專利名稱：車輛控制系統的制作方法
技術領域：
本文描述的實施例一般地涉及車輛控制系統。
背景技術：
通常地，廣泛地使用感應電動機作為鐵路車輛的驅動系統。然而，出于節能方面的考慮，帶有永磁體同步電動機的驅動系統近來變得普遍起來。在永磁體同步電動機中，嵌入在轉子內的磁體產生磁場并在所述轉子中產生電流。與感應電動機不同，永磁體同步電動機在轉子中沒有電流損耗，也不會因電流損耗而導致熱量的生成。因此，帶有永磁體同步電動機的驅動系統比帶有感應電動機的驅動系統效率更高。另一方面，在永磁體同步電動機的轉子中嵌入磁體存在負面效應。負面效應之一是感應電壓。所述感應電壓由內嵌的磁體產生并與轉速同量地增大。在高速旋轉期間，所 述感應電壓有可能超過控制該設備的逆變器電路的DC電壓。當所述感應電壓超過所述逆變器電路的DC電壓時，自動啟動再生(regeneration)操作。因此，即便當鐵路車輛以慣性行駛時，也必須有意地傳導電流以降低所述感應電壓，以便減小磁通量。當電動機和用于所述電動機的逆變器電路設置在不同的車廂(vehicles)上時會發生其他問題。在這樣的情況下，具有電動機的車廂與具有逆變器的車廂之間的互連則是必需的。所述互連上有可能發生短路。當所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間發生短路事故或者接地故障事故時，阻礙了再生且由感應電壓引起的磁通量干擾了永磁體同步電動機的正常操作。這些問題在感應電動機中不會發生。
發明內容
為了實現上述目標，根據本公開內容的車輛控制系統包括逆變器電路，永磁體同步電動機和連接在逆變器電路與永磁體同步電動機之間的跨接部(crossover)。所述系統也可以包括至少一個安裝在所述逆變器電路與永磁體同步電動機之間的電流傳感器。在所述逆變器電路與永磁體同步電動機之間也可以連接接觸器，所述接觸器可以傳導或切斷逆變器電路與永磁體同步電動機之間的電流(electricity)。所述系統還可以包括連接到所述接觸器和所述電流傳感器的控制單元。所述控制單元可以通過使用來自所述電流傳感器的信息來檢測電流的異常，并在檢測到異常的情況下斷開所述接觸器。電流異常可以是來自由下述內容構成的組中的一者兩相短路、三相短路和接地故障事故。所述系統還可以包括設置在所述逆變器電路與永磁體同步電動機之間的三根電流線，三根線中的兩根包括電流傳感器。檢測兩相短路可以包括基于所述傳感器提供的信息確定線路上的電流的各自的相位，并在所述電流彼此之間不在預定相位差內的情況下斷開所述接觸器，其中所述預定相位差是120度。檢測二相短路可以包括確定所述二根電流線路的電流值，并在電流值超過預定水平時斷開所述接觸器。檢測接地故障可以包括確定所述逆變器電路與地之間的電流，并在所述電流大于預定電流時斷開所述接觸器。公開了一種方法，其包括從逆變器到永磁體同步電動機提供電流；用跨接部將所述逆變器連接到所述永磁體同步電動機；測量提供給永磁體同步電動機的所述電流;通過檢測是否存在與向永磁體同步電動機提供電流相關聯的異常，并在檢測到異常的情況下斷開設置在所述逆變器與永磁體同步電動機之間的接觸器，來控制提供給永磁體同步電動機的電流。所述異常可以是來自由下述內容構成的組中的一者兩相短路、三相短路和接地故障事故。所述跨接部可以包括三根電流線路，所述三根線路中的兩根包括電流傳感器。檢測兩相短路可以包括確定在三根電流線路中的至少兩根上的電流相位之間的相位差是否相差預定相位差，例如120度。檢測三相電路包括確定是否所述三根電流線路的至少一個電流值超過預定水平。檢測接地故障可以包括確定所述逆變器與地之間的電流是否超過預定電流。附加的系統可以包括逆變器電路，其控制從架空電線供應的電力，以便能夠驅動所述電力；永磁體同步電動機，其被作為驅動力的來自于所述逆變器電路的電力驅動；跨接部，其連接于所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間；AC電流檢測傳感器，其安裝在所述逆變器電路與所述跨接部之間以檢測電流；接觸器，其連接在所述跨接部與所述永磁體同步電動機之間，以便能夠執行電斷開和通電操作；DC電流傳感器，其位于逆變器電路與地之間；和控制單元，其連接到所述接觸器、所述AC電流傳感器和所述DC電流傳感器。所述控制單元可以確定產生于驅動系統中的所述跨接部的異常，例如接地故障事故和短路事故。所述確定可以基于從所述AC電流傳感器和所述DC電流傳感器中的至少一個檢 測到的電流值。當感測到異常時，所述控制單元向所述接觸器輸出斷開指令。
圖I是根據第一實施例的車輛控制系統的框圖。圖2A、2B和2C是描繪了根據本公開內容的方面的檢測系統異常的方法的流程圖。圖3是根據本公開內容的方面的車輛控制系統的框圖。
具體實施例方式以下將參考附圖描述本公開內容的實施例。將參考圖I描述根據本公開內容的第一實施例的車輛控制系統的結構。參考圖I，第一實施例的車輛控制系統可以包括受電弓I，逆變器電路2,第一電流傳感器3a，第二電流傳感器3b，U相線路4a，V相線路4b，W相線路4c，接觸器5，永磁體同步電動機6,第三電流傳感器7,地8,控制單元9,輸入電流計算單元9a,檢測單元9b,接觸器控制器9c，U相跨接部10a，V相跨接部IOb和W相跨接部10c。受電弓I和地8可以在DC側與逆變器電路2連接。第三電流傳感器7可以連接在逆變器電路2與地8之間。在與DC側相對的逆變器電路2的AC側，可以通過U相線路4a上的第一電流傳感器3a、U相跨接部IOa和接觸器5連接所述逆變器電路2和永磁體同步電動機6。可以通過V相線路4b上的V相跨接部IOb和接觸器5連接所述逆變器電路2和永磁體同步電動機6。可以通過W相線路4c上的第二電流傳感器3b、W相跨接部IOc和接觸器5連接所述逆變器電路2和永磁體同步電動機6。所述控制單元9可以連接到第一電流傳感器3a、第二電流傳感器3b、第三電流傳感器7和所述接觸器5。包含于控制單元9內的輸入電流計算單元9a可以連接到第一電流傳感器3a、第二電流傳感器3b、第三電流傳感器7和檢測單元％。檢測單元9b可以連接到輸入電流計算單元9a和接觸器控制器9c。所述接觸器控制器9c可以連接到檢測單元9b和接觸器5。根據本公開內容的各個方面，圖I的實施例的功能將在下文進行描述。可以通過受電弓I向逆變器電路2提供DC電力。逆變器電路2可以將輸入的DC電力轉換為AC電力。轉換后的AC電力可以通過接觸器5輸入到永磁體同步電動機6中，所述接觸器5通常處于開啟/閉合狀態。在到達永磁體同步電動機6之前，所述AC電力可以由U相的第一電流傳感器3a和W相的第二電流傳感器3b檢測。第三電流傳感器7可以檢測逆變器電路2的DC側的返回電流。由第一電流傳感器3a、第二電流傳感器3b和第三電流傳感器7檢測到的電流可以輸入到控制單元9。在控制單元9中，輸入電流計算單元9a可以計算所述三個輸入的輸入電流水平。基于在輸入電流計算單元9a中所計算的電流值，檢測單元9b可以確定驅動系統中是否存在異常，例如接觸故障或接地故障。當檢測單元％確定存在異常時，它可以向接觸器控制器9c發出信號。所述接觸器控制器9c可以響應來自所述檢測單元的信號，觸發接觸器5中的一些或全部，使其變為斷開/閉合狀態。 以下描述控制單元的一個示范性實施例，例如圖I中的控制單元9。所述示范性的控制單元實施例將參考圖2在下文進行描述。如圖2A所示，該過程可以從步驟SI開始，在步驟S2，所述控制單元可以接收由U相線路中的第一電流傳感器檢測到的電流Iu和由W相線路中的第二電流傳感器檢測到的電流Iw。所述控制單元的輸入電流計算單元可以接收檢測到的電流Iu和Iw,并且計算相位Iu’、Iv’和Iw’，其中，相位Iu’、Iv’和Iw’分別對應于所述U相線路、V相線路和W相線路的相位。所述相位Iv’可以基于電流Iu和Iw以及相位Iu’和Iw’來計算。隨后，所述相位Iu’、Iv’和Iw’可以輸入到檢測單元，例如來自圖I的檢測單元9b。在步驟S3,所述檢測單元可以比較電流Iu、Iv和Iw中的一些或全部的相位。例如，檢測單元可以確定相位Iw’是否比相位Iu’滯后一預定相位，例如240°。如果相位Iw’比相位Iu’滯后240°，則所述檢測單元可以判定系統在正常工作，并且可以重復執行步驟S2-S3。檢測單元也可以確認其他在Iu’、Iv’與Iw’之間的預定相位偏差，例如相位Iv’是否比相位Iu’滯后120°或者相位Iw’是否比相位Iv’滯后120°。另一方面，如果相位Iw’不比相位Iu’滯后240°，或者存在另外的相位偏差，則所述檢測電路可以在步驟S4確定存在異常。例如，由相位偏差指示的一種示范性的異常可以是由在U相跨接部IOa和V相跨接部IOb中的布線產生的兩相短路。當確認是兩相短路后，所述檢測單元可以向接觸器控制器發送信號。在步驟S5，當所述接觸器控制器接收到該信號時，所述接觸器控制器可以使接觸器斷開。如圖2B所示，除了相位偏差以外，控制單元的特定實施例可以檢測電流偏差。在步驟S12，控制單元，例如圖I的控制單元9，可以接收由第一電流傳感器(例如U相線路中的電流傳感器3a)檢測到的電流Iu，和由第二電流傳感器(例如W相線路中的第二電流傳感器3b)檢測到的電流Iw。使用檢測到的電流Iu和檢測到的電流1 ，控制單元的輸入電流計算單元(例如輸入電流計算單元9a)可以計算電流Iu、電流Iv和電流Iw的電流值。所述電流Iu、電流Iv和電流Iw的電流值隨后可以被輸入到檢測單元，例如圖I的檢測單元9b。在步驟S13，所述檢測單元可以判定所計算的電流值Iu和Iw是否超過了預定值a。例如，所述預定值可以是電流Iu與Iw之間的電流差的部分，或者總的電流差。如果所計算的電流值Iu和Iw不超過所述預定值a，那么就不存在系統異常，并且控制單元可以重復執行步驟 Sll 至 S13.另一方面，如果所計算的電流Iu和電流Iw的電流值超過了預定值a，則在步驟S14，所述檢測單元可以確定系統存在異常。例如，在圖2B中，電流Iu和Iw超過預定值a的事實可以指示所述異常是三相短路。三相短路可能由跨接部布線中的短路產生，所述跨接部布線例如是來自圖I的U相跨接部10a、V相跨接部IOb和W相跨接部IOc的多根布線。因此，確認是三相短路。當確認是三相短路時，所述檢測單元可以向接觸器控制器輸入信號。在步驟S15，接觸器控制器可以接收來自檢測單元的所述信號，并且觸發接觸器，例如圖I中的接觸器5，使其斷開。控制單元的特定實施例也可以檢測接地故障事故。圖2C示出了一種用于檢測接地故障事故的示范性方法。在步驟S22，控制單元可以接收由第三電流傳感器，例如來自圖I的第三電流傳感器7在逆變器電路(例如逆變器電路2)的DC返回側檢測到的電流IAC。所述電流IAC可能是系統的短路電流。控制單元內的檢測單元可以通過輸入電流計算單元 (例如輸入電流計算單元9a)接收所檢測到的電流IAC，或者所述檢測單元可以直接接收所檢測到的電流IAC。在步驟S23，所述檢測單元可以判定電流IAC是否超過預定值P，所述預定閾值P可以選定為基于至少一種異常情況的閾值。如果所述電流IAC沒有超過預定值@，則沒有發生接地故障事故，并且控制單元可以重復執行步驟S21-S23。另一方面，如果所檢測到的電流IAC超過了預定值P，則在步驟S24，所述檢測單元可以判定存在異常，例如接地故障事故。當短路發生在兩根跨接部布線之間時，可能產生接地故障事故，所述跨接部布線例如是來自圖I的U相跨接部10a、V相跨接部IOb和W相跨接部IOc中的布線。當接地故障事故被確認后，所述檢測單元可以向接觸器控制器輸入信號。在步驟S25，所述接觸器控制器可以接收所述信號，并且觸發接觸器，使其斷開。圖3中不出了車輛控制系統，例如圖I中的車輛控制系統的不沮性實施例。在圖3中，逆變器電路2設置在第一模塊11內，并且永磁體同步電動機6和接觸器5設置在第二模塊12內。事故電路可能發生在模塊11與模塊12之間。舉例來說，事故電路(例如接地故障事故)可能在U相跨接部IOa與V相跨接部IOb連接時發生。在跨接部間的連接可能導致由永磁體同步電動機6輸出的電流返回到永磁體同步電動機6。例如，當U相跨接部IOa和V相跨接部IOb中產生短路時，電流可能繼續傳導通過永磁體同步電動機6、逆變器電路2等，而不會被吸收(reclaimed)或消散。這可能會使所述電動機和電路過載，并且妨礙鐵路車輛的行駛。然而，當接觸器5斷開時，來自永磁體同步電動機6的電流輸出將停止。在接觸器5斷開的情況下，阻止了所述電流傳導通過包括永磁體同步電動機6的裝置。根據上文的車輛控制系統的實施例，所述車輛控制系統的有利之處在于即便在產生不同導體之間的接觸故障或接地故障的情況下，它也能夠保護所述逆變器電路。雖然已經描述了車輛控制系統的特定實施例，但是這些實施例僅僅是以示例性的方式介紹的，而并非意在限制本公開內容的范圍。事實上，本文描述的新型系統可以以各種其他形式呈現；進一步地，在不脫離本公開內容的精神的情況下，可以對本文描述的系統的形式進行各種省略、替代和改變。所附的權利要求及其等同形式旨在覆蓋這些落入本公開內容的精神和范圍內的形式或變型。
權利要求
1.一種系統，包括 逆變器電路； 永磁體同步電動機； 跨接部，其連接在所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間； 電流傳感器，其連接在所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間； 接觸器，其連接在所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間，所述接觸器用于傳導所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間的電流，或者切斷所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間的電流；以及 控制單元，其連接到所述接觸器和所述電流傳感器，所述控制單元用于利用來自所述 電流傳感器的信息來檢測異常，并且在檢測到異常的情況下斷開所述接觸器。
2.根據權利要求I所述的系統，其中，所述異常是來自由下述內容構成的組中的一者兩相短路、三相短路和接地故障事故。
3.根據權利要求I所述的系統，進一步包括設置在所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間的三根電流線路，三根線路中的兩根包括電流傳感器。
4.根據權利要求3所述的系統，其中，所述控制單元連接到所述電流傳感器，并且，所述控制單元用于在通過以下方式檢測到兩相短路時斷開所述接觸器 基于所述傳感器提供的信息確定線路上的電流的各自的相位；并且 如果所述電流彼此之間不在預定相位差內，則斷開所述接觸器。
5.根據權利要求4所述的系統，其中，所述預定相位差是120度。
6.根據權利要求3所述的系統，其中，所述控制單元連接到所述電流傳感器，并且所述控制單元用于在通過以下方式檢測到三相短路時斷開所述接觸器 確定所述線路的電流值；并且 當電流值超過預定水平時，斷開所述接觸器。
7.根據權利要求I所述的系統，進一步包括連接在所述逆變器電路與地之間的電流傳感器，所述傳感器與所述控制單元通信，其中，所述控制單元用于在通過以下方式檢測到接地故障時斷開所述接觸器 確定所述逆變器電路與地之間的電流；并且 當所述電流大于預定電流時，斷開所述接觸器。
8.一種用于車輛控制系統的方法，包括 從逆變器到永磁體同步電動機提供電流； 采用跨接部將所述逆變器連接到所述永磁體同步電動機； 對提供到所述永磁體同步電動機的所述電流進行測量；以及 通過以下方式控制提供到所述永磁體同步電動機的所述電流 檢測是否存在與向所述永磁體同步電動機提供電流相關聯的異常；并且 如果檢測到異常，則斷開設置在所述逆變器與所述永磁體同步電動機之間的接觸器。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述異常是來自由下述內容構成的組中的一者兩相短路、三相短路和接地故障事故。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述跨接部包括三根電流線路，三根線路中的兩根包括電流傳感器。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，檢測所述兩相短路包括確定三根電流線路中的至少兩根上的電流的相位之間的相位差是否相差預定相位差。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，所述預定相位差是120度。
13.根據權利要求10所述的方法，其中，檢測所述三相短路包括確定所述三根電流線路的至少一個電流值是否超過預定水平。
14.根據權利要求10所述的方法，其中，檢測所述接地故障包括確定所述逆變器與地之間的電流是否超過預定電流。
15.—種車輛控制系統,包括 逆變器電路，其從架空電線接收電力； 永磁體同步電動機，其由逆變器電路提供的電力驅動； 跨接部，其連接在所述逆變器電路與所述永磁體同步電動機之間； AC電流檢測傳感器，其安裝在所述逆變器電路與所述跨接部之間； 接觸器，其連接在所述跨接部與所述永磁體同步電動機之間； DC電流檢測傳感器，其連接在所述逆變器電路與地之間；以及控制單元，其連接到所述接觸器、所述AC電流傳感器和所述DC電流傳感器，其中所述控制單元基于來自所述AC電流傳感器和所述DC電流傳感器的至少其中之一的電流值來感測異常，并且向所述接觸器輸出斷開指令。
16.根據權利要求15所述的系統，其中，所述跨接部包括多根柔性電線，并且當所述多根柔性電線中的至少兩根短路時發生異常。
17.根據權利要求15所述的系統，其中，所述控制單元包括輸入電流計算單元、檢測單元和接觸器控制器。
18.根據權利要求17所述的系統，其中，所述AC電流檢測傳感器和所述DC電流檢測傳感器連接到所述輸入電流計算單元。
19.根據權利要求18所述的系統，其中，所述檢測單元接收在所述輸入電流計算單元上算出的至少一個電流值，并且至少部分基于所述電流值來確定是否存在異常。
20.根據權利要求19所述的系統，其中，如果存在異常，則所述檢測單元向所述接觸器控制器發出信號，并且所述接觸器控制器觸發所述接觸器，使其斷開從所述逆變器電路到所述永磁體同步電動機的電路。
全文摘要
本發明公開了一種用于車輛控制系統的系統和方法。所述系統包括逆變器電路，永磁體同步電動機和連接在逆變器電路與永磁體同步電動機之間的跨接部。所述系統還可以包括安裝在逆變器電路與永磁體同步電動機之間的至少一個電流傳感器。接觸器也可以連接在所述逆變器電路和所述永磁體同步電動機之間，并且可以傳導或切斷所述逆變器電路與永磁體同步電動機之間的電流。所述系統也可以包括連接到所述接觸器和所述電流傳感器的控制單元。所述控制單元可以通過使用來自所述電流傳感器的信息來檢測電流異常，并且在檢測到異常的情況下，斷開所述接觸器。
文檔編號H02P27/06GK102802997SQ201180014928
公開日2012年11月28日 申請日期2011年6月27日 優先權日2010年6月28日
發明者安岡育雄, 戶田伸一, 沼崎光浩, 真鍋英聰, 高木隆志 申請人:株式會社東芝