Приводной контроллер для электродвигателя переменного тока

Приводной контроллер для электродвигателя переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к приводному контроллеру для электродвигателя переменного тока (AC), подходящему для возбуждения синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, встроенного в электрическое транспортное средство.

Предшествующий уровень техники

Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами (далее в данном документе просто "электродвигатель", пока иное не потребует особых отличий) известен как высокоэффективный электродвигатель. По сравнению с асинхронными электродвигателями, традиционно используемыми в различных областях, синхронный электродвигатель с постоянными магнитами не требует какого-либо тока возбуждения, поскольку магнитный поток устанавливается постоянным магнитом, встроенным в ротор, а вторичных потерь в меди не возникает, поскольку ток не протекает в роторе в отличие от асинхронных электродвигателей. В то время как электрические транспортные средства традиционно используют асинхронные электродвигатели, в последние годы для повышения эффективности изучается применение в них синхронного двигателя с постоянными магнитами.

В электрических транспортных средствах приводной контроллер для электродвигателя переменного тока и электродвигатель встроены в каждое из множества комбинированных транспортных средств. Даже когда в приводном контроллере электродвигателя переменного тока определенного транспортного средства происходит короткое замыкание, когда транспортное средство движется, электрическое транспортное средство может продолжать двигаться посредством других приводных контроллеров электродвигателей переменного тока и электродвигателей, которые работают нормально. Электродвигатель, подключенный к поврежденному приводному контроллеру электродвигателя переменного тока, продолжает приводиться в движение колесами. Следовательно, ток короткого замыкания, вызванный индуцированным напряжением электродвигателя, продолжает протекать в части приводного контроллера электродвигателя переменного тока, где произошло короткое замыкание (закороченная часть).

Когда такое состояние остается таким, как есть, поврежденная часть приводного контроллера электродвигателя переменного тока может дополнительно расширяться от тепла, формируемого током короткого замыкания, и поврежденная часть электродвигателя может выделять тепло или выгорать, что нежелательно.

Чтобы учитывать такие случаи, например, патентный документ 1 раскрывает способ, в котором предусмотрен отключающий контактор электродвигателя, который служит в качестве переключателя со стороны электродвигателя, который электрически отсоединяет инвертор от электродвигателя. Блок управления управляет контактором, чтобы размыкать его для электрического отсоединения инвертора от электродвигателя, когда детектируется неисправность в инверторе. Таким образом, инвертор дополнительно не повреждается, когда в инверторе в приводном контроллере электродвигателя переменного тока, управляющем приведением в движение синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, происходит короткое замыкание, пока электрическое транспортное средство движется.

Патентный документ 1: Японская выложенная патентная заявка № H8-182105

Как, в общем, известно, поскольку точка перехода тока через нуль формируется в переменном токе с синусоидальной формой волны для каждого полупериода формы волны тока, ток может прерываться с помощью точки перехода тока через нуль. Отключающий контактор электродвигателя, раскрытый в патентном документе 1, упомянутый выше, является контактором, который прерывает переменный ток с помощью точки перехода тока через нуль для прерывания тока. Примеры контактора, который прерывает переменный ток, как правило, включают в себя вакуумный контактор, к которому применяется система прерывания тока в точках перехода тока через нуль.

Было обнаружено, что фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, иногда присутствуют одновременно в токе повреждения в зависимости от типа неисправности, возникшей в приводном контроллере электродвигателя переменного тока. Ток повреждения - это ток, который протекает между инвертором в приводном контроллере электродвигателя переменного тока и электродвигателем. Когда вышеупомянутый отключающий контактор электродвигателя, использующий систему прерывания тока в точках перехода тока через нуль, прерывает ток повреждения, ток фазы, в которой точка перехода тока через нуль существует, прерывается; однако ток не может быть прерван в других фазах, не имеющих точек перехода тока через нуль, и, таким образом, инвертор остается электрически соединенным с электродвигателем непрерывно формируемой электрической дугой.

В таком состоянии повреждения электродвигатель приводится в несбалансированное состояние, поскольку только фаза, в которой ток прерывается, из трех фаз отсоединяется от инвертора. Следовательно, избыточное напряжение формируется между линиями электродвигателя и между контактами отключающего контактора электродвигателя. Это избыточное напряжение может приводить к разрушению изоляции катушек в электродвигателе, отключающем контакторе электродвигателя и кабелях, соединяющих отключающий контактор электродвигателя с электродвигателем. Дополнительно, поскольку электрическая дуга продолжает формироваться между контактами отключающего контактора электродвигателя, отключающий контактор электродвигателя может быть поврежден.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание приводного контроллера для электродвигателя переменного тока. Приводной контроллер сконфигурирован так, что, даже когда фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно в токе повреждения, протекающем между инвертором и электродвигателем, формирование избыточного напряжения между линиями электродвигателя и между контактами отключающего контактора электродвигателя может быть предотвращено, и формирование непрерывной электрической дуги между контактами отключающего контактора электродвигателя может быть предотвращено, несмотря на тип возникшей неисправности.

Аспектом настоящего изобретения является приводной контроллер для электродвигателя переменного тока, включающий в себя: инвертор, который включает в себя множество переключающих элементов с управляемым включением-выключением и преобразует напряжение постоянного тока (DC) в напряжение переменного тока (AC) с произвольной частотой, для возбуждения электродвигателя переменного тока; переключатель со стороны электродвигателя, подключенный между инвертором и электродвигателем переменного тока; детектор электрической величины, который детектирует электрическую величину с выходной стороны инвертора; и блок управления, который управляет включением-выключением переключающих элементов в инверторе и управляет переключателем со стороны электродвигателя, чтобы размыкать и замыкать его на основе, по меньшей мере, тока, детектированного детектором электрической величины, при этом блок управления включает в себя: блок определения состояния тока, который формирует сигнал определения, определяющий, находится ли ток, детектированный детектором электрической величины, в ненормальном состоянии, и блок управления контактором, который управляет, на основе сигнала определения, моментом фактического вывода инструкции верхнего уровня, которая сформирована для размыкания переключателя на стороне электродвигателя, переключателю на стороне электродвигателя.

Согласно настоящему изобретению, даже когда фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно в токе повреждения, протекающем между инвертором и электродвигателем, формирование избыточного напряжения между линиями электродвигателя и между контактами отключающего контактора электродвигателя может быть предотвращено, и формирование непрерывной электрической дуги между контактами отключающего контактора электродвигателя может быть предотвращено, несмотря на тип возникшей неисправности. Следовательно, возможно получить приводной контроллер для электродвигателя переменного тока, в котором изоляция катушек в электродвигателе, отключающий контактор электродвигателя и кабели, соединяющие отключающий контактор электродвигателя с электродвигателем, не повреждаются, и отключающий контактор электродвигателя не повреждается электрической дугой, формируемой между контактами отключающего контактора электродвигателя, несмотря на тип возникшей неисправности.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых;

Фиг. 1 изображает структурную схему примера конфигурации приводного контроллера для электродвигателя переменного тока согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 изображает схему примера конфигурации инвертора, показанного на фиг. 1;

Фиг. 3 изображает диаграмму формы волны примерной неисправности, которая происходит, когда фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно в токе повреждения, форм волн тока в момент неисправности и формы волны линейного напряжения электродвигателя;

Фиг. 4 изображает характеристическую диаграмму соотношения между амплитудой тока непрерванной фазы и амплитудой линейного напряжения, сформированного в электродвигателе, показана ситуация, где произошла неисправность, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно в токе повреждения, и когда фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, прерывается;

Фиг. 5 изображает структурную схему примера конфигурации блока управления, показанного на фиг. 1;

Фиг. 6 изображает структурную схему примера конфигурации блока определения состояния тока, показанного на фиг. 5;

Фиг. 7 изображает диаграмму формы волны, объясняющую операцию управления первого варианта осуществления, в котором ток прерывается посредством формирования точки перехода тока через нуль в фазе, не имеющей точки перехода тока через нуль, когда происходит неисправность, показанная на фиг. 3;

Фиг. 8 изображает структурную схему примера конфигурации приводного контроллера для электродвигателя переменного тока согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 9 изображает структурную схему примера конфигурации блока управления, показанного на фиг. 8.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Примерные варианты осуществления приводного контроллера электродвигателя переменного тока согласно настоящему изобретению будут объяснены ниже подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Первый вариант осуществления

Фиг. 1 - это структурная схема примера конфигурации приводного контроллера для электродвигателя переменного тока согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 показан токосниматель 1, соприкасающийся с электрическими проводами контактной сети, чтобы принимать электроэнергию в электрическом транспортном средстве. Ссылочный номер 2 обозначает рельс, ссылочный номер 3 обозначает колесо электрического транспортного средства, а ссылочный номер 6 обозначает электродвигатель переменного тока. Электродвигатель 6 переменного тока встроен в транспортное средство вместе с приводным контроллером 10A электродвигателя переменного тока согласно первому варианту осуществления, и его вращающийся вал механически сопряжен с колесом 3. Электродвигатель 6 переменного тока снабжен детектором 7 вращения.

Приводной контроллер 10A электродвигателя переменного тока (фиг. 1) включает в себя в качестве основных компонентов настоящего изобретения, контактор 11 для отключения подачи электропитания, инвертор 12, детекторы 13, 14 и 15 тока, отключающий контактор 16 электродвигателя и блок 17A управления.

Один конец контактора 11 для отключения подачи электропитания соединен с выходным контактом токоснимателя 1, а другой его конец соединен через проводник P положительной стороны с входным контактом инвертора 12 положительной стороны. Т.е. контактор 11 для отключения подачи электропитания - это переключатель со стороны источника электропитания, способный разъединять сторону ввода постоянного тока инвертора 12 и токосниматель 1, служащий в качестве источника электропитания.

Входной контакт инвертора 12 отрицательной стороны соединяется через проводник N отрицательной стороны с колесом 3. Такая конфигурация позволяет подавать мощность постоянного тока с токоснимателя 1 через контактор 11 для отключения электропитания и с рельса 2 через колесо 3 в инвертор 12. Инвертор 12 преобразует мощность постоянного тока, подведенную посредством проводника P положительной стороны и проводника N отрицательной стороны, в мощность переменного тока посредством конфигурации, показанной на фиг. 2, например.

На Фиг. 2 показана схема примера конфигурации инвертора 12, показанного на фиг. 1. Инвертор 12 сконфигурирован так, что так называемая схема трехфазного двухуровневого инвертора подключена между проводником P положительной стороны и проводником N отрицательной стороны. Схема 18 разряда и конденсатор 19 фильтра предусмотрены параллельно между проводником P положительной стороны и проводником N отрицательной стороны.

Схема трехфазного двухуровневого инвертора является мостовой схемой из трех переключающих элементов плеча положительной стороны (элемент UP верхнего плеча U-фазы, элемент VP верхнего плеча V-фазы и элемент WP верхнего плеча W-фазы), соединенных с проводником P положительной стороны, и трех переключающих элементов плеч отрицательной стороны (элемент UN нижнего плеча U-фазы, элемент VN нижнего плеча V-фазы, элемент WN нижнего плеча W-фазы), соединенных с проводником N отрицательной стороны. Диод подключен встречно-параллельно с каждым переключающим элементом. Точки соединения верхних элементов плеча и нижних элементов плеча в соответствующих фазах формируют трехфазные выходные контакты, и эти выходные контакты соединены с проводником UI U-фазы со стороны инвертора, проводником VI V-фазы со стороны инвертора и проводником WI W-фазы со стороны инвертора, соответственно. Хотя на фиг. 2 в качестве переключающего элемента показан хорошо известный IGBT, могут быть использованы переключающие элементы, отличные от IGBT. В то время как схема трехфазного двухуровневого инвертора показана на фиг. 2, может быть использована схема многоуровневого инвертора, такого как схема трехуровневого инвертора.

Хотя на фиг. 2 не показано, инвертор 12 снабжен схемой возбуждения для приема стробирующего сигнала GS, выводимого из блока 17A управления в инвертор 12 на фиг. 1. Эта схема возбуждения имеет функцию индивидуального управления включением-выключением шести переключающих элементов согласно стробирующему сигналу GS.

Как показано на фиг. 1, трехфазные выходные контакты инвертора 12 соединены с отключающим контактором 16 электродвигателя через проводник UI U-фазы со стороны инвертора, проводник VI V-фазы со стороны инвертора и проводник WI W-фазы со стороны инвертора. Отключающий контактор 16 электродвигателя соединен с электродвигателем 6 переменного тока через проводник UM U-фазы со стороны электродвигателя, проводник VM V-фазы со стороны электродвигателя и проводник WM W-фазы со стороны электродвигателя.

Согласно инвертору 12 с конфигурацией, описанной выше, соответствующие переключающие элементы в схеме инвертора включаются или выключаются согласно стробирующему сигналу GS, вводимому блоком 17A управления. Таким образом, подводимое напряжение постоянного тока преобразуется в трехфазное напряжение переменного тока с произвольной частотой, и электродвигатель 6 переменного тока приводится в действие через отключающий контактор 16 электродвигателя. Электродвигатель 6 переменного тока затем вращает механически сопряженное колесо 3, чтобы двигать электрическое транспортное средство по рельсу 2.

Напряжение на выводах конденсатора 19 фильтра, по существу, равно напряжению, принятому с токоснимателя 1 (напряжению электропровода контактной сети), и равно приблизительно 600-3000 В постоянного тока в обычных электрических транспортных средствах.

Хотя подробные внутренние конфигурации не показаны, схема 18 разряда сконфигурирована последовательной схемой, сформированной из резистора и переключателя (включающего в себя полупроводниковый переключатель) и схемы для разряда электрических зарядов в конденсаторе 19 фильтра на основе команды OV разряда. Команда OV разряда вводится из блока 17A управления или высокоуровневого устройства (не показано) в предварительно определенном случае, как, например, когда возникает какая-либо неисправность в приводном контроллере 10A электродвигателя переменного тока. Хотя не показано, когда схема 18 разряда выполняет операцию разряда, контактор 11 для отключения подачи электропитания управляется, чтобы размыкаться, в то же самое время блоком 17A управления или высокоуровневым устройством (не показано).

Обращаясь к фиг. 1, детекторы 13, 14 и 15 тока предусмотрены соответственно на проводнике UI U-фазы со стороны инвертора, проводнике VI V-фазы со стороны инвертора и проводнике WI W-фазы со стороны инвертора, которые подключены между выходными контактами трех фаз инвертора 12 и отключающего контактора 16 электродвигателя. Ток IU U-фазы, ток IV V-фазы и ток IW W-фазы, детектированные детекторами 13, 14 и 15 тока, соответственно вводятся в блок 17A управления. В то время как детекторы тока сконфигурированы для определения соответствующих трехфазных выходных токов инвертора 12 на фиг. 1, произвольный двухфазный ток может быть детектирован. Ток в фазе, на которой детектор тока не предусмотрен, может быть вычислен.

Отключающий контактор 16 электродвигателя является переключателем со стороны электродвигателя, способным отсоединять выходные контакты трех фаз инвертора 12 от электродвигателя 6 переменного тока согласно инструкции от блока 17A управления (команда MKC замыкания контактора). Отключающий контактор 16 электродвигателя сформирован посредством контактора, способного прерывать переменный ток. Поскольку точка перехода тока через нуль формируется в переменном токе в каждом полупериоде формы волны этого тока, контактор, который способен прерывать переменный ток, обычно прерывает ток, используя точку перехода тока через нуль.

Отключающий контактор 16 электродвигателя сконфигурирован так, что, когда команда MKC замыкания контактора от блока 17A управления активируется, замыкающая катушка возбуждается, главные контакты, механически соединенные с замыкающей катушкой, замыкаются, чтобы замкнуть три фазы, и, таким образом, инвертор 12 электрически соединяется с электродвигателем 6 переменного тока. Дополнительно, отключающий контактор 16 электродвигателя сконфигурирован так, что, когда команда MKC замыкания контактора от блока 17A управления деактивируется, возбуждение замыкающей катушки прекращается, главный контакт размыкается, чтобы размыкать соответствующие три фазы, и, таким образом, инвертор 12 электрически отсоединяется от электродвигателя 6 переменного тока.

Отключающий контактор 16 электродвигателя может быть сконфигурирован, чтобы управлять главными контактами трех фаз посредством одной замыкающей катушки, или может быть сконфигурирован, чтобы предоставлять замыкающие катушки для соответствующих главных контактов трех фаз. В последней конфигурации момент замыкания и размыкания может устанавливаться индивидуально в соответствующих фазах.

Состояние вращения электродвигателя 6 переменного тока детектируется детектором 7 вращения и вводится в блок 17A управления. Так называемая бездатчиковая система управления для управления электродвигателем 6 переменного тока без детектора 7 вращения также используется на практике. Когда выбрана бездатчиковая система управления, детектор 7 вращения не нужен. В случае бездатчиковой системы управления детектор напряжения (не показан) может быть предусмотрен во входном каскаде (от проводника UI U-фазы со стороны инвертора до проводника WI W-фазы) или выходном каскаде (от проводника UM U-фазы со стороны электродвигателя до проводника WM W-фазы) отключающего контактора 16 электродвигателя, чтобы детектировать выходное напряжение инвертора 12 или напряжение на клеммах электродвигателя 6 переменного тока, и детектор напряжения вводит результат определения в блок 17A управления.

В настоящем варианте осуществления, как описано выше, предполагается, что электродвигатель 6 переменного тока является синхронным электродвигателем с постоянными магнитами. Впрочем, существует электродвигатель, в котором постоянный магнит заключен в роторе асинхронного электродвигателя. Настоящее изобретение может быть применено, в дополнение к синхронному электродвигателю с постоянными магнитами, к таким электродвигателям, в которых постоянный магнит встроен в ротор.

Как описано выше, авторы настоящего изобретения обнаружили, что фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно в токе повреждения, который протекает между инвертором 12 в приводном контроллере 10A электродвигателя переменного тока и электродвигателем 6 переменного тока, в зависимости от типа неисправности, возникшей в приводном контроллере электродвигателя переменного тока.

Блок 17A управления сконфигурирован так, что формирование избыточного напряжения между линиями электродвигателя 6 переменного тока и между контактами отключающего контактора 16 электродвигателя предотвращается, и формирование непрерывной электрической дуги между контактами отключающего контактора 16 электродвигателя предотвращается на основе трехфазных токов IU, IV и IW, детектированных детекторами 13, 14 и 15 тока, стробирующего сигнала GS и команды OV разряда, которые применяются к инвертору 12, и базового стробирующего сигнала GC и базовой команды MKCO замыкания контактора от внешнего высокоуровневого устройства (не показано). Таким образом, отключающий контактор 16 электродвигателя, который прерывает переменный ток, может быть разомкнут надежно в трех фазах даже в случае, когда протекает ток повреждения, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно.

Чтобы облегчить понимание, формирование тока повреждения, в котором фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно, и формирование избыточного напряжения объясняются подробно сначала (фиг. 3 и 4). Конфигурация блока 17A управления (фиг. 5 и 6) и его операции (фиг. 7) объясняются подробно далее.

Далее описываются примерные ситуации, когда формируется ток повреждения, в котором фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно. Ток повреждения формируется, когда один или более переключающих элементов из трех элементов (UP, VP и WP) верхнего плеча, соединенных с проводником P положительной стороны, и один или более переключающих элементов из трех элементов (UN, VN и WN) нижнего плеча, соединенных с проводником N отрицательной стороны, подвергаются короткому замыканию. Кроме того, ток повреждения формируется, когда эти переключающие элементы остаются включенными из-за их повреждений или из-за повреждения в возбуждающей схеме (не показана).

На Фиг. 3 показана диаграмма формы волны примерного повреждения, в котором фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно в токе повреждения, формы волны тока в момент повреждения и формы волны линейного напряжения электродвигателя. Фиг. 4 - это характеристическая диаграмма соотношения между амплитудой тока непрерванной фазы и амплитудой линейного напряжения, сформированного в электродвигателе. Фиг. 4 показывает ситуацию, где произошло повреждение, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль не формируется, и фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, присутствуют одновременно в токе повреждения, и когда фаза, в которой точка перехода тока через нуль формируется, прерывается.

Например, рассмотрим случай, когда короткое замыкание происходит в элементе UP верхнего плеча U-фазы и элементе VN нижнего плеча V-фазы, когда электродвигатель 6 переменного тока вращается посредством действия приводного контроллера 10А электродвигателя переменного тока. Дополнительно, все остальные переключающие элементы (VP, WP, UN и WN) выключаются блоком детектирования повреждения, предусмотренным в высокоуровневом устройстве (не показано) в блоке 17A управления.

В этом случае, ток повреждения протекает между электродвигателем 6 переменного тока и инвертором 12 через элемент UP верхнего плеча U-фазы и элемент VN нижнего плеча V-фазы, все еще включенные из-за короткого замыкания, и диоды, соединенные с остальными переключающими элементами (VP, WN, UN и WN).

Фиг. 3 изображает формы с (1) по (3) волны тока соответствующих фаз и форму (4) волны линейного напряжения между V-фазой и W-фазой электродвигателя 6 переменного тока, когда короткое замыкание происходит в элементе UP верхнего плеча U-фазы и элементе VN нижнего плеча V-фазы, и все остальные переключающие элементы (VP, WP, UN и WN) выключены, как описано выше.

Со ссылкой на фиг. 3, время T1B указывает время, когда короткое замыкание происходит в элементе UP верхнего плеча U-фазы и элементе VN нижнего плеча V-фазы. Элементы плечей нормально работают перед временем T1B. После времени T1B элементы плечей работают в состоянии повреждения. Отключающий контактор 16 электродвигателя замыкается командой MKC замыкания контактора, которая является активированной, до времени T2B непосредственно после времени T1B, и затем размыкается в момент T2B командой MKC замыкания контактора, которая становится неактивной.

Перед временем T1B, когда происходит короткое замыкание в элементе UP верхнего плеча U-фазы и элементе VN нижнего плеча V-фазы, все переключающие элементы в инверторе 12 находятся в нормальном состоянии, и электродвигатель 6 переменного тока приводится в действие с частотой вращения, равной 63 Гц. Обычная точка перехода тока через нуль появляется в формах (1)-(3) волны тока соответствующих фаз. Нормальная форма волны положительно-отрицательного напряжения появляется в форме (3) волны линейного напряжения между V-фазой и W-фазой электродвигателя 6 переменного тока.

В состоянии, когда электродвигатель 6 переменного тока приводится в действие с частотой вращения, равной 63 Гц, короткое замыкание происходит в элементе UP верхнего плеча U-фазы и элементе VN нижнего плеча V-фазы в момент T1B. Остальные переключающие элементы (VP, WP, UN и WN), таким образом, управляются, чтобы быть выключенными. В течение интервала времени между временем T1B и временем T2B, когда отключающий контактор 16 электродвигателя размыкается, ток IU U-фазы сильно смещается в положительную сторону, как представлено формой (1) волны. Ток IV V-фазы сильно смещается в отрицательную сторону, как представлено формой (2) волны. Ток IU U-фазы и ток IV V-фазы имеют форму волны без какой-либо точки перехода тока через нуль. С другой стороны, ток IW W-фазы показывает асимметричное изменение тока, которое показано формой (3) волны, в которой существует точка перехода тока через нуль.

Причина того, почему ток IU U-фазы увеличивается, значительно смещаясь в положительную сторону, и ток IV V-фазы увеличивается, значительно смещаясь в отрицательную сторону, заключается в следующем. Поскольку элемент UP верхнего плеча U-фазы и элемент VN нижнего плеча V-фазы сохраняют включенное состояние, напряжение постоянного тока прикладывается от конденсатора 19 фильтра между U-фазой и V-фазой электродвигателя 6 переменного тока. С его помощью постоянная составляющая формируется в токе IU U-фазы и токе IV V-фазы. Когда такое состояние остается таким как есть, постоянные составляющие тока IU U-фазы и тока IV V-фазы дополнительно увеличиваются, приводя в результате к повреждениям приводного контроллера 10A электродвигателя переменного тока.

Чтобы избегать этой проблемы, контактор 11 для отключения подачи электропитания размыкается и, в то же самое время, схема 18 разряда включается для того, чтобы разряжать накопленные электрические заряды в конденсаторе 19 фильтра, так что постоянная составляющая не прикладывается к электродвигателю 6 переменного тока. Чтобы предотвращать протекание тока от электродвигателя 6 переменного тока к инвертору 12, отключающий контактор 16 электродвигателя должен быть разомкнут, чтобы быстро отсоединить инвертор 12 от электродвигателя 6 переменного тока.

Следовательно, обычно, высокоуровневое устройство (не показано), которое детектировало повреждение, отключает питание замыкающей катушки отключающего контактора 16 электродвигателя, чтобы та не возбуждалась, немедленно после момента T1B, когда происходит короткое замыкание. Главный контакт отключающего контактора 16 электродвигателя, таким образом, размыкается в момент T2B.

Со ссылкой на фиг. 3, вследствие вышеописанной операции ток IW W-фазы, указанный формой (3) волны, в котором формируется точка перехода тока через нуль, прерывается, чтобы стать нулевым в момент T3B непосредственно после того, как главный контакт отключающего контактора 16 электродвигателя размыкается. Форма (4) волны указывает, что избыточное линейное напряжение формируется между V-фазой и W-фазой электродвигателя 6 переменного тока. Формы (1) и (2) волн указывают, что ток IU U-фазы и ток IV V-фазы смещаются, и, таким образом, точки перехода тока через нуль не существуют в соответствующих токах. Таким образом, токи не могут прерываться после времени T2B, когда главный контакт отключающего контактора 16 электродвигателя размыкается, и все еще протекают до момента T4B, когда формируется точка перехода тока через нуль.

Когда такое состояние продолжается, электрическая дуга продолжает формироваться между контактами U-фазы отключающего контактора 16 электродвигателя и между его контактами V-фазы, отключающий контактор 16 электродвигателя может выйти из строя из-за тепла, выделяемого электрической дугой. Газ от электрической дуги может вызывать ухудшение окружающей изоляции и короткие замыкания в отключающем контакторе 16 электродвигателя и его периферийных основных схемах.

Избыточное напряжение между линиями между V-фазой и W-фазой электродвигателя 6 переменного тока формируется за счет характерной особенности синхронного двигателя с постоянными магнитами, сконфигурированного посредством установки постоянного магнита в ротор. В частности, избыточное напряжение формируется на основе величины индуктивности обмотки статора, которая изменяется согласно углу поворота ротора, изменения индуктивности по времени и амплитуды тока и его изменения по времени в качестве основных факторов. Амплитуда избыточного напряжения указывается немного меньшей двух номинальных напряжении на фиг. 3. Как описано со ссылкой на фиг. 4, однако, поскольку ток, когда главный контакт отключающего контактора 16 электродвигателя размыкается, становится большим, или поскольку частота вращения электродвигателя 6 переменного тока увеличивается, амплитуда избыточного напряжения увеличивается, и его максимальное значение достигает десятикратного номинального напряжения.

На Фиг. 4 показан пример характеристик соотношения между амплитудой тока IU U-фазы и амплитудой линейного напряжения, сформированного в электродвигателе 6 переменного тока, когда ток IW W-фазы прерывается. Ссылочный номер 50 обозначает характеристику, когда частота FM вращения электродвигателя 6 переменного тока равна 332 Гц. Ссылочный номер 51 обозначает характеристику, когда частота FM вращения электродвигателя 6 переменного тока равна 63 Гц.

Со ссылкой на фиг. 4, когда ток IU U-фазы равен приблизительно 1500 А в момент времени, когда ток IW W-фазы прерывается в характеристике 51, в которой частота FM вращения электродвигателя 6 переменного тока равна 63 Гц, избыточное напряжение, такое как 5 кВ или выше, прикладывается между линиями электродвигателя 6 переменного тока. С другой стороны, когда ток IU U-фазы равен приблизительно 1500 А в момент времени, когда ток IW W-фазы прерывается в характеристике 50, в которой частота FM вращения электродвигателя 6 переменного тока равна 332 Гц, которая является максимальной частотой, избыточное напряжение, такое как 30 кВ или выше, прикладывается между линиями электродвигателя 6 переменного тока.

Избыточное линейное напряжение характеристики 50 приблизительно в десять раз больше, чем номинальное напряжение. Изоляция электродвигателя 6 переменного тока и основных схем на стороне электродвигателя 6 переменного тока ниже по течению тока, чем отключающий контактор 16 электродвигателя (например, отключающего контактора 16 электродвигателя и проводника UM U-фазы со стороны электродвигателя, проводника VM V-фазы со стороны электродвигателя и проводника WM W-фазы со стороны электродвигателя, соединяющих отключающий контактор 16 электродвигателя с электродвигателем 6 переменного тока) может быть нарушена соответствующим образом, приводя к повреждению приводного контроллера 10A электродвигателя переменного тока.

Напряжение, приложенное к инвертору 12 (напряжение шины), и напряжения проводника UI U-фазы со стороны инвертора, проводника VI V-фазы со стороны инвертора и проводника WI W-фазы со стороны инвертора, соединяющих инвертор 12 с отключающим контактором 16 электродвигателя (линейное напряжение и напряжение на землю) не увеличиваются до напряжения на выводах конденсатора 19 фильтра (напряжения электропровода контактной сети) или выше из-за диодного элемента, встроенного в переключающий элемент. Т.е. изоляция между элементами верхнего и нижнего плечей инвертора 12 и изоляция проводника UI U-фазы со стороны инвертора, проводника VI V-фазы со стороны инвертора и проводника WI W-фазы со стороны инвертора, соединяющих инвертор 12 с отключающим контактором 16 электродвигателя, не повреждается.

Блок 17A управления сконфигурирован на основе заключений, упомянутых выше. На Фиг. 5 показана структурная схема блока 17A управления, показанного на фиг. 1. На Фиг. 6 показана структурная схема блока 20 определения состояния тока, показанного на фиг. 5.

Как показано на фиг. 5, блок 17A управления включает в себя, например, блок 20 определения состояния тока, логический блок 30 стробирующего сигнала и блок 40A управления контактором. Эти блоки описаны ниже в этом порядке.

Трехфазные токи IU, IV и IW, детектированные детекторами 13, 14 и 15 тока, вводятся в блок 20 определения состояния тока. Блок 20 определения состояния тока отслеживает состояния детектированных трехфазных токов IU, IV и IW и выводит результат мониторинга в качестве сигнала FD состояния тока, служащего в качестве сигнала определения посредством конфигурации, которая будет описана позже, показанной на фиг. 6. Сигнал FD состояния тока выводится в логический блок 30 стробирующего сигнала и в блок 40A управления контактором. Сигнал FD состояния тока также выводится в качестве команды OV разряда в схему 18 разряда.

Конфигурация логического блока 30 стробирующего сигнала

Логический блок 30 стробирующего сигнала включает в себя схему-защелку 31, логическую схему НЕ (NOT) 32 и логическую схему И (AND) 33 с двумя входами. Сигнал FD состояния тока подается на контакт S установки схемы-защелки 31. Сигнал RST сброса, сформированный высокоуровневым устройством (не показано), подается на контакт R сброса схемы-защелки