например, с 1×20 кВ на каждую сторону статора до 3×20 кВ на обе стороны статора. По сравнению с примером выполнения на фиг.4-8 этим возможно лишь половинное увеличение скорости движения или длины поезда. Существенное преимущество состоит, однако, в том, что, благодаря четвертому преобразователю, трехшаговый способ может быть применен с тем последствием, что в зоне мест смены не возникают потери силы тяги.

Описанные с помощью фиг.9-13 действия требуют на каждую секцию обмотки дополнительный преобразователь. Если по экономическим причинам это нежелательно, то у устройства на фиг.9 один из путевых кабелей, включая соответствующий преобразователь, может быть опущен. В этом случае потребовались бы переключения в зоне мест смены, например, переменно-шаговым способом, так что в зоне мест смены, аналогично фиг.6-8, возникли бы потери силы тяги соответственно со 100% до максимум 50% имеющейся в распоряжении мощности.

Длина описанных отрезков 51-54 (фиг.5) и 84-89 (фиг.10) преимущественно заметно меньше длины самого длинного, предусмотренного в поезде устройства 6 возбуждения, с тем, чтобы каждый из, например, двух или трех участков секций обмотки участвовал примерно половиной длины в движении поезда. Длины отрезков могут поддерживаться, в частности, настолько малыми, как это соответствует шагу зубец/паз на фиг.2, в таком случае, например, попеременно уложенные отдельные обмотки 10, 11, 12 на фиг.2 могли бы соответствовать отрезкам 86a, 84a, 84b, 85b и т.д. и 88a, 88b, 89a, 89b и т.д. на фиг.10. Чем длиннее отдельный отрезок, тем менее благоприятными могут быть условия, в частности, когда не всегда все участки секций обмоток одинаково участвуют в движении. Отрезки длины устройств 6 возбуждения, наконец, вообще не обеспечили бы увеличения скорости или длины поезда, так что из преполагаемой функции возникает верхний предел длины отрезков.

Согласно одной особенно предпочтительной форме выполнения изобретения применяют отрезки длиной около 25 м, т.е. длиной, соответствующей длине балок, которые образуют путь 4 (фиг.1) и на которых закрепляют пакеты 1 статора. Тогда можно оборудовать балки на заводе-изготовителе полностью пакетами 1 статора и обмотками 5 (фиг.2), предварительно изготовленные балки смонтировать вдоль трассы и в заключение - соединить между собой участки секций обмоток обычными муфтами и т.п. Длины секций обмоток 5,26 могут по-прежнему составлять, например, 1000-2000 м или даже заметно больше, поскольку импеданс обмотки заметно уменьшается, т.к. обмотанные участки в системе в сумме заметно короче, чем сплошная обмотка: на фиг.4 только 50%, а на фиг.9 эффективно 67%.

Изобретение не ограничено описанными примерами выполнения, которые могут быть видоизменены различным образом. Это относится, в частности, к числу применяемых в каждом отдельном случае на каждую сторону статора участков секций обмотки. В частности, можно было бы приводить в движение поезд 7 только одной статорной обмоткой и разделить ее в соответствии с приведенным описанием на отдельные секции, которые, в свою очередь, состоят из участков с попеременно следующими друг за другом отрезками, причем, в отличие от фиг.4-8, могут быть предусмотрены более двух участков на секцию обмотки. Далее можно соединять между собой различные отрезки одного участка секции обмотки, по меньшей мере, на части их длины параллельно, а не последовательно, за счет того, что на фиг.4 идущие от коммутационного устройства (например, 62) линии соединены не только с одним концом соответствующего участка (например, 46а) секции обмотки, но и, например, параллельно с ее, в этом случае, электрически отделенными отрезками (например, 51). Далее можно выполнить все три фазы системы трехфазного тока, как показано на фиг.4-13, и при этом относящиеся к трем фазам отрезки соответственно объединить так, чтобы между отрезками одной фазы попадали отрезки обеих других фаз. Далее могут быть предприняты иные разделения, нежели изображенные на фиг.5-10. Это относится, в частности, к примеру выполнения на фиг.9 и 10. Здесь, например, все отрезки одного участка секции обмотки (например, 83а и 81а) могут быть расположены только на одной соответствующей стороне статора, тогда как отрезки третьего участка секции обмотки (например, 82b) аналогично фиг.10 лежали бы частично на одной стороне статора, а частично - на другой. Наконец, понятно, что различные признаки могут применяться также в других комбинациях, нежели в изображенных и описанных.