CN1470414A - 电车控制装置 - Google Patents
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Abstract
将PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的开关装置的热损耗限制到最低限,一直到电车停止为止确保充分的制动器力。在电动机(12)的旋转速度下降到规定值以下的时刻,控制电动机的扭矩使其以规定的变化率减少的电车控制装置中,设置限制电流指令运算器(2)输出的扭矩电流指令(A)Ipq-a的电流限制器(4);在电动机的旋转速度在减速过程中达到规定速度以下的范围内时,限制扭矩电流指令,使其成为比该指令值小的指令值(B)Iqp-b;另外,将由载波发生器(7)控制电流变频器(9)的开关装置时生成的PWM信号的载波频率,控制为比在电动机的旋转速度达到规定值时刻的载波频率小。
Description
技术领域
本发明涉及电车控制装置,特别涉及利用电气制动器停止的电车控制装置。
背景技术
目前现有电车制动器控制方式的主要倾向是,将电气制动器与空气制动器并用的[电、空混合制动器控制方式]。在该方式下速度变为规定速度以下时,将回生(电气)制动器力逐步减小的同时,停止为止将空气制动器代为逐步提升,最终仅用空气制动器停止。通过将从该电气制动器到空气制动器的切换控制为使两种制动器力的和成为一定,一直停止为止维持大致一定的减速力。
一方面,最近的电车上采用的例子较多的制动器控制方式是,电车停止为止回生(电气)制动器起作用的[全电气制动器终速控制(电气停止制动器控制)]。在该方式下即使速度接近于零也可以确保高精度的转矩反应性,所以对于自动运动时正确停止位置控制的实现极为有效。
该全电气制动器终速控制(电气停止制动器控制)的实践方案,比如有特开2001-251701号公报中记载的电车控制装置。
在电、空混合制动器控制中,从速度10km/h左右时开始将逐步提高回生(电气)制动器力,至少在速度1km/h时将回生(电气)制动器力完全下降为零。即,在速度不足1km/h接近零的情况下,回生(电气)制动器的力完全不起作用。
另一方面,在全电气制动器终速控制(电气停止制动器控制)中,直到速度接近零为止作用期望的回生(电气)制动器力,并从速度接近零开始向零速度迅速施加回生(电气)制动器力。也就是,在速度不足1km/h接近零的情况下,作用回生(电气)制动器力。
最近的多数电车进行根据PWM(脉冲调制)变频器控制的电动机扭矩控制,在考虑到回生(电气)制动器力动作时接近零速度的有无制动器力的情况下,可以设想如下问题。
停止为止回生(电气)制动器动作的情况下,通过变频器频率零点移向逆向制动器模式(后进/动力运行模式)。有时在该变频器频率通过零点时,可能会发生U、V、W相之间的任何一个开关装置成为高通流率的电流集中。因该电流集中的热损耗导致开关装置的温度急剧上升,促进元件的经年老化,或者根据条件有时还会导致破坏装置。
发明内容
本发明的课题是,在用电气制动器停止的电车控制装置中,特别是将PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的开关装置的热损耗抑制到最低限,停止为止确保充分的制动器力的较佳电车控制装置。
为了解决上述问题,在电动机旋转速度下降到规定值以下的时刻,控制电动机的扭矩以规定的变化率减少的电车控制装置,具有:当电动机的旋转速度在减速过程中达到规定速度以下范围内时,控制电动机的扭矩,使其变得比上述电动机的旋转速度达到规定值时刻的扭矩指令值小的装置;和将控制构成电力变频器的半导体元件时生成PWM信号的载波频率,控制为比电动机的旋转速度达到规定值时刻的载波频率小的装置。
本发明的电车控制装置中,在停止为止回生(电器)制动器动作的情况下,为了使变频器频率通过零点时的开关装置的导通损耗包含在装置固有的性能范围内,而预先将开关装置的电流量减小。另外,为了使通过变频器频率零点时的开关装置的开关损耗在装置固有的性能范围内,而预先将控制开关装置时生成PWM信号的载波频率(载频)减低。
附图说明
图1是表示本发明的电车控制装置的一实施例的框图。
图2是表示本发明的电流限制器功能的框图。
图3是表示本发明的电流限制器的输入输出信号的时间关系的波形图。
图4是表示本发明的载波发生器功能的框图。
图5是表示本发明的载波发生器的输入输出信号的时间关系的波形图。
图6是表示本发明的实施例2的框图。
图7是表示本发明的实施例3的框图。
具体实施方式
下面,将本发明的实施例结合附图进行说明。
图1是表示本发明的电车控制装置的实施例1的框图。
操纵台1输出只启动制动器导通的制动器指令标记B。电流指令运算器2以制动器指令标记BCF、后述的速度运算器3输出的基准旋转速度信号Fr作为输入,输出励磁电流指令Idp、扭矩电流指令(A)Iqp-a。电流限制器4将制动器指令标记BCF、扭矩电流指令(A)Iqp-a、以及由后述的PWM变频器生成的成为交流电压波形基准频率的变频器频率Finv作为输入,输出在扭矩电流指令(A)Iqp-a加以限制的扭矩电流指令(B)Iqp-b。矢量控制运算器5将根据励磁电流指令Idp、扭矩电流指令(B)Iqp-b、根据电流检测器6a、6b、6c的电动机电流检出值iu、iv、iw以及速度运算器3输出的基准旋转速度信号Fr作为输入,输出由变频器输出电压指令Vp及由后述的PWM变频器生成的作为交流电压波形的基准频率的变频器频率Finv。载波发生器8将变频器频率Finv作为输入,输出用于将变频器输出电压指令Vp变换为PWM信号的载波CRW。PWM信号运算器8将变频器输出电压指令Vp与载波CRW作为输入,演算将构成PWM变频器8的主电路进行驱动的开关装置的门信号GP。PWM变频器9,将由直流电源10通过滤波电容器11获得的直流电力变换为三相交流电力,将该电力提供给感应电动机12。旋转速度检测器13检测出感应电动机12的旋转速度,并由速度运算器3变换为基准旋转速度信号Fr。
而且,在图1中将用PWM变频器驱动的感应电动机12与检测其旋转速度的旋转速度检测器13在2组中表示,但感应电动机12与旋转速度检测器13的数量并未限定,感应电动机12与旋转速度检测器13可由1组或者3组、4组…构成。
电流限制器4限制扭矩电流指令(A)Iqp-a的最大值,使构成PWM变频器8的主电路的开关装置动作时的热损耗不超过规格界限。其主要目的是通过限制流入开关装置中的电流值,抑制装置所产生的导通损耗。
该扭矩电流指令(A)Iqp-a的限制值根据对应于开关装置的热损耗的容许值(规格或者测定值)预先导出。另外,扭矩电流指令(A)Iqp-a特别是需要将变频器频率限制为接近零,并将限制值对应变频器频率进行调整,因此,将对应变频器频率的扭矩电流指令(A)Iqp-a的限制值做成列表提供。根据该列表限制扭矩电流指令(A)Iqp-a的最大值,但是该限制是仅限于制动器动作中即制动器指令标记BCF在启动状态时,而在制动器不进行动作的动力运行时或者惰力运行时,不对扭矩电流指令(A)Iqp-a进行限制而原样作为扭矩电流指令(B)Iqp-b输出。
根据该扭矩电流指令的限制,虽然发生得不到对应于制动器指令的回生(电气)制动器力的情况,但是如果将对应制动器力指令的回生(电气)制动器力的不足部分,可利用空气制动器等机械制动器装置补充而控制,那么就可确保必要的减速力。
载波发生器7是,为了使构成PWM变频器8的主电路的开关装置动作时的热损耗不超过规格界限,将生成控制开关装置的PWM信号的载波频率(载频),相对平时的频率(载频(A))减低(载波频率(B))。其目的主要是抑制对应开关装置的开/闭动作次数而增加的元件的开关损耗。
作为该载波频率的减低值的载波频率(B)虽然是根据对应开关装置的热损耗的容许值(规格或者测定值)预先导出,大概设定为100~500Hz。另外,该载波数频率的减低是在变频器的频率因减速通过而零之前进行。为此,设置检测变频器频率降低为规定值以下的情况的后述的变频器频率检测器19(图4),在因减速而在变频器频率通过零之前将载波频率从载波频率A确实地减低至载波频率B。该载波频率的减低只限于制动器中即制动器指令标记BCF处于启动状态时,在施力状态下不减低载波频率。
图2是表示本实施例的电流限制器性能的框图。在图2中,14表示限制器,15表示控制器值列表,16表示选择器。
扭矩电流指令(A)Iqp-a的最大值是由电流限制器14限制。变频器频率Finv在Finv2以上时限制器值为Iqp2,变频器频率Finv在Finv1以下时限制器值为Iqp1,并且随着变频器频率Finv从Finv2向Finv1减低,将限制器值从Iqp2减低至Iqp1。并且,为了抑制变频器频率Finv通过零点时的开关装置的导通损耗,在变频器频率Finv为零时电流限制器14的限制器值需成为Iqp1,因此,Finv1设定为大于零的值。
电流限制器14的限制器值是由控制器值列表15根据变频器频率Finv来决定。作为电流限制器14的输出的扭矩电流指令(B)Iqp-b,由选择器16根据制动器指令标记BCF以如下方式进行选择:在制动器指令标记BCF处于启动(1)状态时,当作制动器动作过程中而选择电流限制器14的输出值;在制动器指令标记BCF处于关闭(0)状态时,当作动力运行中或者惰力运行中而将扭矩电流指令(A)Iqp-a原样输出。
图3是,表示本发明电流限制器的输入输出信号的时间关系的波形图。
由制动器指令标记BCF的启动(1),将扭矩电流指令(A)Iqp-a提升到相当于必要制动器力的电流值。因为变频器频率Finv从Finv2到Finv1之间的电流限制器的限制器值从Iqp2逐步减低为Iqp1,因此,扭矩电流指令(B)Iqp-b将扭矩电流指令(A)Iqp-a以根据限制器值限制的值输出。并且,为了抑制通过变频器频率Finv通过零点时的开关装置的导通损耗,在变频器频率Finv为零时电流限制器14的限制器值需要成为Iqp1,所以Finv1设定为大于零的值。
在该扭矩电流指令(B)Iqp-b中,虽然不能得到回生(电气)制动器中必要的制动器的力,但是通过将对应制动器力指令的回生(电气)制动器力的不足部分,利用空气制动器等的机械制动器装置进行补充,由此确保必要的减速力。
本实施例中,根据这些结构,在用电气制动器停止的电车控制装置中,特别是限制通过PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的扭矩电流指令的最大值,并通过限制向开关装置流入的电流值,抑制开关装置的导通损耗,而且可以将热损耗控制到最低限,并且可实现停止为止可确保充分的制动器力的电车控制装置。
图4是表示本发明的载波发生器功能的框图。在图4中,17表示载波频率(A)设定部,18表示载波频率(B)设定部,19表示变频器频率检测部,20表示逻辑乘积电路,21表示选择器,22表示载波发生部。
载波发生部(A)是通常回生(电气)制动器动作时的载波频率,考虑开关装置的规格,PWM变频器控制方式,变频器电流的谐波成分等而综合决定。在此,载波频率(A)不限于一定的频率,根据变频器的输出电压指令进行变化。载波频率(B)根据对应于开关装置的热损耗的容许值(规格或者测定值)预先导出,但大致设定为100~500Hz。
制动器指令标记BCF启动(1)时,并且,在用变频器频率检测器19检测出变频器频率在Finv2以下的状况时,逻辑乘积电路20将载波频率减低标记FCL启动(1)输出,并且将选择器21由载波频率(A)切换为载波频率(B)。基本载波发生部22根据该载波频率(B)在制动器指令标记BCF启动期间发出载波CRW。
图5是表示本发明的载波发生器的输入输出信号的时间关系的波形图。
制动器指令标记BCF启动(1)时,若变频器频率Finv处于Finv2以上,则载波频率成为载波频率(A)。在通过减速变频器频率Finv达到Finv1时,载波频率减低标记FCL成为启动状态,载波频率由载波频率(A)向载波频率(B)移动。并且,载波频率的减低需要在变频器频率成为零之前完成,所以Finv1设定为大于零。
在本实施例中通过这些结构,在用电气制动器停止的电车控制装置中,特别是利用减低PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的载波频率,来抑制对应开关装置的开/闭动作次数而增加的装置的开关损耗,并且可以将热损耗控制到最低限,从而可实现停止为止可确保充分的制动器力的电车控制装置。
图6是表示本发明的第二实施例的框图。
本实施例具有与图1所示的本发明的第一实施例相同的结构,其与本发明的第一实施例的不同之处在于,在载波发生器7中,不能进行将PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的载波频率从载波频率(A)减低为载波频率(B)的工作。因此,构成PWM变频器8的主电路的开关装置的开/闭控制是由载波频率(A)进行。
另一方面,在本实施例中,如图2、图3中所做的说明,根据电流限制器14限制PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的扭矩电流指令的最大值,限制开关装置内流入的电流值的过程是与本发明的第一实施例同样地进行。
由此,在本实施例的用电气制动器停止的电车的控制装置中,特别是抑制PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的开关装置的导通损耗,并且可以将热损耗控制到最低限,从而可实现停止为止可确保充分的制动器力的电车控制装置。
图7是表示本发明的第三实施例的框图。
本实施例比图1所示的本发明的第一实施例的不同之处在于省略了电流限制器14的这一点上,其他相同。
另一方面,在本实施例中,如在图4、图5说明的那样,在载波发生器7中,在将PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的载波频率从载波频率(A)减低为载波频率(B)的过程是与本发明的第一实施例同样地进行。
由此,在本实施例的电气制动器停止的控制装置中,也特别是利用减低PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的载波频率,抑制对应开关装置的开/闭的动作次数而增加的开关损耗,并且可将热损耗控制到最低限,从而可实现停止为止可确保充分的制动器力的电车控制装置。
如上述说明,根据本发明,在用电气制动器停止的电车控制装置中,特别是控制PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的扭矩电流指令的最大值,并且限制开关装置内流入的电流值,而且抑制开关装置的导通损耗,并且可以将热损耗控制到最低限,从而可实现停止为止可确保充分的制动器力的电车控制装置。
另外,在用电气制动器停止的电车控制装置中,特别是利用减低PWM变频器控制的动作频率(变频器频率)通过零点时的载波频率,抑制对应开关装置的开/闭动作次数而增加的元件的开关损耗,并且可以将热损耗控制为最低限,从而可实现停止为止充分的制动器力的电车控制装置。
Claims (3)
1.一种电车控制装置,具备驱动电动机的电力变频器、检测出上述电动机的旋转速度的装置、在上述电动机的旋转速度下降到规定值以下的时刻控制上述电动机的扭矩以规定的变化率减少的上述电力变频器的控制装置,其特征在于,其具有,
当上述电动机的旋转速度在减速过程中达到规定速度以下范围内时,控制上述电动机的扭矩,使其变得比上述电动机的旋转速度达到规定值时刻的扭矩指令值小的装置;将控制构成上述电力变频器的半导体元件时生成PWM信号的载波频率,控制为比上述电动机的旋转速度达到规定值时刻的载波频率小的装置。
2.一种电车控制装置,具备驱动电动机的电力变频器、检测出上述电动机的旋转速度的装置、在上述电动机的旋转速度下降到规定值以下的时刻控制上述电动机的扭矩以规定的变化率减少的上述电力变频器的控制装置,其特征在于,其具有,
当上述电动机的旋转速度在减速过程中达到规定速度以下范围内时,控制上述电动机的扭矩,使其变得比上述电动机的旋转速度达到规定值时刻的扭矩指令值小的装置。
3.一种电车控制装置,具备驱动电动机的电力变频器、检测出上述
电动机的旋转速度的装置、在上述电动机的旋转速度下降到规定值以下的时刻控制上述电动机的扭矩以规定的变化率减少的上述电力变频器的控制装置,其特征在于,其具有,
当上述电动机的旋转速度在减速过程中达到规定速度以下范围内时,将控制构成上述电力变频器的半导体元件时生成PWM信号的载波频率,控制为比上述电动机旋转速度达到规定值时刻的载波频率小的装置。
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