专利名称：Pwm变换器控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对多个PWM(脉冲宽度调制)变换器所组成的变换单元进行多台运行控制，以控制同一编组电气机车所搭载的多个电气机车负荷的PMW变换器控制装置。
背景技术：
图9是例如特开平7-274517号公报记载的现有PWM变换器控制装置的应用例。该图中，单相交流电源架空线1连接有多个向电气机车供电用的受电弓2，这些受电弓2通过电气机车内的高压直接引线3互相并联连接有作为同一电气机车编组内的PWM变换器的变换单元60a-60d。各个变换单元60a-60d包括通过高压直接引线3和受电弓2与单相交流电源架空线1连接的具有1个一次绕组40、多个二次绕组41-44、1个三次绕组45的变压器4；与该变压器4多个二次绕组41-44分别连接的多个变换器61-64；与变压器4三次绕组45连接的PWM控制器11；和该PWM控制器11输出端连接的载波相位差设定器12。各变换单元60a-60d中，载波相位差设定器12对于变压器4三次绕组45检测出的基准相位分别设定0、π/8、2π/8、3π/8相位差。
以下说明该现有例动作。通过将变压器4各个二次绕组41-44的电流互相在时序上错开进行开关，来减少高次谐波。而且，在电气机车编组内，也通过在各变换单元60a-60d间给载波分别带来π/2n相位差，同样来抵消各变换单元60a-60d所产生的高次谐波电流。
但上述现有装置中，为了进行如上所述那种相位差运行，必须根据变换单元60a-60d的数目设定预先确定的相位差，并且，作为基准信号的三次绕组45电压的零相位(过零)检出精度在各变换单元60a-60d中必须是高精度，因此，每一变换单元60a-60d若不是非常严格地设定基准信号零相位检出公差，便难以理想地减少高次谐波。
发明概述本发明正是要解决上述问题，其目的在于，提供一种不需要基准信号零相位(过零)检出公差很严格，便能简单地实现电气机车编组单位高次谐波抑制的PWM变换器控制装置。
按照本发明的一个方面，PWM变换器控制装置包括将交流电力变换为直流电力提供给多个电气机车负荷的多个变换单元，所述各变换单元包括将交流电力变换为直流电力的多个变换器；用基准信号和载波对所述变换器进行脉冲宽度调制控制的PWM控制手段；使分别提供给所述各变换器的载波相位错开，并在提供给每一变换单元的载波间设定所需相位差的载波相位差设定手段；以及，所述载波相位差设定手段不进行相位差设定动作时，调整所述各变换器相位差，以便交流电源的一次电流分量其载频达到所需值的相位差调整手段。
按照本发明一实施例，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便交流电源一次电流分量其载频最大。
按照本发明另一方面，PWM变换器控制装置包括将交流电源的交流电力变换为直流电力提供给多个电气机车负荷的多个变换单元，所述各变换单元包括搭载于同一编组内的电气机车上，具有与所述交流电源连接的一次绕组和多个二次绕组以及三次绕组，对所述交流电源的交流电压进行变压的变压器；与所述变压器二次绕组分别连接，将交流电力变换为直流电力的多个变换器；与所述变压器三次绕组连接，用基准信号和载波对所述变换器进行脉冲宽度调制控制的PWM控制手段；使分别提供给同一所述变换单元内的所述各变换器的载波相位错开，并在提供给每一变换单元的载波间设定所需相位差的载波相位差设定手段；以及，所述载波相位差设定手段不进行相位差设定动作时，调整所述各变换器相位差，以便交流电源的一次电流分量其载频达到所需值的相位差调整手段。
按照本发明另一实施例，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便所述各变压器一次绕组所流的一次电流的总和其载频为所需值。
按照本发明另一实施例，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便所述各变压器一次绕组所流的一次电流其载频最大。
按照本发明另一实施例，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便所述各变压器三次绕组电压的总和其载频为所需值。
按照本发明另一实施例，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便所述各变压器三次绕组电压其载频最大。
按照本发明再一实施例，所述各变换单元的相位差调整手段包括检出相应的所述变压器一次绕组所流的一次电流其载频的载波分量检出器；以及，设定各变换器相位差，以便所述一次电流载频达到所需值的相位差调整器。
附图简要说明
图1是本发明一实施例PWM变换器控制装置的概略构成图。
图2是其具体电路图。
图3是示意图2载波相位差设定装置构成的框图。
图4示出的是一例PWM变换器的一次电流波形。
图5是PWM变换器二次绕组电流的波形图，迭加的电流波形表示同相情形。
图6是PWM变换器二次绕组电流的波形图，迭加的电流波形表示相位错开情形。
图7是PWM变换器二次绕组电流的波形图，迭加的电流波形表示相位错开另一情形。
图8是本发明实施例载波相位错开的波形图。
图9示出的是现有技术PWM变换器控制装置的概略构成。
实施发明的最佳方式为了更为详尽地说明本发明，现按照附图对此加以说明。以下说明的本发明实施例中，与所述图9现有例相同的部件加上相同标号。
(实施例1)图1示出了本发明实施例1的PWM变换器控制装置的概略构成。图1中，交流架空线1经受电弓2和高压直接引线3连接有多个变换单元60a-60d。变换单元60a-60d包括一个变压器4，相位差调整手段5,PWM控制装置11，载波相位差设定装置12，多个变换器61-64，和逆变器81、83。
变压器4具有经受电弓2和高压直接引线3与交流架空线1连接的一次绕组40和多个二次绕组41-44以及三次绕组45。变压器4的二次绕组41-44分别与变换器61-64连接，变换器61、62输出端分别与逆变器85连接，而变换器63、64输出端分别与逆变器87连接。
变压器4二次绕组41、42的交流输出由变换器61、62变换为直流迭加后，再由逆变器81变换为3相交流电流，以此为电源驱动交流电动机85等负载，而变压器4二次绕组43、44的交流输出同样由变换器63、64变换为直流迭加后，再由逆变器83变换为3相交流电流，以此为电源分别驱动交流电动机87等负载，推动电气机车。
相位差调整手段5包括与变压器4一次绕组40连接的电流检出器50；与该一次电流检出器50输出端连接、检出一次电流载频分量的载频分量检出器51；与该载频分量检出器51连接、调整载频分量相位、提供给各变换器61-64的相位差调整器52，相位差调整器52对提供给同一变换单元内各变换器61-64载频间的相位差进行调整。
变压器4三次绕组45连接有PWM控制装置11，将图4所示的载波32输入至该PWM控制装置11，根据该载波32和三次绕组45输出的基准信号31的大小，对变换器61-64的晶闸管的通断时序进行控制。另外，7为车轮。
图2示出了各变换单元具体的电路构成。图2中，各变换器61-64由多个电力半导体器件例如多个晶闸管和二极管组成、将交流变换为直流的单相变换器所构成，而各逆变器81、83由多个电力半导体器件例如多个晶闸管和二极管组成、将直流变换为交流分别提供给电动机85、87的可变电压·可变频率逆变器所构成，变换器61、62经平滑电容器71与逆变器81连接，而变换器63、64经平滑电容器72与逆变器83连接。
图3是示意载波相位差设定装置12构成的框图，该载波相位差设定装置12由仪表用变量器14、同步电源15、过零比较器16、单触发电路17、寄存器18、计数器19、振荡器(OSC)20和模式ROM23所组成。
同步电源15使变压器4三次绕组45的三次电压降压的同时，取出基波分量(正弦波)。过零比较器16检出同步电源15取出的基波分量的零点(正弦波由负变为正的点)，检测出时输出脉冲。单触发电路17每当有过零比较器16输出的脉冲输入，便向计数器19输入单触发脉冲。
寄存器18预先存储初始相位数据，输出与未图示输入手段所输入的初始相位输入指令相对应的初始相位数据。这里，当例如1台变换单元如图2所示存在4个变换器61-64时，各变换器61-64的载波相位角θ分别设定为0度、90度、22.5度、112.5度。这时，变换器61、62的相位差为90度，而且变换器63、64的相位差也为90度。通过如此保持90度相位差，可除去2倍载频的高次谐波分量。由于阶数较高的高次谐波所占的比例低，因而象这样通过保持90度相位差，可除去阶数较低的高次谐波。
计数器19接收到单触发电路17输出的脉冲时，便受理寄存器18输出的初始相位数据，将此相位数据当作初始相位，每当有振荡器20输出的信号输入时，使相位角数据递增。
模式ROM23中存储带地址的载波数字数据。振荡器20对模式ROM23的地址进行设定。模式ROM23根据振荡器20设定的地址，设定预先存储的载波。
这样，计数器19的相位角数据通过指定地址，可输出模式ROM23存储的规定载波数字数据。以上所述的图3载波相位差设定装置12是按每一变换单元设置的，因而可以通过向寄存器18输入初始相位指令，就每一变换单元设定载波相位。
这样构成的PWM变换器控制装置，在例如电动机85、87牵引时，经受电弓21对交流架空线1的交流电压进行集电，经集电的交流电压由变压器4降压绝缘，经变换器61-64整流的同时升压，再由平滑电容器71、72平滑，经该平滑电容器71、72平滑的电力由逆变器81、83变换为3相交流，由经此变换的3相交流使交流电动机85、87并联运行。
此时，相位差调整手段5当载波相位差设定手段12不进行相位差设定动作时，对各变换器61-64相位差进行调整，使得交流电源的一次电流分量其载频达到所需值。
具体来说，载频分量检出器51从电流检出器50输出当中检出n倍倍频分量，若该检出值低于所需值，便由相位差调整器52增减相位差，调整到该检出值超过规定值。
例如，图4中标号31表示基准频率分量，32表示变压器4的一次电流即载波。这时一次电流32的纹波量为分别与二次绕组41、42连接的变换器61、62或分别与二次绕组43、44连接的变换器63、64所变换的二次电流之和，若相位差运行理想的话，此频率分量表现为倍数是变换器61、62或变换器63、64个数的倍频分量。此时的电流波形例如图5所示，二次绕组电流IS1(绕组41)和IS2(绕组42)的2倍倍频分量(IS1+IS2)表现为一次电流。若此二次绕组41、42间的运行相位差错开，便例如图6，图7所示，没有载频分量的2倍倍频分量，或是减少。利用此特性，如图8所示，使相对于基准载波32a相位差错开π/2n的载波32b其相位差错开值增减，由相位差调整器52确定载波n倍倍频分量的检出值超过所需值或处于峰值的相位差。
因而，可相对于就相位预先指定的相位差(例如，0,π/8,2π/8,3π/8)，对各变换器61-64相位进行微调，以便检出一次电流载频分量中n倍倍频分量，使之超过所需值，从而修正各变换器61-64基准频率检出精度的误差、通断开关动作的延时误差所造成的相移，实现更为理想的相位差运行。
图8示出的是同一车辆编组内具有n台变换单元时载波32a、32b的相位角设定初始值时的一例，在此场合，设定成按π/(2n)等间隔错开。
这样，就可通过按同一车辆编组内每一变换器61-64在所提供载波间设定相位差，来抑制电源电流上所迭加的高次谐波电流的发生。以下参照图6说明该原理。现按例如2台变换器61、62来考虑的话，通过错开变换器61、62各自载波32a、32b的相位，来如图6所示错开开关的时序。在某一变换器61的电流瞬时值IS1为波峰的时序，另一变换器62的电流瞬时值IS2为波谷，通过迭加2台变换器61、62的电流，将电流瞬时值IS1的波峰峰值和电流瞬时值IS2的波谷谷底值抵消，所合成的电流瞬时值(IS1+IS2)其波谷和波峰的幅值变低，波峰和波谷的数量是各电流瞬时值IS1或IS2的2倍。换言之，各变换器61、62原来的频率分量(原来的波峰、波谷幅值)消去，留下的是2倍倍频的高次谐波分量。同样，可通过等间隔错开n台变换器的载波相位，来减小各载波直至n倍倍频的高次谐波。
上述实施例中，电气机车负荷是以交流电动机85、87为例，来说明为了使之运行靠逆变器81、83将变换器61-64的输出变换为交流这种情形的，但对于电气机车负荷也可以是直流电动机等直流负荷，这时也可以按原样利用各变换器61-64的输出。
(实施例2)上述实施例1中，是检出变压器4-次电流，根据其载波分量的n倍倍频分量的大小，来调整相位差的，但这可通过取车辆编组内全变换单元60a-60d一次电流分量的总和，带有控制地使用这种载波分量的n倍倍频分量，来实现全车辆编组中高次谐波电流的抑制。
(实施例3)一次电流分量的检出可通过检出控制三次绕组45电压感应的各变换器单元60a-60d载波电流分量的n倍倍频分量，来取得相同效果。
(实施例4)即便是不用变压器的场合，也同样能够对变换器电流电压分量进行检出和相位差控制。
综上所述，按照本发明，能够对每一变换单元的相位差相移进行调整，因而，即便基准信号检出公差不很严格，也能减小高次谐波。也就是说，是通过检出作为PWM变换器的各个变换单元的交流一次电流载频分量的n倍倍频分量，调整各变换单元相位差，以有助于高次谐波电流分量抑制的。
产业实用性本发明可用于对同一编组电气机车搭载的多个电气机车负荷进行控制，不需要基准信号零相位(过零)检出公差很严格，就能简单地减小电气机车编组单位的高次谐波。
权利要求
1．一种PWM变换器控制装置，包括将交流电力变换为直流电力提供给多个电气机车负荷的多个变换单元，其特征在于，所述各变换单元包括将交流电力变换为直流电力的多个变换器；用基准信号和载波对所述变换器进行脉冲宽度调制控制的PWM控制手段；使分别提供给所述各变换器的载波相位错开，并在提供给每一变换单元的载波间设定所需相位差的载波相位差设定手段；以及所述载波相位差设定手段不进行相位差设定动作时，调整所述各变换器相位差，以便交流电源的一次电流分量其载频达到所需值的相位差调整手段。
2．如权利要求1所述的PWM变换器控制装置，其特征在于，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便交流电源的一次电流分量其载频最大。
3．一种PWM变换器控制装置，包括将交流电源的交流电力变换为直流电力提供给多个电气机车负荷的多个变换单元，其特征在于，所述各变换单元包括搭载于同一编组内的电气机车上，具有与所述交流电源连接的一次绕组和多个二次绕组以及三次绕组，对所述交流电源的交流电压进行变压的变压器；与所述变压器二次绕组分别连接，将交流电力变换为直流电力的多个变换器；与所述变压器三次绕组连接，用基准信号和载波对所述变换器进行脉冲宽度调制控制的PWM控制手段；使分别提供给同一所述变换单元内的所述各变换器的载波相位错开，并在提供给每一变换单元的载波间设定所需相位差的载波相位差设定手段；以及所述载波相位差设定手段不进行相位差设定动作时，调整所述各变换器相位差，以便交流电源的一次电流分量其载频达到所需值的相位差调整手段。
4．如权利要求3所述的PWM变换器控制装置，其特征在于，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便所述各变压器一次绕组所流的一次电流的总和其载频为所需值。
5．如权利要求4所述的PWM变换器控制装置，其特征在于，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便所述各变压器一次绕组所流的一次电流其载频最大。
6．如权利要求3所述的PWM变换器控制装置，其特征在于，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便所述各变压器三次绕组电压的总和其载频为所需值。
7．如权利要求6所述的PWM变换器控制装置，其特征在于，所述各变换单元的相位差调整手段设定所述各变换器相位差，以便所述各变压器三次绕组电压其载频最大。
8．如权利要求3所述的PWM变换器控制装置，其特征在于，所述各变换单元的相位差调整手段包括检出相应的所述变压器一次绕组所流的一次电流其载频的载波分量检出器；以及设定各变换器相位差，以便所述一次电流载频达到所需值的相位差调整器。
全文摘要
本发明PWM变换器控制装置,不需要基准信号零相位检出公差很严格,便能够简单地减小电气机车编组单元的高次谐波。控制装置可相对于就相位预先指定的相位差,对各变换器单元相位差进行微调,以便检出一次电流载频分量中的n倍倍频分量,使之超过所需值,从而修正各变换器基准频率检出精度的误差、通断开关动作的延时误差所造成的相移,实现更为理想的相位差运行。
文档编号B60L9/00GK1219910SQ97195065
公开日1999年6月16日 申请日期1997年3月31日 优先权日1997年3月31日
发明者中本纪明 申请人:三菱电机株式会社