JP2009201290A - 車両用電力変換装置及び車両用駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電源系統1から受電しリアクトル5を介して直流電圧を得るチョッパ回路5と、チョッパ回路5の出力に接続されたコンデンサ8と、コンデンサ8の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ7と、インバータ7に開閉器10〜12を介して接続された永久磁石電動機9を備え、惰行運転開始時に、チョッパ回路5によりコンデンサ8の電圧を上昇させた後に、インバータ7の運転を停止すると共に、コンデンサ8の電圧は永久磁石電動機9が発生する電圧以上である。
【選択図】図1
Description
図1は、この発明の実施の形態1である車両用駆動制御装置を示す構成図である。図1において、1は直流電力を供給する直流架線、2はパンタグラフ、3はレール、4はリアクトル、5は直流架線1(電源系統)から受電しリアクトル4を介して直流電圧を得るチョッパ回路、7はインバータ、9は永久磁石電動機(例えば、永久磁石同期電動機)、10〜12は開閉器である。チョッパ回路5は、スイッチS1及びスイッチS2より構成され、架線1の直流電圧を受電し、スイッチS2をオンすると直流架線1の電圧が、スイッチS2及びスイッチS2に逆並列接続されたダイオードを介してコンデンサ8に印加される。又はスイッチS2をオフしておきスイッチS1をオンオフすることにより、リアクトル4に電流エネルギーを蓄積・放出しながら、架線1の電圧よりも高い任意の直流電圧をインバータ7に供給する。リアクトル4,チョッパ回路5,コンデンサ8,及び、永久磁石電動機9に電力を供給するインバータ7で、車両用電力変換装置を構成する。なお、スイッチS1,S2は例えば、逆並列に接続されたダイオードを内蔵したIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)モジュールで構成する。
図3は実施の形態2である車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。図3において、(a)は車両運転指令、(b)はインバータ運転指令、(c)はチョッパ回路5のスイッチS1の動作、(d)はチョッパ回路5のスイッチS2の動作、(e)はコンデンサ8の電圧及び永久磁石電動機9の電圧を模式的に示したものである。時刻t4までは惰行運転指令が発令されており、永久磁石電動機9が発生する電圧Vm2に対してVm2<Vc2となるようにコンデンサ8の電圧がチョッパ回路5により制御される。このため安定した惰行運転が得られる。
図4は実施の形態3である車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。図3と異なる部分は、時刻t5にてスイッチS1をオフすると同時に、スイッチS2をチョッパ動作させて、コンデンサ8の電圧を下げるように制御し、時刻t7にて直流架線1の電圧Vc1にほぼ等しくしてから、チョッパ動作を停止してスイッチS2をオンのままとする。スイッチS2のチョッパ動作により、図3でのVc2からVc1への電圧急変が抑制され、スムーズな電圧移行が得られる。
図5は実施の形態4である車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。実施の形態1と異なる部分は、惰行運転中のコンデンサ8の電圧が放電と充電を繰り返している点(惰行運転時に間欠的にチョッパ回路を動作させる点)である。すなわち時刻t10,t12,t14でチョッパ回路5の動作を停止してコンデンサ8の放電を開始する。放電が進んだ時刻t11, t13において再度チョッパ回路5の動作を開始してコンデンサ8の充電を開始し、所望の値まで充電する(時刻t12,t14)。なおコンデンサ8の電圧Vc2は、Vc2>Vm2となるように制御されるため、永久磁石電動機9からコンデンサ8の向きにエネルギーが逆流しない。従ってインバータ7が破損した時などの保護用にインバータ7と永久磁石電動機9の間に設けられた開閉器10〜12は、加速・減速運転から惰行運転への移行において常に投入しておけばよい。
なお、実施の形態4において、惰行運転中のコンデンサ8の電圧が放電と充電を繰り返す制御(惰行運転時に間欠的にチョッパ回路を動作させる制御)については、実施の形態2,3の図3,図4の惰行運転中においても、同様な制御を実施できる。
図6は実施の形態5である車両用駆動制御装置を示す構成図で、特にその制御構成を示している。図6において、102は永久磁石電動機9の励磁電流指令id*を与える自動弱め制御器、103はトルク指令τ*に従って永久磁石電動機9がトルクを発生するようにトルク電流指令iq*を発生するトルク電流指令発生器、101は励磁電流指令id*とトルク電流指令iq*に従ってインバータの出力電圧指令vinv*を発生して、永久磁石電動機9の電流を制御する電流制御器、104,120は切替器、105はローパスフィルタ、106は永久磁石電動機9の回転数又は回転角速度から、惰行運転時のコンデンサ電圧指令Vc2*を発生させる電圧指令発生器である。108は永久磁石電動機9の回転数や回転角速度を検出する回転検出器である。図6では、直流架線1、パンタグラフ2、レール3、リアクトル4、及び開閉器10〜12を省略して示している。なお、各図において、同一符号は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
惰行運転時以外は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、チョッパ回路によりリアクトルとコンデンサを接続すると共に、その惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令とインバータの出力電圧指令より自動弱め制御器が励磁電流指令を発生して、永久磁石電動機が発生する電圧を低下し、かつ、惰行運転開始時には、電圧指令発生器により発生させた惰行運転時のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、その惰行運転時のコンデンサ電圧指令に従ってチョッパ回路によりコンデンサの電圧を制御すると共に、自動弱め制御器が励磁電流指令をゼロとする。
図7は実施の形態6である車両用駆動制御装置を示す構成図で、特にその制御構成を示している。図7において、107は励磁電流制御器であり、電圧指令発生器が励磁電流制御器107に置き換わった以外の構成については図6と同様である。惰行運転が発令されていない場合(加速時又は減速時)は、切替器104の出力として、惰行運転時以外のコンデンサ8の電圧指令Vc1(加速時又は減速時のコンデンサ電圧指令)が選択され、ローパスフィルタ105の出力としてVcfil*を得る。また切替器120はオフとなり、チョッパ動作はしない。
惰行運転時以外は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、チョッパ回路によりリアクトルとコンデンサとの間で相互に電流が流れるようにすると共に、その惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令とインバータの出力電圧指令より自動弱め制御器が励磁電流指令を発生して、永久磁石電動機が発生する電圧を低下すると共に、惰行運転開始時には、励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令に従ってチョッパ回路により前記コンデンサの電圧を制御する。
図8は実施の形態7である車両用駆動制御装置を示す構成図である。チョッパ回路5とコンデンサ8に対して、インバータ7,開閉器10〜12と永久磁石電動機9の群と、インバータ13,開閉器15〜17と永久磁石電動機14の群が並列接続されている。109は永久磁石電動機9の各相の電流をそれぞれ検出する電流計、110は永久磁石電動機14の各相の電流をそれぞれ検出する電流計である。図に示すように、チョッパ回路5に、例えば2台のインバータ7,13が並列接続されている場合、永久磁石電動機9に過電流が流れこれを電流計109で検出して、インバータ7がトリップ(過電流検出状態)でインバータ7がオフ(オンオフ動作を停止)しても、チョッパ回路5が運転継続するため、インバータ13に接続された永久磁石電動機14の駆動を継続してもよい。
永久磁石電動機9,14又はインバータ7,13の温度をそれぞれ検出する複数の温度計を備え、検出した温度によって異常を検知してもよい。温度計を用いてインバータ7の過熱、又は永久磁石電動機9の過熱を検知したときも、インバータ7がトリップ(過熱検出状態)でインバータ7がオフ(オンオフ動作を停止)しても、チョッパ回路5が運転継続するため、インバータ13に接続された永久磁石電動機14の駆動を継続する。つまり複数のインバータ7,13のうち、インバータ7の過熱、又は永久磁石電動機9の過熱による異常側インバータ7を停止させ、チョッパ回路5によりコンデンサ8の電圧を、前記異常側インバータ7に接続された永久磁石電動機9が発生する電圧以上に上昇させ、前記異常側インバータに接続された永久磁石電動機9の電流がほぼゼロになることを検知して、前記異常側インバータ7に接続された前記開閉器10〜12を開放するようにしてもよい。
3 レール 4 リアクトル
5 チョッパ回路 7 インバータ
8 コンデンサ 9 永久磁石電動機
10〜12 開閉器 13 インバータ
14 永久磁石電動機 15〜17 開閉器
101 電流制御器 102 自動弱め制御
103 トルク電流指令発生器 104 切替器
105 フィルタ 106 電圧指令発生器
107 励磁電流制御器 108 回転検出器
109 電流計 110 電流計
120 切替器
Claims (12)
- 電源系統から受電しリアクトルを介して直流電圧を得るチョッパ回路と、
前記チョッパ回路の出力に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換し、永久磁石電動機に電力を供給するインバータとを備え、
惰行運転開始時に、前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を上昇させた後に、前記インバータの運転を停止すると共に、
前記コンデンサの電圧は前記永久磁石電動機が発生する電圧以上であることを特徴とする車両用電力変換装置。 - 電源系統から受電しリアクトルを介して直流電圧を得るチョッパ回路と、
前記チョッパ回路の出力に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換し、永久磁石電動機に電力を供給するインバータとを備え、
惰行運転終了時に、前記インバータが弱め界磁電流を出力して、前記永久磁石電動機が発生する電圧を低下させた後に、前記チョッパ回路により前記コンデンサと前記電源系統との間で相互に電流が流れるようにすると共に、前記コンデンサの電圧は前記永久磁石電動機が発生する電圧以上であることを特徴とする車両用電力変換装置。 - 惰行運転終了時に、前記インバータが弱め界磁電流を出力して、前記永久磁石電動機が発生する電圧を低下させた後に、
前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を前記電源系統の電圧に低下させてから、前記コンデンサと前記電源系統との間で相互に電流が流れるようにすることを特徴とする請求項2記載の車両用電力変換装置。 - 惰行運転時に、間欠的に前記チョッパ回路を動作させることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の車両用電力変換装置。
- 前記永久磁石電動機の励磁電流指令を与える自動弱め制御器と、
トルク指令に従って前記永久磁石電動機がトルクを発生するようにトルク電流指令を発生するトルク電流指令発生器と、
励磁電流指令とトルク電流指令に従って前記インバータの出力電圧指令を発生して、前記永久磁石電動機の電流を制御する電流制御器と、
前記永久磁石電動機の回転数から、惰行運転時のコンデンサ電圧指令を発生させる電圧指令発生器と、
コンデンサ電圧指令を切替える切替器とを備え、
惰行運転時以外は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を前記切替器で選択し、前記チョッパ回路により前記リアクトルと前記コンデンサとの間で相互に電流が流れるようにすると共に、その惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令と前記インバータの出力電圧指令より前記自動弱め制御器が励磁電流指令を発生して、前記永久磁石電動機が発生する電圧を低下し、かつ、
惰行運転開始時には、前記電圧指令発生器により発生させた惰行運転時のコンデンサ電圧指令を前記切替器で選択し、その惰行運転時のコンデンサ電圧指令に従って前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を制御すると共に、前記自動弱め制御器が励磁電流指令をゼロとすることを特徴とする請求項1記載の車両用電力変換装置。 - 前記永久磁石電動機の励磁電流指令を与える自動弱め制御器と、
トルク指令に従って前記永久磁石電動機がトルクを発生するようにトルク電流指令を発生するトルク電流指令発生器と、
励磁電流指令とトルク電流指令に従って前記インバータの出力電圧指令を発生して、前記永久磁石電動機の電流を制御する電流制御器と、
前記永久磁石電動機の回転数から、惰行運転時のコンデンサ電圧指令を発生させる電圧指令発生器と、
コンデンサ電圧指令を切替える切替器とを備え、
惰行運転時は、前記電圧指令発生器により発生させた惰行運転時のコンデンサ電圧指令を前記切替器で選択し、その惰行運転時のコンデンサ電圧指令に従って前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を制御すると共に、
惰行運転終了後は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を前記切替器で選択し、前記自動弱め制御器により前記永久磁石電動機の励磁電流指令を与えることを特徴とする請求項2記載の車両用電力変換装置。 - 前記永久磁石電動機の励磁電流指令を与える自動弱め制御器と、
トルク指令に従って前記永久磁石電動機がトルクを発生するようにトルク電流指令を発生するトルク電流指令発生器と、
励磁電流指令とトルク電流指令に従って前記インバータの出力電圧指令を発生して、前記永久磁石電動機の電流を制御する電流制御器と、
惰行運転時に、励磁電流をゼロに制御するためのコンデンサ電圧指令を与える励磁電流制御器と、
コンデンサ電圧指令を切替える切替器とを備え、
惰行運転時以外は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を前記切替器で選択し、前記チョッパ回路により前記リアクトルと前記コンデンサとの間で相互に電流が流れるようにすると共に、その惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令と前記インバータの出力電圧指令より前記自動弱め制御器が励磁電流指令を発生して、前記永久磁石電動機が発生する電圧を低下すると共に、
惰行運転開始時には、前記励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令を前記切替器で選択し、前記励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令に従って前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を制御することを特徴とする請求項1記載の車両用電力変換装置。 - 前記永久磁石電動機の励磁電流指令を与える自動弱め制御器と、
トルク指令に従って前記永久磁石電動機がトルクを発生するようにトルク電流指令を発生するトルク電流指令発生器と、
励磁電流指令とトルク電流指令に従って前記インバータの出力電圧指令を発生して、前記永久磁石電動機の電流を制御する電流制御器と、
惰行運転時に、励磁電流をゼロに制御するためのコンデンサ電圧指令を与える励磁電流制御器と、
コンデンサ電圧指令を切替える切替器とを備え、
惰行運転時は、前記励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令を前記切替器で選択し、前記励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令に従って前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を制御すると共に、
惰行運転終了後は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を前記切替器で選択し、前記自動弱め制御器により前記永久磁石電動機の励磁電流指令を与えることを特徴とする請求項2記載の車両用電力変換装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の車両用電力変換装置を備えた車両用駆動制御装置であって、
前記インバータに開閉器を介して接続された永久磁石電動機を備えたことを特徴とする車両用駆動制御装置。 - 複数の前記インバータと、
前記複数のインバータそれぞれに接続された複数の永久磁石電動機と、
前記各インバータと前記各永久磁石電動機の間にそれぞれ接続された複数の前記開閉器と、
前記各永久磁石電動機の電流を検出する複数の電流計とを備え、
前記永久磁石電動機のいずれかに過電流異常が発生すると、これを前記電流計で検出し過電流異常が発生した前記永久磁石電動機に接続された異常側インバータを停止させ、
前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を、前記異常側インバータに接続された前記永久磁石電動機が発生する電圧以上に上昇させ、
前記異常側インバータに接続された前記永久磁石電動機の電流がほぼゼロになることを検知して、前記異常側インバータに接続された前記開閉器を開放することを特徴とする請求項9記載の車両用駆動制御装置。 - 複数の前記インバータと、
前記複数のインバータそれぞれに接続された複数の永久磁石電動機と、
前記各インバータと前記各永久磁石電動機の間にそれぞれ接続された複数の前記開閉器と、
前記各永久磁石電動機又は前記各インバータの温度をそれぞれ検出する複数の温度計とを備え、
前記永久磁石電動機又は前記インバータのいずれかに過熱異常が発生すると、これを前記温度計で検出し過熱異常が発生した異常側インバータを停止させ、
前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を、前記異常側インバータに接続された前記永久磁石電動機が発生する電圧以上に上昇させ、
前記異常側インバータに接続された前記永久磁石電動機の電流がほぼゼロになることを検知して、前記異常側インバータに接続された前記開閉器を開放することを特徴とする請求項9記載の車両用駆動制御装置。 - 前記異常側インバータに接続された前記開閉器を開放した後に、前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を低下させることを特徴とする請求項10又は請求項11記載の車両用駆動制御装置。
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