JP2783204B2 - Pwmコンバータの制御方法 - Google Patents

Pwmコンバータの制御方法

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JP2783204B2
JP2783204B2 JP7200139A JP20013995A JP2783204B2 JP 2783204 B2 JP2783204 B2 JP 2783204B2 JP 7200139 A JP7200139 A JP 7200139A JP 20013995 A JP20013995 A JP 20013995A JP 2783204 B2 JP2783204 B2 JP 2783204B2
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power supply
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繁則 木下
亮二 井上
春樹 吉川
幸信 諸星
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、可変電圧可変周波
数の交流電力を供給されて可変速駆動される電動機にて
推進される車両上に、集電装置に一次側を接続される主
変圧器と、該主変圧器の二次側に接続されるPWMコン
バータと、該PWMコンバータに直流中間回路を介して
接続されるインバータとからなる電源装置ユニットが搭
載されているような交流車両システムにおけるPWMコ
ンバータの制御方法に関する。 【0002】 【従来の技術】近年GTOサイリスタあるいはトランジ
スタなどのように素子自身が消弧能力を持つ所謂自己消
弧形素子として、高耐圧かつ大容量のものが次々と開
発,実用化され、これらを大容量の電力変換装置に適用
することが可能となってきた。電力変換装置に自己消弧
形素子を適用した場合、素子の消弧は任意の位相で行う
ことができ、また1サイクル中に何回も点弧,消弧をさ
せることができるなど制御上の自由度が増加するため、
これによって交流側電流波形の改善を図ることが可能と
なる。 【0003】自己消弧形素子を用いた回路方式には何種
類かのものが考えられる。なかでも、ブリッジ結線され
たダイオードのそれぞれに自己消弧形素子を逆並列接続
してなるPWMコンバータは、交流から直流への順変換
および直流から交流への逆変換が同一の回路で切り換え
なしで行えること、交流側電流波形が正弦波に近く低次
高調波の含有率が少ないこと、交流側の力率がほぼ1に
近い状態で運転できることなど、これまでの他励転流形
のコンバータ方式にはなかった数多くの利点を持ってい
る。 【0004】この種のPWMコンバータでは、電源電圧
から得た正弦波形の変調波と、その変調波と同期したそ
れよりも高い周波数の三角波形の搬送波との比較結果に
より、自己消弧形素子のオン・オフ制御が行われる。そ
の場合に、主変圧器二次側には基本波電流にリップル電
流が重畳して流れ、これにより、一次電流に高調波成分
が含まれる。 【0005】この高調波成分は、主変圧器の複数の二次
巻線の一つに共振フィルタを接続して高調波の流出を防
ぐことによって低減することができる。しかしながら、
この解決策の場合には、高調波の次数にあわせて数種類
のフィルタの設置が必要であるため、車両重量の増加に
つながるという問題点がある。第5図は、車両重量の増
加を招くことなく高調波を低減する従来の実施例を示
す。これによれば、交流き電線1に集電装置2を介して
接続される主変圧器3は多数(例えば3つ)に分割され
た二次巻線を有し、各二次巻線にはそれぞれPWMコン
バータ31,32,33が接続されている。これらのP
WMコンバータの互いに並列接続された直流出力端子
に、平滑コンデンサ4を含む直流中間回路を介して2つ
のインバータ51,52が接続されている。誘導電動機
である主電動機6は二群に分けられていて、第1群の4
つの主電動機がインバータ51から給電され、第2群の
4つの主電動機がインバータ52から給電されるように
なっている。 【0006】PWMコンバータ内のスイッチング素子の
オンオフ制御信号は、周波数fs の交流電源電圧に対応
する正弦波形の変調波と、それよりも高い周波数,特に
整数倍の周波数の三角波形の搬送波との比較結果により
得られる。この場合に、PWMコンバータが発生する高
調波は搬送波の側帯波である。この側帯波の成分を低減
すれば、等価妨害電流Jp を低減できる。このために、
各PWMコンバータ31,32,33間において、それ
ぞれに使用する搬送波としての三角波信号を、180°
/n(nは二次分割数で、ここの例では60°であ
る。)ずつ位相をずらしている。これにより、各PWM
コンバータが発生する低次高調波電流を主変圧器一次側
では互いに相殺させることができる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
多分割された二次巻線を持つ主変圧器に接続されたPW
Mインバータの制御では、巻線間の相互干渉があるた
め、主変圧器としては、このことを考慮する必要があ
る。つまり、等価妨害電流Jp を期待どおり低減するた
めには、次の二点を満足する必要がある。 主変圧器の各二次巻線に流れる電流を等しくするため
に、各等価二次リアクタンス値を等しくする。 主変圧器の二次巻線電流の基本波成分に重畳される電
流リップルを小さくするため、リアクタンスマトリック
スの対角線要素(自己漏れリアクタンス)対する非対角
線要素(相互リアクタンス)の値をできるだけ小さく抑
える。 【0008】しかしながら、主変圧器の二次巻線の分割
数が増すほど上記の条件を満足するような主変圧器の設
計は困難となり、また一方、重量増加の原因となる。本
発明の目的は、上記の問題点に鑑み、主変圧器の多分割
化を極力抑えて、等価妨害電流Jp の低減を図るととも
に、主変圧器重量減、コンバータ全体としての素子使用
個数の減少を図り、車両搭載電源装置の重量減を図るこ
とにある。 【0009】 【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、発明の属する技術分野の項で定義したような交流
車両システムにおけるPWMコンバータの制御方法にお
いて、複数台の可変電圧可変周波数の交流電力を供給さ
れて可変速駆動される電動機にて推進される車両によっ
て列車を編成し、該列車を複数のグループに分割し、同
一編成内のすべてのPWMコンバータにおけるパルス幅
変調制御に用いる変調波は電源電圧と同相とし、PWM
コンバータのパルス幅変調制御に用いる搬送波に、前記
グループ間で、所定の位相差を持たせることによって達
成される。 【0010】本発明による問題解決原理は、等価回路的
には従来と同様であるが、相違する点は従来の技術では
単一車両独自で高調波成分相殺を図るために、各車両の
主変圧器に厳しいリアクタンス条件が必要であるのに対
し、本発明の場合には列車編成された個々の車両同士あ
るいは、列車を編成する駆動車両を均等分割した複数の
グループ間で高調波成分相殺を図ることから、各車両の
主変圧器は高調波低減の観点からは二次巻線を多分割す
る必要はない。このような多分割は、PWMコンバータ
を構成するGTOサイリスタの電圧・電流の定格に合わ
せた経済的設計のみを考慮して行われる。 【0011】 【発明の実施の形態】第1図は本発明による制御方法を
適用される交流車両システムの要部を示す概略構成図で
あり、第2図ないし第4図は本発明の制御方法において
用いられる搬送波信号の互いに異なる例を示す波形図、
第5図は従来の実施例を説明するための主回路接続図で
ある。 【0012】第1図には、列車を編成するm台の駆動車
両のうち、1番目の駆動車両とm番目の駆動車両に搭載
される電源装置ユニットについてのみ、主変圧器T1,
mおよびPWMコンバータC1,Cm のみが示されて
いる。各車両の電源装置ユニットにおけるPWMコンバ
ータC1〜Cm は、同じように、それらを構成する半導
体素子の電圧・電流の定格に合わせた経済的設計にした
がって、複数の並列接続された単位コンバータからな
り、これに合わせて交流き電線から集電器を介して給電
される各主変圧器T1〜Tm の二次巻線も分割されてい
る。並列接続されている単位コンバータの直流出力端子
以降の接続は第5図の従来例と同様であってよい。 【0013】列車を編成するm台の駆動車両はk個のグ
ループに均等に分けられる。各グループの中では単位コ
ンバータは同じPWM制御信号によって制御される。し
たがって、変調波信号発生部と、搬送波信号発生部と、
変調波と搬送波との比較を行う比較部とからなるPWM
制御装置は共通化可能である。グループ間においては、
変調波信号発生部の変調波信号は互いに同相であるが、
搬送波信号発生部の搬送波信号は互いに所定位相だけず
らされている。 【0014】第2図は2グループに分けられている場合
における三角波状の搬送波信号の位相関係を示してい
る。一方のグループの搬送波信号a1に対して他方のグ
ループの搬送波信号a2は90°だけ位相を遅らされて
いる。第3図は3グループに分けられている場合におけ
る搬送波信号の位相関係を示している。第1のグループ
の搬送波信号a1に対して、第2グループの搬送波信号
a2は60°だけ位相を遅らされ、第3のグループの搬
送波信号a3は120°だけ位相を遅らされている。 【0015】第4図は4グループに分けられている場合
における搬送波信号a1〜a4の位相関係を示してい
る。この場合には、順次45°ずつ位相をずらされてい
る。一般にグループ数kに対しては、グループ間におい
て搬送波信号の位相が180°/kずつずらされる。以
上のように、本発明によれば、すべてのPWMコンバー
タにおけるパルス幅変調制御に用いる変調波は電源電圧
と同相とし、列車を編成する駆動車両を均等分割したグ
ループのPWMコンバータ間で、PWMコンバータのパ
ルス幅変調制御に用いる搬送波に所定の位相差を持たせ
ている。 【0016】 【発明の効果】従来の技術では単一車両独自で高調波成
分相殺を図るために、各車両の主変圧器に厳しいリアク
タンス条件が必要であるのに対し、本発明の場合には列
車編成された個々の車両同士で高調波成分相殺を図るこ
とから、各車両の主変圧器は高調波低減の観点からは二
次巻線を多分割する必要はなく、このような多分割は、
PWMコンバータを構成するGTOサイリスタの電圧・
電流の定格に合わせた経済的設計のみを考慮して行われ
る。 【0017】したがって、各電源ユニットにおける主変
圧器の二次巻線の多分割化を抑えて、等価妨害電流Jp
の低減を図ることができ、二次分割数の低減によって電
源ユニットにおけるPWMコンバータ全体の使用素子数
を削減することができ、余分の重量増を避けることがで
きる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明による制御方法を適用される交流車両シ
ステムの要部を示す概略構成図 【図2】本発明における搬送波信号を示す波形図 【図3】本発明における搬送波信号を示す波形図 【図4】本発明における搬送波信号を示す波形図 【図5】従来例を示す主回路接続図 【符号の説明】 T1〜Tm 主変圧器 C1〜Cm PWMコンバータ a1,a2,a3,a4 搬送波信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸星 幸信 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−46895(JP,A) 特開 昭60−102879(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60L 9/00 - 9/24 B60L 15/00 - 15/32

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.可変電圧可変周波数の交流電力を供給されて可変速
    駆動される電動機にて推進される車両上に、集電装置に
    一次側を接続される主変圧器と、該主変圧器の二次側に
    接続されるPWMコンバータと、該PWMコンバータに
    直流中間回路を介して接続されるインバータとからなる
    電源装置ユニットが搭載されているような交流車両シス
    テムにおけるPWMコンバータの制御方法において、 複数台の前記車両によって列車を編成し、 該列車を複数のグループに分割し、 同一編成内のすべてのPWMコンバータにおけるパルス
    幅変調制御に用いる変調波は電源電圧と同相とし、 PWMコンバータのパルス幅変調制御に用いる搬送波
    に、前記グループ間で、所定の位相差を持たせたことを
    特徴とするPWMコンバータの制御方法。
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