專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(linear induction motor)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其涉及一種 通過對可變電壓、可變頻率的交流進(jìn)行輸出的電力變換裝置并利用向量控制來驅(qū)動(dòng)線性感 應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電車的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如圖2所示，線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電車在車輛202中搭載有作為線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109 的初級電路的線圈，將組合有鐵系磁性材料212和在磁性材料212上設(shè)置的鋁、銅等非磁性 導(dǎo)體211的作為次級電路的反應(yīng)板(reactionplate) 203敷設(shè)于兩條軌道204之間，當(dāng)向線 性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109的初級電路線圈施加三相交流而產(chǎn)生移動(dòng)磁場時(shí)，該磁場貫通作為次級 電路的反應(yīng)板203的鐵系磁性材料212上所設(shè)置的鋁、銅等非磁性導(dǎo)體211，在非磁性導(dǎo)體 211中產(chǎn)生渦電流，通過渦電流產(chǎn)生電磁力(推力)，從而可使電車行駛。同時(shí)，在線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與作為次級電路的反應(yīng)板203的鐵系磁性材料212 之間會(huì)產(chǎn)生吸引力210及排斥力，但該力對電車的推進(jìn)沒有幫助。由于該線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電車不需要如以往的電車那樣在驅(qū)動(dòng)輪處設(shè)置的旋轉(zhuǎn)式 電動(dòng)機(jī)，所以，可實(shí)現(xiàn)低底盤化，而且，通過使電車小型化，還具有能夠在截面積小的隧道中 行駛等優(yōu)點(diǎn)。對線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的控制方法如專利文獻(xiàn)1、2所公開那樣，因容易 控制推力而提出了向量控制的方案。專利文獻(xiàn)1 特開2000-23316號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開2001-28808號公報(bào)但是，在上述的例子中如圖3所示，若在線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與反應(yīng)板203的鐵系 磁性材料212之間產(chǎn)生過大的吸引力210，則反應(yīng)板203會(huì)因過大的力而被線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 109吸引，存在著反應(yīng)板203被損壞的可能性。而且，若在線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與鐵系磁性材料212之間產(chǎn)生過大的吸引力210， 則可能會(huì)對支承反應(yīng)板203的締結(jié)裝置206及枕木209帶來損害。并且，若在線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與鐵系磁性材料212之間產(chǎn)生過大的吸引力210， 則反應(yīng)板203的形狀將變?yōu)橥範(fàn)?，使得線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與反應(yīng)板203的間隙消失，因 此，反應(yīng)板203與線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109會(huì)接觸，有可能使線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109和反應(yīng)板203 損壞。另外，若在線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與反應(yīng)板203之間產(chǎn)生過大的吸引力，則行駛阻力 增大，存在加速度降低的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述課題，提供一種通過對吸引力210進(jìn)行監(jiān)視、抑制產(chǎn) 生過大吸引力，來提高安全性的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電車系統(tǒng)。為解決上述課題，采用了以下方法。在線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中包括對 吸引力進(jìn)行運(yùn)算的吸引力監(jiān)視控制器，根據(jù)向線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加的電壓、逆變器頻率、滑 動(dòng)頻率來運(yùn)算吸引力，若超過了預(yù)先設(shè)定的值，則輸出對施加給線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓、滑 動(dòng)頻率進(jìn)行修正的指令，按照使吸引力的運(yùn)算值低于所設(shè)定的值的方式進(jìn)行控制。即，本發(fā)明在電車的車上側(cè)搭載有輸出可變電壓、可變頻率的交流的電力變換裝 置；和被該電力變換裝置供給電力，成為線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的初級電路的線圈繞組；在地上 側(cè)設(shè)置成為所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的次級導(dǎo)體的反應(yīng)板，通過所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)電 車，在所述電車的車上側(cè)設(shè)置有對所述線圈繞組與所述反應(yīng)板之間的吸引力進(jìn)行運(yùn)算的 控制器；和按照使所述吸引力的運(yùn)算結(jié)果低于所設(shè)定的值的方式進(jìn)行控制的吸引力監(jiān)視控 制器。而且，在本發(fā)明中，對所述吸引力進(jìn)行運(yùn)算的控制器具有下述單元，該單元基于根 據(jù)向所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加的電壓、電流和頻率來運(yùn)算所述吸引力而得到的結(jié)果，修正 向所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加的電壓、電流和頻率。并且，在本發(fā)明中，所述吸引力監(jiān)視控制器根據(jù)向所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加的電 壓、滑動(dòng)頻率來運(yùn)算所述吸引力，并根據(jù)該運(yùn)算結(jié)果輸出按照使施加給所述線性感應(yīng)電動(dòng) 機(jī)的電壓減少、使滑動(dòng)頻率增加的方式進(jìn)行修正的指令，從而控制為使所述吸引力的運(yùn)算 值低于所設(shè)定的值。根據(jù)本發(fā)明，可提供一種線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電車系統(tǒng)，其通過抑制在線性感應(yīng)電動(dòng) 機(jī)與反應(yīng)板的鐵系磁性材料之間產(chǎn)生的過大吸引力，來防止反應(yīng)板的變形和損壞、對反應(yīng) 板進(jìn)行固定的締結(jié)裝置和枕木的損傷、線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的損傷、電車的加速度的降低。另外，通過抑制反應(yīng)板和締結(jié)裝置等地上設(shè)備的損傷，可提供降低地上設(shè)備的維 護(hù)作業(yè)的交通系統(tǒng)。


圖1是說明了實(shí)施例中的方法的框圖；圖2是線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電車的剖面圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的課題的說明圖；圖4是實(shí)施例中的吸引力監(jiān)視控制器的控制框圖；圖5是實(shí)施例中的吸引力監(jiān)視控制器的控制流程圖。圖中101-電流指令發(fā)生器；102-電流控制器；103-電壓向量運(yùn)算部；104-PWM 控制器；105-高壓電源輸入部；106-逆變器(inverter)主電路部；107-滑動(dòng)頻率運(yùn)算部； 108-驅(qū)動(dòng)輪；109-線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；110-速度檢測器；111-吸引力監(jiān)視控制器；112-推力 電流檢測運(yùn)算部；113-逆變器頻率運(yùn)算部；114-加法器；115-電動(dòng)機(jī)電流檢測器；202-車 輛；203-反應(yīng)板；204-軌道；206-締結(jié)裝置；207-螺栓；208-間隙；209-枕木；210-吸引 力；211-非磁性導(dǎo)體；212-磁性材料；410-吸引力修正塊(block) ；411-減法器；412-加法
ο
具體實(shí)施例方式對用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行說明。針對本發(fā)明的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例，利用附圖進(jìn)行說明。(實(shí)施例1)利用圖1對實(shí)施例1進(jìn)行說明。對于線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109的控制而言，在由電流指 令發(fā)生器101、電流控制器102、電壓向量運(yùn)算部103、PWM控制器104、滑動(dòng)頻率運(yùn)算部107、 推力電流運(yùn)算部112和逆變器頻率運(yùn)算部113構(gòu)成的控制中，包括本實(shí)施例的吸引力監(jiān)視 控制器111。下面說明實(shí)施例1中的控制信號的流向。電流指令發(fā)生器101輸出對線性感應(yīng)電 動(dòng)機(jī)109施加的激勵(lì)電流指令值IcT和推力電流指令I(lǐng)q*。電壓向量運(yùn)算部103接受激勵(lì)電 流指令I(lǐng)cT和推力電流指令I(lǐng)q*，利用線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109的電動(dòng)機(jī)常數(shù)，進(jìn)行向量運(yùn)算，輸 出向線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加的電壓指令調(diào)制率Vc和偏角δ。所述電壓指令調(diào)制率Vc由吸引 力監(jiān)視控制器111修正，將修正后的電壓指令調(diào)制率修正后值Vc”輸入到PWM控制器104。
PWM控制器104接受來自吸引力監(jiān)視控制器111的電壓指令修正后值Vc”、來自電 壓向量運(yùn)算部103的偏角δ、和來自逆變器頻率運(yùn)算部113的逆變器頻率Finv，進(jìn)行PWM 變換，控制用于對線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的逆變器主電路部106，由此來驅(qū)動(dòng)線性感 應(yīng)電動(dòng)機(jī)109。為了提高線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109的控制性能，推力電流檢測運(yùn)算部112和電流控制 器102發(fā)揮著對推力電流進(jìn)行反饋的功能。推力電流運(yùn)算部112從電動(dòng)機(jī)電流檢測器115 接受電動(dòng)機(jī)電流IM，向電流控制器102輸出推力電流檢測值Iq。電流控制器102對推力電 流指令I(lǐng)q*和推力電流檢測值Iq進(jìn)行比較，按照使指令值與檢測值不存在差異的方式進(jìn)行 控制。由滑動(dòng)頻率運(yùn)算部107根據(jù)來自電流指令發(fā)生器101的激勵(lì)電流指令I(lǐng)cT和來自 電流控制器102的推力電流指令I(lǐng)cT，對滑動(dòng)頻率Fs進(jìn)行運(yùn)算，并通過吸引力監(jiān)視控制器 111對所述滑動(dòng)頻率Fs進(jìn)行修正，通過加法器114將所述滑動(dòng)頻率修正后值Fs”與從驅(qū)動(dòng) 輪110上安裝的速度檢測器110輸出的轉(zhuǎn)子(rotor)頻率Fr進(jìn)行相加，從而生成PWM控制 器104所需要的逆變器頻率Finv。作為本實(shí)施例的特征的吸引力監(jiān)視控制器111接受將直流電壓作為輸入的濾波 電容電壓Ecf，并從逆變器頻率運(yùn)算部113接受逆變器頻率Finv，對施加到線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 109的電壓指令調(diào)制率Vc和滑動(dòng)頻率Fs進(jìn)行修正，輸出電壓指令調(diào)制率修正后值Vc”和滑 動(dòng)頻率修正后Fs”。接著，對實(shí)施例1中在線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與反應(yīng)板203的鐵系磁性材料212之 間產(chǎn)生的吸引力210的運(yùn)算方法進(jìn)行說明。線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與反應(yīng)板203的鐵系磁性材料212之間所產(chǎn)生的吸引力210 為(吸引力~ 02/Fs)的關(guān)系。另外，磁通Φ存在著(磁通Φ - V/Finv)的關(guān)系。即，可 按照式(1)所示的關(guān)系式，根據(jù)電壓指令V、逆變器頻率Finv和滑動(dòng)頻率Fs來運(yùn)算吸引力 的大小。吸引力~ 02/Fs (V/Finv) 2/Fs.......式(1)
電壓指令V可按式(2)所示的關(guān)系式，根據(jù)濾波電容電壓Ecf和電壓指令調(diào)制率 Vc算出。V = V"6/丌 XEcfXVc..........式(2)通過利用上述式(1)、式(2)的運(yùn)算式，可根據(jù)濾波電容電壓Ecf、電壓指令調(diào)制率 Vc、逆變器頻率Finv、滑動(dòng)頻率Fs，來運(yùn)算出線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與反應(yīng)板203的鐵系磁性 材料212之間產(chǎn)生的吸引力210的大小。本實(shí)施例中，通過在吸引力監(jiān)視控制器111中包括該上述運(yùn)算式，可對吸引力210 的大小進(jìn)行運(yùn)算。例如，在吸引力210超過了一定值時(shí)，通過降低電壓指令調(diào)制率Vc來降低磁通Φ， 由此可抑制吸引力210。但是，若降低電壓指令調(diào)制率Vc，則從式(3)可知，由于推力與電壓指令V、逆變器 頻率Finv、滑動(dòng)頻率Fs成正比關(guān)系，所以推力減小，使得電車的性能降低。推力0^ O2Fs (V/Finv) 2Fs.......式(3)因此，為了在降低電壓指令調(diào)制率Vc的同時(shí)維持推力，而進(jìn)行提高滑動(dòng)頻率Fs的 控制。這樣，基于上述想法，通過對電壓指令調(diào)制率Vc和滑動(dòng)頻率Fs進(jìn)行修正，可抑制 產(chǎn)生過大的吸引力210，抑制推力的下降。接著，基于上述想法，利用圖4的控制框圖，說明對吸引力210進(jìn)行運(yùn)算的吸引力 監(jiān)視控制器111的控制。吸引力監(jiān)視控制器111接受濾波電容電壓Ecf和逆變器頻率Finv，對施加給線性 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109的電壓指令調(diào)制率Vc和滑動(dòng)頻率Fs進(jìn)行修正，來抑制吸引力210，維持推 力。吸引力監(jiān)視控制器111的吸引力修正塊410根據(jù)(V/Finv)7FS的關(guān)系來運(yùn)算吸引力 210，在超過了預(yù)先設(shè)定的值的情況下，判斷為吸引力210大，將電壓指令調(diào)制率修正值Vc’ 和滑動(dòng)頻率修正值Fs’輸出。對于所述電壓指令調(diào)制率修正值Vc’而言，通過減法器411 從電壓指令調(diào)制率Vc中減去電壓指令調(diào)制率修正值Vc’，將電壓指令調(diào)制率修正值Vc”向 PWM控制器104輸出。對于所述滑動(dòng)頻率修正值Fs’而言，通過加法器412將滑動(dòng)頻率Fs 和滑動(dòng)頻率修正值Fs’相加，并將滑動(dòng)頻率修正值Fs”向逆變器頻率運(yùn)算部113輸出。接著，利用圖5的控制流程圖，對本實(shí)施例的吸引力監(jiān)視控制器111的動(dòng)作進(jìn)行說 明。(1)由吸引力監(jiān)視控制器111的吸引力修正塊410根據(jù)電壓指令V、逆變器頻率 Finv和滑動(dòng)頻率Fs來運(yùn)算吸引力210。(2)在未超過由吸引力修正塊410預(yù)先設(shè)定的值的情況下，推斷為吸引力210小， 判斷為不需要電壓指令調(diào)制率Vc和滑動(dòng)頻率Fs的修正，電壓指令調(diào)制率修正值Vc’和滑 動(dòng)頻率修正值Fs’輸出0。(3)在超過了由吸引力修正塊410預(yù)先設(shè)定的值的情況下，推斷為吸引力210大， 為了減小吸引力210而輸出電壓指令調(diào)制率修正值Vc’，來降低電壓指令調(diào)制率Vc。(4)通過降低電壓指令調(diào)制率Vc，使吸引力210下降。(5)由于推力會(huì)下降與電壓指令調(diào)制率Vc下降的量對應(yīng)的量，因此，將滑動(dòng)頻率 修正值Fs’加到滑動(dòng)頻率Fs上，來維持推力。
通過以上的實(shí)施例，當(dāng)在線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109與反應(yīng)板203的鐵系磁性材料212 之間產(chǎn)生的吸引力210過大時(shí)，通過根據(jù)將直流電壓作為輸入的濾波電容電壓Ecf、電壓指 令調(diào)制率Vc、逆變器頻率Finv和滑動(dòng)頻率Fs對吸引力210進(jìn)行運(yùn)算，來抑制過大吸引力 的產(chǎn)生，能夠?qū)崿F(xiàn)可防止反應(yīng)板203的損傷、對反應(yīng)板203進(jìn)行固定的締結(jié)裝置206和枕木 209的損傷、線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)109的損傷、電車加速度的降低的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電車系統(tǒng)。
權(quán)利要求
一種電力變換裝置，對驅(qū)動(dòng)電車的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供可變電壓、可變頻率的交流電，該線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有地上側(cè)設(shè)置的反應(yīng)板、和電車的車上側(cè)搭載的線圈繞組，其特征在于，設(shè)有吸引力監(jiān)視控制器，對所述線圈繞組與所述反應(yīng)板之間的吸引力進(jìn)行運(yùn)算，并按照使所述吸引力的運(yùn)算結(jié)果低于所設(shè)定的值的方式進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述吸引力監(jiān)視控制器具有基于根據(jù)向所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加的電壓、電流和頻 率來運(yùn)算所述吸引力而得到的結(jié)果，修正向所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加的電壓、電流和頻率 的單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述吸引力監(jiān)視控制器根據(jù)向所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加的電壓、所述可變頻率、滑動(dòng) 頻率來運(yùn)算所述吸引力，并根據(jù)該運(yùn)算結(jié)果輸出按照使施加給所述線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電壓 減少、使滑動(dòng)頻率增加的方式進(jìn)行修正的指令，從而控制為使所述吸引力的運(yùn)算值低于所 設(shè)定的值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力變換裝置，對驅(qū)動(dòng)電車的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供可變電壓、可變頻率的交流電，該線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有地上側(cè)設(shè)置的反應(yīng)板、和電車的車上側(cè)搭載的線圈繞組，該電力變換裝置中設(shè)有吸引力監(jiān)視控制器，對線圈繞組與反應(yīng)板之間的吸引力進(jìn)行運(yùn)算，并按照使吸引力的運(yùn)算結(jié)果低于所設(shè)定的值的方式進(jìn)行控制。
文檔編號H02P27/06GK101931360SQ20101026790
公開日2010年12月29日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月12日
發(fā)明者關(guān)澤俊彥, 淺田豐樹 申請人:株式會(huì)社日立制作所