DE29714319U1

DE29714319U1 - Braking system

Info

Publication number: DE29714319U1
Application number: DE29714319U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2007-08-12

Description

GR 96 G 3718 DE .· .* .« ·*** GR 96 G 3718 EN .· .* .« ·***

Beschreibung
BremssystemDescription
Braking system

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für einen Hochgeschwindigkeitszug.The invention relates to a braking system for a rail vehicle, in particular for a high-speed train.

In einem Hochgeschwindigkeitszug kann, insbesondere in den nicht angetriebenen Fahrzeugentoder Wagen, als Bremssystem anstelle einer Magnetschienenbremse auch eine Wirbelstrombremse eingesetzt sein. Bei der Wirbelstrombremse handelt es sich um ein Bremssystem, das verschleißfrei, haftwertunabhängig und von der Leistung regelbar ausgeführt ist. Das Arbeitsprinzip der Wirbelstrombremse beruht darauf, daß im Bremsfall Magnete mit Nord-Süd-Nord-Süd-Polarisierung bis auf einige Millimeter oberhalb der Schienenoberfläche abgesenkt werden. Während des Bremsbetriebs wird in Abhängigkeit eines Bremssollwertes ein Erregerstrom freigegeben, so daß zwischen der Oberkante einer Fahrschiene und Magneten der Wirbelstrombremse ein Magnetfeld entsteht, wobei der magnetische Kreis über die Fahrschiene geschlossen wird. Aufgrund einer dadurch erzeugten Relativgeschwindigkeit zwischen dem Magnetfeld der Wirbelstrombremse und der Fahrzeugbewegung entsteht eine lineare Bremskraft.In a high-speed train, especially in the non-driven vehicle or carriage, an eddy current brake can be used as a braking system instead of a magnetic rail brake. The eddy current brake is a braking system that is wear-free, independent of the adhesion value and adjustable in terms of power. The working principle of the eddy current brake is based on the fact that, in the event of braking, magnets with north-south-north-south polarization are lowered to a few millimeters above the rail surface. During braking, an excitation current is released depending on a braking target value, so that a magnetic field is created between the upper edge of a running rail and the magnets of the eddy current brake, whereby the magnetic circuit is closed across the running rail. Due to the relative speed generated between the magnetic field of the eddy current brake and the vehicle movement, a linear braking force is created.

Nachteilig bei diesem Bremssystem ist jedoch, daß einerseits mit der Übertragung durch in die Fahrschiene induzierte Wirbelströme des Magnetfeldes auch Wärme in der Fahrschiene induziert wird, so daß diese lokal aufgeheizt wird. Andererseits sind aufgrund des relativ hohen Schlupfes bei hohen Ge-The disadvantage of this braking system is that, on the one hand, the transmission of eddy currents induced in the magnetic field also induces heat in the rail, causing it to heat up locally. On the other hand, due to the relatively high slip at high speeds,

-GR 96 G 3718 DE _#j _#j »*%,'% &diams;*%"*&diams;-GR 96 G 3718 DE _# j _# j »*%,'% &diams;*%"*&diams;

schwindigkeiten hohe Speiseströme für die Wirbelstrombremse erforderlich, um eine erwünschte Bremskraft zu erzielen.speeds, high supply currents are required for the eddy current brake in order to achieve the desired braking force.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bremssystern für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für einen Hochgeschwindigkeitszug, anzugeben, mit dem eine besonders hohe Bremskraft bei gleichzeitig besonders geringen Verlusten erzielt wird.The invention is therefore based on the object of specifying a braking system for a rail vehicle, in particular for a high-speed train, with which a particularly high braking force is achieved with particularly low losses.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dabei wird anstelle einer Wirbelstrombremse ein asynchroner Linearmotor als Bremse verwendet.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Instead of an eddy current brake, an asynchronous linear motor is used as a brake.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß aufgrund einer Abhängigkeit der Bremskraft von der Relativgeschwindigkeit zwischen dem erzeugten Magnetfeld und dem sich bewegenden Fahrzeug anstelle eines sich nicht bewegenden Magnetfeldes - wie es von der Wirbelstrombremse erzeugt wird - ein sich relativ zum Fahrzeug bewegendes Magnetfeld mit in Bezug auf das sich bewegende Fahrzeug einstellbarer Relativgeschwindigkeit zur Erzeugung der Bremskraft herangezogen werden sollte. Da erkanntermaßen die Bremskraft - ähnlich der Kennlinie eines Asynchronmotors - oberhalb einer besonders günstigen Relativgeschwindigkeit mit zunehmender Relativgeschwindigkeit zwischen Magnetfeld und Fahrzeug abnimmt, könnten daher durch eine geeignete Einstellung der Geschwindigkeit des Magnetfeldes die Verluste bei einer vorgegebenen Bremskraft besonders gering gehalten werden.The invention is based on the idea that, due to the dependence of the braking force on the relative speed between the generated magnetic field and the moving vehicle, a magnetic field moving relative to the vehicle with an adjustable relative speed in relation to the moving vehicle should be used to generate the braking force instead of a non-moving magnetic field - as is generated by the eddy current brake. Since it is recognized that the braking force - similar to the characteristic curve of an asynchronous motor - decreases with increasing relative speed between the magnetic field and the vehicle above a particularly favorable relative speed, the losses for a given braking force could be kept particularly low by suitably adjusting the speed of the magnetic field.

0 Da im Gegensatz zu einem Synchronmotor mit einem Magneten oder einer Spule als aktives Gegenstück auf der Läuferseite0 In contrast to a synchronous motor with a magnet or coil as an active counterpart on the rotor side

GR 96 G 3718 DEGR 96 G 3718 DE

j ;j ;

bei einem Asynchronmotor kein aktives Gegenstück auf der Läuferseite erforderlich ist, kann duch die Verwendung des asynchronen Linearmotors als Bremssystem dieses auch bei einem konventionellen Rad-Schienen-System eingesetzt werden. Dabei dient zweckmaßigerweise die normale Fahrschiene als Rückschlußanker des Linearmotors.Since an asynchronous motor does not require an active counterpart on the rotor side, the asynchronous linear motor can also be used in a conventional wheel-rail system by using it as a braking system. The normal running rail is used as the return anchor of the linear motor.

Zur Speisung des Linearmotors ist ein mehrphasiges, insbesondere ein dreiphasiges, Wechselstromnetz vorgesehen. Dazu ist der Linearmotor zweckmaßigerweise mit einem mit Gleichstrom gespeisten Pulswechselrichter verbunden, dessen Ausgangsfrequenz einstellbar ist. Durch Variieren der Frequenz des Pulswechselrichters kann dann die Relativgeschwindigkeit des wandernden Magnetfeldes derart gewählt werden, daß bei minimalen Verlusten eine maximale Bremskraft erreicht wird.A multi-phase, in particular a three-phase, alternating current network is provided to power the linear motor. For this purpose, the linear motor is conveniently connected to a pulse inverter fed with direct current, the output frequency of which is adjustable. By varying the frequency of the pulse inverter, the relative speed of the moving magnetic field can then be selected in such a way that maximum braking force is achieved with minimal losses.

Da der als Bremssystem eingesetzte asynchrone Linearmotor übersynchron arbeitet, steht bei Bremsbetrieb mehr Wirkleistung zur Verfügung, als Blindleistung für die Magnetisierung erforderlich ist. Der Linearmotor arbeitet daher generato-0 risch, wobei überschüssige Bremsenergie zweckmaßigerweise in eine Batterie gespeist wird. Bei einem Netzausfall kann das Bremssystem somit über die Batterie dessen Verluste kompensieren. Darüber hinaus kann im Falle einer Überkompensation eine Verstellung des Schlupfes und damit eine Einstellung eines ausgeglichenen Arbeitspunktes ermöglicht werden.Since the asynchronous linear motor used as a braking system works oversynchronously, more active power is available during braking than the reactive power required for magnetization. The linear motor therefore works as a generator, with excess braking energy being conveniently fed into a battery. In the event of a power failure, the braking system can therefore compensate for losses via the battery. In addition, in the event of overcompensation, the slip can be adjusted and a balanced operating point can be set.

Zur Erhöhung der Bremskraft können auch mehrere asynchrone Linearmotoren parallel geschaltet werden, wobei die Anzahl im wesentlichen nur durch den vogegebenen Platz am Fahrzeug be-0 grenzt ist.To increase the braking force, several asynchronous linear motors can be connected in parallel, whereby the number is essentially only limited by the space available on the vehicle.

GR 96 G 3718 DE ,: &oacgr; #*%***&diams; **% '*'&diams;GR 96 G 3718 DE ,: &oacgr;#******&diams; **% '*'&diams;

• · «4 O* ·· &diams; &diams;· ·• · «4 O* ·· &diams;&diams;· ·

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch Verwendung eines asynchronen Linearmotors für das Bremssystem eines Schienenfahrzeugs ein besonders günstiger Arbeitspunkt für die von der Relativgeschwindigkeit zwischen dem erzeugten Magnetfeld und der Fahrzeugbewegung abhängigen Bremskraft eingestellt werden kann. Dadurch ist bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten eine besonders hohe Bremskraft bei gleichzeitig besonders geringen Verlusten verfügbar. Die Einstellung eines ausgeglichenen Arbeitspunktes durch geeignete Verstellung des Schlupfes ermöglicht darüber hinaus eine ausgeglichene Energierückgabe bei Normalbetrieb, z. B. zum Aufladen einer Batterie.The advantages achieved with the invention are in particular that by using an asynchronous linear motor for the braking system of a rail vehicle, a particularly favorable operating point can be set for the braking force, which depends on the relative speed between the generated magnetic field and the vehicle movement. As a result, a particularly high braking force is available at all vehicle speeds with particularly low losses. The setting of a balanced operating point by appropriately adjusting the slip also enables balanced energy return during normal operation, e.g. for charging a battery.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing. In it:

FIG 1 schematisch ein Bremssystem mit einem asynchronenFIG 1 schematically shows a braking system with an asynchronous

Linearmotor für ein Schienenfahrzeug undLinear motor for a rail vehicle and

FIG 2 in einem Diagramm eine Arbeitspunktlage des Bremssystems gemäß FIG 1.FIG 2 shows a diagram showing the operating point position of the braking system according to FIG 1.

Das Bremssystem 1 ist Teil eines sich mit einer Geschwindigkeit vl bewegenden Schienenfahrzeugs, dessen Fahrzeugrad 2 von einer Fahrschiene 3 eines Rad-Schienen-Systems geführt ist. Das Bremssystem 1 umfaßt einen asynchronen Linearmotor 4, dessen Spulen 5 über jeweils einen Phasenleiter 6 mit der Wechselstromseite eines Drei-Phasen-Pulswechselrichter 7 verbunden sind. Wie in FIG 1 angedeutet, können auch zwei oder mehrere zueinander parallel geschaltete asynchrone Linearmo-0 toren 4, 4' vorgesehen sein.The braking system 1 is part of a rail vehicle moving at a speed vl, the vehicle wheel 2 of which is guided by a running rail 3 of a wheel-rail system. The braking system 1 comprises an asynchronous linear motor 4, the coils 5 of which are each connected via a phase conductor 6 to the alternating current side of a three-phase pulse inverter 7. As indicated in FIG. 1, two or more asynchronous linear motors 4, 4' connected in parallel to one another can also be provided.

GR 96 G 3718 DEGR 96 G 3718 DE

5
Gleichstromseitig ist der Pulswechselrichter 7 mit der Gleichstromseite eines Hilfsbetriebe-Umrichters 8 verbunden, dessen Wechselstromseite über einen Transformator 9 an einen Stromabnehmer 10 des Fahrzeugs angeschlossen ist. Die Verbindung zwischen dem Pulswechselrichter 7 und dem Hilfsbetriebe-Umrichter 8 ist z. B. eine im Fahrzeug vorgesehene Zugsammeischiene für eine Gleichspannung UDC von etwa 670 V. Der Pulswechselrichter 7 weist einen Steuereingang zum Umschalten oder Verändern seiner Frequenz ^f auf.5
On the direct current side, the pulse inverter 7 is connected to the direct current side of an auxiliary converter 8, the alternating current side of which is connected to a current collector 10 of the vehicle via a transformer 9. The connection between the pulse inverter 7 and the auxiliary converter 8 is, for example, a train busbar provided in the vehicle for a direct voltage UDC of approximately 670 V. The pulse inverter 7 has a control input for switching or changing its frequency ^f.

Beim Betrieb des Bremssystems 1 erzeugen die über die Phasenleiter 6 vom Pulswechselrichter 7 gespeisten Spulen 5 des asynchronen Linearmotors 4 oberhalb der als Rückschlußanker wirkenden Fahrschiene 3 ein Wander-Drehfeld, das sich mit der Geschwindigkeit v2 in Richtung des Fahrzeugs bewegt. Dabei ist die Geschwindigkeit v2 des Wander-Drehfeldes kleiner als die Geschwindigkeit vl des Fahrzeugs, so daß sich eine Relativgeschwindigkeit vrel zwischen dem durch den asynchronen Linearmotor 4 erzeugten Magnetfeld und dem Fahrzeug ergibt.When the braking system 1 is operating, the coils 5 of the asynchronous linear motor 4, which are fed by the pulse inverter 7 via the phase conductors 6, generate a traveling rotating field above the guide rail 3, which acts as a return armature, which moves at the speed v2 in the direction of the vehicle. The speed v2 of the traveling rotating field is smaller than the speed vl of the vehicle, so that a relative speed vrel results between the magnetic field generated by the asynchronous linear motor 4 and the vehicle.

0 Diese Relativgeschwindigkeit vrel kann durch Variieren der Frequenz f über den Steuereingang 11 des Pulswechselrichters 7 derart eingestellt werden, daß bei minimalen Verlusten eine maximale Bremskraft FB erreicht wird.0 This relative speed vrel can be adjusted by varying the frequency f via the control input 11 of the pulse inverter 7 in such a way that a maximum braking force FB is achieved with minimal losses.

Diese Abhängigkeit der Bremskraft FB von der Relativgeschwindigkeit vrel = vl - v2 ist in dem Diagramm gemäß FIG 2 veranschaulicht. Die Frequenz f wird dabei derart eingestellt, daß der Arbeitspunkt 1 des Bremssystems 1 im Bereich des Maximums des dargestellten Kurvenverlaufs liegt. Durch Verstellen des 0 durch die Lage des Arbeitspunktes A auf der Kurve FB (vrel) bestimmten Schlupfes des asynchronen Linearmotors 4 ist eineThis dependence of the braking force FB on the relative speed vrel = vl - v2 is illustrated in the diagram according to FIG 2. The frequency f is set in such a way that the operating point 1 of the braking system 1 is in the area of the maximum of the curve shown. By adjusting the 0 slip of the asynchronous linear motor 4 determined by the position of the operating point A on the curve FB (vrel), a

GR 96 G 3 718 DE m >t ; %O fV7GR 96 G 3 718 DE m >t ; %O fV7

6
Einstellung eines ausgeglichenen Arbeitspunktes A im Hinblick6
Setting a balanced operating point A with regard to

auf eine ausgeglichene Energieabnähme aus dem Bremssystem 1 in ein anderes.- z. B. an die Zugsamme!schiene des Fahrzeugs angeschlossenes - System erreichbar.
5to achieve a balanced energy transfer from the braking system 1 to another system, e.g. one connected to the vehicle's traction unit.
5

Da der als Bremssystem 1 eingesetzte asynchrone Linearmotor 4 aufgrund der Beziehung &ldquor;Fahrzeuggeschwindigkeit vF > Magnetfeldgeschwindigkeit vM · > Fahrzeuggeschwindigkeit vF = 0" übersynchron und damit generatörisch arbeitet, kann Bremsenergie in das Bremssystem 1 zurückgespeist werden. Dazu ist eine mit dem Pulswechselrichter 7 verbundene Batterie 12 vorgesehen, aus der z. B bei einem Metzausfall das Bremssystem 1 dessen Verluste kompensiert.Since the asynchronous linear motor 4 used as the braking system 1 operates supersynchronously and thus in a regenerative manner due to the relationship "vehicle speed vF > magnetic field speed vM · > vehicle speed vF = 0", braking energy can be fed back into the braking system 1. For this purpose, a battery 12 connected to the pulse inverter 7 is provided, from which the braking system 1 compensates for losses in the event of a power failure, for example.

Claims

GR 96 G 3718 DE .* *&iacgr; ·*% **% ·*% "**&iacgr; Protection claims

1. Braking system for a rail vehicle, in particular for a high-speed train, wherein an asynchronous linear motor (4) is used as the brake.

2. Braking system according to claim 1, wherein a guide rail (3) serves as a return anchor of the linear motor (4).

3. Braking system according to claim 1 or 2, in which a multiphase alternating current is provided for supplying the linear motor (4).

4. Braking system according to one of claims 1 to 3, in which

the linear motor (4) is connected to a pulse inverter (7) with adjustable frequency (f).

5. Braking system according to one of claims 1 to 4, in which at least two linear motors (4, 4') are connected in parallel 0.

6. Braking system according to one of claims 1 to 5, wherein the linear motor (4) can be operated as a generator.

7. Braking system according to one of claims 1 to 6, with a battery (12) for storing braking energy.