CN101931360B - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力变换装置，对驱动电车的线性感应电动机提供可变电压、可变频率的交流电，该线性感应电动机具有地上侧设置的反应板、和电车的车上侧搭载的线圈绕组，该电力变换装置中设有：吸引力监视控制器，对线圈绕组与反应板之间的吸引力进行运算，并按照使吸引力的运算结果低于所设定的值的方式进行控制。

Description

电力变换装置

本申请是申请日为2008年1月23日、申请号为200810008502.3、发明名称为“线性感应电动机驱动系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及线性感应电动机(linear induction motor)驱动系统，尤其涉及一种通过对可变电压、可变频率的交流进行输出的电力变换装置并利用向量控制来驱动线性感应电动机的电车的线性感应电动机的驱动系统。

背景技术

如图2所示，线性感应电动机电车在车辆202中搭载有作为线性感应电动机109的初级电路的线圈，将组合有铁系磁性材料212和在磁性材料212上设置的铝、铜等非磁性导体211的作为次级电路的反应板(reactionplate)203敷设于两条轨道204之间，当向线性感应电动机109的初级电路线圈施加三相交流而产生移动磁场时，该磁场贯通作为次级电路的反应板203的铁系磁性材料212上所设置的铝、铜等非磁性导体211，在非磁性导体211中产生涡电流，通过涡电流产生电磁力(推力)，从而可使电车行驶。

同时，在线性感应电动机109与作为次级电路的反应板203的铁系磁性材料212之间会产生吸引力210及排斥力，但该力对电车的推进没有帮助。

由于该线性感应电动机电车不需要如以往的电车那样在驱动轮处设置的旋转式电动机，所以，可实现低底盘化，而且，通过使电车小型化，还具有能够在截面积小的隧道中行驶等优点。

对线性感应电动机109进行驱动的控制方法如专利文献1、2所公开那样，因容易控制推力而提出了向量控制的方案。

专利文献1：特开2000-23316号公报

专利文献2：特开2001-28808号公报

但是，在上述的例子中如图3所示，若在线性感应电动机109与反应板203的铁系磁性材料212之间产生过大的吸引力210，则反应板203会因过大的力而被线性感应电动机109吸引，存在着反应板203被损坏的可能性。

而且，若在线性感应电动机109与铁系磁性材料212之间产生过大的吸引力210，则可能会对支承反应板203的缔结装置206及枕木209带来损害。

并且，若在线性感应电动机109与铁系磁性材料212之间产生过大的吸引力210，则反应板203的形状将变为凸状，使得线性感应电动机109与反应板203的间隙消失，因此，反应板203与线性感应电动机109会接触，有可能使线性感应电动机109和反应板203损坏。

另外，若在线性感应电动机109与反应板203之间产生过大的吸引力，则行驶阻力增大，存在加速度降低的课题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述课题，提供一种通过对吸引力210进行监视、抑制产生过大吸引力，来提高安全性的线性感应电动机电车系统。

为解决上述课题，采用了以下方法。在线性感应电动机电车的驱动系统中包括对吸引力进行运算的吸引力监视控制器，根据向线性感应电动机施加的电压、逆变器频率、滑动频率来运算吸引力，若超过了预先设定的值，则输出对施加给线性感应电动机的电压、滑动频率进行修正的指令，按照使吸引力的运算值低于所设定的值的方式进行控制。

即，本发明在电车的车上侧搭载有：输出可变电压、可变频率的交流的电力变换装置；和被该电力变换装置供给电力，成为线性感应电动机的初级电路的线圈绕组；在地上侧设置成为所述线性感应电动机的次级导体的反应板，通过所述线性感应电动机来驱动电车，在所述电车的车上侧设置有：对所述线圈绕组与所述反应板之间的吸引力进行运算的控制器；和按照使所述吸引力的运算结果低于所设定的值的方式进行控制的吸引力监视控制器。

而且，在本发明中，对所述吸引力进行运算的控制器具有下述单元，该单元基于根据向所述线性感应电动机施加的电压、电流和频率来运算所述吸引力而得到的结果，修正向所述线性感应电动机施加的电压、电流和频率。

并且，在本发明中，所述吸引力监视控制器根据向所述线性感应电动机施加的电压、滑动频率来运算所述吸引力，并根据该运算结果输出按照使施加给所述线性感应电动机的电压减少、使滑动频率增加的方式进行修正的指令，从而控制为使所述吸引力的运算值低于所设定的值。

根据本发明，可提供一种线性感应电动机电车系统，其通过抑制在线性感应电动机与反应板的铁系磁性材料之间产生的过大吸引力，来防止反应板的变形和损坏、对反应板进行固定的缔结装置和枕木的损伤、线性感应电动机的损伤、电车的加速度的降低。

另外，通过抑制反应板和缔结装置等地上设备的损伤，可提供降低地上设备的维护作业的交通系统。

附图说明

图1是说明了实施例中的方法的框图；

图2是线性感应电动机电车的剖面图；

图3是现有技术的课题的说明图；

图4是实施例中的吸引力监视控制器的控制框图；

图5是实施例中的吸引力监视控制器的控制流程图。

图中：101-电流指令发生器；102-电流控制器；103-电压向量运算部；104-PWM控制器；105-高压电源输入部；106-逆变器(inverter)主电路部；107-滑动频率运算部；108-驱动轮；109-线性感应电动机；110-速度检测器；111-吸引力监视控制器；112-推力电流检测运算部；113-逆变器频率运算部；114-加法器；115-电动机电流检测器；202-车辆；203-反应板；204-轨道；206-缔结装置；207-螺栓；208-间隙；209-枕木；210-吸引力；211-非磁性导体；212-磁性材料；410-吸引力修正块(block)；411-减法器；412-加法器。

具体实施方式

对用于实施本发明的最佳方式进行说明。

针对本发明的线性感应电动机驱动系统的实施例，利用附图进行说明。

(实施例1)

利用图1对实施例1进行说明。对于线性感应电动机109的控制而言，在由电流指令发生器101、电流控制器102、电压向量运算部103、PWM控制器104、滑动频率运算部107、推力电流运算部112和逆变器频率运算部113构成的控制中，包括本实施例的吸引力监视控制器111。

下面说明实施例1中的控制信号的流向。电流指令发生器101输出对线性感应电动机109施加的激励电流指令值Id^*和推力电流指令Iq^*。电压向量运算部103接受激励电流指令Id^*和推力电流指令Iq^*，利用线性感应电动机109的电动机常数，进行向量运算，输出向线性感应电动机施加的电压指令调制率Vc和偏角δ。所述电压指令调制率Vc由吸引力监视控制器111修正，将修正后的电压指令调制率修正后值Vc”输入到PWM控制器104。

PWM控制器104接受来自吸引力监视控制器111的电压指令修正后值Vc”、来自电压向量运算部103的偏角δ、和来自逆变器频率运算部113的逆变器频率Finv，进行PWM变换，控制用于对线性感应电动机109进行驱动的逆变器主电路部106，由此来驱动线性感应电动机109。

为了提高线性感应电动机109的控制性能，推力电流检测运算部112和电流控制器102发挥着对推力电流进行反馈的功能。推力电流运算部112从电动机电流检测器115接受电动机电流IM，向电流控制器102输出推力电流检测值Iq。电流控制器102对推力电流指令Iq^*和推力电流检测值Iq进行比较，按照使指令值与检测值不存在差异的方式进行控制。

由滑动频率运算部107根据来自电流指令发生器101的激励电流指令Id^*和来自电流控制器102的推力电流指令Id^*，对滑动频率Fs进行运算，并通过吸引力监视控制器111对所述滑动频率Fs进行修正，通过加法器114将所述滑动频率修正后值Fs”与从驱动轮110上安装的速度检测器110输出的转子(rotor)频率Fr进行相加，从而生成PWM控制器104所需要的逆变器频率Finv。

作为本实施例的特征的吸引力监视控制器111接受将直流电压作为输入的滤波电容电压Ecf，并从逆变器频率运算部113接受逆变器频率Finv，对施加到线性感应电动机109的电压指令调制率Vc和滑动频率Fs进行修正，输出电压指令调制率修正后值Vc”和滑动频率修正后Fs”。

接着，对实施例1中在线性感应电动机109与反应板203的铁系磁性材料212之间产生的吸引力210的运算方法进行说明。

线性感应电动机109与反应板203的铁系磁性材料212之间所产生的吸引力210为(吸引力∝Φ²/Fs)的关系。另外，磁通Φ存在着(磁通Φ∝V/Finv)的关系。即，可按照式(1)所示的关系式，根据电压指令V、逆变器频率Finv和滑动频率Fs来运算吸引力的大小。

吸引力∝Φ²/Fs∝(V/Finv)²/Fs·······式(1)

电压指令V可按式(2)所示的关系式，根据滤波电容电压Ecf和电压指令调制率Vc算出。

$V=\sqrt{\mathrm{}}6/\mathrm{\π}\×\mathrm{Ecf}\×\mathrm{Vc}$ ··········式(2)

通过利用上述式(1)、式(2)的运算式，可根据滤波电容电压Ecf、电压指令调制率Vc、逆变器频率Finv、滑动频率Fs，来运算出线性感应电动机109与反应板203的铁系磁性材料212之间产生的吸引力210的大小。

本实施例中，通过在吸引力监视控制器111中包括该上述运算式，可对吸引力210的大小进行运算。

例如，在吸引力210超过了一定值时，通过降低电压指令调制率Vc来降低磁通Φ，由此可抑制吸引力210。

但是，若降低电压指令调制率Vc，则从式(3)可知，由于推力与电压指令V、逆变器频率Finv、滑动频率Fs成正比关系，所以推力减小，使得电车的性能降低。

推力∝Φ²Fs∝(V/Finv)²Fs·······式(3)

因此，为了在降低电压指令调制率Vc的同时维持推力，而进行提高滑动频率Fs的控制。

这样，基于上述想法，通过对电压指令调制率Vc和滑动频率Fs进行修正，可抑制产生过大的吸引力210，抑制推力的下降。

接着，基于上述想法，利用图4的控制框图，说明对吸引力210进行运算的吸引力监视控制器111的控制。

吸引力监视控制器111接受滤波电容电压Ecf和逆变器频率Finv，对施加给线性感应电动机109的电压指令调制率Vc和滑动频率Fs进行修正，来抑制吸引力210，维持推力。吸引力监视控制器111的吸引力修正块410根据(V/Finv)²/Fs的关系来运算吸引力210，在超过了预先设定的值的情况下，判断为吸引力210大，将电压指令调制率修正值Vc’和滑动频率修正值Fs’输出。对于所述电压指令调制率修正值Vc’而言，通过减法器411从电压指令调制率Vc中减去电压指令调制率修正值Vc’，将电压指令调制率修正值Vc”向PWM控制器104输出。对于所述滑动频率修正值Fs’而言，通过加法器412将滑动频率Fs和滑动频率修正值Fs’相加，并将滑动频率修正值Fs”向逆变器频率运算部113输出。

接着，利用图5的控制流程图，对本实施例的吸引力监视控制器111的动作进行说明。

(1)由吸引力监视控制器111的吸引力修正块410根据电压指令V、逆变器频率Finv和滑动频率Fs来运算吸引力210。

(2)在未超过由吸引力修正块410预先设定的值的情况下，推断为吸引力210小，判断为不需要电压指令调制率Vc和滑动频率Fs的修正，电压指令调制率修正值Vc’和滑动频率修正值Fs’输出0。

(3)在超过了由吸引力修正块410预先设定的值的情况下，推断为吸引力210大，为了减小吸引力210而输出电压指令调制率修正值Vc’，来降低电压指令调制率Vc。

(4)通过降低电压指令调制率Vc，使吸引力210下降。

(5)由于推力会下降与电压指令调制率Vc下降的量对应的量，因此，将滑动频率修正值Fs’加到滑动频率Fs上，来维持推力。

通过以上的实施例，当在线性感应电动机109与反应板203的铁系磁性材料212之间产生的吸引力210过大时，通过根据将直流电压作为输入的滤波电容电压Ecf、电压指令调制率Vc、逆变器频率Finv和滑动频率Fs对吸引力210进行运算，来抑制过大吸引力的产生，能够实现可防止反应板203的损伤、对反应板203进行固定的缔结装置206和枕木209的损伤、线性感应电动机109的损伤、电车加速度的降低的线性感应电动机电车系统。

Claims (3)

1.一种电力变换装置的控制器，该电力变换装置用于对驱动电车的线性感应电动机提供可变电压、可变频率的交流电，该线性感应电动机具有地上侧设置的反应板、和电车的车上侧搭载的线圈绕组，所述电力变换装置的控制器特征在于，

所述电力变换装置的控制器由电流指令发生器、电流控制器、电压向量运算部、PWM控制器、滑动频率运算部、推力电流运算部、逆变器频率运算部和吸引力监视控制器构成，并且，

在车上侧设有：所述吸引力监视控制器，对所述线圈绕组与所述反应板之间的吸引力进行运算，并按照使所述吸引力的运算结果低于所设定的值的方式进行控制。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置的控制器，其特征在于，

所述吸引力监视控制器具有：基于根据向所述线性感应电动机施加的电压、电流和频率来运算所述吸引力而得到的结果，修正向所述线性感应电动机施加的电压、电流和频率的单元。

3.根据权利要求1所述的电力变换装置的控制器，其特征在于，

所述吸引力监视控制器根据向所述线性感应电动机施加的电压、所述可变频率、滑动频率来运算所述吸引力，并根据该运算结果输出按照使施加给所述线性感应电动机的电压减少、使滑动频率增加的方式进行修正的指令，从而控制为使所述吸引力的运算值低于所设定的值。