CN104395133A - 交流电车的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的交流电车的控制装置适用于在CONV(3)与INV(4)之间的中间直流电路部(40)上连接有SIV(7)的结构，所述CONV(3)将经由主变压器(2)输入的交流电压转换为直流电压，所述INV(4)将直流电压转换为交流电压，所述交流电车的控制装置基于车辆停止时的整流器主电路元件的初始温度(Tcnv的初始值)、以及SIV(7)的输入电流Isiv，来改变CONV(3)的载波频率fc，以使得车辆停止时的整流器主电路元件的温度变动变小。

Description

交流电车的控制装置
技术领域
本发明涉及一种交流电车的控制装置。
背景技术
近年来，在交流电车的控制装置中常使用在作为推进控制装置的主转换装置(Converter-Inverter、以下根据需要而称为“CI”)的中间直流电路部(也称为“中间链路连接部”)上连接有辅助电源装置(Static-Inverter、以下根据需要而称为“SIV”)的CI/SIV一体结构。
与之相对，在CI和SIV具有彼此独立的结构(CI/SIV独立结构)的情况下，在车辆停车时，SIV为了向服务设备(照明、空调等)进行供电而持续动作，另一方面，CI因作为负载的主电动机(Main Motor：MM)停止而无需动作，整流器、逆变器也都停止。
在CI/SIV构成为一体的情况下，由于如上所述在整流器的输出级连接有SIV，因此，为了使SIV持续动作而需要使整流器也进行动作。即，在CI/SIV构成为一体的情况下，即使在车辆停止时整流器也进行动作。其结果是，可判断得到与CI/SIV独立结构相比，CI/SIV一体结构的整流器的通电期间变长。
此外，考虑到若整流器的通电时间变长，则施加于元件的电应力会增加，因此，从元件的寿命上来看也是不利的。
这里，作为力图延长主电路元件的寿命的方法，例如有以下专利文献1所示出的方法。在该专利文献1中，采用了通过对主电路半导体所产生的损耗进行抑制来力图延长寿命的方法。例如在主电路半导体具有模块结构的情况下，已知其内部具有焊接部，而该部分反复暴露于热循环会导致疲劳破坏，从而考虑到，若能通过抑制所产生的损耗来减小热循环的影响，则能有效延长寿命。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平10-4610号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
如以上所说明的那样，在CI/SIV构成为一体的情况下，由于需要整流器始终进行动作，因此，可以预想到，与CI/SIV独立结构相比，对装置的寿命较为不利。在这种情况下，虽然只要采用如上述专利文献1那样根据车辆速度来降低开关频率等能减小损耗的方法即可，但由于连接至整流器输入侧的主变压器所产生的损耗的制约等而无法随意减小开关频率(若开关频率变小则叠加到主变压器的输出电压的纹波分量会变大)，从而难以通过降低损耗来延长寿命。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，获得一种交流电车的控制装置，该交流电车的控制装置能减小热循环的影响，从而能力图延长整流器主电路元件的寿命。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述问题，达到发明目的，本发明的交流电车的控制装置适用于在整流器与逆变器之间的中间直流电路部上连接有辅助电源装置的结构，所述整流器将经由主变压器输入的交流电压转换为直流电压，所述逆变器将所述直流电压转换为交流电压，所述交流电车的控制装置的特征在于，基于车辆停止时的整流器主电路元件的初始温度、以及所述辅助电源装置的输入电流，来改变所述整流器的载波频率，以减小车辆停止时的整流器主电路元件的温度变动。
发明效果
根据本发明，能获得以下效果：能减小热循环的影响，从而力图延长整流器主电路元件的寿命。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的交流电车的控制装置的一个结构例的图。
图2是表示整流器载波频率参照表格的一个示例的图。
图3是示意性地表示车辆动作时及车辆停止时的整流器主电路元件的特性的图。
图4是表示实施方式2所涉及的交流电车的控制装置的一个结构例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的交流电车的控制装置进行说明。此外，本发明并不局限于以下示出的实施方式。
实施方式1.
(交流电车的控制装置的结构)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的交流电车的控制装置的一个结构例的图。实施方式1所涉及的交流电车的控制装置如图1所示，构成为包括：导电弓1，该导电弓1输入来自交流架空线的交流电力；主变压器2，该主变压器2将由导电弓1提供的交流电力作为输入；整流器(以下称为“CONV”)3，该整流器3被施加主变压器2的交流电压并将交流电压转换成直流电压；逆变器(以下称为“INV”)4，该逆变器4将由CONV3输出的直流电压转换成3相交流；滤波电容器(以下称为“FC”)5，该滤波电容器5设置于中间直流电路部40(INV4的直流输出侧)，对CONV3的直流电压进行滤波；主电动机(MM)6，该主电动机6由INV4的交流电压来驱动；SIV7，该SIV7与INV4相同地连接于中间直流电路部40；电流传感器8，该电流传感器8设置于SIV7的输入侧，对负载电流的一部分进行检测；以及控制部50，该控制部50输入温度传感器11的输出(温度传感器输出)Tcnv，所述温度传感器11设置于安装有整流器的主电路元件(整流器主电路元件)的安装面、或这些安装面的周边部。另外，控制部50构成为包括：参照表格(整流器载波频率参照表格)9，该参照表格用于基于电流传感器8所检测到的输入电流Isiv和温度传感器输出Tcnv来输出所希望的整流器载波频率fc；以及整流器控制部10，该整流器控制部10输入整流器载波频率fc，利用整流器载波频率fc来生成用于对整流器主电路元件进行开关驱动的选通脉冲信号。
主变压器2的一次侧的一端经由导电弓1与交流架空线相连接，其另一端经由未图示的车轮和轨道连接至大地电位进行接地。即，采用以下结构：经由交流架空线、导电弓1、车轮及轨道来接受由未图示的变电站所传输的电力。在电车进行动力运行时，INV4进行电力转换并对主电动机6进行驱动。另一方面，在刹车时，根据需要使主电动机6作为发动机来动作，从而使主电动机6起到实现电车的再生制动的作用。
接下来，参照图1～图3对实施方式1中的交流电车的控制装置的主要部分的动作进行说明。此外，图2是表示整流器载波频率参照表格的一个示例的图。在该图中，示出了将整流器主电路元件的初始温度(例如车辆刚停止后的“温度传感器输出Tcnv”)作为参数的SIV输入电流Isiv与整流器载波频率fc之间的关系。另外，图3是示意性地表示车辆动作时及车辆停止时的整流器主电路元件的特性的图。在该图中，从车辆动作时和车辆停止时的整流器主电路元件结温的时间变化的角度来示出整流器主电路元件的特性。
首先，在实施方式1所涉及的交流电车的控制装置中，进行以下控制，即：SIV7的输入电流Isiv越小，就越是增大整流器载波频率fc。利用该控制，能在SIV7的输入电流Isiv较小时使整流器主电路元件中所产生的损耗增加，从而无论SIV7的输入电流的大小如何，都能使整流器主电路元件的温升基本保持一定。并且，还进行以下控制，即：上述所定义的整流器主电路元件的初始温度越大，就越是增大整流器载波频率fc。利用该控制，能根据整流器主电路元件的初始温度来改变动作特性，从而无论运转状态如何，都能使整流器主电路元件的温升基本保持一定。
接着，利用图3来对图2所示的控制的用意进行详细说明。在图3中，首先，在车辆动作时，整流器主电路元件结温(以下简单称为“元件温度”)根据车辆动作而发生变动。另一方面，一旦车辆停止，CI/SIV独立结构的情况下的元件温度如图中(a)所示单调减小，而CI/SIV一体结构的情况下的元件温度如图中(b)所示根据SIV7的动作状况而反复增减。关于元件的寿命，已知若元件温度的变化幅度(图中的ΔT1(行驶中的变动幅度)、ΔT2(从初始温度起的变动幅度))越大，且如这些温度ΔT1、ΔT2那样的变动幅度较大的变动的次数越多，则元件寿命越短。因此，若重复如该图(b)那样的动作，则会导致元件寿命减少。
另一方面，在实施方式1的结构中，由于采用了以下控制结构，即：参照车辆停止时的元件温度或相当于元件温度的温度(例如冷却器的温度)的初始值，在车辆停止时的SIV电流较大的情况下，进行减小整流器载波频率fc的控制，另一方面，在车辆停止时的SIV电流较小的情况下，进行增大整流器载波频率fc的控制，因此，能将元件温度的特性变更为如图中(c)所示那样的变动幅度较小的特性。即，根据实施方式1所涉及的交流电车的控制装置，能减小热循环的影响，力图延长整流器主电路元件的寿命。
另外，若进行如图中(c)那样的控制，则与CI/SIV独立结构的特性即图中(a)相比，还能大幅减小元件温度的变化幅度(不仅是ΔT1，还有ΔT2)。即，无论是具有CI/SIV一体结构还是CI/SIV独立结构的装置结构，从延长寿命这一观点来看，实施方式1所涉及的交流电车的控制装置都可以说是非常优异的控制方式。
此外，在实施方式1的控制中，CONV3的控制所需要的温度传感器11的输出也可以仅仅是车辆刚停止后的温度传感器输出。
如以上所说明的那样，根据实施方式1所涉及的交流电车的控制装置，基于车辆停止时的整流器主电路元件的初始温度、以及SIV输入电流，来改变整流器载波频率，以使得车辆停止时的整流器主电路元件的温度变动变小，因此，能减小热循环的影响，力图延长整流器主电路元件的寿命。
另外，根据实施方式1所涉及的交流电车的控制装置，参照整流器主电路元件的初始温度，在车辆停止时的SIV输入电流较大的情况下，进行减小整流器载波频率的控制，另一方面，在车辆停止时的SIV输入电流较小的情况下，进行增大整流器载波频率的控制，因此，能减小热循环的影响，力图延长整流器主电路元件的寿命。
此外，整流器主电路元件的初始温度越大时，只要将对载波频率进行可变控制时的初始值设定得较大，就能获得越好的效果。
实施方式2.
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的交流电车的控制装置的结构的结构图。在该图的交流电车的控制装置中，控制部50的结构与图1所示的实施方式1的结构不同。若进行具体说明，则控制部50采用以下结构来代替包括整流器载波频率参照表格9的结构，即，包括：温度传感器输出保持器12，该温度传感器输出保持器12对车辆刚停止后的温度传感器输出Tcnv进行保持；差分器13，该差分器13对温度传感器输出保持器12的输出与作为实时温度输出的温度传感器输出Tcnv之间的差分值进行运算；以及PID运算器14，该PID运算器14作为基于差分器13的输出来生成整流器载波频率fc的运算器。此外，上述以外的结构与图1所示的实施方式1的结构相同或等同，对这些共通的结构部标注相同的标号来进行表示，并省略其说明。
接着，对实施方式2所涉及的交流电车的控制装置的控制方法进行说明。在实施方式1中，将车辆停止时的SIV输入电流作为参数来进行改变载波频率fc的控制，但在实施方式2中，基于差分器13的输出来对整流器载波频率fc进行运算，以使得车辆停止时的元件温度保持一定。具体而言，进行如下控制：在从车辆刚停止后的元件温度起的温度下降较大的情况下，增大载波频率fc，在从车辆刚停止后的元件温度起的温度下降较小的情况下，减小载波频率fc。利用该控制，能获得图3中(c)的特性，从而能获得与实施方式1所涉及的交流电车的控制装置相同的效果。
此外，由于变更整流器载波频率fc有可能会导致回线电流所包含的谐波噪音分量的特性发生变化，从而对地面信号设备造成影响，因此，优选为将整流器载波频率fc的变更限定于车辆停车时。然而，不言而喻，在不会对地面信号设备造成影响的情况下，则无需限定于车辆停车时。
如以上所说明的那样，根据实施方式2所涉及的交流电车的控制装置，基于车辆停止时的整流器主电路元件的初始温度与所检测出的整流器主电路元件的温度之间的差分值，来改变载波频率，以使得整流器主电路元件的温度变动变小，因此，能减小热循环的影响，力图延长整流器主电路元件的寿命。
另外，根据实施方式2所涉及的交流电车的控制装置，由于在上述差分值较大的情况下，进行增大整流器载波频率的控制，在该差分值较小的情况下，进行减小整流器载波频率的控制，因此，能力图进一步有效延长整流器主电路元件的寿命。
此外，以上的实施方式1、2所示的结构是本发明结构的一个示例，也可以与其它公知技术进行组合，在不脱离本发明要点的范围内，当然也可以进行变更来构成，例如省略一部分等。
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能减小热循环的影响并力图延长整流器主电路元件的寿命的发明是有用的。
标号说明
1   导电弓
2   主变压器
3   CONV(整流器)
4   INV(逆变器)
6   主电动机(MM)
7   SIV(辅助电源装置)
8   电流传感器
9   整流器载波频率参照表格
10  整流器控制部
11  温度传感器
12  温度传感器输出保持器
13  差分器
14  运算器(PID运算器)
40  中间直流电路部
50  控制部

Claims (6)

1.一种交流电车的控制装置，该交流电车的控制装置适用于在整流器与逆变器之间的中间直流电路部上连接有辅助电源装置的结构，所述整流器将经由主变压器输入的交流电压转换为直流电压，所述逆变器将所述直流电压转换为交流电压，所述交流电车的控制装置的特征在于，
基于车辆停止时的整流器主电路元件的初始温度、以及所述辅助电源装置的输入电流，来改变所述整流器的载波频率，以减小车辆停止时的整流器主电路元件的温度变动。
2.如权利要求1所述的交流电车的控制装置，其特征在于，
参照所述初始温度，在车辆停止时的所述输入电流较大的情况下，进行减小所述载波频率的控制，另一方面，在车辆停止时的所述输入电流较小的情况下，进行增大所述载波频率的控制。
3.如权利要求2所述的交流电车的控制装置，其特征在于，
所述初始温度越大时，将对所述载波频率进行可变控制时的初始值设定得越大。
4.一种交流电车的控制装置，该交流电车的控制装置适用于在整流器与逆变器之间的中间直流电路部上连接有辅助电源装置的结构，所述整流器将经由主变压器输入的交流电压转换为直流电压，所述逆变器将所述直流电压转换为交流电压，所述交流电车的控制装置的特征在于，
基于车辆停止时的整流器主电路元件的初始温度与所检测出的整流器主电路元件的温度的差分值，来改变所述整流器的载波频率，以减小整流器主电路元件的温度变动。
5.如权利要求4所述的交流电车的控制装置，其特征在于，
在所述差分值较大的情况下，进行增大所述载波频率的控制，在所述差分值较小的情况下，进行减小所述载波频率的控制。
6.如权利要求4所述的交流电车的控制装置，其特征在于，
所述载波频率的可变控制限定于车辆停止时。
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