JP2006067638A - Power converter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter for preventing DC magnetic deflection and loss increase, and for improving noise reduction performance. <P>SOLUTION: The power converter has a converter for converting AC into DC, a carrier frequency calculating section for calculating the carrier frequency, and a PWM control section for implementing a pulse width modulation control of the converter, by comparing a triangular wave carrier calculated from the carrier frequency with a modulation wave. The carrier frequency calculating section calculates the continuously changing carrier frequency, based on the absolute value of a power supply voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.

従来の交流電車システムでは、架線にかかる単相交流電力を、コンバータ5によって、直流電力に変換し、インバータおよびその負荷である主電動機に電力の供給を行っている。コンバータ5の制御法としては、一定周波数の三角波キャリアと変調波の比較により、パルス幅変調制御を行うPWM制御法が広く適用されている。特に、交流電車システムでは、コンバータ5から架線へと流出する電流高調波の制約上(信号系の制御を行う軌道回路があり、電源周波数の整数倍(同期)の成分は許容できるが、非整数倍(非同期)の成分は許容値が小さいという制約)、電源周波数に同期した(電源周波数の整数倍)周波数となるような一定のキャリア周波数が選択されてきた。
特開平08−116674号公報 特開平09−140165号公報
In a conventional AC train system, single-phase AC power applied to an overhead wire is converted into DC power by a converter 5 and power is supplied to an inverter and a main motor as its load. As a control method of the converter 5, a PWM control method that performs pulse width modulation control by comparing a triangular wave carrier having a constant frequency and a modulated wave is widely applied. In particular, in an AC train system, there is a track circuit that controls the signal system due to restrictions on current harmonics flowing out from the converter 5 to the overhead line, and an integer multiple (synchronization) component of the power supply frequency is acceptable, but a non-integer A constant carrier frequency has been selected such that the frequency of the double (asynchronous) component has a small allowable value) and is a frequency synchronized with the power supply frequency (an integer multiple of the power supply frequency).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-116674 Japanese Patent Laid-Open No. 09-140165

しかしながら、従来の交流電車システムにおいてコンバータ5は、電源周波数に同期した周波数となるような一定のキャリア周波数を選択する必要があったので、特定周波数の高調波成分が2次電流に重畳し、主変圧器から騒音が発生していた。特に、定周波数であるため、キーンというピュアトーンとして聞こえ、非常に耳障であり、不快な印象を与えている。 However, in the conventional AC train system, the converter 5 needs to select a certain carrier frequency that is synchronized with the power supply frequency, so that the harmonic component of the specific frequency is superimposed on the secondary current, Noise was generated from the transformer. In particular, since it has a constant frequency, it can be heard as a pure tone called keen, which is very harsh and unpleasant.

特許文献1には、キャリア周波数を2つの値に設定し、低騒音化の効果もあるコンバータ5制御装置が記載されている(目的は低損失化である)。しかし、近年低騒音化への要望が強く、更に低騒音化することが出来るコンバータ制御装置が望まれている。   Patent Document 1 describes a converter 5 control device in which the carrier frequency is set to two values and has an effect of reducing noise (the purpose is to reduce loss). However, there is a strong demand for noise reduction in recent years, and a converter control device that can further reduce noise is desired.

また、特許文献2には、コンバータ5の低騒音化を図りながら、偏磁やビート電流等の問題を生じない技術について記載されている。しかしながら、騒音を低減し、交流電車システムに適合するキャリア周波数の設定について、具体的な記述はない。   Patent Document 2 describes a technique that does not cause problems such as demagnetization and beat current while reducing the noise of the converter 5. However, there is no specific description about the setting of the carrier frequency that reduces noise and is suitable for an AC train system.

そこで、本発明の目的は、直流偏磁や損失増加を防止することが出来、低騒音化性能を向上することが出来る電力変換装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a power conversion device that can prevent direct current magnetization and increase in loss and can improve noise reduction performance.

上記課題は、交流を直流に変換するコンバータと、キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、前記キャリア周波数演算部は、電源電圧の絶対値に基づいて連続的に変化するキャリア周波数を演算することによって達成することが出来る。   The above-described problems include a converter that converts alternating current into direct current, a carrier frequency calculation unit that calculates a carrier frequency, and a PWM control unit that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from the carrier frequency and a modulation wave The carrier frequency calculation unit can achieve this by calculating a continuously changing carrier frequency based on the absolute value of the power supply voltage.

上記課題は、交流を直流に変換するコンバータと、キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、前記キャリア周波数演算部は、前記交流電源電圧の正の半周期(0deg≦θ<180deg)と負の半周期(180deg≦θs<360deg)で、同一のキャリア周波数パターンを演算することによって達成することが出来る。   The above-described problems include a converter that converts alternating current into direct current, a carrier frequency calculation unit that calculates a carrier frequency, and a PWM control unit that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from the carrier frequency and a modulation wave The carrier frequency calculation unit calculates the same carrier frequency pattern in a positive half cycle (0 deg ≦ θ <180 deg) and a negative half cycle (180 deg ≦ θs <360 deg) of the AC power supply voltage. Can be achieved.

上記課題は、交流を直流に変換するコンバータと、キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、前記キャリア周波数演算部は、前記交流電源電圧の周期毎にキャリア周波数のパターンを変化させることによって達成することが出来る。   The above-described problems include a converter that converts alternating current into direct current, a carrier frequency calculation unit that calculates a carrier frequency, and a PWM control unit that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from the carrier frequency and a modulation wave The carrier frequency calculation unit can be achieved by changing a carrier frequency pattern for each period of the AC power supply voltage.

上記課題は、交流を直流に変換するコンバータと、キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、キャリア周波数演算部は、不規則に連続して変化するキャリア周波数を演算することによって達成することが出来る。   The above-described problems include a converter that converts alternating current into direct current, a carrier frequency calculation unit that calculates a carrier frequency, and a PWM control unit that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from the carrier frequency and a modulation wave The carrier frequency calculation unit can achieve this by calculating a carrier frequency that varies irregularly and continuously.

上記課題は、交流を直流に変換するコンバータと、キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、前記キャリア周波数演算部は、電気車の速度や負荷量などの運転状態に応じて、キャリア周波数のパターンを変更する手段を有することによって達成することが出来る。   The above-described problems include a converter that converts alternating current into direct current, a carrier frequency calculation unit that calculates a carrier frequency, and a PWM control unit that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from the carrier frequency and a modulation wave The carrier frequency calculation unit can be achieved by including means for changing the carrier frequency pattern according to the driving state such as the speed and load of the electric vehicle.

上記課題は、交流を直流に変換するコンバータと、キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、前記キャリア周波数演算部は、任意の時刻t0におけるキャリア位相と、前記時刻t0から電源電圧1周期ts経過した時刻t0+tsにおけるキャリア位相とが等しくなるように、キャリア周波数fc*[Hz]を演算することによって達成することが出来る。   The above-described problems include a converter that converts alternating current into direct current, a carrier frequency calculation unit that calculates a carrier frequency, and a PWM control unit that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from the carrier frequency and a modulation wave The carrier frequency calculation unit includes a carrier frequency fc * so that a carrier phase at an arbitrary time t0 is equal to a carrier phase at a time t0 + ts when one cycle of the power supply voltage ts has elapsed from the time t0. This can be achieved by calculating [Hz].

上記課題は、交流を直流に変換するコンバータと、キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、前記キャリア周波数演算部は、交流電源電圧に基づき、電源電圧の絶対値が高い時に低いキャリア周波数を設定し、電源電圧の絶対値が低い時に高いキャリア周波数を演算することによって達成することが出来る。   The above-described problems include a converter that converts alternating current into direct current, a carrier frequency calculation unit that calculates a carrier frequency, and a PWM control unit that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from the carrier frequency and a modulation wave The carrier frequency calculation unit is achieved by setting a low carrier frequency when the absolute value of the power supply voltage is high and calculating a high carrier frequency when the absolute value of the power supply voltage is low based on the AC power supply voltage. I can do it.

本発明により、直流偏磁や損失増加を防止することが出来、低騒音化性能を向上することが出来る電力変換装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a power conversion device that can prevent a DC bias and an increase in loss and improve noise reduction performance.

(第1の実施の形態)
本発明に基づく第1の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図1は、本発明に基づく第1の実施の形態のコンバータ制御装置のブロック図である。
(First embodiment)
A power converter according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a converter control device according to a first embodiment of the present invention.

本発明に基づく第1の実施の形態の電力変換装置を搭載した電車システムにおいて、パンタグラフ1は、主変圧器11と接続される。主変圧器11は、コンバータ5の交流側と接続され、更に、コンバータ5の直流側には、平滑のためのフィルタコンデンサ7と主電動機9を駆動するVVVFインバータ8が接続されている。ここで、コンバータ5の負荷は、インバータ8および主電動機9である。コンバータ5を制御するコンバータ制御装置10は、電圧検出器6によって検出されたフィルタコンデンサ7の電圧Vdcが所定値となるように、交流出力電圧指令Vc*を演算し、コンバータ5を制御するものである。 In the train system equipped with the power conversion device according to the first embodiment of the present invention, the pantograph 1 is connected to the main transformer 11. The main transformer 11 is connected to the AC side of the converter 5, and further, a smoothing filter capacitor 7 and a VVVF inverter 8 that drives the main motor 9 are connected to the DC side of the converter 5. Here, the load of the converter 5 is an inverter 8 and a main motor 9. The converter control device 10 that controls the converter 5 calculates the AC output voltage command Vc * and controls the converter 5 so that the voltage Vdc of the filter capacitor 7 detected by the voltage detector 6 becomes a predetermined value. is there.

コンバータ制御装置10への入力は、電流検出器4によって検出されたコンバータ5の交流側の電流である出力電流Ic、交流側の電圧である出力電圧Vcと、フィルタコンデンサ7の電圧Vdcである。 The input to the converter control device 10 is an output current Ic that is an AC side current of the converter 5 detected by the current detector 4, an output voltage Vc that is an AC side voltage, and a voltage Vdc of the filter capacitor 7.

コンバータ制御装置10に設けられた、電圧制御部13には、減算器12の出力であるフィルタコンデンサ7の電圧Vdcとその目標値である直流電圧指令Vdc*との差電圧が入力され、その偏差が零になるように、コンバータ5の有効電流の振幅指令値IPA*を、例えば、数1のように演算する。

Figure 2006067638
ただし、Kpdc、Kidcは直流電圧制御の比例ゲイン、積分ゲインである。Sはラプラス演算子である。 A voltage control unit 13 provided in the converter control device 10 is inputted with a difference voltage between the voltage Vdc of the filter capacitor 7 which is an output of the subtractor 12 and a DC voltage command Vdc * which is a target value thereof, and a deviation thereof. For example, the amplitude command value IPA * of the effective current of the converter 5 is calculated as shown in Equation 1 so that.
Figure 2006067638
However, Kpdc and Kidc are a proportional gain and an integral gain of DC voltage control. S is a Laplace operator.

位相推定部21では、電圧検出器23によって検出された架線電圧V1に基づき、周知である単相PLL技術により、電源電圧の位相θsを算出する。本実施の形態のコンバータ制御装置では、θsの零点は、電源電圧が負から正になるゼロクロス点であると定義する。   The phase estimation unit 21 calculates the phase θs of the power supply voltage based on the overhead line voltage V1 detected by the voltage detector 23 by a well-known single-phase PLL technique. In the converter control device of the present embodiment, the zero point of θs is defined as the zero cross point at which the power supply voltage changes from negative to positive.

電流指令演算部15には、有効電流振幅指令IPA*と、電源電圧位相θsが入力され、数2のようにコンバータ出力電流指令Ic*を算出する。ただし、ここではパンタ点での力率=1を仮定している。

Figure 2006067638
電流制御部17では、コンバータ5の出力電流指令Ic*に、電流検出器4によって検出された出力電流Icが一致するように、数3のように出力電圧指令Vc*を算出する。
Figure 2006067638
ただし、Kpは比例ゲインである。 The current command calculation unit 15 receives the effective current amplitude command IPA * and the power supply voltage phase θs, and calculates the converter output current command Ic * as shown in Equation 2. However, here, it is assumed that the power factor at the punter point = 1.
Figure 2006067638
The current control unit 17 calculates the output voltage command Vc * as shown in Equation 3 so that the output current command Ic * of the converter 5 matches the output current Ic detected by the current detector 4.
Figure 2006067638
However, Kp is a proportional gain.

キャリア周波数演算部19は、電源電圧の位相θsに基づき、キャリア周波数fc*を演算する。積分器27は、キャリア周波数演算部19により演算されたキャリア周波数fc*に基づき、キャリアの位相θcarを算出する。   The carrier frequency calculation unit 19 calculates a carrier frequency fc * based on the phase θs of the power supply voltage. The integrator 27 calculates the carrier phase θcar based on the carrier frequency fc * calculated by the carrier frequency calculation unit 19.

PWM制御18では、キャリア位相θcarに基づき、三角波キャリアを発生し、コンバータ5の出力電圧指令値Vcに一致した出力電圧が得られるように、コンバータへのゲートを三角波比較PWM制御により生成する。この三角波比較PWM制御は、周知の技術であるため、詳細な説明は省略する。 In the PWM control 18, a triangular wave carrier is generated based on the carrier phase θcar, and a gate to the converter is generated by triangular wave comparison PWM control so that an output voltage that matches the output voltage command value Vc of the converter 5 is obtained. Since this triangular wave comparison PWM control is a well-known technique, a detailed description thereof will be omitted.

このように構成されたコンバータ制御装置は、直流電圧Vdcがその目標値Vdc*となるように、コンバータ5の出力電流指令Ic*を制御するとともに、出力電流指令Ic*に、出力電流Icが一致するように、コンバータ5の出力電圧指令Vc*を制御する。 The converter control device configured as described above controls the output current command Ic * of the converter 5 so that the DC voltage Vdc becomes the target value Vdc *, and the output current Ic matches the output current command Ic *. Thus, the output voltage command Vc * of the converter 5 is controlled.

次に、キャリア周波数演算部19について、図を参照し詳細に説明する。図2はキャリア周波数演算部19の構成図である。   Next, the carrier frequency calculation unit 19 will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a configuration diagram of the carrier frequency calculation unit 19.

キャリア周波数演算部19は、キャリアカウント演算部25とキャリア周波数パターンテーブル24から構成されている。キャリアカウント演算部25は、位相推定部21により算出された電源電圧の位相θsを所定の領域に分割し、その領域を識別するためのキャリアカウントNを生成し出力する。例えば、電源1周期を30個の領域に、電源位相が等分されるように分割するとすれば、数4のようにキャリアカウントNを算出できる。

Figure 2006067638
ここに、floor()は、小数以下を切り捨て整数化する関数とする。また、電源電圧θsは、0[deg]以上360[deg]未満の領域に存在するものとする。 The carrier frequency calculation unit 19 includes a carrier count calculation unit 25 and a carrier frequency pattern table 24. The carrier count calculation unit 25 divides the phase θs of the power supply voltage calculated by the phase estimation unit 21 into predetermined regions, and generates and outputs a carrier count N for identifying the region. For example, if one power supply cycle is divided into 30 regions so that the power supply phase is equally divided, the carrier count N can be calculated as shown in Equation 4.
Figure 2006067638
Here, floor () is a function that rounds down decimals to an integer. Further, it is assumed that the power supply voltage θs exists in an area of 0 [deg] or more and less than 360 [deg].

キャリア周波数パターンテーブル24には、キャリアカウントNに対応するキャリア周波数が格納されている。キャリアパターンテーブル24は、キャリアカウント演算部25で生成されたキャリアカウントNに対応するキャリア周波数データを、その時点でのキャリア周波数fc*として出力するものである。 The carrier frequency pattern table 24 stores a carrier frequency corresponding to the carrier count N. The carrier pattern table 24 outputs the carrier frequency data corresponding to the carrier count N generated by the carrier count calculation unit 25 as the carrier frequency fc * at that time.

このように構成されたコンバータ制御装置は、予め電源電圧の位相θsおよびそれに準ずる値(本実施例ではキャリアカウントと称している)に対するキャリア周波数fc*を予め計算し、テーブルに格納しておき、実運転中はその都度参照するという形態をとっている。 The converter control device configured as described above calculates in advance a carrier frequency fc * for the phase θs of the power supply voltage and a value corresponding thereto (referred to as carrier count in this embodiment), and stores it in a table. It takes the form of referencing each time during actual driving.

本発明に基づく第1の実施の形態の電力変換装置において、キャリア周波数は、図3に示すように、電源電圧絶対値の大きさに従って、連続的に変化することを特徴としている。本実施の形態のキャリア周波数演算部19は、電源電圧の絶対値の大きさに応じて、電源電圧絶対値が高いときに、キャリア周波数を高く、電源電圧の絶対値が低いときに、キャリア周波数を低く、連続的に変化するキャリア周波数が設定される。騒音は電流高調波が要因であるが、電流高調波が大きく生じるのは、電源電圧の絶対値が大きい領域であり、逆に電源電圧の絶対値が小さい領域では、電流高調波は比較的小さな値となる。よって、電源電圧の絶対値が大きい領域付近でキャリア周波数を高く、すなわち、スイッチング周波数を上げることにより、コンバータ出力電流の電流高調波の大きさを低減する効果が期待できる。また、特許文献1とは異なり、複数のキャリア周波数が混在するように、すなわち、連続的に変化するキャリア周波数を設定することにより、電流高調波の分散効果を更に高めることができる。この上記2つの相乗効果により、顕著な低騒音化の効果が期待できる。 The power conversion device according to the first embodiment of the present invention is characterized in that the carrier frequency continuously changes according to the magnitude of the power supply voltage absolute value as shown in FIG. According to the magnitude of the absolute value of the power supply voltage, the carrier frequency calculation unit 19 according to the present embodiment increases the carrier frequency when the power supply voltage absolute value is high and sets the carrier frequency when the absolute value of the power supply voltage is low. And a continuously changing carrier frequency is set. Noise is caused by current harmonics, but large current harmonics occur in regions where the absolute value of the power supply voltage is large. Conversely, in regions where the absolute value of the power supply voltage is small, the current harmonics are relatively small. Value. Therefore, the effect of reducing the magnitude of the current harmonics of the converter output current can be expected by increasing the carrier frequency in the vicinity of the region where the absolute value of the power supply voltage is large, that is, increasing the switching frequency. Unlike Patent Document 1, the dispersion effect of current harmonics can be further enhanced by setting a carrier frequency that changes continuously so that a plurality of carrier frequencies are mixed. Due to these two synergistic effects, a significant noise reduction effect can be expected.

このように構成された電力変換装置のキャリア周波数演算部19は、電源電圧が正の区間(0deg<=θs<180deg)と負の区間(180deg<=θs<360deg)で、同一のキャリア周波数パターンを設定する。また、キャリア周波数演算部19は、電源電圧の1周期の区間に、キャリア周波数fc*を積分したもの(厳密には、fc*×2π[rad/s]に換算したものの積分である)は360[deg]の整数倍に等しいという条件(式5)を満たすように、キャリア周波数fc*[Hz]を設定している。

Figure 2006067638
ただし、nは正の整数、Tは電源電圧の周期[sec]、t0は任意の時刻[sec]である。t0は任意であるので、例えば、電源電圧がゼロクロスする時刻[sec]として考えてもよい。 The carrier frequency calculation unit 19 of the power conversion device configured as described above has the same carrier frequency pattern in the positive interval (0 deg <= θs <180 deg) and the negative interval (180 deg <= θs <360 deg). Set. In addition, the carrier frequency calculation unit 19 integrates the carrier frequency fc * in one period of the power supply voltage (strictly, it is the integration of the one converted into fc * × 2π [rad / s]). The carrier frequency fc * [Hz] is set so as to satisfy the condition (equation 5) that is equal to an integer multiple of [deg].
Figure 2006067638
However, n is a positive integer, T is a period [sec] of the power supply voltage, and t0 is an arbitrary time [sec]. Since t0 is arbitrary, for example, it may be considered as time [sec] when the power supply voltage crosses zero.

数5に基づき演算されたキャリア周波数の位相は、任意の一周期期間で初期値に戻る。例えば、電源電圧のゼロクロスでキャリア位相α[deg]であったものは、電源電圧が再度ゼロクロスする時点でもキャリア位相がα[deg]であることを意味するものである。これは、すなわち、キャリア位相が電源電圧1周期間で不規則に変化するものの、1周期間をみると、電源電圧に同期がとれていることになる。よって、コンバータ5の出力電流に含まれる電流高調波成分の非同期成分を増加させない効果がある。   The phase of the carrier frequency calculated based on Equation 5 returns to the initial value in any one cycle period. For example, the carrier phase α [deg] at the zero crossing of the power supply voltage means that the carrier phase is α [deg] even when the power supply voltage zero crosses again. That is, although the carrier phase changes irregularly within one period of the power supply voltage, the power supply voltage is synchronized when one period is observed. Therefore, there is an effect that the asynchronous component of the current harmonic component included in the output current of the converter 5 is not increased.

交流電車システムでは、信号系の制御のため、コンバータ5から架線へと流出する電流高調波の中で、電源電圧の非同期成分について許容値が小さく設定されている。電源電圧と同期しないキャリア周波数パターンを使用すると、電流高調波成分の非同期成分が増加し、信号系に悪影響を与える恐れがある。よって、キャリア周波数パターンを、電源電圧と同期したものに設定することにより、電流高調波の非同期成分の増加を抑制、信号制御系に影響を与えない効果がある。(尚、特許文献1では、電源電圧に同期してキャリア周波数を切り替えることは明記されているが、そのキャリア周波数を積分したキャリア位相がどのようにあるべきか、言及していない。本実施の形態のコンバータ制御装置は、キャリア位相が1周期毎に連続であるように、すなわち、同期するように、キャリア周波数を設定することで、電流高調波の非同期成分の増加を抑制できるという効果を奏するものである)
また本実施の形態の電力変換装置において、キャリア周波数は、電源電圧の正の半周期と負の半周期とで、同一のキャリア周波数パターンを用いているので、コンバータ5の出力電圧の正負非対称を抑制することが可能である。コンバータ5のU相とV相の回路特性(半導体特性など含めて)には微小な個体差がある。電源電圧の正の半周期と負の半周期について、異なるキャリア周波数を使用すると、この個体差による非対称性から交流側に直流成分を生じる恐れがある。この直流電圧により主変圧器が偏磁し、騒音・振動を引き起こし、あるいは、過電流による保護停止することが懸念される。よって、キャリア周波数パターンを、電源電圧の正の半周期と負の半周期間を同一に設定することにより、出力電圧の非対称性を抑制し、主変圧器の偏磁を抑制する効果が期待できる。
In the AC train system, an allowable value for the asynchronous component of the power supply voltage is set small in the current harmonics flowing out from the converter 5 to the overhead line for signal system control. If a carrier frequency pattern that is not synchronized with the power supply voltage is used, the asynchronous component of the current harmonic component increases, which may adversely affect the signal system. Therefore, by setting the carrier frequency pattern to be synchronized with the power supply voltage, an increase in the asynchronous component of the current harmonic is suppressed, and there is an effect that the signal control system is not affected. (Note that Patent Document 1 clearly states that the carrier frequency is switched in synchronization with the power supply voltage, but does not mention how the carrier phase should be obtained by integrating the carrier frequency.) The converter control device according to the embodiment has an effect that the increase in the asynchronous component of the current harmonic can be suppressed by setting the carrier frequency so that the carrier phase is continuous every cycle, that is, in synchronization. )
Further, in the power conversion device of the present embodiment, the carrier frequency uses the same carrier frequency pattern for the positive half cycle and the negative half cycle of the power supply voltage. It is possible to suppress. There are minute individual differences in circuit characteristics (including semiconductor characteristics) of the U-phase and V-phase of the converter 5. If different carrier frequencies are used for the positive half cycle and the negative half cycle of the power supply voltage, a DC component may be generated on the AC side due to the asymmetry due to the individual difference. This DC voltage may cause the main transformer to demagnetize, cause noise and vibration, or cause protection to stop due to overcurrent. Therefore, by setting the carrier frequency pattern to be the same between the positive half cycle and the negative half cycle of the power supply voltage, the effect of suppressing the asymmetry of the output voltage and suppressing the bias of the main transformer can be expected.

シミュレーションによって、コンバータ5の出力電流の高調波が分散される様子を確認した。図4に従来の一定キャリア周波数の場合の解析結果を示す。図5(a)は連続的に変化するキャリア周波数の場合のもので、図5(b)の公知技術である低いキャリア周波数と高いキャリア周波数との2周波切換方式のコンバータものである。図5(a)が最もよく、出力電流の高調波成分を分散していることが分かる。   It was confirmed by simulation that the harmonics of the output current of the converter 5 are dispersed. FIG. 4 shows the analysis result in the case of the conventional constant carrier frequency. FIG. 5A shows the case of a continuously changing carrier frequency, which is a converter of a two-frequency switching system between a low carrier frequency and a high carrier frequency, which is the known technique of FIG. 5B. FIG. 5A shows that the harmonic component of the output current is dispersed best.

このように構成することで、電源電圧の位相θsに応じてキャリア周波数が変化する。このため、コンバータ5の出力電流のリプルの周波数スペクトルが分散され、主変圧器より生じていた耳障りなピュアトーン(特定周波数成分をもつ音)を抑制し、低騒音化を図ることができる。   With this configuration, the carrier frequency changes according to the phase θs of the power supply voltage. For this reason, the frequency spectrum of the ripple of the output current of the converter 5 is dispersed, and an unpleasant pure tone (sound having a specific frequency component) generated from the main transformer can be suppressed, and noise can be reduced.

このように構成された電力変換装置は、直流偏磁や損失増加を防止することが出来、低騒音化性能を向上することが出来る。 The power conversion device configured as described above can prevent DC bias and loss increase, and can improve noise reduction performance.

尚、本実施の形態の電力変換装置では、キャリア周波数パターンテーブルに基づいて、キャリア周波数fc*を出力と記載されているが、キャリア周波数fc*は、本実施例のようにキャリア周波数パターンテーブルを参照しても、或は直接演算しても同様な作用効果が得られるのでどちらか一方に限定はしない。 In the power conversion device according to the present embodiment, the carrier frequency fc * is described as output based on the carrier frequency pattern table. However, the carrier frequency fc * is calculated using the carrier frequency pattern table as in this embodiment. Even if it is referred to or directly calculated, the same operation and effect can be obtained.

(第2の実施の形態)
本発明に基づく第2の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図6は、本発明に基づく第2の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部によるキャリア周波数の演算パターン図である。尚、図1乃至図5に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
A power converter according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 6 is a calculation pattern diagram of the carrier frequency by the carrier frequency calculation unit of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention. The same structural elements as those shown in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

本発明に基づく第2の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部19は、電源電圧の絶対値が大きいとき、すなわち、電源位相が90deg,あるいは,270deg付近にて、低いキャリア周波数を設定し、電源電圧の絶対値が小さい領域、すなわち、電源位相が0deg,あるいは,180deg付近にて、高いキャリア周波数を設定している。   The carrier frequency calculation unit 19 of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention sets a low carrier frequency when the absolute value of the power supply voltage is large, that is, when the power supply phase is around 90 deg or 270 deg. However, a high carrier frequency is set in a region where the absolute value of the power supply voltage is small, that is, in the vicinity of the power supply phase of 0 deg or 180 deg.

このように構成された電力変換装置のキャリア周波数演算部19は、電源電圧が正の区間(0deg<=θs<180deg)と負の区間(180deg<=θs<360deg)で、同一のキャリア周波数パターンを設定する。また、キャリア周波数演算部19は、電源電圧の1周期の区間に、キャリア周波数fc*を積分したもの(厳密には、fc*×2π[rad/s]に換算したものの積分である)は360[deg]の整数倍に等しいという条件を満たすように、キャリア周波数fc*[Hz]を設定している((式5)参照)。   The carrier frequency calculation unit 19 of the power conversion device configured as described above has the same carrier frequency pattern in the positive interval (0 deg <= θs <180 deg) and the negative interval (180 deg <= θs <360 deg). Set. In addition, the carrier frequency calculation unit 19 integrates the carrier frequency fc * in one period of the power supply voltage (strictly, it is the integration of the one converted into fc * × 2π [rad / s]). The carrier frequency fc * [Hz] is set so as to satisfy the condition of being equal to an integral multiple of [deg] (see (Equation 5)).

このように構成された電力変換装置は、電源電圧の絶対値が高いときに、キャリア周波数は低く設定され、電源電圧の絶対値が低いときに、キャリア周波数は高く設定される。   In the power conversion device configured as described above, the carrier frequency is set low when the absolute value of the power supply voltage is high, and the carrier frequency is set high when the absolute value of the power supply voltage is low.

第1の実施の形態の電力変換装置のように、電源電圧の絶対値が高い領域で高いキャリア周波数を設定し、電源電圧の絶対値が低い領域で低いキャリア周波数を設定すると、電流が大きい(通常は力率1運転であるため電源電圧の絶対値が大きい領域では、電流の絶対値も大きい)領域でのスイッチング周波数が増加するため、変換器の損失が増大する。この結果、冷却能力の増加が余儀なくされ、変換器の重量や体格の増加を引き起こすおそれがある。そこで、第2の実施の形態の電力変換装置は、電源電圧の絶対値が高いときにキャリア周波数を低く設定し、電源電圧の絶対値が低いときにキャリア周波数を高く設定することで、損失の増加を抑制する。   When the high carrier frequency is set in the region where the absolute value of the power supply voltage is high and the low carrier frequency is set in the region where the absolute value of the power supply voltage is low, as in the power conversion device of the first embodiment, the current is large ( Usually, since the power factor is 1 operation, the switching frequency in the region where the absolute value of the power supply voltage is large (the absolute value of the current is also large) increases, so the loss of the converter increases. As a result, the cooling capacity is inevitably increased, which may increase the weight and physique of the converter. Therefore, the power conversion device of the second embodiment sets the carrier frequency low when the absolute value of the power supply voltage is high, and sets the carrier frequency high when the absolute value of the power supply voltage is low. Suppress the increase.

本実施の形態の電力変換装置は、第1の実施の形態の電力変換装置ほど、低騒音化効果は得られないまでも、現行システムで採用される一定キャリア周波数というシステムに比べ、変換器の体格・重量を引き起こすことがなく、低騒音化の効果がえられるため、システムとして利点がある。(キャリア周波数が一定である現行システムに対し、特許文献1のように、電源電圧の絶対値が低い領域だけ、スイッチング周波数を下げ、低騒音・低損失を図るということが期待できるが、これであると、平均周波数が既存システムより下がってしまい、結果的な電流高調波レベルは、逆に既存システム以上になってしまう。よって、既存システムに対し、平均スイッチング数を維持したまま、高い領域と低い領域とを設定することが実用上は有効である) The power conversion device according to the present embodiment is more efficient than the system of the constant carrier frequency employed in the current system, even if the noise reduction effect is not obtained as much as the power conversion device according to the first embodiment. There is an advantage as a system because it does not cause physique and weight and the effect of noise reduction is obtained. (For current systems where the carrier frequency is constant, it can be expected that the switching frequency will be lowered and noise and loss will be reduced only in the region where the absolute value of the power supply voltage is low, as in Patent Document 1. If this happens, the average frequency will be lower than that of the existing system, and the resulting current harmonic level will be higher than that of the existing system. It is practically effective to set a low area)

図7は、第2の実施の形態の電力変換装置を、電源電圧のゼロクロス付近ではキャリア周波数が1650Hz、電源電圧のピーク付近ではキャリア周波数が1250Hzに設定した場合の解析結果を示す。図4(従来のコンバータ制御装置)との比較により、高調波成分が分散されており、低騒音化の効果が期待できることが分かる。   FIG. 7 shows an analysis result of the power conversion device according to the second embodiment when the carrier frequency is set to 1650 Hz near the zero cross of the power supply voltage and the carrier frequency is set to 1250 Hz near the peak of the power supply voltage. By comparison with FIG. 4 (conventional converter control device), it can be seen that the harmonic components are dispersed and the effect of noise reduction can be expected.

このように構成することで、電源電圧の位相θsに応じてキャリア周波数が変化するため、コンバータ5の出力電流のリプルの周波数スペクトルが分散され、主変圧器より生じていた耳障りなピュアトーン(特定周波数成分をもつ音)を抑制し、低騒音化を図ることができる。   With this configuration, since the carrier frequency changes in accordance with the phase θs of the power supply voltage, the frequency spectrum of the ripple of the output current of the converter 5 is dispersed, and the annoying pure tone (specific identification) generated from the main transformer (Sound having frequency components) can be suppressed, and noise can be reduced.

また、本実施の形態の電力変換装置も、電源電圧の正の半周期と負の半周期とで、同一のキャリア周波数パターンを用いているので、出力電圧の非対称性を抑制し、主変圧器の偏磁を抑制する効果が期待できる。   Moreover, since the power conversion device of the present embodiment also uses the same carrier frequency pattern in the positive half cycle and the negative half cycle of the power supply voltage, the asymmetry of the output voltage is suppressed, and the main transformer It can be expected to suppress the magnetization of

このように構成された電力変換装置は、直流偏磁や損失増加を防止することが出来、低騒音化性能を向上することが出来る。   The power conversion device configured as described above can prevent DC bias and increase in loss, and can improve noise reduction performance.

(第3の実施の形態)
本発明に基づく第3の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図8は、本発明に基づく第3の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部によるキャリア周波数の演算パターン図である。
(Third embodiment)
A power converter according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 8 is a calculation pattern diagram of the carrier frequency by the carrier frequency calculation unit of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention.

本発明に基づく第2の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部19は、隣あうキャリア周波数に規則性がないようにランダムにキャリア周波数を設定しているものである。   The carrier frequency calculation unit 19 of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention randomly sets carrier frequencies so that adjacent carrier frequencies have no regularity.

このように構成された電力変換装置のキャリア周波数演算部19は、電源電圧が正の区間(0deg<=θs<180deg)と負の区間(180deg<=θs<360deg)で、同一のキャリア周波数パターンを設定する。また、キャリア周波数演算部19は、電源電圧の1周期の区間に、キャリア周波数fc*を積分したもの(厳密には、fc*×2π[rad/s]に換算したものの積分である)は360[deg]の整数倍に等しいという条件を満たすように、キャリア周波数fc*[Hz]を設定している((式5)参照)。   The carrier frequency calculation unit 19 of the power conversion device configured as described above has the same carrier frequency pattern in the positive interval (0 deg <= θs <180 deg) and the negative interval (180 deg <= θs <360 deg). Set. In addition, the carrier frequency calculation unit 19 integrates the carrier frequency fc * in one period of the power supply voltage (strictly, it is the integration of the one converted into fc * × 2π [rad / s]). The carrier frequency fc * [Hz] is set so as to satisfy the condition of being equal to an integral multiple of [deg] (see (Equation 5)).

このように構成することで、電源電圧の位相θsに応じてキャリア周波数が変化する。このため、コンバータ5の出力電流のリプルの周波数スペクトルが分散され、主変圧器より生じていた耳障りなピュアトーン(特定周波数成分をもつ音)を抑制し、低騒音化を図ることができる。   With this configuration, the carrier frequency changes according to the phase θs of the power supply voltage. For this reason, the frequency spectrum of the ripple of the output current of the converter 5 is dispersed, and an unpleasant pure tone (sound having a specific frequency component) generated from the main transformer can be suppressed, and noise can be reduced.

このように構成された電力変換装置は、隣あうキャリア周波数を規則性なく、ランダムに変化させることで、一様に電流高調波を分散させることができる。第1の実施の形態若しくは第2の実施の形態のコンバータ制御装置のように、ある特定の周波数を持つようにキャリア周波数をふると、その周波数成分が新たに騒音として聞こえる懸念がある。   The power conversion device configured as described above can uniformly disperse current harmonics by changing adjacent carrier frequencies randomly without regularity. If the carrier frequency is set so as to have a specific frequency as in the converter control device of the first embodiment or the second embodiment, there is a concern that the frequency component may be newly heard as noise.

よって、本実施の形態のコンバータ制御装置のように、特定周波数をもたないようにランダムにキャリア周波数を変化させることで、一様に分散した電流高調波の分布を得ることができる。この結果、キャリアを分散することの狙いである耳障りな特定周波数を出さないという特性をより顕著にすることが可能である。   Therefore, by uniformly changing the carrier frequency so as not to have a specific frequency as in the converter control device of the present embodiment, a uniformly distributed current harmonic distribution can be obtained. As a result, it is possible to make the characteristic of not causing an irritating specific frequency, which is an aim of dispersing carriers, more remarkable.

また、本実施の形態の電力変換装置も、電源電圧の正の半周期と負の半周期とで、同一のキャリア周波数パターンを用いているので、出力電圧の非対称性を抑制し、主変圧器の偏磁を抑制する効果が期待できる。   Moreover, since the power conversion device of the present embodiment also uses the same carrier frequency pattern in the positive half cycle and the negative half cycle of the power supply voltage, the asymmetry of the output voltage is suppressed, and the main transformer It can be expected to suppress the magnetization of

このように構成された電力変換装置は、直流偏磁や損失増加を防止することが出来、低騒音化性能を向上することが出来る。   The power conversion device configured as described above can prevent DC bias and loss increase, and can improve noise reduction performance.

(第4の実施の形態)
本発明に基づく第4の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図9は、本発明に基づく第4の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部のブロック図である。第1の実施形態乃至第3の実施の形態の電力変換装置とは、キャリア周波数演算部39の構成の一部が異なる。
(Fourth embodiment)
A power converter according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 9 is a block diagram of the carrier frequency calculation unit of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention. A part of the configuration of the carrier frequency calculation unit 39 is different from the power conversion devices of the first to third embodiments.

第4の実施の形態の電力変換装置において、周期カウント演算部26では、電源電圧位相θsを元に、現在、何周期目かという周期カウンタNTを生成出力する。図9は、電源電圧V1と周期カウンタNTとのの一例を示した関係図である。この例では、周期カウンタ26は、電源1周期ごとに、0,1,2まで増加し、再度、0へと戻るように設定されている。 In the power conversion device according to the fourth embodiment, the cycle count calculation unit 26 generates and outputs a cycle counter NT indicating the current cycle based on the power supply voltage phase θs. FIG. 9 is a relationship diagram showing an example of the power supply voltage V1 and the period counter NT. In this example, the period counter 26 is set to increase to 0, 1, 2 every power supply period and to return to 0 again.

キャリア周波数演算部39には、周期カウンタNTに対応するキャリア周波数パターンテーブル24が3つ用意されている。切り替え器31では、周期カウンタNTに基づき、3つのキャリア周波数パターンテーブル24から該当する一つを選定し、出力するものである。このように構成された電力変換装置は、電源電圧の周期毎に、別なキャリア周波数パターンを設定することが可能になる。ある特定のキャリア周波数パターンを用いるより、周期毎にパターンを変えることで、より一層の電流高調波スペクトルを分散し、低騒音化の効果を顕著化することが期待できる。また、本実施の形態の電力変換装置のように、1周期毎に、新たなパターンを選択することで、出力電圧の非対称性、すなわち、直流偏磁などの現象を抑制し、制御的な不安定性などを極力抑制することが期待できるものである。 In the carrier frequency calculation unit 39, three carrier frequency pattern tables 24 corresponding to the period counter NT are prepared. The switch 31 selects and outputs one corresponding from the three carrier frequency pattern tables 24 based on the period counter NT. The power conversion device configured as described above can set a different carrier frequency pattern for each cycle of the power supply voltage. Rather than using a specific carrier frequency pattern, by changing the pattern for each period, it can be expected that the current harmonic spectrum is further dispersed and the effect of noise reduction becomes remarkable. Further, as in the power conversion device of the present embodiment, by selecting a new pattern for each cycle, the output voltage asymmetry, that is, a phenomenon such as DC bias is suppressed, and control anxiety is suppressed. It can be expected to suppress qualitative properties as much as possible.

このように構成された電力変換装置は、直流偏磁や損失増加を防止することが出来、低騒音化性能を向上することが出来る。 The power conversion device configured as described above can prevent DC bias and loss increase, and can improve noise reduction performance.

(第5の実施の形態)
本発明に基づく第5の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図11は、本発明に基づく第5の実施の形態の電力変換装置ののブロック図である。
(Fifth embodiment)
A power converter according to a fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 11 is a block diagram of a power conversion device according to a fifth embodiment of the present invention.

本発明に基づく第5の実施の形態の電力変換装置は、交流電車の1編成に、複数n台のコンバータを備える場合の構成について説明するものである。尚、図1乃至図10に示したものと同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。 The power conversion device according to the fifth embodiment of the present invention will be described with respect to a configuration in which a plurality of converters are provided in one train of an AC train. Note that the same components as those shown in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本発明に基づく第5の実施の形態の電力変換装置において、第1のキャリア周波数演算部49Aは、電源電圧位相θsに応じたキャリアカウンタNを生成し、他のキャリア周波数演算部49へ出力する。他のキャリア周波数演算部49では、このキャリアカウンタNによって、キャリア周波数パターンテーブル24を参照する。   In the power conversion device according to the fifth embodiment of the present invention, first carrier frequency calculation unit 49A generates carrier counter N corresponding to power supply voltage phase θs and outputs the carrier counter N to another carrier frequency calculation unit 49. . The other carrier frequency calculation unit 49 refers to the carrier frequency pattern table 24 using this carrier counter N.

各キャリア周波数演算部49の出力は、キャリア周波数fc*であり、これを積分したものが三角波キャリアの位相θcarとなる。本実施の形態のコンバータ制御装置のように、複数台のコンバータが1編成内に存在する場合、互いのキャリア位相をずらすことで架線に流れる電流高調波を相殺する位相差運転が交流電車システムにおいて、必須であるため、上記の三角波キャリア位相θcarの後段にて、各ユニットの位相差オフセット28を加算する。   The output of each carrier frequency calculation unit 49 is the carrier frequency fc *, and the result obtained by integrating this is the phase θcar of the triangular wave carrier. In the AC train system, when a plurality of converters exist in one train as in the converter control device of the present embodiment, the phase difference operation that cancels out the current harmonics flowing in the overhead line by shifting the carrier phases of each other is performed. Since it is essential, the phase difference offset 28 of each unit is added after the triangular wave carrier phase θcar.

以上のような構成では、各ユニットのキャリアカウンタNが共通化されている点が特徴である。これにより、各キャリア周波数演算部49にて設定されるキャリア周波数は、全ユニットが同時点で同一設定となる。すなわち、キャリア周波数を可変にする場合であっても、全ユニットが同時刻に同キャリア周波数を設定することが保証されるために、架線に流れる電流高調波の抑制効果を維持することが可能となる。架線に流れる電流高調波の増大は、信号回路に影響を及ぼす可能性があり、運転不能といった重大事故を引き起こす可能性がある。本発明により、システムの信頼性を維持することが可能である。   The above configuration is characterized in that the carrier counter N of each unit is shared. Thereby, the carrier frequency set in each carrier frequency calculation part 49 becomes the same setting at the same time in all the units. That is, even when the carrier frequency is variable, it is guaranteed that all units set the same carrier frequency at the same time, so that it is possible to maintain the effect of suppressing the current harmonics flowing in the overhead wire. Become. An increase in current harmonics flowing through the overhead wire may affect the signal circuit and may cause a serious accident such as inability to operate. According to the present invention, it is possible to maintain the reliability of the system.

なお、近年の制御はディジタル制御化されており、コントローラ毎の個体差は小さい。よって、本実施例のように、ある1台のキャリアカウンタNを明確に共有するという構成でなく、ディジタル制御によって個々を構成すれば、それはすなわち、キャリアカウンタNを共有化していることと同等な作用効果が得られるものである。   In recent years, control has been digitally controlled, and individual differences between controllers are small. Therefore, as in this embodiment, if one individual carrier counter N is not clearly shared but is configured by digital control, it is equivalent to sharing the carrier counter N. A working effect can be obtained.

(第6の実施の形態)
本発明に基づく第6の実施の形態の電力変換装置について、図を参照し詳細に説明する。図12は、本発明に基づく第5の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。
(Sixth embodiment)
A power converter according to a sixth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 12 is a block diagram of a power conversion device according to a fifth embodiment of the present invention.

本発明に基づく第6の実施の形態の電力変換装置において、スイッチングモード設定部22には、車両の速度やコンバータあるいはインバータあるいはその負荷である主電動機の出力電力などが入力され、入力された状況に応じて、キャリア周波数を可変にするか固定にするかの切り替え信号を出力する。   In the power conversion device according to the sixth embodiment of the present invention, the switching mode setting unit 22 is input with the speed of the vehicle, the output power of the converter or inverter, or the main motor as its load, and the like. In response to this, a switching signal for making the carrier frequency variable or fixed is output.

例えば、第1の設定例として、速度の絶対値が所定値より低い場合には、キャリア周波数を可変にし、速度の絶対値が所定値より高い場合には、キャリア周波数を固定にする。また、例えば、第2の設定として、出力電流のRMSの絶対値が所定値より低い場合には、キャリア周波数を可変にし、出力電流のRMSの絶対値が所定値より高い場合には、キャリア周波数を固定するといった運転状況に応じた設定が可能である。   For example, as a first setting example, when the absolute value of the speed is lower than a predetermined value, the carrier frequency is made variable, and when the absolute value of the speed is higher than the predetermined value, the carrier frequency is fixed. For example, as the second setting, when the absolute value of the RMS of the output current is lower than a predetermined value, the carrier frequency is made variable, and when the absolute value of the RMS of the output current is higher than the predetermined value, the carrier frequency Can be set according to the driving situation, such as fixing.

キャリア周波数パターンテーブル24は、2つ用意されている。1つはキャリア周波数を可変とするものであり、例えば、第1の実施の形態で示したものとすることができる。もう1つは、キャリア周波数を固定するものである。すなわち、キャリアカウントNに依らず、キャリア周波数が一定の値が書き込まれたパターンである。   Two carrier frequency pattern tables 24 are prepared. One is to change the carrier frequency, and for example, it can be the one shown in the first embodiment. The other is to fix the carrier frequency. That is, it is a pattern in which a constant carrier frequency is written regardless of the carrier count N.

切り替え器32は、切り替え信号に応じて、相応するテーブルから参照した値を、キャリア周波数設定値fc*として出力するものである。   The switch 32 outputs a value referenced from the corresponding table as a carrier frequency set value fc * according to the switch signal.

このように構成された電力変換装置は、所定の運転条件だけ、キャリア周波数を可変にして、低騒音化の効果を得ることができる。キャリア周波数を可変にして、低騒音化を図るための一手段として、第1の実施の形態のコンバータ制御装置のように、電源電圧の絶対値が大きいところでキャリア周波数を高く設定する方法があるが、しかしながら、通常コンバータ5は力率1で運転するため、上記の設定によって、全体としては大きな電流値を遮断、すなわち、損失が増加する恐れがある。低騒音化を最優先すれば、コンバータ5の冷却能力を向上して対処することも可能だが、機器の大型化・重量化になるため好ましくはない。   The power conversion device configured as described above can obtain a noise reduction effect by changing the carrier frequency only under predetermined operating conditions. As a means for reducing the noise by making the carrier frequency variable, there is a method of setting the carrier frequency high where the absolute value of the power supply voltage is large, as in the converter control device of the first embodiment. However, since the converter 5 normally operates at a power factor of 1, a large current value as a whole may be cut off due to the above setting, that is, the loss may increase. If low noise is given the highest priority, it is possible to improve the cooling capacity of the converter 5 to cope with it, but this is not preferable because it increases the size and weight of the equipment.

それに対し、低速領域やあるいは直接に低出力領域は、コンバータ5の出力電流が小さいため、コンバータ5の冷却能力には余力のある運転条件である。よって、この場合に限りキャリア周波数を可変にして、低騒音化を図ることで、機器の大型化・重量化を引き起さない範囲で、一部の運転条件に限定して低騒音化の効果も期待できる。   On the other hand, in the low speed region or directly in the low output region, the output current of the converter 5 is small. Therefore, only in this case, by making the carrier frequency variable and reducing noise, the effect of reducing noise can be limited to some operating conditions within a range that does not increase the size and weight of the equipment. Can also be expected.

ここで、駅への停止および出発を想定すれば、駅で待つ乗客に対する騒音が問題である。また、このような低速走行では、走行に伴う他の騒音も小さく、主変圧器からの電磁騒音が目立つ運転条件である。よって、上記のように、低速、あるいは、低出力での領域に限って、低騒音化を図るものであったとしても、交流電車システムとしては、非常に有益な効果が得られるものである。   Here, if a stop to the station and departure are assumed, noise for passengers waiting at the station is a problem. Further, in such low speed traveling, other noises associated with traveling are small, and it is an operating condition in which electromagnetic noise from the main transformer is conspicuous. Therefore, as described above, even if the noise is reduced only in the low-speed or low-power region, a very beneficial effect can be obtained as an AC train system.

本発明に基づく第1の実施の形態の電力変換装置のブロック図である。It is a block diagram of the power converter device of a 1st embodiment based on the present invention. 本発明に基づく第1の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部19の構成図である。It is a block diagram of the carrier frequency calculating part 19 of the power converter device of 1st Embodiment based on this invention. 本発明に基づく第1の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部によるキャリア周波数の演算パターン図である。It is a calculation pattern figure of the carrier frequency by the carrier frequency calculating part of the power converter device of 1st Embodiment based on this invention. 従来の電力変換装置のシュミレーション結果である。It is a simulation result of the conventional power converter. (a)本発明に基づく第1の実施の形態の電力変換装置のシュミレーション結果である。(b)特許文献1に記載の電力変換装置のシュミレーション結果である。(A) It is a simulation result of the power converter device of 1st Embodiment based on this invention. (B) It is the simulation result of the power converter device of patent document 1. FIG. 本発明に基づく第2の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部によるキャリア周波数の演算パターン図である。It is a calculation pattern figure of the carrier frequency by the carrier frequency calculating part of the power converter device of 2nd Embodiment based on this invention. 本発明に基づく第3の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部によるキャリア周波数の演算パターン図である。It is a calculation pattern figure of the carrier frequency by the carrier frequency calculating part of the power converter device of 3rd Embodiment based on this invention. 本発明に基づく第3の実施の形態の電力変換装置のシュミレーション結果である。It is a simulation result of the power converter device of 3rd Embodiment based on this invention. 本発明に基づく第4の実施の形態の電力変換装置のキャリア周波数演算部のブロック図である。It is a block diagram of the carrier frequency calculating part of the power converter device of 4th Embodiment based on this invention. 電源電圧V1と周期カウンタNTとのの一例を示した関係図である。It is the relationship figure which showed an example of power supply voltage V1 and the period counter NT. 本発明に基づく第5の実施の形態の電力変換装置ののブロック図である。It is a block diagram of the power converter device of 5th Embodiment based on this invention. 本発明に基づく第5の実施の形態の電力変換装置ののブロック図である。It is a block diagram of the power converter device of 5th Embodiment based on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 パンタグラフ
2 車輪
3 コンバータ入力電圧検出器
4 コンバータ入力電流検出器
5 コンバータ
6 フィルタコンデンサ7の電圧検出器
7 フィルタコンデンサ
8 インバータ
9 電動機
10 コンバータ制御装置
11 主変圧器
12 減算器
13 電圧制御部
14 加算器
15 電流指令演算部
16 減算器
17 電流制御部
18 PWM制御部
19 キャリア周波数演算部
20 電源電圧FF演算部
21 位相推定部
22 スイッチングモード設定部
23 架線電圧検出器
24 キャリア周波数パターン
25 キャリアカウント演算部
26 周期カウント演算部
27 積分器
28 加算器
29 除算器
31 切り替え器
32 運転モード切換スイッチ
39 キャリア周波数演算部
49 キャリア周波数演算部
59 キャリア周波数演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pantograph 2 Wheel 3 Converter input voltage detector 4 Converter input current detector 5 Converter 6 Voltage detector 7 of filter capacitor 7 Filter capacitor 8 Inverter 9 Electric motor 10 Converter control device 11 Main transformer 12 Subtractor 13 Voltage control unit 14 Addition 15 Current command calculation unit 16 Subtractor 17 Current control unit 18 PWM control unit 19 Carrier frequency calculation unit 20 Power supply voltage FF calculation unit 21 Phase estimation unit 22 Switching mode setting unit 23 Wire voltage detector 24 Carrier frequency pattern 25 Carrier count calculation Unit 26 period count calculation unit 27 integrator 28 adder 29 divider 31 switch 32 operation mode changeover switch 39 carrier frequency calculation unit 49 carrier frequency calculation unit 59 carrier frequency calculation unit

Claims (8)

交流を直流に変換するコンバータと、
キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、
キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、
前記キャリア周波数演算部は、前記コンバータの交流入力側の電圧の絶対値に基づいて連続的に変化するキャリア周波数を演算することを特徴とする電力変換装置。
A converter that converts alternating current to direct current,
A carrier frequency calculator for calculating the carrier frequency;
A PWM controller that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from a carrier frequency and a modulated wave;
The carrier frequency calculating unit calculates a continuously changing carrier frequency based on an absolute value of a voltage on an AC input side of the converter.
交流を直流に変換するコンバータと、
キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、
キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、
前記キャリア周波数演算部は、前記コンバータの交流入力側の電圧の正の半周期(0deg≦θ<180deg)と負の半周期(180deg≦θs<360deg)で、同一のキャリア周波数パターンを演算することを特徴とする電力変換装置。
A converter that converts alternating current to direct current,
A carrier frequency calculator for calculating the carrier frequency;
A PWM controller that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from a carrier frequency and a modulated wave;
The carrier frequency calculation unit calculates the same carrier frequency pattern in a positive half cycle (0 deg ≦ θ <180 deg) and a negative half cycle (180 deg ≦ θs <360 deg) of the voltage on the AC input side of the converter. The power converter characterized by this.
交流を直流に変換するコンバータと、
キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、
キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、
前記キャリア周波数演算部は、前記コンバータの交流入力側の電圧の周期毎にキャリア周波数のパターンを変化させることを特徴とする電力変換装置。
A converter that converts alternating current to direct current,
A carrier frequency calculator for calculating the carrier frequency;
A PWM controller that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from a carrier frequency and a modulated wave;
The carrier frequency calculation unit changes a carrier frequency pattern for each period of voltage on the AC input side of the converter.
交流を直流に変換するコンバータと、
キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、
キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、
キャリア周波数演算部は、不規則に連続して変化するキャリア周波数を演算することを特徴とする電力変換装置。
A converter that converts alternating current to direct current,
A carrier frequency calculator for calculating the carrier frequency;
A PWM controller that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from a carrier frequency and a modulated wave;
The carrier frequency calculation unit calculates a carrier frequency that changes irregularly and continuously.
前記請求項1乃至請求項4記載のコンバータ制御装置において、
前記キャリア周波数演算部が複数ある場合には、全ての前記キャリア周波数演算部は、同一のキャリア周波数のパターンを使用することを特徴とする電力変換装置。
In the converter control device according to any one of claims 1 to 4,
When there are a plurality of the carrier frequency calculation units, all the carrier frequency calculation units use the same carrier frequency pattern.
電気車に搭載され交流を直流に変換するコンバータと、
キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、
キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、
前記キャリア周波数演算部は、電気車の運転状態に応じて、キャリア周波数のパターンを変更する手段を有することを特徴とする電力変換装置。
A converter mounted on an electric vehicle that converts alternating current into direct current,
A carrier frequency calculator for calculating the carrier frequency;
A PWM controller that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from a carrier frequency and a modulated wave;
The carrier frequency calculation unit has means for changing a carrier frequency pattern in accordance with the driving state of the electric vehicle.
交流を直流に変換するコンバータと、
キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、
キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、
前記キャリア周波数演算部は、任意の時刻におけるキャリア位相と、前記任意の時刻から電源電圧1周期経過した時刻おけるキャリア位相とが等しくなるように、キャリア周波数を演算することを特徴とする電力変換装置。
A converter that converts alternating current to direct current,
A carrier frequency calculator for calculating the carrier frequency;
A PWM controller that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from a carrier frequency and a modulated wave;
The carrier frequency calculating unit calculates a carrier frequency so that a carrier phase at an arbitrary time is equal to a carrier phase at a time when one cycle of a power supply voltage has elapsed from the arbitrary time. .
交流を直流に変換するコンバータと、
キャリア周波数を演算するキャリア周波数演算部と、
キャリア周波数から演算された三角波キャリアと変調波の比較により前記コンバータをパルス幅変調制御を行うPWM制御部とを有し、
前記キャリア周波数演算部は、前記コンバータの交流側の電圧に基づき、前記コンバータの交流側の電圧の絶対値が高い時に低いキャリア周波数を設定し、前記コンバータの交流側の電圧の絶対値が低い時に高いキャリア周波数を演算することを特徴とする電力変換装置。
A converter that converts alternating current to direct current,
A carrier frequency calculator for calculating the carrier frequency;
A PWM controller that performs pulse width modulation control on the converter by comparing a triangular wave carrier calculated from a carrier frequency and a modulated wave;
The carrier frequency calculation unit sets a low carrier frequency when the absolute value of the AC side voltage of the converter is high based on the AC side voltage of the converter, and when the absolute value of the AC side voltage of the converter is low A power converter characterized by calculating a high carrier frequency.
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