專利名稱：Pwm變換器控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對多個PWM(脈沖寬度調(diào)制)變換器所組成的變換單元進行多臺運行控制，以控制同一編組電氣機車所搭載的多個電氣機車負荷的PMW變換器控制裝置。
背景技術：
圖9是例如特開平7-274517號公報記載的現(xiàn)有PWM變換器控制裝置的應用例。該圖中，單相交流電源架空線1連接有多個向電氣機車供電用的受電弓2，這些受電弓2通過電氣機車內(nèi)的高壓直接引線3互相并聯(lián)連接有作為同一電氣機車編組內(nèi)的PWM變換器的變換單元60a-60d。各個變換單元60a-60d包括通過高壓直接引線3和受電弓2與單相交流電源架空線1連接的具有1個一次繞組40、多個二次繞組41-44、1個三次繞組45的變壓器4；與該變壓器4多個二次繞組41-44分別連接的多個變換器61-64；與變壓器4三次繞組45連接的PWM控制器11；和該PWM控制器11輸出端連接的載波相位差設定器12。各變換單元60a-60d中，載波相位差設定器12對于變壓器4三次繞組45檢測出的基準相位分別設定0、π/8、2π/8、3π/8相位差。
以下說明該現(xiàn)有例動作。通過將變壓器4各個二次繞組41-44的電流互相在時序上錯開進行開關，來減少高次諧波。而且，在電氣機車編組內(nèi)，也通過在各變換單元60a-60d間給載波分別帶來π/2n相位差，同樣來抵消各變換單元60a-60d所產(chǎn)生的高次諧波電流。
但上述現(xiàn)有裝置中，為了進行如上所述那種相位差運行，必須根據(jù)變換單元60a-60d的數(shù)目設定預先確定的相位差，并且，作為基準信號的三次繞組45電壓的零相位(過零)檢出精度在各變換單元60a-60d中必須是高精度，因此，每一變換單元60a-60d若不是非常嚴格地設定基準信號零相位檢出公差，便難以理想地減少高次諧波。
發(fā)明概述本發(fā)明正是要解決上述問題，其目的在于，提供一種不需要基準信號零相位(過零)檢出公差很嚴格，便能簡單地實現(xiàn)電氣機車編組單位高次諧波抑制的PWM變換器控制裝置。
按照本發(fā)明的一個方面，PWM變換器控制裝置包括將交流電力變換為直流電力提供給多個電氣機車負荷的多個變換單元，所述各變換單元包括將交流電力變換為直流電力的多個變換器；用基準信號和載波對所述變換器進行脈沖寬度調(diào)制控制的PWM控制手段；使分別提供給所述各變換器的載波相位錯開，并在提供給每一變換單元的載波間設定所需相位差的載波相位差設定手段；以及，所述載波相位差設定手段不進行相位差設定動作時，調(diào)整所述各變換器相位差，以便交流電源的一次電流分量其載頻達到所需值的相位差調(diào)整手段。
按照本發(fā)明一實施例，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便交流電源一次電流分量其載頻最大。
按照本發(fā)明另一方面，PWM變換器控制裝置包括將交流電源的交流電力變換為直流電力提供給多個電氣機車負荷的多個變換單元，所述各變換單元包括搭載于同一編組內(nèi)的電氣機車上，具有與所述交流電源連接的一次繞組和多個二次繞組以及三次繞組，對所述交流電源的交流電壓進行變壓的變壓器；與所述變壓器二次繞組分別連接，將交流電力變換為直流電力的多個變換器；與所述變壓器三次繞組連接，用基準信號和載波對所述變換器進行脈沖寬度調(diào)制控制的PWM控制手段；使分別提供給同一所述變換單元內(nèi)的所述各變換器的載波相位錯開，并在提供給每一變換單元的載波間設定所需相位差的載波相位差設定手段；以及，所述載波相位差設定手段不進行相位差設定動作時，調(diào)整所述各變換器相位差，以便交流電源的一次電流分量其載頻達到所需值的相位差調(diào)整手段。
按照本發(fā)明另一實施例，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便所述各變壓器一次繞組所流的一次電流的總和其載頻為所需值。
按照本發(fā)明另一實施例，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便所述各變壓器一次繞組所流的一次電流其載頻最大。
按照本發(fā)明另一實施例，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便所述各變壓器三次繞組電壓的總和其載頻為所需值。
按照本發(fā)明另一實施例，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便所述各變壓器三次繞組電壓其載頻最大。
按照本發(fā)明再一實施例，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段包括檢出相應的所述變壓器一次繞組所流的一次電流其載頻的載波分量檢出器；以及，設定各變換器相位差，以便所述一次電流載頻達到所需值的相位差調(diào)整器。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明一實施例PWM變換器控制裝置的概略構成圖。
圖2是其具體電路圖。
圖3是示意圖2載波相位差設定裝置構成的框圖。
圖4示出的是一例PWM變換器的一次電流波形。
圖5是PWM變換器二次繞組電流的波形圖，迭加的電流波形表示同相情形。
圖6是PWM變換器二次繞組電流的波形圖，迭加的電流波形表示相位錯開情形。
圖7是PWM變換器二次繞組電流的波形圖，迭加的電流波形表示相位錯開另一情形。
圖8是本發(fā)明實施例載波相位錯開的波形圖。
圖9示出的是現(xiàn)有技術PWM變換器控制裝置的概略構成。
實施發(fā)明的最佳方式為了更為詳盡地說明本發(fā)明，現(xiàn)按照附圖對此加以說明。以下說明的本發(fā)明實施例中，與所述圖9現(xiàn)有例相同的部件加上相同標號。
(實施例1)圖1示出了本發(fā)明實施例1的PWM變換器控制裝置的概略構成。圖1中，交流架空線1經(jīng)受電弓2和高壓直接引線3連接有多個變換單元60a-60d。變換單元60a-60d包括一個變壓器4，相位差調(diào)整手段5,PWM控制裝置11，載波相位差設定裝置12，多個變換器61-64，和逆變器81、83。
變壓器4具有經(jīng)受電弓2和高壓直接引線3與交流架空線1連接的一次繞組40和多個二次繞組41-44以及三次繞組45。變壓器4的二次繞組41-44分別與變換器61-64連接，變換器61、62輸出端分別與逆變器85連接，而變換器63、64輸出端分別與逆變器87連接。
變壓器4二次繞組41、42的交流輸出由變換器61、62變換為直流迭加后，再由逆變器81變換為3相交流電流，以此為電源驅動交流電動機85等負載，而變壓器4二次繞組43、44的交流輸出同樣由變換器63、64變換為直流迭加后，再由逆變器83變換為3相交流電流，以此為電源分別驅動交流電動機87等負載，推動電氣機車。
相位差調(diào)整手段5包括與變壓器4一次繞組40連接的電流檢出器50；與該一次電流檢出器50輸出端連接、檢出一次電流載頻分量的載頻分量檢出器51；與該載頻分量檢出器51連接、調(diào)整載頻分量相位、提供給各變換器61-64的相位差調(diào)整器52，相位差調(diào)整器52對提供給同一變換單元內(nèi)各變換器61-64載頻間的相位差進行調(diào)整。
變壓器4三次繞組45連接有PWM控制裝置11，將圖4所示的載波32輸入至該PWM控制裝置11，根據(jù)該載波32和三次繞組45輸出的基準信號31的大小，對變換器61-64的晶閘管的通斷時序進行控制。另外，7為車輪。
圖2示出了各變換單元具體的電路構成。圖2中，各變換器61-64由多個電力半導體器件例如多個晶閘管和二極管組成、將交流變換為直流的單相變換器所構成，而各逆變器81、83由多個電力半導體器件例如多個晶閘管和二極管組成、將直流變換為交流分別提供給電動機85、87的可變電壓·可變頻率逆變器所構成，變換器61、62經(jīng)平滑電容器71與逆變器81連接，而變換器63、64經(jīng)平滑電容器72與逆變器83連接。
圖3是示意載波相位差設定裝置12構成的框圖，該載波相位差設定裝置12由儀表用變量器14、同步電源15、過零比較器16、單觸發(fā)電路17、寄存器18、計數(shù)器19、振蕩器(OSC)20和模式ROM23所組成。
同步電源15使變壓器4三次繞組45的三次電壓降壓的同時，取出基波分量(正弦波)。過零比較器16檢出同步電源15取出的基波分量的零點(正弦波由負變?yōu)檎狞c)，檢測出時輸出脈沖。單觸發(fā)電路17每當有過零比較器16輸出的脈沖輸入，便向計數(shù)器19輸入單觸發(fā)脈沖。
寄存器18預先存儲初始相位數(shù)據(jù)，輸出與未圖示輸入手段所輸入的初始相位輸入指令相對應的初始相位數(shù)據(jù)。這里，當例如1臺變換單元如圖2所示存在4個變換器61-64時，各變換器61-64的載波相位角θ分別設定為0度、90度、22.5度、112.5度。這時，變換器61、62的相位差為90度，而且變換器63、64的相位差也為90度。通過如此保持90度相位差，可除去2倍載頻的高次諧波分量。由于階數(shù)較高的高次諧波所占的比例低，因而象這樣通過保持90度相位差，可除去階數(shù)較低的高次諧波。
計數(shù)器19接收到單觸發(fā)電路17輸出的脈沖時，便受理寄存器18輸出的初始相位數(shù)據(jù)，將此相位數(shù)據(jù)當作初始相位，每當有振蕩器20輸出的信號輸入時，使相位角數(shù)據(jù)遞增。
模式ROM23中存儲帶地址的載波數(shù)字數(shù)據(jù)。振蕩器20對模式ROM23的地址進行設定。模式ROM23根據(jù)振蕩器20設定的地址，設定預先存儲的載波。
這樣，計數(shù)器19的相位角數(shù)據(jù)通過指定地址，可輸出模式ROM23存儲的規(guī)定載波數(shù)字數(shù)據(jù)。以上所述的圖3載波相位差設定裝置12是按每一變換單元設置的，因而可以通過向寄存器18輸入初始相位指令，就每一變換單元設定載波相位。
這樣構成的PWM變換器控制裝置，在例如電動機85、87牽引時，經(jīng)受電弓21對交流架空線1的交流電壓進行集電，經(jīng)集電的交流電壓由變壓器4降壓絕緣，經(jīng)變換器61-64整流的同時升壓，再由平滑電容器71、72平滑，經(jīng)該平滑電容器71、72平滑的電力由逆變器81、83變換為3相交流，由經(jīng)此變換的3相交流使交流電動機85、87并聯(lián)運行。
此時，相位差調(diào)整手段5當載波相位差設定手段12不進行相位差設定動作時，對各變換器61-64相位差進行調(diào)整，使得交流電源的一次電流分量其載頻達到所需值。
具體來說，載頻分量檢出器51從電流檢出器50輸出當中檢出n倍倍頻分量，若該檢出值低于所需值，便由相位差調(diào)整器52增減相位差，調(diào)整到該檢出值超過規(guī)定值。
例如，圖4中標號31表示基準頻率分量，32表示變壓器4的一次電流即載波。這時一次電流32的紋波量為分別與二次繞組41、42連接的變換器61、62或分別與二次繞組43、44連接的變換器63、64所變換的二次電流之和，若相位差運行理想的話，此頻率分量表現(xiàn)為倍數(shù)是變換器61、62或變換器63、64個數(shù)的倍頻分量。此時的電流波形例如圖5所示，二次繞組電流IS1(繞組41)和IS2(繞組42)的2倍倍頻分量(IS1+IS2)表現(xiàn)為一次電流。若此二次繞組41、42間的運行相位差錯開，便例如圖6，圖7所示，沒有載頻分量的2倍倍頻分量，或是減少。利用此特性，如圖8所示，使相對于基準載波32a相位差錯開π/2n的載波32b其相位差錯開值增減，由相位差調(diào)整器52確定載波n倍倍頻分量的檢出值超過所需值或處于峰值的相位差。
因而，可相對于就相位預先指定的相位差(例如，0,π/8,2π/8,3π/8)，對各變換器61-64相位進行微調(diào)，以便檢出一次電流載頻分量中n倍倍頻分量，使之超過所需值，從而修正各變換器61-64基準頻率檢出精度的誤差、通斷開關動作的延時誤差所造成的相移，實現(xiàn)更為理想的相位差運行。
圖8示出的是同一車輛編組內(nèi)具有n臺變換單元時載波32a、32b的相位角設定初始值時的一例，在此場合，設定成按π/(2n)等間隔錯開。
這樣，就可通過按同一車輛編組內(nèi)每一變換器61-64在所提供載波間設定相位差，來抑制電源電流上所迭加的高次諧波電流的發(fā)生。以下參照圖6說明該原理?，F(xiàn)按例如2臺變換器61、62來考慮的話，通過錯開變換器61、62各自載波32a、32b的相位，來如圖6所示錯開開關的時序。在某一變換器61的電流瞬時值IS1為波峰的時序，另一變換器62的電流瞬時值IS2為波谷，通過迭加2臺變換器61、62的電流，將電流瞬時值IS1的波峰峰值和電流瞬時值IS2的波谷谷底值抵消，所合成的電流瞬時值(IS1+IS2)其波谷和波峰的幅值變低，波峰和波谷的數(shù)量是各電流瞬時值IS1或IS2的2倍。換言之，各變換器61、62原來的頻率分量(原來的波峰、波谷幅值)消去，留下的是2倍倍頻的高次諧波分量。同樣，可通過等間隔錯開n臺變換器的載波相位，來減小各載波直至n倍倍頻的高次諧波。
上述實施例中，電氣機車負荷是以交流電動機85、87為例，來說明為了使之運行靠逆變器81、83將變換器61-64的輸出變換為交流這種情形的，但對于電氣機車負荷也可以是直流電動機等直流負荷，這時也可以按原樣利用各變換器61-64的輸出。
(實施例2)上述實施例1中，是檢出變壓器4-次電流，根據(jù)其載波分量的n倍倍頻分量的大小，來調(diào)整相位差的，但這可通過取車輛編組內(nèi)全變換單元60a-60d一次電流分量的總和，帶有控制地使用這種載波分量的n倍倍頻分量，來實現(xiàn)全車輛編組中高次諧波電流的抑制。
(實施例3)一次電流分量的檢出可通過檢出控制三次繞組45電壓感應的各變換器單元60a-60d載波電流分量的n倍倍頻分量，來取得相同效果。
(實施例4)即便是不用變壓器的場合，也同樣能夠對變換器電流電壓分量進行檢出和相位差控制。
綜上所述，按照本發(fā)明，能夠對每一變換單元的相位差相移進行調(diào)整，因而，即便基準信號檢出公差不很嚴格，也能減小高次諧波。也就是說，是通過檢出作為PWM變換器的各個變換單元的交流一次電流載頻分量的n倍倍頻分量，調(diào)整各變換單元相位差，以有助于高次諧波電流分量抑制的。
產(chǎn)業(yè)實用性本發(fā)明可用于對同一編組電氣機車搭載的多個電氣機車負荷進行控制，不需要基準信號零相位(過零)檢出公差很嚴格，就能簡單地減小電氣機車編組單位的高次諧波。
權利要求
1．一種PWM變換器控制裝置，包括將交流電力變換為直流電力提供給多個電氣機車負荷的多個變換單元，其特征在于，所述各變換單元包括將交流電力變換為直流電力的多個變換器；用基準信號和載波對所述變換器進行脈沖寬度調(diào)制控制的PWM控制手段；使分別提供給所述各變換器的載波相位錯開，并在提供給每一變換單元的載波間設定所需相位差的載波相位差設定手段；以及所述載波相位差設定手段不進行相位差設定動作時，調(diào)整所述各變換器相位差，以便交流電源的一次電流分量其載頻達到所需值的相位差調(diào)整手段。
2．如權利要求1所述的PWM變換器控制裝置，其特征在于，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便交流電源的一次電流分量其載頻最大。
3．一種PWM變換器控制裝置，包括將交流電源的交流電力變換為直流電力提供給多個電氣機車負荷的多個變換單元，其特征在于，所述各變換單元包括搭載于同一編組內(nèi)的電氣機車上，具有與所述交流電源連接的一次繞組和多個二次繞組以及三次繞組，對所述交流電源的交流電壓進行變壓的變壓器；與所述變壓器二次繞組分別連接，將交流電力變換為直流電力的多個變換器；與所述變壓器三次繞組連接，用基準信號和載波對所述變換器進行脈沖寬度調(diào)制控制的PWM控制手段；使分別提供給同一所述變換單元內(nèi)的所述各變換器的載波相位錯開，并在提供給每一變換單元的載波間設定所需相位差的載波相位差設定手段；以及所述載波相位差設定手段不進行相位差設定動作時，調(diào)整所述各變換器相位差，以便交流電源的一次電流分量其載頻達到所需值的相位差調(diào)整手段。
4．如權利要求3所述的PWM變換器控制裝置，其特征在于，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便所述各變壓器一次繞組所流的一次電流的總和其載頻為所需值。
5．如權利要求4所述的PWM變換器控制裝置，其特征在于，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便所述各變壓器一次繞組所流的一次電流其載頻最大。
6．如權利要求3所述的PWM變換器控制裝置，其特征在于，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便所述各變壓器三次繞組電壓的總和其載頻為所需值。
7．如權利要求6所述的PWM變換器控制裝置，其特征在于，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段設定所述各變換器相位差，以便所述各變壓器三次繞組電壓其載頻最大。
8．如權利要求3所述的PWM變換器控制裝置，其特征在于，所述各變換單元的相位差調(diào)整手段包括檢出相應的所述變壓器一次繞組所流的一次電流其載頻的載波分量檢出器；以及設定各變換器相位差，以便所述一次電流載頻達到所需值的相位差調(diào)整器。
全文摘要
本發(fā)明PWM變換器控制裝置,不需要基準信號零相位檢出公差很嚴格,便能夠簡單地減小電氣機車編組單元的高次諧波?？刂蒲b置可相對于就相位預先指定的相位差,對各變換器單元相位差進行微調(diào),以便檢出一次電流載頻分量中的n倍倍頻分量,使之超過所需值,從而修正各變換器基準頻率檢出精度的誤差、通斷開關動作的延時誤差所造成的相移,實現(xiàn)更為理想的相位差運行。
文檔編號B60L9/00GK1219910SQ97195065
公開日1999年6月16日 申請日期1997年3月31日 優(yōu)先權日1997年3月31日
發(fā)明者中本紀明 申請人:三菱電機株式會社