JP2008228451A - 鉄道車両の駆動システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉄道車両の駆動システムが、電力線から電力を得る集電手段と、電力線電力に基づく高圧直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、インバータ手段により駆動される電動機と、低圧直流電力を供給する電力蓄積手段と、高圧直流電力の部分と低圧直流電力の部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段と、通流電流を検出する手段と、高圧直流電力の電圧を検出する手段と、これらの各手段を制御する制御手段とを備えており、高圧直流電力の部分と低圧直流電力の部分問の通流電流を調整制御するスイッチ手段を、直流電力の電圧検出値の変化量と通電電流の検出値に基づいて制御する。
【選択図】図1
Description
すなわち、回生ブレーキ電流I_regenからは架線瞬断の瞬間的に判断できないが、架線瞬断時は回生ブレーキ電流I_regenによりインバータ装置の直流電圧V_dcが急増することから、インバータ装置の直流電圧V_dcの時間変化率(d/dt)V_dcを求めることで、架線瞬断の検知が可能である。具体的には、インバータ装置の直流電圧の時間変化率(d/dt)V_dcが所定値を超えることにより、架線瞬断の発生を検知できる。
次に、スイッチング素子8aを周期的にオン/オフすることにより、蓄電装置12に電力を充電する制御について説明する。
以上の構成により、電圧センサ6aの直流電圧検出値V_dcの時間変化率dV_dc/dtを制御装置10で演算し、dv_dc/dtが所定値を超えたとき、電流センサ7dの電流検出値I_btrを、所定の充電電流指令値I_abs_cmb(図示しない)に追従するように、ゲートアンプ9a,9bの出力であるゲートパルス信号GP1,GP2を制御して、スイッチング素子8a,8bを駆動できる。
flg_i_up=1のとき、I_regen_cmd=I_regen_0(=P_regen/V_btr)
低位選択器56bは選択器53cの出力である。回生電流指令I_regen_cmdと、蓄電装置12が許容する最大充電電流(定格値)Imax_btr_ratのうち、小さい値を選んで制限つき回生電流指令値I_abs_cmd_lmtと、制限つき回生電流指令値I_regen_cmd_lmtのうち、小さい値を選んで連続回生電流指令値I_brfree_cmdを出力する。
まず、時間t0で運転台の操作によりブレーキプラグB_flgがオンする。これにより、直流部回生電力P_brkが立ち上がることで減速が始まり、ロータ周波数Frが減少する。運転台からのブレーキ指令が同じと仮定とすると、VVVF制御の変調率が100%(最大電圧)で、かつ電動機の電流特性が飽和しない領域で、直流部回生電力P_brkは最大となる。図3では、時間t1からt4(ロータ周波数Fr1からFr4)までの間で直流部回生電力P_brkが最大である状態を示している。
次に、スイッチング素子8bをオン/オフすることにより、蓄電装置12に電力に電力を充電する制御について説明する。
さらに、スイッチング素子8cをオン/オフすることにより、ブレーキ抵抗器13から直流部の電力を瞬時に熱エネルギに変換して放出する制御(ブレーキチョッパ制御)について説明する。
以上の構成により、電圧センサ6bの直流部電圧検出器V_dcの時間変化率dV_dc/dtを制御装置10で演算し、dV_dc/dtが所定値を超えたとき、電流センサ7eの電流検出器I_brrを、所定の充電電流指令値I_abs_cmd(図示していない)に追従するように、ゲートアンプ9cの出力であるゲートパルス信号GP3を制御して、スイッチング素子8cを駆動できる。
flg_i_up=1のとき、I_regen_cmd= I_regen_0(=P_regen/V_btr)
低位選択器56bは、選択器53cの出力である、回生電流指令I_regen_cmdと、蓄電装置12が許容する最大充電電流(定格値)Imax_btr_ratのうち、小さい値を選んで制限つき回生電流指令I_regen_cmd_lmtを出力する。高位選択器57aは、制限つき吸収電流指令値I_abs_cmd_lmtと、制限つき回生電流指令値I_regen_cmd_lmtのうち、小さい値を選んで連続回生電流指令値I_brfree_cmdを出力する。
次に、スイッチング素子8aを周期的にオン/オフすることにより、蓄電装置12に電力を充電する制御について説明する。
補助電源装置14は、蓄電装置12の出力端子直近に接続し、蓄電装置12に蓄えられた電力、架線から集電装置1を経て供給される電力、またはインバータ装置4から供給される電力をもとに、車両制御器の電源、証明の空調機のサービス機器に電源を供給する。前述のように、蓄電装置12にはインバータ装置14の回生制動電力より充電されるので、車両の停止中や力行中は、まず蓄電装置12に蓄えられた電力により補助電源装置14を駆動する。蓄電量が低下して、車両制御器やサービス機器に充分な電力を供給できないときは、前述のスイッチング素子9aをオン/オフすることにより、架線から集電装置1を経て供給される電力、またはインバータ装置4から供給される電力を蓄電装置12の電圧レベルにあわせて制御して補助電源装置14に供給する。
次に、スイッチイング素子8aをオン/オフすることにより、蓄電装置12に電力を充電する制御について説明する。
さらに、スイッチング素子8cをオン/オフすることにより、ブレーキ抵抗器13から直流部の電力を瞬時に熱エネルギに変換して放出する制御(ブレーキチョッパ制御)について説明する。
補助電源装置14は、蓄電装置12の出力端子に接続し、蓄電装置12に蓄えられた電力、架線から集電装置1を経て供給される電力、またはインバータ装置4から供給される電力をもとに、車両制御器の電源、照明や空調機のサービス機器に電源を供給する。前述のように、蓄電装置12にはインバータ装置14の回生制電電力より充電されるので、車両の停止中や力行中は、まず蓄電装置12に蓄えられた電力により補助電源装置14を駆動する。蓄電量が低下して、車両制御器やサービス機器に充分な電力を供給できないときは、前述のスイッチング素子9aをオン/オフすることにより、架線から集電装置1を経て供給される電力、またはインバータ装置4から供給される電力を蓄電装置12の電圧レベルにあわせて制御して補助電源装置14に供給する。
2 フィルタリアクトル
3 フィルタコンデンサ
4 インバータ装置
5 主電動機
6 電圧センサ
7 電流センサ
8 スイッチング素子
9 ゲートアンプ
10 制御装置
11 平滑リアクトル
12 蓄電装置
13 ブレーキ抵抗器
14 補助電源装置
51 変化率演算部
52 比較器
53 選択器
54 論理和回路
55 積分器
56 低位選択器
57 高位選択器
58 乗算器
59 除算器
60 加算器
61 ゲートパルス演算部
62 安定化制御器
101 リアクトル
102 蓄電装置
103 主スイッチ
104 平滑リアクトル
105 インバータ
106 モータ
107 平滑コンデンサ
108 直流電源
110 架線
111 スイッチング素子
113 電流検出器
114 電流検出器。
Claims (4)
- 電力線から電力を得る集電手段と、前記電力線電力に基づく高圧直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、低圧直流電力を供給する電力蓄積手段と、前記高圧直流電力の部分と前記低圧直流電力の部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段と、前記通流電流を検出する手段と、前記高圧直流電力の電圧を検出する手段と、これらの各手段を制御する制御手段を備え、
前記高圧直流電力の部分と前記低圧直流電力の部分問の前記通流電流を調整制御するスイッチ手段を、前記直流電力の電圧検出値の変化量と、前記通電電流の検出値に基づいて制御することを特徴とする鉄道車両の駆動システム。 - 電力線から電力を得る集電手段と、前記電力線電力に基づく高圧直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、低圧直流電力を供給する電力蓄積手段と、前記高圧直流電力の部分と前記低圧直流電力の部分間の通流電流を調整制御する第一のスイッチ手段と、前記通流電流を検出する手段と、前記高圧直流電力の電圧を検出する手段と、前記高圧直流電力を放電する抵抗手段と、前記抵抗手段の通流電流を調整制御する第二のスイッチ手段と、これらの各手段を制御する制御手段を備え、
前記抵抗手段の前記通流電流を調整制御する前記第二のスイッチ手段を、前記直流電力の電圧検出値の変化量に基づいて制御し、前記高圧直流電力の部分と前記低圧直流電力の部分間の前記通流電流を調整制御する前記第一のスイッチ手段を、前記通流電流の検出値に基づいて制御することを特徴とする鉄道車両の駆動システム。 - 電力線から電力を得る集電手段と、前記電力線電力に基づく高圧直流電力を交流電力に変換する第一のインバータ手段と、前記第一のインバータ手段により駆動される電動機と、低圧直流電力を供給する電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段の蓄電量を検出する手段と前記高圧直流電力部分と低圧直流電力部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段と、前記通流電流を検出する手段と、前記高圧直流電力の電圧を検出する手段と、これらの各手段を制御する制御手段を備え、前記電力蓄積手段の供給する低圧直流電力を交流電力に変換する第二のインバータ手段を備え、
前記高圧直流電力部分と低圧直流電力部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段を、前記高圧直流電力の電圧検出値の変化量と、前記通流電流の検出値と、前記蓄電量の検出値に基づいて制御することを特徴とする鉄道車両の駆動システム。 - 電力線から電力を得る集電手段と、前記電力線電力に基づく高圧直流電力を交流電力に変換する第一のインバータ手段と、前記第一のインバータ手段により駆動される電動機と、低圧置流電力を供給する電力蓄積手段と、前記電力蓄積手段の蓄電量を検出する手段と、前記高圧直流電力部分と低圧直流電力部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段と、前記通流電流を検出する手段と、前記高圧直流電力の電圧を検出する手段と、前記高圧直流電力を放電する抵抗手段と、前記抵抗手段の通流電流を調整制御するスイッチ手段と、これらの各手段を制御する制御手段を備え、
前記電力蓄積手段の供給する低圧直流電力を交流電力に変換する第二のインバータ手段を備え、前記放電手段の通流電流を調整制御するスイッチ手段を、前記高圧直流電力の電圧検出値の変化量に基づいて制御し、前記高圧直流電力部分と低圧直流電力部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段を、前記通流電流の検出値と、前記蓄電量の検出値に基づいて制御することを特徴とする鉄道車両の駆動システム。
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