一种电气铁道运载工具的控制装置的制作方法

专利名称:一种电气铁道运载工具的控制装置的制作方法
本发明涉及一种电气铁道运载工具的控制装置，该电气铁道运载工具带有一个用于控制驱动电动机的直流电压的断续器，更具体地说，本发明涉及一种能够消除各种不利因素的控制装置，例如，这些不利因素可以是由于不良或劣质收集电流而引起的断续器的换向故障和随之而来的其它问题。
正如众所周知，电气铁道中的接触导电线路通常在每一预定间隔处有所谓的空段设备，这种空段设备把接触导电线路分割成为多个馈电部分。在空段内由一个变电站供电的馈电部分与由另一变电站供电的馈电部分是互相绝缘的。当电气运载工具驶过这种空段时，便进入无供电状态。此外，为了使各馈电部分之间绝缘，也使用交叉段替代空段，在交叉段中，相邻馈电部分的接触导电线路的端头相隔地并行交叠。当电气运载工具行驶在这样的交叉段上时，电气运载工具的集电器因交叉段的结构原因而上下跳动，就会发生集电器从接触导电线路上断开的事。因此，在这种交叉段中，收集电流就变得不足或不可能。在以下的说明中，简单地称这些空段或交叉段为段。
在这样的电气铁道上，如果电气运载工具是由断续器控制的，则会出现下列问题。正如众所周知，断续器有一个换向电容，该换向电容在断续器不导通时，便存储使主可控硅换向所需的能量。不良或劣质收集电流招致换向电容中的能量不足，以致引起断续器的换向故障。
为了避免这样的问题，“日本专利公开”第50-100530号，提供了一种换向故障防止装置。按照该装置，不良或劣质收集电流被检测为一个源电压的电位降落，根据这个检测结果，通过抑制门信号的方法去停止断续器的动作。因此，用该方法去防止换向电容器的放电，如果断续器不顾源电压的电位降而继续动作，就会发生上述换向电容器的放电。
可是，上面介绍的现有技术有如下弊病。这就是，如果依照检测的源电压电位降落，对断续器的门脉冲进行抑制，就会使断续器突然地不导通。其结果是，在一正常动作过程中存储在滤波器电抗线圈里的能量向与电抗线圈一起构成滤波器的电容放电，致使电容器的电压迅速增大，以致超出过电压继电器的限定值，从而使线路制动装置断开。也就是说，每当运载工具通过这种段时，电气运载工具的主电路都要被断开，这就是该装置的缺点所在。
本发明的目的之一，是提供一种用于断续器控制的电气运载工具的控制装置，利用该控制装置可以在线路制动装置无动作的情况下，防止由于电流集电器与接触导电线路断开而引起的过电压或过电流情况。
本发明的特征之一在于，当电流集电器从接触导电线路上断开时，作为电气运载工具主电动机电流的控制基准的电动机电流图形将以预定速率逐步减小，而该预定速率的大小又取决于断续器在那一时刻所具有的换向能力。
根据本发明，甚至在电流集电器从接触导电线路上断开的过程中，断续器还能继续在临界条件下工作，该临界条件由断续器在那一时刻所具有的换向能力决定，于是，电动机电流就逐步减小。因为电动机电流不是突然中断，也就不会发生由于电动机电流突然中断而引起滤波器电容的过电压。
此外，因为这种断续器的工作限定在那一时刻的换向能力所允许的限度内，所以也就不会引起换向故障。因此，就不会出现诸如断续器处于换向故障时，由于集电器与接触导电线路恢复接触而引起的过电流问题。
附图简介附图1，为一种由本发明应用的断续器控制的电气运载工具的电路示意图;
附图2(a)和2(b)，分别为滤波电容器电压Ecf的变化和电动机电流IM的变化，用以说明一个现有技术的问题;
附图3(a)和3(b)所示，分别为滤波器电容电压Ecf的变化和电动机电流IM的变化，用以说明另一现有技术的问题;
附图4，是简要说明本发明的一个实施例的控制装置结构的原理图;
附图5(a)和5(b)，分别为滤波器电容电压Ecf和电动机电流IM的变化，用以说明附图4所示的实施例的工作情况;
附图6(a)和6(b)，分别为换向电容器电压Ecc和电动机电流IM的变化，用以说明本发明的另一实施例。
最佳实施例的说明在开始说明本发明实施例之前，参考附图1至附图3，先说明由应用本发明的断续器控制的电气运载工具。
首先参考附图1，这是一种断续器控制的电气运载工具的主要电路。附图中，参考数字2表示由一个变电站供给直流功率的接触导电线路(变电站没有画出)。接触导电线路1带有空段4。参考数字6表示用作电流集电器的架式导电号。参考数字8表示线路制动装置，它会因供保护用的过电流或过电压继电器(二者皆未表示出)的动作而跳闸。参考数字10表示与电容器12一起构成滤波器的电抗线圈。参考数字14表示用来驱动电气运载工具的直流主电动机。平滑电抗线路16与直流主电动机串联。二极管18与串联在一起的电动机14和电抗线圈16并联。参考数字20表示一个断续器，它的主可控硅22和一个换向电路组成，该换向电路包括辅助可控硅24，二极管26，换向电容28和换向电抗线圈30。
众所周知，用交替地给主可控硅22和辅助可控硅24的门加上门脉冲的方法，可使断续器20重复处于导通和非导通状态。电动机电流是通过改变断续器20的占空因数γ来控制的，该占空因数定义为断续器20的导通时间与工作周期之比。门脉冲由电流调节器32供给。电流调节器32中，被电流检测器34检测的电动机电流与电流基准进行比较，占空因数γ决定于上述两个电流的差，并根据已决定的占空因数产生门脉冲。
参考数字36表示一个电压检测器，它检测电容12的电压，而且当所检测的电压等于预定值时，输出信号37。利用输出信号37去断开线路制动装置8，起动其它防护操作。
在以上所介绍的装置中，滤波器电容12通常充电至其电压几乎等于接触导电线路2的电压，如果架式导电弓6到达空段4，则处于无供电状态，所以电容12的电压开始降低。下面参考附图2说明这一变化状态，其中，附图2(a)为滤波器电容12电压Ecf的变化，而附图2(b)为电动机电流IM的变化，接触导电线2的电压是3000伏特，而电动机的额定电流是370安培。启动之后，电动机电流IM在电气运载工具线性加速期间D1内维持在370安培，而在随后的特征加速期间D2内IM逐渐减小，在D2期间电气运载工具加速至相当高的速度，以致反电动势变得几乎等于接触导电线路2的电压。
在这种状态下，如果当电气运载工具通过空段4时，由于架式导电弓从接触导电线路断开，电流收集变得不可能，电容12的电压Ecf如附图2(a)所示那样下降(在所示情况中电压下降1000伏特)。另外，因为此时的反电动势是足够高的，所以电动机电流IM如图2(b)所示那样迅速减小。根据实际测定，上述断开时间D3大约为50毫秒。电容12电压Ecf的下降或电动机电流IM的减小导致换向电容28所充能量不足，这种能量的不足与Ecf的下降或IM的减小成比例关系，而且伴有断续器20换向能力的减弱。
如果断续器20在时间D3中继续动作，会因缺乏换向能力而导致换向故障。这种换向故障会发生在所有串联的用作主可控硅22的各可控硅中，或由于可控硅性能的变化而发生在这些可控硅的一部分当中。当所有可控硅都不能换向时，断续器20就进入不能控制的导通状态。
在这些条件下，如果架式导电弓6与接触导电线路2恢复接触，则会引起下列问题。假如主可控硅22局部不能换向，则接触导电线路2的全部电压都加到那些已经成功换向的可控硅上，这样，由于过电压而致使那些已换向的可控硅击穿。假如主可控硅22完全不能换向，因为供电的恢复，电容12的电压Ecf升高，这样，电动机电流IM便迅速增大，致使由于冲击电流而引起过电流状态。这种过流状态不仅会造成电路中部件的损伤，诸如，对主电动机14的强电流冲击，而且使线路制动装置8断开，以致于根据某些情况，而必须让电气运载工具停止运行。
以避免上述问题为目的，在“日本专利公开”第50-100530号中，是用响应电压检测器36的输出信号，用抑制断续器20的门脉冲的方法，使断续器停止动作的。例如，如附图3(a)所示，当电容12的电压Ecf下降至预定值时，也就是在时刻A，电压检测器36产生输出信号37。响应输出信号37断开加至断续器20的门脉冲，使得电动机电流IM如附图3(b)所示那样突然中断。
由于这种电动机电流IM的突然中断，在这以前存储在滤波器电抗线圈10中的能量，就立刻泄放给电容12，从而使电容12上的电压Ecf迅速上升直至超过规定值，即超过用于测定过压状态的4000伏这个值，于是线路制动装置8被断开。尽量如此，却仍然还存在当架式导电弓6从接触导电线路2断开时，线路制动装置8每次都要动作的问题。
下面参考图4，说明本发明的一个实施例的电气运载工具的控制装置。
附图4中，相同的参考数字表示附图1所示的相同部分。另外，附图4的参考数字40代表一个电动机电流测试图形信号发生器，它产生一个相应于时间的电流指令信号IR。如附图4所示，电流指令信号IR随时间以预定速率增大，直至达到最大值IRmax，在这之后，IR便维持在IRmax不变，最大值IRmax能够根据电气运载工具的负载情况和操作者的指令而改变。参考数字42和44各自表示一个减法器。
参考数字46表示断续器的门控制器，根据电流信号IR(或IR′和实际的电动机电流IM之间的偏差，由控制器46获得断续器20的占空因数γ，并那样来产生门脉冲，使得断续器20能够重复导通或不导通状态，以实现获得的占空因数γ。这样产生的门脉冲通过一个“与”门48送到断续器20。以上所介绍的电路，除了减法器42和“与”门48之外，都是已知的断续器控制的电气运载工具控制装置结构。
参考数字50表示一个比较器，比较器50把电压检测器36的输出信号Ecf与预定的参考电压ER相比较，当Ecf变得小于ER时便输出信号。参考数字52表示一种测试图形还原信号发生器，这个信号发生器由来自比较器50的输出信号启动，并产生信号电流Is，Is随时间逐渐增大，经过预定周期△T，达到与IRmax相等的最大值，而且在这以后便维持不变。信号Is的增大速率下面要详细说明，信号Is送到标有符号的减法器42上。
比较器50的输出信号也启动定时器54和56的动作，定时器54有一个时间常数T1，在它启动以后的时间为T1时，它便输出一个信号。类似地，定时器56有一个时间常数T2，T2比T1长得多，定时器56在它启动以后的时间为T2时，便输出一个信号。参考数字58表示一个R-S型触发电路(以下称之为FF电路)，该电路由定时器54的输出置位，由定时器56的输出复位。
FF电路57的置位输出和复位输出分别作为复位信号和再启动信号送到电动机电流的测试图形信号发生器40。测试图形信号发生器40由复位信号启动，并开始产生电流指令IR，IR始自接受再启动信号的初始状态。FF电路58的复位输出也送到“与”门48，而它的置位输出则送到测试图形还原信号发生器52，并作为它的复位信号。
下面，参照附图5(a)和5(b)说明上面所介绍的电路的工作情况。这些图形分别表示电容12的电压Ecf和电动机电流IM的变化情况。
正如已说明的那样，当架式导电弓6从接触导电线路2断开的情况出现时，电容12的电压Ecf如附图5(a)所示那样下降。当电压Ecf下降至参考值ER时(在时刻t0)，比较器50产生输出信号。响应这个输出信号，信号发生器52开始产生信号Is，Is被送到减法器42。从电流指令IR中减去信号Is便获得修正的电流指令IR′，IR′送至减法器44。因为信号Is随时间而增大，因此，修正的电流指令IR′将相应地减小。当信号发生器52启动后的时间达到△T时(在时刻t1)，这个修正的电流指令IR′便减小到零。随着电流指令IR′的减小，电动机电流IM如附图5(b)所示在时刻t1也减小为零。
考虑到下列问题，必须定出测试图形还原信号Is的增大速率和由此而引起的发动机电流IM的减小速率。首先，必须注意到，所要求的断续器20的换向能力主要决定于电动机电流，这个电流流过断续器20的主可控硅22。另一方面，断续器20的换向能力又决定于存储在换向电容28中的能量，这种能量又取决于被看作是源电压的滤波器电容12的电压Ecf。
所以，即使电压Ecf的降低使得存储在换向电容28中的能量并不是充足的，但如果在那一时刻流过主可控硅22的电流也随电压Ecf的降低而减小，则断续器20仍然可以换向。因此，考虑到电容12的电压Ecf和电动机电流IM，必须定出测试图形还原信号Is的增大速率。然而，每一电气运载工具的电压值Ecf，Ecf的下降率，电动机电流IM及其它影响因素均很不相同，因此，对于特殊类型的电气运载工具，必须通过计算或实验来定出测试图形还原信号发生器52的特性。
另外，当比较器50在时刻t0产生输出信号时，定时器54和56便开始它们的计时工作。在时刻t1后，定时器54便产生它的输出信号，t1为定时器54的时间常数T1。时间常数T1要选得稍微比时间△T长些。例如，选定T1为25毫秒。所以，当电流指令IR′减小到零后，计时器54便输出信号。响应定时器54的输出信号，FF电路58被置位，以产生置位信号，并使其复位输出消失。
随着复位输出的消失，“与”门48使中断送给断续器20的门信号，以致断续器20停止它的动作。此外，在复位输出消失的同时，所产生的置位输出送到测试图形信号发生器40和信号发生器52，作为它们的复位信号，使发生器40和52预置。
当到达时间点t2时，即定时器56经历了它的时间常数T2的时间后，也产生输出信号。该输出信号送到FF电路58，使FF电路58复位。因此，FF电路便熄灭它的置位输出而产生它的复位输出。响应该复位输出，测试图形信号发生器40再次启动，并产生以其初始值开始的电流指令IR。断续器的门控制器46形成断续器20的门信号。由于“与”门48是随FF电路58的复位输出的出现而打开的，所以，控制器46中形成的门信号便通过“与”门48加在断续器20上。因此，断续器20如附图5(b)所示那样再次启动，从而控制电动机电流IM。另外，把定时器56的时间常数T2定为，例如1000毫秒。如果时间常数T2选定在这个范围，则该控制装置就能够克服由于包括空段在内的众多原因而引起的架式导电弓6从接触导电线路2的断开。
如上所述，根据本实施例，对架式导电弓6从接触导电线路2断开的测定，在换向能力允许的限度内，利用使断续器动作的方法，可使电动机电流IM逐渐减小。当电动机电流变为零后，用抑制断续器20的门信号的方法，可使断续器20完全处于不导通状态。而且，经足够时间后，断续器20重新启动，以控制电动机电流IM。由于有了这些动作，就可以避免因断续器20换向故障引起的过电压或过电流情况，而且有可能避免线路制动装置8的经常断开。因此，电气运载工具的行驶质量可得以改善，线路制动装置8的使用寿命可以得到延长。
在以上所介绍的实施例中，为了测定架式导电弓6以接触导电线路1断开，观察了滤波器电容12的电压Ecf。然而，当断续器20处在正常的工作期间内时，换向电容28的电压Ecc与Ecf成比例，而比Ecf稍高。所以，附图4的实施例中的电压检测器36可以是一个测定换向电容28电压Ecc的电压检测器。在那种情况下，加在比较器50上的参考电压ER也要作相应地变化。
此外，在测定Ecc的情况下，因为Ecc直接表示断续器20的换向能力，所以可以使用一个测试图形还原信号发生器来代替附图4所示的信号发生器52，该信号发生器产生一个与所测定的电压Ecc的变化成比例的测试图形还原信号Is。据此，如果电容28的电压Ecc，也即断续器20的换向能力如附图6(a)所示那样降低，则电动机电流IM也如附图6(b)所示那样减小。如图所示，随着电压Ecc的恢复，电动机电流IM便再次逐渐增大。
权利要求
1.一种用于电气运载工具的控制装置，它带有一个与接触导电线路平滑接触并收集直流功率的电流集电器，一个驱动电气运载工具的直流主电动机，一个靠变化运行占空因数来控制供给主电动机电流的断续器和一个依照所需电动机电流图形与实际的电动机电流之间的偏差来调节占空因数的控制装置；其特征在于一种测定电流集电状态和当降低断续器换向能力的不良或劣质电流收集状态发生时，能产生一个输出信号的装置；和一种当上述测定装置产生输出信号时，产生一个以预定速率逐渐减小所需电动机电流图形的装置。
2.一种如权利要求
1所定义的电气运载工具的控制装置，其中，所述检测装置检测位于接触导电线路与主电动机之间的滤波器的电容的电压，并在当所测电压变为预定值时，输出不良集流信号。
3.一种如权利要求
2所定义的电气运载工具的控制装置，其中所述信号产生的装置，响应不良集流信号，产生能以预定速率将所需电动机电流图形减小到零的信号，当所需电动机电流图形到达零后，断续器的门信号受到抑制，并在自不良集流信号出现起的足够时间后后，断续器的门信号再次生效。
4.一种如权利要求
1所定义的电气运载工具的控制装置，其中，所述的检测装置是一个电压检测器，它测定断续器换向电容器的电压，并在当所测的电压变为预定值时，输出不良集流信号。
5.一种如权利要求
4所定义的电气运载工具的控制装置，其中所述的信号产生装置响应不良集流信号，产生能以预定速率将所需电动机电流图形减小到零的信号，而且当所需电动机电流图形到达零后，断续器的门信号受到抑制，并在自不良集流信号出现起的足够时间之后，断续器的门信号再次生效。
6.一种如权利要求
4所定义的电气运载工具的控制装置，其中所述信号产生装置相应于换向电容电压的变化，产生改变所需电动机电流图形的信号。
专利摘要
在断续器控制的电气运载工具中，架式导电弓与接触导电线路的断开被检测为滤波器电容的电压下降。当这样的不良集流状态发生时，电动机的电流图形便以预定速率减小为零。当电动机电流图形减小至零后，采用抑制断续器门信号的方法去停止断续器的动作。由此，能够防止滤波器电容的过电压和该种电气运载工具主要电流的过电流。
文档编号B60L9/04GK86102173SQ86102173
公开日1986年12月3日 申请日期1986年3月31日
发明者小竹一嘉, 堀越正吾, 菊池清, 安波政弘 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan