JP2837996B2 - 電気車の制御方法 - Google Patents

電気車の制御方法

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JP2837996B2
JP2837996B2 JP4181199A JP18119992A JP2837996B2 JP 2837996 B2 JP2837996 B2 JP 2837996B2 JP 4181199 A JP4181199 A JP 4181199A JP 18119992 A JP18119992 A JP 18119992A JP 2837996 B2 JP2837996 B2 JP 2837996B2
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裕美子 浅野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気車を速度制御す
る電気車の制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は例えば「電気車の科学」(電気車
研究会、1990年2月号、vol.43、No2、P
15〜P19)に示された従来の電気車制御装置を示し
たものである。図に於いて、1は直流架線に接続されて
電力を給電するパンタグラフ、2は直流架線Lから回路
を開放するスイッチ、3及び4は逆L字形フィルタを構
成するリアクトルと第1のコンデンサである。
【0003】また、5はGTOサイリスタ等の制御整流
素子の降圧チョッパ5aと昇圧チョッパ5bより成る双
方向性のチョッパ回路、6はそのチョッパ出力を平滑す
る平滑リアクトル、7は上記チョッパ出力を安定化し、
直流結合回路を構成する第2のコンデンサ、8はトラン
ジスタなどの低圧の制御整流素子の3相ブリッジ接続よ
り成るパルス幅変調インバータである。
【0004】さらに、9は上記パルス幅変調インバータ
7の3相出力に接続された誘導電動機、10は上記チョ
ッパ5及びパルス幅変調インバータ8を構成する制御整
流素子のスイッチング状態を制御する制御装置で、力行
指令P及び制動指令Bを受けて誘導電動機9を可変速駆
動する。
【0005】次に動作について説明する。図示しない運
転台より力行指令Pが入力されると、スイッチ2が閉路
し、回路が構成される。上記スイッチ2の閉路により、
直流架線Lの電源電圧ES (例えばES =1500V)
は、パンタグラフ1、スイッチ2、入力のリアクトル
3、及び第1のコンデンサ4を経由して、チョッパ回路
5に給電される。
【0006】力行時には、主電動機に電力を供給するた
め、エネルギは直流架線Lから供給される。この力行
時、チョッパ回路5は降圧チョッパ5aが動作し、その
出力電圧が例えば平均値600V程度に通流率制御さ
れ、平滑リアクトル6及び第2のコンデンサ7により直
流平滑されて、パルス幅変調インバータ8の入力とな
る。
【0007】上記降圧チョッパ5aの通流率は、構成す
る制御整流素子の導通時間比率により決定される。ここ
で、第1のコンデンサ4の電圧をES 、降圧チョッパ5
aの出力目標電圧600VをEFCとすると、降圧チョッ
パ5aの通流率αは α=EFC/ES と表され、制御装置10において降圧チョッパ5aを構
成する制御整流素子のスイッチング状態制御信号GON
1に変換され、降圧チョッパ5aに指令される。
【0008】上記通流率制御された降圧チョッパ5aの
出力は平滑リアクトル6及び第2のコンデンサ7により
直流平滑されてパルス幅変調インバータ8に入力され、
パルス幅変調インバータ8の各ブリッジを構成する制御
整流素子により、3相の可変電圧可変周波数交流に変換
されて、誘導電動機9に供給され、誘導電動機9は可変
速駆動する。
【0009】また、回生制動においては、図示しない運
転台より制動指令Bが入力されると、力行と同様に回路
が構成される。この回生制動時には、誘導電動機9は発
電機として働き、運動エネルギを電気エネルギに変換し
ている。回生制動時、チョッパ5は昇圧チョッパ5bが
動作し、発生した電気エネルギは、昇圧チョッパ5bに
より例えばDC1500Vへ昇圧され、直流架線Lへと
送られる。
【0010】ここで、昇圧チョッパ5bの通流率βは、 β=1−(EFC/ES) と表され、制御装置10より昇圧チョッパ5bを構成す
る制御整流素子のスイッチング状態制御信号GON2に
変換され、昇圧チョッパ5bに指令される。
【0011】以上のように、直流架線Lの直流電源電圧
S に対して、降圧チョッパ5aと昇圧チョッパ5bを
用いることにより、第2のコンデンサ7の電圧を低く抑
えることができるため、パルス幅変調インバータ8を安
価なトランジスタなどの低圧の素子で構成し、複数台の
並列接続を行った場合でも安価なものを採用できる。
【0012】ところで、パルス幅変調インバータ8の出
力電圧は、OVから最大出力電圧まで速度の上昇にした
がって電圧周波数比を一定に保ったまま上昇するよう制
御されるが、このパルス幅変調インバータ8の出力電圧
制御方法については既知であるので、ここではその詳細
については省略する。しかしながら、上記パルス幅変調
インバータ8は、制御整流素子より構成されているの
で、理想スイッチのような動作はできず、回路特性によ
って定まる最小オン時間及び最小オフ時間等の制約を受
けることとなる。
【0013】このため、搬送波ec と信号波eo の振幅
を比較してその大小によって制御整流素子をオンオフ制
御する、例えば図2のようなパルス幅変調の方式によ
り、制御整流素子の導通時間を決定する場合、パルス幅
変調インバータ8の出力電圧が低い領域(電気車の起動
または制動終速運転制御時)、すなわち、搬送波として
の三角波に対する信号波としての正弦波の高さPMFが
低い領域では、出力パルス幅が細くなっており、この領
域では、前述した最小オン時間、最小オフ時間の制限に
より、出力パルス幅が理論値に対してずれを生じ、出力
波形率の悪化を招くことになる。
【0014】つまり、理論出力パルス幅が最小オン時間
を下回った場合には、最小オン時間に制限されるので、
パルス幅変調インバータ8の出力電圧が目標値に対して
大きくなるため、出力電流が過大になり、電流波形のリ
ップルが大きくなると共に、1周期中の0°及び180
°周辺において、理論値に対してのずれが大きくなるた
め、出力波形率が悪化することになる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気車制御装置
は以上のように構成されているので、パルス幅変調イン
バータ8の出力電圧の低い領域(電気車の起動または制
終速運転制御時)では、出力波形率が悪化し、トルク
リップルを生じ、乗り心地を害すると言う問題点があっ
た。
【0016】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、パルス幅変調インバータの出
力電圧の全領域において、出力波形率の悪化のない電気
車の制御方法を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る電気車の制御方法は、線電圧を第1の電力変換器に
より直流電圧に電圧変換し変換したその直流出力を直
流結合回路を介して第2の電力変換器により可変電圧可
変周波数制御し、この制御した電圧を電気車駆動用電動
機に供給して電気車を速度制御する電気車の制御方法に
おいて、上記第2の電力変換器は、制御整流素子から構
成され、上記第2の電力変換器による可変電圧可変周波
数制御は、上記直流電圧に従い、上記制御整流素子の導
通時間を制御するパルス幅変調制御方法であって、上記
制御整流素子の導通時間である、上記パルス幅変調制御
の出力信号時間幅が、上記制御整流素子が制約される最
小オン時間を常に上回るように第1の電力変換器の出力
電圧を制御するものである
【0018】
【0019】
【作用】この発明の請求項1における電気車の制御方法
において、第2の電力変換器は、制御整流素子から構成
され、上記第2の電力変換器による可変電圧可変周波数
制御は、上記直流電圧に従い、上記制御整流素子の導通
時間を制御するパルス幅変調制御方法であって、上記制
御整流素子の導通時間である、上記パルス幅変調制御の
出力信号時間幅が、上記制御整流素子が制約される最小
オン時間を常に上回るように第1の電力変換器の出力電
圧を制御することにより、第2の電力変換器の出力波形
率を改善する。
【0020】
【0021】
【実施例】実施例1.以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図1はこの発明を実施するための電気
車制御装置の構成図を示すものである。図1において、
図3と同一部分は同一符号を付してその説明は省略す
る。また、10Aは図3の制御装置10に対応するこの
実施例の制御装置で、この制御装置10Aには第2の制
御装置であるチョッパ制御装置11が含まれ、降圧チョ
ッパ5a及び昇圧チョッパ5bに対するゲート信号GO
N1A及びGON2Aを、パルス幅変調インバータ8の
出力に応じて、降圧チョッパ5a及び昇圧チョッパ5b
の出力電圧を変化させるべく制御するようになってい
る。
【0022】次に動作について説明する。パルス幅変調
インバータ8の出力電圧が高い領域(電気車の通常運転
制御時)の動作については、従来例と同一であるので、
パルス幅変調インバータ8の出力電圧が低い領域、つま
り誘導電動機9の回転速度が低い電気車の起動または制
終速運転制御時の動作について、図2に従い説明す
る。
【0023】パルス幅変調インバータ8を構成する制御
整流素子の導通時間は、その出力電圧を目標値とするた
め、入力電圧と出力電圧目標値の比で決定されることに
なる。今、パルス幅変調インバータ8が3相インバータ
の場合は、入力電圧をEFC、出力電圧目標値をVM とす
ると、制御整流素子の導通時間を決定する信号波eo
しての正弦波の高さPMFは、 PMF=[1/{(√6/π)×EFC}]×VM と表され、同一の出力電圧を得る場合には、EFCを小さ
くすることによって、PMFを大きくすることができ
る。
【0024】つまり、降圧チョッパ5a及び昇圧チョッ
パ5bの出力電圧を、低くすることによって、図2で表
された変調方式において、0°及び180°付近でのパ
ルス幅が最小オン時間を上回るようなPMFとすること
が可能である。
【0025】よって、降圧チョッパ5a及び昇圧チョッ
パ5bの出力電圧を、従来例と同様に、一定値制御した
場合に、パルス幅変調インバータ8の理想出力パルス幅
が、それを構成する制御整流素子の最小オン時間を下回
るような出力電圧領域の場合には、降圧チョッパ5a及
び昇圧チョッパ5bの出力電圧を、0°及び180°付
近でのパルス幅が最小オン時間を上回るPMFとなる電
圧まで下げるように、チョッパ制御装置11は降圧チョ
ッパ5a及び昇圧チョッパ5bを構成する制御整流素子
に対してゲート信号GON1A、GON2Aを出力す
る。
【0026】例えば、一定値制御しているときの降圧チ
ョッパ5a及び昇圧チョッパ5bの出力電圧をEFC0
すると、 EFC0 /2 を出力するように、降圧チョッパ5a及び昇圧チョッパ
5bを構成する制御整流素子に対して、ゲート信号GO
N1A、GON2Aを出力すると、正弦波の高さPMF
は、一定値制御の2倍となって、0°及び180°付近
でのパルス幅が約2倍となり、パルス幅変調回路の変調
周波数を数百Hzとしても最小オン時間を大きく上回る
レベルであり、最小値制限を受けないので、波形率の悪
化を回避できる。
【0027】なお、上記実施例では、チョッパ回路5を
構成する制御整流素子をGTOで表したものであるが、
スイッチング状態を制御できる素子なら何でも良い。ま
た、電動機を、誘導電動機9として表したが、直流電動
機でも同様の効果を得ることができる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、第2
の電力変換器は、制御整流素子から構成され、上記第2
の電力変換器による可変電圧可変周波数制御は、上記直
流電圧に従い、上記制御整流素子の導通時間を制御する
パルス幅変調制御方法であって、上記制御整流素子の導
通時間である、上記パルス幅変調制御の出力信号時間幅
が、上記制御整流素子が制約される最小オン時間を常に
上回るように第1の電力変換器の出力電圧を制御する
とにより、第2の電力変換器の出力の波形率の改善が可
能であり、安定した制御性能をもった、乗り心地のよい
電気車の制御を行い得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による電気車制御装置を示
す回路図である。
【図2】この発明の一実施例の動作を説明するための波
形図である。
【図3】従来の電気車制御装置を示す回路図である。
【符号の説明】
L 直流架線 5 チョッパ回路 5a 降圧チョッパ 5b 昇圧チョッパ 6 平滑リアクトル 7 第2のコンデンサ 8 パルス幅変調インバータ 9 誘導電動機 10A 制御装置 11 チョッパ制御装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線電圧を第1の電力変換器により直流
    電圧に電圧変換し変換したその直流出力を直流結合回
    路を介して第2の電力変換器により可変電圧可変周波数
    制御し、この制御した電圧を電気車駆動用電動機に供給
    して電気車を速度制御する電気車の制御方法において、
    上記第2の電力変換器は、制御整流素子から構成され、
    上記第2の電力変換器による可変電圧可変周波数制御
    は、上記直流電圧に従い、上記制御整流素子の導通時間
    を制御するパルス幅変調制御方法であって、上記制御整
    流素子の導通時間である、上記パルス幅変調制御の出力
    信号時間幅が、上記制御整流素子が制約される最小オン
    時間を常に上回るように第1の電力変換器の出力電圧を
    制御することを特徴とする電気車の制御方法。
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Effective date: 20040105