用于交流电力机车的电力变换器制造技术

本发明专利技术揭示一种具有功率因数控制装置（１４，１２，１７）的交流电力机车的电力变换器，其交流侧经变压器（２）与交流架空线连接，其直流侧连接驱动所述电力机车的电动机的控制装置（３），该变换器通过在交流侧控制功率因数，伴随所述电动机（１５）的运动运转和再生制动运转，在所述控制装置和所述交流架空线之间传送和接收功率，该电力变换器包括：控制所述变换器直流侧电压为预定值的直流电压控制装置（１０，１１）；确定所述电动机是处于运动运转或再生运转的运行／再生运转确定装置；检测所述架空线电压的架空线电压检测装置；其中，所述功率因数控制装置包括根据来自所述架空线电压检测装置和所述运行／再生运转检测装置的检测信号控制所述交流侧的功率因数，使伴随所述电动机的运行运转和再生运转的所述架空线电压的变动被抑制的装置（１５，１６）。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从交流架空线接收电力的电力机车，更具体地说，涉及包括功率因数控制装置的交流电力机车的电力变换器，该电力变换器与控制电力机车驱动电动机的控制装置相连，用于在该控制装置和架空线间通过控制交流侧的功率因数，伴随电动机的运行运转和再生运转进行功率传送和接收。
技术介绍
作为在交流馈线段运行的电力机车上设置的、用于把自架空线接收的交流功率转换成直流功率的电力变换器，已采用的一种通过二极管桥(无再生功能)、借助于晶闸管桥(有再生功能)控制交流相位以控制直流电压的外部换向变换器，以及运行运转及再生运转均能胜任的自换向变换器(self commutated converter)执行交-直流变换，并通过使用自消弧半导体器件(self arc suppressingsemiconductor device)进行PWM控制而得到功率因数为1。这种自换向变换器在例如日本专利公开公报特开昭62-123961中已加以描述。随着近来在诸如GTO(闸门关断可控硅)和IGBT(绝缘栅双极晶体管)之类的大容量自消弧半导体开关器件方面的进展，能进行再生制动运转的自换向变换器已经应用。此外，随着运输量的增加，操纵的电力也相应增大。以往，仅仅注意运行运转和再生运转中架空线的无功功率，执行自换向变换器的控制仅使任何时候无功功率均为零，即功率因数为1。但是，随着操纵电力的增大，获得功率因数为1的控制产生了下述情况当在远离变电所的位置进行运行运转时，架空线上的电压降低，因而不可能执行预定的运行功能；当在远离变电所的位置进行再生制动运转时，与上述相反，架空线上的电压升高，因而不能得到预定的制动力。本专利技术的目的在于提供一种能稳定架空线电压，并防止运行性能和再生制动性能劣化的交流电力机车的电力变换器。专利技术的揭示本专利技术通过提供下述电力变换器而达到了上述目的。本专利技术所述的一种具有功率因数控制装置的交流电力机车的电力变换器，其交流侧经变压器与交流架空线连接，其直流侧连接驱动所述电力机车的电动机的控制装置，该变换器通过在交流侧控制功率因数，伴随所述电动机的运行运转和再生制动运转，在所述控制装置和所述交流架空线之间传送和接收功率，该交流电力机车的电力变换器包括控制所述变换器直流侧电压为预定值的直流电压控制装置；确定所述电动机是处于运行运转或再生运转的运行/再生运转确定装置；检测所述架空线电压的架空线电压检测装置；其中，所述功率因数控制装置包括根据来自所述架空线电压检测装置和所述运行/再生运转检测装置的检测信号控制所述交流侧的功率因数，使伴随所述电动机的运行运转和再生运转的所述架空线电压的变动被抑制的装置。根据本专利技术，采用电力变换器的功率因数控制取决于是运行运转方式还是再生运转方式的方法，虽然执行这种控制有时会使无功功率变大(因为不作保持功率因素为1的控制)，但电力变换器的交流侧的电压能始终保持在预定值。这样，尤其在再生运转方式中，直流电压变得大于架空线侧的交流电压，而且可在架空线侧再生与该差值相应的功率。因此，本专利技术的交流电力机车的电力变换器给出良好的再生制动性能。附图概述附图说明图1是本专利技术一个实施例的电力变换器的构成图。图2表示图1中的α设定装置的一个实施例。图3表示图1中的α设定装置的另一个实施例。图4是本专利技术自换向变换器动作的说明图。图5是用于说明本专利技术原理的馈线系统阻抗的说明图。图6是用于说明本专利技术原理的、表示变电所电压ES和架空线电压EP关系的图。图7是用于说明本专利技术原理的、表示相位和架空线电压间关系的图。本专利技术的最佳实施方式在叙述本专利技术的实施例前，先参照图5至图7叙述本专利技术所依据的原理。架空线电压降落的根本原因可用图5作分析性的说明。图6示意表示馈电系统的阻抗。变电所用标号l表示，变电所变压器的电抗分量、架空线的电阻分量和电抗分量分别用XS、RL、XL表示。通常，其值约为XS=7.44Ω，RL=0.28Ω/KM及XL=0.769Ω/KM。来自变电所的不包括电抗XS的传送电压以ES表示，电力机车导电弓处的电压以EP表示。电力机车的电力变换器包括把架空线电压变换成便于操纵的电压的变压器2，用于把来自变压器的交流电压变换成直流电压的PWM变换器3，用于把直流电压变换成控制感应电动机5的交流电压的PWM逆变器4等等。现在假设当电力机车位于离变电所20KM处时，在运行运转及再生制动运转中分别控制8MW峰值功率及-8MW功率，得到这时具有的架空线电压EP。变电所输送的电压EP假设为20KV。图6是表示在运行运转方式和再生运转方式中，架空线电压EP和变电所传送电压ES之间关系的矢量图。用IP表示架空线电流，因为PWM变换器3能相对于架空线电压EP控制功率因数，故假设架空线电流IP相对于架空线电压EP的相位控制成滞后相角α。用P表示控制电力机车的功率，则架空线电压EP和架空线电流的关系如下式P=IP×EP×COSα…(1)架空线电压EP和变电所电压ES的关系表示为ES=(EP+IPRLcosα+IPXLsinα)2+(IPXLcosα-IPRLsinα)2···(2)]]>从(1)式可得IP=P/(EP·COSα)，代入(2)式后EP可表示为Ep=12{ES2-2P(RL+XLtanα)+ES4-4P(RL+XLtanα)ES2-4P2(XL+RLtanα)2}···(3)]]>根据(3)式对上述条件计算架空线电压EP，计算结果示于图7。当在离变电所20KM处控制运行运转的8MW功率时，从图中显示，当用功率因数为1进行控制时，架空线电压降落变得极大，即相对于变电所传输电压20KV架空线电压降至低于16KV，这样不可能进行运行运转。已经熟知，在这种情况下，通过把受PWM变换器3控制的电流IP的相位控制成移至超前方向，可恢复架空线电压EP，使达到运行运转性能。另一方面，当用功率因数为1控制-8KW再生功率时，架空线电压趋于稍有降低。但是，当因有另外运行运转中的电力机车使架空线电压降低时(当存在备有常规外部换向变换器的其它电力机车且它们以约0.8功率因数消耗滞后电流时，架空线电压显著降落)，已经熟知，通过把受PWM变换器3控制的电流IP的相位控制成移至其滞后方向，可恢复架空线电压EP，且不损害运行运转中的其它电力机车的运行运转性能而获得架空线电压EP的稳定。现参照图1描述基于上述想法的本专利技术的实施例。由诸如变电所之类的交流电源1经架空线提供的交流电力经未图示的导电弓取得并提供给变压器2。变压器2经电感LT(同时作为变压器绕组)与作为自换向变换器的脉宽调制(PWM)变换器3相连。PWM变换器3的直流侧经平滑电容器6连至三相PWM逆变器4。用PWM逆变器4产生的具有可变电压、可变频率的交流电力，驱动作为负载的感应电动机5。PWM变换器3工作，使直流电压Vd为预定值。直流电压指令Vd*和检测作为平滑电容器6两端电压的直流电压Vd在加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有功率因数控制装置的交流电力机车的电力变换器，其交流侧经变压器与交流架空线连接，其直流侧连接驱动所述电力机车的电动机的控制装置，该变换器通过在交换侧控制功率因数，伴随所述电动机的运行运转和再生制动运转，在所述控制装置和所述交流架空线之间传送和接收功率，其特征在于，所述交流电力机车的电力变换器包括：控制所述变换器直流侧电压为预定值的直流电压控制装置；确定所述电动机是处于运行运转或再生运转的运行／再生运转确定装置；检测所述架空线电压的架空线电压检测装置；所述功率因数控制 装置根据来自所述架空线电压检测装置和所述运行／再生运转检测装置的检测信号控制所述交流侧的功率因数，使伴随所述电动机的运行运转和再生运转的所述架空线电压的变动被抑制。

【技术特征摘要】

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