УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ
POWER CONVERTER WITH MOTOR FOR AUTOMOTIVE ENGINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем, служащему для управления силовой установкой для транспортного средства с электродвигателем.
Предшествующий уровень техники
В общем, транспортное средство с электродвигателем сконфигурировано с возможностью получать электроэнергию из воздушного провода с помощью токосъемника и приводить в действие, с использованием полученной электроэнергии, электродвигатель с помощью устройства преобразования энергии, к примеру инвертора, для движения.
В транспортном средстве с электродвигателем, когда транспортное средство тормозит, используется так называемое рекуперативное торможение для рекуперативного функционирования электродвигателя, для получения тормозящей силы. Рекуперированная энергия, генерируемая в этот момент, подается на нагрузки, к примеру, другие движущиеся транспортные средства с потреблением энергии, присутствующие рядом с данным транспортным средством, и в кондиционер транспортного средства через воздушный провод, контактный рельс и т.п. и потребляется в нагрузках.
Тем не менее, рано утром, ночью и на спокойном участке железной дороги, на котором число движущихся железнодорожных составов является небольшим, в некотором случае нет других транспортных средств, присутствующих рядом с данным транспортным средством (рекуперативные нагрузки являются недостаточными), и рекуперированная энергия, генерируемая посредством рекуперативного торможения, не потребляется в достаточной степени. Когда рекуперированная энергия данного транспортного средства превышает энергию, потребляемую посредством других транспортных средств, напряжение воздушного провода повышается. Вероятно, что различные устройства, подключенные к контактному проводу, выключаются из-за избыточного напряжения или повреждаются.
Следовательно, когда напряжение воздушного провода повышается, устройство инвертора выполняет управление для уменьшения рекуперации для уменьшения рекуперативного торможения и подавления генерации рекуперированной энергии. Когда выполняется управление для уменьшения рекуперации, поскольку сила рекуперативного торможения уменьшается посредством управления для уменьшения рекуперации, уменьшенная и недостаточная тормозная сила дополняется посредством фрикционного торможения.
С другой стороны, использование фрикционного торможения приводит к выбросу в окружающую среду части кинетической энергии транспортного средства с электродвигателем, которая могла бы быть собрана посредством рекуперации энергии. Следовательно, существует проблема с точки зрения энергосбережения.
Следовательно, разработана система, в которой элемент накопления энергии, к примеру аккумуляторная батарея или электрический двухслойный конденсатор, монтируется на транспортном средстве с электродвигателем, и рекуперированная энергия накапливается в элементе накопления энергии при необходимости, чтобы получать стабильное рекуперативное торможение, даже если рекуперативные нагрузки являются недостаточными. Поскольку электроэнергия, накапливаемая в элементе накопления энергии, может быть использована, когда транспортное средство с электродвигателем ускоряется в следующий раз, реализуется экономия энергии.
Когда транспортное средство с электродвигателем с установленным элементом накопления энергии движется на неэлектрифицированном участке, на котором прием электричества из воздушного провода не выполняется, электродвигатель приводится в действие и ускоряется с использованием только электроэнергии из элемента накопления энергии. Вся рекуперированная энергия, генерируемая посредством электродвигателя во время торможения, накапливается в элементе накопления энергии.
Список библиографических ссылок
Патентные документы
Патентный документ 1. Выложенная заявка на патент Японии № 2005-278269.
Краткое изложение существа изобретения
Техническая задача
.
Конфигурация приводного устройства для транспортного средства, раскрытого в Патентном документе 1, имеет конфигурацию, в которой блок инвертора, который приводит в действие электродвигатель, и блок преобразователя постоянного тока (в дальнейшем сокращенно называемый просто "блоком преобразователя"), к которому подключается устройство накопления энергии и который управляет зарядкой в элементе накопления энергии и разрядкой из элемента накопления энергии, подключаются параллельно друг другу к воздушному проводу.
В этой конфигурации, поскольку блок преобразователя размещается между элементом накопления энергии и блоком инвертора, когда зарядка и разрядка из элемента накопления энергии выполняется из блока инвертора, потери энергии возникают в блоке преобразователя. Следовательно, в варианте применения, в котором монтируется элемент накопления энергии большой емкости и часто используется рекуперация электроэнергии из блока инвертора в элемент накопления энергии и подача питания из элемента накопления энергии в блок инвертора, эффективность использования системы снижается.
В качестве конфигурации, в которой блок преобразователя не размещается между элементом накопления энергии и блоком инвертора, возможна конфигурация, в которой блок инвертора, который приводит в действие электродвигатель и элемент накопления энергии, подключаются параллельно к выводу блока преобразователя, ввод которого подключается к воздушному проводу. Тем не менее, в этой конфигурации, блок преобразователя должен оптимально управлять потоком энергии между контактным проводом, блоком инвертора и элементом накопления энергии согласно условию движения транспортного средства с электродвигателем. Существуют проблемы в способе управления и конфигурации блока преобразователя.
Настоящее изобретение разработано с учетом вышеизложенного и задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить устройство преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем, подходящее для варианта применения, в котором часто используется рекуперация энергии из блока инвертора в элемент накопления энергии и подача питания из элемента накопления энергии в блок инвертора.
Чтобы решить задачу и достичь цели, устройство преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем согласно настоящему изобретению включает в себя: первый блок преобразования энергии, который принимает ввод напряжения питания снаружи, преобразует напряжение питания в постоянный ток предварительно определенного значения и выводит постоянный ток; второй блок преобразования энергии, который подключен к выходной стороне первого блока преобразования энергии и приводит в действие нагрузку; блок накопления энергии, который подключен к выходной стороне первого блока преобразования энергии; и первый блок управления, который управляет первым блоком преобразования энергии.
Преимущества изобретения
Согласно настоящему изобретению схема преобразования энергии, которая управляет токами зарядки и разрядки в и из блока накопления энергии, не должна предоставляться между блоком преобразователя и блоком накопления энергии или между блоком инвертора и блоком накопления энергии. Можно предоставлять устройство преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем, имеющее высокую эффективность использования системы, которое позволяет оптимально управлять потоком энергии между воздушным проводом, блоком инвертора и блоком накопления энергии, согласно условию движения транспортного средства с электродвигателем.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает схему примера конфигурации устройства преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 изображает схему примера конфигурации схемы преобразователя в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 изображает схему примера конфигурации, отличного от примера, показанного на фиг. 2, схемы преобразователя в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 изображает схему примера конфигурации блока управления преобразователя в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 изображает схему примера конфигурации блока генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 изображает схему примера конфигурации первого блока регулирования команд управления током в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 изображает схему примера конфигурации блока управления инвертора в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Устройства преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, поясняются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, поясненными ниже.
Первый вариант осуществления
Фиг. 1 изображает схему примера конфигурации устройства преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, электроэнергия из непоказанной трансформаторной подстанции, которая является внешним источником питания, вводится в блок 10 преобразователя, который является первым блоком преобразования энергии и является, например, преобразователем постоянного тока от воздушного провода 1 через токосъемник 2. Обратный ток из блока 10 преобразователя подключается к рельсу 4 через колесо 3 и возвращается на отрицательную клемму непоказанной трансформаторной подстанции.
Блок 10 преобразователя включает в себя схему 13 преобразователя, которая является главной схемой, которая выполняет преобразование постоянного тока, и блок 14 управления преобразователя, который является первым блоком управления. В качестве схемы 13 преобразователя является подходящей схема прерывателя для повышения и понижения биполярного напряжения. В общем, схема 13 преобразователя включает в себя на входной стороне и выходной стороне схемы фильтра, включающие в себя дроссели и конденсаторы для сглаживания напряжения и электрического тока.
На фиг. 2 показан пример конфигурации схемы 13 преобразователя в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Конфигурацией, показанной на фиг. 2, является схема преобразователя, которая может применяться, когда отношение значений между напряжением EFCD на первичной стороне и напряжением BES на вторичной стороне схемы 13 преобразователя является отношением EFCD>BES. Схема 13 преобразователя включает в себя, в порядке от входной стороны, дроссель 131 фильтра и конденсатор 132 фильтра, которые формируют схему фильтра, переключающий элемент 133A верхнего плеча на первичной стороне и переключающий элемент 133B нижнего плеча на первичной стороне, которые формируют переключающую схему, и сглаживающий дроссель 134, подключенный к вторичной стороне переключающей схемы.
Схема 13 преобразователя, показанная на фиг. 2, может вызвать протекание электроэнергии, имеющей произвольную величину, в произвольном направлении от первичной стороны к вторичной стороне или от вторичной стороны к первичной стороне посредством надлежащего управления включением/выключением переключающего элемента 133A верхнего плеча на первичной стороне и переключающего элемента 133B нижнего плеча на первичной стороне.
С другой стороны, конфигурацией, показанной на фиг. 13, является схема преобразователя, которая может применяться независимо от отношения амплитудных значений между напряжением EFCD на первичной стороне и напряжением BES на вторичной стороне схемы 13 преобразователя. Схема преобразователя включает в себя, в порядке от входной стороны, дроссель 131 фильтра и конденсатор 132 фильтра, которые формируют схему фильтра, переключающий элемент 133A верхнего плеча на первичной стороне и переключающий элемент 133B нижнего плеча на первичной стороне, которые формируют переключающую схему на первичной стороне, переключающий элемент 133C верхнего плеча на вторичной стороне и переключающий элемент 133D нижнего плеча на вторичной стороне, которые формируют переключающую схему на вторичной стороне, сглаживающий дроссель 134, который соединяет переключающие схемы на первичной стороне и переключающие схемы на вторичной стороне, и сглаживающий конденсатор 135, подключенный к вторичной стороне переключающей схемы на вторичной стороне.
Схема 13 преобразователя, показанная на фиг. 3, управляет электрическим током или электроэнергией, которая проходит через схему 13 преобразователя, так что она является электрическим током или электроэнергией, имеющей произвольную величину (в том числе нуль) в произвольном направлении от первичной стороны к вторичной стороне или от вторичной стороны к первичной стороне, посредством надлежащего управления включением/выключением переключающего элемента 133A верхнего плеча на первичной стороне, переключающего элемента 133B нижнего плеча на первичной стороне, переключающего элемента 133C верхнего плеча на вторичной стороне и переключающего элемента 133D нижнего плеча на вторичной стороне, как пояснено ниже.
Схема преобразователя в первом варианте осуществления может иметь схемную конфигурацию, отличную от конфигураций, показанных на фиг. 2 и 3. Например, в примере, поясненном выше, контактный провод 1 является источником питания постоянного тока. Тем не менее, когда контактный провод 1 является источником питания переменного тока, в качестве схемы преобразователя является подходящей схема ШИМ-преобразователя (PWM), которая является схемой, которая может преобразовывать входную энергию переменного тока в энергию постоянного тока в обоих направлениях.
Снова ссылаясь на фиг. 1, вывод блока 10 преобразователя отводится в две системы. Блок 30 инвертора, который является вторым блоком преобразования энергии, подключается к одной из этих двух систем. Блок 30 инвертора включает в себя схему 33 инвертора, которая является главной схемой, которая выполняет преобразование постоянного тока в переменный, и блок 34 управления инвертора, который является вторым блоком управления. В качестве схемы инвертора, является подходящей схема ШИМ-инвертора напряжения. Пояснение схемных компонентов опускается, поскольку схемные компоненты являются общеизвестными. В общем, схема инвертора включает в себя, на входной стороне, схему фильтра, включающую в себя реактор и конденсатор для сглаживания напряжения и электрического тока.
Электродвигатель 40 подключается к стороне переменного тока на выходе блока 30 инвертора. Множество электродвигателей 40 может быть подключено параллельно. Электродвигатель 40 приводит в движение колесо 3 и вызывает движение транспортного средства с электродвигателем. Детектор 41 вращения, который детектирует скорость вращения электродвигателя 40, предоставляется в электродвигателе 40. Детектор 41 вращения вводит скорость VEL, которая является информацией скорости вращения электродвигателя 40, в блок 14 управления преобразователя. Информация скорости вращения электродвигателя 40 не ограничивается получением посредством детектора 41 вращения и может быть детектирована другим средством.
Блок 50 накопления энергии, в котором элементы 51 накопления энергии, такие как аккумуляторные батареи или электрические двухслойные конденсаторы подключаются последовательно-параллельно, подключается к другой из двух систем вывода блока 10 преобразователя. Внутренняя температура блока 50 накопления энергии (или температура элементов 51 накопления энергии) детектируется посредством температурного датчика 52 и вводится в блок 14 управления преобразователя.
Хотя не показано на чертеже, блок 30 инвертора может включать в себя вспомогательный источник питания, который выполняет подачу питания во вспомогательную машину, к примеру кондиционер. В этом случае, в следующем пояснении входной ток IMB1 блока 30 инвертора включает в себя потребляемый ток в этой вспомогательной машине в дополнение к потребляемому в режиме движения с потреблением энергии току или рекуперированному току для приведения в действие электродвигателя 40.
В конфигурации, показанной на фиг. 1, подключаются один блок 10 преобразователя, один блок 30 инвертора и один блок 50 накопления энергии. Тем не менее, разработка настоящего изобретения является возможной даже в конфигурации, включающей в себя множество блоков 10 преобразователя, множество блоков 30 инвертора и множество блоков 50 накопления энергии.
Блок 14 управления преобразователя принимает ввод входного напряжения ESD блока 10 преобразователя (схемы 13 преобразователя), выходного напряжения BES схемы 13 преобразователя (которое в дальнейшем описывается как "напряжение блока 50 накопления энергии" при необходимости), входного тока ISD, выходного тока IMD, выходного тока IMB1 в блок 30 инвертора, который является вторым блоком преобразователя энергии (который в дальнейшем описывается "как входной ток блока 30 инвертора" при необходимости), скорости VEL электродвигателя 40 и температуры BTMP аккумулятора из блока 50 накопления энергии. Блок 14 управления преобразователя выводит на основе этих сигналов сигнал GD управления в переключающие элементы 133A-133D внутри схемы 13 преобразователя.
На фиг. 1 входное напряжение ESD блока 10 преобразователя вводится в блок 14 управления преобразователя. Тем не менее, может вводиться напряжение EFCD конденсатора 132 фильтра (см. фиг. 2 и 3) схемы 13 преобразователя.
Блок 14 управления преобразователя является узлом, который является важным для блока 10 преобразователя, чтобы оптимально управлять потоком энергии между воздушным проводом 1, блоком 30 инвертора и блоком 50 накопления энергии, согласно условию движения транспортного средства с электродвигателем в конфигурации, в которой блок 30 инвертора, который приводит в действие электродвигатель 40, и блок 50 накопления энергии параллельно подключаются к выводу блока 10 преобразователя, ввод которого подключается к контактному проводу. Блок 14 управления преобразователя является узлом, который составляет сущность этого варианта осуществления.
Дополнительная подробная конфигурация блока 14 управления преобразователя поясняется ниже.
Блок 34 управления инвертора принимает входное напряжение ES блока 30 инвертора и выходной ток IM схемы 33 инвертора в качестве вводов и выводит сигнал GI управления в переключающие элементы внутри схемы 33 инвертора.
Блок 34 управления инвертора управляет выходным током и выходным напряжением схемы 33 инвертора так, что электродвигатель 40, поясняемый ниже, генерирует крутящий момент, управляемый командой управления крутящим моментом. Подробности операции управления поясняются ниже.
Чтобы оптимально управлять потоком энергии между воздушным проводом 1, блоком 30 инвертора и блоком 50 накопления энергии, согласно условию движения транспортного средства с электродвигателем, блок 14 управления преобразователя и блок 34 управления инвертора реализуют, по меньшей мере, функции, поясненные ниже, которые формируют сущность этого варианта осуществления.
(A) Управление разрядкой в режиме движения с потреблением энергии
Блок 14 управления преобразователя и блок 34 управления инвертора выполняют вспомогательную разрядку из блока 50 накопления энергии в предварительно определенном состоянии при предпочтительном приеме тока при движении с потреблением энергии блока 30 инвертора из воздушного провода 1.
(B) Управление рекуперативной зарядкой
Блок 14 управления преобразователя и блок 34 управления инвертора рекуперативно заряжают рекуперированный ток блока 30 инвертора в блоке 50 накопления энергии без задержки в рамках допустимого блока 50 накопления энергии и рекуперируют рекуперированный ток, который трудно рекуперировать в блок 50 накопления энергии, в контактный провод 1.
(C) Управление принудительной разрядкой
Блок 14 управления преобразователя и блок 34 управления инвертора выполняют принудительную разрядку блока 50 накопления энергии с использованием произвольного электрического тока.
(D) Управление принудительной зарядкой
Блок 14 управления преобразователя и блок 34 управления инвертора выполняют принудительную зарядку блока 50 накопления энергии с использованием произвольного тока.
Чтобы реализовывать функции, поясненные выше, во-первых, блок 14 управления преобразователя позволяет реализовывать управление, поясненное ниже.
(a) Управление разрядкой в режиме движения с потреблением энергии, управление рекуперативной зарядкой, управление принудительной зарядкой и управление принудительной разрядкой, имеющие высокую способность к реагированию на частую флуктуацию входного тока IMB1 блока 30 инвертора, вызываемую посредством состояния приведения в действие (движение с потреблением энергии/рекуперация) электродвигателя 40
(b) Управление, которое учитывает режим напряжения, температурный режим и максимальный допустимый ток блока 50 накопления энергии
(c) Управление, которое учитывает подавление роста температуры токосъемника 2 и режим рекуперативной нагрузки воздушного провода 1
(d) Управление, которое учитывает максимальный допустимый ток блока 10 преобразователя
(e) Управление, на которое не влияют возмущения, к примеру флуктуация напряжения контактного провода 1 и флуктуация напряжения, вызываемая посредством изменения внутреннего сопротивления и т.п. элемента 51 накопления энергии, и которое быстро реагирует на флуктуацию входного тока IMB1 блока 30 инвертора.
Чтобы обеспечить возможность реализации этих видов управления, блок 14 управления преобразователя сконфигурирован с возможностью допускать выполнение высокоскоростного управления электрическим током блока 50 накопления энергии на основе мгновенного значения при произвольном значении, включающем в себя нуль, и в произвольном направлении посредством высокоскоростного управления электрическим током или электроэнергией, проходящей через блок 10 преобразователя, на основе мгновенного значения при произвольном значении, включающем в себя нуль, и в произвольном направлении. В частности, блок 14 управления преобразователя конфигурируется так, как пояснено ниже.
Пояснение конфигурации блока управления преобразователя
Фиг. 4 изображает схему примера конфигурации блока управления преобразователя в первом варианте осуществления этого варианта осуществления. Блок 14 управления преобразователя включает в себя первый блок 60 генерации команд управления током, который принимает скорость VEL, выходной ток IMB1 блока 10 преобразователя, который является электрическим током узла ввода блока 30 инвертора, и выходное напряжение BES блока 10 преобразователя в качестве вводов, и генерирует вторую команду IBREF3 управления током, сумматор 90, который вычисляет сумму второй команды IBREF3 управления током и тока IMB1 узла ввода блока 30 инвертора и генерирует сигнал IDREF1, блок 91 задания предельных значений входного тока, который принимает ввод скорости VEL и генерирует сигнал ISDR, блок 94 вычисления абсолютных значений, который вычисляет значение входного тока ISD блока 10 преобразователя и выводит сигнал ISDA, вычитатель 92, который вычисляет разность между сигналом ISDR и сигналом ISDA и выводит разность, блок 93 отсечения положительных значений, который отсекает положительные значения вывода вычитателя 92 и генерирует сигнал ISOV, третий блок 100 регулирования команд управления током, который принимает сигнал IDREF1 и сигнал ISOV в качестве вводов и генерирует сигнал IDREF2, блок 102 подавления повышения входного напряжения, который принимает ввод входного напряжения ESD блока 10 преобразователя (или напряжения EFCD конденсатора фильтра) и генерирует коэффициент усиления VLMG, умножитель 101, который принимает сигнал IDREF2 в качестве ввода, вычисляет произведение сигнала IDREF2 и сигнала VLMG и генерирует сигнал IDREF3, блок 103 ограничения команд управления током, который ограничивает значение сигнала IDREF3 и генерирует первую команду IDREF управления током, и блок 110 управления током, который принимает первую команду IDREF управления током и выходной ток IMD схемы 13 преобразователя в качестве вводов и выводит сигнал GD переключения в схему 13 преобразователя.
Желательно детектировать электрический ток IMB1 узла ввода блока 30 инвертора с помощью детектора тока. Тем не менее, также можно рассчитывать и вычислять электрический ток IMB1 из параметров состояния электрического тока и напряжения узла вывода блока 30 инвертора.
Поясняется работа блоков, включенных в первый блок 60 генерации команд управления током. Во-первых, скорость VEL вводится в блок 63 задания величины помощи в режиме движения с потреблением энергии. Блок 63 задания величины помощи в режиме движения с потреблением энергии генерирует, на основе входной скорости VEL, вспомогательный коэффициент усиления PAG в режиме движения с потреблением энергии, который принимает значение от 0 до 1, и выводит вспомогательный коэффициент усиления PAG в режиме движения с потреблением энергии.
В этом блоке 63 задания вспомогательной величины в режиме движения с потреблением энергии, например, выполняется обработка для переключения вспомогательного коэффициента усиления PAG в режиме движения с потреблением энергии с 0 на 0,5 при условии, что скорость VEL равна или превышает предварительно определенное значение. 50% энергии движения с потреблением энергии электродвигателя 40 могут подаваться из блока 50 накопления энергии, и оставшиеся 50% могут подаваться из воздушного провода 1. Подробности операции поясняются ниже.
Ввод в блок 63 задания вспомогательной величины в режиме движения с потреблением энергии может отличаться от скорости VEL, показанной на фигуре. Например, вводом может быть входное напряжение ESD блока 10 преобразователя, которое является величиной, связанной с входным напряжением или входной мощностью, входная мощность блока 10 преобразователя (произведение ESD и ISD) либо входное напряжение или входная мощность блока 30 инвертора. Также можно генерировать вспомогательный коэффициент усиления PAG в режиме движения с потреблением энергии на основе этих вводов.
Выходной ток IMB1 блока 10 преобразователя (равный электрическому току узла ввода блока 30 инвертора) непосредственно выводится, когда IMB1 является положительным. Когда IMB1 является отрицательным, выходной ток IMB1 вводится в блок 61 отсечения отрицательных значений, который выводит нуль. Полярность выходного сигнала блока 61 отсечения отрицательных значений инвертируется через коэффициент 62 усиления инверсии полярности с тем, чтобы генерировать сигнал IMBP.
Например, когда электродвигатель 40 работает в режиме движения с потреблением энергии, поскольку IMB1 является положительным, сигнал IMBP имеет значение, равное IMB1. С другой стороны, когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме, поскольку IMB1 является отрицательным, сигнал IMBP является нулевым. Другими словами, только когда электродвигатель 40 работает в режиме движения с потреблением энергии, сигнал IMBP генерирует в качестве значения, имеющего амплитудное значение, равное амплитудному значению выходного сигнала IMB1, и полярность, противоположную полярности выходного сигнала IMB1. Когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме, сигнал IMBP является нулевым.
Сигнал IMBP и вспомогательный коэффициент усиления PAG в режиме движения с потреблением энергии умножаются между собой посредством умножителя 64 так, чтобы генерировать сигнал IPAS. Сигнал IPAS является командой управления током разрядки для помощи в режиме движения с потреблением энергии, которая является командой для тока разрядки для разрядки части тока движения с потреблением энергии блока 30 инвертора из блока 50 накопления энергии. Когда электродвигатель 40 работает в режиме движения с потреблением энергии, сигнал IPAS вычисляется как значение, полученное посредством умножения выходного тока IMB1 на коэффициент усиления PAG от 0 до 1 согласно заданию блока 63 задания вспомогательной величины в режиме движения с потреблением энергии. В конфигурации, показанной на фиг. 4, обычно сигнал IPAS принимает отрицательное значение.
Выходной ток IMB1 блока 10 преобразователя непосредственно выводится, когда IMB1 является отрицательным. Когда IMB1 является положительным, выходной ток IMB1 вводится в блок 65 отсечения положительных значений, который выводит нуль. Полярность выходного сигнала блока 65 отсечения положительных значений инвертируется через коэффициент 66 усиления инверсии полярности с тем, чтобы генерировать сигнал IMBN.
Например, когда электродвигатель 40 работает в режиме движения с потреблением энергии, поскольку IMB1 является положительным, сигнал IMBN является нулевым. С другой стороны, когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме, поскольку IMB1 является отрицательным, амплитудное значение сигнала IMBN равно амплитудному значению IMB1. Другими словами, только когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме, сигнал IMBN генерируется в качестве значения, имеющего амплитудное значение, равное амплитудному значению выходного сигнала IMB1, и полярность, противоположную полярности выходного сигнала IMB1. Когда электродвигатель 40 работает в режиме движения с потреблением энергии, сигнал IMBN является нулевым.
Затем напряжение BES блока 50 накопления энергии вводится в блок 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки. Блок 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки генерирует на основе входного напряжения BES коэффициент HVG усиления подавления избыточной зарядки, который принимает значение от 0 до 1, и выводит коэффициент HVG усиления подавления избыточной зарядки.
Фиг. 5 изображает схему примера конфигурации блока 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
В этом блоке 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки, когда напряжение BES равно или меньше первого заданного значения, коэффициент усиления HVG задается равным 1. Когда напряжение BES превышает первое заданное значение, коэффициент усиления HVG уменьшается от 1 согласно напряжению BES. В момент, когда напряжение BES достигает второго заданного значения, которое является верхним предельным значением, выполняется обработка для уменьшения коэффициента усиления HVG до 0.
Сигнал IMBN и коэффициент усиления HVG подавления избыточной зарядки умножаются между собой посредством умножителя 68, и генерируется сигнал IREGREF. В конфигурации, показанной на фиг. 4, обычно сигнал IREGREF принимает положительное значение.
Сигнал IREGREF является командой управления током рекуперативной зарядки, которая является командой для тока зарядки для зарядки рекуперированного тока из блока 30 инвертора в блоке 50 накопления энергии. Как пояснено выше, когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме, сигнал IREGREF вычисляется на основе тока IMB1 узла ввода блока 30 инвертора и напряжения BES блока 50 накопления энергии.
Таким образом, когда напряжение BES блока 50 накопления энергии равно или меньше первого заданного значения, может быть сгенерирован сигнал IREGREF, имеющий амплитудное значение, равное амплитудному значению рекуперированного тока IMB1 из блока 30 инвертора. В момент, когда напряжение BES блока 50 накопления энергии увеличивается таким образом, что оно равно или превышает первое заданное значение, амплитудное значение сигнала IREGREF может подавляться. В момент, когда напряжение BES достигает второго заданного значения, которое является верхним предельным значением, сигнал IREGREF может быть уменьшен до нуля. Посредством конфигурирования блока 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки, таким образом, когда величина зарядки блока 50 накопления энергии увеличивается и напряжение BES увеличивается так, что оно превышает предварительно определенное значение, можно подавлять амплитудное значение команды IREGREF управления током рекуперативной зарядки, которая является командой для тока зарядки в блок 50 накопления энергии, и вызвать такую работу модуля 50 накопления энергии, чтобы предотвратить увеличение напряжения BES до значения, равного или превышающего второе заданное значение. Следовательно, можно генерировать первую команду IDREF управления током для того, чтобы предотвратить избыточную зарядку блока 50 накопления энергии и подавлять ухудшение характеристик элемента 51 накопления энергии.
Сигнал IPAS вводится в блок 601 задания тока принудительной разрядки. Блок 601 задания тока принудительной разрядки является компонентом для выполнения управления принудительной разрядкой, которое выполняется, когда требуется принудительно разряжать электроэнергию блока 50 накопления энергии при произвольном значении тока, независимо от состояния (движение с потреблением энергии или рекуперация) блока 30 инвертора и состояния (выполнена или не выполнена) вспомогательной разрядки в режиме движения с потреблением энергии. Блок 601 задания тока принудительной разрядки является ограничителем, имеющим переменное верхнее предельное заданное значение. Блок 601 задания тока принудительной разрядки принимает ввод сигнала IPAS и сигнала HREF, который является заданным значением тока принудительной разрядки, и генерирует и выводит сигнал IPAS1, регулируемый так, чтобы предотвратить увеличение верхнего предела сигнала IPAS до значения, равного или превышающего сигнал HREF. В качестве сигнала HREF обычно задается отрицательное значение. Например, когда, по меньшей мере, 100 А принудительно разряжаются из блока 50 накопления энергии, сигнал HREF задается равным -100. Затем, поскольку сигнал IPAS1 не увеличивается до значения, равного или превышающего -100 А, можно выполнять разрядку, по меньшей мере, при 100 А, как пояснено ниже, соответственно. Если сигнал HREF задается равным нулю, управление принудительной разрядкой не выполняется.
Сигнал IREGREF вводится в блок 602 задания тока принудительной зарядки. Блок 602 задания тока принудительной зарядки является компонентом для выполнения управления принудительной зарядкой, которое выполняется, когда требуется принудительно заряжать электроэнергией блок 50 накопления энергии при произвольном значении тока, независимо от состояния (движение с потреблением энергии или рекуперация) блока 30 инвертора.
Блок 602 задания тока принудительной зарядки является ограничителем, имеющим переменное нижнее предельное заданное значение. Блок 602 задания тока принудительной зарядки принимает ввод сигнала IREGREF и сигнала JRF, который является заданным значением тока принудительной зарядки, и выводит сигнал IREGREF1, регулируемый так, чтобы предотвратить уменьшение нижнего предела сигнала IREGREF до значения, равного или меньшего сигнала JREF. В качестве сигнала JREF обычно задается положительное значение. Например, когда блок 50 накопления энергии принудительно заряжается, по меньшей мере, при 100 А, сигнал JREF задается равным +100. Затем, поскольку сигнал IREGREF1 не уменьшается до значения, равного или меньшего +100 А, можно выполнять зарядку, по меньшей мере, при 100 А, как пояснено ниже, соответственно. Если сигнал JREF задается равным нулю, управление принудительной зарядкой не выполняется.
Сигнал IPAS1 и сигнал IREGREF1 суммируются посредством сумматора 69, и генерируется сигнал IBREF1. Этот сигнал IBREF1 является командой управления током рекуперативной зарядки/разрядки для помощи в режиме движения с потреблением энергии, которая является командой для токов зарядки и разрядки в и из блока 50 накопления энергии, полученной посредством комбинирования команды управления током разрядки для помощи в режиме движения с потреблением энергии и команды управления током рекуперативной зарядки для блока 50 накопления энергии.
Сигнал IBREF1 вводится в первый блок 70 регулирования команд управления током. Первый блок 70 регулирования команд управления током генерирует сигнал IBREF2, полученный посредством регулирования сигнала IBREF1 на основе напряжения BES блока 50 накопления энергии.
Фиг. 6 изображает схему примера конфигурации первого блока 70 регулирования команд управления током в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 6, первый блок 70 регулирования команд управления током включает в себя второй блок 71A генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки, который выводит сигнал HVG1 на основе напряжения BES, блок 71B генерации коэффициента усиления подавления избыточной разрядки, который выводит сигнал LVG1 на основе напряжения BES, переключатель 72A, который выводит HVG1, когда сигнал IBREF1 является положительным (в направлении для зарядки блока 50 накопления энергии) и выводит 1 в противном случае, переключатель 72B, который выводит LVG1, когда сигнал IBREF1 является отрицательным (в направлении для разрядки блока 50 накопления энергии) и выводит 1 в противном случае, и умножитель 73, который умножает сигнал IBREF1 на сигнал HVG1 и сигнал LVG1 с тем, чтобы генерировать сигнал IBREF2.
Первый блок 70 регулирования команд управления током является блоком регулирования для подавления избыточной зарядки/избыточной разрядки блока 50 накопления энергии. Когда сигнал IBREF1, который является командой управления током в блок 50 накопления энергии, является положительным (= направление зарядки, рекуперативная зарядка), первый блок 70 регулирования команд управления током генерирует сигнал IBREF2, полученный посредством подавления амплитудного значения входного сигнала IBREF1, чтобы предотвратить превышение напряжением BES предварительно определенного значения.
Например, когда напряжение BES равно или меньше пятого заданного значения для начала подавления тока зарядки, первый блок 70 регулирования команд управления током задает сигнал HVG1 равным 1 и задает сигнал IBREF2 равным значению, равному сигналу IBREF1. Когда напряжение BES равно или превышает пятое заданное значение для начала подавления тока зарядки, первый блок 70 регулирования команд управления током задает сигнал HVG1 равным значению между 1 и 0 и задает сигнал IBREF2 равным значению, полученному посредством подавления амплитудного значения сигнала IBREF1. В момент, когда напряжение BES достигает шестого заданного значения, которое является верхним пределом, первый блок 70 регулирования команд управления током задает сигнал HVG1 равным 0 и обнуляет сигнал IBREF2.
Когда сигнал IBREF1, который является командой управления током в блок 50 накопления энергии, является отрицательным (= направление разрядки, вспомогательная разрядка в режиме движения с потреблением энергии), первый блок 70 регулирования команд управления током генерирует сигнал IBREF2, полученный посредством подавления амплитудного значения входного сигнала IBREF1, чтобы предотвратить снижение напряжения BES до значения, меньшего предварительно определенного значения.
Например, когда напряжение BES равно или больше седьмого заданного значения для начала подавления тока зарядки, первый блок 70 регулирования команд управления током задает сигнал IBREF2 равным значению, равному сигналу IBREF1. Когда напряжение BES равно или меньше седьмого заданного значения для начала подавления тока разрядки, первый блок 70 регулирования команд управления током задает сигнал IBREF2 равным значению, полученному посредством подавления амплитудного значения сигнала IBREF1. В момент, когда напряжение BES достигает восьмого заданного значения, которое является нижним пределом, первый блок 70 регулирования команд управления током обнуляет сигнал IBREF2.
Таким образом, первый блок 70 регулирования команд управления током генерирует сигнал IBREF2, который является командой управления током зарядки и разрядки, регулируемой так, чтобы предотвратить превышение напряжением BES блока 50 накопления энергии шестого заданного значения, которое является верхним предельным значением, и снижение до значения меньше восьмого заданного значения, которое является нижним предельным значением. Посредством конфигурирования первого блока 70 регулирования команд управления током, таким образом, можно подавлять ухудшение характеристик элемента 51 накопления энергии вследствие избыточной зарядки и избыточной разрядки.
Сигнал IBREF2, генерируемый так, как пояснено выше, вводится во второй блок 80 регулирования команд управления током. Второй блок 80 регулирования команд управления током генерирует сигнал IBREF21, полученный посредством регулирования сигнала IBREF2, на основе температуры BTMP блока 50 накопления энергии.
Второй блок 80 регулирования команд управления током является блоком регулирования, который, когда температура блока 50 накопления энергии выше предварительно определенного значения, уменьшает токи зарядки и разрядки в и из блока 50 накопления энергии, и, когда температура блока 50 накопления энергии ниже предварительно определенной температуры, уменьшает, в частности, ток зарядки. Второй блок 80 регулирования команд управления током генерирует сигнал IBREF21, полученный посредством подавления, на основе температуры BTMP, амплитудного значения входного сигнала IBREF2 при необходимости. Посредством конфигурирования второго блока 80 регулирования команд управления током, таким образом, можно подавлять токи зарядки и разрядки при высокой температуре или при низкой температуре. Следовательно, можно подавлять ухудшение характеристик элемента 51 накопления энергии.
Сигнал IBREF21 вводится в блок 81 ограничения команд управления током. Блок 81 ограничения команд управления током является ограничителем, который ограничивает верхний предел и нижний предел входного сигнала IBREF21 предварительно определенными значениями и генерирует и выводит сигнал IBREF3, который является второй командой управления током. Обычно, блок 81 ограничения команд управления током задает допустимое максимальное значение тока зарядки элемента 51 накопления энергии в верхнем предельном значении и задает допустимое максимальное значение тока разрядки элемента 51 накопления энергии в нижнем предельном значении. Посредством конфигурирования блока 81 ограничения команд управления током таким образом можно предотвратить подачу токов зарядки и разрядки, превышающих максимальный допустимый ток блока 50 накопления энергии, в блок 50 накопления энергии и не предотвратить повреждения блока 50 накопления энергии. Дополнительно, можно отдельно задавать допустимое значение тока зарядки и допустимое значение тока разрядки.
Сигнал IBREF3 является второй командой управления током и является конечной командой для токов зарядки и разрядки блока 50 накопления энергии, регулируемых посредством первого блока 70 регулирования команд управления током и второго блока 80 регулирования команд управления током.
Сигнал IBREF3 и выходной ток IMB1 блока 10 преобразователя суммируются посредством сумматора 90, и генерируется сигнал IDREF1.
Сигнал IDREF1 вводится в третий блок 100 регулирования команд управления током. Третий блок 100 регулирования команд управления током генерирует сигнал IDREF2, полученный посредством регулирования сигнала IDREF1, на основе входного сигнала ISOV.
Сигнал ISOV, вводимый в третий блок 100 регулирования команд управления током, поясняется далее.
Во-первых, скорость VEL вводится в блок 91 задания предельных значений входного тока. Блок 91 задания предельных значений входного тока генерирует на основе скорости VEL сигнал ISDR, который является верхним пределом входного тока ISD.
Затем входной ток ISD вводится в блок 94 вычисления абсолютных значений. Блок 94 вычисления абсолютных значений генерирует сигнал ISDA, который является сигналом амплитудного значения входного тока ISD.
В вычитателе 92 выполняется обработка для вычитания сигнала ISDA из сигнала ISDR. Значение разности между сигналом ISDA и сигналом ISDR вводится в блок 93 отсечения положительных значений. Блок 93 отсечения положительных значений генерирует сигнал ISOV в качестве сигнала, получаемого посредством отсечения положительного значения.
При этих конфигурациях сигнал ISOV генерируется в момент, когда амплитудное значение входного тока ISD превышает сигнал ISDR, который является верхним предельным значением.
Когда сигнал ISOV является нулевым, третий блок 100 регулирования команд управления током непосредственно выводит входной сигнал IDREF1 в качестве сигнала IDREF2. Когда сигнал ISOV принимает ненулевое отрицательное значение, третий блок 100 регулирования команд управления током генерирует сигнал IDREF2, полученный посредством уменьшения, на основе сигнала ISOV, амплитудного значения входного сигнала IDREF1. При этой конфигурации можно получать сигнал IDREF2, регулируемый так, чтобы предотвратить превышение амплитудным значением входного тока ISD блока 10 преобразователя верхнего предельного значения ISDR.
Можно задавать сигнал ISDR, который является верхним предельным значением входного тока ISD, равным, например, низкому значению (на чертеже, 200 А) в области, в которой скорость VEL ниже предварительно определенного значения, и высокому значению (на чертеже, 800 А) в области, в которой скорость VEL выше предварительно определенного значения. Если сигнал ISDR задается таким образом, можно ограничивать амплитудное значение входного тока ISD небольшим значением, когда транспортное средство с электродвигателем останавливается или движется на низкой скорости, и задавать амплитудное значение входного тока ISD равное большому значению в области, в которой скорость транспортного средства с электродвигателем является высокой. Следовательно, можно подавлять собранный ток токосъемника 2, в частности, когда электрическое транспортное средство останавливается или движется на низкой скорости. Следовательно, можно подавлять рост температуры в токосъемнике 2 и на участке контакта воздушного провода 1 и токосъемника 2.
Рост температуры дополнительно поясняется ниже. В то время как транспортное средство с электродвигателем останавливается, поскольку точка контакта токосъемника 2 и воздушного провода 1 не изменяется, следует понимать, что точка контакта локально генерирует тепло вследствие потерь, вызываемых посредством контактного сопротивления и входного тока ISD. В то время как транспортное средство с электродвигателем останавливается, поскольку участок контакта токосъемника 2 и воздушного провода 1 не скользит, если точка контакта загрязнена, и состояние контакта плохое, следует понимать, что контактное сопротивление остается большим и ухудшает ситуацию с теплообразованием. Чрезмерное теплообразование приводит, например, к расплавлению токосъемника 2 и воздушного провода 1. С другой стороны, в то время как транспортное средство с электродвигателем движется, точка контакта токосъемника 2 и воздушного провода 1 перемещается при скольжении. Следовательно, поскольку точка контакта всегда перемещается и точка контакта очищается посредством скольжения, проблема во время остановки не возникает.
Как пояснено выше, входной ток ISD может задаваться низким, когда транспортное средство с электродвигателем останавливается или движется на низкой скорости. Следовательно, можно предотвратить теплообразование в точке контакта токосъемника 2 и воздушного провода 1.
Само собой разумеется, что конфигурация блока 95 ограничения входного тока, включающего в себя блок 91 задания предельных значений входного тока, блок 94 вычисления абсолютных значений, вычитатель 92 и блок 93 отсечения положительных значений, показанная на фиг. 4, может заменяться другими конфигурациями при условии, что задача может быть реализована.
Сигнал IDREF2, генерируемый посредством третьего блока 100 регулирования команд управления током, вводится в умножитель 101. В умножителе 101 сигнал IDREF2 и сигнал VLMG умножаются между собой так, что они генерируют сигнал IDREF3. Сигнал IDREF3 вводится в блок 103 ограничения команд управления током. Блок 103 ограничения команд управления током ограничивает амплитудные значения верхнего предельного значения и нижнего предельного значения сигнала IDREF3 так, что они равны или меньше допустимого максимального тока выходного тока IMD схемы 13 преобразователя, и генерирует сигнал IDREF, который является первой командой управления током. Этот сигнал IDREF является командой управления выходным током преобразователя, которая является командой выходного тока IMD схемы 13 преобразователя. Сигнал IDREF может задаваться равным или меньшим допустимого значения тока схемы 13 преобразователя в любом случае посредством этого блока 103 ограничения команд управления током. Следовательно, поскольку можно задавать амплитудное значение выходного тока IMD схемы 13 преобразователя, управляемой на основе сигнала IDREF, так что она равна или меньше допустимого значения тока, можно предотвратить повреждение блока 10 преобразователя из-за избыточного тока.
Сигнал VLMG, вводимый в умножитель 101, поясняется далее.
Сигнал VLMG является коэффициентом усиления подавления нарастания входного тока для подавления повышения входного напряжения ESD блока 10 преобразователя (или напряжения EFCD конденсатора 132 фильтра), если рекуперативные нагрузки контактного провода 1 являются недостаточными, когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме или когда электроэнергия блока 50 накопления энергии принудительно разряжается в контактный провод 1. В частности, как показано на чертеже, входное напряжение ESD блока 10 преобразователя (или напряжение EFCD конденсатора 132 фильтра) вводится в блок 102 подавления повышения входного напряжения.
Когда напряжение ESD (или напряжение EFCD) равно или меньше предварительно определенного значения (например, на чертеже, 1750 В), блок 102 подавления повышения входного напряжения задает сигнал VLMG равным 1. В момент, когда напряжение ESD превышает предварительно определенное значение и достигает верхнего предельного значения (на чертеже, 1800 В), блок 102 подавления повышения входного напряжения обнуляет сигнал VLMG. Согласно этой обработке, когда напряжение ESD равно или меньше предварительно определенного значения (в этом примере, 1750 В), сигнал IDREF3 и сигнал IDREF2 равны. С другой стороны, в момент, когда напряжение ESD достигает верхнего предельного значения (в этом примере, 1800 В), сигнал IDREF3 снижается до нуля.
В общем, на электрической железной дороге, в которой номинальное напряжение контактного провода 1 является, например, значением 1500 В постоянного тока, необходимо предотвратить превышение напряжением контактного провода 1 значения 1750-1800 В. Тем не менее, в конфигурации, поясненной выше, если рекуперативные нагрузки контактного провода 1 являются недостаточными, когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме или блок 50 накопления энергии принудительно разряжается, т.е. когда блок 10 преобразователя подает электроэнергию из выходной стороны на входную сторону, можно получать сигнал IDREF3, регулируемый так, чтобы предотвратить превышение входным напряжением ESD блока 10 преобразователя предварительно определенного верхнего предельного значения. Следовательно, даже когда рекуперативные нагрузки являются недостаточными, можно предотвратить выключение блока 10 преобразователя из-за избыточного напряжения или его повреждение.
Как пояснено выше, можно получать выходной ток IDREF преобразователя, который является первой командой управления током, которая может предотвратить выключение блока 10 преобразователя из-за избыточного напряжения или его повреждение.
На заключительной стадии блока 14 управления преобразователя сигнал IDREF и выходной ток IMD блока 10 преобразователя вводятся в блок 110 управления током. Блок 110 управления током выполняет, на основе отклонения между сигналом IDREF и выходным током IMD схемы 13 преобразователя, пропорционально-интегральное управление, чтобы сопоставлять выходной ток IMD с первой командой IDREF управления током, выполняет (ШИМ) управление включением/выключением для переключающих элементов блока 10 преобразователя и генерирует сигнал GD переключения для переключающих элементов схемы 13 преобразователя.
С помощью блока 14 управления преобразователя, сконфигурированного так, как пояснено выше, когда электродвигатель 40 работает в режиме движения с потреблением энергии, можно произвольно задавать распределение электроэнергии из контактного провода 1 и электроэнергии из блока 50 накопления энергии и подавать энергию движения с потреблением энергии в блок 30 инвертора. Когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме, можно поглощать и заряжать рекуперированную энергию в блоке 50 накопления энергии.
В этом случае, можно предотвратить избыточную зарядку и избыточную разрядку блока 50 накопления энергии и выполнять надлежащую зарядку и разрядку согласно его температуре.
Поскольку верхний предел входного тока ISD блока 10 преобразователя может быть ограничен, можно подавлять повышение температуры токосъемника 2 и участка контакта воздушного провода 1 и токосъемника 2.
Пояснение конфигурации блока управления инвертора.
Конфигурация блока 34 управления инвертора поясняется далее. Фиг. 7 изображает схему примера конфигурации блока управления инвертора в первом варианте осуществления настоящего изобретения.
Блок 34 управления инвертора включает в себя блок 35 задания величины уменьшения рекуперативного крутящего момента, который принимает ввод входного напряжения ES блока 30 инвертора и генерирует величину VDT уменьшения крутящего момента на основе ES, вычитатель 36, который вычитает величину VDT уменьшения крутящего момента из требуемого крутящего момента PTRS, который является требуемым значением крутящего момента рекуперативного торможения, генерируемым посредством неизображенного внешнего блока управления, и выводит результат вычитания в качестве команды PTR управления крутящим моментом, и блок 37 управления крутящим моментом, который выполняет управление крутящим моментом так, что электродвигатель 40 генерирует рекуперативный крутящий момент, как указано посредством команды PTR управления крутящим моментом.
Например, в области, в которой напряжение ES меньше третьего заданного значения (в примере, показанном на фиг. 7, 650 В), блок 35 задания величины уменьшения рекуперативного крутящего момента обнуляет величину VDT уменьшения крутящего момента. В этом случае, требуемый крутящий момент PTRS = команда PTR управления крутящим моментом. Выполняется обработка для увеличения величины VDT уменьшения крутящего момента в области, в которой напряжение ES равно или превышает третье заданное значение (650 В), и увеличения, в момент когда напряжение ES дополнительно повышается до значения, равного или превышающего четвертое заданное значение (700 В), величины VDT уменьшения крутящего момента до тех пор, пока величина VDT уменьшения крутящего момента не становится равной требуемому крутящему моменту PTRS, и выполняется обнуление команды PTR управления крутящим моментом.
Поскольку блок 34 управления инвертора конфигурируется так, как пояснено выше, когда электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме, и блок 50 накопления энергии заряжается посредством рекуперированной энергии, можно уменьшать рекуперативный крутящий момент электродвигателя 40, чтобы подавлять рекуперированную энергию, так что напряжение BES блока 50 накопления энергии не превышает четвертое заданное значение, которое является верхним предельным значением, и предотвратить избыточную зарядку блока 50 накопления энергии.
Желательно задавать третье заданное значение для начала уменьшения рекуперативного крутящего момента в блоке 35 задания величины уменьшения рекуперативного крутящего момента равным значению, превышающему первое заданное значение для начала подавления тока зарядки в блок 50 накопления энергии, заданное посредством блока 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки, или пятое заданное значение для начала подавления тока зарядки в блок 50 накопления энергии, заданное посредством первого блока 70 регулирования команд управления током.
Дополнительно, желательно задавать третье заданное значение для начала уменьшения рекуперативного крутящего момента в блоке 35 задания величины уменьшения рекуперативного крутящего момента равным значению, превышающему второе заданное значение для уменьшения тока зарядки в блок 50 накопления энергии практически до нуля, заданное посредством блока 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки, или шестое заданное значение для уменьшения тока зарядки в блок 50 накопления энергии практически до нуля, заданное посредством первого блока 70 регулирования команд управления током.
Таким образом, если величина зарядки блока 50 накопления энергии увеличивается и напряжение BES увеличивается так, что оно превышает первое заданное значение или пятое заданное значение, когда блок 50 накопления энергии заряжается на рекуперированном токе в то время, как электродвигатель 40 работает в рекуперативном режиме, во-первых, амплитудное значение второй команды IBREF3 управления током, которая является командой для тока зарядки в блок 50 накопления энергии, подавляется в блоке 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки или первом блоке 70 регулирования команд управления током, и одновременно с подавленной зарядкой в блоке 50 накопления энергии, рекуперированный ток, эквивалентный подавленной величине, который необходимо рекуперировать в воздушный провод 1 через блок 10 преобразователя. Следовательно, даже когда величина зарядки блока 50 накопления энергии является высокой и блок 50 накопления энергии не может в достаточной степени принимать рекуперированный ток, рекуперированный ток электродвигателя 40 не уменьшается, и получается непрерывное и стабильное рекуперативное торможение.
Дополнительно, когда работа в рекуперативном режиме электродвигателя 40 продолжается, величина зарядки блока 50 накопления энергии дополнительно увеличивается, и напряжение BES достигает второго заданного значения или шестого заданного значения, операция для уменьшения амплитудного значения второй команды IBREF3 управления током, которая является командой для тока зарядки в блок 50 накопления энергии, практически до нуля, выполняется в блоке 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки или первом блоке 70 регулирования команд управления током. Следовательно, весь рекуперированный ток из электродвигателя 40 должен быть рекуперирован в контактный провод 1 через блок 10 преобразователя. Рекуперированный ток дополнительно не увеличивает величину зарядки блока 50 накопления энергии. Другими словами, избыточная зарядка может подавляться. Даже в этом случае, третье заданное значение для начала уменьшения рекуперативного крутящего момента задается равным значению, превышающему второе заданное значение или шестое заданное значение. Следовательно, рекуперированная энергия электродвигателя 40 не уменьшается, и получается непрерывное и стабильное рекуперативное торможение.
В этом состоянии, когда возникает недостаток рекуперативных нагрузок контактного провода 1, увеличивается напряжение ESD контактного провода 1. Следовательно, поскольку первая команда IDREF управления током уменьшается посредством сигнала VLMG, согласно увеличению напряжения ESD, блок 10 преобразователя может подавлять рекуперированный ток в воздушном проводе 1 и подавлять повышение входного напряжения. В этот момент, рекуперированный ток электродвигателя 40 протекает в блок 50 накопления энергии посредством подавленной величины рекуперированного тока в контактный провод 1. Следовательно, поскольку напряжение BES дополнительно повышается, рекуперативный крутящий момент электродвигателя 40 уменьшается посредством блока 30 инвертора на стадии, когда напряжение ES превышает третье заданное значение для начала уменьшения рекуперативного крутящего момента (значение, превышающее первое заданное значение для начала подавления тока зарядки в блок 50 накопления энергии, заданное посредством блока 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки, или пятое заданное значение для начала подавления тока зарядки в блок 50 накопления энергии, заданное посредством первого блока 70 регулирования команд управления током) в блоке 35 задания величины уменьшения рекуперативного крутящего момента. Поскольку рекуперативный крутящий момент уменьшается до нуля в момент, когда напряжение BES достигает четвертого заданного значения, блок 50 накопления энергии дополнительно не заряжается. Следовательно, допустимое верхнее предельное напряжение блока 50 накопления энергии должно задаваться только как четвертое заданное значение.
Поскольку блок 34 управления инвертора работает, как пояснено выше, даже если состояние зарядки блока 50 накопления энергии увеличивается, и напряжение BES практически достигает верхнего предела, когда рекуперативные нагрузки воздушного провода 1 являются достаточными, блок 34 управления инвертора непрерывно работает, чтобы рекуперировать рекуперированную энергию электродвигателя 40 в воздушный провод 1. Следовательно, крутящий момент рекуперативного торможения электродвигателя 40 не уменьшается, если рекуперативные нагрузки контактного провода 1 не являются недостаточными. Следовательно, в ходе рекуперативного торможения, поскольку предпочтительно выполняется рекуперативная зарядка в блоке 50 накопления энергии, и избыточная величина рекуперированной энергии может рекуперироваться в воздушный провод 1, чтобы предотвратить избыточную зарядку блока 50 накопления энергии, можно накапливать рекуперированную энергию в блоке 50 накопления энергии в максимальной степени и получать непрерывное и стабильное рекуперативное торможение, что предотвращает уменьшение крутящего момента рекуперативного торможения электродвигателя 40 в максимальной степени.
Все из блока 35 задания величины уменьшения рекуперативного крутящего момента, блока 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки и первого блока 70 регулирования команд управления током поясняются в конфигурации для генерации сигнала на основе напряжения BES блока 50 накопления энергии. Тем не менее, любой сигнал помимо напряжения BES может быть использован при условии, что сигнал указывает состояние зарядки блока 50 накопления энергии. Например, может быть использовано SOC (состояние зарядки; величина зарядки) блока 50 накопления энергии.
Конфигурация для обработки рекуперативного уменьшения, включающая в себя блок 35 задания величины уменьшения рекуперативного крутящего момента и вычитатель 36, должна допускать только реализацию функции, поясненной выше, т.е. управление снижением для рекуперативного крутящего момента электродвигателя 40 на основе амплитудного значения входного напряжения блока 30 инвертора. Конфигурация может быть конфигурацией, отличной от конфигурации, показанной на фиг. 7. Сигнал VDT может быть коэффициентом усиления, который принимает значение от 0 до 1 относительно требуемого крутящего момента PTRS. Конфигурация может быть конфигурацией для уменьшения команды управления током посредством величины крутящего момента электродвигателя 40 вместо команды управления крутящим моментом.
Аспект и преимущество конфигурации, поясненной выше, поясняются ниже.
Блок 14 управления преобразователя сконфигурирован с возможностью предпочтительно подавать, когда входной ток IMB1 блока 30 инвертора является электрическим током направленным на рекуперацию, этот ток в блок 50 накопления энергии с тем, чтобы генерировать сигнал IMBN для выполнения рекуперативной зарядки и генерировать сигнал IREGREF, подвергнутый обработке подавления тока для предотвращения избыточной зарядки блока 50 накопления энергии, на основе этого сигнала IMBN и напряжения BES блока 50 накопления энергии. Сигнал IREGREF является базовым целевым значением электрического тока блока 50 накопления энергии для выполнения управления рекуперативной зарядкой. Поскольку блок 34 управления инвертора конфигурируется таким образом, можно выполнять управление для рекуперативной зарядки рекуперированного тока блока 30 инвертора в блоке 50 накопления энергии без задержки в пределах допуска блока 50 накопления энергии.
Блок 602 задания тока принудительной зарядки сконфигурирован с возможностью генерировать, на основе значения сигнала IREGREF, сигнал IREGREF1, обрабатываемый так, что минимальное значение амплитудного значения тока зарядки блока 50 накопления энергии равно или превышает команду JREF управления током принудительной зарядки. Сигнал IREGREF1 является базовым целевым значением электрического тока блока 50 накопления энергии для выполнения управления рекуперативной зарядкой и управления принудительной зарядкой. Согласно такой конфигурации можно выполнять управление для предпочтительной рекуперативной зарядки рекуперированного тока блока 30 инвертора в блоке 50 накопления энергии без задержки в пределах допуска блока 50 накопления энергии и выполнения принудительной зарядки блока 50 накопления энергии с использованием произвольного тока.
Блок 602 задания тока принудительной зарядки сконфигурирован с возможностью генерировать, когда входной ток IMB1 блока 30 инвертора является электрическим током в направлении потребления энергии, сигнал IMBP для предпочтительного приема этого электрического тока из воздушного провода 1 и генерировать сигнал IPAS из этого сигнала IMBP и сигнала PAG. Сигнал IPAS является базовым целевым значением электрического тока блока 50 накопления энергии для выполнения управления разрядкой в направлении потребления энергии. Поскольку блок 602 задания тока принудительной зарядки конфигурируется таким образом, можно создавать систему управления, которая может выполнять вспомогательную разрядку из блока 50 накопления энергии при произвольном соотношении при предпочтительном приеме тока в направлении потребления энергии блока 30 инвертора из воздушного провода 1.
Блок 601 задания тока принудительной разрядки сконфигурирован с возможностью генерировать, на основе значения сигнала IPAS, сигнал IPAS1, обрабатываемый так, что минимальное значение амплитудного значения тока разрядки блока 50 накопления энергии равно или превышает команду HREF управления током принудительной разрядки. Сигнал IPAS1 является базовым целевым значением электрического тока блока 50 накопления энергии для выполнения управления разрядкой в направлении потребления энергии и управления принудительной разрядкой. Поскольку блок 602 задания тока принудительной зарядки конфигурируется таким образом, можно выполнять управление для выполнения вспомогательной разрядки из блока 50 накопления энергии при произвольном соотношении и выполнения принудительной разрядки блока 50 накопления энергии с использованием произвольного тока при предпочтительном приеме тока направленного на потребление энергии блока 30 инвертора из воздушного провода 1.
Блок 14 управления преобразователя сконфигурирован с возможностью генерировать сигнал IBREF1, который является базовым целевым значением электрического тока блока 50 накопления энергии, из сигнала IREGREF1 и сигнала IPAS1, генерируемых так, как пояснено выше. Сигнал IBREF1 является базовым целевым значением электрического тока блока 50 накопления энергии для реализации функций управления разрядкой в направлении потребления энергии, управления рекуперативной зарядкой, управления принудительной зарядкой и управления принудительной разрядкой. Поскольку сигнал IBREF1 генерируется на основе мгновенного значения входного тока IMB блока 30 инвертора таким образом, можно генерировать сигнал IBREF1, мгновенно соответствующий изменениям в амплитудном значении и направлении входного тока IMB1 блока 30 инвертора. Следовательно, можно выполнять управление для реализации управления разрядкой в направлении потребления энергии, управления рекуперативной зарядкой, управления принудительной зарядкой и управления принудительной разрядкой, имеющих высокую способность к реагированию на флуктуацию входного тока IMB1 блока 30 инвертора.
Блок 14 управления преобразователя сконфигурирован с возможностью определять, на основе сигнала IBREF1 и с учетом состояний (режима напряжения и режима температуры) блока 50 накопления энергии и допустимого максимального тока элемента 51 накопления энергии, мгновенное значение электрического тока, фактически разряжаемого посредством блока 50 накопления энергии, и генерировать вторую команду IBREF3 управления током, которая является конечной командой для токов зарядки и разрядки блока 50 накопления энергии. Поскольку блок 14 управления преобразователя конфигурируется таким образом, можно реализовывать управление разрядкой в направлении потребления энергии, управление рекуперативной зарядкой, управление принудительной зарядкой и управление принудительной разрядкой, имеющие высокую способность к реагированию на флуктуацию входного тока IMB1 блока 30 инвертора, и выполнять управление, которое учитывает режим напряжения, температурный режим и допустимый максимальный ток блока 50 накопления энергии.
Блок 14 управления преобразователя сконфигурирован с возможностью генерировать, на основе второй команды IBREF3 управления током и входного тока IMB1 блока 30 инвертора, сигнал IDREF1, который является основой команды управления током для выходного тока IMB схемы 13 преобразователя. Сигнал IDREF является базовой командой для электрического тока, который блок 10 преобразователя должен выдерживать, чтобы реализовывать управление разрядкой в направлении потребления энергии, управление рекуперативной зарядкой, управление принудительной зарядкой и управление принудительной разрядкой, имеющих высокую способность к реагированию на флуктуацию входного тока IMB1 блока 30 инвертора, и выполнять управление, которое учитывает режим напряжения, температурный режим и допустимый максимальный ток блока 50 накопления энергии. Поскольку блок 14 управления преобразователя конфигурируется таким образом, можно генерировать команду для мгновенного значения электрического тока, выдерживаемого посредством блока 10 преобразователя, необходимую для согласования электрического тока блока 50 накопления энергии со второй командой IBREF3 управления током.
Блок 14 управления преобразователя сконфигурирован с возможностью генерировать первую команду IDREF управления током, которая является командой для электрического тока, в итоге выдерживаемого посредством блока 10 преобразователя, на основе сигнала IDREF1 и с учетом подавления роста температуры для токосъемника 2, режима входного напряжения блока 10 преобразователя и допустимого максимального тока блока 10 преобразователя. Первая команда IDREF управления током является командой управления током для электрического тока, который блок 10 преобразователя должен выдерживать, для реализации управления разрядкой в направлении потребления энергии, управления рекуперативной зарядкой, управления принудительной зарядкой и управления принудительной разрядкой, имеющих высокую способность к реагированию на флуктуацию входного тока IMB1 блока 30 инвертора, выполнения управления, которое учитывает режим напряжения, температурный режим и номинальный максимальный ток блока 50 накопления энергии, подавления роста температуры токосъемника 2 и повышения входного напряжения блока 10 преобразователя и задания электрического тока блока 10 преобразователя равным или меньшим максимального допустимого тока. Поскольку блок 14 управления преобразователя конфигурируется таким образом, можно согласовать электрический ток блока 50 накопления энергии со второй командой IBREF3 управления током и генерировать команду для мгновенного значения электрического тока блока 10 преобразователя, которое учитывает подавление роста температуры для токосъемника 2, режим рекуперативной нагрузки контактного провода 1 и максимальный допустимый ток блока 10 преобразователя.
Блок 14 управления преобразователя сконфигурирован с возможностью осуществлять, на основе отклонения между первой командой IDREF управления током и выходным током IMD блока 10 преобразователя, пропорционально-интегральное управление, чтобы сопоставлять выходной ток IMD с первой командой IDREF управления током и выполнять (ШИМ) управление включением/выключением для переключающих элементов блока 10 преобразователя. Поскольку блок 602 задания тока принудительной зарядки конфигурируется таким образом, на управление не влияют возмущения, к примеру, изменение напряжения воздушного провода 1 и изменение напряжения блока 50 накопления энергии, и можно управлять выходным током IMD блока 10 преобразователя согласно первой команде IDREF управления током на высокой скорости, даже если существуют флуктуации входного тока IMB1 блока 30 инвертора.
Поскольку блок 14 управления преобразователя конфигурируется так, как пояснено выше, можно реализовывать управляющую функцию, которая одновременно удовлетворяет условиям, поясненным ниже.
Можно выполнять управление для предпочтительной рекуперативной зарядки рекуперированного тока блока 30 инвертора в блоке 50 накопления энергии без задержки в пределах допуска блока 50 накопления энергии и выполнения принудительной зарядки блока 50 накопления энергии с использованием произвольного тока.
Можно выполнять вспомогательную разрядку из блока 50 накопления энергии в предварительно определенном состоянии при предпочтительном приеме тока, направленного на потребление энергии блока 30 инвертора из воздушного провода 1, и выполнять управление для выполнения принудительной разрядки блока 50 накопления энергии с использованием произвольного тока.
Можно выполнять управление для реализации управления разрядкой в направлении потребления энергии, управления рекуперативной зарядкой, управления принудительной зарядкой и управления принудительной разрядкой, имеющих высокую способность к реагированию на флуктуацию входного тока IMB1 блока 30 инвертора, и выполнять управление, которое учитывает режим напряжения, температурный режим и максимальный допустимый ток блока 50 накопления энергии.
Можно управлять блоком 10 преобразователя с учетом подавления роста температуры для токосъемника 2 и режима рекуперативной нагрузки воздушного провода 1. Можно управлять блоком 10 преобразователя с учетом максимального допустимого тока блока 10 преобразователя.
Можно осуществлять управление на высокой скорости, чтобы следовать флуктуации входного тока IMB1 блока 30 инвертора без влияния посредством возмущений, к примеру напряжения воздушного провода 1 и флуктуации напряжения блока 50 накопления энергии.
Как пояснено выше, блок 14 управления преобразователя может выполнять высокоскоростное управление на основе мгновенного значения, чтобы согласовать электрический ток или электроэнергию, проходящую через блок 10 преобразователя, с соответствующим значением команды управления при произвольном значении, включающем в себя нуль, и в произвольном направлении. Следовательно, можно предоставлять устройство преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем, имеющее высокую эффективность использования системы, которое позволяет оптимально управлять потоком энергии между воздушным проводом 1, блоком 30 инвертора и блоком 50 накопления энергии, согласно условию движения транспортного средства с электродвигателем.
В вышеприведенном пояснении, сигнал IMB1, сигнал IMBP, сигнал IPAS, сигнал IPAS1, сигнал IMBN, сигнал IREGREF, сигнал IREGREF1, сигнал IBREF1, сигнал IBREF2, сигнал IBREF21, сигнал IBREF3, сигнал IDREF1, сигнал IDREF2, сигнал IDREF3 и сигнал IDREF, соответственно, поясняются в качестве электрических токов или команд управления током в предварительно определенных узлах в схеме. Тем не менее, эти сигналы могут быть величинами, эквивалентными электрическим мощностям или командам управления мощностью в узлах. Нетрудно заменить блок 14 управления преобразователя системой управления на основе электрической мощности с применением такого закона, что электрическая мощность является произведением электрического тока и напряжения.
Это означает то, что электрические токи и команды управления током соответствующих узлов в схеме относительно сигнала IMB1, сигнала IMBP, сигнала IPAS, сигнала IPAS1, сигнала IMBN, сигнала IREGREF, сигнала IREGREF1, сигнала IBREF1, сигнала IBREF2, сигнала IBREF21, сигнала IBREF3, сигнала IDREF1, сигнала IDREF2, сигнала IDREF3 и сигнала IDREF включают в себя электрические мощности и команды управления мощностью в узлах.
Сигнал IMB1 поясняется в качестве входного тока блока 30 инвертора. Тем не менее, само собой разумеется, что конфигурация также является возможной с использованием сигнала, отличного от сигнала IMB1, при условии, что сигнал является величиной, эквивалентной электрическому току или электроэнергии, проходящей через блок 30 инвертора. Другими словами, сигнал IMB1 означает электрический ток или электроэнергию, проходящую через блок 30 инвертора, который является вторым блоком преобразования энергии.
Таким образом, когда термины "электрический ток" и "команда управления током" в этом подробном описании читаются как "электрическая величина" и "команда управления электрической величиной", в том числе "электрическая мощность" и "команда управления мощностью", это означает то, что "электрическая величина" и "команда управления электрической величиной" являются понятиями, включающими в себя не только "электрический ток" и "команду управления током", но также и "электрическую мощность" и "команду управления мощностью".
Пояснение работы системы
Поясняется работа и преимущество устройства преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем в конфигурации, поясненной выше.
Транспортное средство с электродвигателем ускоряется с потреблением энергии (управление разрядкой в режиме потребления энергии).
Когда транспортное средство с электродвигателем ускоряется в режиме движения с потреблением энергии, если выходной сигнал PAG блока 63 задания вспомогательной величины в режиме движения с потреблением энергии равен 0, сигнал IBREF3, который является второй командой управления током и командой управления током зарядки и разрядки для блока 50 накопления энергии, является нулевым. Следовательно, сигнал IDREF, который является первой командой управления током и командой управления выходным током для схемы 13 преобразователя, равен IMB1, который является входным током блока 30 инвертора. Блок 110 управления током управляет выходным током IMD схемы 13 преобразователя так, что он равен сигналу IDREF. Следовательно, вся энергия движения с потреблением энергии электродвигателя 40 подается из контактного провода 1 через блок 10 преобразователя. Следовательно, когда достаточная электроэнергия может быть эффективно принята из контактного провода 1, поскольку электроэнергия блока 50 накопления энергии не потребляется, можно предотвратить падение величины зарядки блока 50 накопления энергии.
Когда выходной сигнал PAG блока 63 задания вспомогательной величины в режиме движения с потреблением энергии задается равным произвольному значению n от 0 до 1, сигнал IBREF3, который является второй командой управления током и командой управления током зарядки и разрядки для блока 50 накопления энергии, является значением, имеющим полярность, противоположную полярности входного тока IMB1 блока 30 инвертора, и амплитудное значение, полученное посредством умножения входного тока IMB1 на произвольное значение n. Следовательно, сигнал IDREF, который является первой командой управления током и командой управления выходным током для схемы 13 преобразователя, является значением, полученным посредством вычитания величины сигнала IBREF3, который является величиной тока разрядки, подаваемого из блока 50 накопления энергии, из тока IMB1. Блок 110 управления током управляет выходным током схемы 13 преобразователя так, что он равен сигналу IDREF. Следовательно, n×100% энергии движения с потреблением энергии электродвигателя 40 подаются из блока 50 накопления энергии, и оставшиеся (1-n)×100% вводятся из воздушного провода 1 через блок 10 преобразователя.
Таким образом, энергия движения с потреблением энергии, подаваемая в электродвигатель 40, может подаваться из блока 50 накопления энергии и контактного провода 1 при произвольном соотношении. Следовательно, например, в состоянии, в котором скорость транспортного средства с электродвигателем является высокой и ток движения с потреблением энергии является большим, или в состоянии, в котором величина сопротивления воздушного провода 1 является большой и напряжение воздушного провода 1 падает, можно содействовать разрядке части необходимого тока движения с потреблением энергии из блока 50 накопления энергии. Таким образом, можно уменьшить электрический ток, принимаемый посредством воздушного провода 1, при поддержании рабочих характеристик режима движения с потреблением энергии транспортного средства с электродвигателем. Следовательно, можно подавлять потери энергии, вызываемые посредством сопротивления воздушного провода 1, и падение напряжения воздушного провода 1.
Транспортное средство с электродвигателем замедляется с помощью рекуперативного торможения (управление рекуперативной зарядкой).
Состояние, в котором транспортное средство с электродвигателем применяет рекуперативное торможение, т.е. блок 30 инвертора рекуперативно управляет электродвигателем 40, поясняется далее.
Когда блок 30 инвертора рекуперативно управляет электродвигателем 40, рекуперированная энергия из электродвигателя 40 протекает из выходной стороны во входную сторону блока 30 инвертора. Следовательно, полярность входного тока IMB1 блока 30 инвертора является отрицательной. Когда величина зарядки блока 50 накопления энергии является низкой и сигнал HVG равен 1, полярность сигнала IBREF3, который является второй командой управления током и командой управления током зарядки-разрядки для блока 50 накопления энергии, является положительной, и его амплитудное значение является значением, идентичным значению сигнала IMB1. Следовательно, сигнал IDREF, который является первой командой управления током и командой управления выходным током для схемы 13 преобразователя, является нулевым. Блок 110 управления током управляет выходным током схемы 13 преобразователя до нуля, так что он равен сигналу IDREF. Следовательно, вся рекуперированная энергия электродвигателя 40 заряжается в блоке 50 накопления энергии. Поскольку рекуперированная энергия электродвигателя 40 предпочтительно заряжается в блоке 50 накопления энергии, можно подавлять потери энергии в воздушном проводе 1, вызываемые, когда электроэнергия рекуперируется в воздушный провод 1, и повышение напряжения воздушного провода 1.
Когда вся рекуперированная энергия из блока 30 инвертора заряжается в блок 50 накопления энергии в ходе рекуперативного торможения, если величина зарядки блока 50 накопления энергии увеличивается, и напряжение BES превышает первое заданное значение, подавляется амплитудное значение сигнала IREGREF, и подавляется амплитудное значение второй команды IBREF3 управления током. Генерируется первая команда IDREF управления током, имеющая амплитудное значение, равное подавленной величине, и величина подавления рекуперируется в воздушный провод 1. Следовательно, рекуперативный крутящий момент электродвигателя 40 не уменьшается и получается непрерывное и стабильное рекуперативное торможение.
Хотя не показано на чертеже, можно рекуперировать рекуперированную энергию электродвигателя 40 в блок 50 накопления энергии и воздушный провод 1 при произвольном соотношении посредством произвольного умножения сигнала IBREF3, который является второй командой управления током и командой управления током зарядки и разрядки для блока 50 накопления энергии, с коэффициентом усиления n (n=0-1).
Когда рекуперативные нагрузки контактного провода 1 являются недостаточными, генерируется сигнал IDREF, который является первой командой управления током, регулируемой так, что она подавляет повышение входного напряжения ESD блока 10 преобразователя с помощью блока 102 подавления повышения входного напряжения, и является командой управления выходным током для схемы 13 преобразователя, и выходной ток IMD схемы 13 преобразователя управляется так, что он согласуется с сигналом IDREF. Следовательно, можно предотвратить детектирование избыточного напряжения посредством блока 10 преобразователя так, что он выключается, или повреждение устройства, подключенного к воздушному проводу 1.
Блок 50 накопления энергии принудительно заряжается (управление принудительной зарядкой).
Принудительная зарядка блока 50 накопления энергии, выполняемая в то время, как транспортное средство с электродвигателем останавливается (входной ток IMB1 блока 30 инвертора=0), поясняется в качестве примера. Во-первых, сигнал JREF, который является командой управления током принудительной зарядки, задается равным 100 А. Затем вторая команда IBREF3 управления током составляет 100 А, и первая команда IDREF управления током составляет 100 А. Следовательно, блок 10 преобразователя заряжает блок 50 накопления энергии из воздушного провода 1 при 100 А.
Принудительная зарядка блока 50 накопления энергии, выполняемая в то время, когда вспомогательное управление в режиме движения с потреблением энергии не выполняется (сигнал PAG=0), тогда как транспортное средство с электродвигателем работает в режиме движения с потреблением энергии (входной ток IMB1 блока 30 инвертора>0), поясняется в качестве примера. Как пояснено выше, сигнал JREF задается равным 100 А. Затем сигнал IREGREF1 составляет 100 А. Поскольку сигнал PAG составляет 0, сигнал IPAS1 составляет 0. Следовательно, вторая команда IBREF3 управления током составляет 100 А. Первая команда IDREF управления током является суммой входного тока IMB1 блока 30 инвертора и IBREF3 (=100 А). Блок 10 преобразователя принимает полный ток из входного тока IMB1 блока 30 инвертора и IBREF3 (=100 А) из контактного провода 1. Блок 50 накопления энергии может быть заряжен при 100 А, полученных посредством вычитания электрического тока IMB1 в блок 30 инвертора из полного тока.
Принудительная зарядка блока 50 накопления энергии, выполняемая в то время, как транспортное средство с электродвигателем рекуперирует (входной ток IMB1 блока 30 инвертора<0), поясняется в качестве примера. Во-первых, как пояснено выше, сигнал JREF задается равным 100 А. Когда предполагается, что входной ток IMB1 блока 30 инвертора составляет, например, -300 А, сигнал IREGREF составляет 300 А. Поскольку он превышает сигнал JREF (=100 А), сигнал IREGREF1 составляет 300 А. Следовательно, вторая команда IBREF3 управления током составляет 300 А. Первая команда IDREF управления током является нулевой, поскольку первая команда IDREF управления током является суммой входного тока IMB1 блока 30 инвертора (=-300 А) и IBREF3 (=300 А). Блок 10 преобразователя не получает электрический ток из контактного провода 1. Блок 50 накопления энергии выполняет зарядку только с помощью рекуперированного тока из блока 30 инвертора.
Как видно из вышеприведенного пояснения, если входной ток IMB1 блока 30 инвертора составляет, например, -50 А, блок 10 преобразователя получает 50 А, что является разностью с сигналом JREF (=100 А), из контактного провода 1. Блок 50 накопления энергии заряжается при 100 А, полученных посредством сложения рекуперированного тока из блока 30 инвертора и электрического тока из контактного провода 1. Другими словами, при управлении принудительной зарядкой амплитудное значение тока зарядки блока 50 накопления энергии может задаваться равной, по меньшей мере, значению, заданному посредством сигнала JREF (=100 А). Это управление принудительной зарядкой является полезным, когда требуется увеличивать величину зарядки блока 50 накопления энергии, например, когда часто используется разрядка для помощи в режиме движения с потреблением энергии, или до того, как транспортному средству с электродвигателем придется двигаться на неэлектрофицированном участке.
Блок 50 накопления энергии принудительно разряжается (управление принудительной разрядкой).
Принудительная разрядка блока 50 накопления энергии, выполняемая в то время, как транспортное средство с электродвигателем останавливается (входной ток IMB1 блока 30 инвертора=0), поясняется в качестве примера. Во-первых, сигнал HREF, который является командой управления током принудительной разрядки, задается равным -100 А. Затем вторая команда IBREF3 управления током составляет -100 А, и первая команда IDREF управления током составляет -100 А. Следовательно, блок 10 преобразователя выполняет разрядку из блока 50 накопления энергии в воздушный провод 1 при 100 А.
Принудительная разрядка блока 50 накопления энергии, выполняемая в то время, когда вспомогательное управление в режиме движения с потреблением энергии не выполняется (сигнал PAG=0), тогда как транспортное средство с электродвигателем работает в режиме движения с потреблением энергии (входной ток IMB1 блока 30 инвертора>0), поясняется в качестве примера. Как пояснено выше, сигнал HREF задается равным -100 А. Когда входной ток IMB1 блока 30 инвертора составляет, например, 300 А, сигнал IPAS составляет -300 А. Поскольку этот IPAS меньше сигнала HREF (-100 А), сигнал IPAS1 составляет -300 А. Следовательно, вторая команда IBREF3 управления током составляет -300 А. Первая команда IDREF управления током является нулевой, поскольку первая команда IDREF управления током является суммой входного тока IMB1 (=300 А) блока 30 инвертора и IBREF3 (=-300 А). Блок 10 преобразователя не выполняет разрядку в воздушный провод 1, и блок 50 накопления энергии разряжается при токе при движении с потреблением энергии (300 А) блока 30 инвертора.
Как видно из вышеприведенного пояснения, если входной ток IMB1 блока 30 инвертора составляет, например, 50 А, блок 10 преобразователя разряжает 50 А, что является разностью с сигналом HREF (=-100 А), в воздушный провод 1. Блок 50 накопления энергии разряжается при 100 А, полученных посредством сложения электрического тока IMB1 в блок 30 инвертора и тока разрядки в воздушный провод 1. Другими словами, при управлении принудительной разрядкой амплитудное значение тока разрядки блока 50 накопления энергии может задаваться равным, по меньшей мере, 100 А. Это управление принудительной разрядкой является полезным, когда требуется уменьшать величину зарядки блока 50 накопления энергии, например, когда работа транспортного средства с электродвигателем завершается.
В ходе обоих видов управления генерируется сигнал IDREF, который является первой командой управления током, регулируемой посредством блока 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки и первого блока 70 регулирования команд управления током так, чтобы в ходе работы предотвратить превышение напряжением BES блока 50 накопления энергии второго заданного значения или шестого заданного значения, которое является верхним предельным значением, или падение ниже восьмого заданного значения, которое является нижним предельным значением. Выходной ток IMD схемы 13 преобразователя управляется так, что он совпадает с сигналом IDREF. Следовательно, можно подавлять ухудшение характеристик вследствие избыточной зарядки или избыточной разрядки элемента 51 накопления энергии.
Сигнал IDREF, который является первой командой управления током, генерируется на основе второй команды IBREF3 управления током, регулируемой посредством блока 67 генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки и первого блока 70 регулирования команд управления током так, чтобы в ходе работы предотвратить превышение напряжением BES блока 50 накопления энергии второго заданного значения, которое является верхним предельным значением, или падение ниже восьмого заданного значения, которое является нижним предельным значением, и входного тока IMB1 блока 30 инвертора. Выходной ток IMD схемы 13 преобразователя управляется так, что он совпадает с сигналом IDREF. Следовательно, даже когда величина зарядки блока 50 накопления энергии является высокой и блок 50 накопления энергии не может быть рекуперативно заряжен в достаточной степени или когда величина зарядки является низкой и блок 50 накопления энергии не может быть разряжен в достаточной степени, электрический ток избыточной или недостаточной величины, которая не может выдерживаться блоком 50 накопления энергии в токе при движении с потреблением энергии или рекуперированном токе блока 30 инвертора, может непрерывно и мгновенно приниматься из воздушного провода 1 или рекуперироваться в воздушный провод 1. Следовательно, не оказывается влияние на работу в режиме движения с потреблением энергии или рекуперативном режиме блока 30 инвертора и не оказывается влияние на рабочий режим электродвигателя 40.
Генерируется сигнал IDREF, который является первой командой управления током, регулируемой посредством второго блока 80 регулирования команд управления током, чтобы уменьшить электрический ток блока 50 накопления энергии, когда температура блока 50 накопления энергии выше предварительно определенного значения, и уменьшить, в частности, ток зарядки, когда температура блока 50 накопления энергии ниже предварительно определенного значения. Выходной ток IMD схемы 13 преобразователя управляется так, что он совпадает с сигналом IDREF. Следовательно, можно подавлять ухудшение характеристик элемента 51 накопления энергии вследствие зарядки и разрядки при высокой температуре и при низкой температуре.
Сигнал IDREF, который является первой командой управления током, генерируется на основе второй команды IBREF3 управления током, регулируемой посредством второго блока 80 регулирования команд управления током, чтобы уменьшить электрический ток блока 50 накопления энергии, когда температура блока 50 накопления энергии выше предварительно определенного значения, и уменьшить, в частности, ток зарядки, когда температура блока 50 накопления энергии ниже предварительно определенного значения, и входного тока IMB1 блока 30 инвертора. Выходной ток IMD схемы 13 преобразователя управляется так, что он совпадает с сигналом IDREF. Следовательно, даже когда температура блока 50 накопления энергии находится вне надлежащего диапазона и блок 50 накопления энергии не может быть заряжен и разряжен в достаточной степени, электрический ток избыточной или недостаточной величины, которая не может выдерживаться посредством блока 50 накопления энергии в токе при движении с потреблением энергии или рекуперированном токе блока 30 инвертора, может непрерывно и мгновенно приниматься из воздушного провода 1 или рекуперироваться в воздушный провод 1. Следовательно, не оказывается влияние на работу в режиме движения с потреблением энергии или рекуперативном режиме блока 30 инвертора и не оказывается влияние на рабочий режим электродвигателя 40.
Дополнительно, когда транспортное средство с электродвигателем останавливается или когда транспортное средство с электродвигателем движется на низкой скорости, амплитудное значение входного тока ISD ограничивается так, что оно является низким, посредством третьего блока 100 регулирования команд управления током, чтобы позволить обеспечивать амплитудное значение входного тока ISD большим в области, в которой скорость транспортного средства с электродвигателем является высокой, и, в частности, подавлять полученный ток токосъемника 2, когда транспортное средство с электродвигателем останавливается или когда транспортное средство с электродвигателем движется на низкой скорости. Следовательно, можно подавлять рост температуры в токосъемнике 2 и на участке воздушного провода 1 и токосъемника 2.
Блок 50 накопления энергии выполнен с возможностью непосредственно подключаться к модулю 10 преобразователя и модулю 30 инвертора. Команда управления током зарядки и разрядки для блока 50 накопления энергии генерируется блоком 14 управления преобразователя блока 10 преобразователя. Электрический ток, проходящий через схему 13 преобразователя, управляется на основе этой команды управления током зарядки и разрядки. Следовательно, токи зарядки и разрядки блока 50 накопления энергии могут управляться до оптимального значения, имеющего произвольное амплитудное значение, включающее в себя нуль, и в произвольном направлении посредством блока 10 преобразователя. Как результат, схема преобразования энергии, которая управляет токами зарядки и разрядки в и из блока 50 накопления энергии, не должна предоставляться между блоком 10 преобразователя и блоком 50 накопления энергии или между блоком 30 инвертора и блоком 50 накопления энергии. Возможна небольшая и недорогая конфигурация системы.
Как пояснено выше, электроэнергия из воздушного провода вводится в блок преобразователя. Блок инвертора, который приводит в действие электродвигатель, который является нагрузкой, и элемент накопления энергии подключаются параллельно друг другу на выходной стороне этого блока преобразователя. Блок преобразователя включает в себя блок управления преобразователя, который может управлять электрическим током в элемент накопления энергии до оптимального значения, имеющего произвольное амплитудное значение, включающее в себя нуль, и в произвольном направлении. Следовательно, можно конфигурировать устройство преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем, подходящее для варианта применения, в котором часто используется рекуперация из блока инвертора в элемент накопления энергии и разрядка из элемента накопления энергии в блок инвертора.
В форме блока 10 преобразователя, поясненного выше, блок 10 преобразователя принимает ввод постоянного тока из токосъемника 2 и выводит постоянный ток. Тем не менее, может быть выполнена такая конфигурация, в которой блок 10 преобразователя принимает ввод переменного тока и выводит постоянный ток. Такая конфигурация является подходящей в случае транспортного средства с электродвигателем, которое движется на электрифицированном участке переменного тока, на котором контактный провод 1 предназначен для переменного тока. В этом случае, блок 10 преобразователя предпочтительно включает в себя схему ШИМ-преобразователя. Схема ШИМ-преобразователя является общеизвестной технологией. В качестве конфигурации блока 14 управления преобразователя должно добавляться только средство управления входным током преобразователя для управления электрическим током ввода переменного тока на основе сигнала IDREF, который является первой командой управления током. Относительно средства управления входным током преобразователя различные конфигурации также общеизвестны.
В вышеприведенном пояснении устройство преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем включает в себя один блок 10 преобразователя, один блок 30 инвертора и один блок 50 накопления энергии. Тем не менее, также нетрудно использовать содержимое настоящего изобретения, например, когда множество блоков 10 преобразователя, множество блоков 30 инвертора и множество блоков 50 накопления энергии подключаются параллельно друг другу, чтобы расширить систему.
Конфигурация, поясненная в варианте осуществления, указывает пример содержимого настоящего изобретения. Само собой разумеется, что конфигурация может комбинироваться с другими общеизвестными технологиями и конфигурация может изменяться, например частично пропускаться без отступления от сущности настоящего изобретения.
Промышленная применимость
Как пояснено выше, устройство преобразования энергии для силовой установки транспортного средства с электродвигателем согласно настоящему изобретению является полезным для варианта применения, в котором часто используется рекуперация электроэнергии из блока инвертора в блок накопления энергии и подача питания из блока накопления энергии в блок инвертора.
Список ссылочных позиций
1 - воздушный провод
2 - токосъемник
3 - колесо
4 - рельс
10 - блок преобразователя
13 - схема преобразователя
131 - дроссель фильтра
132 - конденсатор фильтра
133A - переключающий элемент верхнего плеча на первичной стороне
133B - переключающий элемент нижнего плеча на первичной стороне
133C - переключающий элемент верхнего плеча на вторичной стороне
133D - переключающий элемент нижнего плеча на вторичной стороне
134 - сглаживающий дроссель
135 - сглаживающий конденсатор
14 - блок управления преобразователя
30 - блок инвертора
33 - схема инвертора
34 - блок управления инвертора
35 - блок задания величины уменьшения рекуперативного крутящего момента
36, 92 - вычитатели
37 - блок управления крутящим моментом
40 - электродвигатель
41 - детектор вращения
50 - блок накопления энергии
51 - элемент накопления энергии
52 - температурный датчик
60 - первый блок генерации команд управления током
61 - блок отсечения отрицательных значений
62, 66 - коэффициенты усиления инверсии полярности
63 - блок задания вспомогательной величины в режиме движения с потреблением энергии
64, 68, 101 - умножители
65, 93 - блоки отсечения положительных значений
67 - блок генерации коэффициента усиления подавления избыточной зарядки
69, 90 - сумматоры
601 - блок задания тока принудительной разрядки
602 - блок задания тока принудительной зарядки
70 - первый блок регулирования команд управления током
71A - второй блок генерирования коэффициента усиления подавления избыточной зарядки
71B - блок генерирования коэффициента усиления подавления избыточной разрядки
72A, 72B - переключатели
73 - умножитель
80 - второй блок регулирования команд управления током
81 - блок ограничения команд управления током
91 - блок задания предельных значений входного тока
94 - блок вычисления абсолютных значений
95 - блок ограничения входного тока
100 - третий блок регулирования команд управления током
102 - блок подавления повышения входного напряжения
103 - блок ограничения команд управления током
110 - блок управления током