鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，將在轉(zhuǎn)子中埋入了永久磁鐵的永磁同步電動(dòng)機(jī)(Permanent MagnetSynchronous Motor:以下稱(chēng)為PMSM)、和對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電力變換裝置連接而構(gòu)成的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置正在普及(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
[0003]PMSM由于在轉(zhuǎn)子中埋入了磁鐵，所以能夠通過(guò)轉(zhuǎn)子自發(fā)地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因此，與此前廣泛普及的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(Induct1n Motor:以下稱(chēng)為IM)不同，不需要?jiǎng)?lì)磁繞組，無(wú)需在轉(zhuǎn)子中流過(guò)電流。因此，PMSM沒(méi)有轉(zhuǎn)子中的銅損，能夠得到比頂更高的效率。
[0004]另一方面，PMSM具有即使在未進(jìn)行牽引/再生控制的慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)，也通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而在定子端子產(chǎn)生電壓(無(wú)負(fù)載感應(yīng)電壓)的特征。特別是，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在PMSM中產(chǎn)生的無(wú)負(fù)載感應(yīng)電壓的瞬時(shí)值超過(guò)電力變換裝置的直流電壓，而自發(fā)地開(kāi)始再生動(dòng)作。由此，有產(chǎn)生由于過(guò)電壓保護(hù)所致的控制裝置的停止、由于過(guò)電壓所致的主電路設(shè)備的損傷、破壞等，而成為正常的鐵路運(yùn)行的妨礙的可能性。
[0005]上述是PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，以往為了應(yīng)對(duì)該情況，在電力變換裝置與PMSM之間的連接布線中，以切斷電路為目的而設(shè)置了接觸器。
[0006]作為該接觸器，主流是以切斷交變電流為目的而應(yīng)用真空斷路器。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利第4382571號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0011]但是，在使用了 IM的現(xiàn)有的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，能夠針對(duì)一個(gè)電力變換裝置并聯(lián)連接多個(gè)馬達(dá)。相對(duì)于此，在使用了 PMSM的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，在原理上需要一對(duì)一地設(shè)置電力變換裝置和PMSM。
[0012]因此，在使用了 PMSM的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，不僅需要針對(duì)使用了 IM的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而追加接觸器，而且還需要針對(duì)每個(gè)PMSM設(shè)置電力變換裝置。S卩，同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，效率提高，但另一方面，設(shè)備數(shù)更多，無(wú)法避免裝置的大型化、系統(tǒng)的高價(jià)格化。
[0013]此處，為了更進(jìn)一步普及使用了 PMSM的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，必不可少的是:使裝置外形小型化并實(shí)現(xiàn)低價(jià)格化直到與使用了頂?shù)蔫F路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相同的程度。
[0014]另一方面，由于設(shè)想由于過(guò)電壓保護(hù)所致的控制裝置的停止、由于過(guò)電壓所致的主電路設(shè)備的破壞等，所以在使用了 PMSM的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，需要設(shè)置接觸器。
[0015]解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案
[0016]實(shí)施方式的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置是進(jìn)行以三相交流來(lái)驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置。
[0017]電力變換部將經(jīng)由饋電線從外部的電源供給的電力變換為所述三相交流，經(jīng)由U相交變電流線、V相交變電流線以及W相交變電流線供給到所述永磁同步電動(dòng)機(jī)。
[0018]另外，短路接觸部設(shè)置于電力變換部與所述永磁同步電動(dòng)機(jī)之間，使U相交變電流線、V相交變電流線以及W相交變電流線成為相互短路的短路狀態(tài)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是第I實(shí)施方式的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖2是第I實(shí)施方式的處理流程圖。
[0021]圖3是第2實(shí)施方式的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
[0022]圖4是第2實(shí)施方式的處理流程圖。
[0023]圖5是第3實(shí)施方式的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]符號(hào)說(shuō)明
[0025]10,30:鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置；11:直流饋電線;20、41:PMSM；12:受電弓；13:線路；14:車(chē)輪；15:斷路器；16:濾波電抗器；17:濾波電容器；18:直流電流檢測(cè)器；19:電力變換裝置(電力變換部)；21U、42U:U相交變電流線；21V、42V:V相交變電流線；21W、42W:W相交變電流線;22、22A、44:短路接觸部；22_1、44_1:第I短路接觸器；22-2,44-2:第2短路接觸器；22-3:第3短路接觸器；23-1:第I交變電流檢測(cè)器；23_2:第2交變電流檢測(cè)器;24、45:控制器；24a、45a:電流運(yùn)算部；24b,45b:異常探測(cè)部；24c、45c:開(kāi)閉器控制指令部；30:鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置；31:交流饋電線；32:受電弓；33:線路；34:車(chē)輪；35:斷路器；36:變壓器；36A:—次側(cè)繞組；36B:二次側(cè)繞組；37:交變電流檢測(cè)器；38:第I電力變換裝置(電力變換部、轉(zhuǎn)換器)；39:濾波電容器；40:第2電力變換裝置(電力變換部、逆變器)；43-1:第I交變電流檢測(cè)器；43-2:第2交變電流檢測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下，對(duì)于實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。
[0027][I]第I實(shí)施方式
[0028]圖1是第I實(shí)施方式的鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
[0029]鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置10如圖1所示，在從直流饋電線11 (高電位側(cè)電源)被供給直流電力的受電弓12與經(jīng)由線路13而接地(低電位側(cè)電源)的車(chē)輪14之間，串聯(lián)地連接了斷路器15、濾波電抗器16以及濾波電容器17。此處，在連接車(chē)輪14和濾波電容器17的直流電流線中，設(shè)置了直流電流檢測(cè)器18。
[0030]另外，在鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置10中，具備與濾波電容器17并聯(lián)地連接、并且構(gòu)成為逆變器而將直流電力變換為三相交流電力(U相、V相、W相)的電力變換裝置19。對(duì)該電力變換裝置19，連接了永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM) 20。此處，在電力變換裝置19的U相交變電流線2IU中，設(shè)置了檢測(cè)U相電流的第I交變電流檢測(cè)器23-1，在W相交變電流線2IW中，設(shè)置了檢測(cè)W相電流的第2交變電流檢測(cè)器23-2。
[0031]進(jìn)而，在U相交變電流線2IU與V相交變電流線2IV之間，連接了用于使U相交變電流線21U和V相交變電流線21V短路的第I短路接觸器22-1，在V相交變電流線21V與W相交變電流線21W之間，連接了用于使V相交變電流線21V和W相交變電流線21W短路的第2短路接觸器22-2。
[0032]此處，第I短路接觸器22-1以及第2短路接觸器22_2作為短路接觸部23發(fā)揮功能，分別具有常閉觸點(diǎn)。第I短路接觸器22-1以及第2短路接觸器22-2具有常閉觸點(diǎn)的原因在于，根據(jù)可靠性的觀點(diǎn)，即使在由于某種理由而鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置10的控制系統(tǒng)陷入到不能控制狀態(tài)的情況下，也能夠?qū)顟B(tài)維持于安全側(cè)。
[0033]對(duì)于這些第I短路接觸器22-1以及第2短路接觸器22_2的作用、進(jìn)而短路接觸部23的作用，在后面詳述。
[0034]進(jìn)而另外，鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置10具備控制鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置10的控制器24。
[0035]接下來(lái)，對(duì)控制器24的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
[0036]控制器24構(gòu)成為微型計(jì)算機(jī)，具備控制控制器24整體的未圖示的MPU、非易失性地存儲(chǔ)包括MPU的控制程序的各種數(shù)據(jù)的未圖示的ROM、作為MPU的工作區(qū)發(fā)揮功能而臨時(shí)地存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)的未圖示的RAM、可更新地存儲(chǔ)設(shè)定數(shù)據(jù)等應(yīng)保持的數(shù)據(jù)的未圖示的閃存ROM、以及進(jìn)行各種接口動(dòng)作的未圖示的接口部。
[0037]另外，控制器24作為電流運(yùn)算部24a發(fā)揮功能，被輸入直流電流檢測(cè)器18的輸出信號(hào)、第I交變電流檢測(cè)器23-1的輸出信號(hào)以及第2交變電流檢測(cè)器23-2的輸出信號(hào)，一直計(jì)算在直流電流線中流過(guò)的直流電流Idc、在U相交變電流線2IU中流過(guò)的U相電流Iu以及在W相交變電流線2IW中流過(guò)的W相電流Iw。
[0038]另外，控制器24作為異常探測(cè)部24b發(fā)揮功能，根據(jù)直流電流IDC、U相電流Iu以及W相電流Iw，探測(cè)電力變換裝置19的動(dòng)作是否異常，輸出異常探測(cè)信號(hào)。
[0039]進(jìn)而，控制器24在根據(jù)異常探測(cè)部的異常探測(cè)信號(hào)檢測(cè)出電力變換裝置19的異常的情況下，控制短路接觸器22-1、22-2。
[0040]S卩，控制器24作為使U相交變電流線21U、V相交變電流線2IV以及W相交變電流線21W短路的開(kāi)閉器控制指令部24c發(fā)揮功能。
[0041]其結(jié)果是，控制器24能夠?qū)嶋H有效地防止在PMSM20中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓被施加到濾波電容器17的情況。
[0042]接下來(lái)，說(shuō)明第I實(shí)施方式的動(dòng)作。
[0043]在該情況下，設(shè)為斷路器15成為閉合狀態(tài)(ON狀態(tài)、連接狀態(tài))。
[0044]在鐵路車(chē)輛用驅(qū)動(dòng)控制裝置10中，從直流饋電線11供給的直流電力經(jīng)由受電弓12、斷路器15、濾波電抗器16以及濾波電容器17被供給到電力變換裝置19的輸入側(cè)。
[0045]電力變換裝置19控制作為構(gòu)成電力變換裝置19的開(kāi)關(guān)元件的半導(dǎo)體元件(例如IGBT)的0N/0FF。由此，電力變換裝置19將從直流饋電線11供給的直流電力變換為具有用于驅(qū)動(dòng)PMSM20的期望的頻率以及電壓的三相交流電力而輸出。
[0046]因此，對(duì)PMSM20，經(jīng)由在作為開(kāi)閉器控制指令部24c發(fā)揮功能的控制器24的控制下成為閉合狀態(tài)(ON狀態(tài))的短路接觸器22-1、22-2以及U相交變電流線21U、V相交變電流線2IV以及W相交變電流線21W，供給三相交流電力。
[0047]但是，PMSM20由于內(nèi)置有永久磁鐵，所以與轉(zhuǎn)子(rotor)的旋轉(zhuǎn)一起產(chǎn)生感應(yīng)電壓。但是，在通常動(dòng)作狀態(tài)下，控制器24以使PMSM20的感應(yīng)電壓