CN1134375A

CN1134375A - 电动车控制系统

Info

Publication number: CN1134375A
Application number: CN95120008A
Authority: CN
Inventors: 沼崎光浩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: EP0734900A1; EP0734900B1; EG20960A; KR0182337B1; US5670851A; KR960033873A; DE69519984D1; DE69519984T2; CN1040627C

Abstract

一种电动车控制系统，用于控制多个主电机和一辅助电路，以便驱动电动车。该控制系统包括一第一断路器，一第一主电源变换器，将接收的直流电转变成第一交流电流供给第一主电机的。该控制系统还包括第二断路器和一辅助电源变换器，将接收的直流电转变成第二交流电供给辅助电路。此外还包括第二主电源变换器，将接收的直流电变成第三交流电供给第二主电机和辅助电路之一。另外还包括一开关装置，实现第二主电源变换器的两种转换方式。

Description

电动车控制系统

本发明涉及一种电动车控制系统，特别是一种用于控制驱动一电动车的多个电机和该电动车的辅助电路的电动车控制系统。

下面以这样的一个电动车控制系统为例，它包括多重变压变频(以下以“VVVF”表示)电源变换器，它们分别将直流变为VVVF交流电源，并将这些交流电能提供给电动车驱动电机，还包括恒压恒频(以下以“CVCF”表示)电源变换器，将直流变为CVCF交流电源，并将这个交流电源提供给电动车辅助电路。

在装有多个VVVF电源变换器的电动车中，VVVF交流电功率供给电动车的驱动电机，并且通过CVCF电源变换器，将CVCF交流电功率提供到电动车辅助电路，当CVCF电源变换器断电时，可控制VVVF电源变换器中的一个为电动车辅助电路供给CVCF交流电功率。采用这种方式，可以不间断地使电动车运行，保证电动空气压缩机、电池充电器和电动冷风机等电动车辅助电路的负载的正常运行。这种控制系统的例子可参见专利公开公报第Heisei 3-98401号的内容。

上述专利公开公报第Heisei 3-98401号(Kokai)图1展示了一电路图，其中多个断路器2均装在多个VVVF电源变换器5之前。但是在当今的大多数情况下，是在多个VVVF电源变换器和电源之间装有一共用的断路器。其原因是为了控制电动车驱动电机。需要有多个VVVF电源变换器。然而，对于各断路器的部件没有特殊要求。另外，由于断路器是具有触头的一种设备，从运行维护的角度看，需要一公用断路器。图7是一种基于上述原理形成的常规的电动车控制系统的方框图。在图7中，多个VVVF电源变换器(以下简称“VVVF变换器”)的正输入端子5a-5d分别通过一断路器2a和滤波电抗器3a-3d连接到导电架1。它们的负输入端则通过车轮接地。滤波电容器4分别连接在VVVF变换器5a-5d的正极和负极输入端上。电动车驱动电机(以下简称“主电机”)6a-6d分别连接到变换器的输出端上。VVVF变换器5a-5d中的VVVF变换器5d受到控制器7的控制，因此它也能起CVCF电源变换器的作用，控制器7包括一逆变器控制公用装置(以下简称“公用装置”)7a，用于操纵构成VVVF逆变器5d的开关装置；一个VVVF控制器7b，用于产生操作开关装置的驱动信号，从而将直流功率变换成VVVF交流功率；一CVCF控制器7c，用于产生操作开关装置的驱动信号，使直流功率转换成CVCF交流电功率；以及转换装置8，用于控制转换开关81-83。

CVCF电源变换器(以下简称“CVCF逆变器”)的正输入端9通过一断路器2b和一滤波电抗器3e与导电架1相连接，它的负输入端通过车轮接地。滤波电容器4连接在CVCF逆变器9的正负输入端之间。而且，变压器11的初级侧通过一滤波电路10连接到其输出端。电动车辅助电路14连接到变压器11的次级侧，它包括VVVF逆变器5a-5d的控制电路和驱动电动车等的冷却电阻器(未示出)的电吹风机的控制电路。

而且，转换开关81位于公用装置7a、VVVF控制装置7b和CVCF控制器7c之间，转换开关82位于VVVF逆变器5d和主电机6d及滤波电路10之间，转换开关83位于CVCF逆变器9和滤波电路10之间。这些转换开关81-83由转换装置8控制实现联锁动作。此外，断路器2b由转换装置8操纵。

在这种结构的电动车控制系统中，当CVCF逆变器9断开时，转换装置8检测出这一情况，并变换各开关81-83，使它们从图7所示的一侧(x端子侧)转换到与其相反的一侧(y端子侧)。接着转换装置8断开断路器2b。然后CVCF逆变器9与电动车辅助电路14脱开。在该处，预定的专门的VVVF逆变器5d与主电机6d脱开，而与滤波电路10连接。同时，代替VVVF控制器7b的CVCF控制器7c与公用装置7a连接。因此，VVVF逆变器5d起CVCF逆变器作用，其输出通过滤波电路10提供给变压器11。

在这种状态下，如果由于导电架1与架空电线脱开使流过VVVF逆变器5a-5c的电流过大，有时保护动作使断路器2a打开，同样，如果从驾驶室输出一指令，例如指令电源断开，断路器2a会以同样方式断开。在这种情况下，提供给VVVF逆变器5d(作为电动车辅助电路14的电源)的电功率也中断。因此，会产生不能向电动车辅助电路14提供电源的问题。

本发明的目的是提供一种电动车控制系统，它能不间断地向电动车辅助电路馈给交流电功率，尤其是在辅助电源变换器中断的情况下，而且不取决于负责提供交流功率给主电机的主电源变换器的状态。

本发明的这些和其他目的是这样实现的，这种控制多个驱动电动车的主电机和电动车的辅助电路的电动车控制系统，包括第一断路器和一第一主电源变换器，其输入端与第一断路器相连，其输出端与多个主电机中的第一主电机相连，用于通过第一断路器接收直流电功率，并将直流电功率转变成第一交流电功率，提供给第一主电机。这个控制系统还包括第二断路器，和辅助电源变换器，其输入端与第二断路器相连，输出端与辅助电路相连，用于通过第二断路器接收直流电功率，将其转换成第二交流电功率，供给辅助电路。这个控制系统还包括第二主电源变换器，其输入端与第一和第二断路器之一相连，其输出端与多个主电机中的第二主电机和辅助电路之一相连，用于通过第一和第二断路器之一接收直流电功率，并将直流电功率变换成第三交流电功率，继而将交流电功率提供给第二主电机和辅助电路之一。这个控制系统还包括用于转换第二主电源变换器的开关装置，当辅助电源变换器正常工作时，该开关使第二主变换器的输出端连接到第二主电机，从而提供第三交流电功率到第二主电机，并且当辅助电源变换器出故障时，使第二主电源变换器的输入侧连接到第二断路器，第二主电源变换器的输出侧连接到辅助电路，提供第三交流电功率到该辅助电路。

下面结合附图详细描述本发明，从而利于更好地理解本发明的概貌和优点，附图为：

图1是本发明第一个实施例的电动车控制系统的方框图；

图2是本发明第二个实施例的电动车控制系统的方框图；

图3是本发明第三个实施例的电动车控制系统的方框图；

图4是本发明第四个实施例的电动车控制系统的方框图；

图5是本发明第五个实施例的电动车控制系统方框图；

图6是本发明第六个实施例的电动车控制系统方框图；

图7是现有技术的电动车控制系统的方框图。

现在参照附图描述本发明的各实施例，其中同样的标号表示相同的部件或各附图中相对应的部件。

图1是表示本发明第一实施例的电动车控制系统的方框图。滤波电抗器3a-3d和多个VVVF逆变器5a-5d的正输入端经断路器2a连接到导电架1上，而VVVF逆变器5a-5d的负输入端经车轮接地。滤波电容器4连接在VVVF逆变器5a-5d的正和负输入端之间。多个主电机6a-6d连接到VVVF逆变器5a-5d的相应输出端上。这些VVVF逆变器5a-5d中的5d由控制器7控制，它也能用CVCF逆变器驱动。控制器7包括驱动VVVF逆变器5d的开关装置的公共装置7a；产生操作该开关装置的驱动信号的VVVF控制器7b将直流电变为VVVF交流电；CVCF控制器7c产生操作该开关装置的驱动信号，将直流电变成CVCF交流电；转换装置8A控制转换开关81-83，开关84、85和86。

CVCF逆变器9的正输入端经过断路器2b和滤波电抗器3e连接到导电架1上，其负输入端通过车轮接地。滤波电容器4连接到CVCF逆变器9的正和负输入端之间。而且，变压器11的初级侧通过滤波电路10连接到其输出端。电动车辅助电路14包括VVVF逆变器5a-5d的控制电路和驱动冷却电阻器用电吹风机的电路，该辅助电路连接到变压器11的次级侧。

另外，转换开关81位于公用装置7a和VVVF控制器7b和CVCF控制器7c之间，转换开关82位于VVVF逆变器5d和主电机6d和滤波电路10之间，转换开关83位于CVCF逆变器9和滤波电路10之间。开关84位于断路器2a和滤波电抗器3d之间；开关85位于断路器2b和滤波电抗器3e之间；86连接断路器2b和滤波电抗器3d。这些转换开关81-83，开关84、85和86由转换装置8控制，实现互联操作。

下面说明以上述方式构成的第一实施例的操作过程。正常情况下，转换开关81-83位于x端子侧，开关84和85均闭合(即“接通”)，而开关86打开(即断开)，如图1所示是由转换装置8实现的。因此，VVVF逆变器5a-5d将来自导电架1的直流电变换成相应于驱动指令(未示出)的VVVF交流电，并将交流电提供给主电机6a-6d。并且，CVCF逆变器9将来自导电1的直流电转换成CVCF交流电，并将这些交流电提供给电动车辅助电路14。

这里，滤波电抗器3a-3e和滤波电容器4降低了架空电线电压的脉动分量。此外，它们也减小了分别由VVVF逆变器5a-5d和CVCF逆变器9产生的高频电流。滤波电路10使CVCF逆变器9输出的波形变形为正弦波，并提供该形态的波形到变压器11。

下面说明由于CVCF逆变器9本身或控制它的CVCF控制器(未示出)损坏使CVCF逆变器9的输出为零的情况(以下简称为CVCF逆变器9故障)。此时，变压器11的次级侧电压也变为零。当CVCF逆变器9故障时，转换装置8按常规方式检测出这个故障并转换和连接每个转换开关81-83到与图1所示状态(x端子侧)相反的一侧(y端子侧)。同时它还变换开关84和85到打开位置，变换开关86到闭合位置。

这样，CVCF逆变器9通过转换开关83与电动车辅助电路14脱离连接。VVVF逆变器5d的输出端与主电机6d断开，VVVF逆变器5d的输出端这时经开关82连接到滤波电路10。CVCF逆变器9通过开关85与导电架1断开，VVVF逆变器5d由开关84与断路器2a断开。接着，将开关86闭合，直流电从导电架1经断路器2b送到VVVF逆变器5d上。而且，CVCF控制器7c由转换开关81变换连接到公共单元7a(取代与VVVF控制器7b的连接)，CVCF控制器7c产生驱动信号，输出到公共单元7a，使包括VVVF逆变器5d的开关动作，将直流电功率变成CVCF交流电。公共单元7a根据这些驱动信号驱动开关。因此，VVVF逆变器5d起一个CVCF逆变器的作用。使从VVVF逆变器5d输出的CVCF交流电通过滤波电路10和变压器11提供给电动车辅助电路14。

VVVF逆变器5d从导电架1通过断路器2b接收直流电源，即使当由于某种原因或由VVVF逆变器5a-5c所产生的过流导致断路器2a打开时，逆变器5d仍能连续地将CVCF交流电提供给电动车辅助电路14。

当采用上述第一实施例时，即使CVCF逆变器9故障，CVCF交流电仍可由VVVF逆变器5d供给电动车辅助电路14。同时，VVVF逆变器5d可提供CVCF电功率到电动车辅助电路14，但不受其他VVVF逆变器5a-5c的运行状态的影响。

图2是本发明第二实施例的电动车控制系统方框图。在该实施例中，VVVF逆变器5a-5c分别经断路器2a和滤波电抗器3a-3c连接到导电架1。VVVF逆变器5a和CVCF逆变器9分别经断路器2b和滤波电抗器3d和3e连接到导电架1。

因此在正常情况下，直流电功率经断路器2a提供给VVVF逆变器5a-5c，同时直流电功率经断路器2b提供给VVVF逆变器5d和CVCF逆变器9。之后，当CVCF逆变器9本身或其控制装置故障时，转换开关8B转换并且连接每个开关81-83到与图2所示的状态(x端子侧)相反的一侧上(y端子侧)。因此，VVVF逆变器5d作为一个CVCF逆变器工作，因而由VVVF逆变器5d输出的CVCF交流电功率经滤波电路10和变压器11提供给电动车辅助电路14。VVVF逆变器5d从导电架1经断路器2b接收直流电源。于是，即使由于VVVF逆变器5a-5c产生的过流或其他原因使断路器2a断开，VVVF逆变器5d可连续提供CVCF交流电功率给电动车辅助电路14。

图3是本发明第三实施例的电动车控制系统的方框图，在本实施例中，VVVF逆变器15a经断路器2a和滤波电抗器13a连接到导电架1上，其输出端并行连接到多个主电机6a-6c上。一滤波电容器14a连接在VVVF逆变器15a的正和负输入端上。而且，VVVF逆变器5d经断路器2a和滤波电抗器3d连接至导电架1上，其输出端子连接至主电机6d。其余的组成部分和操作与第一实施例相同。这就是说，本实施例应用于具有VVVF逆变器15a的系统，它能集中控制主电机6a-6c，而由VVVF逆变器5d单独控制主电机6d。当然，采用这个实施例同样可获得与第一实施例一样的效果。

图4是本发明第四个实施例的电动车控制系统的方框图。在本实施例中，VVVF逆变器15a经断路器2a和滤波电抗器13a连接到导电架1上，其输出端并行连接到主电机6a-6c。滤波电容器14a连接在VVVF逆变器15a的正和负极输入端之间。而且VVVF逆变器5d和CVCF逆变器9经断路器2b和滤波电抗器3d和3e连接到导电架1上。其余的组成部分和操作同第二实施例相同。这就是说，这个实施例用于具有集中控制型VVVF逆变器15a和单独控制型VVVF逆变器5d(与第三实施例一样)的系统。采用本实施例可取得与第二实施例相同的效果。

在上述第三和第四实施例中，已给出了连接到VVVF逆变器15a的输出端上的三个主电机6a-6c的例子，但本发明并不局限于此。也可将两个主电机6a和6b连接到VVVF逆变器15a的输出端，同时将其余两个主电机6c和6d通过开关82接到VVVF逆变器5d的输出端上。在这种情况下，由于两个主电机6c和6d连接到VVVF逆变器5d的输出端，在CVCF逆变器9损坏时，通过开关82可将两个主电机6c和6d与VVVF逆变器5d脱离，因此，除了断开主电机6c之外，采用本方案也可分别取得与第三和第四个实施例相同的效果。

图5是本发明第五个实施例的电动车控制系统的方框图，在本实施例中，开关87、88和89取代了第一实施例中的开关84、85和86。开关87、88和和89的位置不同于第一实施例中开关84、85和86的位置，其余组件相同。换句话说，开关87位于滤波电抗器3d和VVVF逆变器5d之间；开关88位于电抗器3e和CVCF逆变器9之间；开关89位于电抗器3e和VVVF逆变器5d之间。正常情况下，开关87和88接通，开关89断开，如图5所示。但当CVCF逆变器9或其控制电路故障时，由控制器7的转换装置8A控制，开关87和88断开，开关89接通。因此，当CVCF逆变器9故障时，VVVF逆变器5d通过断路器2b和滤波电抗器3e从导电架1接收直流电功率。在本实施例中，VVVF逆变器5a-5d和CVCF逆变器9的滤波电容器4的常数分别设定为相同值。滤波电抗器3d的电感值例如为23mH，而电抗3e的电感值为23-60mH，而且根据电动车辅助电路14的负载是变化的。这样，当CVCF逆变器9故障时，从断路器2b侧看进去的VVVF逆变器5d的滤波器常数值和CVCF逆变器9正常连接侧的CVCF逆变器9的值相同。因此，当由VVVF逆变器5d将CVCF交流电功率供给电动车辅助电路14时，架空线的高次谐波降低效应可与正常运行时相同。

图6是本发明第六个实施例的电动车控制系统的方框图。在本例中，取代第一例中的开关84，配置了开关84a-84d，用于断开各VVVF逆变器5a-5d的直流输入端子，其余电路相同。这些开关84a-84d正常时如图6所示是闭合的，当任何一个VVVF逆变器5a-5d由于故障或任何原因不能工作时，这些VVVF逆变器5a-5d中出故障的那个VVVF逆变器由相应的一个开关84a-84d之一断开，正常工作由其余的VVVF逆变器5a-5d来完成。在这种系统中，开关84d断开已停止工作的VVVF逆变器5d，当CVCF逆变器9不工作时，开关84d可用作使VVVF逆变器5d与断路器2a断开的开关。

在上述实施例中，所采用的本发明的电动车控制系统包括多个将交流VVVF电功率供给各相关主电机的VVVF逆变器和将CVCF交流电动率供给电动车辅助电路的CVCF逆变器。

但本发明并不局限于这些实施例。本发明的电动车控制系统也可包括多个主电源变换器和一个辅助电源变换器，前者用于将直流变为第一交流电功率，并提供到各主电机，后者用于将直流功率变成第二交流电功率，并提供到电动车的辅助电路。

采用如上所述的本发明，即使辅助电源变换器不能将第二交流电功率馈给辅助电路，从上述主电源变换器中之一可连续地稳定地向电动车辅助电路提供第二交流电功率，同时能向各主电机馈给第一交流电功率，这些操作与其他主电源变换器的工作状态是无关的。

显然在上述内容教导下，还可得到本发明的各种改进和变型。因此可以理解，这些改进均在所附的权利要求范围内，无需再特别说明。

Claims

1.一种电动车控制系统，用于控制多个驱动电动车的主电机和所述电动车的辅助电路，所述控制系统包括：

第一断路器；

第一主电源变换器，其输入侧与第一断路器连接，其输出侧与多个主电机中的第一主电机相连，用于通过第一断路器接收直流电功率，并将所述直流电变成第一交流电功率馈给第一主电机；

第二断路器；

一个辅助电源变换器，其输入侧与第二断路器相连，其输出侧与所述辅助电路相连，用于通过第二断路器接收所述直流电功率，并将所述直流电变成第二交流电功率馈给所述辅助电路；

第二主电源变换器，其输入侧与所述第一和第二断路器中之一相连，其输出侧与多个主电机中的第二主电机及所述辅助电路之一相连，用于通过所述第一和第二断路器中之一接收直流电功率，并将所述直流电转换成第三交流电功率，分别馈给所述第二主电机和辅助电路中之一；以及

开关装置，用于控制所述第二主电源变换器，当所述辅助电源变换器是正常工作时，第二主变换器的输出侧与所述第二主电机接通，将所述第三交流功率提供给第二主电机，并且当所述辅助电源变换器损坏时，所述第二主电源变换器的所述输入侧连接到所述第二断路器，所述第二主电源变换器的输出侧连接到所述辅助电路，以便向所述辅助电路馈给第三交流电功率。

2.根据权利要求1的电动车控制系统，其特征在于所述开关装置可实现所述第二主变换器的两种变换方式，当所述辅助电源变换器是正常的时，所述第二主变换器将直流电转换为等同于第三交流电的第一交流电功率，并将所述第一交流电作为第三交流电功率馈给所述第二主电机，当所述辅助电源变换器故障时，所述第二主变换器将所述直流电变成所述第二交流电功率，并作为所述第三交流电功率提供给所述辅助电路。

3.根据权利要求2的电动车控制系统，其特征在于所述第一主电源变换器是变压变频的电源变换器，用于将所述直流电转换成变压变频的交流电，并将其作为第一交流电供给所述第一主电机；

所述辅助电源变换器是一恒压恒频电源变换器，用于将所述直流功率变成恒压恒频的交流功率，作为第二交流电功率供给所述辅助电路；以及

所述第二主变换器，将所述直流电变成所述变频变压的交流电，作为第三交流电功率，当所述恒压恒频率的电源变换器正常工作时，所述变压变频的第三交流电功率供给第二主电机，而当所述恒压恒频的电源变换器故障时，所述第二主变换器将所述直流功率变成恒压恒频的交流电功率，作为第三交流电功率供给所述辅助电路。

4.根据权利要求2的电动车控制系统，其特征在于所述开关装置包括：

第一转换开关，用于实现所述第二主电源变换器的所述两种变换方式；

第二转换开关，位于所述第二主电源变换器的输出侧和所述第二主电机之间；

第三转换开关，位于所述第二主电源变换器的输出侧和所述辅助电路之间；

第一开关，位于第一断路器和第二主电源变换器之间；

第二开关，位于第二断路器和辅助电源变换器之间；以及

第三开关，位于第二断路器和第二主电源变换器之间。

5.根据权利要求4的电动车控制系统，其特征在于还包括：

第一滤波电抗器，连接在第一断路器和第一主电源变换器之间；

第二滤波电抗器，连接在第二开关和辅助电源变换器之间；以及

第三滤波电抗器，连接在第一开关和第二主电源变换器之间；

其中所述第三开关位于第二断路器和第三滤波电抗器之间。

6.根据权利要求4的电动车控制系统，其特征在于还包括：

第二滤波电抗器，连接在第二断路器和第二开关之间；

第三滤波电抗器，连接在第一断路器和第一开关之间；

其中所述第三开关位于所述第二滤波电抗器和第二电源变换器之间。

7.根据权利要求2的电动车控制系统，其特征在于，所述第二主电源变换器的输入侧连接到第二断路器上。

8.根据权利要求7的电动车控制系统，其特征在于，所述开关装置包括：

第一转换开关，用于实现所述第二主电源变换器的两种变换方式；

第二转换开关，位于所述第二主电源变换器的输出侧和第二主电机之间；

第三转换开关，位于所述第二主电源变换器的输出侧和所述辅助电路之间。

9.根据要求2或7的电动车控制系统，其特征在于：

所述第一主电源变换器包括多个并联的主电源变换器；

所述第一主电机包括多个并联连接的主电机；

每个所述主电源变换器的输入侧连接到第一断路器上，其输出侧连接到所述主电机之一上，通过第一断路器接收直流电功率，并将所述直流电功率转变成第一交流电功率，提供给所述主电机之一。

10.根据权利要求2或7的电动车控制系统，其中：

所述第一主电机由多个并联连接的主电机构成；

所述第一主变换器的输入端连接到第一断路器，其输出端连接到多个主电机，通过第一断路器接收直流电功率，并将所述直流功率转变成第一交流电功率供给多个主电机。