驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及驅(qū)動裝置，特別涉及從單相交流架線獲得電力來驅(qū)動鐵道車輛的鐵道車輛的驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在行駛于交流饋電區(qū)間的鐵道車輛中，以下方式被廣泛使用:經(jīng)由變壓器從單相交流架線接受交流電力，在由轉(zhuǎn)換器裝置轉(zhuǎn)換為直流電力后，由逆變器裝置轉(zhuǎn)換為三相交流電力來驅(qū)動交流電動機。
[0003]轉(zhuǎn)換器裝置、逆變器裝置基于脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulat1n,PWM)對多個開關(guān)元件進行接通斷開控制來將輸出電壓控制為希望的值。
[0004]構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)元件要求與轉(zhuǎn)換器裝置的直流側(cè)的電壓相應(yīng)的耐壓。例如在鐵道車輛的情況下，轉(zhuǎn)換器裝置的直流側(cè)的電壓根據(jù)架線、車輛的規(guī)格而存在于1800V至3000V左右，直流側(cè)的電壓越高則越需要高耐壓的開關(guān)元件。
[0005]高耐壓的開關(guān)元件為了滿足耐壓規(guī)格，則需要增加元件內(nèi)部的半導(dǎo)體芯片的厚度，其結(jié)果，與低耐壓的開關(guān)元件相比，伴隨開關(guān)動作的損耗會增加。由此，在使用了高耐壓的開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換器裝置中，為了抑制伴隨開關(guān)動作的損耗而希望降低載波(carrier)的頻率。
[0006]在先技術(shù)文獻
[0007]非專利文獻1:主電路電力轉(zhuǎn)換裝置-逆變器/轉(zhuǎn)換器-社團法人日本鐵道車輛機械技術(shù)協(xié)會監(jiān)修
[0008]通常，在轉(zhuǎn)換器裝置中，為了減少流向交流側(cè)的二次電流作為正弦波狀而流過架線的高次諧波電流，在轉(zhuǎn)換器裝置的冷卻性能所允許的范圍內(nèi)較高地設(shè)定載波頻率。但是，在如前所述那樣使用高耐壓的開關(guān)元件的情況下，為了抑制伴隨開關(guān)動作的損耗而要求降低載波頻率。如果降低載波頻率，則不僅二次電流的高次諧波分量增加，流過架線的高次諧波電流增加，也會成為變壓器、交流電動機的電磁噪音的原因。
[0009]特別是在鐵道車輛的情況下，由于在剛剛在車站停車之前、剛剛從車站發(fā)車之后，對車輛輸入輸出的電流較小，因此相對于變壓器的電流的基波分量，伴隨開關(guān)動作的高次諧波分量的比例會增加。其結(jié)果，存在變壓器的電磁噪音增加，成為車站及其周邊的噪音的原因的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述課題，例如采用權(quán)利要求書所述的結(jié)構(gòu)。本申請包括多個解決上述課題的手段，如果列舉其中一個例子，則是車輛的驅(qū)動系統(tǒng)，該車輛的驅(qū)動系統(tǒng)具備:轉(zhuǎn)換器裝置，其經(jīng)由變壓器來將單相交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力；逆變器裝置，其經(jīng)由濾波電容器來與轉(zhuǎn)換器裝置連接，將通過轉(zhuǎn)換器裝置轉(zhuǎn)換后的直流電力轉(zhuǎn)換為三相交流電力；和交流電動機，其由通過逆變器裝置轉(zhuǎn)換后的三相交流電力來驅(qū)動，該車輛的驅(qū)動系統(tǒng)進行以下變更的至少任意一個:在車輛的行駛速度成為第I基準(zhǔn)速度以下的情況下，將轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率從第I基準(zhǔn)頻率變更為第2基準(zhǔn)頻率；或者在車輛的行駛速度成為第2基準(zhǔn)速度以上的情況下，將載波頻率從第2基準(zhǔn)頻率變更為第I基準(zhǔn)頻率。
[0011]發(fā)明效果
[0012]根據(jù)本發(fā)明，能夠降低高次諧波分量相對于流過變壓器的電流的基波分量的比例，并能夠減少車站站臺附近的電磁噪音。
【附圖說明】
[0013]圖1是表示鐵道車輛的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0014]圖2是表示車輛的行駛位置與轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率以及車輛速度的關(guān)系的圖。
[0015]圖3是表示車輛的行駛時間與轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率以及車輛速度的關(guān)系的圖。
[0016]圖4是表示車輛的行駛位置與轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率、二次電流以及車輛速度的關(guān)系的圖。
[0017]圖5是表示車輛的行駛時間與轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率、二次電流以及車輛速度的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0018]接下來，說明本發(fā)明的實施方式。
[0019]【實施例1】
[0020]使用圖1?3來對將本發(fā)明的驅(qū)動裝置應(yīng)用于鐵道車輛的情況下的第I實施例進行說明。
[0021]圖1表示鐵道車輛的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)例。變壓器3經(jīng)由導(dǎo)電弓2與交流架線I連接，向轉(zhuǎn)換器裝置5提供交流電力。變壓器3的一端經(jīng)由車輪4與軌道連接。轉(zhuǎn)換器裝置5將從變壓器3得到的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力。轉(zhuǎn)換器裝置5的直流側(cè)經(jīng)由用于穩(wěn)定電壓的電容器6來與逆變器裝置7連接。逆變器裝置7將從轉(zhuǎn)換器裝置5輸出的直流電力轉(zhuǎn)換為三相交流電力來驅(qū)動交流電動機8。
[0022]第I電壓檢測部件9對從交流架線I施加至變壓器3的電壓進行檢測，基于變壓器3的繞組比來換算為二次電壓es并輸出。第I電流檢測部件10檢測流過轉(zhuǎn)換器裝置5的交流側(cè)的二次電流is并輸出。
[0023]第2電壓檢測部件11檢測電容器6的兩端的電壓即直流階段電壓Ecf并輸出。第2電流檢測部件12檢測流入至交流電動機8的三相的交流電流iu、iv、iw并輸出。速度檢測部件13檢測交流電動機8的旋轉(zhuǎn)速度Fr并輸出。
[0024]控制裝置14使轉(zhuǎn)換器裝置5進行動作以使得轉(zhuǎn)換器裝置5的直流側(cè)的電壓成為規(guī)定的值，并且使逆變器裝置8進行動作以使得交流電動機的轉(zhuǎn)矩成為規(guī)定的值，控制裝置14基于二次電壓es、二次電流is、直流階段電壓Ecf、流入至交流電動機8的電流iu、iv、iw以及旋轉(zhuǎn)速度Fr，輸出用于使構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置5以及逆變器裝置7的開關(guān)元件進行動作的選通指令Ge以及Gi。
[0025]圖2是表示行駛距離與轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率的關(guān)系、以及行駛距離與車輛速度的關(guān)系的圖。在圖2中，表示在朝向停車車站減速并停車后，從停車車站發(fā)車并加速的運轉(zhuǎn)。
[0026]在本發(fā)明中，如圖2這樣，在車輛的速度成為第I基準(zhǔn)速度Vl以下的時間點使轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率從第I載波頻率Fcl上升至第2載波頻率Fc2。一般來講，在鐵道車輛中，由于將轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率設(shè)定為架線電壓的頻率的奇數(shù)倍，所以Fcl和Fc2也分別設(shè)定為架線電壓的頻率的奇數(shù)倍。
[0027]雖然第2載波頻率Fc2越高越好，但是如果載波頻率變高則在轉(zhuǎn)換器裝置中產(chǎn)生的損耗會增加。在車輛朝向停車車站減速的情況下，除了車輛速度減少以外，轉(zhuǎn)換器裝置的二次電流也減少。由此，將第I基準(zhǔn)速度Vl設(shè)定成，使在以第2載波頻率Fc2使轉(zhuǎn)換器裝置進行動作時產(chǎn)生的損耗不超過轉(zhuǎn)換器裝置的冷卻性能。
[0028]另外，在向車輛的照明、空調(diào)供電的輔助電源裝置被設(shè)置于轉(zhuǎn)換器裝置的直流側(cè)的情況下，只要也考慮由輔助電源裝置消耗的電力量的二次電流來設(shè)定第2載波頻率Fc2即可。
[0029]車輛的速度是否是第I基準(zhǔn)速度Vl以下的判斷，是通過基于從速度檢測部件13得到的交流電動機8的旋轉(zhuǎn)速度Fr計算出車輛的速度來進行判斷，或者基于路線信息和從GPS等得到的車輛的行駛位置，根據(jù)車輛距停車車站的距離低于第I基準(zhǔn)距離Xl來進行判斷。
[0030]車輛在車站停車后發(fā)車，在車輛的速度成為第2基準(zhǔn)速度V2以上的時間點，使轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率從第2載波頻率Fc2降低至第I載波頻率Fcl。
[0031]在車輛從停車車站出發(fā)進行加速的情況下，除了車輛速度增加以外，轉(zhuǎn)換器裝置的二次電流會增加。由此，將第2基準(zhǔn)速度V2設(shè)定成，使在以第2載波頻率Fc2使轉(zhuǎn)換器裝置進行動作時產(chǎn)生的損耗不超過轉(zhuǎn)換器裝置的冷卻性能。
[0032]車輛的速度是否是第2基準(zhǔn)速度V2以上的判斷，是通過基于從速度檢測部件13得到的交流電動機8的旋轉(zhuǎn)速度Fr計算出車輛的速度來進行判斷，或者基于路線信息和從GPS等得到的車輛的行駛位置根據(jù)車輛距停車車站的距離超過第2基準(zhǔn)距離X2來進行判斷。
[0033]在圖2中表示距停車車站的距離與車輛速度的關(guān)系，但是由于鐵道車輛確定了運行時間表，因此可以如圖3這樣取代使用第I基準(zhǔn)距離Xl和第2基準(zhǔn)距離X2，而在至到達停車車站的到達時刻為止的時間低于第I基準(zhǔn)時間Tl的時間點，使轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率上升至Fc2，在從由停車車站出發(fā)起的時間超過第2基準(zhǔn)時間T2的時間點，使載波頻率降低至 Fcl0
[0034]這樣，在從靠近停車車站至離開停車車站的期間，通過提高轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率，能夠相對于流過變壓器的電流的基波分量，降低高次諧波分量的比例。其結(jié)果，能夠抑制從變壓器產(chǎn)生的電磁噪音，實現(xiàn)人所聚集的車站站臺附近的靜音化。
[0035]此外，由于通過本發(fā)明也具有改善停車車站附近的功率因數(shù)并降低無效功率的效果，所以也能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的損耗降低以及小型化。這是，特別在鐵道車輛的情況下，當(dāng)剛剛在車站停車之前、剛剛從車站發(fā)車之后，車輛的速度低，對車輛輸入輸出的電流小，所以與車輛速度高的情況相比，伴隨轉(zhuǎn)換器裝置的開關(guān)動作的損耗小。由此，如果只考慮車輛速度低的情況，則能夠提高轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率并減少變壓器的電磁噪音。
[0036]另外，雖然在實施例1中以在車站停車的情況為例進行了說明，但在停車于車站以外的情況下也能夠獲得相同的效果。此外，即使不設(shè)想為在車站停車和出發(fā)，即使僅在停車或者出發(fā)的任意一種情況下進行轉(zhuǎn)換器的載波頻率控制，也能夠獲得本發(fā)明的效果本身。
[0037]進一步地，作為集電手段，可以不從導(dǎo)電弓供電而從第三軌道等另外的供電部件供電，不限定于鐵道車輛，即使在具備該轉(zhuǎn)換器裝置的移動體停車于規(guī)定的位置的情況下、從該停車位置出發(fā)的情況下應(yīng)用本發(fā)明也能夠獲得效果。
[0038]【實施例2】
[0039]使用圖4、5來對本發(fā)明的鐵道車輛的驅(qū)動裝置的第2實施例進行說明。與第I實施例不同之處在于:作為變更轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率的條件，除了車輛的速度以外還使用轉(zhuǎn)換器裝置的二次電流的大小。
[0040]圖4是表示行駛距離與轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率的關(guān)系、行駛距離與二次電流的關(guān)系、以及行駛距離與車輛速度的關(guān)系的圖。在圖4中，表示在朝向停車車站減速并停車后，從停車車站發(fā)車并加速的情況。
[0041 ] 在本發(fā)明中，如圖4這樣，在車輛的速度成為第I基準(zhǔn)速度Vl以下，轉(zhuǎn)換器裝置的二次電流成為第I基準(zhǔn)電流Ii以下的時間點，使轉(zhuǎn)換器裝置的載波頻率從第I載波頻率Fcl上升至第2載波頻率Fc2。一般來講，在鐵道車輛中，由于