JPH0531400B2 - - Google Patents

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JPH0531400B2
JPH0531400B2 JP61095607A JP9560786A JPH0531400B2 JP H0531400 B2 JPH0531400 B2 JP H0531400B2 JP 61095607 A JP61095607 A JP 61095607A JP 9560786 A JP9560786 A JP 9560786A JP H0531400 B2 JPH0531400 B2 JP H0531400B2
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JP
Japan
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voltage
phase
converter
frequency
induction motor
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JP61095607A
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Masahiko Nakamoto
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば交流架線により給電される電気
車に搭載された三相誘導電動機の駆動装置に関す
るものである。
〔従来技術〕
従来のこの種の駆動装置は例えば日本鉄道サイ
バネテイクス協議会主催「第22回 鉄道における
サイバネテイクス利用 国内シンポジウム 論文
集」第226〜230頁所載の論文「パルス幅変調
(PWM)コンバータを用いた高効率交流電気車
両システムの試作試験」に記されており、第2図
はこの装置を略示している。
第2図において図示しない交流電源に連なる架
線20に摺接するパンタグラフ等の集電装置1は
変圧器2の1次巻線に接続されており、その2次
巻線は交流−直流変換装置3に接続されており、
その出力側に所要の電圧の直流電力が取り出せる
ようにしてある。交流−直流変換装置3の出力側
にはリアクトル131とコンデンサ132とを直
列接続してなる直列共振フイルタ装置13がその
陽極と陰極との間に接続され、またこれと並列に
フイルタコンデンサ4及び抵抗5と電圧センサ6
との直列回路が接続されている。直列共振フイル
タ装置13は前記交流電源の周波数の2倍の周波
数を共振周波数とし、交流−直流変換装置3の出
力電圧に含まれる高周波成分のうち、前記共振周
波数の成分を除去する。またフイルタコンデンサ
4は出力電圧を平滑化する。電圧センサ6はその
抵抗と抵抗5との直列回路にて分圧された電圧か
ら交流−直流変換装置3の出力を検出する。
交流−直流変換装置3の出力電圧は上述の如き
回路を経て、可変電圧変周波数型の3相インバー
タ7に与えられ、インバータの3相出力を3相誘
導電動機11に与えて、これを回転させる。その
他8,9,10はインバータ7の3相出力電流を
検出する変流器、12は誘導電動器11の回転速
度を検出する速度センサである。
さて、電車の力行時においては、集電装置1に
よつて架線20から得られた交流電圧が変圧器
2、交流−直流変換装置3により直流電圧とな
り、この直流電圧は直列共振フイルタ装置13及
びフイルタコンデンサ4にて平滑化されてインバ
ータ7に与えられる。インバータ7は誘導電動機
11の実効電流及び誘導電動機空隙磁束が所定の
値となるようにそのスイツチング制御が行われ、
三相交流電圧を誘導電動機11に給電する。
一方、回生制動時には、誘導電動機11にて発
電された三相交流電力がインバータ7により、直
流電力に変換され、フイルタコンデンサ4によつ
て平滑化された後、交流−直流変換装置3により
再び交流電力に変換され、変圧器2、集電装置1
を介して架線20に返電される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
交流−直流変換装置3の直流出力は交流電源の
周波数の2倍の周波数の高調波成分を含んでい
る。フイルタコンデンサ4の端子電圧EFCを直
流成分Edと上記高調波電圧成分とに分離して示
すと下記(1)式のようになる。
EFC=EdT+Ea・cos(4πft) ……(1) 但し、 Eaは高調波成分の波高値 fは交流電源周波数 tは時間 また、誘導電動機11の線間電圧の基本波成分
EMは下記(2)式にて表される。
EM=(√6/π)・EFC×√2sin(2πfinv・t)
……(2) 但し、f invはインバータ周波数 さて、3相の誘導電動機11は、その1次抵抗
及び1次・2次漏れインダクタンスを無視する
と、その1相当たりの等価回路を第3図のように
表すことができる。即ち誘導電動機11の1相に
は相電圧EM/√3が印加され、これが値R2の2
次抵抗16及び機械出力17の直列回路と、値M
の相互インダクタンス15との並列回路に加え
る。
機械出力17は(1−s)・R2/s(但しsは
すべり)として表される。
この相電圧は(1)、(2)式より EM/√3=2/π{Ed+Ea・cos(4πf5)}×sin(2π
f inv・t)……(3) 一方、誘導電動機11の電流IMは第3図の等
価回路により、下記(4)式で表される。
IM=2/π・Ed{(−1/ωinv・M)×cos
(ωinv・t)+(s/R2・sin(ωinv・t)}+
Ea/π{(−1/(ωinv+ω)M)×cos
(ωinv+ω)t+(s/R2・sin(ωinv+ω)
t}+Ea/π{(−1/(ωinv−ω)M)×
cos(ωinv−ω)t+(s/R2・sin(ωinv−
ω)t} ……(4) 但し、 ωinv=2πf inv ω=4πf 〔発明が解決しようとする問題点〕 この式(4)によれば、f inv=2fである場合に
右辺第3項が無限大となり、電動機電流IMが無
限大となるが、実際には誘導電動機の1次抵抗に
より式(4)の第3項が制限されるから、電動機電流
IMはf invと2fとの差の周波数にて振動する、
所謂ビート現象が現れることになる。この電動機
電流IMの振動はトルクムラを惹起し、またその
駆動制御を不安定にするという問題点があつた。
これを解決する手段として、直列フイルタ装置
13とフイルタコンデンサ4との間にフイルタリ
アクトルを介装してビート現象を抑制することも
考えられるが装置が大きく、車輌への搭載に問題
がある。
本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたれたものであり、交流−直流変換装置によ
つて整流された直流電圧に含まれる交流電圧を減
衰させ、電動機電流の振動を抑制して、安定制御
ができる誘導電動機の駆動装置の提供を目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明の誘導電動機の駆動装置においては、
直流電圧中の、交流電源電圧の周波数の2倍の周
波数の高調波成分を検出する装置と、この高調波
成分を打ち消すべく誘導電動機のすべり周波数を
制御するインバータの点弧制御回路とを具備して
いる。
〔作用〕 点弧制御回路が高調波成分を打ち消すようにイ
ンバータの点弧制御を行うので、フイルタコンデ
ンサの端子電圧EFC中の交流成分Eaが減少し、
その結果電動機電流のビート現象が抑制され、こ
れに伴い電動機が安定駆動されることになる。
〔実施例〕
以下、本発明のその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。
第1図は本発明に係る誘導電動機の駆動装置を
示す略示回路図である。図示しない交流電源に連
なる架線20に摺接するパンタグラフ等の集電装
置1は変圧器2の1次巻線に接続されており、そ
の2次巻線は交流−直流変換装置3に接続されて
おり、その出力側に所要電圧の電流が取り出せる
ようにしてある。
交流−直流変換装置3の出力側にはリアクトル
131とコンデンサ132とを直列接続してなる
直列共振フイルタ装置13その陽極と陰極の間に
接続されている。またこの直列共振フイルタ装置
と並列に、フイルタコンデンサ4及び抵抗5と電
圧センサ6との直列回路が接続されている。直列
共振フイルタ装置13は、前記交流電源の数端数
の2倍の周波数を共振周波数とし、交流−直流変
換装置3の出力電圧に含まれる高調波成分のう
ち、前記共振周波数の成分を除去する。またフイ
ルタコンデンサ4は出力電圧を平滑化する。電圧
センサ6はその抵抗と抵抗5との直列回路にて分
圧された電圧から交流−直流変換装置3の出力電
圧又はフイルタコンデンサ4の端子電圧EFCを
検出するものである。
交流−直流変換装置3の出力電圧は上述の如き
回路を経て、可変電圧可変周波数型の3相インバ
ータ7に与えられ、インバータ7の3相出力を3
相誘導電動機11に与え、これを回転させる。そ
の他8,9,10はインバータ7の3相出力電流
を検出する変流器、12は誘導電動機11の回転
速度を検出する速度センサである。
電圧センサ6にて検出されたフイルタコンデン
サ6の端子電圧EFCはこの電圧センサ6と共に
高調波成分検出器30を構成するバンドパスフイ
ルタ16に与えられる。このバンドパスフイルタ
16は交流電源の周波数の2倍の周波数の高調波
成分を抽出するものであり、これによつて抽出さ
れた電圧信号は移相器17、ゲイン調整器18、
A/D(アナログ/デイジタル)変換器19、加
算器21,22及び点弧パルス発生器23からな
る点弧制御回路40の前記移相器17へ与えられ
る。
移相器17は入力信号の位相を移動させるもの
であり、具体的には前記高調波成分に対して電気
角90゜進みの電流がインバータ7に流入するよう
に調整される。移相器17出力はゲイン調整器1
8へ入力される。ゲイン調整器18はそのゲイン
が前記高調波成分の近傍で大、他の周波数帯域で
0又は微小となる増幅器であり、その出力はA/
D変換器19に与えられてデイジタル信号に変換
されて加算器21に与えられる。
加算器21は、それ自体公知の電動機電流制御
回路(図示せず)にて作成されたすべり周波数信
号fsが与えられており、両入力の和が加算器22
に与えられ、ここで、速度センサ12にて検出さ
れる誘導電動機11の回転速度に応じて定まる電
動機周波数信号frとの和(回生時には差)が算出
され、その和(又は差)がインバータ7の周波数
信号f invとして点弧パルス発生器23へ与え
られる。点弧パルス発生器23はこの入力信号f
invに応じた位相のパルス信号を発生し、これ
をインバータ7を構成するサイリスタのゲートに
与える。
以上の如き本発明装置においては、電源電圧の
2倍の周波数の高調波成分が電圧センサ6及びバ
ンドパスフイルタ16からなる高調波成分検出器
30にて検出され、ゲイン調整器18の働きによ
り、高調波成分に応じた値が加算器21にてすべ
り周波数fsに加算され、この加算値は加算器22
にて力行時においては電動機周波数frが加算さ
れ、また回生時には電動機周波数frが減算され、
この加算又は減算にて得られたインバータ周波数
信号f invが点弧パルス発生器23へ与えられ
て、それに応じた転流制御が行われる結果、フイ
ルタコンデンサ端子電圧EFC中の前記高調波成
分又はこれに近い周波数帯域の成分が抑制される
ことになる。即ち移相器17を前述の如く調整す
ることにより、インバータ周波数信号f invは、
インバータ7に流れ込む電流がフイルタコンデン
サ4の端子電圧EFCの交流成分に対して電気角
90゜進みの電流となる如き態様で周期的に変化す
る信号となり、それによつて所期の電流がインバ
ータ7に流れ込む結果、端子電圧EFCが平滑化
さるのである。
なお、本発明は電車に搭載した電動機以外の電
動機にも適用できる。
〔効果〕
以上のように本発明による場合はフイルタコン
デンサ4の端子電圧EFCが平滑化される結果、
f inv=2fの条件で駆動が行われた場合にも電
動機電流のビート現象が発生せず、安定性の高い
駆動制御か行える。また装置全体が小型に構成で
き、電気車への搭載に適している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の略示回路図、第2図は従
来の駆動装置の略示回路図、第3図は3相誘導電
動機の1単位当たりの等価回路図である。 3……交流−直流変換装置、4……フイルタコ
ンデンサ、7……インバータ、11……3相誘導
電動機、30……高調波成分検出器、40……点
弧制御回路。なお、図中、同一符号は同一、又は
相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 交流単相電力を直流電力に変換する交流−直
    流変換装置と、交流−直流変換装置の出力端子間
    に接続されているフイルタコンデンサと、該フイ
    ルタコンデンサを経た直流電力を3相交流電力に
    変換して3相誘導電動機に供給する可変電圧可変
    周波数型インバータとを備えた電動機の駆動装置
    において、前記フイルタコンデンサの端子電圧に
    含まれる、前記交流単相電力の周波数の2倍の周
    波数の高調波成分を検出する高調波成分検出器
    と、該高調波成分を打ち消すべく、前記3相誘導
    電動機のすべり周波数を制御するインバータの点
    弧制御回路とを具備することを特徴とする電動機
    の駆動回路。
JP61095607A 1986-04-24 1986-04-24 電動機の駆動装置 Granted JPS62254691A (ja)

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JPS5843188A (ja) * 1981-09-03 1983-03-12 Shinko Electric Co Ltd 主軸駆動発電システム

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