MX2011009999A

MX2011009999A - Dispositivo de control de vehiculo electrico de ca.

Info

Publication number: MX2011009999A
Application number: MX2011009999A
Authority: MX
Inventors: Takeo Matsumoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2011-10-11
Also published as: AU2009343024A1; US8504230B2; WO2010109607A1; CN102361774A; US20110276214A1; BRPI0924752A2; ZA201106497B; EP2412558A1; EP2412558B1; JP4589448B2; JPWO2010109607A1; CA2756408A1; CN102361774B; KR20110119824A; EP2412558A4; AU2009343024B2; KR101227708B1; RU2479447C1

Abstract

Un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA que incluye un convertidor que convierte una entrada de voltaje de CA de un alambre aéreo de CA vía un transformador a un voltaje de CD, un inversor que convierte el voltaje de CD en un voltaje de CA, y un motor que es accionado y controlado por el inversor incluye: unidades de cálculo de orden de torsión que calculan un valor de orden de torsión del motor y envían el valor de la orden de torsión al inversor; y un inversor estático que suministra energía eléctrica a una carga montada en el vehículo de motor eléctrico de CA.

Description

DISPOSITIVO DE CONTROL DE VEHICULO ELECTRICO DE CA CAMPO TECNICO La presente invención se relaciona con un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA, y de manera más particular con un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA hace que, con una configuración simple, un inversor estático como un suministro de energía auxiliar (aquí posteriormente simplemente referido como "SIV") , el cual suministra energía eléctrica a un vehículo aún durante una perdida de energía aérea como un rebote de pantógrafo o paso de sección, opere continuamente.

La configuración de un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA en el pasado, un SIV es conectado a un circuito de enlace de CD intermedio de un dispositivo de conversión principal, es decir, un convertidor-inversor (aquí posteriormente simplemente referido como "CI") , el cual es un controlador de propulsión. En el aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA, esta configuración hace posible usar un convertidor de CA-CD por el SIV y un convertidor de CA-CD del CI en común y hace innecesario proporcionar un bobinado de manera terciaria de un transformador principal. Por lo tanto es posible realizar una reducción en el tamaño y peso de un componente eléctrico como un todo.

Por otro lado, cuando el vehículo de motor eléctrico de CA pierde energía aérea debido a un rebote del pantógrafo, paso de sección, o similar, usualmente, el aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA detiene la operación del CI usando una función que detecte la interrupción de servicio. Como resultado, el SIV también se detiene. Sin embargo, debido a que el SIV es un aparato que suministra la energía total para el vehículo, es deseable no detener el SIV tanto como sea posible. Para evitar que el SIV se detenga, es necesario adoptar medidas como, por ejemplo, incrementar la capacidad de un capacitor de filtro de suavización (aquí posteriormente simplemente referido como "FC") conectado al circuito de enlace de CD intermedio.

En la técnica relacionada descrita en el Documento de Patente 1 descrito anteriormente, es adoptado un método para continuar la operación del SIV conectando medios de acumulación de energía al circuito de enlace de CD intermedio. Específicamente, los medios de comunicación de energía incluyen una unidad de elemento de acumulación que incluye un capacitor que absorbe y acumula energía en la operación de alimentación de energía u operación regenerativa . Los medios de acumulación de energía están configurados para ser capaces de continuar la operación usando la energía acumulada en la unidad del elemento de acumulación en un estado en el cual la energía sea insuficiente como en el rebote de un pantógrafo o interrupción de servicio.

Documento de Patente 1: Solicitud de Patente Japonesa abierta al publico No. 2003-199354.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION EL PROBLEMA A SER RESUELTO POR LA INVENCION Sin embargo, en la técnica relacionada descrita en el Documento de Patente 1, para continuar la operación de SIV durante la perdida de energía aérea, existe el problema de que es necesario un incremento en el tamaño de la instalación o equipo adicional, por ejemplo, la capacidad del FC tiene que ser incrementada o tienen que ser agregados medios de acumulación de energía.

La presente invención ha sido ideada en vista de lo anterior y es un objetivo en la presente invención es obtener un aparato de control para un vehículo de energía eléctrica de CA que puede continuar la operación del SIV durante la perdida de energía aérea evitando a la vez un incremento del tamaño de la instalación o equipo adicional.

MEDIOS PARA RESOLVER EL PROBLEMA Para resolver los problemas anteriormente mencionados y lograr el objetivo anteriormente mencionado, un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA de acuerdo con un aspecto de la presente invención se construye de tal manera que incluya: un convertidor que convierta una entrada de voltaje de CA de un alambre aéreo de CA vía un transformador de un voltaje de CD, un inversor que convierta el voltaje de CD en un voltaje de CA, y un motor que sea accionado y controlado por el inversor, el aparato de control incluye: una unidad de cálculo de orden de torsión que calcula un valor de una orden de torsión del motor y envía el valor de la orden de torsión al inversor; y un inversor estático que suministra energía eléctrica a una carga montada sobre el vehículo de motor eléctrico de CA en donde cuando no es aplicado voltaje de CA al convertidor, la unidad de cálculo de la orden de torsión calcula un valor de orden de torsión regenerativo correspondiente al consumo de energía del inversor estático, sobre la base de una frecuencia del rotor del motor, una corriente de entrada del inversor estático, y un voltaje de entrada del inversor estático, y el inversor suministra, de acuerdo con el valor de la orden de torsión regenerativa, o energía regenerada generada por el motor al inversor estático.

EFECTO DE LA INVENCION De acuerdo con la presente invención, un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA incluye una unidad de cálculo de orden de torsión de freno regenerativo que incluye una de una primera unidad de procesamiento aritmético que calcula, durante una perdida de energía aérea debido a un rebote del pantógrafo o similar, sobre la base de una corriente de entrada de SIV, un voltaje de CD, y una frecuencia de rotor, un primer valor de orden de torsión regenerativa para compensar el consumo de energía de un SIV y una segunda unidad de procesamiento aritmético que calcula, sobre la base del voltaje de CD y la orden de voltaje de CD, un segundo valor de orden de torsión regenerativa al cual el voltaje de CD se vuelve constante. Por lo tanto, existe el efecto de que es posible continua la torsión del SIV durante la perdida de la energía aérea evitando a la vez un incremento del tamaño e instalación de equipo adicional BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama de bloques funcional en el cual se muestra principalmente la configuración de una unidad de cálculo de orden de torsión de freno regenerativa de acuerdo con una primera modalidad.

La figura 2 es un diagrama de bloques funcional en el cual se muestra principalmente la configuración de una unidad de cálculo de orden de torsión de freno regenerativa de acuerdo con una segunda modalidad.

EXPLICACIONES DE LAS LETRAS 0 NUMEROS I Pantógrafo 2 Transformador Principal 3 Convertidor 4 Inversor 5 Capacitor de filtro 6 Motor Principal 7 Inversor estático 8 Detector de corriente 9 Contactor 10 Circuito de enlace de CD intermedio II Unidad de cálculo de orden de torsión de freno regenerativa 12 Unidad de cálculo de orden de torsión de operación de energía/ orden de torsión de freno regenerativa . 13 Interruptor 21 Sustractor 22 Multiplicador 23 Divisor 24 Operador de PID 25 Adicionador de ganancia 26 Adicionador 27 Primera unidad de procesamiento aritmético 31 Segunda unidad de procesamiento aritmético Ec* Orden de voltaje de CD (referencia de voltaje de CD) EcO Voltaje de CD FM frecuencia del rotor (frecuencia del motor) Isv Corriente de entrada de SIV TPl Primer valor de orden de torsión regenerativa TP2 Segundo valor de orden de torsión regenerativa TRQ1, TRQ2 Valor de orden de torsión regenerativa MEJORES MODOS PARA LLEVAR A CABO LA INVENCION Las modalidades de un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA de acuerdo a la presente invención son ejemplificadas con detalle más adelante con referencia a las figuras. La presente invención no es limitada por las modalidades.

Primera modalidad.

Configuración de un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA.

La figura 1 es un diagrama de bloques funcional en el cual se muestra principalmente la configuración de una unidad de cálculo de orden de torsión de freno regenerativa de acuerdo con una primera modalidad. Un sistema de accionamiento de un vehículo de motor eléctrico de CA se muestra en la parte superior de la figura 1. Una unidad de cálculo de orden de torsión de freno regenerativa 11 (aquí posteriormente simplemente referida como "Unidad de cálculo 11") y una unidad de cálculo de orden de torsión de operación de energía/orden de torsión de freno regenerativa 12 (aquí posteriormente simplemente referida como "Unidad de cálculo 12") que forman un sistema de control para la torsión regenerativa se muestran en la parte inferior de la figura.

El sistema de accionamiento del vehículo de motor eléctrico de CA incluye, como componentes principales, un pantógrafo 1 al cual se alimenta energía del CA desde un alambre aéreo de CA, un transformador principal 2 que recibe, como una entrada, la energía de CA suministrada desde el pantógrafo 1, un convertidor 3 al cual es aplicado un voltaje de CA del transformador principal 2 y convierte el voltaje de CA en voltaje de CD, un inversor 4 que convierte la salida de voltaje de CD del convertidor 3 a una corriente alterna trifásica, un FC 5 que se proporciona sobre un lado de salida de CD del inversor 4 y suaviza el voltaje de CD del convertidor 3, un motor principal 6 que es accionado o excitado por un voltaje de CA del inversor 4, un inversor estático (aquí posteriormente simplemente referido como "SIV") 7 conectado a un circuito de enlace de CD intermedio 10, un detector de corriente (aquí posteriormente simplemente referido, "CT") 8 que se proporciona sobre un lado de entrada del SIV 7 y obtiene una corriente de carga y un contactor 9 como una unidad de abertura y de cierre que desconecta el transformador principal 2 y el convertidor 3.

Un extremo sobre el lado primario del transformador 2 se conecta al alambre aéreo de CA vía el pantógrafo 1 y el otro extremo se conecta a un riel que tiene potencial de conexión a tierra vía ruedas no mostradas ahora. En otras palabras, el transformador 2 está configurado para recibir, vía el alambre aéreo de CA, el pantógrafo 1, las ruedas, y el riel, energía eléctrica transmitida desde la estación de energía eléctrica no mostrada. Un aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA efectúa la conversión de energía explicada anteriormente y acciona el motor principal 6 durante la operación de alimentación de energía del vehículo de motor eléctrico. Sin embargo, durante el frenado, el aparato de control hace que el motor principal 6 actué como un generador. El inversor 4 opera en un modo de freno eléctrico y hace que un freno regenerativo actué.

Unidad de cálculo de orden de torsión de freno regenerativo La unidad de cálculo 11 incluye, como componentes principales, una primera unidad de procesamiento aritmético 30, una segunda unidad de procesamiento aritmético 31, y una sumadora 26. Además, la primera unidad de procesamiento aritmético 30 incluye una multiplicadora 22, un divisor 23 y una sumadora de ganancia 25. La segunda unidad de procesamiento aritmético 31 incluye un sustractor 21 y un operador de PID 24. La unidad de cálculo 11 configurada de esta manera calcula un valor de la orden de torsión regenerativa TRQ1 par hacer que el SIV 7 continué operando durante una perdida de energía aérea. La unidad de cálculo 12 calcula un valor de orden de torsión de operación de alimentación de energía o un valor de orden de torsión regenerativa a un tiempo normal. Un interruptor 13 interrumpe las salidas de la unidad de cálculo 11 y la unidad de cálculo 12.

La operación del aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA durante la perdida de energía aérea es explicada más adelante. Cuando la energía aérea se pierde debido a un factor como un rebote del pantógrafo o pase de sección, la pérdida de energía aérea es detectada por un detector de interrupción de servicio no mostrado, el convertidor 3 detiene la operación, y el contactor 9 es abierto. Por otro lado, el inversor 4 continúa operando en el modo de freno eléctrico, el interruptor 13 cambia una salida del aparato de control de una salida en tiempo normal a una salida a un tiempo de interrupción de servicio, y es producido un valor de orden de torsión regenerativa TRQ1 para controlar el inversor 4 calculado por la unidad de cálculo 11.

Las operaciones de la primera unidad de procesamiento aritmético 30 y la segunda unidad de procesamiento aritmético 31 son explicadas con detalle mas adelante. En la primera unidad de procesamiento aritmético 30, el multiplicador 22 multiplica juntos una corriente de entrada de SIV Isv, la cual es obtenida del CT 8 y va a ser alimentada al SIV 7, y un voltaje de CD EcO detectado del FC 5 y calcula la energía a ser consumida por el SIV 7.

El divisor 23 divide el consumo de energía del SIV 7 por una frecuencia de rotor FM (equivalente a la velocidad del vehículo) del motor principal 6 para producir una cantidad equivalente de torsión de salida. La sumadora de ganancia 25 agrega una ganancia Gl a la cantidad equivalente de torsión de salida. Como resultado, se envía un primer valor de orden de torsión regenerativa TP1 para compensar el consumo de energía del SIV 7 a la sumadora 26. Un lugar para detectar el voltaje de CD EcO únicamente tiene que ser el circuito de enlace de CD intermedia 10 y no se limita al FC 5.

En la segunda unidad de procesamiento aritmético 31 el sustractor 21 calcula una desviación entre una orden de voltaje de CD determinada de Ec*, la cual es una referencia de voltaje de CD, y el voltaje de CD EcO. El operador de PID 24 obtiene, sobre la base de la desviación, un segundo valor de orden de torsión regenerativa TP2 al cual un valor de voltaje de CD EcO al SIV 7 se mantiene constante. El operador de PID 24 es usado como un ejemplo. Sin embargo, un operador no se limita a éste y puede ser un operador de PD o similar. El primer valor de la orden de torsión regenerativa TP1 y un segundo valor de la orden de torsión regenerativa TP2 son sumados por la sumadora 26 para obtener el valor de la orden de torsión regenerativa que TQR1, el cual es un valor de orden de torsión para la operación continúa del SIV 7.

De esta manera, en el aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA de acuerdo con esta modalidad, cuando no es aplicado un voltaje de CA al convertidor 3, la unidad de cálculo 11 calcula el valor de la orden de torsión regenerativa TRQ1 correspondiente al consumo de energía SIV 7, el valor de la orden de torsión regenerativa TRQ1 es enviada al inversor 4, y el inversor 4 suministra, de acuerdo al valor de la orden de torsión regenerativa TRQ1, la energía regenerada generada por el motor 6 al circuito de enlace de CD intermedio 10. Por lo tanto, el SIV 7 puede continuar la operación aún si la energía aérea se perdió.

Como se explico anteriormente, el aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA de acuerdo con esta modalidad incluye la unidad de cálculo 11 que incluye la primera unidad de procesamiento aritmético 30 que calcula, durante una perdida de energía aérea debido a un rebote del pantógrafo o similar, sobre la base de la corriente de entrada del SIV Isv, el voltaje de CD EcO, y la frecuencia del rotor FM del motor 6, el valor de la orden de torsión regenerativa TRQ1 para compensar el consumo de energía del SIV 7 y la segunda unidad del procesamiento aritmético 31 que calcula, sobre la base del voltaje de CD EcO y la orden de voltaje de CD Ec*, el valor de la orden de torsión regenerativa TRQ2 al cual el voltaje de CD EcO se vuelve constante. Por lo tanto, debido a que la energía eléctrica regenerada que satisface el consumo de energía de SIV 7 es suministrada al circuito de enlace de CD intermedio 10 de acuerdo por el control por el inversor 4 sin incrementar la capacidad del FC 5 o agregar equipo especial (no mostrado) como medios de acumulación de energía, es posible controlar de manera fina el SIV 7 y hacer que el SIV 7 continué operando. Debido a que es posible hacer que, usando efectivamente la energía regenerada, el SIV 7 continúe operando, es posible reducir el suministro de energía del alambre aéreo y reducir el consumo de energía en comparación con aquél en la técnica relacionada.

Segunda modalidad.

Un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA de acuerdo con la segunda modalidad está configurado para ser capaz de obtener los mismos efectos que aquéllos en la primera modalidad aún si una de la primera unidad de procesamiento aritmético 30 y la segunda unidad de procesamiento aritmético 31 es omitida de la unidad de cálculo 11 de acuerdo con la primera modalidad. La configuración de la operación del aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA de acuerdo con esta modalidad se explica más adelante. Los componentes similares como aquéllos en la primera modalidad son denotados por los mismos números y signos de referencia y se omitió una explicación detallada de los componentes.

La figura 2 es un diagrama de bloques funcional en el cual se muestra principalmente la configuración de una unidad de cálculo de orden de torsión de freno regenerativo de acuerdo con la segunda modalidad. La figura 2, como se explico anteriormente, la primera unidad de procesamiento aritmético 30 y la sumadora 26 mostradas en la figura 1 son omitidas. Por ejemplo, cuando el SIV 7 consume energía eléctrica, el voltaje de CD EcO cae en un estado sin operación del convertidor 3. Por lo tanto, si se incrementa la energía regenerada del inversor 4 de acuerdo con la caída del voltaje de CD EcO, se obtendrán funciones equivalentes a aquéllas en la primera modalidad.

Las operaciones específicas del aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA durante una pérdida de energía aérea se explican más adelante. Cuando ocurre una perdida de energía aérea debido a un factor como un rebote de pantógrafo o pase de sección, la perdida de energía aérea es detectada por el detector de interrupción de servicio no mostrado, el convertidor 3 detiene la operación, y el contactor 9 es abierto. Por otro lado, el inversor 4 continúa operando en un modo de freno eléctrico y el interruptor 13 cambia una salida del aparato de control a una salida de tiempo normal a una salida a un tiempo de interrupción de servicio. En la segunda unidad de procesamiento aritmético 31, como en la primera modalidad, el sustractor 21 calcula una desviación entre la orden de voltaje de CD Ec* y el voltaje de CD EcO y el operador de PID 24 obtiene, sobre la base de desviación, el valor de la orden de torsión regenerativa TRQ2.

La configuración del aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA de acuerdo con esta modalidad no se limita a la configuración en la cual la primera unidad de procesamiento aritmético 30 y la sumadora 26 son omitidas. El aparato de control puede incluir la primera unidad de procesamiento aritmético 30 en lugar de la segunda unidad de procesamiento aritmético 31. Cuando el convertidor 3 interrumpa su operación durante una perdida de energía aérea el SIV 7 principalmente consume energía. Por lo tanto, es obvio que, aún si la segunda unidad de procesamiento aritmético 31 es removida, pueden ser obtenidas funciones equivalentes por la primera unidad de procesamiento aritmético 30.

Como se explicó anteriormente, debido a que el aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA de acuerdo con esta modalidad está configurado para incluir una de la primera unidad de procesamiento aritmético 30 y la segunda unidad de procesamiento aritmético 31, es posible hacer que el SIV 7 continué operando como en la primera modalidad durante una perdida de energía aérea debido a un rebote del pantógrafo o similar. Es posible simplificar la configuración del aparato de control debido a que el CT 8 puede ser omitido. Cuando el aparato de control incluye únicamente la primera unidad de procesamiento aritmético 30, es posible realizar una simplificación adicional al aparato de control y el suministro de energía apropiado al SIV 7. Cuando el aparato de control incluya únicamente la segunda unidad de procesamiento aritmético 31, la orden de torsión regenerativa TRQ2 puede ser generada de acuerdo con la información de voltaje únicamente. Por lo tanto, es posible realizar una simplificación adicional del aparato de control y el suministro de energía rápido al SIV 7.

El aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA explicado en la primera y segunda modalidades indica ejemplos de contenido de la presente invención. No puede dejar de decirse que el aparato de control también puede ser combinado aún con otra tecnología públicamente conocida o también puede ser configurado cambiando los aparatos de control, por ejemplo, omitiendo una parte de los aparatos de control sin apartarse del espíritu de la presente invención.

APLICABILIDAD INDUSTRIAL Como se explicó anteriormente, la presente invención es aplicable a un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA y, en particular, es útil como invención para hacer que, con una configuración simple, un inversor estático, el cual suministra energía eléctrica a un vehículo aún durante una perdida de energía aérea continué operando.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de control para un vehículo de motor eléctrico de CA que incluye un convertidor que convierte la entrada de voltaje de CA de un alambre aéreo de CA vía un transformador de voltaje de CD, un inversor que convierte el voltaje de CD en un voltaje de CA, y un motor que es accionado y controlado por el inversor, el aparato de control se caracteriza porque comprende: una unidad de cálculo de orden de torsión que calcula un valor de orden de torsión del motor y envía el valor de la orden de torsión al inversor; y un inversor estático que suministra energía eléctrica a una carga montada sobre el vehículo de motor eléctrico de CA, donde cuando el voltaje de CA no es aplicada al convertidor, la unidad de cálculo de la orden de torsión calcula un valor de orden de torsión regenerativa correspondiente al consumo de energía del inversor estático, sobre la base de una frecuencia de rotor del motor, una corriente de entrada del inversor estático, y un voltaje de entrada del inversor estático, y el inversor suministra, de acuerdo con el valor de la orden de torsión regenerativa, energía regenerada generada por el motor al inversor estático.

2. El aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de cálculo de la orden de torsión calcula el valor de la orden de torsión regenerativa al cual el consumo de energía del inversor estático se compensa, y el inversor suministra la energía regenerada al inversor estático de acuerdo con el valor de la orden de torsión regenerativa.

3. El aparato de control para el vehículo de motor eléctrico de CA de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la unidad de cálculo de la orden de torsión calcula un primer valor de la orden de torsión regenerativa al cual el consumo de energía del inversor estático es compensado y un segundo valor de la orden de torsión regenerativa al cual un valor de un voltaje de CD aplicado al inversor estático se mantiene constante, y el inversor suministra la energía regenerada al inversor estático de acuerdo con el primer valor de la orden de torsión regenerativa y el segundo valor de la orden de torsión regenerativa.