CN101712283A

CN101712283A - 电车控制装置

Info

Publication number: CN101712283A
Application number: CN200910137164A
Authority: CN
Inventors: 濑尾绫二
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2029-05-04
Also published as: JP5207908B2; CN101712283B; JP2010093892A; HK1145077A1

Abstract

在电力制动动作中导电弓从电车线脱线时，防止辅助电源装置因导电弓点电压的上升而停止。电车控制装置(30)与将从电动机(9)再生的交流电转换为直流电的功率转换装置(7)连接，检测超过由包含电车(100)所搭载的辅助电源装置(8)的再生负载所消耗的功率的剩余功率，控制与消耗剩余功率的制动器电阻器(6)连接的制动器切断器(5)，包括：检测与功率转换装置(7)并联连接的滤波电容器(3)的电压(1D)的第一电压检测器(4)；检测导电弓点电压(4D)的第二电压检测器(1)；基于电压(1D)生成第一流通率(3D)的第一流通率计算器(22)；以及基于导电弓点电压(4D)生成第二流通率(6D)的第二流通率计算器(21)。

Description

电车控制装置

技术领域

本发明涉及电车控制装置，特别是涉及对消耗在电力制动时产生的一部分再生功率的制动器切断(brake chopper)装置进行控制的电车控制装置。

背景技术

电车所搭载的功率转换装置在动力运转的情况下将通过导电弓(pantograph)或滤波电路等提供来的直流电转换为规定输出的交流电，控制电动机。另一方面，在使电力制动工作时，功率转换装置将电动机产生的交流电转换为规定的直流电。该直流电被电车的再生负载、例如驱动电车所搭载的空调等的辅助电源装置(SIV：Static InVerter)或同一电车线下的其他电车等消耗。此处，超过可以由再生负载消耗的功率的功率部分成为剩余功率。该剩余功率使与功率转换装置并联连接、构成滤波电路的滤波电容器的两端电压上升，会导致再生负载出现故障。因此，以往采用的电车控制装置在产生剩余功率、滤波电容器电压达到规定值时，计算提供至与制动器切断器串联连接的制动器电阻器的直流电的流通率，抑制施加在再生负载上的过量电压。

以往，例如在下述专利文献1所示的电车控制装置中，不仅可以抑制在再生动作中产生的剩余功率，而且在动力动作中电车线的电压急剧上升时通过使制动器切断装置动作，可以防止流向功率转换装置或电动机的过电流。

专利文献1：日本专利特开2001-204101号公报

发明内容

然而，上述专利文献1所示的电车控制装置存在的问题是：在再生动作中，根据电车线的铺设状态或电车的行驶状况，电车线与导电弓之间的电连接中断时、或者在变电站与变电站的间断处导电弓与电车线的电连接中断时(以下称作“脱线”)，无法提供至电车线、无处可去的再生功率无法被制动器电阻器消耗。即，问题是：在导电弓的点电压急剧上升时，在剩余功率被制动器电阻器消耗前，辅助电源装置的过电压保护功能工作，无法防止辅助电源装置意外地停止工作。

本发明鉴于上述内容而作，其目的在于得到一种可以防止辅助电源装置意外地停止工作的电车控制装置。

为解决上述问题、达到目的，本发明所涉及的电车控制装置控制具有可消耗再生功率的制动器电阻器的制动器切断装置，上述制动器切断装置与将从电动机再生的交流电转换为直流电的功率转换装置连接，其特征是，包括：检测与上述功率转换装置并联连接的滤波电容器与上述功率转换装置的连接端的滤波电容器电压的第一电压检测器；插入上述滤波电容器和导电弓之间的电抗器；检测与电车所搭载的辅助电源装置的连接端的导电弓点电压的第二电压检测器；以及生成基于由上述第一电压检测器获取的滤波电容器电压而决定的第一流通率，作为剩余功率相对于上述制动器电阻器所消耗的再生功率的比率，并生成基于由上述第二电压检测器获取的导电弓点电压而决定的第二流通率，作为剩余功率相对于上述制动器电阻器所消耗的再生功率的比率的流通率计算器，基于上述第一流通率及上述第二流通率来控制上述制动器切断装置。

根据本发明所涉及的电车控制装置，由于包括：检测导电弓点电压的第二电压检测器、以及基于由第二电压检测器获取的电压生成第二流通率的第二流通率计算器，在再生动作中在电车线和导电弓之间发生脱线时，可以控制制动器切断装置使辅助电源装置的过电压保护功能不工作，所以可以取得防止辅助电源装置意外地停止工作这样的效果。

附图说明

图1是表示搭载本实施方式所涉及的电车控制装置的电车的结构的一个例子的图。

图2是表示流通率计算器的结构的一个例子的图。

标号说明

1导电弓点电压检测器(第二电压检测器)

1D滤波电容器电压

2电抗器

2D第一阈值

3滤波电容器

3D第一流通率

4滤波电容器电压检测器(第一电压检测器)

4D导电弓点电压

5制动器切断器

5D第二阈值

6制动器电阻器

6D第二流通率

7功率转换装置

8辅助电源装置

9电动机

10导电弓

11电车线

20流通率计算器

21第二流通率计算器

21a第二减法器

21b第二限制部

21c第二增益部

22第一流通率计算器

22a第一减法器

22b第一限制部

22c第一增益部

23加法器

24流通率限制器

30电车控制装置

100电车

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明所涉及的电车控制装置的实施方式。但本发明不限于本实施方式。

实施方式

图1是表示搭载本实施方式所涉及的电车控制装置的电车的结构的一个例子的图。图1所示的电车100作为其主要构成部分具有：电动机9、功率转换装置7、电车控制装置30、辅助电源装置8、制动器切断器5、制动器电阻器6、电抗器2、滤波电容器3、以及导电弓10。另外，制动器切断器5和制动器电阻器6构成制动器切断装置。

电车控制装置30具有：滤波电容器电压检测器4、导电弓点电压检测器1、以及流通率计算部20。流通率计算部20具有：根据滤波电容器电压1D计算通电率的流通率计算器22、根据导电弓点电压4D计算通电率的流通率计算器21、加法器23、以及流通率限制器24。

电动机9是感应电动机等交流用电动机，驱动电车100。电车线11通过导电弓10向电车100供电。功率转换装置7将从电车线11提供的直流电转换为交流电，提供至电动机9。另外，在电车100进行电力制动时，功率转换装置7将从电动机9输出的交流电转换为直流电，向电车线11及辅助电源装置8等再生负载提供转换后的直流电。辅助电源装置8接收从电车线11或者功率转换装置7提供的直流电，输出驱动电车所搭载的舒适运行所需的设备、例如空调或电灯等的交流电。

电抗器2及滤波电容器3构成滤波电路。串联连接有可消耗再生功率的制动器电阻器6和制动器切断器5的制动器切断装置与滤波电容器3一起，并联连接在从电抗器2延伸至功率转换装置7的直流母线上。

滤波电容器电压检测器(以下称作“第一电压检测器”)4检测与功率转换装置7并联连接的滤波电容器3与功率转换装置7的连接端的滤波电容器电压1D。

导电弓点电压检测器(以下称作“第二电压检测器”)1检测插入滤波电容器3和导电弓10之间的电抗器2与辅助电源装置8的连接端的导电弓点电压4D。

流通率计算部20生成基于由第一电压检测器4获取的滤波电容器电压1D而决定的第一流通率3D，作为剩余功率相对于制动器电阻器6所消耗的再生功率的比率。且流通率计算部20生成基于由第二电压检测器1获取的导电弓点电压4D而决定的第二流通率6D，作为剩余功率相对于制动器电阻器6所消耗的再生功率的比率。下面，详细说明流通率计算部20的结构及动作。

第一流通率计算器22生成基于由第一电压检测器4获取的滤波电容器电压1D而决定的第一流通率3D。第一流通率3D表示被制动器电阻器6消耗的耗电量的程度。另外，第一流通率3D随着滤波电容器电压1D的上升而上升。

第二流通率计算器21生成基于由第二电压检测器1获取的导电弓点电压4D而决定的第二流通率6D。第二流通率6D与第一流通率3D同样表示被制动器电阻器6消耗的耗电量的程度。例如，在电力制动动作中发生脱线，导电弓点电压4D达到规定值时，第二流通率计算器21生成与导电弓点电压4D对应的第二流通率6D。另外，由于再生功率越大、电抗器2的值越大，导电弓点电压4D就越高，所以第二流通率6D随着导电弓点电压4D的上升而上升。

制动器切断器5基于第一流通率3D及第二流通率6D，调节流过制动器电阻器6的电流量(与电流的大小以及电流流过的时间成比例的量，下同)。例如，在没有再生负载时或无法由再生负载充分消耗再生功率时，制动器切断器5基于根据滤波电容器电压1D及导电弓点电压4D的值而生成的第一流通率3D及第二流通率6D，调节流过制动器电阻器6的电流量。

加法器23将从第一流通率计算器22输出的第一流通率3D及从第二流通率计算器21输出的第二流通率6D相加。流通率限制器24将相加的流通率的总和例如限制为最大100％。其结果是，电车控制装置30可以避免电力制动力减小、且使辅助电源装置8的过电压保护功能不工作地控制制动器切断器5。另外，上面说明的流通率限制器24的流通率的限制值为100％，但该值只是一个例子，可以任意设定限制值。

这样，电车控制装置30基于第一流通率3D及第二流通率6D控制制动器切断器5，使制动器电阻器6适当消耗剩余功率。因此，即使在电力制动的动作中发生脱线时，电车控制装置30也能抑制与再生负载的故障相联系的过量电压的上升，可以防止辅助电源装置8停止工作。下面说明第一流通率计算器22及第二流通率计算器21的细节。

图2是表示流通率计算器的结构的一个例子的图。第一流通率计算器22具有：第一减法器22a、第一限制部22b、以及第一增益部22c。第二流通率计算器21具有：第二减法器21a、第二限制部21b、以及第二增益部21c。

在第一流通率计算器22中，第一减法器22a接收由第一电压检测器4检测出的滤波电容器电压1D，输出表示预先设定的滤波电容器电压1D的阈值的第一阈值2D与滤波电容器电压1D的差分值。

第一限制部22b例如由两个二极管的并联电路构成，限制第一流通率3D的下限值，在从第一减法器22a输出的差分值超过上述下限值时，输出从第一减法器22a输出的差分值。第一增益部22c在差分值上乘以规定增益，生成第一流通率3D。另外，下限值例如设定为“0”。

例如，在滤波电容器电压1D不到第一阈值2D的情况下，由于差分值小于“0”，所以第一限制部22b输出“0”。另一方面，在滤波电容器电压1D超过第一阈值2D时，第一限制部22b输出上述的差分值。第一增益部22c在差分值上乘以规定增益，生成第一流通率3D。

在第二流通率计算器21中，在电力制动动作中导电弓从电车线11脱线时，第二减法器21a接收由第二电压检测器1检测出的导电弓点电压4D，输出导电弓点电压4D与设定为大于第一阈值2D的值的第二阈值5D的差分值。第二阈值5D设定为大于第一阈值2D的值是为了表示在发生脱线时导电弓点电压4D比滤波电容器电压1D高。例如，将第一阈值2D设定为1700V，将第二阈值5D设定为1800V。

第二限制部21b例如由两个二极管的并联电路构成，限制第二流通率6D的下限值，在从第二减法器21a输出的差分值超过上述下限值时，输出从第二减法器21a输出的差分值。第二增益部21c在差分值上乘以规定增益，生成第二流通率6D。另外，该下限值例如设定为“0”。

例如，在导电弓点电压4D不到第二阈值5D的情况下，由于差分值小于“0”，所以第二限制部21b输出“0”。另一方面，在导电弓点电压4D超过第二阈值5D时，第二限制部21b输出上述的差分值。第二增益部21c在差分值上乘以规定增益，生成第二流通率6D。

另外，这些设定值不限于上述的值，例如虽然在第一限制部22b及第二限制部21b设定“0”作为下限值，但下限值可以任意设定。

下面，使用具体的数值说明电车控制装置30的动作。例如，在将第一阈值2D设定为1700V，将第二阈值5D设定为1800V时，在对第一减法器22a施加1750V的滤波电容器电压1D时，第一减法器22a的输出为+50V。由于第一减法器22a接收的滤波电容器电压1D超过第一阈值2D，所以第一限制部22b输出在差分值即+50V上乘以规定增益的第一流通率3D，例如30％。

在对第二减法器21a施加1750V的导电弓点电压4D时，第二减法器21a的输出是-50V。由于第二减法器21a接收的导电弓点电压4D不到第二阈值5D，所以第二限制部21b不输出差分值即-50V，而输出下限值即“0”。

在发生脱线，导电弓点电压4D例如上升至1850V时，第二减法器21a的输出为+50V。由于第二减法器21a接收的导电弓点电压4D超过第二阈值5D，所以第二限制部21b输出在差分值即+50V上乘以规定增益的第二流通率6D，例如50％。

加法器23在第一流通率3D为30％、第二流通率6D为50％时，将其相加，通电率为80％。由于相加的流通率的总和不超过100％，所以流通率限制器24将80％输出至制动器切断器5。另外，上述的规定增益被设定为使导电弓点电压4D比辅助电源装置8的过电压保护功能动作的值低、且不会给负载的动作带来影响的值。

这样，在不产生脱线时，制动器切断器5基于第一流通率3D而动作。另外，在发生脱线时，制动器切断器5基于第一流通率3D及第二流通率6D而动作。所以，即使在导电弓点电压4D急剧上升时，也能在辅助电源装置8的过电压保护功能动作前使制动器电阻器6消耗剩余功率，防止舒适运行所需的空调等停止工作。

如以上说明，根据本实施方式所涉及的电车控制装置30，由于基于由滤波电容器电压1D及导电弓点电压4D导出的第一流通率3D及第二流通率6D来控制制动器切断器5，由制动器电阻器6消耗剩余功率，所以在再生动作中导电弓10从电车线11脱线时，即使由于无处可去的再生功率导致导电弓点电压4D急剧上升，也可以在辅助电源装置8的过电压保护功能动作前抑制剩余功率。其结果是，电车控制装置30可以在不停止辅助电源装置8的情况下维持舒适的运行。另外，由于可抑制辅助电源装置8再起动时的起动功率，所以电车控制装置30可以降低再生负载的能量消耗量。另外，由于可降低辅助电源装置8的再起动的频度，所以电车控制装置30可以实现再生负载的长期使用。并且，由于可以在不减小电力制动力的情况下防止剩余功率，所以电车控制装置30不仅能抑制未图示的闸块的磨损，还可以延长制动器装置的使用寿命。

工业上的实用性

如上所述，本发明所涉及的电车控制装置适用于对在电车的电力制动时动作的制动器切断装置进行控制的电车控制装置。

Claims

1.一种电车控制装置，控制与将从电动机再生的交流电转换为直流电的功率转换装置连接、且具有可消耗再生功率的制动器电阻器的制动器切断装置，其特征在于，包括：

检测与所述功率转换装置并联连接的滤波电容器与所述功率转换装置的连接端的滤波电容器电压的第一电压检测器；

插入所述滤波电容器与导电弓之间的电抗器；

检测与电车上所搭载的辅助电源装置的连接端的导电弓点电压的第二电压检测器；以及

生成基于由所述第一电压检测器获取的滤波电容器电压而决定的第一流通率，作为剩余功率相对于所述制动器电阻器所消耗的再生功率的比率，并且生成基于由所述第二电压检测器获取的导电弓点电压而决定的第二流通率，作为剩余功率相对于所述制动器电阻器所消耗的再生功率的比率的流通率计算器，

基于所述第一流通率及所述第二流通率控制所述制动器切断装置。

2.如权利要求1所述的电车控制装置，其特征在于，

所述流通率计算器包括：

计算所述第一流通率的第一流通率计算器；

计算所述第二流通率的第二流通率计算器；

将从所述第一流通率计算器输出的所述第一流通率与从所述第二流通率计算器输出的所述第二流通率进行相加的加法器；以及

将从所述加法器输出的流通率的值限制为规定值的限制器。

3.如权利要求2所述的电车控制装置，其特征在于，

所述第一流通率计算器具有：

输出所述滤波电容器电压与第一阈值间的差分值的第一减法器；以及

限制所述第一流通率的下限值，当从所述第一减法器输出的所述差分值超过所述下限值时，输出从所述第一减法器输出的所述差分值，在所述差分值上乘以规定增益，生成第一流通率的第一限制部，

所述第二流通率计算器具有：

在电力制动动作中当导电弓从电车线脱线时，输出所述导电弓点电压与设定为大于所述第一阈值的值的第二阈值之间的差分值的第二减法器；以及

限制所述第二流通率的下限值，在从所述第二减法器输出的所述差分值超过所述下限值时，输出从所述第二减法器输出的所述差分值，在所述差分值上乘以规定增益，生成第二流通率的第二限制部。