JP4964215B2 - 交流電気車の制御装置 - Google Patents
交流電気車の制御装置Info
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Description
(交流電気車制御装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態にかかるコンバータ制御部の構成を主体として示す機能ブロック図であり、上段部には交流電気車の駆動系を示し、下段部には交流電気車の制御系を成すコンバータ制御部100を示している。
交流電気車の駆動系は、交流架線1からの交流電力が入力されるパンダグラフ2、パンダグラフ2から供給される交流電力を入力とする変圧器3、変圧器3の交流電圧が印加され、印加された交流電圧を直流電圧に変換するPWMコンバータ4、PWMコンバータ4の直流電圧を平滑化するフィルタコンデンサ(以下「FC」という)5、およびFC5で平滑化された直流電圧によって駆動される負荷6を備えて構成される。なお、負荷6には、PWMコンバータ4から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、インバータの交流電圧が印加される交流電動機、および交流電動機にて駆動される鉄道車両などが含まれる。
交流電気車の制御系を成すコンバータ制御部100は、第1〜第3の演算処理部32〜34、第4の演算処理部であるIs補正部19、第5の演算処理部35、第6の演算処理部であるPWMゲートパルス制御回路15、比較部23、第1〜第3の位相ずらし回路31a〜31cを有して構成されている。
第1の演算処理部32は、減算器11aおよび定電圧制御部12を備えており、減算器11aにより、内部で生成されるあるいは外部から入力される所定の直流電圧基準Vd*と実際のコンバータ直流電圧Vdとの差分である電圧偏差ΔVdが算出され、定電圧制御部12により、コンバータ直流電圧Vdが一定になるようなコンバータ入力電流基準Ispが算出される。なお、コンバータ直流電圧Vdには、FC5の両端電圧を検出した検出値を用いることができる。
第2の演算処理部33は、フィルタ18、周波数演算部21、および基本正弦波生成部29を備えている。周波数演算部21は、フィルタ18を介して出力された架線電圧フィルタ出力VsOに基づいて架線周波数Fvsを算出する。基本正弦波生成部29は、架線周波数Fvsを入力信号として、基本正弦波SINを生成する。
第3の演算処理部34は、乗算器16、減算器11b、およびゲイン部17を備えている。乗算器16は、定電圧制御部12から出力されたコンバータ入力電流基準Ispと、後述する第1の位相ずらし回路31aから出力された信号出力SINDLと、を入力信号として、これらの信号を乗じて、外乱が加えられたコンバータ入力電流基準Is*を算出する。減算器11bは、乗算器16から出力されたコンバータ入力電流基準Is*と、電流検出器7を介して出力されたコンバータ入力電流Isと、を入力信号として、出力信号である電流偏差ΔIsを出力する。ゲイン部17は、減算器11bから出力された電流偏差ΔIsにゲインを乗じて、後述するコンバータ電圧基準Vc*の生成に必要な第1の補正量Vspを算出する。
第4の演算処理部であるIs補正部19は、コンバータ入力電流Isを入力信号として、コンバータ電圧基準Vc*の生成に必要な第2の補正量VLを算出する。
第5の演算処理部35は、加減算器11cで構成され、ゲイン部17から出力された第1の補正量Vspと、後述する第2の位相ずらし回路31bから出力された信号出力VsODLと、後述する第3の位相ずらし回路31cから出力された信号出力VLDLと、を入力信号としてコンバータ電圧基準Vc*を出力する。
第6の演算処理部であるPWMゲートパルス制御回路15は、コンバータ電圧基準Vc*に基づいて、PWMコンバータ4に具備されるスイッチング素子(図示省略)を駆動するためのPWM信号を生成出力する。
図2は、第1の位相ずらし回路の内部構成を表す図であり、第1の位相ずらし回路31aは、第1の遅延量算出部42aおよび第1の位相ずらしモジュール(第1の位相ずらし部)41aで構成されている。また、第1の位相ずらし回路31aには、基本正弦波生成部29から出力された信号入力である基本正弦波SINと、基本正弦波生成部29から出力されたリセット信号RSTとが入力される。
図3は、第2の位相ずらし回路の内部構成を表す図であり、第2の位相ずらし回路31bは、第2の遅延量算出部42bおよび第2の位相ずらしモジュール(第2の位相ずらし部)41bで構成されている。また、第2の位相ずらし回路31bには、フィルタ18から出力された信号入力である架線電圧フィルタ出力VsOと、基本正弦波生成部29から出力されたリセット信号RSTとが入力される。
図4は、第3の位相ずらし回路の内部構成を表す図であり、第3の位相ずらし回路31cは、第3の遅延量算出部42cおよび第3の位相ずらしモジュール(第3の位相ずらし部)41cで構成されている。また、第3の位相ずらし回路31cには、Is補正部19から出力された信号入力である第2の補正量VLと、基本正弦波生成部29から出力されたリセット信号RSTとが入力される。
図5は、図2〜図4に示される各位相ずらし回路における入出力信号の状態を表わす図である。図5の上部には、第1〜第3の位相ずらしモジュール41a〜41cに入力される基準クロックClk、リセット信号RST、および遅延量DLが示されている。図5の下部には、第1〜第3の位相ずらしモジュール41a〜41cに入力される各信号入力SIN、VsO、VL、および各信号出力SINDL、VsODL、VLDLの信号状態が対比的に示されている。
ここで、遅延量DLは、リセット信号RSTが入力された後に入力される所定の基準クロックClkの数に応じて増加していく構成となっている。例えば、最初のリセット信号RSTが入力された後、6回目の基準クロックClkが入力されたとき、遅延量DLの値は、0から1に増加する。
リセット信号RSTが入力された直後の信号出力の位相は、図5の信号出力状態60に示されるように信号入力状態50と同位相である。しかしながら、遅延量DLの値が0から1に増加した場合、信号出力の位相は、信号出力状態61に示されるように、信号入力状態51からクロック1つ分遅れる。さらに、遅延量DLの値が1から2に増加したとき、信号出力の位相は、信号出力状態62に示されるように、信号入力状態52からクロック2つ分遅れる。
実施の形態1にかかる交流電気車の制御装置は、3つの位相ずらし回路を用いて構成されていたが、実施の形態2にかかる交流電気車の制御装置では、3つの位相ずらし回路を1つに集約して構成されている。
図7は、第4の位相ずらし回路の内部構成を表す図であり、第4の位相ずらし回路31dは、第4の遅延量算出部42dおよび第4の位相ずらしモジュール(第4の位相ずらし部)41dで構成されている。また、第4の位相ずらし回路31dには、加減算器11cから出力された信号入力である処理前コンバータ電圧基準VcOと、基本正弦波生成部29から出力されたリセット信号RSTとが入力される。
2 パンタグラフ
3 変圧器
4 PWMコンバータ
5 フィルタコンデンサ(FC)
6 負荷
7 電流検出器
11a,11b 減算器
11c 加減算器
12 定電圧制御部
15 PWMゲートパルス制御回路(第6の演算処理部)
16 乗算器
17 ゲイン部
18 フィルタ
19 Is補正部(第4の演算処理部)
21 周波数演算部
23 比較部
29 基本正弦波生成部
31a 第1の位相ずらし回路
31b 第2の位相ずらし回路
31c 第3の位相ずらし回路
31d 第4の位相ずらし回路
32 第1の演算処理部
33 第2の演算処理部
34 第3の演算処理部
35 第5の演算処理部
41a 第1の位相ずらしモジュール(第1の位相ずらし部)
41b 第2の位相ずらしモジュール(第2の位相ずらし部)
41c 第3の位相ずらしモジュール(第3の位相ずらし部)
41d 第4の位相ずらしモジュール(第4の位相ずらし部)
42a 第1の遅延量算出部
42b 第2の遅延量算出部
42c 第3の遅延量算出部
42d 第4の遅延量算出部
50,51,52 信号入力状態
60,61,62 信号出力状態
100,200 コンバータ制御部
Clk 基準クロック
DL 遅延量
Fvs 架線周波数
Is コンバータ入力電流
Isp コンバータ入力電流基準
Is* 外乱が加えられたコンバータ入力電流基準
RST リセット信号
SIN 基本正弦波
SINDL、VLDL、VsODL 信号出力
Vc* コンバータ電圧基準
VcO 処理前コンバータ電圧基準
Vd コンバータ直流電圧
Vd* 直流電圧基準
VL 第2の補正量
Vs 架線電圧
VsO 架線電圧フィルタ出力
Vsp 第1の補正量
ΔIs 電流偏差
ΔVd 電圧偏差
Claims (6)
- 交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するPWMコンバータを有する交流電気車に適用され、前記PWMコンバータの動作を制御するコンバータ制御部を備えた交流電気車の制御装置において、
前記コンバータ制御部は、
所定の直流電圧基準と実際のコンバータ直流電圧とに基づき、前記コンバータ直流電圧が一定となるようなコンバータ入力電流基準を算出して出力する第1の演算処理部と、
架線電圧フィルタ出力に基づき基本正弦波を算出して出力する第2の演算処理部と、
前記コンバータ入力電流基準、コンバータ入力電流、および前記基本正弦波に基づき、コンバータ電圧基準の生成に必要な第1の補正量を算出して出力する第3の演算処理部と、
コンバータ入力電流に基づき、前記コンバータ電圧基準の生成に必要な第2の補正量を算出して出力する第4の演算処理部と、
前記架線電圧フィルタ出力、前記第1の補正量、および前記第2の補正量に基づき、前記コンバータ電圧基準を算出して出力する第5の演算処理部と、
前記コンバータ電圧基準に基づきPWM信号を生成して前記PWMコンバータに出力する第6の演算処理部と、
前記基本正弦波の位相をずらし前記第3の演算処理部に出力する第1の位相ずらし回路と、
を備えるとともに、
前記架線電圧フィルタ出力の位相をずらし前記第5の演算処理部に出力する第2の位相ずらし回路、前記第2の補正量の位相をずらし前記第5の演算処理部に出力する第3の位相ずらし回路、または前記コンバータ電圧基準の位相をずらし前記第6の演算処理部に出力する第4の位相ずらし回路、のうちの少なくとも一つを備えたことを特徴とする交流電気車の制御装置。 - 交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するPWMコンバータを有する交流電気車に適用され、前記PWMコンバータの動作を制御するコンバータ制御部を備えた交流電気車の制御装置において、
前記コンバータ制御部は、
所定の直流電圧基準と実際のコンバータ直流電圧とに基づき、前記コンバータ直流電圧が一定となるようなコンバータ入力電流基準を算出して出力する第1の演算処理部と、
架線電圧フィルタ出力に基づき基本正弦波を算出して出力する第2の演算処理部と、
前記コンバータ入力電流基準、コンバータ入力電流、および前記基本正弦波に基づき、コンバータ電圧基準の生成に必要な第1の補正量を算出して出力する第3の演算処理部と、
コンバータ入力電流に基づき、前記コンバータ電圧基準の生成に必要な第2の補正量を算出して出力する第4の演算処理部と、
前記架線電圧フィルタ出力、前記第1の補正量、および前記第2の補正量に基づき、前記コンバータ電圧基準を算出して出力する第5の演算処理部と、
前記コンバータ電圧基準に基づきPWM信号を生成して前記PWMコンバータに出力する第6の演算処理部と、
を備えるとともに、
前記架線電圧フィルタ出力の位相をずらし前記第5の演算処理部に出力する第2の位相ずらし回路、前記第2の補正量の位相をずらし前記第5の演算処理部に出力する第3の位相ずらし回路、または前記コンバータ電圧基準の位相をずらし前記第6の演算処理部に出力する第4の位相ずらし回路、のうちの少なくとも一つを備えたことを特徴とする交流電気車の制御装置。 - 前記第1の位相ずらし回路は、
リセット信号および基準クロックが入力され、前記リセット信号が入力された後に入力される所定の基準クロック数に応じて増加する遅延量を算出するとともに、前記リセット信号が入力される度に前記遅延量をリセットする第1の遅延量算出部と、
前記遅延量、前記基本正弦波、および前記基準クロックが入力され、前記遅延量および前記基準クロックに基づいて、前記基本正弦波の位相をずらす第1の位相ずらし部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の交流電気車の制御装置。 - 前記第2の位相ずらし回路は、
リセット信号および基準クロックが入力され、前記リセット信号が入力された後に入力される所定の基準クロック数に応じて増加する遅延量を算出するとともに、前記リセット信号が入力される度に前記遅延量をリセットする第2の遅延量算出部と、
前記遅延量、前記架線電圧フィルタ出力、および前記基準クロックが入力され、前記遅延量および前記基準クロックに基づいて、前記架線電圧フィルタ出力の位相をずらす第2の位相ずらし部と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の交流電気車の制御装置。 - 前記第3の位相ずらし回路は、
リセット信号および基準クロックが入力され、前記リセット信号が入力された後に入力される所定の基準クロック数に応じて増加する遅延量を算出するとともに、前記リセット信号が入力される度に前記遅延量をリセットする第3の遅延量算出部と、
前記遅延量、前記第2の補正量、および前記基準クロックが入力され、前記遅延量および前記基準クロックに基づいて、前記第2の補正量の位相をずらす第3の位相ずらし部と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の交流電気車の制御装置。 - 前記第4の位相ずらし回路は、
リセット信号および基準クロックが入力され、前記リセット信号が入力された後に入力される所定の基準クロック数に応じて増加する遅延量を算出するとともに、前記リセット信号が入力される度に前記遅延量をリセットする第4の遅延量算出部と、
前記遅延量、前記コンバータ電圧基準、および前記基準クロックが入力され、前記遅延量および前記基準クロックに基づいて、前記コンバータ電圧基準の位相をずらす第4の位相ずらし部と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の交流電気車の制御装置。
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