用于控制有轨车辆上的线路转换器的方法技术

在用于控制有轨车辆上的线路转换器的方法中，控制线路转换器的电流阀的半导体器件接通和关断，以阻止通过变压器的次级绕组的电流(I)通过零点和改变方向，除了该电流(I)在次级绕组两端的电压在变压器的绕组两端的交流线电压的新的半周期开始时改变方向时过零和改变方向的情况，其中转换器的相脚的中点连接到该变压器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制有轨车辆上的线路转换器的方法
和
技术介绍
本专利技术涉及用于控制有轨车辆(track-boundvehicle)上的线路转换器的方法，所述转换器具有列于所附权利要求1的前序部分中的特征。因而，该方法限定于从交流电源线获得电力的有轨车辆，但是有轨车辆(诸如轨道车辆)可以是任何可构思的类型。本专利技术并不限定于所述线路的交变电压的任意相数，尽管单相和三相电压是最常见的，本专利技术也不限定于通过所述线路转换器馈入的任意特定水平的此类电压或电力。图1示意性地示出了可以如何将电力从交流电源线2馈入有轨车辆1以及在所述车辆中可以如何使用电力。车辆被配置为沿着交流电源线2移动，因此该交流电源线2充当交流电源并且可以输送例如15kV、162/3Hz(瑞典)以及25kV、50Hz(丹麦)的单相交流电压。车辆具有用于将来自电源线2的电压转换为合适电平的变压器3。在此，变压器具有初级绕组40和两个次级绕组4、5，这两个次级绕组4、5之一连接至用于在其输出端上输送例如1.5-3kV的直流电压的线路转换器6。该直流电压被输送到辅助转换器7，该辅助转换器7由控制单元8控制，用于根据脉宽调制模式生成一列脉冲，以在其输出端上输送三相交流电压。转换器的输出连接至三相变压器9以及谐波滤波器10，用于平滑由配电网11输送到设置于有轨车辆内的插座(诸如用于计算机的连接)以及输送到照明、加热和其它电器的交流电压。变压器的另一个次级绕组4连接至线路转换器12，线路转换器12被配置为将其输出端上的直流电压输送至马达转换器13的输入端，该马达转换器13由控制单元14按照与由控制单元8执行的控制类似的方式来控制，用于将马达转换器13的输出端上的三相交流电压输送至电机形式的马达15，以用于驱动车辆。控制单元14将接收来自车辆驾驶员的命令，用于将由马达的定子绕组输送的电压的频率调整为适应于所期望的车速。在制动的情况下，车辆电力将沿着从马达到交流电源线2的方向流过线路转换器12，然后通过控制单元16来控制以在其输出端上输送单相交流电压。要指出，这只是在线路转换器所属的有轨车辆中的电力系统的几种可能的表现之一。图2示意性地示出了线路转换器12的一种实施例，在此，该实施例具有一个电桥，该电桥具有两个相脚(phase-leg)20、21，相脚20、21并联连接于直流中间链路60的相反极柱(pole)22、23之间，并且各自具有串联连接的两个电流阀24-27。每个电流阀包括关断式半导体器件28-31(诸如IGBT(绝缘栅双极型晶体管))以及与其反向并联连接的整流部件32-35(诸如二极管)。每个相脚20、21的将相脚划分成相同的两半的中点36、37相对于另一个相脚的所述中点连接至变压器3的次级绕组4的相对侧。当从次级侧测量时，变压器具有电感L。变压器3的初级绕组40连接至以2指示的交流电源线。这样的线路转换器12通常由控制单元16通过普通的脉宽调制模式方案来控制，这会导致比较大的电流纹波，如图3所示，从而导致来自变压器的可听噪声并且还导致高的功率损失。这种可听噪声的主要来源是电流谐波，如图3所示，这与普通的脉宽调制控制的情况基本相同，与基波电流的幅度无关。在此，噪声主要来自于开关频率的二次谐波h。因而，这种脉宽调制模式控制在车辆的马达空载时会导致与马达满负荷驱动时相同的噪声。当有轨车辆静止停靠于车站时，该噪声是特别大的问题，与站之间的区域不同，在车站仅可接受较低程度的可听噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于控制有轨车辆上的线路转换器的方法，用于解决由对以上公开的线路转换器的控制导致的所述噪声的问题。根据本专利技术，这一目的通过提供一种方法来实现，该方法的特征在于控制电流阀的半导体器件接通和关断，从而阻止通过变压器的次级绕组的电流过零和改变方向，除了该电流在所述初级绕组两端的电压在变压器的绕组两端的交流线电压的新的半周期开始时改变方向时过零和改变方向的情况。因而，这意味着，在低电流情况下，电流将被中断，因为电流纹波将达到零，但是不会改变方向。这导致由如同车辆停在车站那样空载时的电流纹波导致的谐波彻底消除，并且这些谐波随着负荷增加而越来越大。这意味着，空载时的切换不会导致干扰噪声，并且噪声的大幅降低预计可以达到满载电流的大约20％，这是在根据脉宽调制模式方案来控制所述线路转换器时电流纹波通常会具有的值。这还将导致在较低负荷情况下在变压器和线路转换器内的功率损失减少。根据本专利技术的一种实施例，该方法包括第一控制方案，根据该方案控制所述半导体器件，使得如果通过变压器的次级绕组的具有一定方向的电流达到零，则它将保持为零，直到在所述交流线电压的同一个半周期内再次沿着相同的特定方向开始流动，并且因此该电流是不连续的。根据本专利技术的另一种实施例，控制形式为两级转换器的线路转换器。根据本专利技术的构成了最后提及的实施例的进一步发展的另一种实施例，只有当经由变压器从交流电源线传输到所述车辆的电功率低于预定水平(诸如可传输到所述车辆的最大电功率的30％或20％)时，才根据所述第一控制方案来执行对线路转换器的所述半导体器件的控制。因而，很有可能在较高电流的情况下改为脉宽调制控制方案，在该控制方案下，由这样的控制导致的电流纹波在一个时间周期的主要部分内不会过零，使得通过阻止电流过零并使其不连续，由谐波产生的噪声可能无论如何不会降低。根据本专利技术的另一种实施例，测量所述车辆的速度，并且只有当车辆的速度低于预定水平(诸如20km/h、10km/h或5km/h)时，才将所述第一控制方案用于控制线路转换器的半导体器件。当车辆的速度具有这样低的水平时，通过线路转换器的电流通常也会很低，以至于所述第一控制方案将有效地减少由对线路转换器的控制而导致的干扰噪声的产生，这使得车辆的速度成为决定要使用哪种控制方案的合适参数。根据本专利技术的另一种实施例，当电力通过线路转换器从交流电源线馈入直流中间链路时，针对所述第一控制方案，电流阀的半导体器件在接通后保持为导通的时间T1通过使用以下公式来计算：其中T1＝半导体器件的导通时间Tp＝开关的周期时间Ud＝直流中间链路电压u＝转换至次级侧的交流线电压(绝对值)Iref＝电流基准绝对值L＝变压器的电感当电流不连续并且电力从线路转换器馈入直流中间链路时，该控制方案的使用会导致通过变压器的次级绕组的电流脉冲的正确的平均值。在本公开所使用的电力流动方向的标准中，它不是瞬时功率流，而是相关的在例如交流电源电压的基波周期或半周期内估计的平均功率。根据本专利技术的另一种实施例，当电力通过线路转换器从直流中间链路馈入交流电源线时，针对所述第一控制方案，电流阀的半导体器件在接通后保持为导通的时间T1通过使用以下公式来计算：其中T1＝半导体器件的导通时间Tp＝开关的周期时间Ud＝直流中间链路电压u＝转换至次级侧的交流线电压(绝对值)Iref＝电流基准绝对值L＝变压器的电感当电流不连续并且线路转换器将电力从直流中间链路馈送至交流电源线以在制动车辆时再生电力时，该控制方案的使用会导致通过变压器的次级绕组的电流脉冲的正确的平均值。根据本专利技术的另一种实施例，该方法包括形式为包括流过变压器的所述次级绕组的连续电流的正常的脉宽调制的第二控制方案，并且当从交流电源线传输到所述车辆的电功率超过可从所述交流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制有轨车辆(1)上的线路转换器(12)的方法，所述转换器具有至少一个电桥，所述至少一个电桥具有并联连接于直流中间链路(60)的相反极柱(22，23)之间的两个相脚(20，21)，所述两个相脚(20，21)各自具有串联连接的至少两个电流阀(24‑27)，每个所述电流阀包括关断式半导体器件(28‑31)以及与其反向并联连接的整流部件(32‑35)，每个相脚的将所述相脚划分成相同的两半的中点(36，37)相对于另一个相脚的中点连接至变压器的次级绕组(4)的相对侧，所述变压器具有与有轨车辆的交流电源线(2)连接的初级绕组(40)，其特征在于，控制所述半导体器件(28‑31)接通和关断以阻止通过变压器的所述次级绕组(4)的电流(I)过零和改变方向，除了所述电流(I)在所述初级绕组(40)两端的电压在变压器(3)的绕组两端的交流线电压的新的半周期开始时改变方向时过零和改变方向的情况。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.02 EP 15192487.51.一种用于控制有轨车辆(1)上的线路转换器(12)的方法，所述转换器具有至少一个电桥，所述至少一个电桥具有并联连接于直流中间链路(60)的相反极柱(22，23)之间的两个相脚(20，21)，所述两个相脚(20，21)各自具有串联连接的至少两个电流阀(24-27)，每个所述电流阀包括关断式半导体器件(28-31)以及与其反向并联连接的整流部件(32-35)，每个相脚的将所述相脚划分成相同的两半的中点(36，37)相对于另一个相脚的中点连接至变压器的次级绕组(4)的相对侧，所述变压器具有与有轨车辆的交流电源线(2)连接的初级绕组(40)，其特征在于，控制所述半导体器件(28-31)接通和关断以阻止通过变压器的所述次级绕组(4)的电流(I)过零和改变方向，除了所述电流(I)在所述初级绕组(40)两端的电压在变压器(3)的绕组两端的交流线电压的新的半周期开始时改变方向时过零和改变方向的情况。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包括第一控制方案，根据所述第一控制方案控制所述半导体器件(28-31)，使得如果通过变压器的次级绕组(4)的具有某一方向的电流达到零，则它将保持为零，直到在所述交流线电压的同一半周期内它再次开始沿着同一方向流动，因此它是不连续的。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，仅当通过变压器(3)从交流电源线(2)传输至所述车辆(1)的电功率低于诸如可传输到所述车辆的所述最大电功率的30％或20％的预定水平时，根据所述第一控制方案来执行对线路转换器(12)的所述半导体器件(28-31)的控制。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，测量所述车辆(1)的速度，并且仅当车辆的所述速度低于诸如20km/h、10km/h或5km/h的预定水平时，将所述第一控制方案用于控制线路转换器(12)的半导体器件(28-31)。5.根据权利要求2-4中的任一项所述的方法，其特征在于，当电力通过线路转换器从交流电源线馈入直流中间链路时，针对所述第一控制方案，电流阀(24-27)的半导体器件(28-31)在接通后保持导通的时间T1通过使用以下公式来计算：其中T1＝半导体器件的导通时间Tp＝开关的周期时间Ud＝直流中间链路电压u＝转换至次级侧的交流线电压，绝对值Iref＝电流基准绝对值L＝变压器的电感。6.根据权利要求2-5中的任一项所述的方法，其特征在于，当电力通过线路转换器从直流中间链路馈入交流电源线时，针对所述第一控制方案，电流阀(24-27)的半导体器件(28-31)在接通后保持导通的时间T1通过使用以下公式来计算：其中T1＝半导体器件的导通时间Tp＝开关的周期时间Ud＝直流中间链路电压u＝转换至次级侧的交流线电压，绝对值Iref＝电流基准绝对值L＝变压器的电感。7.根据权利要求2-6中的任一项所述的方法，其特征在于，其包括第二控制方案，所述第二控制方案的形式为包括流过变压器(3)的所述次级绕组(4)的连续电流的正常的脉宽调制，并且当从交流电源线(2)传输至所述车辆(1)的电功率超过可从所述交流电源线传输到车辆的最大电功率的诸如20％或30％的某一百分比时，所述方法从所述第一控制方案转换为所述第二控制方案。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：当电力通过线路转换器从交流电源线馈入直流中间链路时，针对所述第二控制方案，每个电流阀(24-27)的半导体器件(28-31)的导通时间T1通过使用以下公式来计算：其中T1＝半导体器件的导通时间Tp＝开关的周期时间Ud＝直流中间链路电压Iref＝电流基准绝对值I＝电流绝对值L＝变压器的电感u＝转换至次级侧的交流线电压，绝对值。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：当电力通过线路转换器从直流中间链路馈入交流电源线时，针对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·加利克，
申请(专利权)人：勃姆巴迪尔运输有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE