JPH053605A - 電気車制御装置 - Google Patents
電気車制御装置Info
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- JPH053605A JPH053605A JP17780291A JP17780291A JPH053605A JP H053605 A JPH053605 A JP H053605A JP 17780291 A JP17780291 A JP 17780291A JP 17780291 A JP17780291 A JP 17780291A JP H053605 A JPH053605 A JP H053605A
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- switching
- signal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 インバータの出力周波数が特定の周波数帶域
を通過する時に限り、基本周波数の６倍の周波数成分で
変動するスイッチング周波数の変動を抑制して、直流側
に現れる高調波成分の発生を防止する。 【構成】 通常のスイッチングパターンと高調波成分を
抑制するスイッチングパターンとを持ち、基本周波数の
帶域検知装置からの信号に応じて、２つのスイッチング
パターンを切り換えて使用することにより、特定の基本
周波数帶域のみ通常と異なるスイッチングを行う。
を通過する時に限り、基本周波数の６倍の周波数成分で
変動するスイッチング周波数の変動を抑制して、直流側
に現れる高調波成分の発生を防止する。 【構成】 通常のスイッチングパターンと高調波成分を
抑制するスイッチングパターンとを持ち、基本周波数の
帶域検知装置からの信号に応じて、２つのスイッチング
パターンを切り換えて使用することにより、特定の基本
周波数帶域のみ通常と異なるスイッチングを行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は誘導電動機で駆動する
電気車の制御装置に関わる。
電気車の制御装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】直流を交流に変換するインバータ装置で
誘導電動機を駆動するには、誘導電動機の固定子に印加
する交流電圧で電動機の回転子に回転磁束を作用させる
のが基本である。 図２に三相交流出力を得るインバータ
装置の構成を示す。１a 〜１f が例えば逆導通ゲートタ
ーンオフサイリスタのようなスイッチング素子であり、
６はスイッチング素子の導通又は遮断指令を発する制御
装置、２は通常リアクトルとコンデンサで構成するフィ
ルタ装置、３は電気車に特有の直流集電装置、５は駆動
する誘導電動機、４は電流を帰還する接地装置、７は誘
導電動機の回転速度検知信号、８はスイッチング素子の
導通もしくは遮断を指令するゲート信号を表す。
誘導電動機を駆動するには、誘導電動機の固定子に印加
する交流電圧で電動機の回転子に回転磁束を作用させる
のが基本である。 図２に三相交流出力を得るインバータ
装置の構成を示す。１a 〜１f が例えば逆導通ゲートタ
ーンオフサイリスタのようなスイッチング素子であり、
６はスイッチング素子の導通又は遮断指令を発する制御
装置、２は通常リアクトルとコンデンサで構成するフィ
ルタ装置、３は電気車に特有の直流集電装置、５は駆動
する誘導電動機、４は電流を帰還する接地装置、７は誘
導電動機の回転速度検知信号、８はスイッチング素子の
導通もしくは遮断を指令するゲート信号を表す。
【０００３】スイッチング素子１a 〜１f を図３に示す
指令信号で、 導通もしくは遮断した場合の電動機の回転
子に作用する回転磁束の状態をベクトル図で表現したも
のが図４である。
指令信号で、 導通もしくは遮断した場合の電動機の回転
子に作用する回転磁束の状態をベクトル図で表現したも
のが図４である。
【０００４】誘導電動機を駆動する場合は、 回転磁束の
状態は図４の破線で示すような真円を理想とするが、 実
用上は図４の矢印付き実線で示すような多角形となる。
その場合は、 一辺の長さが磁束の強さを表し、概略固定
子に印加する端子電圧を時間で積分した値に比例する。
状態は図４の破線で示すような真円を理想とするが、 実
用上は図４の矢印付き実線で示すような多角形となる。
その場合は、 一辺の長さが磁束の強さを表し、概略固定
子に印加する端子電圧を時間で積分した値に比例する。
【０００５】一定のトルクで回転速度を種々に変えるに
は、磁束の強さを一定に保ち、固定子に印加する周波
数、即ちインバータ出力の基本周波数を変える方法が一
般的である。このとき基本周波数とその電圧を常に同じ
比例関係に維持することで磁束の強さは一定になる。
は、磁束の強さを一定に保ち、固定子に印加する周波
数、即ちインバータ出力の基本周波数を変える方法が一
般的である。このとき基本周波数とその電圧を常に同じ
比例関係に維持することで磁束の強さは一定になる。
【０００６】導通もしくは遮断だけの単純な状態の時間
比率を所定の関係で操作して、電圧の平均値を制御する
方法を一般にＰＷＭ変調という。インバータ装置ではこ
の電圧の操作に周期的な変動要素を加えて可変電圧可変
周波数制御を行う。
比率を所定の関係で操作して、電圧の平均値を制御する
方法を一般にＰＷＭ変調という。インバータ装置ではこ
の電圧の操作に周期的な変動要素を加えて可変電圧可変
周波数制御を行う。
【０００７】図３に示す指令信号の状態から、基本周波
数を下げた場合のベクトル図の一例を図５に示す。図４
と図５の六角形の大きさは互いに等しいことが理想であ
る。これを実現するために、六角形の一辺の中点に当た
る時刻（丸印に相当）でスイッチングを行い、ベクトル
成長を一旦停止させる。これには交流出力の各相電位を
等しくすればよい。
数を下げた場合のベクトル図の一例を図５に示す。図４
と図５の六角形の大きさは互いに等しいことが理想であ
る。これを実現するために、六角形の一辺の中点に当た
る時刻（丸印に相当）でスイッチングを行い、ベクトル
成長を一旦停止させる。これには交流出力の各相電位を
等しくすればよい。
【０００８】ＰＷＭ変調を行うスイッチング方法につい
ては、ベクトル図の形状を真円に近づけるという観点
と、回転磁束を等速で動かすという観点から、 装置に可
能な限り細かくベクトルを分解、またベクトルの成長を
一旦停止させるようなスイッチングパターンを高頻度に
設定する。このスイッチングパターンを与える制御要素
が変調周波数である。
ては、ベクトル図の形状を真円に近づけるという観点
と、回転磁束を等速で動かすという観点から、 装置に可
能な限り細かくベクトルを分解、またベクトルの成長を
一旦停止させるようなスイッチングパターンを高頻度に
設定する。このスイッチングパターンを与える制御要素
が変調周波数である。
【０００９】しかし、スイッチング方法の設定にはある
程度の自由度がある。例えば特開平2-266869号，特開平
3-15204号で示されるたものは、 変調周波数を変えたり
変調周波数を周期的に変動させて、スイッチングによっ
て発生する騒音を改良したものである。
程度の自由度がある。例えば特開平2-266869号，特開平
3-15204号で示されるたものは、 変調周波数を変えたり
変調周波数を周期的に変動させて、スイッチングによっ
て発生する騒音を改良したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図２に示した三相交流
出力のインバータ装置から得られる回転磁束のベクトル
は、図４に示したような６通りの向きを持つ。従って、
回転磁束のベクトル図の形状を真円に近づけ、かつ対称
性を確保する場合は、原理的にＰＷＭ変調したスイッチ
ング周波数に、インバータ出力の基本周波数の６倍の高
調波成分が含まれる。この６倍の高調波成分はインバー
タ装置の直流側に現れる。
出力のインバータ装置から得られる回転磁束のベクトル
は、図４に示したような６通りの向きを持つ。従って、
回転磁束のベクトル図の形状を真円に近づけ、かつ対称
性を確保する場合は、原理的にＰＷＭ変調したスイッチ
ング周波数に、インバータ出力の基本周波数の６倍の高
調波成分が含まれる。この６倍の高調波成分はインバー
タ装置の直流側に現れる。
【００１１】この６倍の高調波成分は図２のフィルタ装
置２で減衰するが、微量ではあるが電車線路を流れる。
電車線路に敷設された信号保安設備は数十ヘルツ帯域の
特定の周波数に感応するため、ＰＷＭ変調による高調波
のこの帯域の周波数成分は信号保安設備に対して重大な
悪影響（誘導障害）を及ぼす恐れがある。
置２で減衰するが、微量ではあるが電車線路を流れる。
電車線路に敷設された信号保安設備は数十ヘルツ帯域の
特定の周波数に感応するため、ＰＷＭ変調による高調波
のこの帯域の周波数成分は信号保安設備に対して重大な
悪影響（誘導障害）を及ぼす恐れがある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、インバータ装
置のＰＷＭ変調による高調波成分が、信号保安設備に関
わる周波数帯域を通過するときに、特定のスイッチング
パターンから別のスイッチングパターンに変更するもの
である。
置のＰＷＭ変調による高調波成分が、信号保安設備に関
わる周波数帯域を通過するときに、特定のスイッチング
パターンから別のスイッチングパターンに変更するもの
である。
【００１３】
【作用】騒音を低減するスイッチングパターンから得ら
れる回転磁束の形状の一例を図６に示す。図６も図５と
同様に実線の折曲がり点と丸印点でスイッチングが行わ
れることを示している。また図５と同様に、６通りの向
きで図形を一周するようにスイッチングパターンが繰り
返されるが、図６は代表の一辺のみを示した。
れる回転磁束の形状の一例を図６に示す。図６も図５と
同様に実線の折曲がり点と丸印点でスイッチングが行わ
れることを示している。また図５と同様に、６通りの向
きで図形を一周するようにスイッチングパターンが繰り
返されるが、図６は代表の一辺のみを示した。
【００１４】図６は明らかにスイッチングの粗密に偏り
がある。この粗密がベクトル図の一回転で６回現れるた
め、スイッチク周波数すなわち変調周波数はインバータ
出力の基本周波数の６倍で変動する。これに対し、６倍
の高調波成分を低減するものとして図７に示すスイッチ
ングパターンを用意する。 図７のスイッチングパターン
はスイッチングの粗密を均一にすること、すなわち変調
周波数を一定にすることで前述の影響を軽減する。
がある。この粗密がベクトル図の一回転で６回現れるた
め、スイッチク周波数すなわち変調周波数はインバータ
出力の基本周波数の６倍で変動する。これに対し、６倍
の高調波成分を低減するものとして図７に示すスイッチ
ングパターンを用意する。 図７のスイッチングパターン
はスイッチングの粗密を均一にすること、すなわち変調
周波数を一定にすることで前述の影響を軽減する。
【００１５】いま信号保安設備の感応周波数を50Hzと
し、その前後±5Hz の帯域に掛かる６倍の高調波成分の
発生を阻止することを想定すると、7.5Hz 〜9.2Hz の基
本周波数の間は図７のスイッチングパターンを選択し、
この帯域以外では図６のスイッチングパターンを選択す
る。
し、その前後±5Hz の帯域に掛かる６倍の高調波成分の
発生を阻止することを想定すると、7.5Hz 〜9.2Hz の基
本周波数の間は図７のスイッチングパターンを選択し、
この帯域以外では図６のスイッチングパターンを選択す
る。
【００１６】
【実施例】インバータ基本周波数に関わりなく独自に変
調周波数を設定できる、非同期式ＰＷＭ変調の場合の実
施例について説明する。図６及び図７はベクトルの分割
数（一旦停止も含む）及び切換えタイミングを一義的に
固定して図示してあるが、非同期式ＰＷＭ変調の場合
は、概略同様の回転磁束のベクトル形状が得られること
を前提に、スイッチングのタイミングを一義的に固定し
ない方法である。この非同期式ＰＷＭ変調も、変調周波
数を基本周波数の整数倍に設定する同期式ＰＷＭ変調
も、変調周波数を変動させることによる効果と弊害は同
じであり、また本発明の有効性も変わらない。
調周波数を設定できる、非同期式ＰＷＭ変調の場合の実
施例について説明する。図６及び図７はベクトルの分割
数（一旦停止も含む）及び切換えタイミングを一義的に
固定して図示してあるが、非同期式ＰＷＭ変調の場合
は、概略同様の回転磁束のベクトル形状が得られること
を前提に、スイッチングのタイミングを一義的に固定し
ない方法である。この非同期式ＰＷＭ変調も、変調周波
数を基本周波数の整数倍に設定する同期式ＰＷＭ変調
も、変調周波数を変動させることによる効果と弊害は同
じであり、また本発明の有効性も変わらない。
【００１７】図１に本発明の一実施例を示す。図１のブ
ロック図で示されたものは、全て図２の６に示した制御
装置内に組込むものとする。図１において61はＰＷＭ変
調装置、62は電圧指令装置、63は基本周波数指令装置、
64は低騒音スイッチングパターン発生装置、65は低高調
波スイッチングパターン発生装置、66はスイッチングパ
ターン切換え装置、67は周波数帯域検出装置である。
ロック図で示されたものは、全て図２の６に示した制御
装置内に組込むものとする。図１において61はＰＷＭ変
調装置、62は電圧指令装置、63は基本周波数指令装置、
64は低騒音スイッチングパターン発生装置、65は低高調
波スイッチングパターン発生装置、66はスイッチングパ
ターン切換え装置、67は周波数帯域検出装置である。
【００１８】誘導電動機回転速度信号７に応じて、基本
周波数指令装置63は基本周波数指令信号を出力する。こ
の指令信号を受けて、電圧指令装置62は誘導電動機の回
転磁束の強さが所定の値になるような電圧指令を出力す
る。 通常状態では、スイッチングパターン切換え装置66
は、低騒音スイッチングパターン発生装置64側の信号を
選択する。 ＰＷＭ変調装置は、基本周波数指令と電圧指
令とスイッチングパターン信号とからスイッチング素子
のゲート信号を作成する。
周波数指令装置63は基本周波数指令信号を出力する。こ
の指令信号を受けて、電圧指令装置62は誘導電動機の回
転磁束の強さが所定の値になるような電圧指令を出力す
る。 通常状態では、スイッチングパターン切換え装置66
は、低騒音スイッチングパターン発生装置64側の信号を
選択する。 ＰＷＭ変調装置は、基本周波数指令と電圧指
令とスイッチングパターン信号とからスイッチング素子
のゲート信号を作成する。
【００１９】基本周波数として前記作用の項で述べた周
波数 7.5Hz〜9.2Hz が指令された場合は、周波数帯域検
知装置67はスイッチングパターン切換え装置66に対して
切換え信号を出力する。この切換え信号を受けてスイッ
チングパターン切換え装置66は、スイッチングパターン
信号を低騒音スイッチングパターン信号から低高調波ス
イッチングパターン発生装置65側の低高調波スイッチン
グパターン信号に切換える。 従って基本周波数が 7.5Hz
〜9.2Hz の間はＰＷＭ変調装置は６倍の高調波成分の少
ないスイッチングパターンを出力する。
波数 7.5Hz〜9.2Hz が指令された場合は、周波数帯域検
知装置67はスイッチングパターン切換え装置66に対して
切換え信号を出力する。この切換え信号を受けてスイッ
チングパターン切換え装置66は、スイッチングパターン
信号を低騒音スイッチングパターン信号から低高調波ス
イッチングパターン発生装置65側の低高調波スイッチン
グパターン信号に切換える。 従って基本周波数が 7.5Hz
〜9.2Hz の間はＰＷＭ変調装置は６倍の高調波成分の少
ないスイッチングパターンを出力する。
【００２０】スイッチングパターン発生装置の出力信号
は、スイッチングの粗密の度合を指令するものであって
もよい。 例えば、低騒音スイッチングパターン発生装置
64の出力信号の電位が高い状態をスイッチングが密（変
調周波数が高）、電位が低い状態をスイッチングが粗
（変調周波数が低）とし、この電位信号を基本周波数の
６倍で変動させればよい。 この実施態様では、低騒音効
果がスイッチングパターン発生装置の出力電位の高低幅
で調整可能である。 さらにこの場合は出力電位の高低幅
を少なく、 即ち変調周波数の変動幅を小さくすることで
６倍の高調波成分を少なく出来る。 この場合の図１の低
高調波スイッチングパターン発生装置65の出力は、低騒
音スイッチングパターン発生装置64の出力電位の変動幅
より小さいもの、あるいは出力電位の変動しない一定値
の信号であってもよい。
は、スイッチングの粗密の度合を指令するものであって
もよい。 例えば、低騒音スイッチングパターン発生装置
64の出力信号の電位が高い状態をスイッチングが密（変
調周波数が高）、電位が低い状態をスイッチングが粗
（変調周波数が低）とし、この電位信号を基本周波数の
６倍で変動させればよい。 この実施態様では、低騒音効
果がスイッチングパターン発生装置の出力電位の高低幅
で調整可能である。 さらにこの場合は出力電位の高低幅
を少なく、 即ち変調周波数の変動幅を小さくすることで
６倍の高調波成分を少なく出来る。 この場合の図１の低
高調波スイッチングパターン発生装置65の出力は、低騒
音スイッチングパターン発生装置64の出力電位の変動幅
より小さいもの、あるいは出力電位の変動しない一定値
の信号であってもよい。
【００２１】またスイッチングパターンは低騒音効果を
意図したものでなくとも、例えば誘導電動機の高調波に
対する低損失効果を意図するものであっても、上記に説
明したと同様の操作が可能である。さらに図１に示した
機能はマイクロプロセッサに処理させるように、 ソフト
ウェア化することも容易である。
意図したものでなくとも、例えば誘導電動機の高調波に
対する低損失効果を意図するものであっても、上記に説
明したと同様の操作が可能である。さらに図１に示した
機能はマイクロプロセッサに処理させるように、 ソフト
ウェア化することも容易である。
【００２２】
【発明の効果】誘導電動機の低騒音駆動と誘導障害防止
を両立させることができる。
を両立させることができる。
【図１】図１は本発明の一実施例を示すブロック線図で
ある。
ある。
【図２】図２は一般的電気車駆動用制御装置のブロック
線図である。
線図である。
【図３】図３は最も単純なスイッチング素子のゲート信
号例を示す波形図である。
号例を示す波形図である。
【図４】図４は図３のゲート信号でスイッチングした場
合の誘導電動機の回転磁束のベクトル図である。
合の誘導電動機の回転磁束のベクトル図である。
【図５】図５は図４よりスイッチングを増加させた場合
のベクトル図である。
のベクトル図である。
【図６】図６は低騒音スイッチングパターンによるベク
トル図である。
トル図である。
【図７】図７は低高調波スイッチングパターンによるベ
クトル図である。
クトル図である。
１a 〜１f スイッチング素子 ２ 通常リアクトルとコンデンサで構成するフィルタ装
置 ３ 電気車に特有の直流集電装置 ４ 電流を帰還する接地装置 ５ 誘導電動機 ６ スイッチング素子の導通又は遮断指令を発する制御
装置 ７ 誘導電動機の回転速度検知信号 ８ スイッチング素子の導通もしくは遮断を指令するゲ
ート信号 61 ＰＷＭ変調装置 62 電圧指令装置 63 基本周波数指令装置 64 低騒音スイッチングパターン発生装置 65 低高調波スイッチングパターン発生装置 66 スイッチングパターン切換え装置 67 周波数帯域検出装置
置 ３ 電気車に特有の直流集電装置 ４ 電流を帰還する接地装置 ５ 誘導電動機 ６ スイッチング素子の導通又は遮断指令を発する制御
装置 ７ 誘導電動機の回転速度検知信号 ８ スイッチング素子の導通もしくは遮断を指令するゲ
ート信号 61 ＰＷＭ変調装置 62 電圧指令装置 63 基本周波数指令装置 64 低騒音スイッチングパターン発生装置 65 低高調波スイッチングパターン発生装置 66 スイッチングパターン切換え装置 67 周波数帯域検出装置
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】直流を交流に変換するインバータ装置が所
望の時間間隔で導通もしくは遮断する機能を有するスイ
ッチング素子で構成され、 かつ前記インバータ装置の交
流出力の基本周波数とその電圧をＰＷＭ変調する制御装
置を有し、 さらに該制御装置の制御する変調周波数が、
少なくとも交流出力相数の２倍もしくは整数倍で周期的
な変動をするようになした電気車制御装置において、前
記基本周波数が特定の周波数帯域にあるときは、前記変
調周波数の周期的な変動幅を抑制するようにしたことを
特徴とする電気車制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3177802A JP2851018B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 電気車制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3177802A JP2851018B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 電気車制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053605A true JPH053605A (ja) | 1993-01-08 |
| JP2851018B2 JP2851018B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=16037348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3177802A Expired - Fee Related JP2851018B2 (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | 電気車制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2851018B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5592494A (en) * | 1992-06-17 | 1997-01-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Current reduction circuit for testing purpose |
| JP2009100548A (ja) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Hitachi Ltd | 電気車制御装置 |
| GB2462355A (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-10 | Gen Electric | Gating control signal for power converter |
| JP2015084621A (ja) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | 株式会社東芝 | 電気機関車の電力変換装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60174088A (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-07 | Fanuc Ltd | 交流電動機のデジタル制御方式 |
| JPH0252877A (ja) * | 1988-08-17 | 1990-02-22 | Mitsubishi Electric Corp | エレベータの制御装置 |
-
1991
- 1991-06-24 JP JP3177802A patent/JP2851018B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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| JPS60174088A (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-07 | Fanuc Ltd | 交流電動機のデジタル制御方式 |
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| US6101623A (en) * | 1992-06-17 | 2000-08-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Current reduction circuit for testing purpose |
| US8050063B2 (en) | 2007-05-31 | 2011-11-01 | General Electric Company | Systems and methods for controlling a converter for powering a load |
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| GB2462355A (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-10 | Gen Electric | Gating control signal for power converter |
| GB2462355B (en) * | 2008-08-04 | 2012-06-06 | Gen Electric | Systems and methods for controlling a converter for powering a load |
| JP2015084621A (ja) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | 株式会社東芝 | 電気機関車の電力変換装置 |
| US10141858B2 (en) | 2013-10-25 | 2018-11-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power converter for electric locomotive |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2851018B2 (ja) | 1999-01-27 |
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