JP5951143B2 - 電力変換装置および交流電気車駆動システム - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置を含む交流電気車駆動システムの一構成例を示す図である。図1において、実施の形態1に係る交流電気車駆動システムは、交流電源である交流架線1からの交流電力をパンタグラフ2、架線遮断器3および、主変圧器である変圧器5を介して受電し、受電した交流電力を電力変換装置100(100a,100b)に供給(印加)して8台の交流電動機30a〜30hを駆動する構成である。変圧器5の一端側は架線遮断器3に接続され、他端側は車輪4に接続される。変圧器5の一次側には、変圧器5への印加電圧を検出する入力電圧検出器6が設けられている。
(1)単相コンバータの制御の前提として、変圧器の偏磁を回避するため、電圧・電流の正負対称性を極力維持する必要がある。そのためには、コンバータのスイッチングをつかさどる搬送波波形は、架線電圧周期Twと同期させるのが一般的である。
(2)半導体素子を制御する際のスイッチング周波数は、コンバータの制御応答性、半導体素子冷却器の冷却性能制約を考慮して設定するため、搬送波周波数の設定値は闇雲に変更できない面がある。
(3)そこで、本実施の形態では、搬送波周期(Tc)は一定に保ちつつ、1周期の搬送波の三角形状の波形の左右の対称性を非対称とする一方で、複数個を纏めた三角波群では左右の対称性を持たせている。なお、本実施の形態においては、この対称性を持たせた三角波群n個の周期(=nTc)を、「搬送波対称性管理周期(Tm)」と称する。
実施の形態1では、搬送波の位相ずらしを適用できないコンバータについてのみ、搬送波の波形操作を行う形態について説明したが、編成内にある全てのコンバータに対し、上述した周期的波形操作を行なってもよい。実施の形態2は、この手法を用いる形態である。
図17は、実施の形態3に係る電力変換装置を含む交流電気車駆動システムの一構成例を示す図であり、図18は、実施の形態3に係る制御手法の説明に好適な列車編成の一例を示す図である。
Claims (7)
- 交流電源から供給される電力を直流に変換する電力変換主回路と、前記電力変換主回路を構成する半導体スイッチのオンオフ信号であるPWM信号を生成出力する制御部と、を備えた電力変換装置において、
前記制御部は、前記交流電源の1周期あたりに下限値から上限値、上限値から下限値への整数回の変化を伴う搬送波を生成出力する搬送波生成部と、
前記電力変換主回路の入力電圧波形指令に基づく変調波指令を生成出力する変調波指令生成部と、
前記搬送波と前記変調波指令とを比較することで、前記PWM信号を生成する比較部と、を備え、
前記搬送波は、下限値から上限値を経て同じ下限値に戻る1回の変化時間は一定であり、かつ、下限値から上限値への変化時間と上限値から下限値への変化時間との時間比が周期的に変化する特性を有し、
前記搬送波生成部は、前記時間比の周期的変化を、前記交流電源の1周期内に奇数回発生させる
ことを特徴とする電力変換装置。 - 交流電源から供給される電力を直流に変換する電力変換主回路と、前記電力変換主回路を構成する半導体スイッチのオンオフ信号であるPWM信号を生成出力する制御部と、を備えた電力変換装置において、
前記制御部は、前記交流電源の1周期あたりに下限値から上限値、上限値から下限値への整数回の変化を伴う搬送波を生成出力する搬送波生成部と、
前記電力変換主回路の入力電圧波形指令に基づく変調波指令を生成出力する変調波指令生成部と、
前記搬送波と前記変調波指令とを比較することで、前記PWM信号を生成する比較部と、を備え、
前記搬送波は、下限値から上限値を経て同じ下限値に戻る1回の変化時間は一定であり、かつ、下限値から上限値への変化時間と上限値から下限値への変化時間との時間比が周期的に変化する特性を有し、
前記搬送波生成部は、下限値から上限値、上限値から下限値への変化が前記交流電源の1周期あたりに奇数回となる搬送波を発生させることを特徴とする電力変換装置。 - 前記搬送波生成部は、前記時間比の周期的変化の1サイクルにおいて、前記搬送波の波形が時間軸方向に前後対称となる搬送波を発生させることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記搬送波生成部は、
前記時間比が周期的に変化する搬送波を生成するスペクトル拡散搬送波生成部と、
前記時間比が一定で変化しない搬送波を生成する固定搬送波生成部と、を備え、
前記制御部の外部に設けられる編成制御装置から入力される前記電力変換装置の編成内稼働状態をモニタした信号、または、前記編成制御装置が前記電力変換装置の編成内稼働状態に基づいて判定した制御信号に基づいて前記スペクトル拡散搬送波生成部、前記固定搬送波生成部の何れかの出力を選択して前記比較部に出力することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の電力変換装置。 - 前記各主変圧器に接続されて稼働する電力変換装置の台数が異なる場合には、何れか一方の主変圧器に接続されている電力変換装置のみ、搬送波として、前記スペクトル拡散搬送波生成部の出力を選択し、残りの電力変換装置には、搬送波として前記固定搬送波生成部の出力を選択することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。
- 交流電源である交流架線からの交流電力を複数の出力巻線に出力する主変圧器を複数台備えた交流電気車駆動システムにおいて、
交流電源から供給される電力を直流に変換する電力変換主回路と、
前記電力変換主回路を構成する半導体スイッチのオンオフ信号であるPWM信号を生成出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記交流電源の1周期あたりに下限値から上限値、上限値から下限値への整数回の変化を伴う搬送波を生成出力する搬送波生成部と、
前記電力変換主回路の入力電圧波形指令に基づく変調波指令を生成出力する変調波指令生成部と、
前記搬送波と前記変調波指令とを比較することで、前記PWM信号を生成する比較部と、を備え、
前記搬送波生成部は、
前記時間比が周期的に変化する搬送波を生成するスペクトル拡散搬送波生成部と、
前記時間比が一定で変化しない搬送波を生成する固定搬送波生成部と、を備え、
少なくとも前記主変圧器に接続される電力変換装置の1台で、
前記搬送波は、下限値から上限値を経て同じ下限値に戻る1回の変化時間は一定であり、かつ、下限値から上限値への変化時間と上限値から下限値への変化時間との時間比が周期的に変化し、
前記制御部の外部に設けられる編成制御装置から入力される前記電力変換装置の編成内稼働状態をモニタした信号、または、前記編成制御装置が前記電力変換装置の編成内稼働状態に基づいて判定した制御信号に基づいて前記スペクトル拡散搬送波生成部、前記固定搬送波生成部の何れかの出力を選択して前記比較部に出力する
ことを特徴とする交流電気車駆動システム。 - 前記各主変圧器に接続されて稼働する電力変換装置の台数が異なる場合には、何れか一方の主変圧器に接続されている電力変換装置のみ、搬送波として、前記スペクトル拡散搬送波生成部の出力を選択し、残りの電力変換装置には、搬送波として前記固定搬送波生成部の出力を選択することを特徴とする請求項6に記載の交流電気車駆動システム。
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