功率转换装置及功率转换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率转换装置及功率转换方法。
【背景技术】
[0002]交流型的电气铁道车辆(以下称为电车)从交流架空线经由受电弓(pantographa)等集电装置来得到交流电，并利用主变压器来进行降压，从而获得一种功率转换装置的交流电源。交流功率转换装置具备:将交流电转换成直流电的转换器部、将直流电转换成交流电以驱动主电动机的逆变器部、以及将转换器部与逆变器部相连接的直流中间电容器。转换器部的控制中，采用PWM(Pulse Width Modulat1n:脉冲宽度调制)方式，进行高效率功率因数I控制，以使得转换器输入功率的功率因数无限接近I。
[0003]为了实现高效率功率因数I控制，转换器的微机控制部从主变压器的初级电路检测出架空线电压，并进行控制，以使得转换器的输入电压与架空线电压的相位一致。为了准确获得架空线电压的相位，需要检测出架空线电压的频率。
[0004]另外，以往，停电时再生逆变器动作中的PWM转换器起到发电机的作用，对因与本身的输出频率相同步地进行控制动作而产生的输出频率相对于架空线电压的频率范围的偏差进行检测。为了在架空线电压频率不同的区间内对用于检测输出频率的偏差的阈值进行切换，也需要检测出架空线电压的频率。
[0005]因此，专利文献I所公开的电车用频率检测器设置有与架空线电源频率种类数相同个数的BPF(Band-Pass Filter:带通滤波器)，使BPF的中心频率与各电源频率相一致来进行设定，将输出最大的BPF的中心频率作为架空线频率来检测出。
现有技术文献专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开昭63-56101号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0007]专利文献I所公开的电车用频率检测器中，需要设置与已知的架空线频率的种类数相同个数的BPF以及包络线处理电路，从而电路变得复杂。另外，在日本国内频率为50Hz或60Hz，但其他国家采用16.7Hz或25Hz来作为架空线频率。专利文献I所公开的电车用频率检测器中，根据车辆所行驶的区间的频率种类来准备多个BPF，设定各BPF的滤波特性，另外，还需要设定各包络线处理电路，从而无法标准化电路结构。另外，在架空线频率与预先设定的BPF的中心频率之间产生偏差的情况下，转换器的动作变得不稳定。
[0008]本发明鉴于上述情况而得以完成，其目的在于，以更简单的电路结构来检测出输入电压的频率，并使转换器的动作更稳定。
用于解决技术问题的手段
[0009]为了达成上述目的，本发明的功率转换装置具备变压器、频率检测部、滤波调节部以及转换部。变压器对所输入的交流电压进行变压。频率检测部基于经过了带通滤波器的交流电压超过阈值的时刻之间的间隔，来检测交流电压的频率。滤波调节部将频率检测部所检测出的交流电压的频率作为带通滤波器的中心频率，从而计算出滤波特性，并基于滤波特性来调节带通滤波器。转换部基于经过了带通滤波器的交流电压，来进行控制以使得功率因数变为规定值以上，将经过变压器进行变压后的交流电压转换成直流电压来进行输出。
发明效果
[0010]根据本发明，能以更简单的电路结构来检测输入电压的频率，并能使转换器的动作更为稳定。
【附图说明】
[0011]图1是表示本发明的实施方式所涉及的功率转换装置的结构例的框图。
图2是表示实施方式所涉及的功率转换装置配置到电车上的配置例的框图。
图3是表示实施方式所涉及的频率检测部的结构例的框图。
图4是表示实施方式中的BPF的输出例的图。
图5是表示实施方式所涉及的频率检测部所进行的频率检测的示例的图。
图6是表示实施方式所涉及的频率检测部所进行的频率检测的示例的图。
图7是表示实施方式所涉及的频率检测部所进行的频率检测的动作的一个示例的流程图。
【具体实施方式】
[0012]以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，图中对相同或同等的部分标注相同标号。
[0013]图1是表示本发明的实施方式所涉及的功率转换装置的结构例的框图。功率转换装置I具备:变压器2、转换器3、转换器控制部4、BPF (Band-Pass Filter:带通滤波器)5、频率检测部6、滤波调节部7以及电压检测器8。转换器控制部4具备:由CPU (CentralProcessing Unit:中央处理器)及内部存储器等构成的处理器、以及由RAM (Random AccessMemory:随机存取存储器)及闪存等构成的存储器。转换器控制部4执行存储在存储器中的控制程序，来进行转换器3的控制。转换器控制部4与转换器3协同工作，进行作为转换部的动作。
[0014]图2是表示将实施方式所涉及的功率转换装置配置于电车上的配置例的框图。从架空线11经由集电装置12将交流电提供至变压器2的初级侧。变压器2将提供至初级侧的交流电进行降压，并将经过降压的交流电提供给转换器3。转换器3将该交流电转换成直流电，经由具备滤波电容器13的中间电路输出至逆变器14。逆变器14将直流电转换成交流电并提供给电动机15，以驱动电动机15。在电动机15被驱动的情况下，产生出电车的推动力。
[0015]变压器2的初级侧的电压(以下称作架空线电压)由电压检测器8来检测，经由BPF5提供至转换器控制部4及频率检测部6。转换器控制部4基于经过BPF5的架空线电压来生成栅极脉冲，对转换器3所具备的开关元件进行控制。转换器控制部4进行控制以使得转换器3的输入电力的功率因数成为规定值以上，例如使得功率因数尽可能接近I。
[0016]频率检测部6基于经过BPF5之后的架空线电压超过阈值的时刻之间的间隔，来检测架空线电压的频率，并发送至滤波调节部7。在后面对频率检测部6的动作进行详细说明。在从频率检测部6发送来的频率大于规定值，且视作频率检测部6检测出架空线电压的频率的情况下，滤波调节部7将该频率作为BPF5的中心频率，计算出滤波特性，基于该滤波特性来调节BPF5。例如在从频率检测部6发送来的频率大于O的情况下，滤波调节部7将该频率作为BPF5的中心频率，计算出滤波特性，基于该滤波特性来调节BPF5。通过随时调节BPF5的滤波特性，从而能基于经过BPF5的架空线电压使由转换器控制部4控制的转换器3的动作更加稳定。
[0017]图3是表示实施方式的频率检测部的结构例的框图。频率检测部6具备:比较器61、频率计数部62、频率阈值输出部63、比较器64以及电压阈值输出部65。向比较器61输入有经过BPF5的架空线电压及电压阈值输出部65所输出的电压阈值。比较器61在经过BPF5的架空线电压大于电压阈值的情况下输出高⑶电平的信号，在经过BPF5的变压器2的初级电压在电压阈值以下的情况下输出低(U电平的信号。
[0018]频率计数部62在比较器61的输出的上升沿，开始以规定周期进行计数，将到下一个比较器61的输出的上升沿为止的计数与周期之间的乘积的倒数作为架空线电压的频率，输出至比较器64及滤波调节部7。频率计数部62重复如下动作:在下一个比较器61的输出的上升沿将计数值重置，重新以规定的周期来开始计数。通过缩短规定周期，从而能提高频率计数部62中的架空线电压的频率的检测精度。
[0019]向比较器64输入有频率计数部62的输出及频率阈值输出部63所输出的频率阈值。比较器64在频率计数部62的输出大于频率阈值的情况下，输出高电平的信号，频率计数部62的输出在频率阈值以下的情况下，输出低电平的信号。
[0020]图4是表示实施方式中的BPF的输出的示例的图。横轴是频率(Hz)，纵轴是经过BPF5后的架空线电压与架空线电压的振幅比。曲线图中示出了 BPF5的中心频率为16.7Hz、50Hz以及60Hz时的特性。以BPF5的中心频率为50Hz的情况为例进行说明。点A表示架空线电压的频率为50Hz时的振幅比，点B表示架空线电压的频率为60Hz时的振幅比，点C表示架空线电压的频率为16.7Hz时的振幅比。架空线电压为16.7Hz，BPF5的中心频率为50Hz的情况下，衰减量变大，经过BPF5之后的电压的值变小。
[0021]在BPF5中的衰减较大，经过BPF5之后的架空线电压在电压阈值输出部65所输出的电压阈值以下的情况下，无法利用频率计数部62来检测出架空线电压的频率。为了在架空线电压的频率所能取的值不明的情况下、或是架空线频率发生变动的情况下，仍能检测出架空线电压的频率，电压阈值输出部65准备多个电压阈值。电压阈值输出部65从最大阈值起依次进行输出。
[0022]频率计数部62基于由电压阈值及经过BPF5后的架空线电压所决定的比较器61的输出，来检测出频率。在经过BPF5后的架空线电压在电压阈值输出部65所输出的电压阈值以下的情况下，频率计数部62的输出为0，比较器64的输出为低电平。在比较器64的输出一定时间以上地持续为低电平的情况下，架空线电压为电压阈值以下，无法检测出频率，因此电压阈值输出部65将阈值变更为较小的值。通过重复上述处理，从而即使在架空线电压的频率所能取的值不明的情况下、或是架空线频率发生变动的情况下，仍能检测出架空线电压的频率。以下对使用多个电压阈值的情况下的频率检测部6的动作进行说明。
[0023]图5及图6是表示实施方式所涉及的频率检测部所进行的频率检测的示例的图。图5的上部是BPF5的中心频率为50Hz且架空线电压的频率为50Hz的情况下经过BPF5之后的架空线电压的曲线图。如图4所示，在BPF5的中心频率与架空线电压的频率均为50Hz的情况下，衰减量非常小，经过BPF5之后的