JPH0739010A - 交流電気車の制御装置 - Google Patents

交流電気車の制御装置

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JPH0739010A
JPH0739010A JP5176675A JP17667593A JPH0739010A JP H0739010 A JPH0739010 A JP H0739010A JP 5176675 A JP5176675 A JP 5176675A JP 17667593 A JP17667593 A JP 17667593A JP H0739010 A JPH0739010 A JP H0739010A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンバータとインバータとを備え、可変電圧
可変周波数で誘導電動機を駆動制御する交流電気車の制
御装置において、低速連続運転時のインバータ構成部品
における発生損失を低減させる。 【構成】 定速運転指令19が入力されると出力電圧指
令11が低減される。これによって、インバータ6はそ
の入力電圧の低下を補償するべく動作してそれまでの変
調モードから1パルスモードに移行する。 【効果】 インバータ6のスイッチング周波数が低減
し、それを構成する主回路半導体素子のスイッチング損
失やスナバ回路の発生損失が大幅に低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は交流電気車の制御装置
に係り、特にコンバータとインバータとを備え、可変電
圧可変周波数で誘導電動機を駆動制御するものに関す
る。
【0002】
【従来の技術】図2は例えば、「第27回鉄道における
サイバネティクス利用国内シンポジウム論文集」199
1年11月,P.179〜183に掲載された従来の交
流電気車の制御装置の構成を示す回路図である。図にお
いて、1は交流架線、2はこの交流架線1と接触して交
流電圧を取り込むパンタグラフ、3はその1次巻線がパ
ンタグラフ2と接地部とに接続された主変圧器、4はこ
の主変圧器3の2次巻線に接続され交流入力電圧を直流
出力電圧に変換するコンバータ、5はこのコンバータ4
の直流出力側に接続された平滑コンデンサ、6はこの平
滑コンデンサ5に接続され直流電圧を可変電圧可変周波
数(VVVF)の交流出力電圧に変換して3相誘導電動
機に供給するインバータである。8は平滑コンデンサ5
の電圧、即ちコンバータ4の直流出力電圧(インバータ
6の入力電圧)を検出する直流電圧検出器(以下、DC
VDと称す)、9は誘導電動機7の回転数(周波数)を
検出する回転検出器である。
【0003】10はコンバータ4の出力電圧指令11を
発生する出力電圧指令回路、12は出力電圧指令11と
DCVD8からの直流電圧検出値13とを比較してコン
バータ4の出力電圧を一定に制御するためのコンバータ
制御指令14を送出するコンバータ制御回路、15は直
流電圧検出値13と回転検出器9からの周波数検出値1
6とからインバータ6の出力電圧、周波数を制御するた
めのインバータ制御指令17を送出するインバータ制御
回路である。
【0004】次に動作について説明する。コンバータ制
御回路12はDCVD8からの直流電圧検出値13をフ
ィードバックし、交流架線1の電圧や負荷の変動にかか
わらずコンバータ4の直流出力電圧が出力電圧指令値一
定となるよう定電圧制御を行う。インバータ制御回路1
5はコンバータ出力電圧、即ちインバータ入力電圧が一
定値に達すると動作を開始し、いわゆるPWM方式でイ
ンバータ6の主回路半導体素子にゲート信号を送出し可
変電圧可変周波数の交流出力を誘導電動機7に供給して
円滑な駆動制御を行う。
【0005】ここで、誘導電動機の制御はV/f(出力
電圧/出力周波数)一定制御が基本であり、低出力電圧
域から最大の電動機定格電圧に達するまでの低速度域で
は、変調モードでインバータ入力電圧を降圧し、速度
(周波数)の上昇に比例して出力電圧を増加させてい
く。即ち、可変電圧可変周波数(VVVF)制御を行
う。そして、電動機定格電圧に達した以降の高速度域で
は、変調モードからいわゆる1パルスモードに移行し、
交流出力電圧実効値=直流入力電圧×√6/πの定電圧
可変周波数(CVVF)制御を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の交流電気車の制
御装置は以上のように構成されているので、変調モード
で入力電圧を降圧して出力する低速度域での運転が長時
間継続すると、変調スイッチング周波数で定まるインバ
ータ6の主回路半導体素子のスイッチング損失やスナバ
回路の損失の増加によりこれらの部品が過熱し焼損事故
に至ったり、過熱検知の保護動作で装置の運転が停止す
るといった問題点があった。また、上記低速度域での連
続運転を考慮して上記各部品や冷却系の設計を行うと、
装置がその分大形化し重量が増大する。
【0007】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、装置の大形化を伴うことなく、
しかもスイッチング損失等が増大することのない交流電
気車の制御装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る交流電気
車の制御装置は、インバータが変調モードで運転中、定
速運転指令が入力されるかまたは上記変調モードでの連
続運転時間が所定の値を越えたとき、コンバータの直流
出力電圧を所定量低減させるようにしたものである。こ
の場合、コンバータの直流出力電圧を、インバータの動
作モードが1パルスモードとなるまで低減させるように
してもよい。
【0009】
【作用】変調モード中にインバータの入力電圧が低下す
ると、インバータはその出力電圧を維持するため変調モ
ード制御による電圧降下分を減少させる方向に動作す
る。従って、入力電圧の低下量によっては変調モードか
ら1パルスモードに移行する。以上の動作シフトによ
り、インバータの主回路半導体素子のスイッチング損失
やスナバ回路の損失が低減する。
【0010】
【実施例】実施例1.図1はこの発明の実施例1による
交流電気車の制御装置の構成を示す回路図である。定速
運転指令回路18を備え、定速運転指令19が出された
ときはこれを出力電圧指令回路10およびインバータ制
御回路15へ送出して制御を変更する点が従来と異な
る。以下、この点の動作を中心に説明する。
【0011】今、定速運転指令19が入力されると、出
力電圧指令回路10はコンバータ制御回路12に送出す
る出力電圧指令11を変更する。例えば、変調率=0.
8の変調モードで運転中、従って、インバータ6の交流
出力電圧が電動機定格電圧時の速度に対して約80%の
速度で運転しているときに定速運転指令19が入力され
ると、出力電圧指令回路10はその出力電圧指令値11
を0.8倍に低減する。これに伴いコンバータ制御回路
12はDCVD8からの直流電圧検出値13がこの低減
された出力電圧指令値11に一致するよう定電圧制御を
行う。
【0012】インバータ制御回路15では、インバータ
入力電圧の低下に伴い、変調率を0.8から1.0、即
ち、それまでの変調モードから1パルスモードに移行
し、入力電圧に対して最大の交流電圧を出力するべくイ
ンバータ制御指令17を変更する。以上の場合、インバ
ータ入力電圧は低下するが、インバータ6の変調率が上
昇してその低下分を補償し、誘導電動機7には従前と同
等の交流出力電圧が供給され、電気車の運転特性に影響
を与えることはない。
【0013】実施例1では、以上のように、定速運転指
令19が入力されると、インバータ6が変調モードから
1パルスモードに変わり、インバータ6のスイッチング
周波数が大幅に低減するので、その主回路半導体素子の
スイッチング損失やスナバ回路の発生損失が大幅に低減
する。従って、たとえ、定速運転指令19が長時間継続
して出されても半導体素子等は過熱することなく安定し
た運転が保証される。
【0014】なお、以上の制御状態から定速運転指令1
9が解除され、更に加速する指令が入力されたときは、
出力電圧指令11を再び元の値にまで増大させ、コンバ
ータ制御回路12はコンバータ出力電圧を低減前の値に
維持する本来の定電圧制御に復帰する。
【0015】実施例2.なお、この発明では、定速運転
指令19が入力されたときコンバータの直流出力電圧を
低減させる訳であるが、上記実施例1では、この直流出
力電圧を、インバータの変調率が1.0即ち1パルスモ
ードになるまで低減させるようにしたが、変調モード動
作の範囲内で直流出力電圧を低減させ、この状態でイン
バータ出力電圧一定の制御を行うようにしてもよい。イ
ンバータのスナバ回路等はその入力電圧が低下するだけ
でも発生損失がかなり低減し、過熱抑制の効果を期待す
ることができる。
【0016】実施例3.また、上記実施例1では、コン
バータ4の直流出力電圧を低減させる動作を、定速運転
指令19が入力されたときに行うようにしたが、変調モ
ード運転中における連続運転時間を検出し、この継続時
間が一定値を越えたときに直流出力電圧を低減させるよ
うにしてもよい。これは、例えば、上り勾配の長距離区
間を走行するような場合に生じ得る。
【0017】
【発明の効果】この発明は以上のように、インバータの
変調モードでの運転が一定時間以上継続するような場
合、コンバータの直流出力電圧を低減させるようにした
ので、半導体素子等のインバータの構成部品を大形化す
ることなく、過熱が抑制され、信頼性が向上する。ま
た、上記の場合、変調モードが1パルスモードに移行す
る程度にまでコンバータの直流出力電圧を低減させるこ
とにより、上記構成部品の発生損失が一層減少する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1による交流電気車の制御装
置の構成を示す回路図である。
【図2】従来の交流電気車の制御装置の構成を示す回路
図である。
【符号の説明】
1 交流架線 4 コンバータ 6 インバータ 7 誘導電動機 11 出力電圧指令 12 コンバータ制御回路 13 直流電圧検出値 14 コンバータ制御指令 15 インバータ制御回路 16 周波数検出値 17 インバータ制御指令

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流入力電圧を所定の直流出力電圧に変
    換するコンバータおよびこのコンバータからの直流電圧
    を所定の交流出力電圧に変換し電動機に供給するインバ
    ータを備え、上記インバータを、その低出力電圧域から
    1パルスモードとなる最大出力電圧までは変調モードに
    よる可変電圧可変周波数制御を行い、上記最大出力電圧
    では1パルスモードによる定電圧可変周波数制御を行う
    交流電気車の制御装置において、 上記インバータが上記変調モードで運転中、定速運転指
    令が入力されるかまたは上記変調モードでの連続運転時
    間が所定の値を越えたとき、上記コンバータの直流出力
    電圧を所定量低減させるようにしたことを特徴とする交
    流電気車の制御装置。
  2. 【請求項2】 交流入力電圧を所定の直流出力電圧に変
    換するコンバータおよびこのコンバータからの直流電圧
    を所定の交流出力電圧に変換し電動機に供給するインバ
    ータを備え、上記インバータを、その低出力電圧域から
    1パルスモードとなる最大出力電圧までは変調モードに
    よる可変電圧可変周波数制御を行い、上記最大出力電圧
    では1パルスモードによる定電圧可変周波数制御を行う
    交流電気車の制御装置において、 上記インバータが上記変調モードで運転中、定速運転指
    令が入力されるかまたは上記変調モードでの連続運転時
    間が所定の値を越えたとき、上記コンバータの直流出力
    電圧を、上記インバータの動作モードが上記1パルスモ
    ードとなるまで低減させるようにしたことを特徴とする
    交流電気車の制御装置。
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