Controlador de vehículo eléctrico que incluye un motor de C.A.

(1), el controlador de vehículo eléctrico comprendiendo: un circuito principal (7) configurado para convertir una electricidad de C.C: suministrada por una fuente de alimentación de C.C. en una electricidad de C.A. y suministrar la electricidad de C.A. al motor de C.A. (1); una unidad de control vectorial (8) configurada para generar una orden de conmutación para ordenar una operación de conmutación del circuito principal (7), realizando asi el control vectorial del motor de CA (1); una unidad generadora de valores de orden de par motor (10) configurada para generar un valor de orden de par motor que es un valor de orden de un par motor que el motor de C.A. (1) hace que se produzca; y una unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11 a; 11 c) configurada para calcular, a partir del valor de orden de par motor, un primer valor de orden de flujo magnético para minimizar una pérdida del motor de C.A. (1), y un segundo valor de orden de flujo magnético, que es un valor de orden de flujo magnético cuando el motor de C.A. (1) es controlado en un modo de un pulso, calcular una primera suma total de pérdidas del motor de C.A. (1) Y las pérdidas del circuito principal (7) cuando el motor de CA (1) es controlado por el primer valor de orden de flujo magnético y una segunda suma total de pérdidas del motor de C.A. (1) Y las pérdidas del circuito principal (7) cuando el motor de C.A. (1) es controlado por el segundo valor de orden de flujo magnético. en donde la unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11a; 11c) es configurada además para enviar el primer valor de orden de flujo magnético a la unidad de control vectorial (8) cuando la primera suma total es inferior a la segunda suma total, y enviar el segundo valor de orden de flujo magnético a la unidad de control vectorial (8) cuando la primera suma total es igualo superior a la segunda suma total.

Controlador de vehículo eléctrico

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un convertidor de corriente para vehículos ferroviarios, y, más especialmente a un controlador de vehículos eléctricos que incluyen un motor de C.A.

TÉCNICA ANTERIOR

Como se describe en las páginas 99 a 134 del Documento no patente 1, por ejemplo, los controladores de vehículos eléctricos convencionales realizan generalmente el llamado control vectorial. En el control vectorial, un vector de CA que fluye en un motor de C.A. es gestionado y controlado dividiendo el vector de CA en un componente de flujo magnético y un componente de par motor en un sistema de coordenadas giratorio.

Generalmente, una tensión inducida de un motor de C.A. es proporcional a un producto de una velocidad de giro del motor de C.A. y un flujo magnético del mismo. La tensión inducida llega a ser incontrolable cuando excede la tensión máxima que el controlador puede producir. Para asegurar que la tensión inducida no llegue a ser incontrolable, es común realizar un control en los motores de C.A. para debilitar el flujo magnético por debajo de un flujo magnético nominal en un área de alta velocidad. En los controladores de vehículos eléctricos, se realiza despuéS el control para disminuir una pérdida por conmutación en un convertidor de corriente de un dispositivo de control. Es decir, se utiliza un modo de un pulso en el que sólo se realiza la conmutación dos veces en 360 grados en el ángulo eléctrico de una onda fundamental de orden de tensión de CA para producir un tensión de onda rectangular adaptada a una tensión máxima que el dispositivo de control puede producir para un área de alta velocidad. Como se describe en el Documento de patente 1, por ejemplo, se obtiene un valor de orden de flujo magnético secundario mediante una operación aritmética y el valor obtenido es utilizado para el control, de manera que el control del flujo magnético y el control del par motor se consigan de forma estable durante el modo de un pulso.

El Documento de patente 1 describe específicamente una relación de operación entre un valor de orden de flujo magnético , 2*2 y una tensión IVI. Es decir, en un área de velocidad en la que se puede producir un flujo magnético nominal, el valor de orden de flujo magnético se ajusta para que sea una orden de flujo magnético de un valor nominal constante, de manera que la tensión IVI aumente con la velocidad de giro. Cuando la tensión IVI alcanza una tensión máxima de salida controlable, se activa el modo de un pulso. Mientras la tensión se adapta al valor máximo, el valor de orden de flujo magnético es controlado para que sea pequeño según la velocidad de giro por la Ecuación (6) en el Documento de patente 1.

Por otro lado, el Documento de patente 2 describe un método para minimizar una suma total de una pérdida primaria de cobre, una pérdida secundaria de cobre, y una pérdida primaria de hierro de un motor de inducción. En este método, se calcula un valor de orden de flujo magnético con respeto a un valor de orden de par motor y el motor de inducción es controlado en base al valor de orden de flujo magnético calculado.

Documento de patente 1: Solicitud de patente japonesa pública N° H 11-285299 Documento de patente 2: Solicitud de patente japonesa pública N° H7-322700 Literatura no patente 1: "Theor y and Designing Practice of AC Servo System", escrito/editado por Hidehiko SUGIMOTO, Sogo Denshi Publishing.

El documento US5659235 describe un controlador de propulsión para vehículos eléctricos, que permite una reducción de las pérdidas en el motor de inducción incluido y el inversor de la fuente de tensión por correcciones según el estado de carga de la fuente de alimentación del inversor, logrando así el funcionamiento de la unidad de propulsión siempre en el punto de funcionamiento más eficiente y mejorando la eficiencia dentro del rango de capacidad de la unidad de propulsión y la fuente de alimentación. Una unidad correctora del flUjo magnético calcula un valor de corrección del flujo magnético para corregir la orden de flujo magnético según la orden de par motor, y una unidad correctora de la velocidad de giro del flujo magnético calcula un coeficiente para corregir el valor de corrección del flujo magnético según la velocidad de giro del motor de inducción.

El documento US2004012203 describe una posibilidad para ampliar la salida de tensión del inversor aplicando infinitamente muchas porciones de una oscilación armónica de número impar que, después de un análisis de Fourier, proporciona una función rectangular de las tensiones de salida del convertidor. Esta función rectangular suministra el aumento máximo posible de tensión.

El documento JP8322300 describe un controlador de propulsión para la eficiencia máxima de un sistema de propulsión para motores de inducción alimentados por un inversor. La pérdida total del motor y del inversor es expresada por una fórmula que utiliza una orden de par motor, un valor de velocidad y una corriente de excitación. En un calculador de órdenes de corriente se obtiene la corriente de excitación que minimiza la pérdida total en la carga y la velocidad arbitrarias. Se obtiene una corriente del par motor de acuerdo con la corriente de excitación. El control de la corriente se realiza de acuerdo con la corriente de excitación y la corriente del par motor. Las órdenes de corriente de excitación, que se introducen en una unidad de control de corriente, son corregidas por un modelo de flujo magnético o por un flujo magnético estimado por un observador de flujo magnético dimensional mínimo para realizar la respuesta del flujo magnético de alta velocidad. Además, las órdenes de corriente de excitación se suministran a la unidad de control de corriente mediante un limitador para limitar la corriente de salida de un inversor.

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

PROBLEMA PARA RESOLVER POR LA INVENCiÓN

Sin embargo, el controlador de vehículo eléctrico convencional tiene el problema siguiente. Se da prioridad a la reducción de la pérdida por conmutación de un circuito principal y el modo de un pulso se utiliza agresivamente. Así, se aplica una tensión fija substancialmente constante a un motor de CA sin tomar en consideración un estado verdadero de carga del motor de C.A. Como resultado, el motor de C.A. no se propulsa necesariamente con su eficiencia máxima, reduciendo así la eficiencia máxima de todo el controlador de vehículo eléctrico.

Por otro lado, al priorizar la propulsión en la que la pérdida del motor de CA se minimiza, es necesario ajustar un modo de pulso de un circuito principal en un modo de pulso distinto del modo de un pulso para manipular una amplitud de onda fundamental del valor de orden de tensión. En este caso, es posible seleccionar un modo de tres pulsos, por ejemplo. El problema en este caso es que, en el caso del modo de tres pulsos, la conmutación se realiza seis veces en 360 grados en el ángulo eléctrico. Por lo tanto, en comparación con el modo de un pulso, la pérdida por conmutación del circuito principal aumenta en el modo de tres pulsos.

Cuando se usa como circuito principal un inversor de varios niveles que tiene tres o más niveles de gradación, es posible seleccionar un modo que no sea de un pulso utilizando un inversor de 3 niveles, por ejemplo. En este caso se habilita una modulación de ancho de pulso sin cambiar el cómputo de conmutaciones de una unidad de conmutación que configura el circuito principal. Sin embargo, la dimensión, el peso, el número de componentes y el coste del circuito principal pueden aumentarse, permaneciendo por lo tanto un problema que es que este método no puede ser aplicado a todos los vehículos eléctricos.

Además, incluso en una configuración de un controlador de vehículo eléctrico convencional en el que la tensión de una unidad de fuente de alimentación de C.C. es controlada por una unidad de control del convertidor y un circuito principal del convertidor desde una unidad de fuente de alimentación de CA, la tensión de la unidad de fuente de alimentación de C.C. es controlada básicamente de manera que sea constante, lo que, asimismo después de todo, necesita la aplicación de tensión independientemente del estado de carga real del motor de CA para el motor de CA Esto plantea el problema de que no es posible una propulsión óptimamente eficiente y la eficiencia de todo el controlador de vehículo eléctrico no puede alcanzar... [Seguir leyendo]

1. Controlador de vehículo eléctrico que incluye un motor de C.A. (1) , el controlador de vehículo eléctrico comprendiendo: un circuito principal (7) configurado para convertir una electricidad de C.C: suministrada por una fuente de alimentación de C.C. en una electricidad de C.A. y suministrar la electricidad de C.A. al motor de C.A. (1) ; una unidad de control vectorial (8) configurada para generar una orden de conmutación para ordenar una operación de conmutación del circuito principal (7) , realizando asi el control vectorial del motor de CA (1) ; una unidad generadora de valores de orden de par motor (10) configurada para generar un valor de orden de par motor que es un valor de orden de un par motor que el motor de C.A. (1) hace que se produzca; y una unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11 a; 11 c) configurada para calcular, a partir del valor de orden de par motor, un primer valor de orden de flujo magnético para minimizar una pérdida del motor de C.A. (1) , y un segundo valor de orden de flujo magnético, que es un valor de orden de flujo magnético cuando el motor de C.A. (1) es controlado en un modo de un pulso, calcular una primera suma total de pérdidas del motor de C.A. (1) Y las pérdidas del circuito principal (7) cuando el motor de CA (1) es controlado por el primer valor de orden de flujo magnético y una segunda suma total de pérdidas del motor de C.A. (1) Y las pérdidas del circuito principal (7) cuando el motor de C.A. (1) es controlado por el segundo valor de orden de flujo magnético. en donde la unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11a; 11c) es configurada además para enviar el primer valor de orden de flujo magnético a la unidad de control vectorial (8) cuando la primera suma total es inferior a la segunda suma total, y enviar el segundo valor de orden de flujo magnético a la unidad de control vectorial (8) cuando la primera suma total es igualo superior a la segunda suma total.

2. Controlador de vehiculo eléctrico según la reivindicación 1. en donde la unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11a; 11b) calcula un valor de orden de flujo magnético cuando el motor de C.A. (1) es controlado en un modo de un pulso y envía el valor de orden de flujo magnético calculado a la unidad de control vectorial (8) .

3. Controlador de vehículo eléctrico según la reivindicación 1, que comprende: un circuito del convertidor de C.A. a C.C. configurado para convertir una energia de C.A. suministrada desde una fuente de alimentación de C.A. en una electricidad de C.C.; una unidad de control del convertidor (6) configurada para generar una orden de conmutación para ordenar una operación de conmutación del circuito del convertidor de CA a C.C. (5) ; una unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) a la que se introduce una electricidad de C.C. enviada desde el circuito principal del convertidor de C.A. a C.C .. en donde la unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) es la fuente de alimentación de C.C.; y una unidad detectora de tensión de C.C. que detecta un tensión de la unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) , en donde la unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11a) es configurada además para:

calcular una amplitud de tensión terminal del motor de CA (1) cuando el motor de C.A. (1) es controlado por el primer valor de orden de flujo magnético, establecer un valor de límite inferior que es decidido anteriormente por una característica del circuito del convertidor de C.A. a C.C. (5) y que está relacionado a una tensión aplicada de la unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) a un valor de orden de tensión de C.C. para ordenar la tensión de la unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) , y enviar el valor de orden de tensión de C.C. a la unidad de control vectorial (8) .

4. Controlador de vehiculo eléctrico según la reivindicación 1, en donde la unidad generadora de valores de orden de par motor (10) es configurada para generar un valor de orden de limitación recibido de una unidad de operación operada por un conductor del vehículo eléctrico, la unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11a) incluyendo una tabla registrada con un valor de orden de flujo magnético correspondiente a una suma total de pérdidas más pequeñas, anteriormente calculada. según el valor de orden de limitación, y la unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11a) selecciona de la tabla, según el valor de orden de limitación, un valor de orden de flujo magnético para enviarlo a la unidad de control vectorial (8) .

5. Controlador de vehículo eléctrico que incluye un motor de CA (1) , el controlador de vehiculo eléctrico

comprendiendo: un primer circuito principal (5) configurado para convertir una energía de C.A. suministrada desde una fuente de alimentación de C.A. en una electricidad de C.C.; una unidad de control del convertidor (6) configurada para generar una orden de conmutación para ordenar una operación de conmutación del primer circuito principal (5) ; una unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) configurada para recibir una electricidad de C.C. del primer circuito principal (5) ;

una unidad detectora de tensión de C.C. configurada para detectar un tensión de la unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) ; un segundo circuito principal (7) configurado para convertir una electricidad de C.C: enviada desde la unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) en una electricidad de C.A. y suministrar la electricidad de C.A. al motor de CA (1) ; una unidad de control vectorial (8) configurada para generar una orden de conmutación para ordenar una operación de conmutación del segundo circuito principal (7) , realizando así el control vectorial del motor de C.A.

(1) ;

una unidad generadora de valores de orden de par motor (10) configurada para generar un valor de orden de limitación recibido de una unidad de operación de un conductor del vehículo eléctrico y un valor de orden de par motor que es un valor de orden de un par motor que se hace que el motor de C.A. (1) produzca; y una unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11a) que incluye una tabla registrada con un valor de orden de tensión de C.C. que se utiliza para ordenar la tensión de la unidad de fuente de alimentación de C.C.

(3a) y que es calculado anteriormente, según el valor de orden de limitación, en base a una amplitud de tensión terminal del motor de CA (1) cuando es controlado por un valor de orden de flujo magnético para que se minimice una pérdida del motor de C.A. (1) Y un valor de limite superior y un valor de límite inferior que son decididos anteriormente por una característica del primer circuito principal (5) y que se relacionan a una tensión aplicada de la unidad de fuente de alimentación de C.C. (3a) , y envía el valor de orden de tensión de C.C. a la unidad de control del convertidor (6) , en donde la amplitud de la tensión terminal del motor de C.A. (1) es calculada a partir del valor de orden de par motor, y la unidad de cálculo del valor de orden de control vectorial (11a) selecciona, según el valor de orden de limitación, el valor de orden de tensión de C.C. que debe enviarse a la unidad de control del convertidor (6) a partir de la tabla.

6. Controlador de vehículo eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones 1, 3 a 4 y 6, en donde las características del primer circuito principal (5) incluye una condición de tensión de la fuente de alimentación de C.A. y una configuración de circuito del primer circuito principal (5) , y una propiedad aislante y una propiedad de tensión no disruptiva del primer circuito principal (5) .

FIG.1

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FIG.2

PÉRDIDA DEL MOTOR DE INDUCCiÓN IWl DE UN PULSO (VALOR

*: CONDICiÓN DE PÉRDIDA MíNIMA

DEL LÍMITE SUPERIOR

(CONDICiÓN DE MÁXIMA EFICIENCIA)

DEL FLUJO MAGNÉTICO

FIG.3

LíMITE SUPERIOR: f6 . EFe mlJX

TENSiÓN DE SALIDA DEL SEGUNDO CIRCUITO PRINCIPAL (UNIDAD DE

CONTROL VECTORIAL) lÍMITE INFERIOR: J6 . EFe min lf

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VELOCIDAD

(1) : AMPLITUD DEL VALOR DE ORDEN DE TENSiÓN M ( .J6 .EFe DURANTE EL MODO DE UN PULSO)

r SEGÚN EL SISTEMA DEL DOCUMENTO DE PATENTE 1

(2) : AMPLITUD DEL VALOR DE ORDEN DE TENSiÓN fVI2 DURANTE LA CONDICiÓN DE MÁXIMA EFICIENCIA DEL MOTOR DE INDUCCiÓN

FIG.4

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FIG.9-1

TENSiÓN DE ONDA RECTANGULAR

ONDA FUNDAMENTAL DE ORDEN DE TENSiÓN DE C.A.

FIG.9-2 ·

FIG.9-3