JP2685256B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JP2685256B2 JP63316247A JP31624788A JP2685256B2 JP 2685256 B2 JP2685256 B2 JP 2685256B2 JP 63316247 A JP63316247 A JP 63316247A JP 31624788 A JP31624788 A JP 31624788A JP 2685256 B2 JP2685256 B2 JP 2685256B2
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、電力変換装置に関する。
(従来の技術) 交流電力を入力とする電力変換装置として一般に第3
図に示すような構成のものが知られている。この電力変
換装置は、架線(図示せず)に供給されている交流電源
をパンタグラフPANより交流電力として入力し、主変圧
器Tにより降圧し、この主変圧器Tの二次側に設けられ
た二個の二次巻線それぞれに対してリアクトルL1,L2を
介してPWMコンバータCV1,CV2が接続されている。そして
各コンバータCV1,CV2それぞれの直流側出力にはコンデ
ンサC1,C2を介してPWMインバータIV1,IV2が接続され、
各インバータIV1,IV2それぞれに誘導電動機M1,M2が接続
された構成となっている。
このような従来の電力変換装置では、架線からの交流
電力をパンタグラフPANにより集電し、主変圧器Tによ
り変圧し、リアクトルL1,L2を介してPWMコンバータCV1,
CV2に入力する。
PWMコンバータCV1,CV2では交流入力を直流電力に変換
し、コンデンサC1,C2により平滑してインバータIV1,IV2
の直流側に入力として与える。
そしてPWMインバータIV1,IV2それぞれでは、直流入力
を可変電圧可変周波数変換し、誘導電動機M1,M2それぞ
れに交流電力として出力し、この誘導電動機M1,M2の回
転制御を行なうのである。
ここで、前記PWMコンバータCV1,CV2それぞれはGTOサ
イリスタとダイオードとにより構成され、入力電流Isを
正弦波状でかつ入力力率が1となるように制御してい
る。
そしてこのPWMコンバータCV1,CV2の運転方法として
は、第3図に示すように2台の誘導電動機M1,M2あるい
はそれ以上の台数の誘導電動機それぞれを、PWMコンバ
ータとPWMインバータとの組合せを1単位として個別に
回転制御し、並列に運転する場合には、各PWMコンバー
タCV1,CV2に入力する正弦波入力Is1,Is2それぞれの高調
波の位相を適度な間隔を持ってずらすことにより、変圧
器Tの一時電流の高調波電流を低減することが一般に行
なわれている。
第4図はこのような高調波電流を低減する時の様子を
示す電流波形であり、一方のPWMコンバータCV1に接続さ
れている変圧器二次巻線の電流Is1、他方のPWMコンバー
タCV2に接続されている変圧器二次巻線の電流Is2とする
と、それぞれの電流Is1,Is2の電流波形に細かい凹凸が
あるが、それぞれの細かい凹凸を互いに打消すように高
調波成分の位相をずらし、合成される変圧器Tの一次側
電流をIpで示すように正弦波に近い波形となるようにす
るのである。
そしてこのように正弦波Ipの波形に高調波成分の含ま
れる割合を少なくすることにより、信号系統や通信系統
等の他の回路への影響を少なくする。
(発明が解決しようとする課題) このような従来の電力変換装置では、回路のいずれか
の部分に故障が発生すると、一方のコンバータおよびイ
ンバータを同時に停止するようにしているが、鉄道車両
を考えた場合、このように回路に不具合が生じて動作し
なくなってしまうならば車両が線路を占拠してしまうこ
とになって後続車両との衝突の危険の恐れが生じるた
め、通常は回路の一部に不具合が生じてもその部分を切
離して正常な部分のみを生かし、駆動力は小さくてもも
よりの退避場所まで車両を移動できるように配慮されて
いる。
そこで第3図に示す従来の回路の場合、主変圧器Tを
除いては回路的に2つの部分に区分できるため、例えば
PWMコンバータCV1,PWMインバータIV1,誘導電動機M1側の
回路に不具合が生じ動作しなくなったとしても、他方の
回路、すなわちPWMコンバータCV2,PWMインバータIV2,誘
導電動機M2側の回路によって車両の移動を行なうことが
可能である。
ところで、このように片方の回路のみで車両を運転す
る時には、第4図におけるIs2側の電流がなくなるた
め、主変圧器Tにおける二次巻線電流の高調波同士が打
消し合うことがなく、主変圧器Tの一次側入力には、生
きている回路の二次巻線電流Is2の高調波がそのまま現
われることになり、全体の実効値としては小さくなるも
のの波形の起伏が相対的に大きなものとなるため、高調
波電流は増大することになり、他の信号系統や通信手段
等の回路への影響が大きくなる問題点があった。
この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされ
たものであって、複数のPWMインバータや誘電電動機に
故障が発生しても主変圧器の一次側電流に発生する高調
波成分を少なくすることができ、他の回路への影響を少
なくできる電力変換装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明の電力変換装置は、PWMコンバータと、このP
WMコンバータの出力側に接続されたPWMインバータと、
このPWMインバータの出力により駆動される誘導電動機
とを備えた電動機駆動回路を1単位とし、複数の二次巻
線を持つ主変圧器の各二次巻線に前記電動機駆動回路を
1単位ずつ接続して成る電力変換装置において、前記PW
Mコンバータそれぞれへの入力電流に重畳する高調波の
位相をずらすように前記PWMコンバータそれぞれを制御
する各単位ごとに設けられたコンバータ制御回路と、前
記PWMインバータそれぞれを制御する各単位ごとに設け
られたインバータ制御回路と、前記コンバータ制御回路
それぞれを統括制御する統括制御回路とを備え、前記統
括制御回路は、前記PWMインバータ又は前記誘導電動機
が故障した場合、故障した側の電動機駆動回路に対応す
るインバータ制御回路のみを停止させ、故障した側の電
動機駆動回路に対応するコンバータ制御回路の動作は継
続させることを特徴とするものである。
またこの電力変換装置において、故障した側の電動機
駆動回路に対応するコンバータ制御回路は、他の電動機
駆動回路に対応するPWMコンバータへの入力電流に重畳
する高調波成分を打ち消すように、故障した側の電動機
駆動回路に対応するPWMコンバータを制御するものとす
ることができる。
(作用) この発明の電力変換装置では、統括制御回路により複
数のコンバータ制御回路それぞれを制御し、各コンバー
タ制御回路により複数のPWMコンバータを個別に動作制
御する。そして各コンバータ制御回路はインバータ制御
回路に動作指令を与え、この各インバータ制御回路によ
りPWMインバータを個別に動作制御し、各PWMインバータ
に接続されている誘導電動機の回転制御を行なう。
そして、いずれかの単位のPWMインバータまたは誘導
電動機に故障が発生したような場合、統括制御回路は故
障の発生したPWMインバータおよび誘導電動機に対応す
るインバータ制御回路を停止させるが、故障の発生した
回路を含む単位のコンバータ制御回路は生かしたままと
する。
このようにすることにより、各PWMコンバータに対す
るコンバータ制御回路は通常動作を続行し、主変圧器の
二次巻線電流に発生する高調波成分を通常動作時と同様
に高調波成分の位相を適度な間隔を持ってずらした状態
に維持することができ、結果的に主変圧器の一次側電流
に現れる高調波を通常動作時と同様の低い状態に保つこ
とができる。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。
第1図はこの発明の一実施例を示しており、2台の誘
導電動機M1,M2それぞれを個別に駆動するために、PWMコ
ンバータおよびPWMインバータで構成される電動機駆動
回路を2単位設け、主変圧器Tの一方の二次巻線に対し
リアクトルL1を介してPWMコンバータCV1,コンデンサC
1、およびPWMインバータIV1の回路を設け、これと並列
に、他方の二次巻線に対しリアクトルL2を介してPWMコ
ンバータCV2、コンデンサC2、およびPWMインバータIV2
の回路を設け、各インバータIV1,IV2の交流出力それぞ
れに誘導電動機M1,M2が接続されている。
そしてこれらの各PWMコンバータCV1,CV2とPWMインバ
ータIV1,IV2の動作制御を行なうためのコンバータ制御
回路CVC1,CVC2とインバータ制御回路IVC1,IVC2が備えら
れ、各コンバータ制御回路CVC1,CVC2の統括制御を行な
うための統括制御回路HCが設けられている。
またコンバータ制御回路CVC1,CVC2とインバータ制御
回路IVC1,IVC2との間には動作指令を与えるためのスイ
ッチS1,S2が設けられており、これらのスイッチS1,S2も
統括制御回路HCによりオン・オフ動作制御されるように
なっている。
上記の構成の電力変換装置の動作について、次に説明
する。
通常動作では、統括制御回路HCによりコンバータ制御
回路CVC1,CVC2が個別に制御され、各コンバータ制御回
路CVC1,CVC2によりPWMコンバータCV1,CV2が個別にPWM制
御され、主変圧器TからリアクトルL1,L2を通して与え
られる交流電力が直流電力に変換される。そして各PWM
コンバータCV1,CV2からの直流出力はコンデンサC1,C2そ
れぞれによって平滑され、PWMインバータIV1,IV2に個別
に入力される。
インバータ制御回路IVC1,IVC2それぞれは、コンバー
タ制御回路CVC1,CVC2それぞれからスイッチS1,S2を介し
て与えられる動作指令に基づき動作を行ない、PWMイン
バータIV1,IV2それぞれの可変電圧可変周波数制御を行
ない、コンデンサC1,C2を介して入力される直流電力を
所望の電圧・周波数の交流電力に変換して誘導電動機を
M1,M2それぞれれに与え、これらの誘導電動機M1,M2の回
転制御を行なう。
ここで、一方の電動機駆動回路として誘導電動機M2側
のPWMインバータIV2またはインバータ制御回路IVC2、あ
るいは誘導電動機M2に故障が発生した場合、統括制御回
路HCは故障信号を受けてスイッチS2をオフとし、インバ
ータ制御回路IVC2の動作を停止させる。この結果、PWM
インバータIV2及び誘導電動機M2はその動作を停止する
ことになる。
しかしながら、この場合にも正常なPWMコンバータCV2
については、統括制御回路HCがコンバータ制御回路CVC2
に動作を継続させる。
この結果、第2図に示すように、主変圧器Tのリアク
トルL1側の二次巻線電流Is1に対して、リアクトルL2に
流れる二次巻線電流Is1はIs1の正弦波にのっている高調
波成分と丁度打消し合うような位相の高調波成分のみと
なる。
そこで、主変圧器Tの一次側に流れる電流Ipは同図
(c)に示すようにIs1にのっている高調波成分とIs2の
高調波とが互いに打消し合い、Is1の基本波としての正
弦波がそのまま現われることになる。
こうして、主変圧器Tの一次側電流に高調波成分が現
われなくなると、通信系統などの他の回路や信号系統に
対する高調波成分による悪影響の発生を抑制することが
できることになる。
なお、上記の実施例では2台の誘導電動機M1,M2につ
いて個別に電動機駆動回路を構成した場合について説明
したが、誘導電動機が3台以上の場合でも、各誘導電動
機毎にPWMコンバータとPWMインバータとで構成される電
動機駆動回路を設け、各PWMコンバータ、PWMインバータ
をコンバータ制御回路およびインバータ制御回路により
動作制御するようにし、それらのコンバータ制御回路お
よびインバータ制御回路を統括制御回路により個別に動
作制御するように構成するならば、故障の発生したPWM
インバータまたは誘導電動機を含む電動機駆動回路につ
いてのみそのPWMインバータへの電力供給を停止させ、P
WMコンバータだけは通常動作を継続するようにすること
により、同様にして主変圧器の一次側電流に高調波成分
が現れるのを制御でき、他の系の回路への悪い影響を防
止することができる。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、各誘導電動機を駆動
するPWMコンバータとPWMインバータとの電動機駆動回路
を1単位として、複数の誘導電動機それぞれに電動機駆
動回路を設け、各単位のPWMコンバータおよびPWMインバ
ータを個別にコンバータ制御回路およびインバータ制御
回路によって動作制御するようにし、さらに各コンバー
タ制御回路は1つの統括制御回路により動作制御するよ
うにして、1つの誘導電動機またはPWMインバータに故
障が発生したような場合でも、故障の発生したPWMイン
バータに対するインバータ制御回路を停止させ、正常な
PWMコンバータはそのまま動作を継続するようにしてい
るため、主変圧器の二次巻線側の電流にのっている高調
波成分の位相のずれを常に打消し合うようにしておくこ
とができ、この結果、主変圧器の一次側電流に発生する
高調波成分も正常運転時と変らないものとすることがで
き、回路故障が発生した場合に、従来のような高調波成
分の増大により他の回路へ悪影響を及ぼすことがない。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の回路ブロック図、第2図
は上記実施例の動作を説明する波形図、第3図は従来例
の回路図、第4図は従来例の動作を説明する波形図であ
る。 PAN……パンタグラフ、T……主変圧器 L1,L2……リアクトル CV1,CV2……PWMコンバータ IV1,IV2……PWMインバータ M1,M2……誘導電動機 C1,C2……コンデンサ HC……統括制御回路 CVC1,CVC2……コンバータ制御回路 IVC1,IVC2……インバータ制御回路 S1,S2……スイッチ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】PWMコンバータと、このPWMコンバータの出
    力側に接続されたPWMインバータと、このPWMインバータ
    の出力により駆動される誘導電動機とを備えた電動機駆
    動回路を1単位とし、複数の二次巻線を持つ主変圧器の
    各二次巻線に前記電動機駆動回路を1単位ずつ接続して
    成る電力変換装置において、 前記PWMコンバータそれぞれへの入力電流に重畳する高
    調波の位相をずらすように前記PWMコンバータそれぞれ
    を制御する各単位ごとに設けられたコンバータ制御回路
    と、前記PWMインバータそれぞれを制御する各単位ごと
    に設けられたインバータ制御回路と、前記コンバータ制
    御回路それぞれを統括制御する統括制御回路とを備え、 前記統括制御回路は、前記PWMインバータ又は前記誘導
    電動機が故障した場合、故障した側の電動機駆動回路に
    対応するインバータ制御回路のみを停止させ、故障した
    側の電動機駆動回路に対応するコンバータ制御回路の動
    作は継続させることを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の電力変換装置において、 故障した側の電動機駆動回路に対応するコンバータ制御
    回路は、他の電動機駆動回路に対応するPWMコンバータ
    への入力電流に重畳する高調波成分を打ち消すように、
    故障した側の電動機駆動回路に対応するPWMコンバータ
    を制御することを特徴とする電力変換装置。
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