In der Schrift WO-A1-96/20526 (entsprechend der DE 44 46 779) ist ein Verfahren zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung aus einer Mittelfrequenzstromquelle mit einer Frequenz fm auf einen oder mehrere bewegte Verbraucher über eine langgestreckte Über- tragungsleitung und den bewegten Verbrauchern zugeordneten induktiven Aufnehmern IAX, IAy mit nachgeschalteten Stromrichterstellgliedern zum Einstellen der von der Übertra- gungsleitung aufgenommenen und Pufferspeichern, an welche die bewegten Verbraucher angeschlossen sind, zugeführten Leistung PLX, PLY offenbart, wobei die Übertragungsleitung von einer Stromquelle mit einem während der Leistungsübertragung in seinem Effektivwert konstanten Mittelfrequenzstrom (IL) gespeist wird.

Aus der Anmeldung WO 92/17929 A1 sowie der Veröffentlichung von A. W. Green und T. Boys, Power Electronics and Variable-Speed Drives, 26-28 October 1994, Conference Publication No. 399, C IEE, 1994, Seite 694 bis 698, welche die Erfindung entsprechend der WO 92/17929 A1 beschreibt, ist ein Verfahren und eine Anordnung zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung auf mehrere bewegte Verbraucher bekannt.

Hierbei wird, wie an Hand der Fig. l bis 3 der Veröffentlichung beschrieben ist, der einem Drehstromnetz entnommene Strom gleichgerichtet und über ein aus den IGBTs Sl, S2, den Dioden Dl, D2 und einer Speicherdrossel Ld bestehendem Stromstellglied einem aus den

IGBTs S3 und S4 und den magnetisch gekoppelten Induktivitäten L2a und L2b bestehen- den Wechselrichter zugeführt. Dieser erzeugt einen Mittelfrequenz-Wechselstrom von 10 kHz und speist diesen in einen aus einer Induktivität Ll und einer Kapazität Cl gebildeten Parallelschwingkreis ein. Die Induktivität L1 ist dabei die als langgestreckte Doppelleitung ausgebildete Übertragungsleitung eines Systems zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung auf mehrere bewegte Verbraucher. Die bewegten Verbraucher sind über induktive Aufnehmer, wie in Fig. 8 der Veröffentlichung gezeigt, an die Übertragungsleitung magne- tisch gekoppelt. Die Spule des induktiven Aufnehmers bildet, wie in den Fig. 1,2 und 10 der Veröffentlichung dargestellt, wiederum mit einem Kondensator einen Parallelschwing- kreis.

Der von der Übertragungsleitung auf den Parallelschwingkreis des bewegten Aufnehmers übertragene Strom wird entsprechend der Fig. 10 in einem als Aufnehmer-Controller be- zeichneten Stromrichterstellglied gleichgerichtet, mit einer Drossel geglättet und je nach dem Leistungsbedarf der an den Controller angeschlossenen Verbraucher entweder dem die Ausgangsspannung Vo des Controllers puffernden Kondensator zugeführt oder an diesem Pufferkondensator vorbeigeleitet. Die Entscheidung hierzu wird von dem Schmittrigger des Controllers getroffen, der die Ausgangsspannung Vo mit einer entsprechenden Referenz- spannung vergleicht und den IGBT sperrt, wenn die Ausgangspannung zu klein ist, so daß der Strom den Ausgangspufferkondensator nachlädt, oder den IGBT in den leitenden Zu- stand steuert, damit der Strom am Ausgangspufferkondesator vorbeifließt, wenn die Aus- gangspannung Vo einen oberen Grenzwert überschritten hat.

Bei diesem Verfahren der Leistungsübertragung kommt es, wie in Spalte 1, Seite 697 und and Hand von Fig. 7 der Veröffentlichung beschrieben ist, bei plötzlichen Lastwechseln zu unerwünschten Einschwingvorgängen im gesamten Übertragungssystem, was mit der ge- genseitigen Beeinflussung der Energieübertragung von mehreren Fahzeugen verbunden ist und zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen erforderlich macht.

Diese unerwünschten Einschwingvorgänge haben folgende Ursachen : Mit dem Schalten des Aufnehmer-Controllers, der keine stufenlose Änderung der von dem induktiven Aufnehmer aufgeommenen Leistung und der dabei in die Übertragungs-

leitung eingekoppelten Spannung ermöglicht, wird eine starke Anregung des aus der Übertragungsleitung und dem Kondsator Cl in Fig. 3 gebildeten Parallelschwingkreises wirksam.

Die aus der Übertragungsleitung aufgenommene Energie wird zunächst dem Parallel- schwingkreis entzogen und über den einspeisenden Stromrichter wegen der in diesem enthaltenen Induktivitäten nur verzögert und nachdem eine Spannungsänderung am Kondensator Cl erfaßt wurde, nachgeliefert.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur induktiven Übertragung elektrischer Lei- stung auf mehrere bewegte Verbraucher anzugeben, das keine Einschwingvorgänge in dem allen bewegten Verbrauchern gemeinsamen Strom der Übertragungsleitung aufweist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterführende und vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen und der Beschreibung zu ent- nehmen.

Das Wesen der Erfindung wird in der Schaffung eines Verfahrens und einer Anordnung zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung von einer stationären Übertragungsleitung auf bewegte Verbraucher gesehen, wobei die Übertragungsleitung von einer Mittelfrequenz-Stromquelle, deren Ausgangsspannung UL sich in einer kurzen nur wenige Halbperioden der Mittelfrequenz dauernden Einstell- zeit Ts auf den variablen der Verbraucherleistung entsprechenden Wert stufenlos ein- stellt, mit einem konstanten Mittelfrequenzstrom IL gespeist wird 'und die Änderungsgeschwindigkeit der von der Übertragungsleitung über die induktiven Aufnehmer der bewegten Systeme aufgenommenen Leistung durch Stromrichterstell- glieder, deren Einstellzeit TA größer als die Einstellzeit Ts der Mittelfrequenz- Stromquelle ist, so begrenzt wird, daß die Mittelfrequenz-Stromquelle mit der entspre- chenden Leistungsabgabe problemlos folgen kann.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß Einschwingvorgänge zuverlässig vermieden werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß gleichzeitig auch eine gegenseitige Beeinflussung bewegter Verbraucher untereinander ausgeschlossen werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Stand der Technik noch folgende weiteren Vorteile : Die fjbertragungsfrequenz ist leistungsunabhängig und konstant, die induktiven Aufneh- mer werden stets in ihrem Resonanzpunkt, d. h. im ihrem Betriebspunkt der optimalen Ausnutzung betrieben.

* Ein Zu-oder Abschalten von Teilkapazitäten bei Belastungsänderungen, wie beispiels- weise die zum Stand der Technik zitierte Veröffentlichung auf Seite 698 und auch an- hand der Fig. 12 zeigt, ist nicht erforderlich.

Im folgenden sind die Merkmale, soweit sie für die Erfindung wesentlich sind, eingehend erläutert und anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 : einen Blockschaltplan des Gesamtsystems zur induktiven Übertragung elektri- scher Leistung auf mehrere bewegte Verbraucher, Fig. 2a : den zeitlichen Verlauf des in die Übertragungsleitung eingeprägten Stromes IL, Fig. 2b : den zeitlichen Verlauf der von einem induktiven Aufnehmer eines bewegten Systems in die Übertragungsleitung eingekoppelten Spannung UH, Fig. 2c : den zeitlichen Verlauf der Verbraucherleistung Pv und des Mittelwertes der von der Übertragungsleitung abgenommenen Leistung PL, Fig. 3 : das Schaltprinzip der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 4 : den zeitlichen Verlauf der pulsförmigen Ausgangsspannung uw des NF/MF- Umrichters und der zugehörigen Spannungsgrundschwingung Ul, Fig. 5a : ein Ersatzschaltbild zur Bildung eines eingeprägten MF-Stromes, Fig. 5b : ein Zeigerdiagramm zum Ersatzschaltbild nach Fig. 4a für den Belastungsfall, Fig. 5c : ein Zeigerdiagramm zum Ersatzschaltbild nach Fig. 4a für den Leerlauffall, Fig. 6a : ein Ersatzschaltbild der Übertragungsleitung mit Stromeinprägung und mehrern angekoppelten Verbrauchern, Fig. 6b : ein Zeigerdiagramm zum Ersatzschaltbild nach Fig. 5a, Fig. 7a : den zeitlichen Verlauf der Gleichrichterausgangsspannug UB und der pulswei- tenmodulierten Schalterspannung us des erfindungsgemäßen Stromrichter- stellgliedes auf einem bewegten System bei großer Verbraucherleistung,

Fig. 7b : Spannungsverläufe entsprechend Fig. 7a bei kleiner Verbraucherleistung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zunächst allgemein an Hand des in Fig. 1 gezeigten Blockschaltplanes und der Diagramme in Fig. 2a bis 2c erläutert.

Der Blockschaltplan zeigt schematisch eine beispielsweise als Doppelleitung ausgebildete Übertragungsleitung, die über einen in Reihe geschalteten Kondensator CL an eine sich schnell und stufenlos einstellende Mittelfrequenz-Stromquelle angeschlossen ist. Die Erfin- dung ist unabhängig von der Ausbildung der Übertragungsleitung und daher auch auf die koaxiale Leiteranordnung nach der DE 44 46 779 C2 anwendbar. Die aus einem weiter un- ten näher erläuterten Niederfrequenz-Mittelfrequenz-Umrichter mit nachgeschaltetem An- kopplungsnetzwerk realisierte schnelleinstellende Mittelfrequenz-Stromquelle prägt einen sinusförmigen, in seinem Effektivwert konstanten Mittelfrequenzstrom IL mit der Frequenz fM in die Übertragungsleitung ein. Eine bevorzugte Frequenz fM liegt im Bereich um 20 kHz.

An die Übertragungsleitung sind die induktiven Abnehmer IAx und IAy von beispeilsweise zwei bewegten Systemen X und Y magnetisch bzw. induktiv gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt durch die in Fig. 1 dargestellten magnetischen Hauptflüsse 4) HX welche <>HY, Leiterschleife der Übertragungsleitung und die Wicklung der induktiven Aufnehmer gemein- sam durchsetzen. Diese magnetischen Flüsse haben dieselbe Frequenz wie der Strom IL des Übertragungsleiters und induzieren in diesem entsprechende Spannungen. Außerdem er- zeugt der Strom IL über die gesamte Länge der Übertragungsleitung zusätzlich den Leiter- fluß (dol, der einen hohen induktiven Spannungsabfall auf der Übertragungsleitung induziert.

Der mit der Übertragungsleitung in Reihe geschaltete Kondensator CL ist insbesondere so bemessen, daß der induktive Spannungsabfall auf der Übertragungsleitung durch die Span- nung am dem Kondensator CL vollständig kompensiert wird. Bei Vernachlässigung des ohmschen Spannungsabfalls auf der Leitung ist dann die am Ausgang der Stromquelle auf- tretende Spannung UL gleich der Summe der von den magnetischen Hauptflüssen 4) HX <) in der Leiterschleife induzierten Spannungen. Das Produkt dieser Spannungen mit dem Strom IL und dem Cosinus einer eventuell zwischen beiden Größen bestehenden Phasenver-

schiebung ist die über die induktiven Aufnehmer auf die bewegten Systeme übertragene Leistung.

Eine sich schnell und stufenlos einstellende Stromquelle gemäß der Erfindung bedeutet, daß sich die Stromquelle mindestens genau so schnell oder schneller und stufenlos auf Lei- stungsänderungen d. h. auf die erforderliche Ausgangspannung UL einstellen kann, als diese über die induktiven Aufnehmer in die Übertragungsleitung eingekoppelt werden.

Unter dieser Voraussetzung ist vorteilhafterweise die Spannung UL am Ausgang der Mit- telfrequenz-Stromquelle auch bei dynamischen Leistungsänderungen in jedem Augenblick gleich der Summe der von den induktiven Aufnehmern in der Übertragungsleitung indu- zierten Spannungen, d. h. die Spannungen an der Leitungsinduktivität und an der in Reihe geschalteten Kapazität CL ändern sich nicht, und es kommt zu keinen Einschwingvorgän- gen.

Da die Einstellzeit Ts der Mittelfrequenz-Stromquelle nicht beliebig klein werden kann, wird auf den bewegten Systemen die über die induktiven Abnehmer von der Übertragungsleitung aufgenommene Leistung erfindungsgemäß stufenlos und mit begrenzter Änderungsge- schwindigkeit eingestellt, so daß sich für die übertragene Leistung eine Einstellzeit TA er- gibt, die größer als die Einstellzeit Ts der Mittelfrequenz-Stromquelle ist.

Die Mittelfrequenz-Stromquelle weist eine maximale Einstellzeit (Ts) ihres Ausgangssignals auf, die kleiner ist als die Einstellzeit (TA) der Leistungsaufnahme am Verbraucher. Die zwi- schen Mittelfrequenz-Stromquelle und Verbraucher liegende Übertragungsleitung ist als Serienschwingkreis für diese Mittelfrequenz ausgebildet.

Zu diesem Zweck ist vorzugsweise, wie Fig. 1 zeigt, auf den bewegten Systemen zwischen einen Energiepufferspeicher, aus dem die angeschlossenen Verbraucher Leistung mit belie- biger Anstiegsgeschwindigkeit entnehmen können, und den induktiven Aufnehmer IA ein Stromrichterstellglied geschaltet, das von einem Signal Sa in der Weise angesteuert wird, daß die Leistungsaufnahme von der Übertragungsleitung stufenlos und mit begrenzter Än- derungsgeschwindigkeit erfolgt. Die in dem Signal Sa enthaltene Information zur Begren-

zung der Änderungsgeschwindigkeit der Leistungsaufnahme kann vorzugsweise in einer eigens dafür vorgesehenen Begrenzungsstufe oder in einer anderen Ausführung vorteilhaft in der Regelungsstufe, welche die dem Verbraucher zugeführte Ausgangsspannug UA des Energiepufferspeichers auf den Sollwert UASOLL regelt, gebildet werden.

Der zu dem induktiven Aufnehmer IA am Eingang des Stromrichterstellgliedes parallel ge- schaltete Kondesator CK bildet mit der Induktivität des Aufnehmers einen Parallelschwing- kreis, der bei der Frequenz fM des Übertragungsleiterstromes IL in Resonanz kommt. Bei dieser Resonanz liefert der Kondensator CK den gesamten Magnetisierungsstrom des induk- tiven Aufnehmers, und die Übertragungsleitung wird, wie die Phasengleichheit des in Fig.

2a dargestellten Übertragungsleiterstromes IL und der in Fig. 2b dargestellten vom indukti- ven Aufnehmer IA in den Übertragungslleiter eingekoppelten Spannungen UH, und UH2 zeigt, mit reiner Wirkleistung belastet. In Fig. 2c sind bespielhaft zwei unterschiedlich gro- ße, sich sprungförmig ändernden Verbraucherleistungen Pvl und Pv2 mit der Dauer Tv so- wie die von der Übertragungsleitung aufgenommenen und durch das Stromrichterstellglied im Anstieg begrenzten Leistungen PLI und PL2 dargestellt. Entsprechend diesem Leistungs- verlauf ändern sich auch die in die Übertragungsleitung eingekoppelten Spannungen wäh- rend der Anstiegszeit TA stetig.

In Betriebszeiten, in denen alle bewegten Verbraucher gleichzeitig einen geringeren Lei- stungsbedarf haben, insbesondere in gemeinsamen Stillstandszeiten der die Bewegung be- wirkenden Antriebe, oder während des Inbetriebnehmens und Stillsetzens des Gesamtsy- stems, ist die Einspeisung kleinerer Ströme IL in den Übertragungsleiter vorteilhaft. Der Niederfrequenz/Mittelfrequenz-Umrichter (NF/MF-Umrichter) weist daher, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein Eingangssignal ILsoLL auf, das die Vorgabe beliebiger Ströme IL zwischen dem Wert Null und einem Maximalwert ermöglicht. Die Anforderungen an die Änderungs- geschwindigkeit dieses Signals sind gering. Sie ist wesenlich kleiner zu bemessen als die Änderungsgeschwindigkeit der von der Übertragungsleitung abgenommenen Leistung.

Für viele Anwendungen ist ein ungeregeltes Einstellen des Übertragungsleiterstromes hin- reichend genau. Beim Einwirken von starken Störgrößen sind jedoch höhere Genauigkeiten des Übertragungsleiterstromes vorteilhaft erreichbar, wenn dieser gemessen und die Meß-

große ILM, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, dem NF/MF-Umrichter zum Zecke der Regelung des Übertragungsleiterstromes IL auf den Sollwert ILSOLL zugeführt wird.

Das Schaltprinzip einer besonders vorteilhaften Anordnung zur Realisierung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens zeigt die Fig. 3. Im ihrem linken Teil ist die aus dem NF/MF- Umrichter und dem Ankopplungsnetzwerk bestehende schnell einstellende Mittelfrequenz- Stromquelle dargestellt. Sie speist über einen Transformator TR die Übertragungsleitung mit einem bewegten System im rechten Teil der Fig. 3. Grundsätzlich ist davon auszuge- hen, daß eine Vielzahl, beispielsweise 10 oder mehr, in ihrem Prinzip gleiche Systeme an dieselbe Übertragungsleitung induktiv angekoppelt sind.

Der NF/MF-Umrichter besteht aus einem Drehstrom-Brückengleichrichter Gl mit einem nachgeschalteten Einphasen-Pulswechselrichter W. Die beiden Stromrichter sind über einen Gleichspannungszwischenkreis mit der Gleichspannung UG und dem Pufferkondensator C miteinander verbunden. Die IGBTs Tl bis T4 des Wechselrichters werden über die in einer Pulsdauermodulationsstufe PM1 generierten Signale S 1 bis S4 in der Weise ein-und ausge- schaltet, daß an dem an den Wechselrichter angeschlossenen Ankopplungsnetzwerk die in Fig. 4 dargestellte pulsförmige Wechselspannung uw entsteht. Die Frequenz fM dieser Wechselspannung ist konstant und wird der Modulationsstufe von einem Frequenzgenerator zugeführt. Über das ebenfalls der Modulationsstufe zugeführte Signal SD ist die Pulsdauer TD der Wechselspannung uw von Null bis auf den Maximalwert TM/2, d. h. der halben Peri- odendauer der Frequenz fM stufenlos einstellbar. Dabei ändert sich die ebenfalls in Fig. 4 dargestellte Grundschwingung U1 in ihrem Effektivwert von Null bis auf ihren maximalen Wert.

Das Ankopplungsnetzwerk besteht im wesentlichen aus einem Reihenschwingkreis mit einer Induktivität L, und einer Kapazität Cl, wobei die Übertragungsstrecke an die Kapazität Ci angekoppelt ist. Das Netzwerk wirkt als Filter, das die in der pulsförmigen Wechselspan- nung uw enthaltenen Oberschwingungen unterdrückt und die Grundschwingung auf die Übertragungsleitung überträgt. Die weiteren Betrachtungen des erfindungsgemäßen An- kopplungsnetzwerkes beschränken sich daher auf sein Grundschwingungsverhalten. Sie

werden an Hand des Ersatzschaltbildes in Fig. 5a und der Zeigerdiagramme in den Fig. 5b und 5c durchgefiihrt.

Mit Hilfe kompexer Größen berechnet sich die Ausgangsspannung U2 des Ersatzschaltbildes zu : Darin ist o) = 27rem und Bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Reihenschwingkreises für den Resonanzfall Mi = c. berechnen sich die am Kondensator Cl abzugreifende Ausgangsspannung U2 und der einer beliebigen Impedanz Z zugeführte Ausgangsstrom 12 zu : Diese Zusammenhänge zeigen, daß der in Fig. 3 dargestellte NF/MF-Umrichter und der angeschlossene Reihenschwingkreis bei Resonanz eine Mittelfrequenz-Stromquelle bilden, die in eine beliebige Impedanz Z und somit auch in die Übertragungsleitung, die in Fig. 3 über den Transformator TR an die Kapazität Cl angeschlossen ist, einen nur von der Grund- schwingungsspannung U, sowie der Dimensionierung des Reihenschwingkreises abhängen- den Strom riz treibt.

Die Spannung U2, die sich an der Kapazität Cl, d. h. am Ausgang der Mittelfrequenz- Stromquelle einstellt, ist gleich dem Produkt des Stromes I2 und der angeschlossenen Impe- danz Z. Für die vom Ankopplungsnetzwerk übertragene Leistung Pi gilt allgemein :

Hierbei ist R ein im Strompfad von 12 gedachter ohmscher Widerstand.

Die Gleichung für den Ausgangsstrom der Stromquelle I2 zeigt, daß dieser über die Span- nungsgrundschwingung Ul und somit über die Pulsdauer TD durch das der Pulsdauermodu- lationsstufe PM1 zugeführte Signal SD einstellbar ist. Das Signal SD kann, wie Fig. 3 zeigt, mit dem Sollwert des Übertragungsleiterstromes ILSOLL übereinstimmen. In diesem Fall steu- ert der Sollwert den Übertragungsleiterstrom IL.

Bei der Vorgabe der Pulsdauer TD schwankt jedoch die Spannungsgrundschwingung Ul und somit auch der Übertragungsleiterstrom IL mit der Zwischenkreisspannung Uc bzw. der Netzspannung. Darüber hinaus können Bauelementetoleranzen, die beispielsweise auch von der Temperatur abhängen, weitere Abweichungen des Übertragungsleiterstromes IL vom Sollwert verursachen. Es ist daher bei höheren Anforderungen an die Genauigkeit der zu übertragenden Leistung vorteilhaft, wie in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist, den Übertra- gungsleiterstrom zu messen und die Abweichung der Messgröße ILM vom Sollwert ILSOLL mit einem Regler KOR, der ein Signal SDR als weitere Komponente des die Pulsdauer TD steuernden Signals SD erzeugt, auf Null zu regeln. Diese Regelung bewirkt jedoch nur eine Korrektur des Übertragungsleiterstromes IL, um eine höher Genauigkeit zu erreichen und beeinflußt das schnelle Einstellen dieses Stromes bei Änderungen der übertragenen Leistung nicht nachteilig.

Die Zeigerdiagramme in Fig. 5b und 5c veranschaulichen zwei Sonderfälle der Belastung der erfindungsgemäßen Stromquelle. In Fig. 5b ist die Impedanz Z ein ohmscher Wider- stand R, der in seinem Betrag mit dem Schwingwiderstand des Reihenschwingkrei- ses übereinstimmt. In diesem Fall sind der Ausgangstrom 12 und der Kondensatorstrom Ici gleich groß, und der Wechselrichter-Ausgangsstrom I, eilt gegenüber der Spannungsgrund- schwingung U I um den Phasenwinkel (pi=45° nach. Es ist nachgewiesen, daß bei diesem Belastungsfall die auf die Leistung P, bezogene Blindleistung der Induktivität Ll und damit

deren Abmessungen ein Minimum haben. Das erfindungsgemäße Ankopplungsnetzwerk wird daher für die Übertragung einer gegebenen Leistung P, vorteilhaft so dimensioniert, daß die Leistung P1 bei der Bedingung erreicht wird. Im Leerlauffall ist R = 0. Für den Fall, daß alle Leitungsinduktivitäten kompensiert sind, ist auch Z = 0. Das ent- spricht einem kurzgeschlossenen Kondensator Cl und dem Zeigerdiagramm in Fig. 5c Das erfindungsgemäße Ankopplungsnetzwerk hat in dem betriebsmäßig bevorzugten Bela- stungsbereich von ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften und schwingt bei sprunghaften Änderungen des Belastungswiderstandes R in wenigen Halbperi- oden der Mittelfrequenz fM überschwingungsfrei auf den neuen stationären Zustand ein.

Daraus folgt für die erfindungsgemäße Mittelfrequenz-Stromquelle, bestehend aus dem an Hand der Fig. 3 und 4 beschriebenen NF/MF-Umrichter und dem an Hand der Fig. 3 und 5a bis 5c beschriebenen Ankopplungsnetzwerk, eine wesentlich kürzere Einstellzeit Ts als diese mit einer Mittelfrequenz-Stromquelle nach dem Stand der Technik erreichbar ist.

Durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses wl/w2 des Transformators TR in Fig. 3 wer- den die auf der Übertragungsleitung bei Nennleistungsaufnahme der bewegten Systeme wirksamen Ersatzwiderstände RXN'so angepaßt, daß ihre Summe am Kondensator Ci die Bedingung SR = (Li/Ci) erfüllt.

Fig. 6a zeigt ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit Übertragunglei- tung und drei bewegten Systemen. Der an die Mittelfrequenz-Stromquelle angekoppelte Teil der Anordnung wird durch die auf die Stromquellenseite transformierten Schaltungs- größen repräsentiert. Das sind die Induktvität der Übertragungsleitung LL', die Kapazität CL, welche die Spannung an der Induktivität LL'weitgehend kompensiert, und von den bewegten Systemen die transformierten Hauptinduktivitäten LHX'der induktiven Aufnehmer mit den Kapazitäten CKX'und den Ersatzwiderständen Rx'für beliebige übertragene Lei- stungen. Bei langen Übertragungsleitungen von z. B. 200 m ist im allgemeinen, wie das Zei- gerdiagramm in Fig. 6b zeigt, die Spannung ULL'an der Induktivität LL'größer als die Summe aller den übertragenen Teilleistungen entsprechenden Spannungen UHX'-Wegen der nahezu vollständigen Kompensation der Spannung ULL'durch die Kondensatorspannung UCL'geht nur die Differenz beider Spannungen in die Ausgangsspannung U2 der Strom-

quelle ein. Die Ausgangsspannung U2 ist im wesentlichen durch den resultierenden Zeiger der Teilspannungen von Uni', UH2'und UH3'gegeben.

Die Induktivität LL'der Übertragungsleitung und die Kapazität CL'sind der Länge der Spannungszeiger ULL'und UCL'entsprechend große Energiespeicher, die zwischen den Ausgang der Mittelfrequenz-Stromquelle und die induktiven Aufnehmer der bewegten Sy- steme geschaltet sind. Diese Energiespeicher beeinflussen jedoch das dynamische Verhalten der Leistungsübertragung nicht, weil sie wegen der Konstanz des Stromes 12 bei Änderun- gen der übertragenen Leistung nicht ihren Energieinhalt und somit auch nicht ihre Spannun- gen ändern, und die Änderungsgeschwindigkeit der von den induktiven Aufnehmern er- zeugten Spannungen UHX'durch die erfindungsgemäßen Stromrichter-Stellglieder auf den bewegten Systemen so begrenzt ist, daß die sich schnell einstellende Mittelfrequenz- Stromquelle diesen Spannungsänderungen ohne Abweichungen folgt.

An Hand der im rechten Teil der Fig. 3 dargestellten Anordnung des erfindungsgemäßen Stromrichterstellgliedes mit der erfindungsgemäßen Regelung wird nun erläutert, wie diese die Änderungsgeschwindigkeit der über die induktiven Aufnehmer aufgenommene Leistung begrenzt, so daß deren Einstellzeit TA größer als die Einstellzeit Ts der Mittelfrequenz- Stromquelle ist. Der induktive Aufnehmer IA, ist als Transformator dargestellt, dessen se- kundärseitige Induktivität LH"mit einem Kondensator CK einen Parallelschwingkreis bildet.

Dabei liefert der Kondensator CK den in der Regel hohen Magnetisierungsstrom des als Luftspalttransformator ausgeführten induktiven Aufnehmers. Der Parallelschwingkreis ist an den Eingang des Gleichrichters G2 des Stromrichterstellgliedes angeschlossen. Ein Hoch- setzsteller, bestehend aus einer Induktivität Lz, einem steuerbaren Leistungshalbleiter TS, einer Diode D sowie einem als Pufferspeicher wirkender Kondensator Cp sind dem Gleich- richter nachgeschaltet.

Dieser Leistungsteil des erfindungsgemäßen Stromrichterstellgliedes unterscheidet sich von dem Leistungsteil, der in Fig. 10 der zum Stand der Technik zitierten Veröffentlichung ge- zeigt ist, lediglich durch einen Meßwiderstand Rz zum Erfassen des Zwischenkreisgleich- stromes Iz und einem Meßwiderstand RA zum Erfassen des Verbraucherstromes IA. An die niederohmigen Meßwiderstände sind Stromerfassungsstufen Iz-EF, IA-EF angeschlossen,

die aus den abgegriffenen kleinen Spannungsmeßwerten Stromsignale IZM, IAM für die Ver- arbeitung in der Regelelektronik aufbereiten. Diese Stomsignale sind, wie weiter unten be- schrieben ist, erst für Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung erforderlich.

Der wesentliche Unterschied zu dem Stromrichterstellglied nach dem Stand der Technik besteht in dem Informationsinhalt und somit in der Bildung des den steuerbaren Leistungs- halbleiter TS ein-und ausschaltenden Signals SB. In der erfindungsgemäßen Anordnung wird dem steuerbaren Leistungshalbleiter TS das Signal SB aus einer Pulsdauermodulati- onsstufe PM2 zugeführt, welche ein Eingangssignal EM der Modulationsstufe in das puls- förmige Signal SB in der Weise wandelt, daß das Verhältnis der Ausschaltzeit Tw des steu- erbaren Leistungshalbleiters TS zur Zykluszeit Tz zum Wert des Eingangssignals EM pro- potional ist und die Zyluszeit Tz in der Größenordnung der halben Periodendauer TM/2 der Mittelfrequenz fM liegt.

Die Pulsdauermodulationsstufe PM2, der ein Signal SY zur Vorgabe der Zykluszeit Tz und das Signal EM zur Vorgabe des Schaltzeitenverhältnisses Tw/Tz zugeführt sind, ermöglicht die stufenlose Einstellung der von der Übertragungsleitung aufgenommenen Leistung PL.

Eine hohe Frequenz des Signals SY, die beispielsweise in der Göße der doppelten Mittelfre- quenz fM liegt, führt zu einem kleinen Wert der Induktivität Lz im Hochsetzsteller und er- möglicht schnelle Änderungen der übertragenen Leistung. Andererseits darf, um Ein- schwingvorgänge auf der Übertragungsleitung zu vermeiden, die Änderungsgeschwindigkeit der übertragenen Leistung nicht schneller sein, als die mögliche Änderungsgeschwindigkeit der von der Stromquelle in die Übertragungsleitung eingespeisten Leistung.

Unzulässig hohe Änderungsgeschwindigkeiten der übertragenen Leistung treten bei Regler- stufen zum Regeln der Verbraucherspannung UA auf einen Sollwert UASOII auf, wenn die Reglerstufen die dem Pufferkondensator zugeführte übertragene Leistung nur zwischen wenigen Werten umschalten oder die übertragene Leistung PL bei stufenloser Veränderung zu schnell wechselnden Verbraucherleistungen folgen lassen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung führt eine Spannungsreglerstufe RU dem Eingangs- signals EM der Pulsdauermodulationsstufe PM2 eine Signalkomponente EMU zu, deren

Änderungsgeschwindigkeit durch die Kapazität des Pufferkondensators Cp und die Über- tragungsfunktion FU der Spannungsreglerstufe so bemessen ist, daß die Signalkomponente EMU bei einer sprungförmigen Änderung des Ausgangsstromes IA erst nach der gegenüber der Einstellzeit Ts der Mittelfrequenz-Stromquelle länger dauernden Einstellzeit TA des Stromrichterstellgliedes ihren neuen Endwert erreicht.

Die in Fig. 3 gezeigte Spannungserfassungsstufe UA-EF dient zur Umsetzung der hohen Verbraucherspannung UA von z. B. 320 V in das der Reglerstufe zugefuhrte Spannungmes- signal UAM und hat für die Erfindung keine Bedeutung.

Unerwünschte Einschwingvorgänge und Schwingungen sind auf dem bewegten System auch ohne Mitwirkung der Übertragungsleitung und der Mittelfrequenz-Stromquelle mög- lich. So bildet der Parallelschwingkreis aus der Induktivität LH"des induktiven Aufnehmers und der Kapazität CK über den Gleichrichter G2 mit der Induktivität Lz des Hochsetzstellers ein nahezu ungedämpftes schwingungsfähiges System mit einer Eigenfrequenz fz, die je nach der Größe der Induktivität Lz etwa in dem Bereich 0,15 fM bis 0,3 fM liegt. Eigen- schwingungen in diesem System werden erfindungsgemäß dadurch gedämpft, daß eine akti- ve Dämpfungsstufe AD diese Schwingungen im Zwischenkreisstrom Iz erfaßt, mittels eines Bandpasses BP und eines Verstärkers VD daraus ein Signal EMD bildet und dieses als weitere Komponente des Eingangssignals EM der Pulsdauermodulationsstufe PM2 zuführt.

Der Bandpaß bewirkt, daß nur im Zwischenkreisstrom enthaltene Schwingungen in einem Frequenzbereich um die Eigenfrequenz fz zur Bildung des Signals EMD beitragen. Überla- gert sich dem Zwischenkreisstrom Iz eine Schwingung der Frequenz fz, dann bewirkt eine dadurch hervorgerufene Änderung des Zwischenkreisstromes eine Modulation der Sperrzeit Tw und damit der Spannung us im Zwischenkreis in der Weise, daß die Spannung us einem Aufschwingen des Zwischenkreisstromes zu höheren Amplitude entgegenwirkt.

Eine Reduzierung der dynamischen Abweichungen der Ausgangsspannung UA von ihrem Sollwert UASO"bei großen und sprungförmigen Änderungen der Verbraucherleistung ist erreichbar, wenn eine in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Stromaufschaltungsstufe SA die Re- gelung der Ausgangsspannung unterstützt. Zu diesem Zweck wird aus dem Strommessignal IAM über eine Verzögerungsstufe VI eine weitere Signalkomponente EMA dem Eingangs-

signal EM der Pulsdauermodulationsstufe PM2 zugefuhrt. Das Signal EMA ist so bemes- sen, daß es im stationären Zustand über die Modulationsstufe ein Verhältnis der Ausschalt- zeit Tw des steuerbaren Leistungshalbleiters zur Zykluszeit Tz einstellt, bei dem die von der Übertragungsleitung aufgenommene Leistung PL annähernd mit der Verbraucherleistung Pv übereinstimmt. Sprunghafte Änderungen des Verbraucherstromes IA werden über die Ver- zögerungsstufe VI mit einer Zeitkonstanten Tl auf die Signalkomponente EMA übertragen, so daß die gegenüber der Einstellzeit Ts der Mittelfrequenzstromquelle länger dauernde Einstellzeit TA des Stromrichterstellgliedes eingehalten wird.

Für das Stromrichterstellglied auf dem bewegten System werden in der Regel ein kleiner Raumbedarf und ein kleines Gewicht angestrebt. Für die Induktivität Lz ist nachgewiesen, daß diese Größen bei einer gegebenen Welligkeit des Zwischenkreisstromes Iz ein Minimum erreichen, wenn, wie die Fig. 7a und 7b für zwei verschieden lange Sperrzeiten Tw und da- mit für zwei verschiedene Werte der übertragenen Leistung PL zeigen, die Halbschwingun- gen der Gleichrichterausgangsspannung UB symmetrisch zu den Spannungspulsen der Schalterspannung us liegen. Um diese symmetrische Lage der Spannungen us und UB zuer- reichen, ist der Pulsdauermodulationsstufe PM2 ein Synchronisationssignal SY, das eine Synchronisationsstufe SS aus dem mittelfrequenten Eingangsstrom IE oder der Eingangs- spannung UE des Stromrichterstellgliedes generiert, zugeführt, welches die Bildung des Ausgangssignals SB der Pulsdauermodulationsstufe in der Weise beeinflußt, daß die Zy- kluszeit Tz des Signals SB mit der Dauer einer Halbperiode TM/2 der Mittelfrequenz fM ge- nau übereinstimmt und die Ausschaltzeit Tw des steuerbaren Leistungshalbleiters TS etwa je zur Hälfte vor und hinter dem Scheitelwert der Ausgangsspannung UB des Gleichrichters G2 liegt.