专利名称：交流电气机车的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括变换器或者逆变器的故障检测电路的交流电气机车的控制装置。特别涉及借助于在变换器或者逆变器发生故障时仅使故障的一方的控制停止并继续另一方的动作，改善交流电气机车性能的交流电气机车的控制装置。
图5是表示日本特开平7-31001号公报所记载的以往的交流电气机车的控制装置的方框结构图。
在图5中，沿着电气机车的轨道预先设置交流架线1，交流电气机车的导电弓架2与交流架线1接触。
主变压器3通过导电弓架对从交流架线受电的交流电压进行变压，并取入到车载电路中。
将脉冲宽度调制变换器(下面，简单地称为“变换器”)4连接到主变压器3的次级线圈上，并将通过导电弓架2和主变压器3从交流架线1输入的第1交流电压Va1变换成第1直流电压Vd1滤波电容器5构成中间直流电路，并对第1直流电压Vd1进行滤波，生成第2直流电压Vd2。
逆变器6由第2直流电压Vd2生成规定频率的第2交流电压Va2，利用第2交流电压Va2驱动电机7。
变换器4和逆变器6分别内装故障检测器8和9。利用例如电流计或者电压计构成故障检测器8和9，并输出由电流值或者电压值组成的检测信号D1和D2。
故障检测电路10根据来自各故障检测器8和9的检测信号D1和D2，检测变换器4和逆变器6的故障，并在故障发生时输出故障检测信号E。
控制电路11响应于各种运转指令(未图示)和故障检测信号E，输出动作指令信号C，控制变换器4和逆变器6。
下面，对图5所示的以往的交流电气机车的控制装置的动作进行说明。
首先，从交流架线1通过导电弓架2施加在主变压器3上的交流电压，通过变压器3的次级线圈降压，并作为第1交流电压Va1输入到变换器4中。
借助于对于第1交流电压Va1进行脉冲宽度调制控制，变换器4使功率因数基本上保持在1，同时输出第1直流电压Vd1，并将第1直流电压Vd1控制成固定值。
连接在第1直流电压Vd1的输出侧上的滤波电容器5用作生成第2直流电压Vd2的直流电压源。
逆变器6根据第2直流电压Vd2，输出电压可变频率可变(VVVF)的第2交流电压Va2，驱动控制电机7。
另一方面，收装在变换器4和逆变器6中的故障检测器8和9将变换器4或者逆变器6的电流值或者电压值等的检测信号D1和D2输入到故障检测电路10中。
故障检测电路10在检测信号D1和D2表示异常值的场合，看作为发生了故障，并将故障检测信号E输入到控制电路11中。
控制电路11响应于故障检测信号E，立即断开对于变换器4和逆变器6的动作指令信号C，使交流电气机车的控制装置的动作停止。
这时，即使在变换器4或者逆变器6的仅仅任何一方发生故障的场合，也因由于动作指令信号C的断开，变换器4和逆变器6的两方的动作都停止，所以控制装置整体成为停止状态。
因此，在1列编组的电气列车中装载多台控制装置的场合，由于1台控制装置完全停止，车辆性能就降低，或者，在仅用1台控制装置运行电气列车的场合，列车自身陷入不能运行。
此外，如日本特开平8-50703号公报所示，提出了在1列编组列车的交流电气机车中装载多台与图5相同结构的控制装置，借助于在各变换器4的每个脉冲宽度调制控制中持有相位差(在2个的场合为谐波的波长λ的1／2)，在列车整体上使从各变换器4发生的谐波相互抵消，抑制对交流架线1上的交流电压的影响的技术。
但是，在这种谐波相互抵消的装载中，如果多台中的1台控制装置动作停止，则不能相互抵消由列车整体发生的谐波，谐波大幅度地增加，对交流架线1上的交流电压产生坏的影响。
此外，为了在1台控制装置故障停止的场合使谐波相互抵消，有必要重新再次设定在其余的控制装置内的各变换器4中设定的脉冲宽度调制控制的相位差。
以往的交流电气机车的控制装置如前所述、例如日本特开平7-31001号公报所记载的装置的场合，因即使仅变换器4或者逆变器6的任何一方发生故障，变换器4和逆变器6两方都停止工作，所以有车辆性能降低或者列车自身不能运行的问题。
此外，例如日本特开平8-50703号公报所记载的装置那样，在将由多台控制装置发生的谐波相互抵消那样结构的场合，当1台控制装置的动作停止时，由列车整体发生的谐波大幅度地增加，有对交流架线1的交流电压产生坏的影响的问题。
此外，为了使谐波的抵消功能恢复，有必须再次重新设定没有故障停止的其它的变换器4的脉冲宽度调制控制的相位差的问题。
本发明用于解决前述的的问题，其目的在于，提供在变换器或者逆变器的故障发生时，借助于仅使故障一方停止、其它的继续运转，得到能防止性能降低的交流电气机车的控制装置。
此外，本发明的目的还在于，在装载多台控制装置并使谐波相互抵消的装置的场合，即使1台控制装置内的逆变器故障停止，也能借助于运转该故障控制装置内的变换器并保持谐波相互抵消功能，得到能抑制谐波增加的交流电气机车的控制装置。
与本发明的第1发明相关的交流电气机车的控制装置，包括将通过主变压器由交流架线输入的第1交流电压变换成第1直流电压的变换器；对第1直流电压进行滤波，生成第2直流电压的滤波电容器；由第2直流电压生成规定频率的第2交流电压，并提供给电动机的逆变器；控制变换器和逆变器的控制电路；检测变换器和逆变器的至少一方的故障，并输出故障检测信号的故障检测电路，控制电路包括在生成故障检测信号的场合，判别变换器和逆变器中哪一个发生故障的故障判别手段，响应于故障判别手段的判别结果，仅使变换器和逆变器中故障发生的一方停止动作。
与本发明的第2发明相关的交流电气机车的控制装置，是在本发明的第1发明中，由个别地对应于变换器和逆变器的多个电路，构成故障检测电路，控制电路内的故障判别手段响应于来自多个故障检测电路的个别的故障检测信号，判别变换器和逆变器的哪一个发生故障。
与本发明的第3发明相关的交流电气机车的控制装置，是在本发明的第1发明中，变换器包含由自消弧型元件和与自消弧型元件反向并联连接的二极管组合的多个元件对，控制电路在判别变换器故障的场合，使变换器内的自消弧型元件的脉冲宽度调制动作停止，并将变换器用作二极管整流器。
与本发明的第4发明相关的交流电气机车的控制装置，是在本发明的第1发明中，变换器和逆变器、控制电路和故障检测电路，由并联地装载在构成1列编组列车的交流电气机车中的多个系统组成，控制电路在判别多个系统内的至少一台逆变器的故障的场合，使被判定故障的逆变器停止，同时使与被判定故障的逆变器连接的变换器进行规定的脉冲宽度调制动作，借助于相互地抵消由多个系统个别地发生的谐波，能与正常运转时同等地维持交流架线侧的谐波发生量。
图1表示本发明实施形态1的方框结构图。
图2是表示图1中的变换器的基本结构例的电路图。
图3是表示基于本发明实施形态1的正常运转时的多个系统的变换器输入电流和交流架线输入电流的波形图。
图4是表示基于本发明实施形态1的逆变器发生故障时的多个系统的变换器输入电流和交流架线输入电流的波形图。
图5表示以往的交流电气机车的控制装置的方框结构图。
实施形态1
下面，参照附图对实施本发明的最佳实施形态进行说明。
图1表示本发明实施形态1的方框结构图。在图1中，对与前述(参照图5)相同的部分附以相同的标号并省略其详细的说明。此外，控制电路11A对应于前述的控制电路11。
这种场合，对应于变换器4和逆变器6分别设置分离的故障检测电路21和22。
与变换器4连接的故障检测电路21根据来自故障检测器8的检测信号D1，仅检测变换器4的故障，当变换器4的故障发生时输出故障检测信号E1。
与逆变器6连接的故障检测电路22根据来自故障检测器9的检测信号D2，仅检测逆变器6的故障，当逆变器6的故障发生时输出故障检测信号E2。
控制电路11A包含在由故障检测电路21和22检测故障的场合，对应于故障检测信号E1和E2判别变换器4和逆变器6中哪一个发生故障的故障判别手段。
控制电路11A响应于根据故障检测信号E1，E2的故障判别手段的判别结果，将动作指令信号C1，C2切换成断开，仅使故障的一方的电路的动作停止。
也就是说，控制电路11A因分别地输入与变换器4相关的故障检测信号E1和与逆变器6相关的故障检测信号E2，所以对应于各故障检测信号E1或者E2，分离并输出动作指令信号C1或者C2，仅使非故障的变换器4或者逆变器6动作。
例如，控制电路11A在输入表示变换器4的故障的故障检测信号E1的场合，仅输出对于逆变器6的动作指令信号C2，在输入表示逆变器6的故障的故障检测信号E2的场合，仅输出对于变换器4的动作指令信号C1。
图2是表示图1中的变换器4的基本结构例的电路图。
如图2所示，一般地由具有半导体开关元件的桥式整流电路，构成进行脉冲宽度调制动作的变换器4。
也就是说，变换器4内的桥式整流电路包含由GTO和IGBT等组成的自消弧型元件4G和由与自消弧型元件4G反相并联连接的二极管4D组合的多个半导体元件对。
下面，参照图2的电路图对图1所示的本发明实施形态1的变换器4故障时的具体动作进行说明。
首先，正常的变换器4响应于来自控制电路11A的动作指令信号C1，借助于对自消弧型元件4G进行开关控制并进行升压动作，将直流电压Vd1控制成固定值。
另一方面，在变换器4的故障检测时，控制电路11A将动作指令信号C1断开，使变换器4的控制动作停止。
这时，变换器4尽管升压动作停止，但因通过二极管4D能进行整流动作，所以具有作为二极管整流器的功能。
因此，变换器4能通过滤波电容器5将直流电压Vd2提供给逆变器6。
由此，在变换器4故障时，尽管性能降低了仅直流电压Vd1比规定的目标值低的部分，但因能使逆变器6的控制动作继续，所以能作为电气机车运行。
这样，借助于判别变换器4或者逆变器6的故障，仅使故障电路部分的动作停止，并继续正常的电路部分的控制动作，能维持最小限度的运转功能，并能抑制控制功能的降低。
下面，参照图3和图4的波形图对多个系统具有图1的控制装置的场合的1台逆变器6故障时的动作进行说明。
图3和图4表示变换器4的脉冲宽度调制动作时的输入电流波形，表示1列编组列车中将包含变换器4和逆变器6的控制装置设置成2个系统的场合的各电流波形。
图3是2个系统的各变换器4和逆变器6都正常的场合的电流波形，图4是2个系统中第1号(No．1)的控制电路内的逆变器6故障停止的场合的电流波形。
在各个图中，对比地示出了2个系统中的第1号变换器4的输入电流ia11和2个系统中的第2号变换器4的输入电流ia12以及来自列车整体的交流架线1的输入电流ia1的各时间变化。
如图3所示，在变换器4和逆变器6正常的场合，1列编组列车内的变换器4具有使谐波相互抵消的相位差进行调制动作。
也就是说，如虚线所示，2个系统中的第1号变换器4的输入电流ia11和2个系统中的第2号变换器4的输入电流ia12具有谐波波长λ的1／2的相位差，使谐波被相互地抵消。
因此，不会对交流架线1上的交流电压产生谐波的影响，如图3所示，来自交流架线1的输入电流ia1为几乎不含谐波的波形。
另一方面，即使2个系统内的第1号逆变器6故障停止，故障系统内的第1号变换器4也继续进行规定的脉冲宽度调制动作。
也就是说，如图4所示，在逆变器6没有负载的无负载状态下，第1号变换器4的输入电流ia11对于第2号变换器4的输入电流ia12，维持与图3的场合相同的相位差(参照虚线)，同时继续执行调制动作。
这时，由第1号变换器4发生的高频电流几乎不受负载大小的影响，仅影响变换器4的调制动作频率。
因此，借助于在第1号逆变器6故障时，仅继续第1号的系统变换器4的动作，交流架线1上的输入电流ia1(参照图4)维持与正常运转时(参照图3)相同的波形。
这样，在并列运转多个系统的场合，即使1个逆变器6故障停止，借助于继续变换器4的脉冲宽度调制动作，能将交流架线1侧的谐波发生量维持在与故障发生前的正常运转时相同，能防止向交流架线1上的由于谐波重叠的坏的影响。
这样，通过判别变换器4或者逆变器6的故障，仅停止故障部分的控制，并继续其它部分的动作，能防止性能的大幅度降低和谐波大幅度增加，能维持高性能的控制。
如前所述，采用本发明的第1发明，则因交流电气机车的控制装置，包括通过主变压器将由交流架线输入的第1交流电压变换成第1直流电压的变换器；对第1直流电压进行滤波，生成第2直流电压的滤波电容器；由第2直流电压生成规定频率的第2交流电压，并提供给电动机的逆变器；控制变换器和逆变器的控制电路；检测变换器和逆变器的至少一方的故障，并输出故障检测信号的故障检测电路，控制电路包括在生成故障检测信号的场合，判别变换器和逆变器中的哪一个发生故障的故障判别手段，
响应于故障判别手段的判别结果，仅使变换器和逆变器中故障发生的一方停止动作，所以，有能得到能防止性能降低的交流电气机车的控制装置的效果。
此外，采用本发明的第2发明，则因交流电气机车的控制装置是在本发明的第1发明中，由个别地对应于变换器和逆变器的多个电路，构成故障检测电路，控制电路内的故障判别手段响应于来自多个故障检测电路的个别的故障检测信号，判别变换器和逆变器的哪一个发生故障，所以，有能得到能防止性能降低的交流电气机车的控制装置的效果。
此外，采用本发明的第3发明，则因交流电气机车的控制装置是在本发明的第1发明中，变换器包含由自消弧型元件和与自消弧型元件反向并联连接的二极管组合的多个元件对，控制电路在判别变换器故障的场合，使变换器内的自消弧型元件的脉冲宽度调制动作停止，并将变换器用作二极管整流器，所以，能在变换器发生故障时仅使变换器停止并运转逆变器，并有能得到能防止性能降低的交流电气机车的控制装置的效果。
此外，采用本发明的第4发明，则因交流电气机车的控制装置是在本发明的第1发明中，变换器和逆变器、控制电路和故障检测电路，由并联地装载在构成1列编组列车的交流电气机车中的多个系统组成，控制电路在判别多个系统内的至少一台逆变器的故障的场合，使被判定故障的逆变器停止，同时使与被判定故障的逆变器连接的变换器进行规定的脉冲宽度调制动作，借助于相互地抵消由多个系统个别地发生的谐波，能与正常运转时同等地维持交流架线侧的谐波发生量，所以，即使1台控制装置内的逆变器故障停止，也能运转该故障控制装置内的变换器，并保持谐波的相互抵消功能，有能得到抑制谐波增加的交流电气机车的控制装置的效果。
权利要求
1．一种交流电气机车的控制装置，包括通过主变压器将由交流架线输入的第1交流电压变换成第1直流电压的变换器；对所述第1直流电压进行滤波，生成第2直流电压的滤波电容器；由所述第2直流电压生成规定频率的第2交流电压，并提供给电动机的逆变器；控制所述变换器和所述逆变器的控制电路；检测所述变换器和所述逆变器的至少一方的故障，并输出故障检测信号的故障检测电路，其特征在于，所述控制电路包括在生成所述故障检测信号的场合，判别所述变换器和所述逆变器中的哪一个发生故障的故障判别手段，响应于所述故障判别手段的判别结果，仅使所述变换器和所述逆变器中故障发生的一方停止动作。
2．如权利要求1所述的交流电气机车的控制装置，其特征在于，由个别地对应于所述变换器和所述逆变器的多个电路，构成所述故障检测电路，所述控制电路内的故障判别手段响应于来自所述多个故障检测电路的个别的故障检测信号，判别所述变换器和所述逆变器的哪一个发生故障。
3．如权利要求1所述的交流电气机车的控制装置，其特征在于，所述变换器包含由自消弧型元件和与所述自消弧型元件反向并联连接的二极管组合的多个元件对，所述控制电路在判别所述变换器故障的场合，使所述变换器内的自消弧型元件的脉冲宽度调制动作停止，并将所述变换器用作二极管整流器。
4．如权利要求1所述的交流电气机车的控制装置，其特征在于，所述变换器和所述逆变器、所述控制电路和所述故障检测电路，由并联地装载在构成1列编组列车的交流电气机车中的多个系统组成，所述控制电路在判别所述多个系统内的至少一台逆变器的故障的场合，使被判定所述故障的逆变器停止，同时使与被判定所述故障的逆变器连接的变换器进行规定的脉冲宽度调制动作，借助于相互地抵消由所述多个系统个别地发生的谐波，能与正常运转时同等地维持所述交流架线侧的谐波发生量。
全文摘要
本发明揭示一种交流电气机车的控制装置,包括:将来自交流架线(1)的第1交流电压(Va1)变换成第1直流电压(Vd1)的变换器(4);对第1直流电压进行滤波、生成第2直流电压的滤波电容器(5);由第2直流电压生成规定频率的第2交流电压(Va2)、并提供给电动机(7)的逆变器(6);控制变换器和逆变器的控制电路(11A);检测变换器和逆变器的故障的故障检测电路(21,22),控制电路包含故障判别手段,响应于判别结果,仅使变换器和逆变器中故障发生的一方停止动作。
文档编号B60L3/04GK1290615SQ99124869
公开日2001年4月11日 申请日期1999年11月18日 优先权日1999年6月30日
发明者赤川英爾 申请人:三菱电机式会社