电车控制器制造技术

一种电车控制器，包括矢量控制逆变器，用于通过将电机的原电流分成激励电流分量和扭矩电流分量控制驱动电车车轮的电机，并基于分别设定的命令控制各电流分量，其特征在于进一步包括：检测车轮速度（包括电机的转子频率，它与车轮速度成正比）的装置、基于所检测的车轮速度的微分值（随时间的变化率）检测车轮滑动和滑移的装置、基于所检测的车轮速度的微分值和二次微分值检测车轮重新附着的装置，以及响应于两个检测装置调节扭矩电流分量的设定命令的装置。＄根据本发明专利技术，当车轮产生滑动或滑移时能够肯定地检出重新附着点，利用矢量控制的快速响应能够迅速地恢复电机的扭矩电流分量，因为扭矩能够被有效地用于物理附着极限，即使是在附着系数低，如雨天的条件下，能够尽可能地增大电车的加速度和减速度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电车控制器的制作方法
技术介绍
本专利技术涉及用于以具有利用矢量控制的逆变器的电机驱动的电车的控制器，尤其涉及通过检测车轮与铁轨之间产生的滑动或滑移对重新附着进行扭矩控制的电车控制器。作为一种现有技术，JP-A-4-197004(1992)已经揭示了一种通过检测电车车轮的滑动或滑移以及降低电机产生的扭矩而控制重新附着的方法。JP-A-4-197003(1992)揭示了检测车轮重新附着的方法。JP-A-5-83976(1993)揭示了通过逆变器的矢量控制而驱动铁轨电车电机的技术。按照上述JP-A-4-197004(1992)中所揭示的传统重新附着控制方法，车轮的滑动是通过识别感应电机的转子频率(与车轮速度成正比)随时间的变化率(微分值)是否超过固定检测电平的方法检测的，对降低电机扭矩的控制仅仅在检测到滑动的期间进行。然而，如果微分值小于设定值，对滑动的识别被取消，控制电机扭矩恢复而与车轮是否实际重新附着不相关。因此，如果车轮实际上未重新附着，立即出现车轮滑动，出现十分频繁地产生滑动现象的问题。上述JP-A-4-197003(1992)揭示了一种通过检测重新附着而控制扭矩的方法，下面将参考图10说明检测重新附着的方法。重新附着是在时间t1检测滑动后，通过识别在时间t2转子频率fr(与车轮速度成正比)的两次微分值fr”(轴跳动值)超过设定值Le而检测的。然而，利用两次微分值fr”检测滑动能够预计有以下问题。首先，如果在重新附着时车轮速度的特征如图11所示，那么，车轮速度的两次微分值fr”不超过设定值Le，未能检测出重新附着，不过在时间t2仍出现重新附着。因此，扭矩连续地维持在降低条件下，产生电车降低加速度的问题。此外，在如图12所示的在时间tla重新产生滑动(它似乎已趋于结束)的情况中，在时间tla两次微分值fr”超过设定值Le，产生错误地检测重新附着和继续滑动的问题。在产生滑移时会引起这类问题。如上所述，传统技术存在根据滑动或滑移条件不能检测重新附着或者错误检测重新附着的问题。目前，诸如JP-A-5-83976(1993)中所揭示的具有矢量控制的逆变器将被用作驱动电车的感应电机的控制器。然而，利用矢量控制性能来控制重新附着的任何技术尚未公开。专利技术概要本专利技术的目的是提供一种电车控制器，它通过利用矢量控制的快速扭矩响应能够把扭矩有效地利用到附着的物理极限，能够使电车的加速度和减速度尽可能高，即使在附着系数低的条件下。本专利技术涉及的电车控制器，包括矢量控制逆变器，它通过将电机的原电流分成激励电流分量和矢量电流分量控制驱动电车车轮的电机，并基于各别指令控制各个电流分量；进一步包括检测车轮速度(包括与车轮速度成正比的电机的转子频率)的装置、基于所检测的车轮速度的微分值(随时间的变化率)检测车轮滑动或滑移的装置、基于所检测的车轮速度的所检测的微分值和两次微分值检测车轮重新附着的装置，以及响应于上述两个检测装置调节扭矩电流分量的指定命令的装置。按照本专利技术的上述方法，如果在电车加速时车轮速度的微分值超过指定值，可以将其看作为出现滑动，进行降低扭矩电流的控制。结果，当滑动速度降低和出现重新附着时，车轮重新开始加速。可以把重新附着点作为车轮速度的微分值变为负数而两次微分值变为正数时的点进行检测。根据上述的点，能够确定车轮的滑动肯定正在趋于结束，使车轮重新附着，而且重新开始车轮的加速。扭矩电流维持在降低条件下直至检测到重新附着为止。因此，即使在出现重新附着后快速地恢复扭矩电流，通过确认重新附着能够使引起重新滑动的可能性很小。因此，能够使扭矩的增大与扭矩电流的恢复一样快，并能够增大电车的加速度。即使出现滑动以及在检测出重新附着前，当车轮速度的微分值减小时滑动正在趋于结束。因此，通过降低扭矩电流的减小能够减小扭矩的减小，使加速度能够与扭矩的减小一样多地增大。如果在电车减速时出现滑动，道理是完全相同，不同的只是检测电平的符号相反。如上所述，如果对驱动车轮的电机作矢量控制，能够独立地控制电机的原电流中的扭矩电流分量。扭矩电流控制仅仅影响电机的漏阻抗，它具有时间常数短和控制响应快的特点。于是，如果用矢量控制进行本专利技术的重新附着控制，自然能够获得具有快速响应的重新附着性能，能够将扭矩有效地用于物理附着极限。附图简述图1是表示本专利技术一个实施例的控制器的方框图。图2是表示图1所示滑动-滑移检测器2的详细组成的说明图。图3是表明图1所示重新附着检测器3的详细组成的说明图。图4是表明图1所示扭矩电流控制器6的详细组成的说明图。图5是表明图1所示的微分器4的详细组成的说明图。图6-图8是说明本专利技术操作的图。图9是表示本专利技术第二实施例的控制器的方框图。图10-图12是说明现有技术操作的图。较佳实施例的详细描述下面将参考附图说明本专利技术的实施例。图1是一方框图，表示电车控制器中控制组成的概况，其中感应电机是用矢量控制逆变器将直流电转换为交流电而驱动的。为了便于本专利技术的描述，尽管图1中的每个方框由装置名称表示，但是方框可以是根据需要执行处理功能的微计算机的软件。按照图1，从操作装置54输出的驱动命令P或刹车命令B以及由连接于感应电机60的转速检测器7对转子频率fr获得的信号8被输入到电流命令计算器56；产生激励电流命令Id和电流模式Ipq。从Ipq与从滑动-滑移控制器1获得的扭矩电流控制值ΔIpq之间的差，由减法器116计算扭矩电流命令Iq。Iq、转子频率fr和由电流检测器61、62和63获得的电机电流检测值iu、iv和iw输入到矢量控制计算器57；产生逆变器输出电压的电压命令。按照PWM信号计算器58，通过将电压命令与斩波的载波(图中未示出)作比较而产生PWM信号，该PWM信号作为选通信号输出。PWM逆变器59用选通信号操作组成主电路的开关元件；从直流电源52经滤波电容器53获得的直流电被转换为三相交流电源；该电源提供给感应电机60。电车的车轮(图中未示出)由上述感应电机驱动，车轮速度和感应电机的转速成正比关系。JP-A-5-83976(1993)揭示了上述计算器56、57、58和PWM逆变器59的组成和操作的详细情况，这里不再描述。本专利技术以假设控制由具有上述组成的矢量控制PWM逆变器驱动电车为基础。接着，参考图1，说明本专利技术的滑动-滑移控制器1的组成。其详细情况参考图2-图5说明。控制器1包括微分器4、滑动-滑移检测器2、重新附着检测器3和扭矩电流控制器6。微分器4计算微分值fr’，它是通过转速检测器7获得的转子频率fr的信号8随时间的变化率，并计算两次微分值fr”，它是fr’随时间的变化率。滑动-滑移检测器2基于微分值fr’的信号24，检测从操作装置54输出的驱动命令P和刹车命令B的滑动或滑移，输出检测信号21。重新附着检测器3基于滑动-滑移检测信号21、操作装置54输出的P和B命令信号23以及微分器4输出的fr’和fr”信号24，检测车轮和铁轨的重新附着；输出重新附着检测信号22。扭矩电流控制器6基于滑动-滑移检测信号21、重新附着检测信号22、来自电流命令计算器56的扭矩电流模式Ipq的信号27和fr’信号24计算扭矩电流控制值ΔIpq。图2示出滑动-滑移检测器2的实际组成的一个例子。该检测器包括比较器68、69和开关82。微分值fr’的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电车控制器，其特征在于所述控制器包括： 矢量控制逆变器，用于通过将电机的原电流分成激励电流分量和扭矩电流分量控制驱动电车车轮的电机，以及基于分别设定的命令控制各电流分量，进一步包括： 检测车轮速度（包括电机的转子频率，它与车轮速度成正比）的装置，以及 基于所检测的车轮速度的微分值（随时间的变化率）和二次微分值调节扭矩电流分量的所述设定命令的装置。

【技术特征摘要】
1.一种电车控制器，其特征在于所述控制器包括矢量控制逆变器，用于通过将电机的原电流分成激励电流分量和扭矩电流分量控制驱动电车车轮的电机，以及基于分别设定的命令控制各电流分量，进一步包括检测车轮速度(包括电机的转子频率，它与车轮速度成正比)的装置，以及基于所检测的车轮速度的微分值(随时间的变化率)和二次微分值调节扭矩电流分量的所述设定命令的装置。2.一种电车控制器，其特征在于所述控制器包括矢量控制逆变器，用于通过将电机的原电流分成激励电流分量和扭矩电流分量控制驱动电车车轮的电机，以及基于分别设定的命令控制各电流分量，进一步包括检测车轮速度(包括电机的转子频率，它与车轮速度成正比)的装置，以及基于所检测的车轮速度的微分值(随时间的变化率)和所述微分值的拐点调节扭矩电流分量的所述设定命令的装置。3.一种电车控制器，其特征在于所述控制器包括矢量控制逆变器，用于通过将电机的原电流分成激励电流分量和扭矩电流分量控制驱动电车车轮的电机，以及基于分别设定的命令控制各电流分量，进一步包括检测车轮速度(包括电机的转子频率，它与车轮速度成正比)的装置，基于所检测的车轮速度的微分值(随时间的变化率)检测车轮滑动和滑移的装置，基于所检测的车轮速度的微分值和二次微分值检测车轮的重新附着的装置，以及响应于所述两个检测装置调节扭矩电流分量的所述设定命令的装置。4.如权利要求3所述的电车控制器，其特征在于检测车轮滑动和滑移的所述装置通过检测在给电车一个加速命令期间已检测的车轮速度的微分值大于正设定值以及通过检测在给电车一个减速命令期间已检测的车轮速度的微分值小于负设定值对滑动进行检测。5.如权利要求3所述的电车控制器，其特征在于检测车轮重新附着的所述装置通过检测在给电车一个加速命令期间已检测的车轮速度的负微分值和正二次微分值以及通过检测在给电车...

【专利技术属性】
技术研发人员：金子贵志，安藤武，堀江哲，伊藤谦，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]