JP2009189198A - Electric vehicle control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力回生機能を有した電気車制御装置で、特に直流過電圧発生時の制御方法に関する。 The present invention relates to an electric vehicle control device having a power regeneration function, and more particularly to a control method when a DC overvoltage is generated.
図2は従来用いられている電気車制御装置の主回路部を示したものである。トロリ線1より集電装置2を介して受電し、遮断機3、単位スイッチ4、直流フィルタリアクトル5、直流フィルタコンデンサ8、インバータ回路9からなる電気車制御装置にて三相交流電力に変換しモータ10を駆動し電気車を走行させるものである。該電気車制御装置がブレーキを掛ける際、電気車が走行していたエネルギーを回生しブレーキを掛ける制御を行うことは、周知の技術である。
FIG. 2 shows a main circuit portion of a conventionally used electric vehicle control apparatus. Electric power is received from the
しかし、電気車制御装置がトロリ線1側に電力を回生しようとした際、トロリ線1の同一給電区間内にその電力を消費してくれる負荷が無いと、インバータ回路9より回生される電力は直流フィルタコンデンサ8の電圧を上げる方向に作用し、電気車制御装置内の直流電圧を過電圧にし、装置を破損に至らしめる原因となる。
However, when the electric vehicle control device tries to regenerate power on the
直流過電圧が発生した場合の保護動作の例として、インバータ回路9による回生動作を停止すると共に、過電圧スイッチ6、放電用抵抗器7によって構成される放電回路を導通させ、直流フィルタコンデンサ8に充電された電荷を放電させ電圧を抑制させる制御が知られている。
As an example of the protection operation when a DC overvoltage occurs, the regenerative operation by the inverter circuit 9 is stopped and the discharge circuit constituted by the overvoltage switch 6 and the
図2において、過電圧スイッチ6はサイリスタを用いた構成例となっている。過電圧スイッチ6を点弧させると、直流フィルタコンデンサ8側からの電力だけでなく、トロリ線1側からも電力の流入が発生するので、通常は過電圧スイッチ6の点弧と同時に、単位スイッチ4を開放しトロリ線1側からの電力流入を抑制する。
In FIG. 2, the overvoltage switch 6 has a configuration example using a thyristor. When the overvoltage switch 6 is ignited, inflow of power occurs not only from the
通常、保護動作を速やかに行うため過電圧スイッチ6は半導体を用い、単位スイッチ4は機械式の接点による構成となる。そのため過電圧スイッチ6の点弧信号と単位スイッチ4の開放信号が同時に出ても、各々の動作速度の違いにより過電圧スイッチ6の点弧が早いため放電用抵抗器7にはトロリ線1側からの電力流入期間が発生する。
放電用抵抗器7で消費する電力が直流フィルタコンデンサ8の電荷のみでなく短期間ではあるがトロリ線1側からの電力流入が発生するため、放電用抵抗器7の容量を大きくする必要があり、かつ放電用抵抗器7から発生するジュール熱により周辺部が熱に曝されることになる。
Although the electric power consumed by the
放電用抵抗器7の容量を大きくすると当然容積も大きくなる。また放電用抵抗器7の周囲は熱による影響を避けるための空間を設ける必要があり、限られた電気車の機器取付スペースに制限を与えることになる。
When the capacity of the
請求項1の発明によれば、トロリ線より集電装置を介し、遮断機、単位スイッチ、直流フィルタリアクトル、直流フィルタコンデンサ、インバータ回路並びに自己消弧形半導体による放電用スイッチ、放電用抵抗器からなる放電回路にて該直流フィルタコンデンサの放電が可能な構成の電気車制御装置において、直流過電圧発生時に該トロリ線側からの電力流入を無くするために該単位スイッチを開放できるまでの間、該自己消弧形半導体による放電用スイッチをオンオフ制御し、前記トロリ線側からの電力流入を抑制することにより該放電用抵抗器の損失発生を低減させることを特徴とする。
According to the invention of
すなわち、図2における過電圧スイッチ6に対して自己消弧能力を有する自己消弧形半導体スイッチ11を用い、過電圧保護動作発生時に単位スイッチ4が開放されるまでの間、自己消弧形半導体スイッチ11のオンオフ制御を行う。 That is, the self-extinguishing semiconductor switch 11 having a self-extinguishing capability with respect to the overvoltage switch 6 in FIG. 2 is used until the unit switch 4 is opened when the overvoltage protection operation occurs. Perform on / off control.
オンオフ制御を行うことにより、過電圧保護動作期間にトロリ線1から放電用抵抗器7へ流入する電流を抑制し、放電用抵抗器7の損失を低減させることで、放電用抵抗器7自体の容量を抑えると共に、ジュール熱の発生も抑え機器取付スペースの制限を緩和させることができる。当然直流フィルタコンデンサ8の電荷も放電するので、電気車制御装置は直流過電圧状態から開放される。
By performing the on / off control, the current flowing from the
放電用抵抗器7の容積や発熱を抑制する構成の電気車制御装置を、従来と同じ部品点数にて構成することができる。
The electric vehicle control device configured to suppress the volume of the
図1は、本発明装置の1実施例である。自己消弧形半導体スイッチ11以外は図2と同様の構成である。図1の例では自己消弧形半導体スイッチ11についてIGBTのシンボルで記載しているが、その他の自己消弧形半導体でも構成可能である。 FIG. 1 shows an embodiment of the apparatus of the present invention. Except for the self-extinguishing semiconductor switch 11, the configuration is the same as in FIG. In the example of FIG. 1, the self-extinguishing semiconductor switch 11 is described with the IGBT symbol, but other self-extinguishing semiconductors can also be configured.
図1で構成された電気車制御装置の動作について説明する。インバータ回路9が回生動作を開始した際、電気車制御装置が接続しているトロリ線1の同一給電区間内に該回生電力を消費する負荷が無い場合は直流フィルタコンデンサ8を充電し直流過電圧状態となる。直流過電圧状態になると電気車制御装置の保護が作動し、インバータ回路9の回生動作を停止し、自己消弧形半導体スイッチ11を点弧しかつ単位スイッチ4を開放する信号を発信する。
The operation of the electric vehicle control device configured in FIG. 1 will be described. When the inverter circuit 9 starts the regenerative operation, if there is no load that consumes the regenerative power in the same power supply section of the
自己消弧形半導体スイッチ11が点弧することで、直流フィルタコンデンサ8の電荷の一部は放電用抵抗器7を解して放電されるため、直流過電圧状態から開放される。自己消弧形半導体スイッチ11は単位スイッチ4が開放状態になるまでの間オンオフ制御を行い、自己消弧形半導体スイッチ11を通流する電流は断続状態となり、トロリ線1からの流入電流、直流フィルタコンデンサ8からの放電電流は急激な増加とはならない。
Since the self-extinguishing semiconductor switch 11 is ignited, a part of the electric charge of the
単位スイッチ4が開放状態になったとことで、自己消弧形半導体スイッチ11を連続導通状態に移行させ、直流フィルタコンデンサ8からの放電を速やかに行い、電気車制御装置を安全に動作させることのできる電圧にする。
単位スイッチ4が開放状態なったことは、補助接点により容易に検出することが可能である。
When the unit switch 4 is in the open state, the self-extinguishing semiconductor switch 11 is shifted to the continuous conduction state, the discharge from the
It can be easily detected by the auxiliary contact that the unit switch 4 is opened.
自己消弧形半導体スイッチ11をオンオフ制御すると、自己消弧形半導体スイッチ11自体の損失の増加が伴うが、オンオフ制御を行う期間は単位スイッチ4が開放状態となるまでであるため、自己消弧形半導体スイッチ11にて使用する冷却器は取付用の構造物程度の小型のもので構成可能である。 When the on / off control of the self-extinguishing type semiconductor switch 11 is accompanied by an increase in the loss of the self-extinguishing type semiconductor switch 11 itself, the period during which the on / off control is performed is until the unit switch 4 is in an open state. The cooler used in the semiconductor switch 11 can be configured as small as a mounting structure.
直流過電圧時の放電回路に用いる半導体スイッチとして自己消弧形半導体スイッチを用い、所定の期間オンオフ制御を行うことで、放電用抵抗器にトロリ線から流入する電流を抑制し、放電用抵抗器の容積を小さくかつ発熱を抑制させた電気車制御装置が構成可能となる。 By using a self-extinguishing semiconductor switch as a semiconductor switch used in the discharge circuit at the time of DC overvoltage and performing on / off control for a predetermined period, the current flowing from the trolley wire to the discharge resistor is suppressed, and the discharge resistor An electric vehicle control device having a small volume and suppressing heat generation can be configured.
1 トロリ線
2 集電装置
3 遮断機
4 単位スイッチ
5 直流フィルタリアクトル
6 過電圧スイッチ
7 放電用抵抗器
8 直流フィルタコンデンサ
9 インバータ回路
10 モータ
11 自己消弧形半導体スイッチ
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