CN106470867A - 车辆用控制装置 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供一种能够不使用专用电路、测试模式而检修传感器的车辆用控制装置。实施方式的车辆用控制装置具备：将受电弓接受到的电力变换为用于驱动电动机的电力的转换器和逆变器、设置于所述变压器与所述转换器之间的第1接触器、与该第1接触器并联连接并且相互串联连接的第2接触器和电阻、设置于所述转换器与逆变器之间的第1电压检测器以及第2电压检测器以及控制部。控制部在从闭合所述第2接触器起至闭合所述第1接触器为止的期间，运算所述第1以及第2电压检测器分别检测出的第1电压值和第2电压值的电压差，比较该运算出的电压差和预先设定的阈值，在电压差大于阈值时判定为所述第1以及第2电压检测器的至少一方发生故障。

Description

车辆用控制装置
技术领域
本发明的实施方式主要涉及铁路车辆的车辆用控制装置。
背景技术
一般，在铁路车辆中，利用从架线供给的直流电力或者交流电力，得到用于驱动搭载的电动机的电力。该电力同样地通过搭载于车辆的电力变换装置来进行。
从架线供给的直流电力或者交流电力在通过受电弓受电之后，经由变压器、电量变换装置等各种电气电路被供给到电动机，不过在这样的电气电路上设置有电压检测器、电流检测器这样的传感器，在例如在电气电路中是否发生接地等异常、以及电力变换装置生成用于驱动电动机的电力时被利用。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2010-273455号公报
发明内容
在如上所述使用传感器来掌握电气电路的状态的情况下，以传感器类正常地动作为前提，所以设置了用于检修这样的传感器是否发生故障的专用电路、测试模式。然而，设置用于检修的专用电路导致装置的大型化，另一方面，在使用测试模式的情况下需要调整用于执行该测试模式的状况、环境。
因此，本发明的目的在于提供一种能够不使用专用电路、测试模式而检修传感器是否发生故障的车辆用控制装置。
实施方式的车辆用控制装置，其特征在于，具有：转换器以及逆变器，经由变压器被供给受电弓接受到的电力，将该电力变换为用于驱动电动机的电力；第1接触器，设置于所述变压器与所述转换器之间；以及第2接触器和电阻，与该第1接触器并联连接并且相互串联连接；第1电压检测器以及第2电压检测器，设置于所述转换器与逆变器之间；以及控制部，其中，该控制部在进行了控制以使得所述第2接触器闭合之后直到进行控制以使得所述第1接触器闭合为止的期间，运算所述第1电压检测器以及第2电压检测器分别检测出的第1电压值和第2电压值的电压差，比较该运算出的电压差和预先设定的阈值，关于该比较的结果，在电压差大于阈值时，判定为所述第1电压检测器以及第2电压检测器的至少一方发生故障。
附图说明
图1是示出实施方式的车辆用控制装置的概略结构的图。
图2是示出第1实施方式中的判定电压检测器的状态的处理的图。
图3是示出第2实施方式中的判定电流检测器的状态的处理的图。
图4是示出第3实施方式中的判定电流检测器的状态的处理的图。
图5是示出电动机的旋转速度与逆变器输出的电流以及电压的关系的图。
图6是示出第4实施方式中的判定电压检测器的状态的处理的图。
附图标记说明
10：控制部；20：变压器；30：转换器；40：逆变器；50：断路器；61、62、63、64：电阻；71、72：分压电容器；81、82：电流检测器；91、92、93：电压检测器；100：车辆用控制装置。
具体实施方式
以下，参照添附的附图，对实施方式的车辆用控制装置进行说明。
图1示出了搭载于铁路车辆的车辆用控制装置100的概略结构。车辆用控制装置100的主要结构是：控制部10，具有控制电力变换装置等以及检修传感器的故障的功能；变压器20，对从架线13经由受电弓11供给的交流电力进行降压；转换器30，将由该变压器20降压了的交流电力变换为直流电力；以及逆变器40，将由转换器30变换了的直流电力变换为用于驱动电动机12的三相交流电力。
另外，车辆用控制装置100具备用于切断经由受电弓11接受的交流电力向变压器20的一次侧线圈输入的断路器50；在变压器20的二次侧线圈与转换器30之间设置的接触器51～54、充电电阻61和62以及电流检测器81；在转换器30与逆变器40之间设置的分压电容器71和72、放电电阻63和64以及电压检测器92和93；以及在逆变器40与电动机12之间设置的电流检测器82。此外，分压电容器71和72以及电压检测器92和93分别相互串联连接，进而，电压检测器92和分压电容器71在转换器30与逆变器40之间的直流电路的正极与中性点之间并联连接，而且分压电容器72和电压检测器92在上述直流电路的中性点与负极之间并联连接。
另外，在变压器20的三次侧线圈设置有电压检测器91。
(第1实施方式)
在此，使用图1和图2，对在上述结构的车辆用控制装置100中执行的电压检测器92和电压检测器93的检修动作进行说明。
首先，在设置于驾驶台的启动开关成为ON(导通)时，控制部10接收启动指令。控制部10根据接收到启动指令，为了对分压电容器71和72进行充电，闭合断路器50以及接触器51和53(步骤S11)。其结果是受电弓11从架线13接受的交流电力在通过变压器20降压之后被供给到转换器30。然后，从变压器20输入到转换器30的交流电力被变换为直流电力，被供给到分压电容器71和72。
此时，由变压器20降压了的交流电力经由分别与接触器51和53串联连接的充电电阻61和62而被供给到转换器20，所以向分压电容器71和72逐渐积蓄能量(电荷)。此外，在向分压电容器71和72进行充电的期间，不从控制部10向转换器30和逆变器40输出选通指令，所以开关元件全部成为OFF(关断)。
在向分压电容器71和72的充电开始、即进行了控制以使得断路器50以及接触器51和53闭合之后，控制部10求出分别从电压检测器92和93输入的电压值VP和VN的电压差Vdif，比较该电压差Vdif和预先设定的阈值Vth(步骤S12)。此外，优选考虑放电电阻63和64的电阻值的误差、电压检测器的检测误差来设定阈值Vth。另外，电压值VP和VN分别表示从转换器30向直流侧即逆变器40侧的输出电压被分压电容器71和72分压了的各自的电压值。
该比较的结果，在检测到电压差Vdif大于阈值Vth(步骤S12的“是”)时，控制部10判定为由电压检测器92和93的至少一方检测出的电压值不正确、或者电压检测器92和93的至少一方发生故障(步骤S13)。此外，考虑即使电压检测器92和93都正常，也由于噪声等的影响导致在检测的电压值中产生偏差，所以也可以即使瞬间地检测到电压差Vdif大于阈值Vth，也不判定为“检测出的电压值不正确”或者“电压检测器发生故障”，而在电压差Vdif大于阈值Vth的状态持续了一定时间的情况下，判定为“检测出的电压值不正确”或者“电压检测器发生故障”。
控制部10在判定为“检测出的电压值不正确”或者“电压检测器发生故障”时，不向转换器30输出选通信号，中止车辆用控制装置100的启动(步骤S14)。
另一方面，在电压差Vdif没示出大于阈值Vth的值的情况下，控制部10判定为电压检测器92和93正常(步骤S15)。
以上说明的控制部10执行的步骤S12～步骤S15的处理继续到分压电容器71和72的充电完成为止。具体而言，控制部10在检测从电压检测器92和93得到的电压值VP和VN示出规定的值而分压电容器71和72的充电完成时，进行闭合接触器52和54的控制，所以继续到进行该控制为止。
因此，控制部10如果未进行用于闭合接触器52和54的控制(步骤S16的“否”)，则继续步骤S12～步骤S15的处理，在进行用于闭合接触器52和54的控制时(步骤S16的“是”)，结束针对电压检测器92和93的检修动作(步骤S17)。
这样，在第1实施方式中，能够在作为启动了车辆用控制装置100之后的通常的运用中检修电压检测器92和93，所以无需设置用于检修的专用电路、测试模式，另外，即使在进行通常的运用时，也能够每当进行车辆用控制装置100的再启动时进行检修，所以也无需为了检修临时地中止通常的运用。
但是，将针对电压检测器92和93的检修限定于从断路器50以及接触器51和53闭合至接触器52和54闭合为止的期间。其原因为考虑到如下情况：在接触器52和54闭合之后，从控制部10向转换器30输出选通信号，但此时，控制部10根据由电压检测器92和93检测出的电压值VP和VN来调整选通信号以使得在分压电容器71和72中被平均分压，在接触器52和54闭合之后，无法正确地检修电压检测器92和93。
此外，也可以并不是直至接触器52和54闭合为止而是直至控制部10对转换器30输出选通信号为止进行电压检测器52和54的检修。
另外，在上述说明中，在判定为电压检测器92和93发生故障的情况下，控制部10不向转换器30输出选通指令，但也可以输出选通指令，使用设置于驾驶台的警报灯等对驾驶员进行通知。
(第2实施方式)
接下来，使用图1和图3，说明在车辆用控制装置100中执行的电流检测器81的检修动作。
首先，与第1实施方式同样地，在设置于驾驶台的启动开关成为ON(导通)时，控制部10接收启动指令。控制部10根据接收到启动指令，为了对分压电容器71和72进行充电，闭合断路器50以及接触器51和53(步骤S21)。其结果是受电弓11从架线13接受的交流电力在通过变压器20降压之后被供给到转换器30。然后，从变压器20输入到转换器30的交流电力被变换为直流电力而被供给到分压电容器71和72。
控制部10在断路器50以及接触器51和53闭合时，判定从电压检测器92和93输入的电压值VP和VN是否示出了大于0的值(步骤S22)。此外，在上述中，控制部10判定电压值VP和VN是否示出了大于0的值，但也可以取而代之，与预先设定的作为大于0的值的阈值Vth2进行比较，根据是否大于该阈值Vth2来判定。
控制部10在从电压检测器92和93输入的电压值VP和VN是0的情况下(步骤S22的“否”)，不执行电流检测器81的检修，待机直至电压值VP和VN大于0为止。
另一方面，控制部10在判定为从电压检测器92和93输入的电压值VP和VN大于0时，比较从电流检测器81输入的电流值Idet和预先设定的阈值Ith(步骤S23)。其原因为考虑到在开始向分压电容器71和72充电而由电压检测器92和93检测到大于0的电压值的情况下应该是交流电流向转换器30的变压器20侧流动。此外，优选考虑电流检测器的检测误差来设定阈值Ith。
该比较的结果，在未检测到电流值Idet大于阈值Ith(步骤S23的“否”)时，控制部10判定为电流检测器81发生故障(步骤S24)。此外，考虑即使电流检测器81正常也由于噪声等的影响导致在检测的电流值中产生偏差，所以也可以即使瞬间地检测到电压差Vdif是阈值Vth以下的状态，也不判定为电流检测器发生故障，而在电压值Idet是阈值Ith以下的状态持续了一定时间的情况下，判定为电流检测器发生故障。
然后，控制部10在判定为电流检测器发生故障时，不向转换器30输出选通信号，中止车辆用控制装置100的启动(步骤S25)。
另一方面，在电流值ldet示出大于阈值lth的值的情况下(步骤S26的“是”)，控制部10判定为电流检测器81正常(步骤S26)。
以上说明的控制部10执行的步骤S23～步骤S26的处理继续到分压电容器71和72的充电完成为止。即，其原因为，在从电压检测器92和93得到的电压值VP和VN示出规定的值而充电完成时，交流电流不向变压器20流动。
因此，控制部10如果未进行用于闭合接触器52和54的控制(步骤S27的“否”)，则继续步骤S23～步骤S26的处理，在进行用于闭合接触器52和54的控制时(步骤S26的“是”)，临时地结束针对电流检测器81的检修动作(步骤S28)。
这样，在第2实施方式中，能够在作为启动了车辆用控制装置100之后的通常的运用中检修电流检测器81，所以无需设置用于检修的专用电路、测试模式，另外，即使在进行了通常的运用时，也能够每当进行车辆用控制装置100的再启动时进行检修，所以也无需为了检修临时地中止通常的运用。
此外，在上述说明中，在判定为电流检测器81发生故障的情况下，控制部10不向转换器30输出选通指令，但也可以输出选通指令，使用设置于驾驶台的警报灯等对驾驶员进行通知。
(第3实施方式)
接下来，使用图1、图4以及图5，对在车辆用控制装置100中执行的电流检测器81的检修动作进行说明。
该第3实施方式涉及当向分压电容器71和72的充电完成之后，在控制部10分别对转换器30和逆变器40输出选通信号而驱动电动机12的状态之时，通过控制部10执行的针对电流检测器81的检修。
向控制部10通知通过设置于驾驶台的主控制器而选择的动力运行档位·制动档位的信息，所以控制部10根据该通知，确认是否选择了动力运行档位中的最大档位(步骤S31)。
通过该确认，在未选择动力运行最大档位的情况下(步骤S31的“否”)，控制部10不进行电流检测器81的检修。
另一方面，在能够确认选择了动力运行最大档位(步骤S31的“是”)时，控制部10确认根据由电流检测器82检测出的电流值运算出的电动机12的旋转速度是否进入到恒定功率区域(步骤S32)。
在此，对恒定功率区域进行说明。图5是概括在动力运行最大档位时从逆变器40输出的电流值I、电压值V与电动机12的旋转速度的关系的图。随着电动机12的旋转速度提高，电流值I减少，电压值V增加，但在电动机12的旋转速度达到FR1时，在其以后即使旋转速度变大，电流值I和电压值V仍示出恒定的值。这样，电流值I和电压值V示出恒定的值的旋转速度区段成为恒定功率区域。
在电动机12的旋转速度未处于恒定功率区域的情况下(步骤S32的“否”)、即在电动机12的旋转速度小于FR1时，控制部10不进行针对电流检测器81的检修，继续步骤S31和步骤S32的确认处理。
另一方面，在步骤S32中，在控制部10确认了电动机12的旋转速度进入到恒定功率区域时(步骤S32的“是”)，计算从电流检测器81输入的电流值Idet和预先设定的设想电流值Ipre的电流差Idif(步骤S33)，将该求出的电流差Idif与预先设定的阈值Ith2进行比较(步骤S34)。此外，设想电流值Ipre是指，根据由架线13的额定架线电压下的恒定功率区域的电流设定值(图5的电动机12的旋转速度大于FR1时的电流值I)求出的额定二次侧电流值和实际的架线13的电压所运算的值。
步骤S34的比较的结果，在电流差Idif小于预先设定的阈值Ith2的情况下(步骤S34的“是”)，控制部10判定为电流检测器81正常(步骤S35)。
另一方面，在电流差Idif是预先设定的阈值Ith2以上时(步骤S34的“否”)，控制部10判定为电流检测器81发生故障(步骤S36)。
这样，在第3实施方式中，能够在作为启动了车辆用控制装置100之后的通常的运用中检修电流检测器81，所以无需设置用于检修的专用电路、测试模式。
另外，在第3实施方式中，在判定为电流检测器81发生故障的情况下，控制部10不停止转换器30和逆变器40而使用例如设置于驾驶台的警报灯等对驾驶员进行通知。
(第4实施方式)
接下来，使用图1和图6，对在车辆用控制装置100中执行的电压检测器91的检修动作进行说明。
在第4实施方式中，涉及在第1实施方式或者第2实施方式中说明的向分压电容器71和72的充电完成进而通过控制部10闭合接触器52和54之后的处理，所以省略与在通过控制部10闭合接触器52和54以前的处理有关的说明。此外，在第1实施方式以及第2实施方式中实施的电压检测器92和93以及电流检测器81的检修在该实施方式中并非必须。
在向分压电容器71和72的充电完成时，控制部10进行控制以使得接触器52和54闭合，所以确认是否进行了该控制(步骤S41)。然后，在闭合接触器52和54时(步骤S41的“是”)，控制部10求出通过连接于变压器20的三次侧线圈的电压检测器91检测而被输入的电压值Vdet的峰值Vp-det，进而，控制部10将通过电压检测器92和93检测而被输入的电压值VP和VN相加而求出转换器30与逆变器40之间的直流电路的电压值Vdc(步骤S42)。
控制部10使用求出的峰值Vp-det和直流电路的电压值Vdc，运算这2个值的差值V’dif(步骤S43)。
在运算差值V’dif时，控制部10比较预先设定的阈值Vth3和差值V’dif(步骤S44)。其结果是在差值V’dif小于阈值Vth3的情况下(步骤S44的“是”)，控制部10判定为电压检测器91正常(步骤S45)。这样，在判定为电压检测器91正常时，控制部10判定是否到了转换器30的选通启动、即是否到了对转换器30输出选通信号的定时(步骤S46)，在尚未到输出选通信号的定时的情况下(步骤S46的“否”)，返回到步骤S42而继续电压检测器91的检修。
另一方面，在差值V’dif是阈值Vth3以上的情况下(步骤S44的“否”)，控制部10判定为电压检测器91发生故障(步骤S47)，不向转换器30输出选通信号，中止车辆用控制装置100的启动(步骤S48)。
这样，在第4实施方式中，能够在作为启动了车辆用控制装置100之后的通常的运用中检修电压检测器91，所以无需设置用于检修的专用电路、测试模式，另外，即使在进行通常的运用时，也能够每当进行车辆用控制装置100的再起动时进行检修，所以也无需为了检修临时地中止通常的运用。
此外，在上述说明中，在判定为电压检测器91发生故障的情况下，控制部10不向转换器30输出选通指令，但也可以输出选通指令，使用设置于驾驶台上的警报灯等对驾驶员进行通知。

Claims (4)

1.一种车辆用控制装置，其特征在于，具备：
转换器以及逆变器，经由变压器被供给受电弓接受到的电力，将该电力变换为用于驱动电动机的电力；
第1接触器，设置于所述变压器与所述转换器之间；以及第2接触器和电阻，与该第1接触器并联连接并且相互串联连接；
第1电压检测器以及第2电压检测器，设置于所述转换器与逆变器之间；以及
控制部，
其中，该控制部在进行了控制以使得所述第2接触器闭合之后直到进行控制以使得所述第1接触器闭合为止的期间，运算所述第1电压检测器以及第2电压检测器分别检测出的第1电压值和第2电压值的电压差，比较该运算出的电压差和预先设定的阈值，关于该比较的结果，在电压差大于阈值时，判定为所述第1电压检测器以及第2电压检测器的至少一方发生故障。
2.一种车辆用控制装置，其特征在于，具备：
转换器以及逆变器，经由变压器被供给受电弓接受到的电力，将该电力变换为用于驱动电动机的电力；
第1接触器，设置于所述变压器与所述转换器之间；以及第2接触器和电阻，与该第1接触器并联连接并且相互串联连接；
第1电压检测器及第2电压检测器，设置于所述转换器与逆变器之间；
电流检测器，设置于所述变压器与所述转换器之间；以及
控制部，
其中，该控制部在进行了控制以使得所述第2接触器闭合之后直到进行控制以使得所述第1接触器闭合为止的期间，判定所述第1电压检测器以及第2电压检测器分别检测出的第1电压值和第2电压值是否满足预先设定的电压值，在判定为满足了预先设定的电压值时，比较所述电流检测器检测出的电流值和预先设定的阈值，关于该比较的结果，在电流值不大于阈值时，判定为所述电流检测器发生故障。
3.一种车辆用控制装置，其特征在于，具备：
转换器以及逆变器，经由变压器被供给受电弓接受到的电力，将该电力变换为用于驱动电动机的电力；
电流检测器，设置于所述变压器与所述转换器之间；以及
控制部，
其中，该控制部判定动力运行指令是否为最大动力运行指令以及电动机的旋转速度是否在恒定功率区域，在为最大动力运行指令且在恒定功率区域的情况下，对所述电流检测器检测出的电流值和为所述最大动力运行且在恒定功率区域之时的设想电流值进行比较，关于该比较的结果，在所述电流检测器检测出的电流值不大于所述设想电流值时，判定为所述电流检测器发生故障。
4.一种车辆用控制装置，其特征在于，具备：
转换器以及逆变器，经由变压器被供给受电弓接受到的电力，将该电力变换为用于驱动电动机的电力；
第1接触器，设置于所述变压器的二次侧线圈与所述转换器之间；第2接触器和电阻，与该第1接触器并联连接并且相互串联连接；
第1电压检测器及第2电压检测器，设置于所述转换器与逆变器之间；
第3电压检测器，与所述变压器的三次侧线圈连接；以及
控制部，
其中，该控制部在进行了控制以使得所述第2接触器闭合之后直到向所述转换器输出控制指令为止的期间，运算所述第1电压检测器以及第2电压检测器分别检测出的第1电压值和第2电压值的相加值，求出所述第3电压检测值检测出的第3电压值和运算出的所述相加值的电压差，比较该运算出的电压差和预先设定的阈值，关于该比较的结果，在电压差大于阈值时，判定为所述第3电压检测器发生故障。
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