專利名稱：電車控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將從架線集電的直流電用電力變換器變換成交流電并驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)的電車控制裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的電車控制裝置中，為了除去回線電流中含有的故障電流，根據(jù)濾波電容器的電壓振動(dòng)，在q軸電壓命令vq1上外加修正值dvq1，來控制第1的q軸電流iq1。d軸電流id和第1的q軸電流iq1根據(jù)相位通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換能求出所檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)電流。
從dq軸-旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的交流電動(dòng)機(jī)的電壓方程式(其記載省略)中，能夠明白d軸與q軸和電流與磁通的相互關(guān)系。即，當(dāng)只操作頻率ω1時(shí)，不僅控制第1的q軸電流iq1，而且d軸電流id、d軸磁通φd、以及q軸磁通φq也發(fā)生變動(dòng)并引起干擾。這里，將第1的q軸電流iq1用q軸電壓vq來控制，q軸磁通φq用頻率ω1來控制，d軸的電流id用d軸電壓vd來控制，并在控制第1的q軸電流iq1時(shí)，抑制d軸電流id和q軸磁通φq的變動(dòng)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
特開2002-238298號(hào)公報(bào)(第5頁、第7頁、圖6)發(fā)明內(nèi)容在現(xiàn)有的電車控制裝置中，由于必須有抑制d軸與q軸的電流和磁通的干擾的裝置，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出來的，通過將濾波電容器或?yàn)V波電抗器的能量值作為控制對(duì)象以降低能量值中含有的高次諧波分量，提供一種能夠削減回線電流的高次諧波分量的電車用控制裝置。
本發(fā)明的電車控制裝置，在將從架線集電的直流電用濾波電抗器和濾波電容器進(jìn)行濾波、用電力變換器變換成交流電、并驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用交流電動(dòng)機(jī)，根據(jù)命令的d軸電流命令值和q軸電流命令值用電壓坐標(biāo)變換器將發(fā)往電力變換器的電壓命令進(jìn)行運(yùn)算的電車控制裝置中，包括檢測(cè)濾波電容器的電壓的電壓檢測(cè)器；從該電壓檢測(cè)器的輸出中運(yùn)算濾波電容器的能量值的能量值運(yùn)算器；將能量值中含有的規(guī)定波段頻率分量抽出的波段頻率分量檢測(cè)器；波段頻率分量乘上規(guī)定系數(shù)并輸出q軸電流命令修正值的波段頻率分量系數(shù)器；以及將q軸電流命令值與q軸電流命令修正值相加以修正q軸電流命令值的q軸電流命令修正值加法器。
本發(fā)明由于通過修正q軸電流命令值，能夠降低電容器能量值中含有的規(guī)定波段頻率分量，能夠降低軌道電路的回線電流中的規(guī)定波段頻率分量，即高次諧波分量，因此能夠防止安裝在軌道電路上的安全設(shè)備產(chǎn)生故障。


圖1是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式1的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示圖1的濾波電容器的能量值的控制方塊圖。
圖3(包括圖3a，圖3b)是表示與圖1中的濾波電容器的能量值的控制相關(guān)的開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖(board)的說明圖。
圖4是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式2的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示與圖4中的濾波電抗器的能量值的控制相關(guān)的開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖的說明圖。
圖6(包括圖6a，圖6b)是表示與圖4中的濾波電抗器的能量值的控制相關(guān)的開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖的說明圖。
圖7是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式3的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示圖7的增益的說明圖。
圖9是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式4的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式5的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是表示圖10中的正轉(zhuǎn)時(shí)的濾波電容器的能量值的說明圖。
圖12是表示圖10中的反轉(zhuǎn)時(shí)的濾波電容器的能量值的說明圖。
標(biāo)號(hào)說明1架線3濾波電抗器4濾波電容器6交流電動(dòng)機(jī)9電壓檢測(cè)器
11，35能量值運(yùn)算器12，36頻率分量檢測(cè)器13波段頻率分量系數(shù)器17q軸電流命令修正加法器39旋轉(zhuǎn)速度乘法器40旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)器43方向命令系數(shù)器44方向命令乘法器具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1圖1是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式1的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，從架線對(duì)直流電集電的集電器2經(jīng)濾波電抗器3和濾波電容器4與電力變換器5相連。接著，輸出電力變換器5的交流電的輸出側(cè)與電車驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6相連。
從架線1經(jīng)集電器2輸入直流電，通過濾波電抗器3和濾波電容器4濾波直流電壓之后，通過電力變換器5將直流電變換成任意的交流電以驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6。
而且，電流檢測(cè)器7為了將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6控制在任意的速度，檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的電流(三相電流，iu、iv、iw)。而且旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器8檢測(cè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度ωr。
用電壓檢測(cè)器9檢測(cè)濾波電容器4的電壓Efc。接著，電壓Efc輸入乘法器10進(jìn)行Efc的2次方運(yùn)算。乘法器10的運(yùn)算結(jié)果通過能量值運(yùn)算器11乘上0.5×C(C濾波電容器4的靜電電容)。從能量值運(yùn)算器11輸出濾波電容器4的能量值Wc。該能量值Wc通過波段頻率分量檢測(cè)器12抽出規(guī)定波段頻率分量dWc，通過波段頻率分量系數(shù)器13將該值dWc乘上K，運(yùn)算q軸電流命令修正值diq*。
減法器14從與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的磁通軸相對(duì)應(yīng)的d軸電流命令值id*減去通過電流檢測(cè)器7和電流坐標(biāo)變換器15得到的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的d軸電流值id。該減法結(jié)果通過d軸電流控制器16，例如進(jìn)行比例控制或比例積分控制，輸出d軸電壓修正信號(hào)值vd2。
而且，q軸電流命令修正加法器17將與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)矩軸相對(duì)應(yīng)的q軸電流命令值iq*與q軸電流命令修正值diq*相加，輸出修正后的q軸電流命令值iq2*。減法器18從修正的q軸電流命令值iq2*減去通過電流坐標(biāo)變換器15得到的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的q軸電流值iq。減法結(jié)果通過q軸電流控制器19，例如進(jìn)行比例控制或比例積分控制，輸出q軸電壓修正信號(hào)值vq2。
差額控制器20根據(jù)d軸電流命令值id*和q軸電流命令值iq*運(yùn)算轉(zhuǎn)差頻率命令值ωs*。加法器21將旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器8輸出的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度ωr與轉(zhuǎn)差頻率命令值ωs*相加，輸出電力變換器頻率命令ω1。這相當(dāng)于電力變換器5輸出的頻率。ω1輸入到積分器22，得到相位θ。
而且，將d軸電流命令值id*、q軸電流命令值iq*、以及ω1輸入到電壓補(bǔ)償器23，運(yùn)算dq軸上的非干擾控制項(xiàng)vd1、vq1。在加法器24運(yùn)算電力變換器5產(chǎn)生的d軸電壓值vd*，在加法器25中運(yùn)算電力變換器5產(chǎn)生的q軸電壓值vq*。接著，將d軸電壓值vd*和q軸電壓值vq*輸入到電壓坐標(biāo)變換器26，最后計(jì)算電力變換器5應(yīng)產(chǎn)生的電壓命令信號(hào)(vu*，vv*，vw*)。
但是，當(dāng)著眼于含有q軸電流命令修正值diq*的控制系統(tǒng)時(shí)，就得到了圖2的方框圖。圖2中，27是減法器，28是q軸電流控制系統(tǒng)，29是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6中的q軸電流轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)矩的傳遞方塊，30是乘法器，31是系數(shù)器，32是由濾波電抗器3和濾波電容器4構(gòu)成的受電裝置。系數(shù)器31是在波段頻率分量系數(shù)器27上附加負(fù)值，但在圖2中，由于已改成將dWc的命令值設(shè)為0并在減法器27中進(jìn)行減法運(yùn)算的表現(xiàn)形式，對(duì)于例如dWc為正的標(biāo)號(hào)，diq*就成為正的標(biāo)號(hào)，與圖1的標(biāo)號(hào)相一致。
Q軸電流控制系統(tǒng)28由減法器18、q軸電流控制器19、加法器25、電壓坐標(biāo)變換器26、電力變換器5構(gòu)成，構(gòu)成按照q軸電流命令修正值diq*，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的q軸電流值為diq的控制系統(tǒng)。還有，關(guān)于輸入信號(hào)iq*的控制系統(tǒng)，在圖2省略了q軸電流命令修正值加法器17的圖示，但同時(shí)使其按照q軸電流命令值iq*，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的q軸電流成為iq地進(jìn)行控制。因此，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的電流值控制成iq2*(iq*+diq*)。然而，圖2只表示著眼于相對(duì)于q軸電流修正值diq*的控制系統(tǒng)的方框圖。
傳送方塊29表示q軸電流轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)矩的傳遞特性，由q軸電流iq表示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。而且由于滿足轉(zhuǎn)矩(dτ)×旋轉(zhuǎn)數(shù)(ωr)＝功率(dp)的關(guān)系，乘法器30表示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6產(chǎn)生的功率(power)dp。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6產(chǎn)生的功率經(jīng)過電力變換器5流向受電裝置32，成為濾波電容器3的能量值Wc。
而且，由于在直流架線中濾波電容器3的電壓Efc有直流分量，因此當(dāng)由Efc運(yùn)算Wc時(shí)，能量值Wc含有直流分量的能量。直流分量不是抑制對(duì)象分量，因此在受電裝置32中的濾波電容器4的能量值Wc中，用波段頻率分量檢測(cè)器12將規(guī)定的交流分量作為規(guī)定的波段頻率分量dWc抽出。構(gòu)成反饋電路(feedback loop)，使得波段頻率分量dWc為0，對(duì)于命令值0用減法器27運(yùn)算誤差，經(jīng)系數(shù)器31運(yùn)算q軸電流命令修正值diq*。如上所述，q軸電流控制系統(tǒng)是含有q軸電流控制器19的控制系統(tǒng)，這里對(duì)于q軸電流命令修正值diq*以足夠高的響應(yīng)進(jìn)行電流追隨，能夠得到與diq*大致上相一致的diq。
但是，在通過電流坐標(biāo)變換器15在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的dq軸上進(jìn)行控制的前提下，一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的q軸電流iq與轉(zhuǎn)矩τ的關(guān)系能用式(1)來表示。因此，同樣diq與dτ的關(guān)系也能用式(1)來表示，得到從diq流向dτ的傳遞方塊29。還有，Pm是極對(duì)數(shù)，M是互感，Lr是2次電感，φdr是d軸磁通。
數(shù)學(xué)方程式1τ=PmLr·M·φdr·iq---(1)]]>而且由于轉(zhuǎn)矩dτ與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度ωr的積為功率dp，因此在圖2中用乘法器30能夠表示功率dp。進(jìn)一步功率dp輸入到受電裝置32，在濾波電容器4中存儲(chǔ)能量值Wc。
這里，控制對(duì)象為濾波電容器4的能量值Wc中含有的規(guī)定波段頻率分量的交流分量dWc，其命令值為0。濾波電容器4的能量變動(dòng)被圖2的反饋電路衰減，其結(jié)果抑制了回線電流的交流分量。
接著闡述從受電裝置32的功率dp流向能量值Wc的傳遞函數(shù)。當(dāng)因只用交流分量，而忽略受電裝置32的直流要素(架線的直流電壓源)時(shí)，受電裝置32只由濾波電抗器3和濾波電容器4構(gòu)成。當(dāng)將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6流向受電裝置32的功率設(shè)為P時(shí)，P與Wc的關(guān)系用式(2)來表示。即，利用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的功率能夠控制濾波電容器4的能量值。還有，在式(2)中，L是濾波電抗器3的電感值，C是濾波電容器4的靜電電容，R是濾波電抗器3的電阻分量值，s是將時(shí)間函數(shù)進(jìn)行拉普拉斯變換后的s函數(shù)的復(fù)數(shù)參數(shù)。
數(shù)學(xué)方程式2Wc=sCL+RCs2CL+sRC+1·P---(2)]]>
根據(jù)圖2的方框圖，將開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖的例子示于圖3。這里將q軸電流控制系統(tǒng)28設(shè)定為300(rad/sec)的響應(yīng)，在系數(shù)器31設(shè)成K＝1，將波段頻率分量檢測(cè)器12設(shè)定為具有40db/dec的斷路特性且通過頻帶為10～300Hz。而且設(shè)定L＝10mH，C＝4000μF，R＝0.4Ω，Pm＝2，Lr＝35.5mH，M＝34.3mH，φdr＝3.4[Wb]。作為參數(shù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度ωr如圖3(a)所示，選定為2π×50(rad/sec)，2π×25(rad/sec)，2π×10(rad/sec)的3種形式。隨著旋轉(zhuǎn)速度ωr的上升，開環(huán)增益(Gain[dB])也上升。在該情況下，如圖3(b)所示，無論哪種形式，增益為0dB以上時(shí)，由于相位(Phase[deg])不可能為±180°，所以能夠成為穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。因此，濾波電容器4的能量值Wc中含有的規(guī)定波段頻率分量的交流分量在開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖的增益為0dB以上的波段中，只降低其增益量。
接著，闡述濾波電容器4的能量值Wc與濾波電抗器3的電流(回線電流Is)的關(guān)系。當(dāng)將Efc分成直流分量vdc和交流分量vac中時(shí)，能量值Wc就滿足式(3)。能量值Wc的交流分量Wcac滿足式(4)。
數(shù)學(xué)方程式3Wc=12C·Efc2=12C(vdc+vac)2]]>=12C(vdc2+2vdc·vac+vac2)---(3)]]>數(shù)學(xué)方程式4Wcac=12C(2vdc·vac+vac2)=12C(2vdc+vac)·vac---(4)]]>例如，在受電裝置32的直流電壓為1500V的情況下，由于vac＜＜2vdc(＝3000V)，所以式(5)就成立。由此，抑制能量值Wc的交流分量就等同于抑制vac，其結(jié)果就等同于抑制回線電流Is。
數(shù)學(xué)方程式5Wcac=12C·2vdc·vac=C·vdc·vac---(5)]]>根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，檢測(cè)濾波電容器4的能量值Wc，進(jìn)行反饋控制，使能量值Wc的規(guī)定波段頻率分量變?yōu)?，由于降低能量值Wc的交流分量，因此能夠使軌道電路中的回線電流的規(guī)定波段頻率的交流分量衰減，能夠消除軌道電路的故障。
而且，實(shí)現(xiàn)反饋控制時(shí)，只要改變q軸電流命令值即可，能夠使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
而且，通過將濾波電容器4的能量值Wc作為控制對(duì)象，以謀求反饋控制的線性化，因此由單純的開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠更精確地設(shè)計(jì)回線電流的交流分量的下降量。
實(shí)施方式2圖4是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式2的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。在圖4中，1～8，14～26與實(shí)施方式1的相同。
用電流檢測(cè)器33檢測(cè)濾波電抗器3的電流Is。電流Is輸入乘法器34進(jìn)行電流Is的2次方運(yùn)算。乘法器34的結(jié)果通過能量值運(yùn)算器35乘上0.5×L(L濾波電抗器3的電感值)。作為能量值運(yùn)算器35的輸出運(yùn)算濾波電抗器3的能量值WL。從能量值運(yùn)算器35輸出濾波電感3的能量值WL。從該能量值WL中利用波段頻率分量檢測(cè)器36抽出規(guī)定波段頻率分量dWL，波段頻率分量dWL通過相位補(bǔ)償器37的系數(shù)器37a乘上K后運(yùn)算q軸電流命令修正值diq*。進(jìn)一步，相位補(bǔ)償器37表示為如式(6)所示的傳遞特性G(s)，選定為常數(shù)，以穩(wěn)定反饋控制系統(tǒng)。在式(6)中，T1、T2為時(shí)間常數(shù)。
數(shù)學(xué)方程式6G(s)=T2·s+1T1·s+1·K---(6)]]>且說，當(dāng)著眼于包含q軸電流命令修正值diq*的控制系統(tǒng)時(shí)，就能得到如圖5所示的方框圖。在圖5中，38為減法器，是在系數(shù)器37a上附加負(fù)值而得到的，但在圖5中，由于已改成將dWL的命令值設(shè)為0并在減法器38中進(jìn)行減法運(yùn)算的表現(xiàn)方式，對(duì)于例如dWL為正的標(biāo)號(hào)，diq*就成為正的標(biāo)號(hào)，與圖4的標(biāo)號(hào)相一致。
在受電裝置32中的濾波電抗器3的能量值WL中，用波段頻率分量檢測(cè)器36將規(guī)定波段的交流分量作為規(guī)定波段頻率分量dWL抽出。構(gòu)成反饋電路(feedback loop)，使得波段頻率分量dWL為0，對(duì)于命令值0用減法器38運(yùn)算誤差，經(jīng)相位補(bǔ)償器37運(yùn)算作為q軸電流命令修正值的diq*。q軸電流控制系統(tǒng)是含有q軸電流控制器19的控制系統(tǒng)，對(duì)于q軸電流命令修正值diq*以足夠高的響應(yīng)進(jìn)行電流追隨，能夠得到與q軸電流命令修正值diq*大致上相一致的diq。
接著闡述受電裝置32的功率dp流向能量值WL的傳送函數(shù)。當(dāng)因只用交流分量，而忽略受電裝置32的直流要素(架線的直流電壓源)時(shí)，受電裝置32只由濾波電抗器3和濾波電容器4構(gòu)成。將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6流向受電裝置32的功率設(shè)為P時(shí)，P與WL的關(guān)系能用式(7)來表示。即，利用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的功率能夠控制濾波電抗器3的能量值。還有，在式(7)中，L是濾波電抗器3的電感值，C是濾波電容器4的靜電電容，R是濾波電抗器3的電阻分量值。
數(shù)學(xué)方程式7WL=1s3CL+s2RC+s·P---(7)]]>根據(jù)圖5的方框圖，將開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖的例子示于圖6。這里將q軸電流控制系統(tǒng)28設(shè)定為300(rad/sec)的響應(yīng)，在系數(shù)器37a設(shè)定增益K＝0.005，將波段頻率分量檢測(cè)器36設(shè)定為具有40db/dec的斷路特性且頻帶為10～300Hz。而且設(shè)定L＝10mH，C＝4000μF，R＝0.4Ω，Pm＝2，Lr＝35.5mH，M＝34.3mH，φdr＝3.4[Wb]。而且，將式(6)的T1定為0.016，T2定為0.0016。作為參數(shù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度ωr如圖6(a)所示，選定為2π×50(rad/sec)，2π×25(rad/sec)，2π×10(rad/sec)的3種形式。隨著旋轉(zhuǎn)速度ωr的上升，開環(huán)增益(Gain[dB])也上升。在該情況下，如圖6(b)所示，無論哪種形式，增益為0dB以上時(shí)，由于相位(Phase[deg])不可能為±180°，所以能夠成為穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。因此，濾波電抗器3的能量值WL中含有的規(guī)定波段頻率分量的交流分量在開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖的增益為0dB以上的波段中，只降低其增益量。而且，圖6中當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度ωr為2π×10(rad/sec)時(shí)，增益為0dB以下，因此沒有降低能量值WL的交流分量的效應(yīng)，但當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度ωr上升時(shí)，增益就變?yōu)?dB以上，出現(xiàn)了降低效應(yīng)。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，檢測(cè)濾波電抗器3的能量值WL，進(jìn)行反饋控制，使能量值WL的規(guī)定波段頻率分量變?yōu)?，降低能量值WL的交流分量，因此能夠使回線電流的規(guī)定波段頻率分量的交流分量衰減，能夠消除軌道電路的故障。
而且，實(shí)現(xiàn)反饋控制時(shí)，只要改變q軸電流命令值即可，能夠使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
而且，通過將濾波電抗器3的能量值WL作為控制對(duì)象，以謀求反饋控制的線性化，因此由單純的開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖進(jìn)行的設(shè)計(jì)，能夠精確地設(shè)計(jì)回線電流的交流分量的下降量。
而且，由于能夠降低抑制回線電流的交流分量用的濾波電抗器3和濾波電容器4的容量，因此能夠力求做到整個(gè)裝置既小又輕。
實(shí)施方式3圖7是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式3的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。在圖7中，1～26與圖1中的相同。
將波段頻率分量系數(shù)器13輸出的q軸電流命令修正值diq*輸入到旋轉(zhuǎn)速度乘法器39。而且，旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器8輸出的旋轉(zhuǎn)速度ωr在旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)器40設(shè)定成旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)K2。
如圖2和圖5的方框圖，或圖3和圖6的開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖所示，增益與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度ωr成比例地變化。例如，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度ωr為2π×25(rad/sec)時(shí)，在2π×50(rad/sec)時(shí)就產(chǎn)生6dB的差值，旋轉(zhuǎn)速度ωr越低，濾波電容器4或?yàn)V波電抗器3的能量值的交流分量的下降就越受影響。
這里，通過以下方法，使得即使旋轉(zhuǎn)速度下降，利用旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)K2在開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖上的增益也不會(huì)下降。根據(jù)圖2和圖5的方框圖，開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖的增益與旋轉(zhuǎn)速度ωr成比例，因此將旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)K2(ωr)設(shè)定為如圖8所示的與旋轉(zhuǎn)速度ωr成反比例的增益。在該例子中，將開環(huán)轉(zhuǎn)換器圖的增益不管在怎么樣的頻率，總是設(shè)定為很高。這里，將旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)K2與旋轉(zhuǎn)速度ωr的關(guān)系定為式(8)，成為ωr＝2π×50(rad/sec)時(shí)的狀態(tài)。
數(shù)學(xué)方程式8K2＝50/(ωr/2π) (8)根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，不管感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度ωr怎樣，通常能夠設(shè)計(jì)成可得到恒定的開環(huán)增益，因此即使旋轉(zhuǎn)速度ωr很低時(shí)，也能夠降低濾波電容器4中的交流分量。
還有，實(shí)施方式3中，是將濾波電容器4的能量作為控制對(duì)象作說明的，但即使是將實(shí)施方式2的圖4所示的濾波電抗器3的能量作為控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)，也能夠期望得到同樣的效果。
進(jìn)一步，在實(shí)施方式3中，是將旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)器40的輸入作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度ωr作說明的，但在差額控制器20的輸出ωs*的值與旋轉(zhuǎn)速度ωr相比足夠小的情況下，將電力變換器頻率命令ω1作為旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)器40的輸入時(shí)，也能夠期望得到同樣的效果。
實(shí)施方式4圖9是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式4的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。在圖9中，1～16，18，19，21，22～26與實(shí)施方式1的相同。在圖9中，將q軸電流命令值iq*和q軸電流命令修正值diq*用加法器41進(jìn)行相加，輸出修正后的q軸電流命令值iq2*。通過將該修正后的q軸電流命令值iq2*輸入到差額控制器42，轉(zhuǎn)差頻率ωs*也與q軸電流命令值iq*一起改變。這樣，在原理上將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6控制在dq軸上，因此也可以使轉(zhuǎn)差頻率ωs*與q軸電流命令值iq2*一致地進(jìn)行改變。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6一致的dq軸上控制q軸電流，因此能夠使濾波電容器4的能量值中的交流分量更精確地下降。
還有，在實(shí)施方式4中，是將濾波電容器4的能量作為控制對(duì)象的，但在將濾波電抗器3的能量值作為控制對(duì)象時(shí)，也能夠期望得到同樣的效果。
實(shí)施方式5圖10是表示實(shí)施本發(fā)明用的實(shí)施方式5的電車控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。在圖10中，1～26與實(shí)施方式1的相同。當(dāng)方向命令系數(shù)器43接到電車的前進(jìn)或倒退的行進(jìn)方向命令時(shí)，在接到前進(jìn)命令時(shí)輸出[1]，接到倒退命令時(shí)輸出[-1]。接著，當(dāng)波段頻率分量系數(shù)器13輸出的q軸電流命令修正值diq*和方向命令系數(shù)器43輸出的行進(jìn)方向命令輸入到方向命令乘法器44時(shí)，從方向命令乘法器44輸出附有與行進(jìn)方向命令相對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)的q軸電流命令修正值diq**。
圖11是模式化地表示前進(jìn)時(shí)(感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的正轉(zhuǎn)時(shí))的濾波電容器4的能量值Wc與iq2*的關(guān)系的說明圖。圖11中的(a)是加速時(shí)，(b)是減速時(shí)的說明圖。在(a)中，當(dāng)濾波電容器4的能量值Wc只上升規(guī)定的波段頻率分量dWc時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6就能得到q軸電流命令修正值diq**，使其奪取濾波電容器4的能量。在(b)中，能得到q軸電流命令修正值diq**，使能量不再回到濾波電容器4。
圖12是模式化地表示倒退時(shí)(感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的反轉(zhuǎn)時(shí))的濾波電容器4的能量值Wc與iq2*的關(guān)系的說明圖。圖12中的(a)是加速時(shí)，(b)是減速時(shí)的說明圖。在(a)中，能得到q軸電流命令修正值diq**，使其奪取濾波電容器4的能量。在(b)中，能得到q軸電流命令修正值diq**，使能量不再回到濾波電容器4。
由于在前進(jìn)和倒退中，本來q軸電流命令iq*的標(biāo)號(hào)是相反的，如圖11和圖12所示q軸電流命令修正diq*的標(biāo)號(hào)也相反。即，也可以根據(jù)前進(jìn)和倒退的命令，如q軸電流命令修正diq**那樣地改變標(biāo)號(hào)。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過根據(jù)前進(jìn)和倒退如q軸電流命令修正信號(hào)diq**那樣地改變標(biāo)號(hào)，不管是前進(jìn)還是倒退，都能有效地降低濾波電容器4的能量的交流分量。
還有，在實(shí)施方式5中，將濾波電容器4的能量作為控制對(duì)象，但即使將濾波電抗器3的能量作為控制對(duì)象，也能夠期望得到同樣的效果。
而且，實(shí)施方式1到實(shí)施方式5，雖然說明了將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)速度ωr用旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器8來進(jìn)行檢測(cè)的方法，但即使是根據(jù)q軸電流命令值iq*等推定旋轉(zhuǎn)速度推定值ωr，也能夠期望得到同樣的效果。
進(jìn)一步，實(shí)施方式1到實(shí)施方式5，雖然說明了用電力變換器5的輸出驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)6的方法，但關(guān)于同步電動(dòng)機(jī)等的交流電動(dòng)機(jī)也能夠期望得到同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種電車控制裝置，其特征在于，在將從架線集電的直流電用濾波電抗器和濾波電容器進(jìn)行濾波、用電力變換器變換成交流電、并驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用交流電動(dòng)機(jī)，根據(jù)命令的d軸電流命令值和q軸電流命令值用電壓坐標(biāo)變換器將發(fā)往所述電力變換器的電壓命令進(jìn)行運(yùn)算的電車控制裝置中，包括檢測(cè)所述濾波電容器的電壓的電壓檢測(cè)器；從該電壓檢測(cè)器的輸出中運(yùn)算所述濾波電容器的能量值的能量值運(yùn)算器；將所述能量值中含有的規(guī)定波段頻率分量抽出的波段頻率分量檢測(cè)器；所述波段頻率分量乘上規(guī)定系數(shù)并輸出q軸電流命令修正值的波段頻率分量系數(shù)器；以及將所述q軸電流命令值與所述q軸電流命令修正值相加以修正所述q軸電流命令值的q軸電流命令修正值加法器。
2.一種電車控制裝置，其特征在于，在將從架線集電的直流電用濾波電抗器和濾波電容器進(jìn)行濾波、用電力變換器變換成交流電、并驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用交流電動(dòng)機(jī)，根據(jù)命令的d軸電流命令值和q軸電流命令值用電壓坐標(biāo)變換器將發(fā)往所述電力變換器的電壓命令進(jìn)行運(yùn)算的電車控制裝置中，包括檢測(cè)所述濾波電抗器的電流的電流檢測(cè)器；從該電流檢測(cè)器的輸出中運(yùn)算所述濾波電抗器的能量值的能量值運(yùn)算器；將所述能量值中含有的規(guī)定波段頻率分量抽出的波段頻率分量檢測(cè)器；所述波段頻率分量乘上規(guī)定系數(shù)，同時(shí)進(jìn)行相位補(bǔ)償并輸出q軸電流命令修正值的相位補(bǔ)償器；以及將所述q軸電流命令值與所述q軸電流命令修正值相加以修正所述q軸電流命令值的q軸電流命令修正值加法器。
3.如權(quán)利要求1或2的任何一項(xiàng)所述的電車控制裝置，其特征在于，包括檢測(cè)所述交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器；輸出與所述旋轉(zhuǎn)速度成反比的旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)的旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)器；以及將所述q軸電流命令值與所述旋轉(zhuǎn)速度系數(shù)相乘并根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)速度將所述q軸電流命令修正值進(jìn)行修正的旋轉(zhuǎn)速度乘法器。
4.如權(quán)利要求1或2的任何一項(xiàng)所述的電車控制裝置，其特征在于，包括將接受所述電車的前進(jìn)或倒退的行進(jìn)方向命令按照行進(jìn)方向的方向系數(shù)進(jìn)行輸出的方向命令系數(shù)器；以及將所述q軸命令修正值與所述方向命令系數(shù)相乘并將所述q軸電流命令修正值按照所述前進(jìn)方向進(jìn)行修正的方向命令乘法器。
5.如權(quán)利要求1或2的任何一項(xiàng)所述的電車控制裝置，其特征在于，包括將所述q軸電流命令值與所述q軸電流命令修正值相加采用修正所述q軸電流命令值的q軸電流命令修正值加法器的輸出，從而對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率命令進(jìn)行運(yùn)算的差額控制器。
全文摘要
一種電車控制裝置，將濾波電容器或?yàn)V波電抗器的能量值作為控制對(duì)象以降低能量值中含有的高次諧波分量。包括檢測(cè)濾波電容器4的電壓的電壓檢測(cè)器9；從該電壓檢測(cè)器9的輸出中運(yùn)算濾波電容器4的能量值的能量值運(yùn)算器11；將能量值中含有的規(guī)定波段頻率分量抽出的波段頻率分量檢測(cè)器12；波段頻率分量乘上規(guī)定系數(shù)并輸出q軸電流命令修正值的波段頻率分量系數(shù)器13；以及將q軸電流命令值與q軸電流命令修正值相加以修正q軸電流命令值的q軸電流命令修正值加法器17。
文檔編號(hào)H02P27/06GK1722606SQ20051006489
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者丸山高央, 東圣 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社