JPH05111108A - 交直流電気車制御装置 - Google Patents

交直流電気車制御装置

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JPH05111108A
JPH05111108A JP3166052A JP16605291A JPH05111108A JP H05111108 A JPH05111108 A JP H05111108A JP 3166052 A JP3166052 A JP 3166052A JP 16605291 A JP16605291 A JP 16605291A JP H05111108 A JPH05111108 A JP H05111108A
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converter
voltage
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reactor
filter
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JP3166052A
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Hideo Koo
秀夫 小尾
Yukio Ueda
幸雄 植田
Eiji Akagawa
英爾 赤川
Michitada Endo
道忠 遠藤
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Mitsubishi Electric Corp
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    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

(57)【要約】 【目的】 交直流電気車制御装置を小形化して安価にす
る。 【構成】 交流区間用コンバータと直流区間用チョッパ
回路を共用した第１の変換器１５と、主平滑リアクトル
１３または直流フィルタリアクトル１０と交流リアクト
ル１６とを共用した中間タップ付リアクトル１３Ａ，１
０Ａとを、交直流切換スイッチ１７，１７ａ，１７ｂで
切り換えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電気車制御装置、特
に交直流電気車の速度を制御する電動機の制御装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、例えば電気学会雑誌１１０巻２
号（平成２年２月）の第１０５〜１１２頁に掲載された
論文“新幹線スーパーひかりのＡＣドライブシステム”
に開示され、交流区間専用のパルス幅変調コンバータと
パルス幅変調インバータを使用した従来の交流電気車制
御装置を示す回路図である。また、図５は、例えば電気
車の科学Ｖol４３Ｎo.２（１９９０年２月）の第１５〜
１９頁に掲載された「インバータ制御車の技術動向」に
開示され、直流区間専用の降圧チョッパと昇圧チョッパ
により直流結合電圧を降圧安定化し、低圧の半導体素子
から成るパルス幅変調インバータを使用した従来の直流
電気車制御装置を示す回路図である。更に、図６は、交
流区間ではパルス幅変調コンバータとして、また直流区
間では双方向のチョッパ回路として働く第１の従って架
線側の変換器、および第２の変換器としてのパルス幅変
調インバータを使用した従来の交直流電気車制御装置を
示す回路図である。
【０００３】図４において、１は交流架線と接触して電
力を給電するパンタグラフ、２はこのパンタグラフ１に
１次側が接続されて高圧交流を降圧絶縁するトランス、
３は電気車の車輪などで構成される帰線系、４はトラン
ス２の２次側に接続され、ＧＴＯサイリスタなどの制御
整流素子の２相ブリッジから成るパルス幅変調コンバー
タ、５はこのパルス幅変調コンバータ４の両端間に接続
された直流結合回路例えばコンデンサ、６はこの直流結
合回路５の両端間に接続され、ＧＴＯサイリスタなどの
制御整流素子の３相ブリッジから成るパルス幅変調イン
バータ、７はこのパルス幅変調インバータ６の３相出力
端子に接続された誘導電動機(IM)、そして８ａ，８ｂは
トランス２のそれぞれ１次側，２次側に挿入された交流
スイッチである。
【０００４】図４に示された従来の交流電気車制御装置
は上述したように構成されており、２５ＫＶ交流架線電
圧はパンタグラフ１および交流スイッチ８ａを通してト
ランス２に給電される。この給電電圧は、トランス２に
よって降圧された後に交流スイッチ８ｂを通してパルス
幅変調コンバータ４に印加される。この降圧電圧は、パ
ルス幅変調コンバータ４によって1900Ｖの直流電圧に変
換された後に直流結合回路５へ供給され、これがパルス
幅変調インバータ６の入力となる。このパルス幅変調イ
ンバータ６では、各ブリッジを構成する制御整流素子に
より、直流が３相の可変電圧可変周波数交流に変換さ
れ、この可変電圧可変周波数交流で誘導電動機７を可変
速駆動する。
【０００５】図５において１，３，５および７は図４に
ついて説明したものと同じである。９はパンタグラフ１
に接続された直流スイッチ、１０，１１はこの直流スイ
ッチ８と帰線系３の間で直列に接続され、逆Ｌ形フィル
タを構成するそれぞれ直流フィルタリアクトル、直流フ
ィルタコンデンサ、１２はこの直流フィルタコンデンサ
１１の両端間に接続され、ＧＴＯサイリスタなどの制御
整流素子の降圧チョッパ１２ａと昇圧チョッパ１２ｂの
直列接続体から成る双方向性のチョッパ回路、１３は降
圧チョッパ１２ａと昇圧チョッパ１２ｂの接続点、直流
結合回路５間に接続され、チョッパ出力を平滑する主平
滑リアクトル、そして１４は直流結合回路５の両端間に
接続され、トランジスタなどの低圧の制御整流素子の３
相ブリッジから成るパルス幅変調インバータである。
【０００６】図５に示された従来の直流電気車制御装置
は上述したように構成されており、1500Ｖの直流架線電
圧はパンタグラフ１、直流スイッチ９、直流フィルタリ
アクトル１０、直流フィルタコンデンサ１１を通してチ
ョッパ回路１２に給電される。この直流電圧は、さらに
降圧チョッパ１２ａにより平均値６００Ｖ程度に通流率
制御され、主平滑リアクトル１３、直流結合回路５によ
り直流平滑化されてパルス幅変調インバータ１４の入力
となる。このパルス幅変調インバータ１４では各ブリッ
ジを構成する低圧の制御整流素子により直流が３相の可
変電圧可変周波数交流に変換され、この可変電圧可変周
波数交流で誘導電動機７を可変速駆動する。また、回生
制動時に発生した電気エネルギは昇圧チョッパ１２ｂに
より1500Ｖの直流電圧へ昇圧され、架線へ送られる。な
お、パルス幅変調インバータ１４は、これを安価なトラ
ンジスタなどの低圧の制御整流素子で構成し、複数台の
並列接続を行った場合でも安価なものとなっている。
【０００７】図６において１〜３，５〜７，８ｂ，９，
１０，１２ａ，１２ｂは図４および図５について説明し
たものと同じである。１５は第１の従って架線側の変換
器であって、交流区間ではパルス幅変調コンバータとし
て、また直流区間では双方向のチョッパ回路として働
き、降圧チョッパ１２ａ、昇圧チョッパ１２ｂおよびそ
の各々と逆並列に接続されたダイオードから構成されて
いる。１６はトランス２の２次側と第１の変換器１５の
間に挿入された交流リアクトル、１７はパンタグラフ１
に接続された交直流切換スイッチ、そして１７ａ，１７
ｂは直流結合回路５の各端に接続された交直流切換スイ
ッチである。
【０００８】図６に示された従来の交直流電気車制御装
置は上述したように構成されており、交流区間において
は、パンタグラフ１によって集電された交流高電圧が交
直流切換スイッチ１７の交流側接点を通してトランス２
の１次側に給電される。トランス２によって降圧された
２次側電圧は交流スイッチ８ｂを通して第１の変換器１
５に供給される。この交流出力電圧は、第１の変換器１
５で直流電圧に変換された後、交直流切換スイッチ１７
ａの交流側接点および直流結合回路５を通して第２の変
換器としてのパルス幅変調インバータ６に供給される。
そして、この第２の変換器６は、直流入力電圧を３相交
流に変換するとともに、電圧および周波数を制御して誘
導電動機７を駆動する。電気車の速度すなわち誘導電動
機７の回転数は、第２の変換器６で電圧および周波数を
制御することによって行われる。又、第２の変換器６の
負側入力電流は交直流切換スイッチ１７ｂの交流側接点
を通って第１の変換器１５の負側に流れる。尚、回生制
動時には、誘導電動機７が発電機として動作し、その発
生交流電圧は第２の変換器６によって直流電圧に変換さ
れ、更に、第１の変換器１５によって交流電圧に逆変換
された後、トランス２を通して架線に返還される。更
に、交流リアクトル１６は、第１の変換器１５のパルス
幅変調制御により発生する交流電流のリップルを抑制し
て高調波電流を低減するとともに、ＧＴＯサイリスタな
どの制御整流素子のしゃ断電流を軽減させる機能を有し
ている。
【０００９】次に直流区間においては、パンタグラフ１
によって集電された直流電圧が交直流切換スイッチ１７
の直流側接点、直流スイッチ９、直流フィルタリアクト
ル１０および交直流切換スイッチ１７ａの直流側接点を
通して直流結合回路５に印加される。更に、この直流結
合回路５の両端間の電圧は第２の変換器６に入力されて
３相交流に変換された後、誘導電動機７を駆動する。
又、第２の変換器６の負側入力電流は、交直流切換スイ
ッチ１７ｂの直流側接点から帰線系３を通ってレールに
流れる。尚、回生制動時には、誘導電動機７の発生交流
電圧は、第２の変換器６によって直流電圧に変換された
後、直流結合回路５、交直流切換スイッチ１７ａの直流
側接点、直流フィルタリアクトル１０、直流スイッチ
９、交直流切換スイッチ１７の直流側接点およびパンタ
グラフ１を通して架線に返還される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気車制御装置
ては、交直流区間を直通運転する場合に架線側の変換器
を別に設ける必要があり、安価なトランジスタなどの低
圧の制御整流素子を使用するメリットがなくなるという
問題点があり、また交流区間においてコンバータ運転に
伴う交流電流の脈動のせいで発生する高調波電流を抑制
するためにトランスのリアクタンスを増大したり、トラ
ンスと第１の変換器の間に交流リアクトルを設けたりし
なければならず、そのために装置が大形になるという問
題点もあった。
【００１１】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、架線側の変換器を共用できると
ともに第２の変換器に安価な低圧の制御整流素子を使用
できる交直流電気車制御装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、架線側の変換器を共用できるととも
に、主平滑リアクトルまたは直流フィルタリアクトル
と、交流リアクトルとを共用することにより、装置を小
形化した安価にした交直流電気車制御装置を得ることを
目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る交直流電
気車制御装置は、交流区間ではパルス幅変調コンバータ
として、また直流区間では双方向のチョッパ回路として
働く第１の変換器と、低圧の制御整流素子で構成された
第２の変換器とを設けたものである。また、主平滑リア
クトルまたは直流フィルタリアクトルと、交流リアクト
ルとを共用したリアクトルを設けたものである。
【００１３】
【作用】この発明において、第１の変換器は交流区間で
はパルス幅変調コンバータとして働き、また直流区間で
は双方向のチョッパ回路として働く。また、リアクトル
は、交流区間では交流電流の脈動を抑制するが、直流区
間では直流電圧を平滑化する。
【００１４】
【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
はこの発明に係る交直流電気車制御装置の実施例１を示
す回路図であり、図において１〜３，５，７，８ｂ，
９，１０，１２ａ，１２ｂ，１３，１５，１７，１７
ａ，１７ｂは図４〜図６について説明したものと同じで
ある。尚、こゝでは主平滑リアクトル１３は第１の変換
器１５中の降圧チョッパ１２ａと昇圧チョッパ１２ｂの
接続点、交直流切換スイッチ１７ａの直流側接点間に接
続されており、また第２の変換器１４Ａは直流結合回路
５と並列に接続されたコンデンサを含むとする。
【００１５】この発明に係る交直流電気車制御装置は上
述したように構成されており、交流区間においては、交
流スイッチ８ｂが閉路されておりかつ交直流切換スイッ
チ１７，１７ａが交流側へ投入されている。架線よりパ
ンタグラフ１を通して入力された交流高電圧はトランス
２によって降圧され、降圧された交流電圧は第１の変換
器１５によってパルス幅変調されかつ次段の第２の変換
器１４Ａに入力となるように交流→直流変換される。第
１の変換器１５からの直流電圧は直流結合回路５および
コンデンサ１８によって平滑化された後に、第２の変換
器１４Ａによって３相可変電圧可変周波数交流に変換さ
れ、もって誘導電動機７を駆動することができる。尚、
回生制動時の動作は、図６について説明した通りであ
る。
【００１６】直流区間においては、直流スイッチ９が閉
路されておりかつ交直流切換スイッチ１７，１７ａが直
流側へ投入されている。架線よりパンタグラフ１を通し
て入力された直流電圧は直流フィルタリアクトル１０を
通して直流結合回路５へ入力され、この入力電圧は第１
の変換器１５中の第１のチョッパ例えば降圧チョッパ１
２ａによって低圧化され、主平滑リアクトル１３および
コンデンサ１８によって平滑かつ安定化された後に、第
２の変換器１４Ａによって３相可変電圧可変周波数交流
に変換され、もって誘導電動機７を駆動することができ
る。尚、回生制動時の動作は、図６について説明した通
りである。
【００１７】なお、上記実施例では、制御整流素子をＧ
ＴＯ、トランジスタとして示したが、実回路構成では逆
並列ダイオード・スナバ回路が必要である。しかしなが
ら、これはこの発明に直接関係しないので記述を省略し
た。低圧側のトランジスタ・インバータはシングルアー
ムの単一素子として説明したが中性点クランプ方式、Ｚ
直列接続など入力電圧を高める方式でも同様の効果を奏
する。
【００１８】また、交直流切換器区分として主平滑リア
クトル１３を直流区間側に挿入したが、低圧インバータ
側、交流出力側に挿入するなど種々の区切り方があり得
る。この場合でも第１の変換器１５との共用として同種
の効果を奏する。
【００１９】また、直流区間での双方向性チョッパ回路
をシングルアームとして説明したが、第１の変換器１５
のすべてのアームをチョッパとして並列多主運転するこ
と、さらに並列数を増やした多重システムにしても、同
様の効果を奏する。
【００２０】実施例２ 図２はこの発明の実施例２を示す回路図であり、中間タ
ップ付平滑リアクトル１３Ａ以外は、図１に示したもの
と全く同じである。尚、中間タップ付主平滑リアクトル
１３Ａは、その中間タップがトランス２の２次側に接続
され、主平滑リアクトル１３と交流リアクトル１６を共
用したものである。
【００２１】図２に示した実施例２は上述したように構
成されており、交流区間においては、パンタグラフ１に
よって集電された交流高電圧は、交直流切換スイッチ１
７の交流側接点を通してトランス２の１次側に給電され
る。トランス２によって降圧された２次電圧は、交流ス
イッチ８ｂを通して第１の変換器１５に供給される。
尚、中間タップ付主平滑リアクトル１３Ａは交流電流の
脈動を抑制するように作用する。第１の変換器１５で交
流入力電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を直流結
合回路５で平滑化した後、交直流切換スイッチ１７ａの
交流側接点を通して第２の変換器１４Ａに供給する。こ
の第２の変換器１４Ａは直流電圧を３相交流に変換する
とともに、電圧および周波数を制御して誘導電動機７を
駆動する。尚、一般的には、主平滑リアクトル１３のイ
ンダクタンスに比べて交流リアクトル１６のインダクタ
ンスは小さくて良いので、実施例２では主平滑リアクト
ルに中間タップを設けてその一部を使用するようにし
た。
【００２２】直流区間においては、パンタグラフ１によ
って集電された直流電圧は、交直流切換スイッチ１７の
直流側接点、直流スイッチ９および直流フィルタリアク
トル１０を通って直流結合回路５に印加される。この直
流電圧は、第１の変換器１５中の降圧チョッパ１２ａに
よって低電圧に変換された後、タップ付主平滑リアクト
ル１３Ａおよび交直流切換スイッチ１７ａの直流側接点
を通して第２の変換器１４Ａに供給される。尚、直流区
間においては、タップ付主平滑リアクトル１３Ａは、そ
の全てが使用される。
【００２３】また、実施例２では、中間タップ付主平滑
リアクトル１３Ａの中間タップを使用するようにしてい
るが、直流区間と交流区間で使用する電流が大きく異な
る場合などは、共用部分と非共用部分で別個に構成する
こともできる。
【００２４】実施例３ 図３はこの発明の実施例３を示す回路図であり、直流フ
ィルタリアクトル１０を除去しかつ中間タップ付直流フ
ィルタリアクトル１０Ａを用いた以外は図６に示したも
のと全く同じである。尚、中間タップ付直流フィルタリ
アクトル１０Ａは、その一端が直流スイッチ９に接続さ
れ、その他端が交直流切換スイッチ１７ａの直流側接点
に接続されかつその中間タップがトランス２の２次側に
接続され、直流フィルタリアクトル１０と交流リアクト
ル１６を共用したものである。
【００２５】図３に示した実施例３は上述したように構
成されており、交流区間においては、パンタグラフ１に
よって集電された交流高電圧は、交直流切換スイッチ１
７の交流側接点を通してトランス２の１次側に給電され
る。トランス２によって降圧された２次電圧は、交流ス
イッチ８ｂを通して第１の変換器１５に供給される。
尚、中間タップ付直流フィルタリアクトル１０Ａは交流
電流の脈動を抑制するように作用する。第１の変換器１
５で交流入力電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を
直流結合回路５で平滑化した後、第２の変換器としての
パルス幅変調インバータ６に供給する。この第２の変換
器６は、直流電圧を３相交流に変換して誘導電動機７を
駆動する。尚、一般的には直流フィルタリアクトル１０
のインダクタンスに比べて交流リアクトル１６のインダ
クタンスは小さくて良いので、実施例３では直流フィル
タリアクトルに中間タップを設けてその一部を使用する
ようにする。
【００２６】直流区間においては、パンタグラフ１によ
って集電された直流電圧は、交直流切換スイッチ１７の
直流側接点、直流スイッチ９、中間タップ付直流フィル
タリアクトル１０Ａおよび交直流切換スイッチ１７ａの
直流側接点を通って直流結合回路５に印加される。この
直流電圧は、第２の変換器６によって３相交流に変換さ
れた後、誘導電動機７を駆動する。尚、直流区間におい
ては、中間タップ付直流フィルタリアクトル１０Ａは全
て通電される。
【００２７】実施例３では、中間タップ付直流フィルタ
リアクトル１０Ａの中間タップを使用するようにしてい
るが、直流区間と交流区間で使用する電流が大きく異な
る場合などは、共用部分と非共用部分で別個に構成する
こともできる。
【００２８】実施例３では、第２の変換器１５が１回路
のみの場合を示しているが、２回路以上設ける場合には
中間タップ付直流フィルタリアクトル１０Ａを２台設け
れば、同様の効果が得られる。
【００２９】実施例３では、第１の変換器１５および第
２の変換器６の両方にＧＴＯを用いたものを示したが、
トランジスタなど他の半導体素子を用いて構成した場合
も同様の効果を奏する。
【００３０】
【発明の効果】以上、詳しく説明したようにこの発明
は、交流区間ではパルス幅変調コンバータとして、また
直流区間では双方向のチョッパ回路として働く第１の変
換器と、前記パルス幅変調コンバータと前記チョッパ回
路を切り換えるスイッチと、低圧の制御整流素子で構成
された第２の変換器とを設けたので、第１の変換器を交
直両用に共用でき、ひいては装置を安価にでき、また主
平滑リアクトルまたは直流フィルタリアクトルと、交流
リアクトルとを共用した中間タップ付フィルタを設けた
ので、装置を安価にできるとともに小形で軽量にするこ
とができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る交直流電気車制御装置の実施例
１を示す回路図である。
【図２】実施例２を示す回路図である。
【図３】実施例３を示す回路図である。
【図４】従来の交流電気車制御装置を示す回路図であ
る。
【図５】従来の直流電気車制御装置を示す回路図であ
る。
【図６】従来の交直流電気車制御装置を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
２ トランス ５ 直流結合回路 ６，１４Ａ 第２の変換器 ７ 誘導電動機 １０ 直流フィルタリアクトル １０Ａ 中間タップ付直流フィルタリアクトル １２ａ 降圧チョッパ １２ｂ 昇圧チョッパ １３ 主平滑リアクトル １３Ａ 中間タップ付主平滑リアクトル １５ 第１の変換器 １７，１７ａ，１７ｂ 交直流切換スイッチ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 交直流電気車制御装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電気車制御装置、特
に交直流電気車の速度を制御する電動機の制御装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、例えば電気学会雑誌１１０巻２
号（平成２年２月）の第１０５〜１１２頁に掲載された
論文“新幹線スーパーひかりのＡＣドライブシステム”
に開示され、交流区間専用のパルス幅変調コンバータお
よびパルス幅変調インバータを使用した従来の交流電気
車制御装置を示す回路図である。また、図５は、例えば
電気車の科学Ｖol４３Ｎo.２（１９９０年２月）の第１
５〜１９頁に掲載された「インバータ制御車の技術動
向」に開示され、直流区間専用の降圧チョッパと昇圧チ
ョッパから成る双方向性のチョッパ回路、および低圧の
半導体素子から成るパルス幅変調インバータを使用した
従来の直流電気車制御装置を示す回路図である。更に、
図６は、交流区間専用のパルス幅変調コンバータとして
働く第１の従って架線側の変換器、および交流区間用と
直流区間用のパルス幅変調インバータとして働く第２の
変換器を使用した従来の交直流電気車制御装置を示す回
路図である。
【０００３】図４において、１は交流架線と接触して電
力を給電するパンタグラフ、２はこのパンタグラフ１に
１次側が接続されて高圧交流を降圧絶縁するトランス、
３はこのトランス２の１次側に接続され、電気車の車輪
などで構成される帰線系、４はトランス２の２次側に接
続され、ＧＴＯサイリスタなどの制御整流素子の２相ブ
リッジから成るパルス幅変調コンバータ、５はこのパル
ス幅変調コンバータ４の両端間に接続された直流結合回
路例えばコンデンサ、６はこの直流結合回路５の両端間
に接続され、ＧＴＯサイリスタなどの制御整流素子の３
相ブリッジから成るパルス幅変調インバータ、７はこの
パルス幅変調インバータ６の３相出力端子に接続された
誘導電動機(IM)、そして８ａ，８ｂはトランス２のそれ
ぞれ１次側，２次側に挿入された交流スイッチである。
【０００４】図４に示された従来の交流電気車制御装置
は上述したように構成されており、２５ＫＶ交流架線電
圧はパンタグラフ１および交流スイッチ８ａを通してト
ランス２に給電される。この給電電圧は、トランス２に
よって降圧された後に交流スイッチ８ｂを通してパルス
幅変調コンバータ４に印加される。この降圧電圧は、パ
ルス幅変調コンバータ４によって1900Ｖの直流電圧に変
換された後に直流結合回路５へ供給され、これがパルス
幅変調インバータ６の入力となる。このパルス幅変調イ
ンバータ６では、各ブリッジを構成する制御整流素子に
より、直流が３相の可変電圧可変周波数交流に変換さ
れ、この可変電圧可変周波数交流で誘導電動機７を可変
速駆動する。
【０００５】図５において１，３，５および７は図４に
ついて説明したものと同じである。９はパンタグラフ１
に接続された直流スイッチ、１０，１１はこの直流スイ
ッチ９と帰線系３の間で直列に接続され、逆Ｌ形フィル
タを構成するそれぞれ直流フィルタリアクトル、直流フ
ィルタコンデンサ、１２はこの直流フィルタコンデンサ
１１の両端間に接続され、ＧＴＯサイリスタなどの制御
整流素子の降圧チョッパ１２ａと昇圧チョッパ１２ｂの
直列接続体から成る双方向性のチョッパ回路、１３は降
圧チョッパ１２ａと昇圧チョッパ１２ｂの接続点、直流
結合回路５間に接続され、チョッパ出力を平滑する主平
滑リアクトル、そして１４は直流結合回路５の両端間に
接続され、トランジスタなどの低圧の制御整流素子の３
相ブリッジから成るパルス幅変調インバータである。
【０００６】図５に示された従来の直流電気車制御装置
は上述したように構成されており、1500Ｖの直流架線電
圧はパンタグラフ１、直流スイッチ９、直流フィルタリ
アクトル１０、直流フィルタコンデンサ１１を通してチ
ョッパ回路１２に給電される。この直流電圧は、さらに
降圧チョッパ１２ａにより平均値６００Ｖ程度に通流率
制御され、主平滑リアクトル１３、直流結合回路５によ
り直流平滑化されてパルス幅変調インバータ１４の入力
となる。このパルス幅変調インバータ１４では各ブリッ
ジを構成する低圧の制御整流素子により直流が３相の可
変電圧可変周波数交流に変換され、この可変電圧可変周
波数交流で誘導電動機７を可変速駆動する。また、回生
制動時に発生した電気エネルギは昇圧チョッパ１２ｂに
より1500Ｖの直流電圧へ昇圧され、架線へ送られる。な
お、パルス幅変調インバータ１４は、これを安価なトラ
ンジスタなどの低圧の制御整流素子で構成し、複数台の
並列接続を行った場合でも安価なものとなっている。
【０００７】図６において１〜３，５〜７，８ｂ，９，
１０は図４および図５について説明したものと同じであ
る。１５は第１の従って架線側の変換器であって、交流
区間専用のパルス幅変調コンバータとして働く。１６は
トランス２の２次側と第１の変換器１５の間に挿入され
た交流リアクトル、１７はパンタグラフ１に接続された
交直流切換スイッチ、そして１７ａ，１７ｂは直流結合
回路５の各端に接続された交直流切換スイッチである。
【０００８】図６に示された従来の交直流電気車制御装
置は上述したように構成されており、交流区間において
は、パンタグラフ１によって集電された交流高電圧が交
直流切換スイッチ１７の交流側接点を通してトランス２
の１次側に給電される。トランス２によって降圧された
２次側電圧は交流スイッチ８ｂを通して第１の変換器１
５に供給される。この交流入力電圧は、第１の変換器１
５で直流電圧に変換された後、交直流切換スイッチ１７
ａの交流側接点および直流結合回路５を通して第２の変
換器としてのパルス幅変調インバータ６に供給される。
そして、この第２の変換器６は、直流入力電圧を３相交
流に変換するとともに、電圧および周波数を制御して誘
導電動機７を駆動する。電気車の速度すなわち誘導電動
機７の回転数は、第２の変換器６で電圧および周波数を
制御することによって行われる。又、第２の変換器６の
負側入力電流は交直流切換スイッチ１７ｂの交流側接点
を通って第１の変換器１５の負側に流れる。尚、回生制
動時には、誘導電動機７が発電機として動作し、その発
生交流電圧は第２の変換器６によって直流電圧に変換さ
れ、更に、第１の変換器１５によって交流電圧に逆変換
された後、トランス２を通して架線に返還される。更
に、交流リアクトル１６は、第１の変換器１５のパルス
幅変調制御により発生する交流電流のリップルを抑制し
て高調波電流を低減するとともに、ＧＴＯサイリスタな
どの制御整流素子のしゃ断電流を軽減させる機能を有し
ている。
【０００９】次に直流区間においては、パンタグラフ１
によって集電された直流電圧が交直流切換スイッチ１７
の直流側接点、直流スイッチ９、直流フィルタリアクト
ル１０および交直流切換スイッチ１７ａの直流側接点を
通して直流結合回路５に印加される。更に、この直流結
合回路５の両端間の電圧は第２の変換器６に入力されて
３相交流に変換された後、誘導電動機７を駆動する。
又、第２の変換器６の負側入力電流は、交直流切換スイ
ッチ１７ｂの直流側接点から帰線系３を通ってレールに
流れる。尚、回生制動時には、誘導電動機７の発生交流
電圧は、第２の変換器６によって直流電圧に変換された
後、直流結合回路５、交直流切換スイッチ１７ａの直流
側接点、直流フィルタリアクトル１０、直流スイッチ
９、交直流切換スイッチ１７の直流側接点およびパンタ
グラフ１を通して架線に返還される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気車制御装置
ては、交直流区間を直通運転する場合に架線側の変換器
を別に設ける必要があり、安価なトランジスタなどの低
圧の制御整流素子を使用するメリットがなくなるという
問題点があり、また交流区間においてコンバータ運転に
伴う交流電流の脈動のせいで発生する高調波電流を抑制
するためにトランスのリアクタンスを増大したり、トラ
ンスと第１の変換器の間に交流リアクトルを設けたりし
なければならず、そのために装置が大形になるという問
題点もあった。
【００１１】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、架線側の変換器を共用できると
ともに、主平滑リアクトルと交流リアクトルを共用で
き、また第２の変換器に安価な低圧の制御整流素子を使
用できる交直流電気車制御装置を得ることを目的とす
る。また、この発明は、直流フィルタリアクトルと交流
リアクトルを共用できる交直流電気車制御装置を得るこ
とを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る交直流電
気車制御装置は、交流区間ではパルス幅変調コンバータ
として働くが、直流区間では双方向のチョッパ回路とし
て働く第１の変換器と、低圧の制御整流素子で構成され
た第２の変換器と、主平滑リアクトルと交流リアクトル
を共用したリアクトルとを設けたものである。また、こ
の発明は、交流区間ではパルス幅変調コンバータとして
働くが、直流区間では何もしない第１の変換器と、制御
整流素子で構成された第２の変換器と、直流フィルタリ
アクトルと交流リアクトルを共用したリアクトルとを設
けたものである。
【００１３】
【作用】この発明において、請求項１および２記載の第
１の変換器は交流区間ではパルス幅変調コンバータとし
て働くが、直流区間では双方向のチョッパ回路として働
き、そしてリアクトルは交流区間では交流電流の脈動を
抑制するが、直流区間では直流電圧を平滑化する。ま
た、この発明において、請求項３記載の第１の変換器は
交流区間ではパルス幅変調コンバータとして働くが、直
流区間では何もしない。そしてリアクトルは電流脈動の
抑制と電圧の平滑化を行う。
【００１４】
【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
はこの発明に係る交直流電気車制御装置の実施例１を示
す回路図であり、図において１〜３，５，７，８ｂ，
９，１０，１２ａ，１２ｂ，１３，１７，１７ａは図４
〜図６について説明したものと同じである。尚、こゝで
は主平滑リアクトル１３は第１の変換器１５中の降圧チ
ョッパ１２ａと昇圧チョッパ１２ｂの接続点、交直流切
換スイッチ１７ａの直流側接点間に接続されており、ま
た第２の変換器１４Ａは直流結合回路５と並列に接続さ
れたコンデンサを含むとする。
【００１５】この発明に係る交直流電気車制御装置は上
述したように構成されており、交流区間においては、交
流スイッチ８ｂが閉路されておりかつ交直流切換スイッ
チ１７，１７ａが交流側へ投入されている。架線よりパ
ンタグラフ１を通して入力された交流高電圧はトランス
２によって降圧され、降圧された交流電圧は第１の変換
器１５Ａによってパルス幅変調されかつ次段の第２の変
換器１４Ａの入力となるように交流→直流変換される。
第１の変換器１５Ａからの直流電圧は直流結合回路５お
よびコンデンサ１８によって平滑化された後に、第２の
変換器１４Ａによって３相可変電圧可変周波数交流に変
換され、もって誘導電動機７を駆動することができる。
尚、回生制動時の動作は、図６について説明した通りで
ある。
【００１６】直流区間においては、直流スイッチ９が閉
路されかつ交直流切換スイッチ１７，１７ａが直流側へ
投入される。架線よりパンタグラフ１を通して入力され
た直流電圧は直流フィルタリアクトル１０を通して直流
結合回路５へ入力され、この入力電圧は第１の変換器１
５Ａ中の第１のチョッパ例えば降圧チョッパ１２ａによ
って低圧化され、主平滑リアクトル１３およびコンデン
サ１８によって平滑かつ安定化された後に、第２の変換
器１４Ａによって３相可変電圧可変周波数交流に変換さ
れ、もって誘導電動機７を駆動することができる。尚、
回生制動時の動作は、図６について説明した通りであ
る。
【００１７】なお、上記実施例では、制御整流素子をＧ
ＴＯ、トランジスタとして示したが、実回路構成では逆
並列ダイオード・スナバ回路が必要である。しかしなが
ら、これはこの発明に直接関係しないので記述を省略し
た。低圧側のトランジスタ・インバータはシングルアー
ムの単一素子として説明したが中性点クランプ方式、２
直列接続など入力電圧を高める方式でも同様の効果を奏
する。
【００１８】また、交直流切換器区分として主平滑リア
クトル１３を直流区間側に挿入したが、低圧インバータ
側、交流出力側に挿入するなど種々の区切り方があり得
る。この場合でも第１の変換器１５Ａとの共用として同
種の効果を奏する。
【００１９】また、直流区間での双方向性のチョッパ回
路をシングルアームとして説明したが、第１の変換器１
５Ａのすべてのアームをチョッパとして並列多重運転す
ること、さらに並列数を増やした多重システムにして
も、同様の効果を奏する。
【００２０】実施例２ 図２はこの発明の実施例２を示す回路図であり、中間タ
ップ付平滑リアクトル１３Ａ以外は、図１に示したもの
と全く同じである。尚、中間タップ付主平滑リアクトル
１３Ａは、その中間タップがトランス２の２次側に接続
され、主平滑リアクトル１３と交流リアクトル１６を共
用したものである。
【００２１】図２に示した実施例２は上述したように構
成されており、交流区間においては、パンタグラフ１に
よって集電された交流高電圧は、交直流切換スイッチ１
７の交流側接点を通してトランス２の１次側に給電され
る。トランス２によって降圧された２次電圧は、交流ス
イッチ８ｂを通して第１の変換器１５Ａに供給される。
尚、中間タップ付主平滑リアクトル１３Ａは交流電流の
脈動を抑制するように作用する。第１の変換器１５Ａで
交流入力電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を直流
結合回路５で平滑化した後、交直流切換スイッチ１７ａ
の交流側接点を通して第２の変換器１４Ａに供給する。
この第２の変換器１４Ａは直流電圧を３相交流に変換す
るとともに、電圧および周波数を制御して誘導電動機７
を駆動する。尚、一般的には、主平滑リアクトル１３の
インダクタンスに比べて交流リアクトル１６のインダク
タンスは小さくて良いので、実施例２では主平滑リアク
トルに中間タップを設けてその一部を使用するようにし
た。
【００２２】直流区間においては、パンタグラフ１によ
って集電された直流電圧は、交直流切換スイッチ１７の
直流側接点、直流スイッチ９および直流フィルタリアク
トル１０を通って直流結合回路５に印加される。この直
流電圧は、第１の変換器１５Ａ中の降圧チョッパ１２ａ
によって低電圧に変換された後、タップ付主平滑リアク
トル１３Ａおよび交直流切換スイッチ１７ａの直流側接
点を通して第２の変換器１４Ａに供給される。尚、直流
区間においては、タップ付主平滑リアクトル１３Ａは、
その全てが使用される。
【００２３】また、実施例２では、中間タップ付主平滑
リアクトル１３Ａの中間タップを使用するようにしてい
るが、交流区間と直流区間で使用する電流が大きく異な
る場合などは、共用部分と非共用部分で別個に構成する
こともできる。
【００２４】実施例３ 図３はこの発明の実施例３を示す回路図であり、直流フ
ィルタリアクトル１０を除去しかつ中間タップ付直流フ
ィルタリアクトル１０Ａを用いた以外は図６に示したも
のと全く同じである。尚、中間タップ付直流フィルタリ
アクトル１０Ａは、その一端が直流スイッチ９に接続さ
れ、その他端が交直流切換スイッチ１７ａに接続されか
つその中間タップがトランス２の２次側に接続され、直
流フィルタリアクトル１０と交流リアクトル１６を共用
したものである。
【００２５】図３に示した実施例３は上述したように構
成されており、交流区間においては、パンタグラフ１に
よって集電された交流高電圧は、交直流切換スイッチ１
７の交流側接点を通してトランス２の１次側に給電され
る。トランス２によって降圧された２次電圧は、交流ス
イッチ８ｂを通して第１の変換器１５に供給される。
尚、中間タップ付直流フィルタリアクトル１０Ａは交流
電流の脈動を抑制するように作用する。第１の変換器１
５で交流入力電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を
直流結合回路５で平滑化した後、第２の変換器としての
パルス幅変調インバータ６に供給する。この第２の変換
器６は、直流電圧を３相交流に変換して誘導電動機７を
駆動する。尚、一般的には直流フィルタリアクトル１０
のインダクタンスに比べて交流リアクトル１６のインダ
クタンスは小さくて良いので、実施例３では直流フィル
タリアクトルに中間タップを設けてその一部を使用する
ようにする。
【００２６】直流区間においては、パンタグラフ１によ
って集電された直流電圧は、交直流切換スイッチ１７の
直流側接点、直流スイッチ９、中間タップ付直流フィル
タリアクトル１０Ａおよび交直流切換スイッチ１７ａの
直流側接点を通って直流結合回路５に印加される。この
直流電圧は、第２の変換器６によって３相交流に変換さ
れた後、誘導電動機７を駆動する。尚、直流区間におい
ては、中間タップ付直流フィルタリアクトル１０Ａは全
て通電される。
【００２７】実施例３では、中間タップ付直流フィルタ
リアクトル１０Ａの中間タップを使用するようにしてい
るが、交流区間と直流区間で使用する電流が大きく異な
る場合などは、共用部分と非共用部分で別個に構成する
こともできる。
【００２８】実施例３では、第２の変換器１５が１回路
のみの場合を示しているが、２回路以上設ける場合には
中間タップ付直流フィルタリアクトル１０Ａを２台設け
れば、同様の効果が得られる。
【００２９】実施例３では、第１の変換器１５および第
２の変換器６の両方にＧＴＯを用いたものを示したが、
トランジスタなど他の半導体素子を用いて構成した場合
も同様の効果を奏する。
【００３０】
【発明の効果】以上、詳しく説明したように、この発明
は、交流区間ではパルス幅変調コンバータとして働くが
直流区間では双方向のチョッパ回路として働く、或は交
流区間ではパルス幅変調コンバータとして働くが直流区
間では何もしない第１の変換器と、前記パルス幅変調コ
ンバータと前記チョッパ回路を切り換えたり前記パルス
幅変調コンバータのオンとオフを切り換えたりするスイ
ッチと、低圧或は普通のの制御整流素子で構成された第
２の変換器とを設けたので、第１の変換器を交直両用に
共用することもでき、ひいては装置を安価にでき、また
主平滑リアクトルまたは直流フィルタリアクトルと交流
リアクトルを共用した中間タップ付フィルタを設けたの
で、装置を安価にできるとともに小形で軽量にすること
ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る交直流電気車制御装置の実施例
１を示す回路図である。
【図２】実施例２を示す回路図である。
【図３】実施例３を示す回路図である。
【図４】従来の交流電気車制御装置を示す回路図であ
る。
【図５】従来の直流電気車制御装置を示す回路図であ
る。
【図６】従来の交直流電気車制御装置を示す回路図であ
る。
【符号の説明】 ２ トランス ５ 直流結合回路 ６，１４Ａ 第２の変換器 ７ 誘導電動機 １０ 直流フィルタリアクトル １０Ａ 中間タップ付直流フィルタリアクトル １２ａ 降圧チョッパ １２ｂ 昇圧チョッパ １３ 主平滑リアクトル １３Ａ 中間タップ付主平滑リアクトル １５，１５Ａ 第１の変換器 １７，１７ａ，１７ｂ 交直流切換スイッチ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 道忠 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社赤 穂製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流区間と直流区間を直通運転する交直
    流電気車の車両駆動用電動機を制御する制御装置におい
    て、 架線に１次側が接続されて前記架線からの交流電圧を降
    圧するトランスと、前記架線に接続されて前記架線から
    の直流電圧を平滑化するフィルタと、前記トランスの２
    次側と前記フィルタの間に接続され、降圧された交流電
    圧を更に降圧し、また前記直流電圧を降圧する第１のチ
    ョッパおよび前記電動機の回生制動時に発生した電気エ
    ネルギを昇圧する第２のチョッパを含み、前記交流区間
    ではパルス幅変調コンバータとして、また前記直流区間
    では双方向のチョッパ回路として働く第１の変換器と、
    この第１の変換器に接続されてその直流出力を平滑化す
    る他のフィルタと、低圧の制御整流素子で構成され、前
    記他のフィルタによって平滑化された直流出力を交流出
    力に変換して前記電動機の速度を制御する第２の変換器
    と、前記パルス幅変調コンバータと前記チョッパ回路を
    切り換えるスイッチとを備えたことを特徴とする交直流
    電気車制御装置。
  2. 【請求項２】 他のフィルタの一部として、交流区間で
    は交流電流の脈動を抑制するが、直流区間では直流電圧
    を平滑化する中間タップ付リアクトルを用いたことを特
    徴とする請求項１の交直流電気車制御装置。
  3. 【請求項３】 交流区間と直流区間を直通運転する交直
    流電気車の車両駆動用電動機を制御する制御装置におい
    て、 架線に１次側が接続されて前記架線からの交流電圧を降
    圧するトランスと、前記架線に接続されて前記架線から
    の直流電圧を平滑化する中間タップ付フィルタと、前記
    トランスの２次側と前記フィルタの間に接続され、降圧
    された交流電圧を更に降圧し、また前記直流電圧を降圧
    する第１のチョッパおよび前記電動機の回生制動時に発
    生した電気エネルギを昇圧する第２のチョッパを含み、
    前記交流区間ではパルス幅変調コンバータとして、また
    前記直流区間では双方向のチョッパ回路として働く第１
    の変換器と、この第１の変換器に接続されてその直流出
    力を平滑化する他のフィルタと、制御整流素子で構成さ
    れ、前記他のフィルタによって平滑化された直流出力を
    交流出力に変換して前記電動機の速度を制御する第２の
    変換器と、前記パルス幅変調コンバータと前記チョッパ
    回路を切り換えるスイッチとを備え、前記フィルタは交
    流電流の脈動も抑制することを特徴とする交直流電気車
    制御装置。
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