JP6302862B2 - 鉄道車両用の電力変換装置及びこれを備えた鉄道車両 - Google Patents

鉄道車両用の電力変換装置及びこれを備えた鉄道車両 Download PDF

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Description

本発明は、直流架線から電力を得て交流電動機を駆動する鉄道車両用の電力変換装置及びこれを備えた鉄道車両に関する。
近年、鉄道車両において蓄電池や電気二重層キャパシタなどのエネルギ蓄積手段と昇降圧チョッパ回路などを組み合わせたエネルギ蓄積装置を活用したり、鉄道車両を構成する機器の効率を向上させたりすることで更なる省エネルギ化を実現する動きが活発となっている。
例えば、特許文献１ではエネルギ蓄電装置を用いてインバータ装置の直流側の電圧を昇圧することで高速度域における加速性能および回生ブレーキ力を拡大する技術が報告されている。
これにより、車両の加減速性能を向上させるとともに、回生ブレーキ力を拡大することで架線に戻す電力を増加させることにより更なる省エネルギ化を実現できる。また、高速度域における空気ブレーキの使用量を抑えることができるため、ブレーキシューの磨耗が減りメンテナンス費を削減する効果も得られる。
特許第５３２０４５２号
前述のように、鉄道車両で消費される電力の省エネルギ化を考えた場合、特許文献１のように回生ブレーキによる電力を向上する以外に鉄道車両の機器で発生する損失を低減することも考えられる。
鉄道車両を構成する機器では、交流電動機で発生する損失の割合が高く、交流電動機の損失を低減することができれば更なる省エネルギ化を実現することができる。
交流電動機で発生する損失は電流の基本波成分に起因する損失と高調波成分に起因する損失がある。基本波成分に起因する損失は、車両の加減速性能を満たす電流の大きさに依存する。一方で、高調波成分に起因する損失は、インバータ装置のスイッチング周波数が同じであれば、インバータ装置の直流側の電圧が低いほど交流電動機の高調波電流を低減することができるため、インバータ装置の直流側の電圧を下げることができれば交流電動機の高調波電流による損失を低減することができる。
しかしながら、特許文献１の構成では、インバータ装置の直流側の電圧を昇圧することはできるが降圧することはできないため、交流電動機の高調波電流による損失を抑えることはできない。
本発明の目的は、鉄道車両の電力変換装置において、高速度域における加速性能および回生ブレーキ性能の向上と、交流電動機の高調波電流による損失低減を両立することである。
本発明にかかる鉄道車両用の電力変換装置は、インバータ装置の直流側に昇降圧チョッパ装置を備え、インバータ装置の出力が基準値よりも低いときは、インバータ装置の直流側の電圧を昇降圧チョッパ装置により低下させ、インバータ装置の出力の増加に合わせてインバータ装置の直流側の電圧を昇降圧チョッパ装置により上昇させることで上記課題を解決するものである。
本発明によれば、交流電動機の高調波電流による損失を抑える効果と、高速度域における力行性能及び回生ブレーキ性能を向上する効果を両立させることができる。
図１は、本発明の第１実施例を示す図である。 図２は、昇降圧チョッパ装置とインバータ装置の一構成例を示す図である。 図３は、インバータ周波数と交流電動機の高調波電流の関係を示す第１の図である。 図４は、インバータ周波数と交流電動機の高調波電流の関係を示す第２の図である。 図５は、本発明の第２実施例であるエネルギ蓄積装置を接続する第１の構成を示す図である。 図６は、本発明の第２実施例であるエネルギ蓄積装置を接続する第２の構成を示す図である。 図７は、本発明の第３実施例である補助電源装置を接続する第１の構成を示す図である。 図８は、本発明の第３実施例である補助電源装置を接続する第２の構成を示す図である。
次に本発明の実施形態について説明する。
本発明の鉄道車両用の電力変換装置における第１実施例について図１〜図４を用いて説明する。最初に本発明の鉄道車両用の電力変換装置と昇降圧チョッパ装置の構成について説明し、その後、昇降圧チョッパ装置の動作について説明する。
まず本発明の鉄道車両用の電力変換装置の構成について説明する。図１は本発明の第１実施例の構成を示す図である。図１の破線で囲まれた直流電源１は第１のリアクトル２と第１のコンデンサ３で構成されるフィルタ回路を介して昇降圧チョッパ装置４に接続される。昇降圧チョッパ装置４は、直流電源１の電圧を昇圧または降圧して出力する。
昇降圧チョッパ装置４は第２のコンデンサ５を介してインバータ装置６と接続される。インバータ装置６は昇降圧チョッパ装置４から得た直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機７を駆動する。一般的に直流電源１は、集電装置であるパンタグラフを介して直流架線に接続する構成、又は第三軌条方式により直流電力を得る構成、又は非接触電力伝送により交流電力を得て整流器により直流電力に変換する構成などが用いられる。また、交流電動機７は、誘導電動機や永久磁石型同期電動機が用いられる。図１では、インバータ装置６が１台の交流電動機７を駆動する構成として記載しているが、インバータ装置６が複数台の交流電動機７を駆動する構成であってもよい。
次に昇降圧チョッパ装置４とインバータ装置６の構成について説明する。昇降圧チョッパ装置４とインバータ装置６の構成例を図２に示す。
まず、昇降圧チョッパ装置４の構成について説明する。昇降圧チョッパ装置４は、高圧側から低圧側に流れる電流を導通または遮断できる電流制御素子と電流制御素子と逆方向に電流を導通できるダイオードを組み合わせた第１の電流制御手段４Ａと、第１の電流制御手段と同様に構成された第２の電流制御手段４Ｂが直列に接続されており、第１の電流制御手段４Ａの高圧側の電源線は第１のリアクトル２と第１のコンデンサ３の接続点に接続され、第２の電流制御手段４Ｂの低圧側の電源線は直流電源の低圧側の電源線に接続される。
一般的に電流制御素子としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌaｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）などのパワー半導体素子が用いられる。これらのパワー半導体素子は材料としてシリコンを用いているものが多いが、近年になってSiC（炭化珪素）やGaN（窒化ガリウム）を用いたものも増えており、システムの低損失化に貢献している。そのため、電流制御素子はSiCやGaNを用いたものでもよい。同様にダイオードやインバータ装置６を構成する電流制御手段もシリコンを用いても良いが、SiCやGaNを用いたものでもよい。
また、第１の電流制御手段４Ａと同様に構成された第３の電流制御手段４Ｃと第４の電流制御手段４Ｄはインバータ装置６の直流側の高圧側の電源線と低圧側の電源線の間に直列に接続される。
更に、第１の電流制御手段４Ａと第２の電流制御手段４Ｂの接続点と、第３の電流制御手段４Ｃと第４の電流制御手段４Ｄの接続点の間に第２のリアクトル４Ｅが接続される。
このように昇降圧チョッパ装置を構成することで、昇降圧チョッパ装置とインバータ装置の間を流れる電流の向きによらず昇圧動作および降圧動作が可能となる。例えば、昇降圧チョッパ装置からインバータ装置に向かって電流が流れる場合、第１の電流制御手段４Ａの電流制御素子を導通状態とし、第４の電流制御手段４Ｄの電流制御素子を導通状態と遮断状態に切り替えて動作させることで、昇降圧チョッパ装置とインバータ装置の間の電圧を昇圧することができる。また、第４の電流制御手段４Ｄの電流制御素子を導通状態とし、第１の電流制御手段４Ａの電流制御素子を導通状態と遮断状態に切り替えて動作させることで、昇降圧チョッパ装置とインバータ装置の間の電圧を降圧することができる。
同様にインバータ装置から昇降圧チョッパ装置に向かって電流が流れる場合でも昇降圧チョッパ装置とインバータ装置の間の電圧を昇圧または降圧することができる。
なお、図２は昇降圧チョッパ装置の一構成例を示すものであり、図２の構成に本発明を限定するものではない。昇降圧チョッパ装置の構成としては、昇降圧チョッパ装置とインバータ装置の間に流れる電流の向きによらず昇圧動作と降圧動作ができる構成であればよい。
次にインバータ装置の構成について説明する。インバータ装置６は、第１の電流制御手段４Ａと同様に構成された第７の電流制御手段６Ａから第１２の電流制御手段６Ｆにより構成される。
まず、第7の電流制御手段６Ａと第８の電流制御手段６Ｂが直列に接続されており、第７の電流制御手段６Ａの高圧側の電源線は昇降圧チョッパ装置４の高圧側と第２のコンデンサ５の接続点に接続され、第８の電流制御手段６Ｂの低圧側の電源線は直流電源の低圧側の電源線に接続される。
第９の電流制御手段６Ｃと第１０の電流制御手段６Ｄ、および第１１の電流制御手段６Ｅと第１２の電流制御手段６Ｆは、第7の電流制御手段６Ａと第８の電流制御手段６Ｂと同様にそれぞれ直列接続され、第９の電流制御手段６Ｃと第１１の電流制御手段６Ｅの高圧側の電源線は昇降圧チョッパ装置４の高圧側と第２のコンデンサ５の接続点に接続され、第１０の電流制御手段６Ｄと第１２の電流制御手段６Ｆの低圧側の電源線は直流電源の低圧側の電源線に接続される。更に、第７の電流制御手段６Ａと第８の電流制御手段６Ｂの接続点と、第９の電流制御手段６Ｃと第１０の電流制御手段６Ｄの接続点と、第１１の電流制御手段６Ｅと第１２の電流制御手段６Ｆの接続点がそれぞれ交流電動機と接続される。
なお、ここではインバータ装置を１相あたり２つの電流制御手段を直列に接続した２レベル構成として記載したが、１相あたり４つの電流制御手段を直列に接続した３レベル構成であってもよい。
次に昇降圧チョッパ装置の動作について説明する。図３は在来線の直流電車相当の仕様を基に、インバータ装置の三相交流電圧の周波数であるインバータ周波数と交流電動機の高調波電流実効値の関係を示している。なお、インバータ装置は非同期ＰＷＭモードでスイッチング周波数を一定として動作させている。また、直流電源は１５００Ｖとして図示している。
交流電動機の高調波電流は、直流電源の電圧を昇降圧チョッパ装置にて昇圧または降圧した結果であるインバータ装置の直流側の電圧（以下、入力電圧という）が５００Ｖ、１０００Ｖ、１５００Ｖ、２０００Ｖの４条件において、インバータ装置の三相交流電圧（以下、出力電圧という）の指令値の全振幅が入力電圧の大きさを超えない範囲、つまりインバータ装置の変調方式が過変調とならない範囲で図示している。
図３から、交流電動機の高調波電流はインバータの入力電圧が低いほど低く、インバータ周波数の上昇に伴い増加していることがわかる。また、ここでは図示していないがインバータ装置の変調方式が過変調になると交流電動機の高調波電流は更に増加する。
交流電動機の高調波電流による損失は、高調波電流の大きさと相関があり、交流電動機の高調波電流が小さければ、交流電動機で発生する高調波電流による損失も小さくなる。
そこで、インバータ装置の入力電圧を直流電源より低い電圧からインバータ装置の出力の増加に合わせて昇圧させれば、交流電動機の高調波電流による損失を抑えることができる。
そのためには、図３の点線で示すようにインバータ周波数が第１の閾値周波数Ｆ１以下の場合、昇降圧チョッパ装置により入力電圧を直流電源電圧より低い第１の電圧値Ｖ１まで降圧して出力する。そして、インバータ周波数が第１の閾値周波数Ｆ１より高くなり、第１の閾値周波数Ｆ１からＦ１よりも大きな値である第２の閾値周波数Ｆ２以下の範囲となる場合は、インバータ装置の変調方式が過変調とならないように、昇降圧チョッパ装置によりインバータ周波数に比例させて入力電圧を徐々に増加させて、第２の閾値周波数Ｆ２において入力電圧を直流電源電圧より高い第２の電圧値Ｖ２に達するように昇降圧チョッパ装置により昇圧して出力する。この領域では、前記インバータ装置の三相交流電圧の全振幅が前記インバータ装置の直流側の電圧を超えないように、つまり、変調方式が過変調とならないように出力電圧を調節するインバータ周波数が第２の閾値周波数Ｆ２よりも大きくなる場合は、昇降圧チョッパ装置により入力電圧を第２の電圧値Ｖ２まで昇圧して出力する。
図３では、入力電圧をインバータ周波数に比例して増加させるとしたが、図４のように入力電圧を階段状に変化させてもよい。
図４ではインバータ周波数が周波数下限値Ｆ１に達するまではインバータ装置の入力電圧を直流電源電圧より低い電圧下限値Ｖ１まで降圧し、インバータ周波数がＦ１に達したらインバータ装置の入力電圧をＶ１より高い電圧値Ｖ１Ａに昇圧する。同様にインバータ周波数がＦ１より高い周波数値Ｆ１Ａに達したらインバータの入力電圧をＶ１Ａより高い電圧値Ｖ１Ｂに昇圧する。これを繰り返し、インバータ周波数が周波数上限値Ｆ２においてインバータ装置の入力電圧を直流電源電圧より高い電圧上限値Ｖ２に達するように昇圧する。
図４ではインバータ装置の入力電圧を４段階でＶ１からＶ２まで昇圧しているが、本発明は図４のような４段階に段数を限定するものではなく、インバータ装置の変調方式が過変調とならないように階段状にインバータ装置の入力側の電圧を昇圧すればよい。
また、インバータ周波数と出力電圧の振幅はおおよそ比例するため、インバータ周波数の代わりに出力電圧の振幅に比例させて入力電圧を昇圧または降圧させてもよく、若しくは出力電圧の振幅に応じて入力電圧を階段状に変化させても良い。また同様にインバータ周波数と交流電動機の回転周波数はほぼ同一の値となるため、インバータ周波数の代わりに交流電動機の回転周波数または交流電動機の回転周波数と比例関係にある鉄道車両の速度に比例させて入力電圧を昇圧または降圧させてもよい。
このようにインバータ周波数または出力電圧の振幅または交流電動機の回転周波数または鉄道車両の速度に応じて、昇降圧チョッパ装置によりインバータ入力電圧を降圧または昇圧して、インバータ周波数または出力電圧の振幅または交流電動機の回転周波数または鉄道車両の速度が小さくなるに従って、出力電圧を減少させ、インバータ周波数または出力電圧の振幅または交流電動機の回転周波数または鉄道車両の速度が大きくなるに従って、出力電圧を上昇させることで、交流電動機の高調波電流による損失を抑え、更に、車両の力行性能および回生ブレーキ性能を向上させることもできる。
更にインバータ装置のスイッチング動作による損失はインバータ装置の直流側の電圧におおよそ比例するため、交流電動機の高調波電流による損失だけでなく、インバータ装置のスイッチング動作による損失を低減することもできる。
本発明の鉄道車両用の電力変換装置にける第２実施例について図５、図６を用いて説明する。鉄道車両では、回生ブレーキによる電力を吸収するために蓄電池や電気二重層キャパシタなどのエネルギ蓄積手段と、昇降圧チョッパ回路などを組み合わせたエネルギ蓄積装置を接続する場合がある。図１の鉄道車両用の電力変換装置にこのエネルギ蓄積装置８を接続した構成を図５、図６に示す。エネルギ蓄積装置８以外の部分は第１実施例と同じである。
図５はエネルギ蓄積装置８を昇降圧チョッパ装置４と第２のコンデンサ５の間の高圧側と低圧側の電源線に接続する場合である。このときエネルギ蓄積装置８は、高圧側から低圧側に流れる電流を導通または遮断できる電流制御素子と電流制御素子と逆方向に電流を導通できるダイオードを組み合わせた第５の電流制御手段８Ａと、第５の電流制御手段と同様に構成された第６の電流制御手段８Ｂと、第３のリアクトル８Ｃと、蓄電池や電気二重層キャパシタなどのエネルギ蓄積手段８Ｄで構成される。エネルギ蓄積手段８Ｄは、第５の電流制御手段８Ａと第６の電流制御手段８Ｂの接続点と低圧側の電源線の間に接続される。また、第３のリアクトル８Ｃは、第５の電流制御手段８Ａと第６の電流制御手段８Ｂの接続点とエネルギ蓄積手段８Ｄの間に接続される。第１実施例と同様に電流制御素子やダイオードはシリコンを用いても良いが、SiCやGaNを用いたものでもよい。
図５に示す実施形態では、エネルギ蓄積装置８は、昇降圧チョッパ装置４と第２のコンデンサ５の間に接続される。この実施形態の場合、インバータ装置とエネルギ蓄積装置の耐圧を統一できインバータ装置とエネルギ蓄積装置を一体で構成できる。また、エネルギ蓄積装置に印加される電圧は昇降圧チョッパ装置によって決まるため直流電源電圧の変動の影響を受けにくいという利点がある。
図５では、エネルギ蓄積装置８を昇降圧チョッパ装置４と第２のコンデンサ５の間に接続した実施形態を示したが、図６に示す実施形態では、エネルギ蓄積装置８を昇降圧チョッパ装置４と第１のコンデンサ３の間に接続している。この実施形態の場合、昇降圧チョッパ装置とエネルギ蓄積装置を一体で構成できる、昇降圧チョッパ装置の出力電圧にくらべて変動幅が狭い直流電源電圧に合わせてエネルギ蓄積装置の仕様を最適設定し易いといった利点がある。
図５、図６ともそれぞれの利点があるため、本発明を搭載する車両に合わせて最適な構成を選択すればよい。
本発明の鉄道車両用の電力変換装置における第３実施例について図７、図８を用いて説明する。車両用の電力変換装置では車両内の照明や空調用の電源として補助電源装置を搭載する場合がある。図１に示す第１実施例に補助電源装置９と補助電源装置から給電される三相交流負荷１０を追加した構成を図７、図８に示す。補助電源装置９と三相交流負荷１０以外は第１実施例と同じである。
図７に示す実施形態では、補助電源装置９は昇降圧チョッパ装置４と第２のコンデンサ５の間の高圧側と低圧側の電源線に接続される。この実施形態では、補助電源装置９は、電力変換装置９Ａと三相トランス９Ｂ、第３のコンデンサ９Ｃで構成される。また３相トランスの出力側には照明や空調などの三相交流負荷１０が接続される。第１実施例と同様に電力変換装置９Ａを構成する電流制御手段はシリコンを用いているものでも良いが、SiCやGaNを用いたものでもよい。
図７のように補助電源装置９を昇降圧チョッパ装置４と第２のコンデンサ５の間に接続する場合、インバータ装置と補助電源装置に要求される耐圧は同じになるためこれらの仕様を統一でき、更に一体として構成することが容易となる。また、補助電源装置に印加される電圧は昇降圧チョッパ装置によって決まるため直流電源電圧の変動の影響を受けにくいという利点がある。
図７では、補助電源装置９を昇降圧チョッパ装置４と第２のコンデンサ５の間に接続した実施形態を示したが、図６に示す実施形態では、補助電源装置９を第１のリアクトル２と第１のコンデンサ３の接続点と直流電源１の低圧側の電源線に接続してもよい。この実施形態の場合、補助電源装置とエネルギ蓄積装置を一体で構成できる、昇降圧チョッパ装置の出力電圧にくらべて変動幅が狭い直流電源電圧に合わせて補助電源装置の仕様を最適設定し易いといった利点がある。
図７、図８ともそれぞれの利点があるため、本発明を搭載する車両に合わせて最適な構成を選択すればよい。
１ 直流電源
２ 第１のリアクトル
３ 第１のコンデンサ
４ 昇降圧チョッパ装置
４Ａ 第１の電流制御手段
４Ｂ 第２の電流制御手段
４Ｃ 第３の電流制御手段
４Ｄ 第４の電流制御手段
４Ｅ 第２のリアクトル
５ 第２のコンデンサ
６ インバータ装置
６Ａ 第７の電流制御手段
６Ｂ 第８の電流制御手段
６Ｃ 第９の電流制御手段
６Ｄ 第１０の電流制御手段
６Ｅ 第１１の電流制御手段
６Ｆ 第１２の電流制御手段
７ 交流電動機
８ エネルギ蓄積装置
８Ａ 第５の電流制御手段
８Ｂ 第６の電流制御手段
８Ｃ 第３のリアクトル
８Ｄ エネルギ蓄積手段
９ 補助電源装置
９Ａ 電力変換装置
９Ｂ 三相トランス
９Ｃ 第３のコンデンサ
１０ 交流負荷
Ｖ１ インバータ装置の入力電圧における第１の電圧値
Ｖ１Ａ インバータ装置の入力電圧における電圧値
Ｖ１Ｂ インバータ装置の入力電圧における電圧値
Ｖ２ インバータ装置の入力電圧における第２の電圧値
Ｆ１ インバータ周波数における第１の閾値周波数
Ｆ１Ａ インバータ周波数における周波数値
Ｆ２ インバータ周波数における第２の閾値周波数

Claims (8)

  1. 直流電源の高圧側と前記直流電源の低圧側の間に接続され、直流電源から得られる電圧を昇圧または降圧して出力する昇降圧チョッパ装置と、
    前記昇降圧チョッパ装置と接続され、一方向に流れる電流を導通または遮断する電流制御素子と前記電流制御素子と逆方向に電流を導通させる整流素子とが並列接続された電流制御手段を複数個備え、前記昇降圧チョッパ装置から得た直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ装置と、
    前記インバータ装置から得た三相交流電力によって駆動される交流電動機を備えた鉄道車両用の電力変換装置において、
    前記昇降圧チョッパ装置は、前記インバータ装置の出力が小さくなるに従って出力する電圧を低下させ、前記インバータ装置の出力が大きくなるに従って出力する電圧を上昇させ、
    前記直流電源の高圧側と接続された第１のリアクトルと、
    前記第１のリアクトルと前記昇降圧チョッパ装置の接続点と前記直流電源の低圧側との間に接続された第１のコンデンサと、
    前記昇降圧チョッパ装置と前記インバータ装置の間の直流部であって、高圧側と低圧側の間に接続された第２のコンデンサと、
    前記直流部又は前記昇降圧チョッパ装置の直流電源側に接続されるエネルギ蓄積装置と、を備え、
    前記エネルギ蓄積装置は、一方向に流れる電流を導通または遮断する第１の電流制御素子と、前記第１の電流制御素子と並列に接続されて前記第１の電流制御素子と逆方向に電流を導通させる第１の整流素子とを組み合わせた第１の電流制御手段と、
    前記第１の電流制御手段と直列に接続され、一方向に流れる電流を導通または遮断する第２の電流制御素子と、前記第２の電流制御素子と並列に接続されて前記第２の電流制御素子と逆方向に電流を導通させる第２の整流素子とを組み合わせた第２の電流制御手段と、
    前記第１の電流制御手段と前記第２の電流制御手段の接続点と低圧側の間に前記第２の電流制御手段と並列に接続されたエネルギ蓄積手段と、
    前記第１の電流制御手段と前記第２の電流制御手段の接続点と前記エネルギ蓄積手段の間に接続された第２のリアクトルと、を有することを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
  2. 直流電源の高圧側と前記直流電源の低圧側の間に接続され、直流電源から得られる電圧を昇圧または降圧して出力する昇降圧チョッパ装置と、
    前記昇降圧チョッパ装置と接続され、一方向に流れる電流を導通または遮断する電流制御素子と前記電流制御素子と逆方向に電流を導通させる整流素子とが並列接続された電流制御手段を複数個備え、前記昇降圧チョッパ装置から得た直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ装置と、
    前記インバータ装置から得た三相交流電力によって駆動される交流電動機を備えた鉄道車両用の電力変換装置において、
    前記昇降圧チョッパ装置は、前記インバータ装置の出力が小さくなるに従って出力する電圧を低下させ、前記インバータ装置の出力が大きくなるに従って出力する電圧を上昇させ、
    直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置と、前記電力変換装置と電源線で接続された三相トランスを有する補助電源装置と、
    前記三相トランスと電源線で接続された三相交流負荷と、を備え、
    前記補助電源装置の直流側は、前記昇降圧チョッパ装置と前記インバータ装置の間、若しくは前記昇降圧チョッパ装置の直流電源側に接続されたことを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
  3. 請求項１又は２に記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
    前記昇降圧チョッパ装置は、前記インバータ装置の出力が第１の閾値以下の場合は、前記直流電源から得られる電圧を前記直流電源の電圧より低い第１の電圧値まで降圧して出力し、
    前記第１の閾値よりも大きな値である第２の閾値よりも前記インバータ装置の出力が大きい場合は、前記直流電源から得られる電圧を前記直流電源の電圧より高い第２の電圧値まで昇圧して出力し、前記インバータ装置の出力が前記第１の閾値より大きくかつ前記第２の閾値以下の場合は、前記インバータ装置の出力の増加に比例させて徐々に出力する直流電圧を上昇させて、前記第２の閾値において前記第２の電圧値に達するように直流電源から得られる電圧を昇圧して出力することを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
  4. 請求項１又は２に記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
    前記昇降圧チョッパ装置は、前記インバータ装置の出力が第１の閾値以下の場合は、前記直流電源から得られる電圧を前記直流電源の電圧より低い第１の電圧値まで降圧して出力し、
    前記第１の閾値よりも大きな値である第２の閾値よりも前記インバータ装置の出力が大きい場合は、前記直流電源から得られる電圧を前記直流電源の電圧より高い第２の電圧値まで昇圧して出力し、
    前記インバータ装置の出力が前記第１の閾値より大きくかつ前記第２の閾値以下の場合は、前記インバータ装置の出力の増加に応じて、出力する電圧を前記第１の電圧値から階段状に上昇させて、前記第２の閾値において前記第２の電圧値に達するように前記直流電源から得られる電圧を昇圧して出力することを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の鉄道車両用の電力変換装置において、前記インバータ装置の出力は、前記インバータ装置の三相交流電圧の周波数か、前記インバータ装置の三相交流電圧の電圧振幅か、前記交流電動機の回転周波数か、鉄道車両の速度のいずれかであることを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
  6. 請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
    前記昇降圧チョッパ装置は、前記第１の閾値より大きく前記第２の閾値以下の範囲で前記直流電源から得られる電圧を昇圧または降圧して出力し、前記インバータ装置の三相交流電圧の全振幅が前記インバータ装置の直流側の電圧を超えないように出力電圧を調節することを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
  7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の鉄道車両用の電力変換装置において、
    前記インバータ装置、前記昇降圧チョッパ装置の少なくとも１つ以上にSiCやGaNで構成されるワイドバンドギャップ半導体を用いたことを特徴とする鉄道車両用の電力変換装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の鉄道車両用の電力変換装置と、
    前記交流電動機により駆動される車輪と、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
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