JP2692909B2 - 電気車用インバータ装置 - Google Patents
電気車用インバータ装置Info
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- JP2692909B2 JP2692909B2 JP63313286A JP31328688A JP2692909B2 JP 2692909 B2 JP2692909 B2 JP 2692909B2 JP 63313286 A JP63313286 A JP 63313286A JP 31328688 A JP31328688 A JP 31328688A JP 2692909 B2 JP2692909 B2 JP 2692909B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inverter
- control
- electric vehicle
- control unit
- voltage
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
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、電気車用インバータ装置に関する。
（従来の技術） 第３図はこの種の従来の電気車用インバータ装置の概
略構成図であり、この装置は主回路部と、これを制御す
る制御回路部とで構成されている。
略構成図であり、この装置は主回路部と、これを制御す
る制御回路部とで構成されている。
このうち、主回路部は、図示省略の直流架線からパン
タグラフ１を用いて集電し、メインヒューズ２、断流器
３、高速度遮断器４、およびリアクトル５を介してイン
バータ７の入力側の一端に供給するようになっている。
この場合、インバータ７の入力側の他端は接地され、そ
の入力端子間には電圧の急変を抑えるためのフィルタコ
ンデンサ６が接続され、さらに、インバータ７の出力側
には電気車駆動用の誘導電動機８が接続されている。
タグラフ１を用いて集電し、メインヒューズ２、断流器
３、高速度遮断器４、およびリアクトル５を介してイン
バータ７の入力側の一端に供給するようになっている。
この場合、インバータ７の入力側の他端は接地され、そ
の入力端子間には電圧の急変を抑えるためのフィルタコ
ンデンサ６が接続され、さらに、インバータ７の出力側
には電気車駆動用の誘導電動機８が接続されている。
ここで、インバータ７はスイッチング素子としてのGT
Oサイリスタ（以下単にGTOと言う）１〜６をグレーツ接
続すると共に、各GTOにダイオードを逆並列接続した構
成になっている。
Oサイリスタ（以下単にGTOと言う）１〜６をグレーツ接
続すると共に、各GTOにダイオードを逆並列接続した構
成になっている。
一方、制御回路部は、図示省略の交流電源の電圧を昇
圧する変圧器９と、インバータ７を構成するGTO1〜６の
オン、オフ信号Gsを生成するゲート制御装置10と、変圧
器９から所要の電力を得、オン、オフ信号Gsを増幅して
ゲート信号G1〜６をGTO1〜６のゲートに与える制御ユニ
ットとしてのゲートユニット11とを備えている。そし
て、運転指令に応じてゲート制御装置10は電気車を適切
に運転するためのインバータ７の出力電圧および周波数
を演算し、GTOのオン、オフ信号Gsを生成すると、ゲー
トユニット11がGTOをオン、オフするに十分なレベルに
増幅したゲート信号G1〜６を出力する。
圧する変圧器９と、インバータ７を構成するGTO1〜６の
オン、オフ信号Gsを生成するゲート制御装置10と、変圧
器９から所要の電力を得、オン、オフ信号Gsを増幅して
ゲート信号G1〜６をGTO1〜６のゲートに与える制御ユニ
ットとしてのゲートユニット11とを備えている。そし
て、運転指令に応じてゲート制御装置10は電気車を適切
に運転するためのインバータ７の出力電圧および周波数
を演算し、GTOのオン、オフ信号Gsを生成すると、ゲー
トユニット11がGTOをオン、オフするに十分なレベルに
増幅したゲート信号G1〜６を出力する。
この結果、誘導電動機８には可変電圧・可変周波数
（VVVF）の交流が供給される。
（VVVF）の交流が供給される。
ところで、上記のインバータ装置にあっては、ゲート
信号G1〜６の決定方法として正弦波PWM（パルス幅変
調）方式が採用されている。この方式は、インバータ出
力電圧波形の半周期間に、予め定められた回数だけGTO
をオン、オフ制御するため、インバータ出力周波数が高
くなると、GTOのスイッチング回数が増えると共に、ス
イッチングに伴う損失も増大するためGTOを破壊に至ら
しめることがある。そこで、第４図（ａ）に示すように
インバータ７の出力周波数FINVの高い領域では、出力電
圧波形の半周期間のスイッチング回数FGTOを段階的に低
くしてGTOを破壊から防いでいる。
信号G1〜６の決定方法として正弦波PWM（パルス幅変
調）方式が採用されている。この方式は、インバータ出
力電圧波形の半周期間に、予め定められた回数だけGTO
をオン、オフ制御するため、インバータ出力周波数が高
くなると、GTOのスイッチング回数が増えると共に、ス
イッチングに伴う損失も増大するためGTOを破壊に至ら
しめることがある。そこで、第４図（ａ）に示すように
インバータ７の出力周波数FINVの高い領域では、出力電
圧波形の半周期間のスイッチング回数FGTOを段階的に低
くしてGTOを破壊から防いでいる。
上記のような正弦波PWM方式によりGTOのオン、オフ信
号GSを決定したとすると、ゲートユニット11の入力電流
は第４図（ｂ）に示すようにスイッチング回数FGTOにほ
ぼ比例して変化する。
号GSを決定したとすると、ゲートユニット11の入力電流
は第４図（ｂ）に示すようにスイッチング回数FGTOにほ
ぼ比例して変化する。
しかるに、ゲートユニット11の入力電流が変化した場
合、仮に、交流電源電圧が一定であったとしても変圧器
９の二次側電圧、すなわち、ゲートユニット11の入力電
圧は、第４図（ｃ）に示すように、変圧器９の電圧変動
率に従って変化する。かかる電圧変化はGTOへゲート信
号G1〜６を安定的に出力することができないばかりか、
急峻な電圧変化が誤動作の要因になりやすかった。
合、仮に、交流電源電圧が一定であったとしても変圧器
９の二次側電圧、すなわち、ゲートユニット11の入力電
圧は、第４図（ｃ）に示すように、変圧器９の電圧変動
率に従って変化する。かかる電圧変化はGTOへゲート信
号G1〜６を安定的に出力することができないばかりか、
急峻な電圧変化が誤動作の要因になりやすかった。
そこで、従来は電圧変動率を10％以下に抑え得る容量
の大きい変圧器を用いていたが、この変圧器は大形であ
るがために電気車の空間を多く占有し、しかも、重量が
大きいために電気車の自重を増やしてしまうという点が
問題になっていた。
の大きい変圧器を用いていたが、この変圧器は大形であ
るがために電気車の空間を多く占有し、しかも、重量が
大きいために電気車の自重を増やしてしまうという点が
問題になっていた。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたも
ので、インバータを構成するスイッチング素子をオン、
オフするための制御系統を、従来装置に比べて格段に小
形化し得、これによって電気車の空間占積率および自重
増加分を低く抑えることのできる電気車用インバータ装
置を得ることを目的とする。
ので、インバータを構成するスイッチング素子をオン、
オフするための制御系統を、従来装置に比べて格段に小
形化し得、これによって電気車の空間占積率および自重
増加分を低く抑えることのできる電気車用インバータ装
置を得ることを目的とする。
（課題を解決するための手段） 請求項１に記載の電気車用インバータ装置は、スイッ
チング素子から構成され、直流電力を交流電力に変換し
て電気車駆動用の電動機に供給するインバータと、パル
ス幅変調制御によりインバータの出力電圧の半周期間の
スイッチング素子のスイッチング回数を、インバータの
出力周波数に関連させて決定し、スイッチング素子をオ
ン、オフ制御するための制御信号を出力する制御ユニッ
トと、制御ユニットのパルス幅変調制御に起因する前記
制御ユニットの入力電流の変化に対して、制御ユニット
の入力電圧を一定に保持する制御電源とを有するもので
ある。
チング素子から構成され、直流電力を交流電力に変換し
て電気車駆動用の電動機に供給するインバータと、パル
ス幅変調制御によりインバータの出力電圧の半周期間の
スイッチング素子のスイッチング回数を、インバータの
出力周波数に関連させて決定し、スイッチング素子をオ
ン、オフ制御するための制御信号を出力する制御ユニッ
トと、制御ユニットのパルス幅変調制御に起因する前記
制御ユニットの入力電流の変化に対して、制御ユニット
の入力電圧を一定に保持する制御電源とを有するもので
ある。
請求項２に記載の電気車用インバータ装置は、出力電
源が制御ユニットの入力側に設けられ、制御ユニットに
一定の電圧を供給するものであり、電気車の運転指令の
発生、解除に応じて一定の電圧の供給、停止をするよう
に構成したものである。
源が制御ユニットの入力側に設けられ、制御ユニットに
一定の電圧を供給するものであり、電気車の運転指令の
発生、解除に応じて一定の電圧の供給、停止をするよう
に構成したものである。
（作用） 請求項１に記載の電気車用インバータ装置において
は、制御ユニットがインバータを構成するスイッチング
素子をオン、オフ制御する場合に、制御ユニットの入力
電圧を一定に保持する制御電源を有しているので、電圧
変動率の少ない大容量の変圧器を用いる必要性がなくな
り、従来装置に比べて制御系統が格段に小形化される。
は、制御ユニットがインバータを構成するスイッチング
素子をオン、オフ制御する場合に、制御ユニットの入力
電圧を一定に保持する制御電源を有しているので、電圧
変動率の少ない大容量の変圧器を用いる必要性がなくな
り、従来装置に比べて制御系統が格段に小形化される。
請求項２に記載の電気車用インバータ装置において
は、運転指令が解除されている間、制御ユニットに対す
る電力の供給を停止ため、電力の浪費を抑えることがで
きると同時に、ノイズ等による制御ユニットの誤動作を
防止することができる。
は、運転指令が解除されている間、制御ユニットに対す
る電力の供給を停止ため、電力の浪費を抑えることがで
きると同時に、ノイズ等による制御ユニットの誤動作を
防止することができる。
（実施例） 第１図はこの発明の一実施例の概略構成図であり、図
中第３図と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要
素を示す。そして、変圧器９とゲートユニット11aとの
間に制御電源12を付加した点が第３図と異なっている。
中第３図と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要
素を示す。そして、変圧器９とゲートユニット11aとの
間に制御電源12を付加した点が第３図と異なっている。
この制御電源12は、変圧器９の二次側から電力を得、
出力電流（直流）が変化したとしても、出力電圧（直
流）を外部で指令された出力電圧指令値Vrに保持する定
電圧電源13と、この定電圧電源13の出力回路を電気車の
運転指令の発生、解除に応じてオン、オフする出力スイ
ッチ14とで構成されている。
出力電流（直流）が変化したとしても、出力電圧（直
流）を外部で指令された出力電圧指令値Vrに保持する定
電圧電源13と、この定電圧電源13の出力回路を電気車の
運転指令の発生、解除に応じてオン、オフする出力スイ
ッチ14とで構成されている。
なお、従来装置では交流電圧を入力する制御ユニット
11を用いたが、この実施例では直流を加えて動作させる
ゲートユニット11aを用いている。
11を用いたが、この実施例では直流を加えて動作させる
ゲートユニット11aを用いている。
上記の如く構成された本実施例の動作を、特に、従来
装置と異なる点について以下に説明する。
装置と異なる点について以下に説明する。
先ず、変圧器９の二次側電圧が定電圧電源13に加えら
れると、この定電圧電源13は交流を直流に変換すると共
に、外部で設定された出力電圧指令値Vrに一致するよう
に出力電圧を一定に制御する。この場合、出力電圧指令
値Vrはゲート信号G1〜６のレベルに応じて適切に設定さ
れる。
れると、この定電圧電源13は交流を直流に変換すると共
に、外部で設定された出力電圧指令値Vrに一致するよう
に出力電圧を一定に制御する。この場合、出力電圧指令
値Vrはゲート信号G1〜６のレベルに応じて適切に設定さ
れる。
かかる構成によれば、変圧器９として電圧変動率が25
％程度のもを用いることができ、これによって小形の変
圧器の使用が可能になる。
％程度のもを用いることができ、これによって小形の変
圧器の使用が可能になる。
次に、出力スイッチ14は定電圧電源13の出力回路を、
電気車の運転指令に同期するように、ゲート制御装置10
の出力指令Psによってオン、オフ制御するもので、その
関係を第２図に示す。
電気車の運転指令に同期するように、ゲート制御装置10
の出力指令Psによってオン、オフ制御するもので、その
関係を第２図に示す。
すなわち、電気車の運転指令として、例えば、運転手
が前進もしくは後退するべく時刻t1でレバーサを入れた
り、時刻t2で切ったりした信号がゲート制御装置10に加
えられると、ゲート制御装置10がこれに同期した出力指
令Psを発生して出力スイッチ14をオン、オフ制御する。
このとき定電圧電源13は出力電圧指令値Vrに従って、例
えば、200Vの電圧を出力し続けており、結局、電気車の
運転指令に応じてゲートユニット11aへの入力電圧が供
給されたり、遮断されたりする。
が前進もしくは後退するべく時刻t1でレバーサを入れた
り、時刻t2で切ったりした信号がゲート制御装置10に加
えられると、ゲート制御装置10がこれに同期した出力指
令Psを発生して出力スイッチ14をオン、オフ制御する。
このとき定電圧電源13は出力電圧指令値Vrに従って、例
えば、200Vの電圧を出力し続けており、結局、電気車の
運転指令に応じてゲートユニット11aへの入力電圧が供
給されたり、遮断されたりする。
かくして、この実施例によれば、定電圧電源13を備え
ているため、電圧変動率をかなり低く抑え得るように設
計された大形の変圧器の代わりに、比較的大きな電圧変
動率を許容し得る小形の変圧器で済むことになり、これ
によって制御系統を格段に小形化することができる。
ているため、電圧変動率をかなり低く抑え得るように設
計された大形の変圧器の代わりに、比較的大きな電圧変
動率を許容し得る小形の変圧器で済むことになり、これ
によって制御系統を格段に小形化することができる。
また、この実施例によれば電気車の運転指令が解除さ
れている間、ゲートユニット11aへの電力の供給を遮断
するため電力の浪費を抑えることができると同時に、こ
の間、ノイズ等によりGTOのオン、オフ信号が出力され
るというような誤動作を防ぐことができる。
れている間、ゲートユニット11aへの電力の供給を遮断
するため電力の浪費を抑えることができると同時に、こ
の間、ノイズ等によりGTOのオン、オフ信号が出力され
るというような誤動作を防ぐことができる。
なお、上記実施例では、制御電源12を定電圧電源13と
出力スイッチ14とで構成したが、その構成はこれに限定
されるものではなく、例えばサイリスタを用いてこれを
位相制御するコンバータ回路を用いるならば、ゲート信
号のみにより出力電圧の制御およびオン、オフ制御の両
方が可能になる。
出力スイッチ14とで構成したが、その構成はこれに限定
されるものではなく、例えばサイリスタを用いてこれを
位相制御するコンバータ回路を用いるならば、ゲート信
号のみにより出力電圧の制御およびオン、オフ制御の両
方が可能になる。
また、上記実施例では単相変圧器を用いたが、交流電
源に応じて２相変圧器または３相変圧器を用いても上述
したと同様な動作を行なわせることができる。
源に応じて２相変圧器または３相変圧器を用いても上述
したと同様な動作を行なわせることができる。
なおまた、上記実施例では制御系統が交流電源から電
力を得る場合について説明したが、直流電源を用いる場
合には変圧器が不要化され回路構成がより一層簡易化さ
れる。
力を得る場合について説明したが、直流電源を用いる場
合には変圧器が不要化され回路構成がより一層簡易化さ
れる。
なお、上記実施例によれば、運転指令としてインバー
タのスイッチング素子の故障信号を取り入れるならば、
万一、スイッチング素子の短絡故障時に制御ユニット出
力が過電流となることもスイッチをオフすることによっ
て防止することができる。
タのスイッチング素子の故障信号を取り入れるならば、
万一、スイッチング素子の短絡故障時に制御ユニット出
力が過電流となることもスイッチをオフすることによっ
て防止することができる。
以上の説明によって明らかなように、請求項１に記載
の電気車用インバータ装置によれば、制御ユニットの入
力電圧を一定に保持する制御電源を備えていることから
比較的小形の変圧器で済むため、制御系統を一段と小形
化することができ、これによって電気車の空間占積率お
よび自重増加分を低く抑えることができるという効果が
ある。
の電気車用インバータ装置によれば、制御ユニットの入
力電圧を一定に保持する制御電源を備えていることから
比較的小形の変圧器で済むため、制御系統を一段と小形
化することができ、これによって電気車の空間占積率お
よび自重増加分を低く抑えることができるという効果が
ある。
請求項２に記載の電気車用インバータ装置において
は、運転指令が解除されている間、制御ユニットに対す
る電力の供給を停止ため、電力の浪費を抑えることがで
きると同時に、ノイズ等による制御ユニットの誤動作を
防止することができる。
は、運転指令が解除されている間、制御ユニットに対す
る電力の供給を停止ため、電力の浪費を抑えることがで
きると同時に、ノイズ等による制御ユニットの誤動作を
防止することができる。
第１図はこの発明の一実施例の概略構成図、第２図は同
実施例の動作を説明するためのタイムチャート、第３図
は従来の電気車用インバータ装置の概略構成図、第４図
は同装置の動作を説明するための周波数特性図である。 １…パンタグラフ、７…インバータ、８…誘導電動機、
９…変圧器、10…ゲート制御装置、11a…ゲートユニッ
ト、12…制御電源、13…定電圧電源、14…出力スイッ
チ。
実施例の動作を説明するためのタイムチャート、第３図
は従来の電気車用インバータ装置の概略構成図、第４図
は同装置の動作を説明するための周波数特性図である。 １…パンタグラフ、７…インバータ、８…誘導電動機、
９…変圧器、10…ゲート制御装置、11a…ゲートユニッ
ト、12…制御電源、13…定電圧電源、14…出力スイッ
チ。
Claims (2)
- 【請求項１】スイッチング素子から構成され、直流電力
を交流電力に変換して電気車駆動用の電動機に供給する
インバータと、 パルス幅変調制御により前記インバータの出力電圧の半
周期間の前記スイッチング素子のスイッチング回数を、
前記インバータの出力周波数に関連させて決定し、前記
スイッチング素子をオン、オフ制御するための制御信号
を出力する制御ユニットと、 前記制御ユニットのパルス幅変調制御に起因する前記制
御ユニットの入力電流の変化に対して、前記制御ユニッ
トの入力電圧を一定に保持する制御電源と、 を有する電気車用インバータ装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の電気車用インバータ装置
において、 前記制御電源は前記制御ユニットの入力側に設けられ、
前記制御ユニットに一定の電圧を供給するものであり、
電気車の運転指令の発生、解除に応じて一定の電圧の供
給、停止をする電気車用インバータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313286A JP2692909B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 電気車用インバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63313286A JP2692909B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 電気車用インバータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02159977A JPH02159977A (ja) | 1990-06-20 |
| JP2692909B2 true JP2692909B2 (ja) | 1997-12-17 |
Family
ID=18039387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63313286A Expired - Lifetime JP2692909B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | 電気車用インバータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2692909B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6248191U (ja) * | 1985-09-11 | 1987-03-25 |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP63313286A patent/JP2692909B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02159977A (ja) | 1990-06-20 |
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