JP2001025102A - Electric vehicle controller - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、交流架線の交流電
力を電源とし、可変電圧、可変周波数の交流電力に変換
して電気車駆動用交流モータに供給する電気車制御装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle control device which uses an AC power of an AC overhead wire as a power source, converts the AC power into a variable voltage and a variable frequency AC power, and supplies the AC power to an electric motor for driving an electric vehicle.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、交流架線区間を走行する電気車に
対して、架線の交流電力を電源とし、可変電圧、可変周
波数の交流電力に変換して電気車駆動用交流モータに供
給する電気車制御装置として図4に示す構成のものが知
られている。2. Description of the Related Art Conventionally, for an electric vehicle traveling on an AC overhead line section, an electric vehicle which uses AC power of the overhead line as a power source, converts the AC power into a variable voltage and a variable frequency AC power, and supplies the AC power to an electric vehicle driving AC motor. A control device having the configuration shown in FIG. 4 is known.
【0003】この従来の電気車制御装置では、交流架線
1から集電器2、交流遮断器3を介して変圧器4に交流
電力を取り込み、この変圧器4で降圧する。この降圧さ
れた交流電力はGTO、IGBTのような自己消弧可能
な主スイッチング素子を用い、力率制御が可能なPWM
(Pulse Width Modulation)コンバータ装置5によって
所定電圧の直流電力に変換する。この直流電力はさら
に、VVVF(VariableVoltage Variable Frequecy)
インバータ装置7によって3相交流電力に再変換し、1
台又は複数台の電気車駆動用交流モータ8に供給する。
そして交流モータ8の速度は、このVVVFインバータ
装置7の交流出力の電圧・周波数制御によって制御す
る。In this conventional electric vehicle control device, AC power is taken from an AC overhead line 1 to a transformer 4 via a current collector 2 and an AC circuit breaker 3, and the AC power is stepped down by the transformer 4. This stepped-down AC power uses a self-extinguishing main switching element such as GTO, IGBT, and PWM capable of power factor control.
(Pulse Width Modulation) The converter device 5 converts the power into DC power of a predetermined voltage. This DC power is further supplied to VVVF (Variable Voltage Variable Frequecy).
It is re-converted into three-phase AC power by the inverter device 7 and
It is supplied to one or a plurality of AC motors 8 for driving an electric vehicle.
The speed of the AC motor 8 is controlled by controlling the voltage and frequency of the AC output of the VVVF inverter device 7.
【0004】PWMコンバータ装置5の直流出力側とV
VVFインバータ装置7の直流入力側との間を結ぶ直流
リンク回路9にはフィルタコンデンサ6が設けられてい
て、このフィルタコンデンサ6によって直流電圧を平滑
化するようにしている。[0004] The DC output side of the PWM converter device 5 and V
The DC link circuit 9 connecting the DC input side of the VVF inverter device 7 is provided with a filter capacitor 6, and the filter capacitor 6 smoothes the DC voltage.
【0005】この図4に示した従来の電気車制御装置
は、PWMコンバータ装置5とVVVFインバータ装置
7のそれぞれの主スイッチング素子を2レベル方式とし
た代表的な回路構成であり、PWMコンバータ装置5は
図4中に示すように、主スイッチング素子をQUCとQ
UX、またQVCとQVYのように各相2個ずつ直列に
接続して直流リンク回路9の電圧を制御する。またVV
VFインバータ装置7についても、主スイッチング素子
をQUとQX、QVとQY、そしてQWとQZのように
各相2個ずつ直列に接続し、交流モータ8へ可変電圧、
可変周波数の電力を供給してモータ速度を制御する。The conventional electric vehicle control device shown in FIG. 4 has a typical circuit configuration in which the main switching elements of the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 are of a two-level system. As shown in FIG. 4, the main switching elements are QUC and Q
UX or two of each phase such as QVC and QVY are connected in series to control the voltage of the DC link circuit 9. VV
As for the VF inverter device 7, two main switching elements are connected in series, such as QU and QX, QV and QY, and QW and QZ.
A variable frequency power is supplied to control the motor speed.
【0006】一方、従来の電気車制御装置には、図5に
示す構成のものも知られている。図5に示した従来の電
気車制御装置は、図4に示した従来例と同様に交流架線
1から集電器2、交流遮断器3を介して変圧器4に交流
電力を取り込んで降圧し、降圧された交流電力をPWM
コンバータ装置5によって所定電圧の直流電力に変換
し、さらにこの直流電力をVVVFインバータ装置7に
よって3相交流電力に再変換して電気車駆動用交流モー
タ8に供給する構成である。そして交流モータ8の速度
は、VVVFインバータ装置7の可変電圧、可変周波数
の電力によって制御するようにしている。On the other hand, a conventional electric vehicle control device having a configuration shown in FIG. 5 is also known. The conventional electric vehicle control device shown in FIG. 5 takes in AC power from an AC overhead line 1 to a transformer 4 via a current collector 2 and an AC circuit breaker 3 and steps down the voltage, as in the conventional example shown in FIG. Reduced AC power to PWM
The converter device 5 converts the DC power into DC power of a predetermined voltage, and further converts the DC power into three-phase AC power by the VVVF inverter device 7 and supplies the three-phase AC power to the AC motor 8 for driving the electric vehicle. The speed of the AC motor 8 is controlled by a variable voltage and a variable frequency power of the VVVF inverter device 7.
【0007】この図5に示した従来の電気車制御装置
は、PWMコンバータ装置5とVVVFインバータ装置
7のそれぞれの主スイッチング素子を3レベル方式とし
た代表的な回路構成であり、PWMコンバータ装置5は
図5中に示すように、主スイッチング素子をCU1,C
U2,CU3,CU4の直列接続、CV1,CV2,C
V3,CV4の直列接続のように各相4個ずつ直列接続
して直流リンク回路9の電圧を制御する。そして主スイ
ッチング素子CU1,CU2間の接続点と、主スイッチ
ング素子CU3,CU4間の接続点との間は2個のダイ
オードCUP,CUNを直列接続した回路で結ばれてい
る。この2個のダイオードCUP,CUN同士の接続点
は、いわゆる中性点と呼ばれる。また、主スイッチング
素子CV1,CV2間の接続点と、主スイッチング素子
CV3,CV4間の接続点との間も2個のダイオードC
VP,CVNを直列接続した回路で結ばれている。この
ダイオードCVP,CVNの接続点も中性点と呼ばれ
る。The conventional electric vehicle control device shown in FIG. 5 has a typical circuit configuration in which the main switching elements of the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 are of a three-level system. Indicate that the main switching elements are CU1 and C
Series connection of U2, CU3, CU4, CV1, CV2, C
The voltage of the DC link circuit 9 is controlled by connecting four of each phase in series like the series connection of V3 and CV4. A connection point between the main switching elements CU1 and CU2 and a connection point between the main switching elements CU3 and CU4 are connected by a circuit in which two diodes CUP and CUN are connected in series. The connection point between the two diodes CUP and CUN is called a so-called neutral point. Also, two diodes C are connected between a connection point between the main switching elements CV1 and CV2 and a connection point between the main switching elements CV3 and CV4.
VP and CVN are connected by a circuit in which they are connected in series. The connection point between the diodes CVP and CVN is also called a neutral point.
【0008】図5に示した電気車制御装置の3レベル方
式のVVVFインバータ装置7は、主スイッチング素子
をIU1,IU2,IU3,IU4の直列接続、IV
1,IV2,IV3,IV4の直列接続、そしてIW
1,IW2,IW3,IW4の直列接続のようにUVW
各相4個ずつ直列接続した構成にして、交流モータ8へ
可変電圧、可変周波数の電力を供給してその速度制御を
行う。そして主スイッチング素子IU1,IU2間の接
続点と、主スイッチング素子IU3,IU4間の接続点
との間は2個のダイオードIUP,IUNを直列接続し
た回路で結ばれている。この2個のダイオードIUP,
IUN同士の接続点も中性点と呼ばれる。また、主スイ
ッチング素子IV1,IV2間の接続点とIV3,IV
4間の接続点との間は2個のダイオードIVP,IVN
を直列接続した回路で結ばれ、主スイッチング素子IW
1,IW2間の接続点とIW3,IW4間の接続点との
間も2個のダイオードIWP,IWNを直列接続した回
路で結ばれている。In a three-level VVVF inverter device 7 of the electric vehicle control device shown in FIG. 5, a main switching element is connected in series of IU1, IU2, IU3, IU4, and IV.
1, IV2, IV3, IV4 connected in series and IW
UVW like series connection of 1, IW2, IW3, IW4
The configuration is such that four of each phase are connected in series, and a variable voltage and a variable frequency power are supplied to the AC motor 8 to control its speed. A connection point between the main switching elements IU1 and IU2 and a connection point between the main switching elements IU3 and IU4 are connected by a circuit in which two diodes IUP and IUN are connected in series. These two diodes IUP,
The connection point between IUNs is also called a neutral point. Further, a connection point between the main switching elements IV1 and IV2 and IV3 and IV
4 and two nodes IVP, IVN
Are connected in series and the main switching element IW
The connection point between IW2 and IW2 and the connection point between IW3 and IW4 are also connected by a circuit in which two diodes IWP and IWN are connected in series.
【0009】さらに、両装置5,7の直流側同士を結ぶ
直流リンク回路9において、直流電圧を平滑化するため
のフィルタコンデンサ6は、容量が等しい分圧コンデン
サ6a,6bの2個を直列接続して構成している。そし
て直流リンク回路9の電圧を分圧して得られる1/2の
電位を示す中性点に対して、PWMコンバータ装置5の
各相の中性点とVVVFインバータ装置7の各相の中性
点をすべて接続している。Further, in a DC link circuit 9 connecting the DC sides of both devices 5 and 7, a filter capacitor 6 for smoothing a DC voltage is connected in series with two voltage dividing capacitors 6a and 6b having the same capacity. It is composed. The neutral point of each phase of the PWM converter device 5 and the neutral point of each phase of the VVVF inverter device 7 are compared with the neutral point indicating half the potential obtained by dividing the voltage of the DC link circuit 9. Are all connected.
【0010】ところで、電気車を制御するための装置は
通常、電気車の床下の限定されたスペースに艤装するた
めに小形化、軽量化を図る必要がある。このため、PW
Mコンバータ装置とVVVFインバータ装置を構成する
主スイッチング素子には高電圧、大電流を制御可能な大
容量の半導体素子を使用することによって、構成する素
子数を可能な限り少なくする必要がある。この素子数を
低減するという目的からは、電気車制御装置を図4に示
した2レベル方式の構成とするのが有利である。[0010] By the way, a device for controlling an electric vehicle usually needs to be reduced in size and weight in order to be fitted in a limited space below the floor of the electric vehicle. For this reason, PW
It is necessary to use a large-capacity semiconductor element capable of controlling a high voltage and a large current as a main switching element constituting the M converter device and the VVVF inverter device, so that the number of components is reduced as much as possible. For the purpose of reducing the number of elements, it is advantageous to configure the electric vehicle control device in a two-level configuration shown in FIG.
【0011】一方、架線より電気車へ給電する交流電力
に重畳される高調波電流成分を信号機器などの誤動作レ
ベル以下まで低減する必要があるために、PWMコンバ
ータ装置は変圧器の二次電流高調波を低減させるように
構成する。そのためには、主回路構成を3レベル方式に
することによって電流波形の改善が図れ、また主スイッ
チング素子のスイッチング周波数を高くすることによっ
て同等の効果が図れる。On the other hand, since it is necessary to reduce the harmonic current component superimposed on the AC power supplied to the electric vehicle from the overhead line to a level lower than the malfunction level of a signal device or the like, the PWM converter device has a secondary current harmonic of the transformer. It is configured to reduce waves. For this purpose, the current waveform can be improved by using a three-level main circuit configuration, and the same effect can be obtained by increasing the switching frequency of the main switching element.
【0012】また、PWMコンバータ装置、VVVFイ
ンバータ装置を構成する主スイッチング素子の構造とし
ては、圧接形とモジュール形が代表的である。圧接形素
子はその熱抵抗がモジュール形に比べて小さく、約1/
2以下であることも多い。また素子内部にハンダ付けに
よる接合部分がないので、電気車の運転、停止の繰返し
による熱疲労の影響を受けることが少なく、装置の長寿
命化、メンテナンスフリーの点で有利である。[0012] The structure of the main switching element constituting the PWM converter device and the VVVF inverter device is typically a press-contact type or a module type. The pressure resistance element has a smaller thermal resistance than the module type,
Often it is less than 2. Further, since there is no soldered joint inside the element, it is less affected by thermal fatigue due to repeated operation and stop of the electric vehicle, which is advantageous in extending the life of the device and maintenance-free.
【0013】一方、モジュール形素子は、素子をネジだ
けで所定の場所に固定することができるために構造的に
簡素化が可能であり、素子単体とその取付け部分のコス
トを低減することができる点で圧接形素子よりも有利で
ある。On the other hand, the module type element can be structurally simplified since the element can be fixed to a predetermined place only with screws, and the cost of the element alone and the mounting portion thereof can be reduced. It is more advantageous than the press-contact type element in this respect.
【0014】また別の点として、PWMコンバータ装置
及びVVVFインバータ装置の主回路構成が3レベル方
式の場合、従来は直流リンク回路9において電源電圧を
2分圧して得られる1/2の電位、つまり中性点電位を
両装置間で接続しているが、両装置の中性点同士を接続
することによって各装置のフィルタコンデンサが並列接
続されることになり、各々のフィルタコンデンサの電圧
バランス、なすわち直流電圧を1/2電圧ずつ分担して
いる比率が改善される。しかしながら、通常は各装置の
電圧制御、つまり中性点電位補償制御によって上記の電
圧バランスは電圧差として直流リンク回路電圧の10%
程度に制御される。たとえば、直流リンク回路9の電圧
がDC2000Vの場合、中性点を中心として高電圧側
1100V、定電圧側900V、電圧差にして200V
程度に制御される。Another point is that when the main circuit configuration of the PWM converter device and the VVVF inverter device is of a three-level system, conventionally, the DC link circuit 9 divides the power supply voltage into two and obtains a half potential, that is, Although the neutral point potential is connected between the two devices, the filter capacitors of each device are connected in parallel by connecting the neutral points of both devices, so that the voltage balance of each filter capacitor is maintained. That is, the ratio of sharing the DC voltage by 1 / voltage is improved. However, normally, the voltage balance described above is a voltage difference of 10% of the DC link circuit voltage by the voltage control of each device, that is, the neutral point potential compensation control.
Controlled to a degree. For example, when the voltage of the DC link circuit 9 is 2000 V DC, the high voltage side is 1100 V, the constant voltage side is 900 V, and the voltage difference is 200 V around the neutral point.
Controlled to a degree.
【0015】一方、電気車制御装置は、車体への艤装上
の制約により、PWMコンバータ装置5とVVVFイン
バータ装置7を共通の1つの箱体に収納しきれない場合
がほとんどである。さらに、各装置を同一の車両に艤装
できずに、複数車両により編成される電気車の異なる車
両にまたがって艤装される場合もある。このいずれの場
合にも、PWMコンバータ装置5とVVVFインバータ
装置7との間の直流リンク回路9は、中性点電位を含め
た3本の艤装線によって装置の外部をいったん経由して
両装置の間に配線されることになる。このため3本の艤
装線には、たとえば電気車駆動用のモータ8を4台制御
する場合、1000A程度の電流が流れることになるた
めに線径の太いものを採用しなければならず、艤装上の
大きな課題となる。ましてや、異なる車両にまたがって
艤装線が配線される場合にはその本数が可能な限り少な
い方が好ましく、3本よりも2本の方がはるかに有利で
ある。On the other hand, in most cases, the electric vehicle control device cannot accommodate the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 in one common box due to restrictions on fitting to the vehicle body. Further, in some cases, the devices may not be mounted on the same vehicle, but may be mounted on different electric vehicles organized by a plurality of vehicles. In each case, the DC link circuit 9 between the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 is connected to the outside of the device once via the three outfitting lines including the neutral point potential. It will be wired between them. For this reason, when controlling, for example, four motors 8 for driving an electric vehicle, a current of about 1000 A flows through the three outfitting wires, so that a thick wire must be adopted. This is a major challenge. Furthermore, when the outfitting lines are wired over different vehicles, it is preferable that the number of outfitting lines is as small as possible, and two lines are far more advantageous than three.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、架線
に流れる電流の高調波成分を規定値以下に低減するため
には、PWMコンバータ装置の主回路構成は3レベル方
式にするのが有利である一方、3レベル方式では主スイ
ッチング素子の数が2レベル方式の2倍必要となり、装
置構成上外形が大きくなると共にコストも上がる。As described above, in order to reduce the harmonic components of the current flowing through the overhead wire to a specified value or less, it is advantageous to use a three-level main circuit configuration of the PWM converter. On the other hand, the three-level method requires twice as many main switching elements as the two-level method, which results in an increase in size and cost due to the device configuration.
【0017】また、PWMコンバータ装置、VVVFイ
ンバータ装置を構成する主スイッチング素子として圧接
形素子は熱抵抗の点で有利であるが、取付け構造が複雑
となり、重量、コストの点でモジュール形素子に比べて
不利である一方、モジュール形素子は取付けが容易であ
るが、ハンダ付け部分の熱疲労に対する配慮が必要なこ
とから、圧接形素子に比べて素子寿命の点で不利であ
る。As a main switching element constituting the PWM converter device and the VVVF inverter device, the press contact type element is advantageous in terms of thermal resistance, but the mounting structure is complicated, and the weight and cost are lower than the module type element. On the other hand, the module type element is easy to mount, but is disadvantageous in terms of the element life as compared with the press-contact type element because consideration must be given to thermal fatigue of the soldered portion.
【0018】さらに、PWMコンバータ装置、VVVF
インバータ装置の各装置の主回路構成が3レベル方式の
場合、両装置同士の直流リンク回路は電源電圧の高圧側
と低圧側の2本の他に、中性点電位を接続する1本を追
加し、合わせて3本の線で接続する必要があり、両装置
が別の箱体に収容されている場合に装置の外部をいった
ん経由して両装置間に配線されるために、配線本数の増
加によって艤装が複雑になり配線の簡素化、軽量化、低
コスト化が困難である。Further, a PWM converter device, VVVF
When the main circuit configuration of each device of the inverter device is the three-level system, the DC link circuit between the two devices is added with one for connecting the neutral point potential in addition to the two for the high voltage side and the low voltage side of the power supply voltage. In addition, it is necessary to connect with three wires in total, and when both devices are housed in separate boxes, they are routed once between the two devices via the outside of the device. The increase increases the complexity of outfitting, making it difficult to simplify wiring, reduce weight, and reduce costs.
【0019】このように、従来の電気車制御装置では、
PWMコンバータ装置とVVVFインバータ装置との主
回路構成を共に2レベル方式としたもの、あるいは共に
3レベル方式としたものを採用していたために、漏洩高
調波の低減、装置の小形、軽量化、コストの低減、装置
間の配線本数の低減などの点で長短相備えており、特に
短所についてはシステム構成の点で大きな制約となって
いた。As described above, in the conventional electric vehicle control device,
Since the main circuit configuration of the PWM converter device and the VVVF inverter device both employs a two-level system or a three-level system, both reduce the leakage harmonics, reduce the size and weight of the device, and reduce the cost. In this case, the number of wirings between the devices is reduced, and the number of wirings between the devices is reduced. Particularly, the disadvantages are a great limitation in terms of the system configuration.
【0020】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、漏洩高調波の低減、装置の小形、軽量
化、コストの低減、装置間の配線本数の低減が図れる電
気車制御装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and is intended to reduce the number of harmonics, reduce the size and weight of the device, reduce the cost, and reduce the number of wires between the devices. It is intended to provide a device.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の電気車
制御装置は、交流電源電力を直流電力に変換して出力す
るPWMコンバータ装置と、このPWMコンバータ装置
の出力する直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電力
に再変換して交流モータに給電するVVVFインバータ
装置と、前記PWMコンバータ装置の直流側と前記VV
VFインバータ装置の直流側との間を接続する直流リン
ク回路から構成され、前記PWMコンバータ装置と前記
VVVFインバータ装置とのいずれか一方の主スイッチ
ング素子の構成を2レベル方式とし、前記他方の主スイ
ッチング素子の構成を3レベル方式としたものである。An electric vehicle controller according to the present invention comprises a PWM converter for converting an AC power supply to a DC power and outputting the DC power, and a DC frequency converter for converting the DC power output from the PWM converter to a variable frequency. A VVVF inverter device for re-converting to a variable voltage AC power and supplying power to the AC motor, a DC side of the PWM converter device and the VV
A DC link circuit that connects between the DC side of the VF inverter and the main switching element of one of the PWM converter and the VVVF inverter; The device has a three-level configuration.
【0022】請求項2の発明の電気車制御装置は、請求
項1において、前記PWMコンバータ装置を、直流側電
源電圧を2分圧し、かつ前記主スイッチング素子を前記
電源の正負間に各相4個ずつ直列接続することによって
前記電源電圧の1/2電圧を出力する前記3レベル方式
とし、前記VVVFインバータ装置を、前記主スイッチ
ング素子を前記直流側電源の正負間に各相2個ずつ直列
接続することによって前記電源電圧を出力する前記2レ
ベル方式としたものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided the electric vehicle control device according to the first aspect, wherein the PWM converter device divides the DC power supply voltage by two, and connects the main switching element between the positive and negative sides of the power supply. The three-level system outputs a half voltage of the power supply voltage by serially connecting the power supply voltage by two each, and the VVVF inverter device is connected in series with two main switching elements in each phase between positive and negative of the DC side power supply. Thus, the two-level system for outputting the power supply voltage is used.
【0023】請求項3の発明の電気車制御装置は、請求
項1において、前記PWMコンバータ装置を、前記主ス
イッチング素子を直流側電源の正負間に各相2個ずつ直
列接続することによって前記電源電圧を出力する前記2
レベル方式とし、前記VVVFインバータ装置を、前記
直流側電源電圧を2分圧し、かつ前記主スイッチング素
子を前記電源の正負間に各相4個ずつ直列接続し、それ
らの中性点間を接続することによって前記3レベル方式
としたものである。According to a third aspect of the present invention, in the electric vehicle control device according to the first aspect, the PWM converter device is connected in series with two main switching elements in each phase between the positive and negative sides of a DC power source. The voltage output 2
The VVVF inverter device is divided into two levels, and the main switching elements are connected in series between the positive and negative sides of the power supply by four in each phase between the positive and negative sides of the power supply, and the neutral points are connected. Thus, the three-level system is adopted.
【0024】請求項1〜3の発明の電気車制御装置で
は、PWMコンバータ装置とVVVFインバータ装置と
のいずれか一方の主スイッチング素子の構成を2レベル
方式とし、他方の主スイッチング素子の構成を3レベル
方式とすることにより、両装置を3レベル方式の構成と
するよりは主スイッチング素子の個数を少なくでき、し
かも直流リンク回路の配線を2本にできて、小形、軽量
化、コストの低減、装置間の配線本数の低減が図れる。In the electric vehicle control apparatus according to the first to third aspects of the present invention, one of the main switching elements of the PWM converter apparatus and the VVVF inverter apparatus has a two-level configuration, and the other main switching element has a three-level configuration. By using the level system, the number of main switching elements can be reduced as compared with the case where both devices are of the three-level system, and the number of wirings of the DC link circuit can be reduced to two, thereby reducing the size, weight, and cost. The number of wires between devices can be reduced.
【0025】またPWMコンバータ装置側を3レベル方
式、VVVFインバータ装置側を2レベル方式の構成と
すれば、コンバータ装置の交流電源側への高調波の漏洩
が低減できる。If the PWM converter is of a three-level type and the VVVF inverter is of a two-level type, the leakage of harmonics to the AC power source of the converter can be reduced.
【0026】さらにPWMコンバータ装置側を2レベル
方式、VVVFインバータ装置側を3レベル方式の構成
とすれば、VVVFインバータ装置から電気車駆動用の
交流モータへ供給される3相の交流電力のモータ電流に
含まれる高調波成分を低減し、モータ電流波形の歪み低
減が図れ、この結果、モータに発生する電磁歪音が2レ
ベル方式のVVVFインバータ装置の場合よりも低減す
ることができる。また、モータ電流は電気車の艤装配線
を流れるが、信号機器などへの艤装配線からの放射され
る直達ノイズの影響が懸念される場合、3レベル方式の
方がモータ電流の歪みが少ないためにノイズレベルが低
減でき、誘導障害の発生を防止することができる。Furthermore, if the PWM converter side is of a two-level system and the VVVF inverter side is of a three-level system, the motor current of the three-phase AC power supplied from the VVVF inverter to the AC motor for driving the electric vehicle. , The distortion of the motor current waveform can be reduced, and as a result, the electromagnetic distortion noise generated in the motor can be reduced as compared with the case of the two-level VVVF inverter device. Also, the motor current flows through the outfitting wiring of the electric car, but if there is a concern about the direct noise radiated from the outfitting wiring to signal equipment, etc., the three-level method has less motor current distortion, The noise level can be reduced, and the occurrence of guidance failure can be prevented.
【0027】請求項4の発明の電気車制御装置は、交流
電源電力を直流電力に変換して出力するPWMコンバー
タ装置と、このPWMコンバータ装置の出力する直流電
力を可変周波数、可変電圧の交流電力に再変換して交流
モータに給電するVVVFインバータ装置と、前記PW
Mコンバータ装置の直流側と前記VVVFインバータ装
置の直流側との間を接続する直流リンク回路から構成さ
れ、前記PWMコンバータ装置と前記VVVFインバー
タ装置とを共に、それらの主スイッチング素子の構成を
3レベル方式とし、前記直流リンク回路において、前記
PWMコンバータ装置の直流側の正負それぞれを前記V
VVFインバータ装置の直流側の正負それぞれに接続
し、中性点間は接続しなくしたものである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle control apparatus comprising: a PWM converter for converting an AC power supply into a DC power and outputting the DC power; and a DC power having a variable frequency and a variable voltage which converts the DC power output from the PWM converter. A VVVF inverter device for re-converting power to the AC motor and supplying power to the AC motor;
A DC link circuit for connecting between the DC side of the M converter device and the DC side of the VVVF inverter device. The main switching elements of the PWM converter device and the VVVF inverter device are configured to have three levels. In the DC link circuit, the positive and negative sides of the DC side of the PWM
It is connected to the positive and negative sides of the DC side of the VVF inverter device, and is not connected between the neutral points.
【0028】請求項4の発明の電気車制御装置では、P
WMコンバータ装置とVVVFインバータ装置とを共
に、それらの主スイッチング素子の構成を3レベル方式
とし、直流リンク回路において、PWMコンバータ装置
の直流側の正負それぞれをVVVFインバータ装置の直
流側の正負それぞれに接続し、中性点間は接続しなくし
たことにより、直流リンク回路の配線を2本にでき、ま
たコンバータ装置の交流電源側への高調波の漏洩が低減
できる。In the electric vehicle control device according to the fourth aspect of the present invention, P
Both the WM converter device and the VVVF inverter device have a three-level main switching element configuration. In the DC link circuit, the positive and negative DC sides of the PWM converter device are connected to the positive and negative sides of the VVVF inverter device, respectively. However, by eliminating the connection between the neutral points, the number of wirings of the DC link circuit can be reduced to two, and leakage of harmonics to the AC power supply side of the converter device can be reduced.
【0029】請求項5の発明の電気車制御装置は、請求
項1〜4において、前記PWMインバータ装置を構成す
る主スイッチング素子と前記VVVFインバータ装置を
構成する主スイッチング素子とのいずれか一方に大容量
の圧接形素子を用い、前記他方に小容量のモジュール形
素子を用いたものであり、すべての主スイッチング素子
に圧接形素子を採用した場合よりも構造的に簡素化で
き、またすべての主スイッチング素子にモジュール形素
子を採用した場合よりも長寿命化が図れる。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle control device according to any of the first to fourth aspects, wherein one of the main switching element constituting the PWM inverter and the main switching element constituting the VVVF inverter is provided. It uses a pressure-contact type element with a capacity, and uses a module type element with a small capacity on the other side, so that it can be structurally simplified compared to the case where a pressure-contact type element is used for all main switching elements. The service life can be extended as compared with the case where a module-type element is used as the switching element.
【0030】[0030]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図1は本発明の第1の実施の形態の
回路構成を示している。図1に示す第1の実施の形態の
電気車制御装置は、図5に示した従来の3レベル方式の
構成のPWMコンバータ装置5と、図4に示した従来の
2レベル方式の構成のVVVFインバータ装置7とを備
え、直流リンク回路9において両装置5,7の直流側同
士を接続したことを特徴としている。なお、図4及び図
5に示した従来例の回路要素と共通する部分には同一の
符号を付して、以下説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit configuration of the first embodiment of the present invention. The electric vehicle control device according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a conventional PWM converter device 5 having a three-level configuration shown in FIG. 5 and a conventional VVVF device having a two-level configuration shown in FIG. An inverter device 7 is provided, and the DC side of both devices 5 and 7 in the DC link circuit 9 is connected. Parts common to the circuit elements of the conventional example shown in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals and will be described below.
【0031】3レベル方式のPWMコンバータ装置5
は、主スイッチング素子をCU1,CU2,CU3,C
U4の直列接続、CV1,CV2,CV3,CV4の直
列接続のように各相4個ずつ直列接続して直流リンク回
路9の電圧を制御する。そして主スイッチング素子CU
1,CU2間の接続点と主スイッチング素子CU3,C
U4間の接続点とは、2個のダイオードCUP,CUN
を直列接続した回路で結ばれている。また、主スイッチ
ング素子CV1,CV2間の接続点と主スイッチング素
子CV3,CV4間の接続点とは、2個のダイオードC
VP,CVNを直列接続した回路で結ばれている。A three-level PWM converter device 5
Indicates that the main switching elements are CU1, CU2, CU3, C
The voltage of the DC link circuit 9 is controlled by connecting four units of each phase in series, such as a series connection of U4 and a series connection of CV1, CV2, CV3, and CV4. And the main switching element CU
Between CU1, CU2 and main switching elements CU3, C
The connection point between U4 is two diodes CUP, CUN
Are connected in series. A connection point between the main switching elements CV1 and CV2 and a connection point between the main switching elements CV3 and CV4 are two diodes C
VP and CVN are connected by a circuit in which they are connected in series.
【0032】2レベル方式のVVVFインバータ装置7
は、主スイッチング素子をQUとQX、QVとQY、そ
してQWとQZのように各相2個ずつ直列に接続し、交
流モータ8へ可変電圧、可変周波数の電力を供給してモ
ータ速度を制御する。The VVVF inverter device 7 of the two-level system
Controls the motor speed by connecting two main switching elements in series, such as QU and QX, QV and QY, and QW and QZ, two in each phase, and supplying a variable voltage and a variable frequency power to the AC motor 8. I do.
【0033】両装置5,7の直流側同士を接続する直流
リンク回路9において、PWMコンバータ装置5の直流
出力を平滑化するためのフィルタコンデンサ6は直流電
圧を2分圧する分圧コンデンサ6a,6bによって構成
し、それらの中性点をPWMコンバータ装置5の各中性
点と共通に接続している。そしてPWMコンバータ装置
5の直流出力の正極側、負極側はVVVFインバータ装
置7の直流入力の正極側、負極側にそれぞれ配線A,B
によって接続しているが、VVVFインバータ装置7の
中性点とPWMコンバータ装置5の中性点とは接続して
いない。In the DC link circuit 9 connecting the DC sides of the devices 5 and 7, the filter capacitors 6 for smoothing the DC output of the PWM converter 5 are voltage dividing capacitors 6a and 6b for dividing the DC voltage into two. , And these neutral points are commonly connected to the neutral points of the PWM converter device 5. The positive and negative DC output terminals of the PWM converter device 5 are connected to the positive and negative DC input terminals of the VVVF inverter device 7, respectively.
However, the neutral point of the VVVF inverter device 7 and the neutral point of the PWM converter device 5 are not connected.
【0034】これにより、第1の実施の形態の電気車制
御装置では、PWMコンバータ装置5は3レベルの電
圧、すなわち直流リンク電圧と直流リンク電圧を2分圧
して得られる1/2の電位、つまり中性点電位をそれぞ
れ制御する。そして、VVVFインバータ装置7は、交
流モータ8へ可変電圧、可変周波数の電力を供給してモ
ータ速度を制御する。Thus, in the electric vehicle control device of the first embodiment, the PWM converter device 5 has three levels of voltage, that is, a DC link voltage and a half potential obtained by dividing the DC link voltage by two. That is, the neutral point potential is controlled. The VVVF inverter device 7 supplies a variable voltage and a variable frequency power to the AC motor 8 to control the motor speed.
【0035】この第1の実施の形態では、コンバータ装
置5とインバータ装置7との両方を3レベル方式とする
場合よりも主スイッチング素子の個数を低減できて小
形、軽量化が図れ、本装置を電気車の床下の限られたス
ペースに艤装するのが容易になる。また、変圧器4の2
次巻線とPWMコンバータ装置5との間に流れる二次電
流(交流)に含まれる高調波を低減でき、結果として架
線1より電気車へ給電する交流電力に重畳される高調波
電流成分を信号機器などの誤動作レベル以下に低減する
ことができる。In the first embodiment, the number of main switching elements can be reduced and the size and weight can be reduced as compared with the case where both the converter device 5 and the inverter device 7 are of a three-level system. It is easier to fit into the limited space under the floor of the electric car. Moreover, 2 of the transformer 4
The harmonic contained in the secondary current (AC) flowing between the secondary winding and the PWM converter device 5 can be reduced, and as a result, the harmonic current component superimposed on the AC power supplied from the overhead wire 1 to the electric vehicle is signaled. It can be reduced below the malfunction level of the device and the like.
【0036】加えて、直流リンク回路9において両装置
5,7間を接続する配線がA,Bの2本だけであるの
で、両装置5,7が別の箱体に収容されている場合に装
置の外部をいったん経由して両装置間に配線するのに配
線本数が少なくて艤装が容易になり、配線の簡素化、軽
量化、低コスト化が図れる。In addition, since only two wires A and B connect the two devices 5 and 7 in the DC link circuit 9, when both devices 5 and 7 are housed in separate boxes. The wiring between the two devices via the outside of the device once is reduced, the number of wires is small, the outfitting becomes easy, and the wiring can be simplified, reduced in weight and reduced in cost.
【0037】次に、本発明の電気車制御装置の第2の実
施の形態を図2に基づいて説明する。第2の実施の形態
の電気車制御装置は、図4に示した従来の2レベル方式
の構成のPWMコンバータ装置5と、図5に示した従来
の3レベル方式の構成のVVVFインバータ装置7とを
備え、直流リンク回路9において両装置5,7の直流側
同士を接続したことを特徴としている。Next, a second embodiment of the electric vehicle control device of the present invention will be described with reference to FIG. The electric vehicle control device according to the second embodiment includes a conventional two-level PWM converter device 5 shown in FIG. 4 and a conventional three-level VVVF inverter device 7 shown in FIG. The DC link circuit 9 is characterized in that the DC sides of both devices 5 and 7 are connected to each other.
【0038】2レベル方式のPWMコンバータ装置5
は、主スイッチング素子をQUCとQUX、またQVC
とQVYのように各相2個ずつ直列に接続して直流リン
ク回路9の電圧を制御する。Two-level PWM converter 5
, The main switching elements are QUC and QUX, and QVC
And QVY, two of each phase are connected in series to control the voltage of the DC link circuit 9.
【0039】3レベル方式のVVVFインバータ装置7
は、主スイッチング素子をIU1,IU2,IU3,I
U4の直列接続、IV1,IV2,IV3,IV4の直
列接続、そしてIW1,IW2,IW3,IW4の直列
接続のようにUVW各相4個ずつ直列接続している。そ
して主スイッチング素子IU1,IU2間の接続点と、
主スイッチング素子IU3,IU4間の接続点との間は
2個のダイオードIUP,IUNを直列接続した回路で
結んでいる。また、主スイッチング素子IV1,IV2
間の接続点とIV3,IV4間の接続点との間は2個の
ダイオードIVP,IVNを直列接続した回路で結び、
主スイッチング素子IW1,IW2間の接続点とIW
3,IW4間の接続点との間も2個のダイオードIW
P,IWNを直列接続した回路で結んでいる。A three-level VVVF inverter device 7
Means that the main switching elements are IU1, IU2, IU3, IU
Four UVW phases are connected in series, such as a series connection of U4, a series connection of IV1, IV2, IV3, and IV4, and a series connection of IW1, IW2, IW3, and IW4. And a connection point between the main switching elements IU1 and IU2;
A connection point between the main switching elements IU3 and IU4 is connected by a circuit in which two diodes IUP and IUN are connected in series. Further, the main switching elements IV1, IV2
A connection point between the connection point between IV3 and IV4 is connected by a circuit in which two diodes IVP and IVN are connected in series,
Connection point between main switching elements IW1 and IW2 and IW
Two diodes IW between the connection point between IW3 and IW4
P and IWN are connected by a circuit connected in series.
【0040】さらに、直流リンク回路9において、3レ
ベル方式のVVVFインバータ装置7の直流入力側に、
直流電圧を平滑化するフィルタコンデンサ6として容量
が等しい分圧コンデンサ6a,6bの2個を直列に接続
し、直流リンク回路9の電圧を分圧して得られる1/2
の電位を示す中性点に対して、VVVFインバータ装置
7の各相の中性点を接続している。そして、PWMコン
バータ装置5とVVVFインバータ装置7との直流側同
士は配線A,Bの2本で接続している。しかしながら、
両装置5,7の中性点間は接続していない。Further, in the DC link circuit 9, the DC input side of the three-level VVVF inverter device 7 is
As the filter capacitor 6 for smoothing the DC voltage, two voltage dividing capacitors 6a and 6b having the same capacity are connected in series, and the voltage obtained by dividing the voltage of the DC link circuit 9 is 1 /.
The neutral point of each phase of the VVVF inverter device 7 is connected to the neutral point indicating the potential of. The DC sides of the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 are connected by two wires A and B. However,
There is no connection between the neutral points of the two devices 5 and 7.
【0041】この第2の実施の形態の電気車制御装置で
は、VVVFインバータ装置7は3レベルの電圧、すな
わち直流リンク電圧とこの直流リンク電圧を2分圧して
得られる1/2の中性点電位とを利用して交流モータ8
へ3相交流電力を供給して電気車の速度制御を行う。In the electric vehicle control device of the second embodiment, the VVVF inverter device 7 has three levels of voltage, that is, a DC link voltage and a half neutral point obtained by dividing the DC link voltage by two. AC motor 8 using electric potential
To control the speed of the electric vehicle.
【0042】この第2の実施の形態によれば、コンバー
タ装置5とインバータ装置7との両方を3レベル方式と
する場合よりも主スイッチング素子の個数を低減できて
小形、軽量化が図れ、本装置を電気車の床下の限られた
スペースに艤装するのが容易になる。また、直流リンク
回路9において両装置5,7間を接続する配線がA,B
の2本だけであるので、両装置5,7が別の箱体に収容
されている場合に装置の外部をいったん経由して両装置
間に配線するのに、配線本数が少なくて艤装が容易にな
り配線の簡素化、軽量化、低コスト化が図れる。According to the second embodiment, the number of main switching elements can be reduced as compared with the case where both the converter device 5 and the inverter device 7 are of a three-level system, and the size and weight can be reduced. It makes it easier to outfit the device into the limited space below the floor of the electric car. In the DC link circuit 9, the wiring connecting the two devices 5 and 7 is A and B.
Since both devices 5 and 7 are housed in different boxes, wiring is once performed between the two devices via the outside of the device, but the number of wires is small and outfitting is easy. The wiring can be simplified, lightened, and reduced in cost.
【0043】加えて、3レベル方式のVVVFインバー
タ装置7の採用によってVVVFインバータ装置7から
電気車駆動用の交流モータ8へ供給される3相の交流電
力のモータ電流に含まれる高調波成分を低減し、モータ
電流波形の歪み低減が図れ、この結果、モータ8に発生
する電磁歪音が2レベル方式のVVVFインバータ装置
の場合よりも低減することができ、特に電気車起動時に
は約6dB低減できる。In addition, the use of the three-level VVVF inverter 7 reduces harmonic components contained in the motor current of three-phase AC power supplied from the VVVF inverter 7 to the AC motor 8 for driving the electric vehicle. However, the distortion of the motor current waveform can be reduced, and as a result, the electromagnetic distortion noise generated in the motor 8 can be reduced as compared with the case of the two-level VVVF inverter device, and in particular, about 6 dB can be reduced when the electric vehicle is started.
【0044】また、モータ電流は電気車の艤装配線を流
れるが、信号機器などへの艤装配線からの放射される直
達ノイズの影響が懸念される場合、3レベル方式の方が
モータ電流の歪みが少ないためにノイズレベルが低減で
き、誘導障害の発生を防止することができる。Although the motor current flows through the outfitting wiring of the electric vehicle, if there is a concern about the direct noise radiated from the outfitting wiring to the signal equipment, etc., the three-level method causes distortion of the motor current. Since the number is small, the noise level can be reduced, and the occurrence of an induction failure can be prevented.
【0045】次に、本発明の電気車制御装置の第3の実
施の形態を図3に基づいて説明する。第3の実施の形態
の電気車制御装置は、PWMコンバータ装置5、VVV
Fインバータ装置7には共に3レベル方式を採用してい
るが、直流リンク回路9において両装置5,7の中性点
を結ぶ配線をなくしたことを特徴としている。Next, a third embodiment of the electric vehicle control device according to the present invention will be described with reference to FIG. The electric vehicle control device according to the third embodiment includes a PWM converter device 5, a VVV
Although the F inverter device 7 employs a three-level system, the DC link circuit 9 is characterized in that the wiring connecting the neutral points of the devices 5 and 7 is eliminated.
【0046】すなわち、直流リンク回路9において、3
レベル方式のPWMコンバータ装置5の直流出力側に2
個の分圧コンデンサ6a,6bを直列に接続した回路を
挿入し、直流出力の1/2分圧点、つまり中性点をPW
Mコンバータ装置5の各相の中性点と接続している。ま
た3レベル方式のVVVFインバータ装置7の直流入力
側にも2個の分圧コンデンサ6c,6dを直列に接続し
た回路を挿入し、直流入力を1/2分圧した中性点をV
VVFインバータ装置7の各相の中性点と接続してい
る。しかしながら、直流リンク回路9において、並列配
置となる分圧コンデンサ6a,6bの接続点と分圧コン
デンサ6c,6dの接続点との間は接続していない。こ
れにより、両装置5,7の直流側同士は配線A,Bの2
本だけで接続されることになる。That is, in the DC link circuit 9, 3
2 on the DC output side of the level type PWM converter device 5.
A circuit in which the voltage dividing capacitors 6a and 6b are connected in series is inserted, and the 分 voltage dividing point of the DC output, ie, the neutral point is set to PW.
It is connected to the neutral point of each phase of the M converter device 5. A circuit in which two voltage-dividing capacitors 6c and 6d are connected in series is also inserted on the DC input side of the three-level VVVF inverter device 7, and the neutral point obtained by dividing the DC input by 1/2 is set to V.
It is connected to the neutral point of each phase of the VVF inverter device 7. However, in the DC link circuit 9, there is no connection between the connection point of the voltage dividing capacitors 6a and 6b and the connection point of the voltage dividing capacitors 6c and 6d arranged in parallel. As a result, the DC sides of the two devices 5 and 7 are connected to each other by two wires A and B.
It will be connected only by books.
【0047】これにより、車体への艤装上の制約により
PWMコンバータ装置5とVVVFインバータ装置7と
を1つの箱体内に収納しきれない場合や、各装置を同一
の車両に艤装できずに、複数の車両に艤装する場合に、
装置間あるいは車両間をまたがる艤装線の本数が図5に
示した従来例では必要であった3本から2本に削減する
ことができる。この結果、たとえば駆動用交流モータ8
を4台制御する場合、1000A程度の電流が流れる線
径の太い艤装線を削減できることになり、艤装上の工数
削減、コストの低減、艤装配線スペースの削減が図れ
る。As a result, when the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 cannot be accommodated in a single box due to restrictions on the fitting of the vehicle body, or each device cannot be fitted to the same vehicle, When outfitting vehicles,
The number of outfitting lines extending between devices or between vehicles can be reduced from three lines required in the conventional example shown in FIG. 5 to two lines. As a result, for example, the driving AC motor 8
When four units are controlled, it is possible to reduce the number of outfitting lines having a large diameter through which a current of about 1000 A flows, thereby reducing man-hours on outfitting, reducing costs, and reducing the space required for outfitting wiring.
【0048】なお、上記の第1〜第3の実施の形態にお
いて、PWMコンバータ装置5の主スイッチング素子に
は圧接形素子を採用し、VVVFインバータ装置7の主
スイッチング素子にはモジュール形素子を採用すること
ができる。In the first to third embodiments, a pressure contact element is used as a main switching element of the PWM converter device 5, and a module type element is used as a main switching element of the VVVF inverter device 7. can do.
【0049】このようにPWMコンバータ装置5に大容
量の圧接形素子を使用することにより、素子の熱抵抗が
モジュール形素子に比べて1/2以下であることから、
素子からの発生損失、具体的には定常損失、スイッチン
グ損失などが同一である場合、素子発熱を抑制するため
の冷却部の冷却能力を素子熱抵抗が少ない分だけ低く構
成することができる。また、素子1個当たりの通電電流
は、たとえば実用化されている最大級のもので、モジュ
ール形素子が1200Aであるのに対して、圧接形素子
は4000A以上であり、PWMコンバータ装置5を構
成する素子数の点においても圧接形素子が有利である。By using a large-capacity pressure-contact type element for the PWM converter device 5 as described above, the thermal resistance of the element is less than half that of the module-type element.
When the loss generated from the element, specifically, the steady loss, the switching loss, and the like are the same, the cooling capacity of the cooling unit for suppressing the heat generation of the element can be configured to be lower by the smaller thermal resistance of the element. Further, the current flowing per element is, for example, the largest one that is practically used, and the module type element is 1200 A, while the press-contact type element is 4000 A or more. The press-contact type element is also advantageous in terms of the number of elements to be used.
【0050】一方、VVVFインバータ装置7の主スイ
ッチング素子に小容量のモジュール形素子を採用するこ
とにより、特に電気車駆動用の交流モータ8の1台若し
くは2台をVVVFインバータ装置1台で個別に速度制
御する電気車の場合、主スイッチング素子の数が増加す
るが、圧接形素子を採用する場合には素子冷却のために
2000kgf以上の圧接力にて素子を両側から抑える
手段が必要であるのに対して、モジュール形素子ではネ
ジ4本程度にて冷却部への取付けが可能であり、構造を
きわめて簡素化でき、装置全体としても小形、軽量化、
低コスト化が図れる。そしてこのことは、特に素子数が
多くなるVVVFインバータ装置側にモジュール形素子
を採用する場合に顕著な効果となる。On the other hand, by using a small-capacity modular type element as the main switching element of the VVVF inverter device 7, one or two AC motors 8 for driving an electric vehicle can be individually provided by one VVVF inverter device. In the case of an electric car controlled by speed, the number of main switching elements increases. However, in the case of using a pressure contact type element, means for suppressing the element from both sides with a pressure contact force of 2000 kgf or more is required for element cooling. On the other hand, the module-type element can be attached to the cooling part with about four screws, and the structure can be extremely simplified.
Cost reduction can be achieved. This has a remarkable effect particularly when a module-type element is adopted on the VVVF inverter device side where the number of elements increases.
【0051】また上記とは逆に、第1〜第3の実施の形
態において、PWMコンバータ装置5の主スイッチング
素子にはモジュール形素子を採用し、VVVFインバー
タ装置7の主スイッチング素子には圧接形素子を採用す
ることもできる。On the contrary, in the first to third embodiments, the main switching element of the PWM converter device 5 employs a modular type element, and the main switching element of the VVVF inverter device 7 employs a press contact type. Elements can also be employed.
【0052】交流架線区間を走行する既存の電気車にお
いて、架線1より集電器2を介して交流電力を直流電力
に変換する装置、たとえばサイリスタを使用した位相制
御整流装置を、その出力である直流電力を3相交流電力
に変換し、出力側に接続された1台以上の負荷を駆動す
るVVVFインバータ装置と接続した構成の電気車制御
装置に対して、近年の高調波規制により変電所から架線
に流れる高調波成分低減を実施せざるを得ない状況への
対策として、上述した位相制御整流装置を高調波が低減
可能なPWMコンバータ装置5に置き換えることが有効
である。In an existing electric vehicle running in the AC overhead line section, a device for converting AC power into DC power from the overhead line 1 via the current collector 2, for example, a phase control rectifier using a thyristor is connected to a DC output as its output. The electric vehicle control device, which is configured to convert the electric power into three-phase AC power and connect to a VVVF inverter device that drives one or more loads connected to the output side, from the substation to the overhead line due to recent harmonic regulations. As a countermeasure against a situation in which it is necessary to reduce the harmonic components flowing through the phase control rectifier, it is effective to replace the above-described phase control rectifier with a PWM converter device 5 capable of reducing harmonics.
【0053】このような状況においては、電気車駆動用
の交流モータを制御するVVVFインバータ装置7は、
従来、最も一般的に使用されている大容量の圧接形スイ
ッチング素子、たとえばGTOサイリスタなどにより2
レベル方式で構成されている電気車制御装置は既存のま
ま流用し、一方、交流を直流に変換する装置には、上述
した高調波低減の要請から、最も高調波低減の効果が得
られる3レベル方式で、かつスイッチング周波数を高く
設定することができる小容量のモジュール形スイッチン
グ素子で構成したPWMコンバータ装置を採用するのが
有効である。In such a situation, the VVVF inverter device 7 for controlling the AC motor for driving the electric vehicle is
Conventionally, the most commonly used large-capacity pressure-contact switching element, such as a GTO thyristor,
The electric vehicle control device configured by the level system is diverted from the existing one, while the device that converts AC into DC is a three-level device that can obtain the highest harmonic reduction effect from the above-described harmonic reduction request. It is effective to employ a PWM converter device configured with a small-sized modular switching element capable of setting a high switching frequency in a system.
【0054】しかも、このような構成を採用する場合に
は、従来の電気車制御装置に対して交流架線側の高調波
低減を実施する際に、交流を直流に変換する装置側のみ
をPWMコンバータ装置に置き換えることによって最大
限の高調波低減効果が得られ、かつ大幅な低コスト化が
図れることになる。In addition, when such a configuration is adopted, when the harmonics on the AC overhead line side are reduced with respect to the conventional electric vehicle control device, only the device for converting AC into DC is converted into a PWM converter. By replacing the device, the maximum harmonic reduction effect can be obtained, and the cost can be significantly reduced.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上のように請求項1〜3の発明によれ
ば、PWMコンバータ装置とVVVFインバータ装置と
のいずれか一方の主スイッチング素子の構成を2レベル
方式とし、他方の主スイッチング素子の構成を3レベル
方式とすることにより、両装置を3レベル方式の構成と
するよりは主スイッチング素子の個数を少なくでき、し
かも直流リンク回路の配線を2本にできて、小形、軽量
化、コストの低減、装置間の配線本数の低減が図れる。As described above, according to the first to third aspects of the present invention, one of the main switching elements of the PWM converter apparatus and the VVVF inverter apparatus has a two-level configuration, and the other main switching element has the same structure. By using a three-level configuration, the number of main switching elements can be reduced as compared with the case of using a three-level configuration for both devices, and two DC link circuit wires can be used. And the number of wires between devices can be reduced.
【0056】またPWMコンバータ装置側を3レベル方
式、VVVFインバータ装置側を2レベル方式の構成と
すれば、コンバータ装置の交流電源側への高調波の漏洩
が低減できる。If the PWM converter has a three-level system and the VVVF inverter has a two-level system, the leakage of harmonics to the AC power supply of the converter can be reduced.
【0057】さらにPWMコンバータ装置側を2レベル
方式、VVVFインバータ装置側を3レベル方式の構成
とすれば、VVVFインバータ装置から電気車駆動用の
交流モータへ供給される3相の交流電力のモータ電流に
含まれる高調波成分を低減し、モータ電流波形の歪み低
減が図れ、この結果、モータに発生する電磁歪音が2レ
ベル方式のVVVFインバータ装置の場合よりも低減す
ることができる。また、モータ電流は電気車の艤装配線
を流れるが、信号機器などへの艤装配線からの放射され
る直達ノイズの影響が懸念される場合、3レベル方式の
方がモータ電流の歪みが少ないためにノイズレベルが低
減でき、誘導障害の発生を防止することができる。Further, if the PWM converter side is of a two-level type and the VVVF inverter side is of a three-level type, the motor current of three-phase AC power supplied from the VVVF inverter to the AC motor for driving the electric vehicle can be obtained. , The distortion of the motor current waveform can be reduced, and as a result, the electromagnetic distortion noise generated in the motor can be reduced as compared with the case of the two-level VVVF inverter device. Also, the motor current flows through the outfitting wiring of the electric car, but if there is a concern about the direct noise radiated from the outfitting wiring to signal equipment, etc., the three-level method has less motor current distortion, The noise level can be reduced, and the occurrence of guidance failure can be prevented.
【0058】請求項4の発明によれば、PWMコンバー
タ装置とVVVFインバータ装置とを共に、それらの主
スイッチング素子の構成を3レベル方式とし、直流リン
ク回路において、PWMコンバータ装置の直流側の正負
それぞれをVVVFインバータ装置の直流側の正負それ
ぞれに接続し、中性点間は接続しなくしたことにより、
直流リンク回路の配線を2本にでき、またコンバータ装
置の交流電源側への高調波の漏洩が低減できる。According to the fourth aspect of the present invention, both the PWM converter and the VVVF inverter have a three-level configuration of their main switching elements. In the DC link circuit, each of the positive and negative sides of the DC side of the PWM converter is provided. Is connected to the positive and negative sides of the DC side of the VVVF inverter device, and the neutral point is not connected.
The number of wires of the DC link circuit can be reduced to two, and leakage of harmonics to the AC power supply side of the converter device can be reduced.
【0059】請求項5の発明によれば、請求項1〜4の
発明の効果に加えて、PWMインバータ装置を構成する
主スイッチング素子とVVVFインバータ装置を構成す
る主スイッチング素子とのいずれか一方に大容量の圧接
形素子を用い、他方に小容量のモジュール形素子を用い
たことにより、すべての主スイッチング素子に圧接形素
子を採用した場合よりも構造的に簡素化、小形、軽量化
が図れ、またすべての主スイッチング素子にモジュール
形素子を採用した場合よりも長寿命化が図れる。According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effects of the first to fourth aspects of the present invention, one of the main switching element constituting the PWM inverter and the main switching element constituting the VVVF inverter is provided. The use of large-capacity pressure-contact elements and the use of small-capacity modular elements on the other side contributes to structural simplification, compactness, and lighter weight than when pressure-contact elements are used for all main switching elements. In addition, the life can be extended as compared with the case where the module type elements are employed for all the main switching elements.
【図1】本発明の第1の実施の形態の回路ブロック図。FIG. 1 is a circuit block diagram according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態の回路ブロック図。FIG. 2 is a circuit block diagram according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施の形態の回路ブロック図。FIG. 3 is a circuit block diagram according to a third embodiment of the present invention.
【図4】従来例の回路ブロック図。FIG. 4 is a circuit block diagram of a conventional example.
【図5】他の従来例の回路ブロック図。FIG. 5 is a circuit block diagram of another conventional example.
1 架線 2 集電器 4 変圧器 5 PWMコンバータ装置 6 フィルタコンデンサ 6a〜6d 分圧コンデンサ 7 VVVFインバータ装置 8 交流モータ 9 直流リンク回路 A 配線 B 配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Overhead wire 2 Current collector 4 Transformer 5 PWM converter device 6 Filter capacitor 6a-6d Voltage dividing capacitor 7 VVVF inverter device 8 AC motor 9 DC link circuit A wiring B wiring
Claims (5)
するPWMコンバータ装置と、このPWMコンバータ装
置の出力する直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電
力に再変換して交流モータに給電するVVVFインバー
タ装置と、前記PWMコンバータ装置の直流側と前記V
VVFインバータ装置の直流側との間を接続する直流リ
ンク回路から構成される電気車制御装置において、 前記PWMコンバータ装置と前記VVVFインバータ装
置とのいずれか一方の主スイッチング素子の構成を2レ
ベル方式とし、前記他方の主スイッチング素子の構成を
3レベル方式としたことを特徴とする電気車制御装置。1. A PWM converter for converting an AC power supply into a DC power and outputting the DC power, and a DC power output from the PWM converter is reconverted into a variable frequency and a variable voltage AC power to supply the AC motor. VVVF inverter device, the DC side of the PWM converter device and the V
In an electric vehicle control device including a DC link circuit connecting between a DC side of a VVF inverter device and a main switching element of one of the PWM converter device and the VVVF inverter device, a configuration of a two-level system is used. An electric vehicle control device, wherein the configuration of the other main switching element is a three-level system.
源電圧を2分圧し、かつ前記主スイッチング素子を前記
電源の正負間に各相4個ずつ直列接続することによって
前記電源電圧の1/2電圧を出力する前記3レベル方式
とし、 前記VVVFインバータ装置は、前記主スイッチング素
子を前記直流側電源の正負間に各相2個ずつ直列接続す
ることによって前記電源電圧を出力する前記2レベル方
式としたことを特徴とする請求項1に記載の電気車制御
装置。2. The PWM converter device according to claim 1, wherein the DC side power supply voltage is divided by two, and the main switching elements are connected in series by four in each phase between the positive and negative sides of the power supply, so that the voltage is 電 圧 of the power supply voltage. The VVVF inverter device is configured to output the power supply voltage by connecting two main switching elements in series between each of the positive and negative DC power supplies in each phase. The electric vehicle control device according to claim 1, wherein:
イッチング素子を直流側電源の正負間に各相2個ずつ直
列接続することによって前記電源電圧を出力する前記2
レベル方式とし、 前記VVVFインバータ装置は、前記直流側電源電圧を
2分圧し、かつ前記主スイッチング素子を前記電源の正
負間に各相4個ずつ直列接続し、それらの中性点間を接
続することによって前記3レベル方式としたことを特徴
とする請求項1に記載の電気車制御装置。3. The PWM converter device according to claim 2, wherein the power supply voltage is output by connecting two main switching elements in series between each of positive and negative DC power supplies in each phase.
The VVVF inverter device divides the DC-side power supply voltage by two, and connects the main switching elements in series by four in each phase between positive and negative of the power supply, and connects between the neutral points. The electric vehicle control device according to claim 1, wherein the three-level system is used.
するPWMコンバータ装置と、このPWMコンバータ装
置の出力する直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電
力に再変換して交流モータに給電するVVVFインバー
タ装置と、前記PWMコンバータ装置の直流側と前記V
VVFインバータ装置の直流側との間を接続する直流リ
ンク回路から構成される電気車制御装置において、 前記PWMコンバータ装置と前記VVVFインバータ装
置とを共に、それらの主スイッチング素子の構成を3レ
ベル方式とし、 前記直流リンク回路において、前記PWMコンバータ装
置の直流側の正負それぞれを前記VVVFインバータ装
置の直流側の正負それぞれに接続し、中性点間は接続し
ないことを特徴とする電気車制御装置。4. A PWM converter for converting AC power into DC power and outputting the DC power, and re-converting DC power output from the PWM converter into AC power having a variable frequency and a variable voltage to supply the AC motor. VVVF inverter device, the DC side of the PWM converter device and the V
In an electric vehicle control device comprising a DC link circuit connecting between a DC side of a VVF inverter device, a configuration of a main switching element of the PWM converter device and the VVVF inverter device is a three-level system. In the DC link circuit, the positive and negative sides of the DC side of the PWM converter device are connected to the positive and negative sides of the DC side of the VVVF inverter device, respectively, and the neutral point is not connected.
スイッチング素子と前記VVVFインバータ装置を構成
する主スイッチング素子とのいずれか一方に大容量の圧
接形素子を用い、前記他方に小容量のモジュール形素子
を用いたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記
載の電気車制御装置。5. A large-capacity pressure-contact type element is used for one of a main switching element constituting the PWM inverter device and a main switching element constituting the VVVF inverter device, and a small-capacity modular element is used for the other. The electric vehicle control device according to any one of claims 1 to 4, wherein:
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---|---|---|---|
JP11188190A JP2001025102A (en) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | Electric vehicle controller |
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JP2018518836A (en) * | 2015-05-20 | 2018-07-12 | クアンタム−エスアイ インコーポレイテッドQuantum−Si Incorporated | Pulsed laser and biological analysis system |
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US11249318B2 (en) | 2016-12-16 | 2022-02-15 | Quantum-Si Incorporated | Compact beam shaping and steering assembly |
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-
1999
- 1999-07-01 JP JP11188190A patent/JP2001025102A/en active Pending
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