JP2002315101A - 電気車駆動制御装置 - Google Patents

電気車駆動制御装置

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JP2002315101A
JP2002315101A JP2001115301A JP2001115301A JP2002315101A JP 2002315101 A JP2002315101 A JP 2002315101A JP 2001115301 A JP2001115301 A JP 2001115301A JP 2001115301 A JP2001115301 A JP 2001115301A JP 2002315101 A JP2002315101 A JP 2002315101A
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filter
control device
drive control
electric vehicle
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JP2001115301A
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English (en)
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Masayoshi Kumano
昌義 熊野
Susumu Yomo
進 四方
Takahisa Maruyama
高央 丸山
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/005Interference suppression
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レールを流れる帰線電流の含有高調波成分に
よる付設の鉄道用保安設備等への悪影響を避けるため、
小型で十分な減衰特性を確保したフィルタを有する電気
車駆動制御装置を提供する。 【解決手段】 直流フィルタ5を介して給電されるイン
バータ6を備えた電気車駆動制御装置において、直流フ
ィルタ5は、磁気結合を有する2個のリアクトル51
a、51bを直列接続して、有効にインダクタンスを確
保し小型化を図ると共に近接設置を可能にする。出力端
子に第一のコンデンサ52aを、前記2つのリアクトル
の直列接続点にその相互インダクタンス値に略等しいイ
ンダクタンス値を有する第三のリアクトル53と第二の
コンデンサ52bの直列接続体を接続して磁気結合によ
る負の等価インダクタンスを打ち消し、磁気結合の悪影
響を防止して2段フィルタ特性を有効に発揮させ、高周
波成分の大幅な減衰を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、給電線より電力
の供給を受け駆動される電気車の駆動制御装置に関する
もので、特に高調波電流の流入流出を防止すための直流
フィルタを有する電気車駆動制御装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図6は、例えば特開2000−1888
03号公報に示された従来の電気車駆動制御装置を示す
概略構成図である。図6において、給電線(架線)1と
レール2間に印加された直流電力は、集電器3により集
電され、遮断器4と、直流フィルタ50を構成するリア
クトル51およびコンデンサ52を介して、インバータ
6に入力される。インバータ6は、入力された直流電力
を可変電圧可変周波数制御した交流電力に変換し、車両
を駆動するための交流電動機7に供給するようになって
いる。この場合、インバータ6の入力電圧がコンデンサ
52により平滑されるとともにスイッチング動作により
発生する高調波の電源側への影響をリアクトル51によ
り防止している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような電力変換
器を用いた従来の電気車駆動制御装置においては、電源
となる変電所等への帰路となるレール2を流れる帰線電
流の含有高調波成分が付設の踏み切り制御装置や信号機
など鉄道用保安設備を誤動作させる等の悪影響を及ぼす
ことがあった。このため、このような悪影響を避けるた
め、リアクトル51とコンデンサ52で構成されるL−
C直流フィルタ50が設けられている。しかし、誤動作
を防ぐための帰線電流の高調波成分の許容限界値は非常
に小さく、特に数百Hz近傍では50MA以下の直流成
分の1/10000以下に下げなければならなく、一
方、インバータ6側の発生高調波も種々の制約上あまり
小さく出来ないため、電流高調波の十分な減衰特性を確
保するには大容量のフィルタが必要となり、寸法・重量
の増加を招き車載が困難になるという問題点があった。
【0004】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、帰線電流における高調波成分
の十分な減衰特性を確保した電気車駆動制御装置を得る
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電気車駆
動制御装置は、給電線からの直流電力を直流フィルタを
介して入力し、交流電動機に対して可変電圧可変周波数
制御された交流電力を供給するインバータを備えた電気
車駆動制御装置において、前記直流フィルタを、正の入
出力端子間に直列接続された磁気結合を有する第一及び
第二のリアクトルと、出力端子間に設けられた第一のコ
ンデンサと、前記第一及び第二のリアクトルの直列接続
点と負側端子間に設けられた第三のリアクトルと第二の
コンデンサの直列接続体とから構成したものである。
【0006】また、前記第三のリアクトルは、前記第一
と第二のリアクトルの相互インダクタンスの値に略等し
いインダクタンス値を有することを特徴とするものであ
る。
【0007】また、前記第三のリアクトルと前記第二の
コンデンサとの間に抵抗を設けたことを特徴とするもの
である。
【0008】また、前記直列接続された第一及び第二の
リアクトルの代わりに、中間タップ付リアクトルを用い
ることを特徴とするものである。
【0009】さらに、前記第三のリアクトルの一部また
は全部に配線ケーブルのインダクタンスを用いることを
特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の実施の形態1に係る電気車駆動制御装置を示す構成図
である。図1において、1は給電線(架線または第三レ
ール)、2はレール、3は集電器、4は遮断器、5は直
流フィルタ、6はインバータ、7は交流電動機(誘導電
動機または同期電動機)、8は車輪である。給電線1と
レール2に印加された直流電力は、集電器3により集電
され、遮断器4と、直流フィルタ5を介して、インバー
タ6に入力される。インバータ6は、入力された直流電
力を可変電圧可変周波数制御した交流電力に変換し、車
両を駆動するための交流電動機7に供給する。
【0011】ここで、直流フィルタ5は、接近して配置
され正の入出力端間に直列接続された磁気結合を有する
2個のリアクトル51aと51b、2個の並列コンデン
サ52a、52bで直列2段L−Cフィルタを構成する
と共に、このリアクトルの直列接続点に接続された第二
のコンデンサ52bに、前記2つのリアクトル間の相互
インダクタンスを相殺すべく、第三のリアクトル53が
直列に接続されている。すなわち、第三のリアクトル5
3と第二のコンデンサ52bの直列接続体が、リアクト
ル51aと51bの直列接続点と負側端子との間に設け
られている。
【0012】リアクトル51a、51bは直流のメイン
電流が流れるため、強制冷却された空心リアクトルが用
いられるが、2つのリアクトルを近接して設置すること
により互いの磁気結合を利用し小型で大きなインダクタ
ンスを得ることが出来る。即ち、それぞれの自己インダ
クタンスをLa、Lb、相互インダクタンスをM
【数1】 とすると、2つのリアクトルの等価回路図である図2に
示す如く、各リアクトルの等価インダクタンスはLa+
M、Lb+Mとなる。また、強制冷却機構も容易に共通
のものが利用でき、小型化が図れる。
【0013】しかし、反面、2つのリアクトルの接続分
岐点には、等価的に−Mのインダクタンスを接続したこ
とになり、高周波領域においては、図1に示すコンデン
サ52bによるバイパス作用を阻害しフィルター特性を
劣化させようとするが、インダクタンス値が相互インダ
クタンスMに等しい第三のリアクトル53を設置するこ
とにより、先の結合による等価インダクタンス−Mを相
殺し、このバイパス回路はコンデンサ52bのみと等価
になる。なお、このバイパス回路に流れる電流は、2つ
ののリアクトル52a、52bを流れるメイン電流に比
べ通常1/10以下と少ないため、第三のリアクトル5
3はインダクタンスの値がMであっても相対的に小型に
なり冷却も容易となる。また、このインダクタンス値の
一部または全部に配線のインダクタンスも利用できる。
【0014】図3は、インバータ6側から見た直流フィ
ルタ5の電流伝達特性の一例を示したものである。曲線
55は図1に示すこの発明のフィルタ5の特性を示し、
曲線56は図6に示す従来のフィルタ50の特性を示
し、曲線57は図1に示すこの発明のフィルタ5で第三
のリアクトル53が無い場合の特性をそれぞれ示してい
る。図3において、従来の特性曲線56は、第1の共振
周波数以上で−40db/dec.で減衰するが、この
発明による特性曲線55は、第2の共振周波数以上では
−80db/dec.で減衰する2段フィルタの特性を
示し高周波領域の特性が改善されている。ちなみに、第
三のリアクトル53を設けない場合の特性曲線57は、
従来の1段フィルタ特性56よりも劣っている。
【0015】実施の形態2.図4は、この発明の実施の
形態2に係る電気車駆動制御装置における直流フィルタ
の構成を示す回路図である。第三のリアクトル53と第
二のコンデンサ52bの直列回路にダンピングのための
抵抗54を設け、図3に示す第2の共振点における特性
の跳ね上がりを抑制している。
【0016】実施の形態3.図5は、この発明の実施の
形態3に係る電気車駆動制御装置における直流フィルタ
の構成を示す回路図である。図1の2個の直列接続リア
クトル51a、51bの代わりに、中間タップを有する
リアクトル51cを用いて小型化を図っている。動作は
図1と同じである。
【0017】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、直流
フィルタを、正の入出力端子間に直列接続された磁気結
合を有する第一及び第二のリアクトルと、出力端子間に
設けられた第一のコンデンサと、前記第一及び第二のリ
アクトルの直列接続点と負側端子間に設けられた第三の
リアクトルと第二のコンデンサの直列接続体とから構成
したので、帰線電流における高調波成分の十分な減衰特
性を確保することができる。
【0018】また、前記第三のリアクトルの値を、前記
第一と第二のリアクトルの相互インダクタンスの値に略
等しくすることにより、第一と第二のリアクトルの結合
による等価インダクタンスを相殺し、バイパス回路をコ
ンデンサのみと等価にすることができる。
【0019】また、前記第三のリアクトルと前記第二の
コンデンサとの間に抵抗を設けることにより、ダンピン
グの役割を果たし、直流フィルタの第2の共振点におけ
るゲイン/周波数特性の跳ね上がりを抑制することがで
きる。
【0020】また、前記直列接続された第一及び第二の
リアクトルの代わりに、中間タップ付リアクトルを用い
ることにより、小型化を図ることができる。
【0021】さらに、前記第三のリアクトルの一部また
は全部を配線ケーブルのインダクタンスを用いて構成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る電気車駆動制
御装置を示す構成図である。
【図2】 図1のフィルタリアクトルの等価回路図であ
る。
【図3】 図1の直流フィルタの特性を示す伝達特性図
である。
【図4】 この発明の実施の形態2に係る電気車駆動制
御装置のフィルタ部分の構成を示す回路図である。
【図5】 この発明の実施の形態3に係る電気車駆動制
御装置のフィルタ部分の構成を示す回路図である。
【図6】 従来の電気車駆動制御装置を示す構成図であ
る。
【符号の説明】
1 給電線、5 フィルタ、6 インバータ、7 交流
電動機、51a 第一のリアクトル、51b 第二のリ
アクトル、52a 第一のコンデンサ、52b第二のコ
ンデンサ、53 第三のリアクトル、54 抵抗。
フロントページの続き (72)発明者 丸山 高央 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5H115 PA04 PC01 PG01 PI03 TU04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 給電線からの直流電力を直流フィルタを
    介して入力し、交流電動機に対して可変電圧可変周波数
    制御された交流電力を供給するインバータを備えた電気
    車駆動制御装置において、 前記直流フィルタを、正の入出力端子間に直列接続され
    た磁気結合を有する第一及び第二のリアクトルと、出力
    端子間に設けられた第一のコンデンサと、前記第一及び
    第二のリアクトルの直列接続点と負側端子間に設けられ
    た第三のリアクトルと第二のコンデンサの直列接続体と
    から構成した ことを特徴とする電気車駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電気車駆動制御装置に
    おいて、 前記第三のリアクトルは、前記第一と第二のリアクトル
    の相互インダクタンスの値に略等しいインダクタンス値
    を有することを特徴とする電気車駆動制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の電気車駆動制
    御装置において、 前記第三のリアクトルと前記第二のコンデンサとの間に
    抵抗を設けたことを特徴とする電気車駆動制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の電
    気車駆動制御装置において、 前記直列接続された第一及び第二のリアクトルの代わり
    に、中間タップ付リアクトルを用いることを特徴とする
    電気車駆動制御装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の電
    気車駆動制御装置において、 前記第三のリアクトルの一部または全部に配線ケーブル
    のインダクタンスを用いることを特徴とする電気車駆動
    制御装置。
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