专利名称：电车控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具备通过对交流电动机进行发电控制来进行电车的制动的机构的电车控制装置。
背景技术：
一般情况下，电车控制装置通过对交流电动机进行发电控制来进行电车的制动。具体地说，被进行发电控制的交流电动机将转动能变换成交流电。变换器(inverter)将交流电动机变换的交流电变换成直流电。由变换器变换的直流电被制动电阻器作为焦耳热消耗掉。
在这样的电车控制装置中，当制动电阻器消耗的焦耳热过大时，制动电阻器达到高温。从而，制动电阻器会烧毁或发烟。
因此，公开了一种电车控制装置，检测制动电阻的过温，无需设置温度检测器就可检测出制动电阻的过温(例如参照日本特许公开公报2005-27454)。即，电车控制装置利用制动电阻器中流动的电流值和制动电阻器两端的电压值来计算制动电阻器的电阻值。电车控制装置比较所计算出的电阻值和预先计算的、制动电阻器在容许温度下的电阻值。电车控制装置在比较的结果是电阻值大的情况下，检测出制动电阻器过温。
但是，在制动电阻中发生部分短路的情况下，制动电阻器如果消耗与正常时相同的电力，则通电部分会过负载。结果，制动电阻器可能会烧毁等。上述的电车控制装置无法检测制动电阻器的部分接地。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电车控制装置，可以检测出消耗由于电车的制动而产生的电力的制动电阻器的部分接地。
本发明第1方面的电车控制装置包括变换器，将来自直流电源的直流电变换成三相交流电；交流电动机，通过由上述变换器变换的三相交流电驱动，来使电车行驶，并且，通过被作为发电机进行控制，来进行上述电车的制动；制动电阻器，消耗由于上述电车的制动而由上述交流电动机发出的电力；电流检测单元，检测上述制动电阻器中流动的电流值；电压检测单元，检测上述制动电阻器的两端子间的电压值；制动电阻计算单元，根据由上述电流检测单元检测出的电流值和由上述电压检测单元检测出的电压值，计算上述制动电阻器的电阻值；以及制动电阻部分接地检测器，当由上述制动电阻计算单元计算出的电阻值小于规定值时，检测上述制动电阻器为部分接地。
结合到说明书中并且形成说明书的一部分的附示出本发明的实施方式，并且连同上面给出的概括性说明以及下面给出的实施方式的详细描述一起，用于解释本发明的原理。
图1是本发明第1实施方式的电车控制装置的结构图。
图2是本发明第2实施方式的电车控制装置的结构图。
图3是本发明第3实施方式的电车控制装置的结构图。
图4是本发明第4实施方式的电车控制装置的结构图。
图5是本发明第5实施方式的电车控制装置的结构图。
图6是本发明第6实施方式的电车控制装置的结构图。
具体实施例方式
以下参照
本发明的实施方式。
(第1实施方式)图1是本发明第1实施方式的电车控制装置的结构图。以下对同一部分标注同一符号并省略其详细说明，主要描述不同的部分。以后的实施方式也同样省略重复的说明。
直流电源11利用整流器对例如直流电车线(架线(catenary))或车上的引擎发电机发出的电力进行整流，输出直流电。直流电源11经由第1开关12与变换器14的直流端子连接。滤波电容器13连接在比第1开关12更靠近变换器14侧的变换器14的直流端子间。变换器14在输出侧与作为负载的交流电动机15连接。通常，使用感应电动机作为交流电动机15。另外，对变换器14进行变压变频(VVVF)的运转控制。
另外，在变换器14的直流端子上经由第2开关16连接有制动电阻器17。在进行电车的制动操作时，电车控制装置打开第1开关12并关闭第2开关16，将交流电动机15作为发电机进行控制。其发电电力被制动电阻器17消耗。
电流检测器18检测在制动电阻器17中流动的电流值IBRe。电流检测器18检测出的电流值IBRe被输入到制动电阻计算部19。电压检测器20检测滤波电容器13的电压(变换器14的直流端子间的电压或制动电阻器17的两端子间的电压)Vdc。电压检测器20检测出的电压值Vdc被输入到制动电阻计算部19。制动电阻计算部19根据电流值IBRe以及电压值Vdc，如(1)式所示计算电阻值BReS1。
BReS1＝Vdc/IBRe ...(1)制动电阻部分接地检测器21根据作为制动电阻计算部19的输出的电阻值BReS1和制动电阻器17的额定值(规定值)BRe，判断制动电阻器17是健全状态还是部分接地状态。
例如，当电阻值BReS1小于制动电阻器17的额定值(规定值)BRe时(BReS1＜BRe时)，制动电阻部分接地检测器21输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝1)。当电阻值BReS1大于等于制动电阻器17的额定值(规定值)BRe时(BReS1≥BRe时)，制动电阻部分接地检测器21输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝0)。因此，制动电阻部分接地检测信号GBRe＝1表示部分接地状态。制动电阻部分接地检测信号GBRe＝0表示健全状态。
当制动电阻计算部19计算出的电阻值BReS1小于规定值BRe时，即制动电阻器部分接地检测信号GBRe为1时，制动电阻部分接地检测器21进行制动操作的停止或异常显示。
根据第1实施方式，制动电阻计算部19根据电流检测部18检测出的电流值IBRe和电压检测器20检测出的电压值Vdc，计算制动电阻器17的电阻值BReS1。当制动电阻计算部19计算出的电阻值BReS1小于规定值BRe时，制动电阻部分接地检测器21进行制动操作的停止或异常显示。这样，即使在制动电阻器17中发生短路等故障的状态下，也可以防止制动电阻器的烧毁等。并且，电车控制装置可以继续电车的运转。从而可以提高系统的可靠性。
(第2实施方式)图2是本发明第2实施方式的电车控制装置的结构图。第2实施方式是在图1所示的第1实施方式中，取代制动电阻计算部19和制动电阻部分接地检测器21，设置制动电阻计算部19A、制动电阻部分接地检测器21A、坐标变换部24、转矩计算部25以及功率计算部26。另外，取代电流检测器18，设置电流检测器22、电流检测器23以及速度传感器27。
制动电阻计算部19A根据制动功率PB以及制动电阻器17的电压值Vdc，计算制动电阻器17的电阻值BReS2。
电流检测器22检测交流电动机15的u相电流值Iu。电流检测器23检测交流电动机15的w相电流值Iw。由电流检测器22检测出的u相电流值Iu和由电流检测器23检测出的w相电流值Iw被输入到坐标变换部24。坐标变换部24根据u相电流值Iu和w相电流值Iw，通过dq轴变换计算，计算出转矩电流值Iq和励磁电流值Id，并输出到转矩计算部25。dq轴坐标是按照对转矩起作用的分量和对转矩不起作用的分量进行划分而得到的坐标系。
转矩计算部25被输入作为坐标变换部24的输出的转矩电流值Iq和励磁电流值Id，利用(2)式计算转矩Tr。
Tr＝K1·Id·Iq...(2)其中，K1是与互感几乎一致的系数。
由转矩计算部25计算出的交流电动机15的转矩Tr被输入到功率计算部26。速度传感器27检测作为交流电动机15的旋转速度的电机速度ωs。由速度传感器检测出的电机速度ωs被输入到功率计算部26。功率计算部26根据转矩Tr和电机速度ωs，利用(3)式计算制动功率PB。
PB＝Tr·ωs ...(3)由功率计算部26计算出的制动功率PB被输入到制动电阻计算部19A。由电压检测器20检测出的滤波电容器13的电压值Vdc被输入到制动电阻计算部19A。制动电阻计算部19A根据制动功率PB和电压值Vdc，利用(4)式计算电阻值BReS2。
BReS2＝Vdc2/PB ...(4)制动电阻部分接地检测器21A根据作为制动电阻计算部19A的输出的电阻值BReS2和制动电阻器17的额定值BRe，判断制动电阻器17是健全状态还是部分接地状态。
例如，当电阻值BReS2小于制动电阻器17的额定值(规定值)BRe时(BReS2＜BRe时)，制动电阻部分接地检测器21A输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝1)。当电阻值BReS2大于等于制动电阻器17的额定值(规定值)BRe时(BReS2≥BRe时)，制动电阻部分接地检测器21A输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝0)。因此，制动电阻部分接地检测信号GBRe＝1表示部分接地状态。制动电阻部分接地检测信号GBRe＝0表示健全状态。
当制动电阻计算部19A计算出的电阻值BReS2小于规定值BRe时，即制动电阻器部分接地检测信号GBRe为1时，制动电阻部分接地检测器21A进行制动操作的停止或异常显示。
根据第2实施方式，通过利用制动功率PB和制动电阻器17的电压值Vdc，来计算制动电阻器17的电阻值BReS2，可以得到与第1实施方式同样的效果。
(第3实施方式)图3是本发明第3实施方式的电车控制装置的结构图。第3实施方式是在图2所示的第2实施方式中，取代制动电阻计算部19A和制动电阻部分接地检测器21A，设置制动电阻计算部19B和制动电阻部分接地检测器21B。另外，取代电压检测器20，设置电流检测器18。
制动电阻计算部19B根据制动功率PB以及电流值IBRe，计算制动电阻器17的电阻值BReS3。
由电流检测器18检测出的电流值IBRe被输入到制动电阻计算部19B。由功率计算部26计算的制动功率PB被输入到制动电阻计算部19B。制动电阻计算部19B被输入制动功率PB和电流值IBRe，并利用(5)式计算电阻值BReS3。
BReS3＝PB/IBRe2...(5)制动电阻部分接地检测器21B根据作为制动电阻计算部19B的输出的电阻值BReS3和制动电阻器17的额定值BRe，判断制动电阻器17是健全状态还是部分接地状态。
例如，当电阻值BReS3小于制动电阻器17的额定值(规定值)BRe时(BReS3＜BRe时)，制动电阻部分接地检测器21B输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝1)。当电阻值BReS3大于等于制动电阻器17的额定值(规定值)BRe时(BReS3≥BRe时)，制动电阻部分接地检测器21B输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝0)。因此，制动电阻部分接地检测信号GBRe＝1表示部分接地状态。制动电阻部分接地检测信号GBRe＝0表示健全状态。
当制动电阻计算部19B计算出的电阻值BReS3小于规定值BRe时，即制动电阻器部分接地检测信号GBRe为1时，制动电阻部分接地检测器21B进行制动操作的停止或异常显示。
根据第3实施方式，通过利用制动功率PB和制动电阻器17中流动的电流值IBRe，来计算制动电阻器17的电阻值BReS3，可以得到与第2实施方式同样的效果。
(第4实施方式)图4是本发明第4实施方式的电车控制装置的结构图。第4实施方式是在图1所示的第1实施方式中，取代制动电阻部分接地检测器21，设置制动电阻部分接地检测器21C、温度检测器28以及制动电阻基准值计算部29。
温度检测器28检测制动电阻器17的温度TBRe。由温度检测器28检测出的温度TBRe被输入到制动电阻基准值计算部29。制动电阻基准值计算部29根据温度TBRe，利用(6)式算出计算基准值(规定值)BReS4。
BReS4＝RTK+K2(TBRe-TK)...(6)这里，RTK是电阻器在温度TK时的电阻值，K2是温度系数。
制动电阻部分接地检测器21C根据作为制动电阻计算部19的输出的电阻值BReS1和作为制动电阻基准值计算部29的输出的计算基准值BReS4，判断制动电阻器17是健全状态还是部分接地状态。
例如，当电阻值BReS1小于计算基准值BReS4时(BReS1＜BReS4时)，制动电阻部分接地检测器21C输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝1)。当电阻值BReS1大于等于计算基准值BReS4时(BReS1≥BReS4时)，制动电阻部分接地检测器21C输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝0)。因此，制动电阻部分接地检测信号GBRe＝1表示部分接地状态。制动电阻部分接地检测信号GBRe＝0表示健全状态。
当制动电阻计算部19计算出的电阻值BReS1小于由制动电阻基准值计算部29算出的计算基准值BReS4时，即制动电阻器部分接地检测信号GBRe为1时，制动电阻部分接地检测器21C进行制动操作的停止或异常显示。
根据第4实施方式，比较由制动电阻计算部19计算出的电阻值BReS1和利用制动电阻器17的温度TBRe算出的计算基准值BReS4。由此，可以得到与第1实施方式同样的效果。而且，由于随着温度变化对制动电阻器的基准值进行调整，因此与第1实施方式相比可以进一步提高检测精度。即，还可以检测出制动电阻器17的更靠近接地侧端子的部分的接地，从而可以进一步提高系统的可靠性。
(第5实施方式)图5是本发明第5实施方式的电车控制装置的结构图。第5实施方式是在图4所示的第4实施方式中，取代制动电阻计算部19和制动电阻部分接地检测器21C，设置制动电阻计算部19A、制动电阻部分接地检测器21D、坐标变换部24、转矩计算部25以及功率计算部26。另外，取代电流检测器18，设置电流检测器22、电流检测器23以及速度传感器27。制动电阻计算部19A计算电阻值BReS2的方法与在第2实施方式中说明的相同。
制动电阻部分接地检测器21D根据作为制动电阻计算部19A的输出的电阻值BReS2和作为制动电阻基准值计算部29的输出的计算基准值(规定值)BReS4，判断制动电阻器17是健全状态还是部分接地状态。
例如，当电阻值BReS2小于计算基准值BReS4时(BReS2＜BReS4时)，制动电阻部分接地检测器21D输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝1)。当电阻值BReS2大于等于计算基准值BReS4时(BReS2≥BReS4时)，制动电阻部分接地检测器21D输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝0)。因此，制动电阻部分接地检测信号GBRe＝1表示部分接地状态。制动电阻部分接地检测信号GBRe＝0表示健全状态。
根据第5实施方式，通过利用制动功率PB和制动电阻器17的电压值Vdc，来计算制动电阻器17的电阻值BReS2，可以得到与第4实施方式同样的效果(第6实施方式)图6是本发明第6实施方式的电车控制装置的结构图。第6实施方式是在图5所示的第5实施方式中，取代制动电阻计算部19A和制动电阻部分接地检测器21D，设置制动电阻计算部19B、制动电阻部分接地检测器21E。另外，取代电压检测器20，设置电流检测器18。制动电阻计算部19B计算电阻值BReS3的方法与在第3实施方式中说明的相同。
制动电阻部分接地检测器21E根据作为制动电阻计算部19B的输出的电阻值BReS3和作为制动电阻基准值计算部29的输出的计算基准值(规定值)BReS4，判断制动电阻器17是健全状态还是部分接地状态。
例如，当电阻值BReS3小于计算基准值BReS4时(BReS3＜BReS4时)，制动电阻部分接地检测器21E输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝1)。当电阻值BReS3大于等于计算基准值BReS4时(BReS3≥BReS4时)，制动电阻部分接地检测器21E输出制动电阻器部分接地检测信号GBRe(GBRe＝0)。因此，制动电阻部分接地检测信号GBRe＝1表示部分接地状态。制动电阻部分接地检测信号GBRe＝0表示健全状态。
根据第6实施方式，通过利用制动功率PB和制动电阻器17的电流值IBRe，来计算制动电阻器17的电阻值BReS3，可以得到与第4实施方式同样的效果。
另外，在各实施方式中，设变换器14为VVVF控制的变换器，但也可以是恒压恒频(CVCF)控制的变换器，还可以是其它控制的变换器。
对于本领域技术人员而言，其它的优点和改进是显而易见的。因此，本发明在其更广泛的方面不限于这里示出和描述的具体细节和代表性实施方式。因此，在不脱离所附权利要求及其等同技术方案所限定的总的发明构思的精神或范围的情况下，可以进行各种改进。
权利要求
1.一种电车控制装置，包括变换器(14)，将来自直流电源(11)的直流电变换成三相交流电；交流电动机(15)，通过由上述变换器(14)变换的三相交流电驱动，来使电车行驶，并且，通过被作为发电机进行控制，来进行上述电车的制动；制动电阻器(17)，消耗由于上述电车的制动而由上述交流电动机(15)发出的电力；电流检测单元(18)，检测上述制动电阻器(17)中流动的电流值；电压检测单元(20)，检测上述制动电阻器(17)的两端子间的电压值；制动电阻计算单元(19)，根据由上述电流检测单元(18)检测出的电流值和由上述电压检测单元(20)检测出的电压值，计算上述制动电阻器(17)的电阻值；以及制动电阻部分接地检测器(21)，当由上述制动电阻计算单元(19)计算出的电阻值小于规定值时，检测上述制动电阻器(17)为部分接地。
2.根据权利要求1所述的电车控制装置，还包括温度检测单元(28)，检测上述制动电阻器的温度；和制动电阻基准值计算单元(29)，根据由上述温度检测单元(28)检测出的温度，计算在上述制动电阻部分接地检测器(21)检测部分接地中使用的上述规定值。
3.一种电车控制装置，包括变换器(14)，将来自直流电源(11)的直流电变换成三相交流电；交流电动机(15)，通过由上述变换器(14)变换的三相交流电驱动，来使电车行驶，并且，通过被作为发电机进行控制，来进行上述电车的制动；制动电阻器(17)，消耗由于上述电车的制动而由上述交流电动机(15)发出的电力；电压检测单元(20)，检测上述制动电阻器(17)的两端子间的电压值；第1相电流检测单元(22)，检测由上述变换器(14)变换的三相交流电的第1相中流动的电流值；第2相电流检测单元(23)，检测由上述变换器(14)变换的三相交流电的第2相中流动的电流值；速度检测单元(27)，检测上述交流电动机的旋转速度；坐标变换单元(24)，将由上述第1相电流检测单元(22)检测出的电流值以及由上述第2相电流检测单元(23)检测出的电流值变换成dq轴坐标系的电流值；转矩计算单元(25)，根据由上述坐标变换单元(24)变换的电流值，计算上述交流电动机(15)的转矩；功率计算单元(26)，根据由上述转矩计算单元(25)计算的转矩以及由上述速度检测单元(27)检测的旋转速度，计算制动功率；制动电阻计算单元(19)，根据由上述功率计算单元(26)计算的制动功率和由上述电压检测单元(20)检测出的电压值，计算上述制动电阻器(17)的电阻值；以及制动电阻部分接地检测器(21)，当由上述制动电阻计算单元(19)计算出的电阻值小于规定值时，检测上述制动电阻器(17)为部分接地。
4.根据权利要求3所述的电车控制装置，还包括温度检测单元(28)，检测上述制动电阻器的温度；和制动电阻基准值计算单元(29)，根据由上述温度检测单元(28)检测出的温度，计算在上述制动电阻部分接地检测器(21)检测部分接地中使用的上述规定值。
5.一种电车控制装置，包括变换器(14)，将来自直流电源(11)的直流电变换成三相交流电；交流电动机(15)，通过由上述变换器(14)变换的三相交流电驱动，来使电车行驶，并且，通过被作为发电机进行控制，来进行上述电车的制动；制动电阻器(17)，消耗由于上述电车的制动而由上述交流电动机(15)发出的电力；电流检测单元(18)，检测上述制动电阻器(17)中流动的电流值；第1相电流检测单元(22)，检测由上述变换器(14)变换的三相交流电的第1相中流动的电流值；第2相电流检测单元(23)，检测由上述变换器(14)变换的三相交流电的第2相中流动的电流值；速度检测单元(27)，检测上述交流电动机的旋转速度；坐标变换单元(24)，将由上述第1相电流检测单元(22)检测出的电流值以及由上述第2相电流检测单元(23)检测出的电流值变换成dq轴坐标系的电流值；转矩计算单元(25)，根据由上述坐标变换单元(24)变换的电流值，计算上述交流电动机(15)的转矩；功率计算单元(26)，根据由上述转矩计算单元(25)计算的转矩以及由上述速度检测单元(27)检测的旋转速度，计算制动功率；制动电阻计算单元(19)，根据由上述功率计算单元(26)计算的制动功率和由上述电流检测单元(18)检测出的电流值，计算上述制动电阻器(17)的电阻值；以及制动电阻部分接地检测器(21)，当由上述制动电阻计算单元(19)计算出的电阻值小于规定值时，检测上述制动电阻器(17)为部分接地。
6.根据权利要求5所述的电车控制装置，还包括温度检测单元(28)，检测上述制动电阻器的温度；和制动电阻基准值计算单元(29)，根据由上述温度检测单元(28)检测出的温度，计算在上述制动电阻部分接地检测器(21)检测部分接地中使用的上述规定值。
全文摘要
本发明公开了一种电车控制装置，包括交流电动机(15)，使电车行驶并进行电车的制动；制动电阻器(17)，消耗由于制动而产生的电力；电流检测单元(18)，检测上述制动电阻器(17)中流动的电流值；电压检测单元(20)，检测上述制动电阻器(17)的两端子间的电压值；制动电阻计算单元(19)，根据电流值和电压值，计算上述制动电阻器(17)的电阻值；以及制动电阻部分接地检测器(21)，当电阻值小于规定值时，检测上述制动电阻器(17)为部分接地。
文档编号B60L7/02GK101024378SQ200710008078
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年2月10日
发明者林敏 , 宮崎玲 申请人:株式会社东芝