CN101687467B - 交流电车的控制装置 - Google Patents

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Abstract

在可以进行动力运转及再生运转、可以检测提供交流电的交流架空线的停电的交流电车的控制装置中，可以迅速且可靠地进行交流架空线的停电检测。电车控制装置(8)所具有的停电检测器(14)包括：特定频率信号计算部(16)，所述特定频率信号计算部(16)从主变压器输出电流检测信号(7)提取相当于特定频率设定值(26)的电流分量，将提取的信号作为特定频率电流信号(18)输出；减法运算器(19)，所述减法运算器(19)从特定频率电流信号(18)减去主变压器输出电流检测信号(7)，将其减法运算结果作为电流偏差(20)输出；以及停电检测部(23)，所述停电检测部(23)将电流偏差(20)与规定的停电检测设定值(22)进行比较，在电流偏差(20)大于停电检测设定值(22)时，输出停电检测信号(15)。

Description

交流电车的控制装置
技术领域
本发明涉及由交流电动机驱动的交流电车的控制装置，特别是涉及具有提供交流电的架空线(以下称作“交流架空线”)的停电检测功能的交流电车的控制装置。
背景技术
在根据现有技术的交流电车的控制装置中，首先，对从变电站向交流架空线施加的、某一特定频率分量的电流信号，使用主变压器的输入侧的检波器，检测有无在变电站重叠的特定的频率分量。然后，因馈电系统的断路器的打开等，而不能检测到该检波器检测的某特定频率分量的电流信号，从而进行停电检测(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开平6-197401号公报(第3页、图2)
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在以上述专利文献1为代表的现有技术所涉及的交流电车的控制装置中，由于将设置在主变压器的输入侧的检波器所流过的特定频率的电流检测结果的有无，作为停电检测的判定值，因此存在的问题是：在多个电车作为变电站的负载连接时，由于检波器的电流值较大而导致停电检测的误检测，从而电车的运行会产生延迟，阻碍电车的顺利运行。
另一方面，在该以往方法中，虽然也考虑变更停电检测设定值，设定为降低误检测的概率那样的值，但在这种情况下存在的问题是：馈电电路断开时的停电检测产生延迟，根据条件不同在变电站等地上设备中会流过过大的电流，有可能导致装置产生故障。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种交流电车的控制装置，该交流电车的控制装置在使用电流信号进行停电检测时，与现有技术相比，可以更迅速且可靠地进行停电检测。
解决问题的方法
为了解决上述问题、达到目的，本发明所涉及的交流电车的控制装置包括：整流器，所述整流器将从交流架空线通过变压器输入的交流电压转换为直流电压；逆变器，所述逆变器将所述整流器的直流电压转换为交流电压并输出至交流电动机；电流检测器，所述电流检测器检测所述变压器的输出电流；以及具有整流器控制器和停电检测器的控制部，所述整流器控制器基于所述电流检测器检测的检测电流信号进行栅极许可信号的输出控制，该栅极许可信号用于对所述整流器的直流电压的输出电平进行控制，所述停电检测器基于该检测电流信号来检测所述交流架空线产生的停电，所述交流电车的控制装置的特征在于，所述停电检测器包括：特定频率信号计算部，所述特定频率信号计算部从所述检测电流信号提取相当于规定的特定频率设定值的电流分量，将该提取的信号作为特定频率电流信号输出；减法运算器，所述减法运算器从所述特定频率电流信号减去所述检测电流信号，将减法运算结果作为电流偏差输出；以及停电检测部，所述停电检测部将所述电流偏差与规定的停电检测设定值进行比较，在该电流偏差大于该停电检测设定值时，输出停电检测信号，所述整流器控制器通过基于输入的所述停电检测信号来停止所述栅极许可信号，使所述整流器的动作停止。
发明的效果
根据本发明所涉及的交流电车的控制装置，在可以进行动力运转及再生运转、可以检测提供交流电的交流架空线的停电的交流电车的控制装置中，由于从检测变压器的输出电流的检测电流信号提取相当于规定的特定频率设定值的电流分量，作为特定频率电流信号，并且从该提取的特定频率电流信号减去检测电流信号，在该减法运算结果即电流偏差大于规定的停电检测设定值时，输出停电检测信号，因此具有的效果是：可以迅速且可靠地进行交流架空线的停电检测。
附图说明
图1是表示本发明的理想的实施方式所涉及的交流电车的驱动系统及控制系统的结构的图。
图2是表示图1所示的停电检测器的详细结构的图。
标号说明
1 交流架空线
2 集电器
3 主变压器
4 PWM整流器
5 主变压器输出电压
6 电流检测器
7 主变压器输出电流检测信号
8 电车控制装置
9 整流器控制器
10 逆变器
11 直流输出电压
12 栅极许可信号
13 电动机
14 停电检测器
15 停电检测信号
16 特定频率信号计算部
18 特定频率电流信号
19 减法运算器
20 电流偏差
21 停电检测设定部
22 停电检测设定值
23 停电检测部
25 特定频率设定部
26 特定频率设定值
31 车轮
32 轨道
具体实施方式
下面，基于附图详细说明本发明的理想的实施方式所涉及的交流电车的控制装置。另外，本发明不限于以下所示的实施方式。
(交流电车的结构)
图1是表示本发明的理想的实施方式所涉及的交流电车的驱动系统及控制系统的结构的图。在该图中，在交流电车的驱动系统中，包括：将交流电作为输入的主变压器3、将主变压器3的交流输出作为输入的PWM整流器4、将PWM整流器4的直流输出作为输入的逆变器10、以及由逆变器10的交流输出所驱动的1台以上的电动机13而构成。另外，使用感应电动机或同步电动机作为电动机13时较为理想。
另一方面，在交流电车的控制系统中，包括：检测主变压器3的输出电流的电流检测器6、以及基于电流检测器6的输出即主变压器输出电流检测信号7来控制PWM整流器4的电车控制装置8而构成。另外，电车控制装置8包括整流器控制器9及停电检测器14，主变压器输出电流检测信号7输入至整流器控制器9及停电检测器14这两者之中。
另外，主变压器3的一次侧的一端通过集电器2与交流架空线1连接，另一端通过车轮31与地电位即轨道32连接。即，来自变电站(省略图示)的输电功率通过交流架空线1、集电器2、车轮31及轨道32来接受。
(交流电车的动作)
接下来，分为通常时(非停电时)的动作及停电时的停电检测时的动作，来说明交流电车的动作。
(通常时的动作)
首先，说明通常时(非停电时)的动作。若将从交流架空线1通过集电器2集电的交流电提供至主变压器3，则主变压器3将降压的交流电压作为主变压器输出电压5，输出至PWM整流器4。PWM整流器4将输入的主变压器输出电压5转换为期望的直流电压，并将转换的直流电压作为直流输出电压11输出至逆变器10。另一方面，电流检测器6检测连接主变压器3和PWM整流器4的母线间所流过的电流，并且将检测的信号作为主变压器输出电流检测信号7输出至电车控制装置8的整流器控制器9及停电检测器14。整流器控制器9基于主变压器输出电流检测信号7，进行栅极许可信号12的输出控制，用于将PWM整流器4使用主变压器输出电压5而生成的直流输出电压11维持在一定值。即，从PWM整流器4向逆变器10输出的直流输出电压11的输出电平，由从整流器控制器9输出的栅极许可信号12来控制。逆变器10将输入的直流输出电压11转换为期望频率及期望电压的交流电压并输出至电动机13。电动机13使用输入的交流电压来控制电车的行驶。
另外，在电车动力运转时(加速控制时)，进行如上所述的功率转换而使电动机13加速，但在制动时(减速时)，使电动机13起到作为发电机的作用。此时，逆变器10进行整流器动作，PWM整流器4进行反相器动作，起到交流电再生制动的作用。
(停电检测时的动作)
接下来，说明停电检测时的动作，但之前先说明必须可靠且迅速进行停电检测的原因。现在，考虑变电站的断路器因地上设备等的事故而断开的情况。此时，由于既有起到交流电再生制动作用的车辆，还有动力运转的车辆，因此提供至电车的功率在功率上有可能平衡，地上装置侧的停电检测会产生延迟。因此，在停电时，不仅地上装置侧，在电车侧也需要迅速且可靠地进行停电的检测，快速停止再生制动动作。
另外，若希望停电检测具有可靠性(稳定性)，则停电检测会产生延迟，反之，若希望提高停电检测的速度，则会导致无法维持精度。在现有技术中，无法进行兼顾这些观点的控制，但在本实施方式的控制装置中，可以进行兼顾停电检测的可靠性与迅速性的控制。
返回图1，在交流架空线1产生停电时，从停电检测器14向整流器控制器9输出停电检测信号15。另外，该停电检测信号15是使用电流检测器6检测的主变压器输出电流检测信号7而生成的。整流器控制器9基于输入的停电检测信号15，使栅极许可信号12的输出完全停止。
(停电检测器的详细结构)
接下来，说明停电检测器14的结构。图2是表示图1所示的停电检测器14的详细结构的图。
图2中，停电检测器14包括：输出表示特定频率的设定值(以下称作“特定频率设定值”)26的特定频率设定部25、输出成为用于根据电流值电平来判定停电的阈值的停电检测设定值22的停电检测设定部21、将主变压器输出电流检测信号7及特定频率设定值26作为输入信号的特定频率信号计算部16、将主变压器输出电流检测信号7及特定频率信号计算部16的输出信号即特定频率电流信号18作为输入信号的减法运算器19、以及将停电检测设定值22及减法运算器19的输出信号即电流偏差20作为输入信号的停电检测部23，将停电检测部23的输出作为所述的停电检测信号15进行输出。
另外，关于特定频率设定部25输出的特定频率设定值26、以及停电检测设定部21输出的停电检测设定值22，可以根据馈电设备的使用频率或供给功率、同时运行的车辆编组数、编组车辆的类型等而设定为任意的值。
(停电检测器的动作)
接下来，参照图1及图2说明停电检测器14的动作。特定频率信号计算部16根据从电流检测器6输出的主变压器输出电流检测信号7，提取相当于特定频率设定值26的电流分量，将该电流分量作为特定频率电流信号18输出至减法运算器19。减法运算器19从特定频率电流信号18减去主变压器输出电流检测信号7，将该减法运算结果作为电流偏差20输出至停电检测部23。
在停电检测部23中，比较电流偏差20与停电检测设定值22的大小。在电流偏差20大于停电检测设定值22时，判断为停电，将停电检测信号15输出至整流器控制器9。另一方面，在电流偏差20小于停电检测设定值22时，判断为没有停电，不输出停电检测信号15。
这样，在本实施方式所涉及的交流电车的控制装置中，由于电车控制装置8所具有的停电检测器14能迅速且可靠地检测交流架空线1的停电，在检测到停电时，使PWM整流器4的动作停止，因此从交流架空线1接受供电的电车的再生制动动作不起作用。其结果是，流过交流架空线1的交流功率下降，也可以迅速且可靠地检测地上装置侧的停电。
另外，在图2所示的停电检测器14中，由于将主变压器3的输出所流过的电流信号(主变压器输出电流检测信号7)与特定频率设定值26进行比较，并且进一步将比较输出与其自身的输出、即主变压器输出电流检测信号7进行减法运算处理，因此可以增大非停电时和停电时的输出差(在非停电时减法运算器的输出较小，在停电时减法运算器的输出较大)。因此，可以将用于停电检测的阈值(停电检测设定值22)设定得较大，可以使检测灵敏度或检测精度提高。其结果是，可以防止多辆车辆的运转所导致的误检测及停电检测的延迟，可以防止变电站等地上设备的故障、及实现稳定的车辆运行。
工业上的实用性
如上所述，本发明所涉及的交流电车的控制装置，作为在使用电流信号进行停电检测时、可以进行迅速且可靠的停电检测的发明是有用的。

Claims (2)

1.一种交流电车的控制装置，包括：
整流器，所述整流器将从交流架空线通过变压器输入的交流电压转换为直流电压；
逆变器，所述逆变器将所述整流器的直流电压转换为交流电压并输出至交流电动机；
电流检测器，所述电流检测器检测所述变压器的输出电流；以及
具有整流器控制器和停电检测器的控制部，所述整流器控制器基于所述电流检测器检测的检测电流信号进行栅极许可信号的输出控制，该栅极许可信号用于对所述整流器的直流电压的输出电平进行控制，所述停电检测器基于该检测电流信号来检测所述交流架空线产生的停电，
所述交流电车的控制装置的特征在于，
所述停电检测器包括：
特定频率信号计算部，所述特定频率信号计算部从所述检测电流信号提取相当于规定的特定频率设定值的电流分量，将该提取的信号作为特定频率电流信号输出；
减法运算器，所述减法运算器从所述特定频率电流信号减去所述检测电流信号，将减法运算结果作为电流偏差输出；以及
停电检测部，所述停电检测部将所述电流偏差与规定的停电检测设定值进行比较，在该电流偏差大于该停电检测设定值时，输出停电检测信号，
所述整流器控制器通过基于输入的所述停电检测信号来停止所述栅极许可信号，使所述整流器的动作停止。
2.如权利要求1所述的交流电车的控制装置，其特征在于，
所述停电检测器构成为使得所述特定频率设定值及所述停电检测设定值是可变的。
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