JP6847622B2 - 電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法 - Google Patents
電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6847622B2 JP6847622B2 JP2016201116A JP2016201116A JP6847622B2 JP 6847622 B2 JP6847622 B2 JP 6847622B2 JP 2016201116 A JP2016201116 A JP 2016201116A JP 2016201116 A JP2016201116 A JP 2016201116A JP 6847622 B2 JP6847622 B2 JP 6847622B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- unit
- power conversion
- detection unit
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
ここで、電気車用電力変換装置1が帰還させる帰還電流に、電気車用電力変換装置1のスイッチング制御に起因する比較的周波数の高い電流と、空調装置等の装置の実効電力の変動に起因する比較的周波数の低い電流とが、妨害電流として含まれる場合がある。ここでいう妨害電流とは、架線Pや線路Rに流れることによって、本来、線路R流れている信号に重畳することで信号の伝達を妨害し得る電流のことである。
例えば、線路Rには、地上信号を制御するための交流電流が流れている。このため、電気車用電力変換装置1から線路Rへの帰還電流に含まれる比較的周波数の低い妨害電流が、地上信号を制御するための交流電流と同じ周波数成分を持つ場合、帰還電流は、地上信号を誤動作させる原因となり得る。このため、電気車用電力変換装置1は、妨害電流となる周波数成分を持つ電流を線路Rへ流さないようにする工夫が必要である。
電気車用電力変換装置1は、入力側に集電器2を介して架線Pと接続される。また、電気車用電力変換装置1は、出力側において直流負荷50と接続され、直流負荷50へ変換した直流電力を供給する。
直流電流検出部3−1と交流電流検出部3−2とは、共に、集電器2と昇圧リアクトル12との間に設置される。
被測定電流線に電流が流れると、その周囲に磁束が発生し、鉄心は、発生した磁束を集磁する。巻線は、鉄心内に発生した磁束の変化を検出する。被測定電流線に流れる交流電流により磁束が時間変化すると、それに伴い巻線に誘導電流が生ずる。そこで、外部測定器を用いて巻線の両端に接続される負担抵抗による電圧降下を計測することにより、被測定電流線に流れる電流の振幅、周波数および位相を測定することができる。このような電流計は変流器として動作可能である。
交流電流検出部3−2は、小電流を精度よく検出するために、例えば、巻線の巻き数を大きくする。こうすることで、誘導電流を抑え、微少な交流電流を検出することができる。
以下の式(1)に示すように、鉄心内に発生した磁束の密度(磁束密度)は、巻線を流れる電流および巻線の巻き数に比例し、鉄心の断面積に反比例する。ここで、Bは磁束密度、Iは巻線を流れる電流、Nは巻線の巻き数、Sは鉄心の断面積、を示す。
このため、交流電流検出部3−2においては、飽和磁束密度が高い鉄心を使用したり、鉄心の断面積を大きくしたりすることで、大電流が流れても磁束飽和しないように設計されることが好ましい。
高周波インバータ22は、直流負荷用の電力である商用電力の周波数(50[Hz]または60[Hz])に対して十分に高い周波数(例えば数[KHz]以上の周波数)の交流電力に変換するものが好ましい。高周波インバータ22が変換した交流電力の周波数を高くすることで、変圧器24および25を小型化することができる。
例えば、高周波インバータ22は、スイッチング素子の印加電圧または導通電流がゼロとなった状態でスイッチングを行なうソフトスイッチング方式の共振型インバータである。ソフトスイッチング方式とすることで、スイッチング損失、電磁干渉ノイズを低減させることができる。また、共振型インバータとは、共振回路に周期的な電圧を与え,共振回路の電圧ないしは電流を振動させるインバータである。
この比較的周波数の高い妨害電流は、フィルタコンデンサ16およびフィルタコンデンサ28で除去することができる場合がある。また、フィルタコンデンサ16等で除去しきれない場合であっても、図示しないフィルタ回路を設けることで妨害電流を除去することができる。高周波数帯域を除去するためのローパスフィルタは、回路規模が小さい。このため、妨害電流除去用のLPFを設けることは、実施形態における電気車用電力変換装置1、および電気車用電力変換装置1を含む電気車システムを小型化する上での問題とはなりにくい。
また、高周波インバータ22が交流電力に変換する際の変換周波数をさらに高めることで、妨害波除去用のLPFをさらに小型化することもできる。従って、高周波インバータ22のスイッチング制御に起因する妨害電流は大きな問題とならないことが多い。
この比較的周波数の低い妨害電流は、フィルタコンデンサ16およびフィルタコンデンサ28で除去することが困難である。また、低周波数帯域を除去するためのハイパスフィルタは、前述したローパスフィルタに比して回路規模が大きくなる。このため、ハイパスフィルタを設けることは、装置の小型化の妨げとなる場合がある。これに対し、本実施形態では、以下に説明する制御部40の制御によって、比較的周波数の低い妨害電流が外部(線路Rなど)に流出することを抑制している。
制御部40は、昇圧部10の昇圧チョッパ14を制御する昇圧制御部41を含む。
昇圧制御部41は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを搭載したマイクロコントローラーであり、プログラムメモリに格納されたプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、これらのプログラムで実行される機能の一部または全部は、アナログ制御回路、またはLSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Scale Integration)等のハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働により実現されてもよい。
また、昇圧制御部41は、昇圧チョッパ14の一部に含まれていてもよい。
昇圧制御部41は、昇圧チョッパ14が出力する直流電力の電圧および電流が一定となるように制御する。
整流器144は、昇圧リアクトル12と昇圧部10の出力端との間に接続される。スイッチ部142は、昇圧リアクトル12と整流器144の間において、正極線LPと負極線LNとの間に接続される。フィルタコンデンサ16は、昇圧チョッパ14と昇圧部10の出力端との間において、正極線LPと負極線LNとの間に接続される。
スイッチ部142は、昇圧制御部41からのゲート信号に基づいて、制御される。例えば、スイッチ部142は、昇圧制御部41からのゲート制御信号がオン(例えば1)の場合、昇圧リアクトル12の出力を線路R側(負極線LN側)に接続する。また、スイッチ部142は、ゲート制御信号がオフ(例えば0)の場合、昇圧リアクトル12の出力を直流負荷50側に接続する。
昇圧制御部41からのゲート制御信号がオフとなると、昇圧リアクトル12に流れていた電流は、整流器144側へ流れる。その際、昇圧リアクトル12に蓄えられた電磁エネルギーに相当する電圧が整流器144に加わるため、昇圧チョッパ14の出力側の直流電力が昇圧される。
この機能を利用することで、昇圧制御部41は、架線Pから供給される直流電力等の電圧の変動に対し、直流負荷50へ供給する直流電力の電圧を一定に保つことができる。
基準電圧値V_refは、例えば、昇圧チョッパ14および高周波インバータ22で用いられるスイッチング素子の耐圧、および直流負荷50の定格電圧に基づいて決定される。基準電圧値V_refには、スイッチング素子における絶縁区分が高圧にならないように、電気車用電力変換装置1を流れる直流電力の電圧値を制限するための値が設定される。
Ic=Kiv×∫V_err(t)dt ・・・(12)
実施形態においては、入力電流の検出値として、直流電流値と交流電流値の和を用いる。こうすることで、架線Pから供給される直流電力の電圧変動のみならず、電気車用電力変換装置1を構成する各構成要素の実効電力の脈動(変動)による電流の変動を抑制することができる。
加算部422は、直流電流検出部3−1より検出される入力直流電流検出値I_DCと、交流電流検出部3−2より検出される入力交流電流検出値I_ACとを加算し、その入力電流検出値I_inを減算部423へ出力する。加算部422は、入力直流電流検出値I_DCについて、瞬時値を用いてもよいし、平均値あるいは実効電流等を用いてもよい
減算部423は、昇圧制御信号SAから入力電流検出値I_inを減算し、その偏差I_errをPI演算部424へ出力する。
Ic=Kii×∫I_err(t)dt ・・・(14)
減算部426は、昇圧制御信号SBからHPF部425の出力信号を減算した信号を出力する。こうすることで、昇圧制御信号SBを構成する周波数のうち周波数の低い信号成分が昇圧制御信号SDとして出力される。
PWM変調部417は、昇圧制御信号SDに応じたデューティ比のゲート制御信号Gを生成する。ゲート制御信号Gは、昇圧チョッパ14のゲートに供給される。
昇圧制御部41は、入力直流電流検出値I_DCを取得する(ステップS13)。また、昇圧制御部41は、入力交流電流検出値I_ACを取得する(ステップS14)。昇圧制御部41は、入力直流電流検出値I_DCと入力交流電流検出値I_ACとを加算した入力電流検出値I_inを取得する(ステップS15)。昇圧制御部41は、昇圧制御信号SAと入力電流検出値I_inとの偏差(SA−I_in)に基づいて、PI制御に基づく昇圧制御信号SBを算出する(ステップS16)。
昇圧制御部41は、昇圧制御信号SBに対してフィルタ処理を行い、昇圧制御信号SBを構成する周波数成分から高い周波数を取り除く(ステップS17)。昇圧制御部41は、フィルタ処理をした後の昇圧制御信号SDに応じたデューティ比のゲート制御信号Gを生成する(ステップS18)。
Claims (4)
- 架線から供給される直流電力を昇圧する昇圧部と、
前記昇圧部により昇圧された直流電力を、電気車両に搭載された直流負荷を駆動させるための直流電力に変換する電力変換部と、
前記昇圧部の入力側の直流電流値と交流電流値とをそれぞれ検出する電流検出部と、
前記電力変換部の出力側の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部により検出された直流電流値と交流電流値との和と、前記電圧検出部により検出された電圧値とに基づいて前記昇圧部を制御する昇圧制御部と、
を有する電気車用電力変換装置。 - 前記電流検出部は、直流電流を検出する直流電流検出部と、交流電流を検出する交流電流検出部とを有し、
前記交流電流検出部は、前記直流電流検出部よりも検出精度が高い、
請求項1に記載の電気車用電力変換装置。 - 前記直流電流検出部および前記交流電流検出部のそれぞれは、被測定電流線を囲む鉄心と、前記鉄心に巻かれる巻線と、前記巻線に接続される負荷抵抗と、を有し、
前記交流電流検出部の前記鉄心は、前記直流電流検出部の前記鉄心よりも、最大磁束密度が大きい、
請求項2に記載の電気車用電力変換装置。 - 昇圧部が架線から供給される直流電力を昇圧する昇圧工程と、
電力変換部が前記昇圧部により昇圧された直流電力を、電気車両に搭載された直流負荷を駆動させるための直流電力に変換する電力変換工程と、
電流検出部が前記昇圧部の入力側の直流電流値と交流電流値とをそれぞれ検出する電流検出工程と、
電圧検出部が前記電力変換部の出力側の電圧を検出する電圧検出工程と、
前記電流検出部により検出された直流電流値と交流電流値との和と、前記電圧検出部により検出された電圧値とに基づいて前記昇圧部を制御する昇圧制御工程と、
を有する電気車用電力変換方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016201116A JP6847622B2 (ja) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | 電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016201116A JP6847622B2 (ja) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | 電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018064364A JP2018064364A (ja) | 2018-04-19 |
JP6847622B2 true JP6847622B2 (ja) | 2021-03-24 |
Family
ID=61968116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016201116A Active JP6847622B2 (ja) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | 電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6847622B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004096834A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Toshiba Corp | 電気車両制御装置 |
JP2004357448A (ja) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Hitachi Ltd | 高調波電流抑制装置及び電気車両 |
JP2010187521A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-08-26 | Mitsubishi Electric Corp | モーター駆動制御装置、圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫 |
JP6208024B2 (ja) * | 2014-01-21 | 2017-10-04 | 株式会社東芝 | 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 |
-
2016
- 2016-10-12 JP JP2016201116A patent/JP6847622B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018064364A (ja) | 2018-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5701283B2 (ja) | 充電装置 | |
JP5219207B2 (ja) | 直流電源装置 | |
JP5811292B2 (ja) | 電力伝送システム | |
JP6050127B2 (ja) | 電力変換装置 | |
JP2013046438A (ja) | Dc−dcコンバータ | |
KR20200040673A (ko) | Pfc 버스트 모드 제어 기능이 있는 스위치 모드 전원 공급 장치 | |
JP6142500B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP7338189B2 (ja) | 電源装置 | |
JP2010124567A (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2015139264A (ja) | 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 | |
JP2011155813A (ja) | Pfcコンバータの制御回路、制御方法、および電源装置 | |
JP6847622B2 (ja) | 電気車用電力変換装置及び電気車用電力変換方法 | |
JP3763745B2 (ja) | 直流リアクトル装置及び高周波抑制制御装置 | |
KR100430793B1 (ko) | 스위칭 전원 회로 및 그 제어 방법 | |
JP5754020B2 (ja) | 直流電源装置 | |
JP3690584B2 (ja) | 直流リアクトルの制御装置 | |
CN112655147A (zh) | 开关电源装置 | |
JP6238300B2 (ja) | スイッチング電源の制御方法及び制御装置 | |
JP7305437B2 (ja) | 電気車用電源装置 | |
US11258353B2 (en) | Power converter | |
JP4455121B2 (ja) | 電源回路 | |
JP4218286B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP2006333555A (ja) | スイッチング電源装置、及びオーディオアンプシステム | |
JP2005045949A (ja) | 直流電源装置 | |
JP2020036475A (ja) | 鉄道車両用電力変換装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20170913 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20170913 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190906 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200917 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201104 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201225 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210202 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210303 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6847622 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |