JP2005218186A - 交流電気車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータ側で消費する電力の急変に対して、コンバータの制御応答に遅れを生じさせない交流電気車の制御装置を提供する。
【解決手段】 コンバータ３と、コンバータの直流電力を平滑化するフィルタコンデンサ４と、コンバータの直流電力を交流電力に変換して電動機６１を駆動するインバータ５を備えた交流電気車の制御装置において、電動機６１の速度情報Ｆｒ及び電動機に供給する電流指令Ｉｑ＊，Ｉｄ＊並びに電動機の電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗから得たインバータ電圧指令Ｖｑ＊，Ｖｄ＊と電動機に供給する電流指令Ｉｑ＊，Ｉｄ＊により電動機の消費電力Ｐを求める電力演算装置８と、フィルタコンデンサ電圧Ｅｄの検出装置４１と、電動機の消費電力Ｐとフィルタコンデンサ電圧の目標値Ｅｄ＊とフィルタコンデンサ電圧の検出値Ｅｄを用いてフィルタコンデンサ電圧の制御を行う電圧制御装置７３を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換し、さらに、この直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動する交流電気車に関するものであり、特に、直流電力を平滑化するフィルタコンデンサの電圧制御装置および／または電力変換装置の故障判定装置を備えた交流電気車の制御装置に関する。

通常、交流電気車は、架線から供給される単相交流電圧を変圧器によって降圧した後、電源側の電力変換装置（コンバータ）によって交流電力を直流電力に変換し、フィルタコンデンサを介して直流電力を平滑化した後、電動機側の電力変換装置（インバータ）によって任意の周波数の交流電力に変換し、電動機を駆動する。すなわち、一般に交流電気車は、コンバータとインバータの２つの電力変換装置から構成され、電力変換装置自身の損失を無視すると、コンバータはインバータの消費する電力を過不足なく供給する必要がある。

従来、コンバータの供給電力の制御手段として、直流電圧検出器によりフィルタコンデンサ電圧を検出し、フィルタコンデンサ電圧の目標値と検出値の偏差を求め、この偏差に応じて電力を供給するようコンバータを制御する中性点クランプ式コンバータの制御装置（例えば、特許文献１参照）や電力変換器の技術（例えば、特許文献２参照）が知られている。これらの発明の内、前者は、単相交流電源と、単相交流電源にリアクトルを介して接続されるブリッジ結線の中性点クランプ式コンバータと、該コンバータの出力端子に接続される第１および第２の直流平滑コンデンサと、該直流平滑コンデンサを直流電源とする負荷と、二つの直流平滑コンデンサの話電圧を検出し、和電圧指令に一致するように制御する和電圧制御回路と、和電圧制御回路の出力信号により前記交流電源から供給される入力電流を制御する入力電流制御回路と、二つの直流平滑コンデンサの差電圧を検出し、差電圧指令に一致するように制御する差電圧制御回路と、差電圧制御回路の出力信号と入力電流制御回路に出力信号の和に従ってコンバータをパルス制御する回路を具備している。また、後者は、中性点クランプ式コンバータにおいて、平滑コンデンサの電圧および平滑コンデンサの電圧をそれぞれ個別に制御する電圧制御手段を設け、これらの電圧制御手段の出力に基づいて、コンバータのＡ相およびＢ相の電圧指令を得て、これらの電圧指令に基づいてコンバータを制御している。すなわち、これらの発明は、インバータの消費電力と比較して、コンバータの供給電力が少ない場合にはフィルタコンデンサ電圧が低下し、逆にコンバータの供給電力が多い場合にはフィルタコンデンサ電圧が上昇するので、フィルタコンデンサ電圧が目標値に一致するよう制御すれば、コンバータの供給電力はインバータの消費電力と定常的に等しくなるという原理に基づいている。

近年の電気車においては、電動機の磁束と回転子電流を個別に、かつそれぞれの瞬時値を制御することでトルク応答の高速化を実現するベクトル制御の採用が進み、その結果、インバータ側の制御応答が飛躍的に速くなっている。鉄道車両においては、降雨などでレールの摩擦係数が低下した場合に、車輪が空転して車両の加速が低下してしまう現象が知られているが、車輪が空転しても瞬時に電動機のトルクを抑制することができれば空転の助長を抑制することができる。その後、抑制したトルクを再び増加させることで電動機の発生するトルクは確実にレールに伝わるようなり、加速性能を増加させることができる。

ところが、インバータの消費電力の変化は、フィルタコンデンサ電圧がほぼ一定に制御されている条件下ではインバータ電流の変化とみなせるので、フィルタコンデンサ電圧の変化、すなわち、フィルタコンデンサに蓄積される電荷量の変化は、インバータ電流の時間積分として現われることになる。このため、フィルタコンデンサ電圧を用いてコンバータの供給電力の制御を行う上記従来技術では、インバータ側で消費する電力の急変に対して、必然的にコンバータの制御応答は遅れてしまうという問題を有している。
また、一般的な交流電気車は、単相交流電源によって交流電力を供給され、この交流電力を直流電力に変換する際に、必然的に交流電源周波数の２倍の周波数を有する整流リップルがフィルタコンデンサ電圧に重畳される。このため上記従来技術は、ともに特許公報に記されていないが、実際は、フィルタコンデンサ電圧から整流リップルによる脈動周波数成分を除去するフィルタが必要となり、この整流リップルを取り除いたフィルタコンデンサ電圧信号を生成し、この信号を参照することでコンバータの制御を行わざるを得ない。この結果、上記従来技術によるコンバータは、整流リップルによる脈動周波数に比べて、十分低い周波数しか応答することができない。

近年、交流電気車の制御において、ベクトル制御の採用に伴うインバータ制御の高応答化に対して、コンバータ制御の応答は追従するのが困難になってきており、例えば、空転時にインバータ制御がトルクを急激に絞った場合、必然的にインバータ側の消費電力が急激に減少することとなり、コンバータがその変動に追従できない場合には、コンバータ側の供給電力が過剰になり、フィルタコンデンサ電圧が急激に上昇する現象を引き起こす。このフィルタコンデンサ電圧が所定の基準値を超えた場合には過電圧となり、電力変換装置を保護するため、インバータおよびコンバータの動作を停止させることになる。
特開平６−２３３５７５号公報 特開平１１−１１３２６３号公報

本発明は、上記従来のフィルタコンデンサ電圧を用いてコンバータの供給電力の制御を行う交流電気車の制御装置において、インバータ側で消費する電力の急変に対して、コンバータの制御応答に遅れを生じさせない制御装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記制御装置において、電力変換装置に故障が発生したことを検出することができる交流電気車の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置（コンバータ）において、電気車の速度情報と電動機に供給する電流指令もしくは電流検出値より電動機の供給電力を求める電力演算装置を設け、電力演算装置の求めた電力とフィルタコンデンサ電圧の目標値とフィルタコンデンサ電圧の検出値よりフィルタコンデンサ電圧の制御を行う。

さらに詳細には、本発明は、交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換装置と、第１の電力変換装置が供給する直流電力を平滑化するフィルタコンデンサと、第１の電力変換装置が供給する直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動する第２の電力変換装置を備えた交流電気車の制御装置において、電気車の速度情報および電動機に供給する電流指令ならびに電動機の電流検出値から得たインバータ電圧指令と電動機に供給する電流指令により電動機の消費電力を求める電力演算装置と、フィルタコンデンサ電圧の検出装置と、電力演算装置の求めた電動機の消費電力とフィルタコンデンサ電圧の目標値とフィルタコンデンサ電圧の検出値を用いてフィルタコンデンサ電圧の制御を行う電圧制御装置を備えた。また、本発明は、上記交流電気車の制御装置において、フィルタコンデンサ電圧の目標値とフィルタコンデンサ電圧の検出値の偏差と所定の基準値を比較することによって電力変換装置の故障判定を行う保護手段を設けた。

本発明は、上記交流電気車の制御装置において、電動機の回転速度を検出する速度検出装置または電動機に供給する電圧指令もしくは電流指令および電流検出値より電動機の回転速度を推定する速度推定手段を備え、前記電気車の速度情報は電動機の速度検出装置または速度推定手段より入力するようにした。
（作用）

本発明では、通常、インバータ側で電動機の駆動制御に用いている電気車の速度情報と、電動機に供給する電流指令もしくは電流検出値より電動機の消費電力を求め、コンバータはこの消費電力を参照してフィードフォワード的にフィルタコンデンサ電圧を制御することができる。したがって、本発明によるコンバータは、インバータ側の制御応答に遅れることなく、電力を供給することが可能になる。

このような構成をとることによって、本実施例の示す交流電気車の制御装置は、あらかじめインバータ側の消費電力の推定値を求め、これをコンバータ制御装置に入力することで、まずフィードフォワード的にフィルタコンデンサ電圧の制御を行い、従来のフィルタコンデンサ電圧検出値とフィルタコンデンサ電圧指令値との偏差に基づくコンバータ電圧制御（フィードバック制御）は副次的な制御とすることで、インバータ側の制御応答に遅延することなく、コンバータは適切な電力を供給することができる。

また、インバータ消費電力推定装置の求めたインバータ消費電力推定値と実際のコンバータの供給電力が大きく異なる場合、すなわちコンバータ電圧制御装置の出力する変圧器二次電流操作量ΔＩｓが過大になっている場合、これは電力変換装置（コンバータあるいはインバータ）もしくはフィルタコンデンサ故障、あるいは主回路配線の断線などの故障と考えられ、この二次電流操作量ΔＩｓを参照することで、故障検知を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に基づく交流電気車の制御装置の第１の実施形態を示す図である。本発明にかかる交流電気車の制御装置は、交流架線１の電圧を降圧する変圧器２と、交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換装置（コンバータ）３と、コンバータ３の出力を平滑化するフィルタコンデンサ４と、コンバータ３の出力である直流電力を任意の周波数および電圧の交流電力に変換する第２の電力変換装置（インバータ）５と、誘導電動機６１と、該誘導電動機６１の速度を検出する速度検出器６５と、コンバータ３の動作を制御するコンバータ制御装置７と、インバータ消費電力演算装置８と、インバータ５の動作を制御するインバータ制御装置９とを有して構成される。

単相交流電圧源である交流架線１からの交流電力は、単相変圧器２を介して降圧され、第１の電力変換装置（コンバータ）３に交流電力を供給する。

コンバータ３は、Ａ相とＢ相の二相からなるフルブリッジ型で構成するものとする。コンバータ３のＡ相は、Ｐ側半導体スイッチ３１ＰとＮ側半導体スイッチ３１Ｎの２つの半導体スイッチから構成され、Ｐ側半導体スイッチ３１Ｐは単相変圧器２のＰ側端子とフィルタコンデンサ４のＰ側端子を接続し、Ｎ側半導体スイッチ３１Ｎは単相変圧器２のＰ側端子とフィルタコンデンサ４のＮ側端子を接続する。同様にコンバータＢ相は、Ｐ側半導体スイッチ３２ＰとＮ側半導体スイッチ３２Ｎの２つの半導体スイッチから構成され、Ｐ側半導体スイッチ３２Ｐは単相変圧器２のＮ側端子とフィルタコンデンサ４のＰ側端子を接続し、Ｎ側半導体スイッチ３２Ｎは単相変圧器２のＮ側端子とフィルタコンデンサ４のＮ側端子を接続する。

コンバータ３は、半導体スイッチ３１Ｐ〜３２Ｎの導通状態を制御することによって、単相変圧器２から供給される交流電力を直流電力に変換する。コンバータ３のＰ側端子は、フィルタコンデンサ４のＰ側端子および第２の電力変換装置（インバータ）１２のＰ側端子と接続し、コンバータ３のＮ側端子は、フィルタコンデンサ４のＮ側端子およびインバータ５のＮ側端子に接続し、コンバータ３の供給する直流電力はフィルタコンデンサ４によって平滑化されインバータ５に供給される。

インバータ５は、Ｕ〜Ｗ相の三相から構成される三相交流変換器とする。インバータ５のＵ相は、Ｐ側半導体スイッチ５１ＰとＮ側半導体スイッチ５１Ｎの２つの半導体スイッチから構成され、Ｐ側半導体スイッチ５１Ｐはフィルタコンデンサ４のＰ側端子と誘導電動機６１のＵ相端子を接続し、Ｎ側半導体スイッチ５１Ｎはフィルタコンデンサ４のＮ側端子と誘導電動機６１のＵ相端子を接続する。インバータ５のＶ相は、Ｐ側半導体スイッチ５２ＰとＮ側半導体スイッチ５２Ｎの２つの半導体スイッチから構成され、Ｐ側半導体スイッチ５２Ｐは、フィルタコンデンサ４のＰ側端子と誘導電動機６１のＶ相端子を接続し、Ｎ側半導体スイッチ５２Ｎは、フィルタコンデンサ４のＮ側端子と誘導電動機６１のＶ相端子を接続する。インバータ５のＷ相は、Ｐ側半導体スイッチ５３ＰとＮ側半導体スイッチ５３Ｎの２つの半導体スイッチから構成され、Ｐ側半導体スイッチ５３Ｐは、フィルタコンデンサ４のＰ側端子と誘導電動機６１のＷ端子を接続し、Ｎ側半導体スイッチ５３Ｎは、フィルタコンデンサ４のＮ側端子と誘導電動機６１のＷ端子を接続する。

インバータ５は、半導体スイッチ５１Ｐ〜５３Ｎの導通状態を制御することによって、コンバータ３から供給される直流電力を、任意の周波数・電圧の交流電力に変換し、誘導電動機６１を駆動する。

誘導電動機６１は、交流電気車を駆動するモータである。速度検出器６５は、パルスジェネレータとして構成され、交流電動機の回転速度を検出し信号Ｆｒを出力する手段である。

コンバータ３の半導体スイッチ３１Ｐ〜３２Ｎの導通状態を制御するゲートパルス信号を生成するコンバータ制御装置７の構成について説明する。コンバータ制御装置７は、バンド除去フィルタ７１と、第１の減算器７２−１と、第２の減算器７２−２と、第３の減算器７２−３と、電圧制御装置７３と、乗算器７４と、コンバータ電流制御装置（ＡＣＲ）７５と、コンバータＰＷＭ制御装置７６と、故障検知装置７７とを有して構成される。

電圧制御装置７３は、コンバータ電圧制御装置（ＡＶＲ）７３１と、除算器７３２と、加算器７３３を有している。

通常、コンバータ制御装置７には、所定のフィルタコンデンサ電圧指令Ｅｄ＊が与えられる。直流電圧検出器４１によって検出したフィルタコンデンサ電圧Ｅｄは、バンド除去フィルタ（ＢＥＦ）７１によって交流架線周波数の２倍の整流リップルを除去した信号とされ、第１の減算器７２−１によってフィルタコンデンサ電圧指令Ｅｄ＊と前記フィルタコンデンサ電圧信号Ｅｄの偏差が求められる。電圧制御装置７３のコンバータ電圧制御装置（ＡＶＲ）７３１は、前記偏差に応じて変圧器二次電流操作量ΔＩｓを出力する。

一方、インバータ消費電力演算装置８には、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｄ軸電流指令Ｉｄ＊とインバータｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とインバータｄ軸電圧指令Ｖｄ＊が入力され、インバータ消費電力推定値Ｐを出力する。

コンバータ制御装置７の除算器７３２によってインバータ消費電力推定値Ｐをバンド除去フィルタ７１の出力信号で除算することにより、変圧器二次電流基準値に変換する。加算器７３３によってコンバータ電圧制御装置（ＡＶＲ）７３１の出力した変圧器二次電流操作量ΔＩｓと変圧器二次電流基準値値を加算して変圧器二次電流指令（実効値）を求める。

さらに、乗算器７４によって変圧器二次電流指令（実効値）と基準正弦波ｓｉｎωｔの積を求め、変圧器二次電流指令（瞬時値）Ｉｓ＊を出力する。

第２の減算器７２−２は、変圧器二次電流指令（瞬時値）Ｉｓ＊と、交流電流検出器２２の検出した変圧器二次電流検出値Ｉｓの偏差を求める。

コンバータ電流制御装置（ＡＣＲ）７５は、この偏差に応じて電流制御を行いコンバータ電圧操作量を出力する。

第３の減算器７２−３は、交流電圧検出器２１によって検出した変圧器二次電圧Ｅｓから前記コンバータ電圧操作量を減算し、コンバータＡ相電圧指令ＶａおよびコンバータＢ相電圧指令Ｖｂを出力する。

コンバータＰＷＭ制御装置７６は、コンバータＡ相電圧指令ＶａおよびコンバータＢ相電圧指令Ｖｂを入力し、直流電圧検出器４１によって検出したフィルタコンデンサ電圧Ｅｄを基準としてＰＷＭ演算を行い、ゲートパルス信号を出力する。

また、故障検知装置７７は、コンバータ電圧制御装置（ＡＶＲ）７３１の出力した変圧器二次電流操作量ΔＩｓを入力とし、変圧器二次電流操作量ΔＩｓが所定の基準値を超過していた場合、これを異常と判断する。

記述のとおり、インバータ消費電力演算装置８は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｄ軸電流指令Ｉｄ＊とインバータｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とインバータｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を入力し、インバータ消費電力推定値Ｐを出力する。

インバータ５の半導体スイッチ５１Ｐ〜５３Ｎの導通状態を制御するゲートパルス信号を生成するインバータ制御装置９の構成について説明する。インバータ制御装置９は、第１の減算器９１−１と、第２の減算器９１−２と、すべり周波数演算装置９２と、第１のインバータ電流制御器（ＡＣＲ）９３−１と、第２のインバータ電流制御器（ＡＣＲ）９３−２と、回転座標変換装置９４と、第１の加算器９５−１と、第２の加算器９５−２と、第３の加算器９５−３と、インバータ電圧演算装置９６と、静止座標変換装置９７と、インバータＰＷＭ制御装置９８を有して構成される。

通常、インバータ制御装置９には、誘導電動機６１の出力トルクを磁束と回転子電流の積に分解し、それぞれ磁束に対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と回転子電流に対応するｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として与えられる。一方、誘導電動機６１には、三相のモータ電流を検出する交流電流検出器６２が取り付けられており、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。

回転座標変換装置９４は、インバータ周波数Ｆｉｎｖを基準として、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｑ軸電流検出値Ｉｑとｄ軸電流検出値Ｉｄの直交する直流電流成分に変換する。すべり周波数演算装置９２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を入力し、誘導電動機６１の電動機定数を用いて、すべり周波数Ｆｓを出力する。第１の加算器９５−１は、誘導電動機６１に取り付けられたパルスジェネレータ（速度検出器）６５によって検出したロータ回転周波数Ｆｒとすべり周波数Ｆｓを加算してインバータ周波数Ｆｉｎｖを求める。

インバータ電圧演算装置９６は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊およびｄ軸電流指令Ｉｄ＊とインバータ周波数Ｆｉｎｖと誘導電動機６１の電動機定数を用いて、インバータｑ軸電圧指令Ｖｑおよびインバータｄ軸電圧指令Ｖｄを出力する。

第１の減算器９１−１によってｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑの偏差を求め、第１のインバータ電流制御器（ＡＣＲ）９３−１は、この偏差に応じてｑ軸電圧操作量ΔＶｑを出力する。同様に第２の減算器９１−２によってｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流検出値Ｉｄの偏差を求め、第２のインバータ電流制御装置（ＡＣＲ）９３−２は、この偏差に応じてｄ軸電圧操作量ΔＶｄを出力する。

第２の加算器９５−２によってインバータｑ軸電圧指令Ｖｑとｑ軸電圧操作量ΔＶｑを加算した結果Ｖｄ＊が、最終的なインバータｑ軸電圧指令（補正後）となる。同様に第３の加算器９５−３によってインバータｄ軸電圧指令Ｖｄとｄ軸電圧操作量ΔＶｄを加算した結果Ｖｄ＊が、最終的なインバータｄ軸電圧指令（補正後）となる。

静止座標変換装置９７は、インバータ周波数Ｆｉｎｖを基準として、直交する直流電圧成分であるインバータｑ軸電圧指令（補正後）Ｖｑ＊およびインバータｄ軸電圧指令（補正後）Ｖｄ＊を入力し、インバータ三相交流電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。

インバータＰＷＭ制御装置９８は、インバータ三相交流電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを入力し、直流電圧検出器４１によって検出したフィルタコンデンサ電圧Ｅｄを基準としてＰＷＭ演算を行い、ゲートパルス信号を出力する。

このようにして、インバータ５の三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの急激な変化に対応して、コンバータ３の出力電圧を迅速に制御することができるとともに、コンバータ３またはインバータ５の故障を検出することが可能となる。

図２を用いて、本発明に基づく交流電気車の制御装置の第２の実施形態を説明する。図１に示した第１の実施形態においては、誘導電動機６１のロータ回転周波数Ｆｒを検出するのにパルスジェネレータ（速度検出器）６５を用いて検出していたが、第２の実施の形態においては、誘導電動機６１から速度検出器６５を省略し、インバータ制御装置９に、速度推定演算装置９９を設けた点に特徴を有している。その余の構成は、図１の構成と同様であるので、その説明を省略する。

速度推定演算装置９９は、インバータ電圧操作量ΔＶｑ、ΔＶｄと誘導電動機６１の電動機定数からロータ回転周波数推定値Ｆｒ＊を求める。このロータ回転周波数推定値Ｆｒ＊を図１のロータ回転周波数検出値Ｆｒの代わりに使用し、第１の加算器９５−１において、すべり周波数演算装置９２のすべり周波数Ｆｓと加算することによって、インバータ周波数Ｆｉｎｖを得て、インバータ制御を行う。

この実施の形態によれば、誘導電動機６１の回転速度を、速度検出器を用いずに推定することによって、第１の実施の形態と同様な働きをすることができる。

図３を用いて、インバータ消費電力演算装置８の詳細な構成の第１例を説明する。インバータ消費電力演算装置８は、第１の乗算器８１と、第２の乗算器８２と、加算器８３と、増幅器８４と、ローパスフィルタ８５とを有して構成される。インバータ消費電力演算装置８は、互いに直交する電動機電流成分であるｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｄ軸電流指令Ｉｄ＊と、同様に互いに直交するインバータ電圧成分であるｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を入力し、第１の乗算器８１によってｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊の積を求め、第２の乗算器８２によってｄ軸電圧指令Ｉｄ＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ＊の積を求め、加算器８３によって第１の乗算器８１および第２の乗算器８２の出力を加算して、すなわち電動機の電流ベクトルとインバータの電圧ベクトルの内積を求めることによって１相あたりのインバータ消費電力を求める。これに増幅器８４において、定数ゲインＫを乗じて三相あたりのインバータ消費電力に換算し、さらに誘導電動機６１などの応答遅延を考慮したローパスフィルタ８５を通すことによって、インバータ消費電力推定値Ｐを求めている。

図４を用いて、インバータ消費電力演算装置８の詳細な構成の第２の例を説明する。インバータ消費電力演算装置８は、互いに直交する電動機電流成分であるｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｄ軸電流指令Ｉｄ＊と、ロータ回転周波数検出値Ｆｒもしくは推定値Ｆｒ＊を入力し、第１の乗算器８１および第２の乗算器８２によってすべての入力の積を求め、これに増幅器８４において、定数ゲインＫを乗じてインバータ消費電力を求め、さらに誘導電動機６１などの応答遅延を考慮したローパスフィルタ８５を通すことによって、インバータ消費電力推定値Ｐを求めている。

本発明に基づく交流電気車の制御装置の第１の実施形態を示す図。 本発明に基づく交流電気車の制御装置の第２の実施形態を示す図。 インバータ消費電力演算装置の詳細を示す第１例。 インバータ消費電力演算装置の詳細を示す第２例。

符号の説明

１…単相交流電圧源である交流架線
２…単相変圧器
２１…交流電圧検出器
２２…交流電流検出器、
３…電力変換装置（コンバータ）
３１Ｐ…コンバータＡ相Ｐ側半導体スイッチ
３１Ｎ…コンバータＡ相Ｎ側半導体スイッチ
３２Ｐ…コンバータＢ相Ｐ側半導体スイッチ
３２Ｎ…コンバータＢ相Ｎ側半導体スイッチ
４…フィルタコンデンサ
４１…直流電圧検出器
５…電力変換装置（インバータ）
５１Ｐ…インバータＵ相Ｐ側半導体スイッチ
５１Ｎ…インバータＵ相Ｎ側半導体スイッチ
５２Ｐ…インバータＶ相Ｐ側半導体スイッチ
５２Ｎ…インバータＶ相Ｎ側半導体スイッチ
５３Ｐ…インバータＷ相Ｐ側半導体スイッチ
５３Ｎ…インバータＷ相Ｎ側半導体スイッチ
６１…誘導電動機
６２…交流電流検出器
６５…パルスジェネレータ（速度検出器）
７…コンバータ制御装置
７１…バンド除去フィルタ（ＢＥＦ）
７２…減算器
７３…電圧制御装置
７３１…コンバータ電圧制御装置（ＡＶＲ）
７３２…除算器
７３３…加算器
７４…乗算器
７５…コンバータ電流制御装置（ＡＣＲ）
７６…コンバータＰＷＭ制御装置
７７…故障検知装置
８…インバータ消費電力演算装置
８１，８２…乗算器
８３…加算器
８４…増幅器
８５…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
９…インバータ制御装置
９１…減算器
９２…すべり周波数演算装置
９３…インバータ電流制御装置（ＡＣＲ）
９４…固定座標変換装置
９５…加算器
９６…インバータ電圧演算装置
９７…静止座標変換装置
９８…インバータＰＷＭ制御装置
９９…速度推定演算装置
Ｅｓ…変圧器二次電圧
Ｅｄ…フィルタコンデンサ電圧検出値
Ｅｄ＊…フィルタコンデンサ電圧指令
Ｆｉｎｖ…インバータ周波数指令
Ｆｒ…ロータ回転周波数検出値
Ｆｒ＊…ロータ回転周波数推定値
Ｆｓ…すべり周波数指令
Ｉｓ…変圧器二次電流検出値
Ｉｓ＊…変圧器二次電流指令（瞬時値）
Ｉｕ…電動機Ｕ相電流検出値
Ｉｖ…電動機Ｖ相電流検出値
Ｉｗ…電動機Ｗ相電流検出値
Ｉｄ…電動機ｄ軸電流検出値
Ｉｄ＊…電動機ｄ軸電流指令
Ｉｑ…電動機ｑ軸電流検出値
Ｉｑ＊…電動機ｑ軸電流指令
ΔＩｓ…変圧器二次電流操作量
Ｐ…インバータ消費電力推定値
ｓｉｎωｔ…基準正弦波
Ｖａ…コンバータＡ相電圧指令
Ｖｂ…コンバータＢ相電圧指令
Ｖｄ…インバータｄ軸電圧（補正前）
Ｖｄ＊…インバータｄ軸電圧（補正後）
Ｖｑ…インバータｑ軸電圧指令（補正前）
Ｖｑ＊…インバータｑ軸電圧指令（補正後）
Ｖｕ…コンバータＵ相電圧指令
Ｖｖ…コンバータＶ相電圧指令
Ｖｗ…コンバータＷ相電圧指令
ΔＶｄ…インバータｄ軸電圧操作量
ΔＶｑ…インバータｑ軸電圧操作量

Claims (4)

1. 交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換装置と、第１の電力変換装置が供給する直流電力を平滑化するフィルタコンデンサと、第１の電力変換装置が供給する直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動する第２の電力変換装置を備えた交流電気車の制御装置において、電気車の速度情報および電動機に供給する電流指令ならびに電動機の電流検出値から得たインバータ電圧指令と電動機に供給する電流指令により電動機の消費電力を求める電力演算装置と、フィルタコンデンサ電圧の検出装置と、電力演算装置の求めた電動機の消費電力とフィルタコンデンサ電圧の目標値とフィルタコンデンサ電圧の検出値を用いてフィルタコンデンサ電圧の制御を行う電圧制御装置を有することを特徴とする交流電気車の制御装置。
2. 請求項１記載の交流電気車の制御装置において、フィルタコンデンサ電圧の目標値とフィルタコンデンサ電圧の検出値の偏差と所定の基準値を比較することによって電力変換装置の故障判定を行う保護手段を設けることを特徴とする交流電気車の制御装置。
3. 請求項１または請求項２記載の交流電気車の制御装置において、電動機の回転速度を検出する速度検出装置を備え、前記電気車の速度情報は電動機の速度検出装置より入力することを特徴とする交流電気車の制御装置。
4. 請求項１または請求項２記載の交流電気車の制御装置において、電動機に供給する電圧指令もしくは電流指令および電流検出値より電動機の回転速度を推定する速度推定手段を備え、前記電気車の速度情報は電動機の速度推定手段より入力することを特徴とする交流電気車の制御装置。

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