JPH10210606A - 電気車制御装置 - Google Patents

電気車制御装置

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JPH10210606A
JPH10210606A JP9009684A JP968497A JPH10210606A JP H10210606 A JPH10210606 A JP H10210606A JP 9009684 A JP9009684 A JP 9009684A JP 968497 A JP968497 A JP 968497A JP H10210606 A JPH10210606 A JP H10210606A
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JP
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voltage
converter
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overhead wire
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JP9009684A
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Rei Miyazaki
玲 宮崎
Mitsuhiro Numazaki
光浩 沼崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンバータのスイッチング素子の発熱を抑制
する。 【解決手段】 この電気車制御装置は、直流電圧基準決
定手段JD,SW が架線電圧実効値検出手段VEの検出する架
線電圧実効値Vp1 の大きさに応じて直流電圧基準設定手
段の設定する複数の直流電圧基準Vdref1,Vdref2 のいず
れかを指定して出力し、比較手段COMPが直流電圧検出手
段DCPTの検出するコンバータCOV の直流電圧Vdを直流電
圧基準決定手段が与える直流電圧基準Vdref と比較し、
その偏差を出力し、コントローラCTRL,DVがこの比較手
段の出力する直流電圧偏差と交流電圧推定手段1/n の出
力するコンバータの推定交流電圧Vsとに基づいて変調率
ALを算出してコンバータCOV を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気車制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、電圧型コンバータ、電圧型インバ
ータにより誘導電動機を駆動するための電気車制御装置
は、図5に示す構成である。この従来の電気車制御装置
は、架線から交流電力を取り込む集電器PANと、この
架線電力をn:1の変圧比で降圧する変圧器MTと、こ
の変圧器MTの二次巻線にリアクトルLを介して接続さ
れ、交流−直流変換する電圧型パルス幅変調制御コンバ
ータCOVと、このコンバータCOVの直流側に接続さ
れたフィルタコンデンサCと、このフィルタコンデンサ
Cに接続された直流−交流変換する電圧型パルス幅変調
制御インバータINVと、このインバータINVによっ
て駆動される誘導電動機TMによって主回路が構成され
ている。そして電圧型コンバータCOVを制御するため
のコンバータ制御回路は、集電器PANから取り込んだ
電圧を変圧する計器用変圧器PTと、この計器用変圧器
PTの出力Vpを1/nして変圧器二次電圧Vsを求め
る逓倍器1/nと、直流電圧基準Vdref を与える直流
電圧基準設定器VRと、コンバータCOVの直流電圧V
dを検出する検出器DCPTと、電圧基準Vdref と直
流電圧Vdとの偏差を求める比較器COMPと、逓倍器
1/nからの変圧器二次電圧Vsと比較器COMPから
の直流電圧偏差とに基づいてコンバータ電圧Vcvを算出
するコントローラCTRLと、このコントローラCTR
Lからのコンバータ交流端子電圧Vcvを直流電圧Vdで
除することによって変調率ALを求めてコンバータCO
Vに与える割算器DVとから構成されている。
【0003】この従来の電気車制御装置では、架線から
集電器PANを経て得られた電力を変圧器MTでn:1
の変圧比で降圧し、リアクトルLを介してコンバータC
OVの交流端子に入力する。コンバータCOVはこの交
流電力を直流電圧に変換し、さらにインバータINVで
所定周波数、所定電圧の交流電力に再変換して誘導電動
機TMを駆動する。そしてコンバータ制御回路では、比
較器COMPにおいて直流電圧検出器DCPTで検出し
た直流電圧Vdを基準値Vdref と比較し、コントロー
ラCTRLで計器用変圧器PTが検出し、逓倍器1/n
で変圧器MTの二次電圧に換算した値Vsを補正してコ
ンバータ交流端子電圧Vcvref を求め、さらに割算器D
Vで直流電圧Vdで除して変調率AL(=Vcvref /V
d)を得て、コンバータCOVに与える。そして電圧型
PWM制御コンバータCOVは与えられる変調率ALに
従い、スイッチング素子のゲート制御を行って交流電圧
を所定電圧の直流に変換する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の電気
車制御装置には次のような問題点があった。すなわち、
PWM制御コンバータCOVの直流出力電力をPとし、
変圧器二次電圧Vs、二次電流Isとし、コンバータ損
失を無視し、変圧器二次端子での力率を1で制御した
時、 P=Vs×Is …(1) の関係が成立する。この直流出力電力Pは車両の速度、
牽引力の関数となるが、その最大値は車両として要求さ
れる性能から決定される。
【0005】またPWM制御コンバータCOVの交流端
子電圧Vcvは、 Vcv=Vd×AL/√2 …(2) となるが、変調率ALの値は1以下に限られ、実際には
スイッチング素子のスイッチング時間の制約から1未満
の数値となる。
【0006】ここで変圧器二次電圧Vsが上記(2)式
に最大変調率を与えて求められるコンバータ交流端子電
圧Vcvの値を上回ると、PWM制御コンバータCOVの
交流端子電圧Vcvを変圧器二次電圧Vsと等しくできな
くなり、この結果、PWM制御コンバータCOVの入力
電流、すなわち変圧器二次電流Isが制御できなくなっ
て直流電圧の異常上昇、交流電流の異常上昇又は高調波
発生を引き起こす。一方、電気鉄道の架線電圧は車両の
変電所からの距離、車両の制御状態、他の列車の影響な
どによって変動する。例えば、25kVac定格に対し
て、20kV〜30kVのように変動する。したがっ
て、直流電圧基準Vdref と変圧器二次電圧定格VsRと
は架線電圧の変動範囲の最大値を考慮して決めている。
【0007】ところが、電圧型PWM制御コンバータC
OV内のスイッチング素子の発熱は、交流電流Isと直
流電圧Vdとの関数となり、各々が大きいほど発熱も大
きくなる。そこで素子発熱を低減させるためには、変圧
器二次電圧定格VsRを大きくし、直流電圧基準Vdref
を小さく設定することが要求されるが、従来は直流電圧
基準Vdref を一定値としていたために、架線電圧が変
動範囲の最大値の場合に合わせて設定していた。そのた
め、例えば、架線電圧が定格電圧である期間中では変調
率に余裕があり、直流電圧基準Vdref をさらに低い値
にして素子発熱のうち直流電圧から影響を受ける部分を
低減することができる可能性が残されていた。
【0008】本発明はこのような従来の技術的課題に鑑
みてなされたもので、架線電圧の変動を考慮し、直流電
圧基準を可変設定することにより素子発熱を低減し、素
子冷却のための機器の小型化が図れる電気車制御装置を
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、交流
架線から取り込んだ電力を変圧器で降圧し、当該変圧器
の二次巻線に電気的に接続されたリアクトルを介してコ
ンバータに入力し、このコンバータで交流電力を定電圧
制御した直流電圧に変換し、この直流電圧をインバータ
によって交流に変換して電動機の駆動電力とする電気車
制御装置において、コンバータの直流電圧を検出する直
流電圧検出手段と、交流架線の電圧実効値を検出する架
線電圧実効値検出手段と、複数の直流電圧基準を設定す
る直流電圧基準設定手段と、架線電圧実効値検出手段の
検出する架線電圧実効値の大きさに応じて直流電圧基準
設定手段の設定する複数の直流電圧基準のいずれかを指
定して出力する直流電圧基準決定手段と、直流電圧検出
手段が検出するコンバータの直流電圧を直流電圧基準決
定手段が与える直流電圧基準と比較してその偏差を出力
する比較手段と、コンバータの交流電圧を推定する交流
電圧推定手段と、比較手段の出力する直流電圧偏差と交
流電圧推定手段の出力する交流電圧とに基づき、コンバ
ータの変調率を算出してコンバータを制御するコントロ
ーラとを備えたものである。
【0010】この請求項1の発明の電気車制御装置で
は、直流電圧基準決定手段が架線電圧実効値検出手段の
検出する架線電圧実効値の大きさに応じて直流電圧基準
設定手段の設定する複数の直流電圧基準のいずれかを指
定して出力し、比較手段が直流電圧検出手段の検出する
コンバータの直流電圧を直流電圧基準決定手段が与える
直流電圧基準と比較し、その偏差を出力し、コントロー
ラがこの比較手段の出力する直流電圧偏差と交流電圧推
定手段の出力するコンバータの推定交流電圧とに基づい
て変調率を算出してコンバータを制御する。
【0011】これによって、実際の架線電圧実効値の大
小に応じてコンバータの直流電圧基準を可変設定し、こ
の可変設定される直流電圧基準と実際の直流電圧との偏
差とコンバータの交流電圧とに基づいて変調率を算出
し、コンバータを制御することができ、コンバータのス
イッチング素子の発熱を抑制することができる。
【0012】請求項2の発明は、請求項1の電気車制御
装置において、直流電圧基準設定手段は高低2つの直流
電圧基準を設定し、直流電圧基準決定手段が、架線電圧
実効値検出手段の検出する交流架線電圧実効値を所定の
電圧基準と比較し、その大小に応じてスイッチング信号
を出力する電圧比較手段と、この電圧比較手段の出力す
るスイッチング手段に応じて直流電圧基準設定手段の設
定する直流電圧基準の1つを選択して比較手段に出力す
る選択手段から構成されることを特徴とするものであ
る。
【0013】この請求項2の発明の電気車制御装置で
は、電圧比較手段が架線電圧実効値検出手段の検出する
交流架線電圧実効値を所定の電圧基準と比較し、その大
小に応じてスイッチング信号を出力し、選択手段が電圧
比較手段の出力するスイッチング信号に応じて直流電圧
基準設定手段の設定する直流電圧基準の高低いずれか1
つを選択して比較手段に出力し、比較手段が直流電圧検
出手段の検出するコンバータの直流電圧を直流電圧基準
決定手段が与える直流電圧基準と比較し、その偏差を出
力し、コントローラがこの比較手段の出力する直流電圧
偏差と交流電圧推定手段の出力するコンバータの推定交
流電圧とに基づいて変調率を算出してコンバータを制御
する。
【0014】これによって、実際の架線電圧実効値の大
小に応じてコンバータの直流電圧基準を高低いずれかの
値に設定し、この設定される直流電圧基準と実際の直流
電圧との偏差とコンバータの交流電圧とに基づいて変調
率を算出し、コンバータを制御することができ、コンバ
ータのスイッチング素子の発熱を抑制することができ
る。
【0015】請求項3の発明は、請求項2の電気車制御
装置において、電圧比較手段がヒシテリシス特性を有す
ることを特徴とするものであり、これによって、架線電
圧の小さな変動によって直流電圧基準を頻繁に高低切り
替えるのを防ぎ、安定した制御ができるようになる。
【0016】請求項4の発明は、請求項1の電気車制御
装置において、直流電圧基準決定手段が、架線電圧実効
値検出手段の検出する架線電圧実効値の大きさに比例し
た直流電圧基準を出力することを特徴とするものであ
り、これによって、実際の架線電圧実効値の大きさに比
例してコンバータの直流電圧基準を設定し、この設定さ
れる直流電圧基準と実際の直流電圧との偏差とコンバー
タの交流電圧とに基づいて変調率を算出し、コンバータ
を制御することができ、コンバータのスイッチング素子
の発熱を抑制することができる。
【0017】請求項5の発明は、請求項1〜4の電気車
制御装置において、変圧器二次巻線、リアクトル、コン
バータ、インバータ、直流電圧検出手段、比較手段及び
コントローラから成る回路組を複数組有し、架線電圧実
効値検出手段と、直流電圧基準設定手段と、直流電圧基
準決定手段とを共有することを特徴とするものである。
【0018】この請求項5の発明の電気車制御装置で
は、複数組のコンバータそれぞれに対して実際の架線電
圧実効値の大きさに比例して共通の直流電圧基準を設定
し、この直流電圧基準と各コンバータの実際の直流電圧
との偏差とコンバータの交流電圧とに基づいて変調率を
算出し、各コンバータを制御することにより、各コンバ
ータの直流電圧を同じ値に制御することができる。
【0019】請求項6の発明は、請求項1〜5の電気車
制御装置において、架線電圧実効値検出手段に代えて、
架線電圧最大振幅を検出する架線電圧最大振幅検出手段
を備えたものであり、これによって、架線電圧に高調波
歪みが含まれ、実効値の√2倍よりも振幅が大きい場合
でも最大変調率の制約で制御不能にならないようにでき
る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図1は本発明の第1の実施の形態の
電気車制御装置を示している。この実施の形態の電気車
制御装置で、図5に示した従来例と共通する回路要素に
ついては同一の符号を付して示してある。
【0021】この実施の形態の特徴は、コンバータ制御
回路部分の直流電圧基準設定手段が、高低2つの直流電
圧基準Vdref1,Vdref2(Vdref1<Vdref2)それ
ぞれを設定する直流電流設定器VR1,VR2と、計器
用変圧器PTが検出した架線電圧Vpに対してその実効
値Vp1を検出する電圧実効値検出器VEと、架線電圧
比較基準Vpref を設定する架線電圧比較基準設定器V
Pと、電圧実効値検出器VEからの電圧実効値Vp1と
架線電圧比較基準設定器VPが設定する架線電圧比較基
準Vpref との大小比較を行い、スイッチ切替信号を出
力するスイッチ切替判定器JDと、このスイッチ切替判
定器JDからのスイッチ切替信号を受けて直流電圧基準
Vdref1,Vdref2間で切り替えて直流電圧基準Vdre
f として出力する直流電圧基準選択スイッチSWから構
成され、この直流電圧基準選択スイッチSWからの直流
電圧基準Vdref を比較器COMPに入力して直流電圧
検出器DCPTからのコンバータ直流電圧Vdと比較す
るようにした点にある。
【0022】次に、上記構成の第1の実施の形態の電気
車制御装置の動作について説明する。計器用変圧器PT
で検出された架線電圧Vpに対して交流電圧実効値検出
器VEで実効値Vp1が検出され、スイッチ切替判定器
JDにおいてこの架線電圧実効値Vp1が架線電圧比較
基準Vpref と比較される。そしてスイッチ切替判定器
JDは、架線電圧実効値Vp1が架線電圧比較基準Vp
ref 以下であれば直流電圧基準選択スイッチSWに図1
に示す位置でVdref1をVdref として出力するように
スイッチ切替信号を出力し、架線電圧実効値Vp1が架
線電圧比較基準Vpref よりも大きければVdref2をV
dref として出力するようにスイッチ切替信号を出力す
る。
【0023】これによって比較器COMPはこの選択さ
れた直流電圧基準Vdref1又はVdref2と電圧検出器D
CPTの検出するコンバータ直流電圧Vdとを比較して
偏差を求めてコントローラCTRLに入力し、コントロ
ーラCTRLはこの直流電圧偏差によってコンバータ二
次電圧Vsを補正してコンバータ二次電圧基準Vcvref
を算出して割算器DVに出力し、割算器DVはVcvref
/Vdの割算を行って変調率ALを求め、これをコンバ
ータCOVに与える。そこでPWM制御コンバータCO
Vは、与えられる変調率ALにしたがってスイッチング
素子のゲート制御を行う。
【0024】これによって、架線電圧Vpが比較的低い
場合には、直流電圧基準Vdref をVdref2に設定する
ことによって直流電圧Vdを低減し、架線電圧Vpが高
くなった場合にだけ直流電圧基準Vdref をVdref1に
切替設定して直流電圧Vdを高くするように制御するこ
とができ、この結果、従来のように常に一定の直流電圧
になるように制御する場合に比べてスイッチング素子発
熱のうち直流電圧から影響を受ける部分を減少させるこ
とができ、それだけ冷却機器の小型化が図れることにな
る。
【0025】以上の点、具体的な数値を用いて説明す
る。諸定数が次のように設定されているとする。
【0026】架線電圧Vp 定格:25kV 変動範囲の最大値:30kV 変圧器MTの特性 定格一次電圧:25kV 定格二次電圧:1000V 直流電圧基準 従来例の場合:2000V 本実施の形態の場合: Vdref1=1700V Vdref2=2000V PWM制御コンバータCOV出力:1MW 架線電圧比較基準 Vpref =21kV このような諸条件の下で、図5に示した従来例の場合、 (A−1)実際の架線電圧Vpが25kVの期間中は、 直流電圧Vd=2000V 変圧器二次電圧Vs=1000V 変圧器二次電流Is=1000A 変調率AL:約70.7% (A−2)実際の架線電圧Vpが30kVの期間中は、 直流電圧Vd=2000V 変圧器二次電圧Vs=1200V 変圧器二次電流Is=833.3A 変調率AL:約84.9% となり、素子冷却機能は直流電圧Vd=2000V、コ
ンバータCOVの交流電流Is=1000Aの時の連続
的な発熱に対応する必要がある。
【0027】これに対して、本発明の実施の形態の場
合、 (B−1)実際の架線電圧Vpが25kVの期間中は、 直流電圧Vd=1700V 変圧器二次電圧Vs=1000V 変圧器二次電流Is=1000A 変調率AL:約83.2% (B−2)実際の架線電圧Vpが30kVの期間中は、 直流電圧Vd=2000V 変圧器二次電圧Vs=1200V 変圧器二次電流Is=833.3A 変調率AL:約84.9% となり、素子冷却機能は直流電圧Vd=1700V、コ
ンバータCOVの交流電流Is=1000Aの時の連続
的な発熱と、架線電圧上昇期間中の各々2000V、8
33Aの時の発熱に対応すればよくて、いずれの場合に
も従来例の場合よりも低い発熱に対して対応すればよい
ことになり、冷却能力を低減しても対応できるようにな
る。なお、必要な変調率はいずれの場合にも約84.9
%である。
【0028】次に、本発明の第2の実施の形態を図2に
基づいて説明する。この第2の実施の形態の特徴は、図
1に示した第1の実施の形態における架線電圧比較基準
設定器VPとスイッチ切替判定器JDとに代えて、交流
電圧実効値検出器VEが検出する架線電圧実効値Vp1
の大きさに応じて直流電圧基準選択スイッチSWのスイ
ッチ切替信号を出力するためにヒシテリシス付比較器H
STを設けた点にある。なお、その他の回路構成要素は
第1の実施の形態と共通であり、同一の符号を付すこと
によって詳しい説明は省略する。
【0029】このヒシテリシス付比較器HSTは、架線
電圧実効値Vp1が上昇して高レベル比較基準VprefH
を上回った時に直流電圧基準選択スイッチSWに直流電
圧基準Vdref2側に切り替える信号を出力し、架線電圧
実効値Vp1が低下して低レベル比較基準VprefLを下
回った時に直流電圧基準Vdref1に切り替える信号を出
力する特性を有している。
【0030】次に、上記構成の第2の実施の形態の電気
車制御装置の動作について説明する。計器用変圧器PT
で検出された架線電圧Vpに対して交流電圧実効値検出
器VEで実効値Vp1が検出され、ヒシテリシス付比較
器HSTに入力される。このヒシテリシス付比較器HS
Tでは、架線電圧実効値Vp1が高レベル比較基準Vp
refHを上回った時に直流電圧基準選択スイッチSWに直
流電圧基準Vdref2側に切り替える信号を出力し、架線
電圧実効値Vp1が低下して低レベル比較基準VprefL
を下回った時に直流電圧基準Vdref1に切り替える信号
を出力し、架線電圧実効値Vp1が比較基準VprefHと
VprefLとの間である時にはそれまでの切替信号を維持
する。したがって、直流電圧基準選択スイッチSWは架
線電圧実効値Vp1が高レベル比較基準VprefHを上回
った時に直流電圧基準Vdref2をVdref として出力
し、架線電圧実効値Vp1が低下して低レベル比較基準
VprefLを下回った時に直流電圧基準Vdref1をVdre
f として出力するようになる。
【0031】そこで比較器COMPはこの選択された直
流電圧基準Vdref1又はVdref2と電圧検出器DCPT
の検出するコンバータ直流電圧Vdとを比較して偏差を
求めてコントローラCTRLに入力し、コントローラC
TRLはこの直流電圧偏差によってコンバータ二次電圧
Vsを補正してコンバータ二次電圧基準Vcvref を算出
して割算器DVに出力し、割算器DVはVcvref /Vd
の割算を行って変調率ALを求め、これをコンバータC
OVに与え、PWM制御コンバータCOVは与えられる
変調率ALにしたがってスイッチング素子のゲート制御
を行う。
【0032】これによって第1の実施の形態と同様に、
架線電圧Vpが比較的低い場合には、直流電圧基準Vd
ref をVdref2に設定することによって直流電圧Vdを
低減し、架線電圧Vpが高くなった場合にだけ直流電圧
基準Vdref をVdref1に切替設定して直流電圧Vdを
高くするように制御することができ、従来のように常に
一定の直流電圧になるように制御する場合に比べてスイ
ッチング素子発熱のうち直流電圧から影響を受ける部分
を減少させることができる。しかも第2の実施の形態の
場合、直流電圧基準Vdref の高低切替にヒシテリシス
を持たせているので、架線電圧のわずかな上下変動の繰
り返しで直流電圧基準Vdref が頻繁に不要な切替えを
繰り返すことを防止することができる。
【0033】次に、本発明の第3の実施の形態を図3に
基づいて説明する。この第3の実施の形態の特徴は、図
1に示した第1の実施の形態における架線電圧比較基準
設定器VPとスイッチ切替判定器JDと直流電圧基準選
択スイッチSWに代えて、交流電圧実効値検出器VEか
ら与えられる架線電圧実効値Vp1を変数とし、それに
対応する直流電圧基準Vdref を比較器COMPに出力
する関数発生器Fを設けた点にある。なお、その他の回
路構成要素は第1の実施の形態と共通であり、同一の符
号を付すことによって詳しい説明は省略する。
【0034】この関数発生器Fは、 Vp1<x1 では Vdref =y1 Vp1>x2 では Vdref =y2 とし、さらに、 x1≦Vp1≦x2では、
【数1】 を出力する。
【0035】ここで、y2はコンバータCOVのスイッ
チング素子の電圧定格より、安全に動作できる範囲以下
に設定し、x1は、例えば性能を保証すべき最低架線電
圧に設定する。
【0036】次に、上記第3の実施の形態の動作につい
て説明する。計器用変圧器PTで検出された架線電圧V
pに対して交流電圧実効値検出器VEで検出された架線
電圧実効値Vp1を関数発生器Fに入力すると、関数発
生器Fでは、Vp1<x1の時にはVdref =y1を出
力し、Vp1>x2の時にはVdref =y2を出力し、
x1≦Vp1≦x2の時には、上記式(3)により架線
電圧実効値Vp1に比例した直流電圧基準を出力する。
【0037】そこで比較器COMPは、この関数発生器
Fから出力される直流電圧基準Vdref と電圧検出器D
CPTの検出するコンバータ直流電圧Vdとを比較して
偏差を求めてコントローラCTRLに入力し、以下、第
1、第2の実施の形態と同様に動作する。
【0038】これによって第3の実施の形態の場合、変
調率ALをほぼ一定に制御することができるため、最大
変調率を超えない範囲でこの変調率ALを大きくするこ
とができ、PWM制御コンバータCOVのスイッチング
素子の発熱のうち直流電圧に影響される部分を最小限に
抑えることができるようになる。
【0039】次に、本発明の第4の実施の形態を図4に
基づいて説明する。この第4の実施の形態の電気車制御
装置は、1つの主変圧器MTに対して主回路構成を2系
統接続し、それぞれのPWM制御コンバータCOV−
1,COV−2をコントローラCTRL−1,CTRL
−2で個別に制御する構成であって、各主回路ごとに図
1に示した第1の実施の形態と同様の比較器COMP−
1,COMP−2、コントローラCTRL−1,CTR
L−2、割算器DV−1,DV−2、直流電圧検出器D
CPT−1,DCPT−2を備えている。そして計器用
変圧器PT、この計器用変圧器PTで検出した架線電圧
Vpに対して架線電圧実効値Vp1を検出する交流電圧
実効値検出器VE、この交流電圧実効値検出器VEが検
出する架線電圧実効値Vp1を架線電圧比較基準設定器
VPが設定する架線電圧基準Vpref と比較してスイッ
チ切替信号を出力するスイッチ切替判定器JD、このス
イッチ切替判定器JDからのスイッチ切替信号を受けて
直流電圧基準Vdref1,Vdref2間で切り替えて直流電
圧基準Vdref を出力する直流電圧基準選択スイッチS
Wは共用する構成になっている。
【0040】次に、上記第4の実施の形態の電気車制御
装置の動作について説明する。図4における左側の第1
主回路、右側の第2主回路それぞれで、比較器COMP
−1,COMP2それぞれに与えられる直流電圧基準V
dref は共通である。すなわち第1の実施の形態と同様
に、計器用変圧器PTで検出された架線電圧Vpに対し
て交流電圧実効値検出器VEで実効値Vp1が検出さ
れ、スイッチ切替判定器JDにおいてこの架線電圧実効
値Vp1が架線電圧比較基準Vpref と比較される。そ
してスイッチ切替判定器JDは、架線電圧実効値Vp1
が架線電圧比較基準Vpref 以下であれば直流電圧基準
選択スイッチSWに図4に示す位置でVdref1をVdre
f として出力するようにスイッチ切替信号を出力し、架
線電圧実効値Vp1が架線電圧比較基準Vpref よりも
大きければVdref2をVdref として出力するようにス
イッチ切替信号を出力する。これによって比較器COM
P−1,COMP−2それぞれにはこの選択された直流
電圧基準Vdref1又はVdref2が共通に与えられる。
【0041】そして第1主回路では、比較器COMP−
1において、直流電圧基準Vdrefと電圧検出器DCP
T−1の検出するコンバータ直流電圧Vd1とを比較して
偏差を求めてコントローラCTRL−1に入力し、コン
トローラCTRL−1はこの直流電圧偏差によってコン
バータ二次電圧Vsを補正してコンバータ二次電圧基準
Vcvref1を算出して割算器DV−1に出力し、割算器D
V−1はVcvref1/Vd1の割算を行って変調率AL1を
求め、これをコンバータCOV−1に与える。そこでP
WM制御コンバータCOV−1は、与えられる変調率A
L1にしたがってスイッチング素子のゲート制御を行
う。
【0042】同様に第2主回路では、比較器COMP−
2で第1主回路と共通の直流電圧基準Vdref と電圧検
出器DCPT−2の検出するコンバータ直流電圧Vd2と
を比較して偏差を求めてコントローラCTRL−2に入
力し、コントローラCTRL−2はこの直流電圧偏差に
よってコンバータ二次電圧Vsを補正してコンバータ二
次電圧基準Vcvref2を算出して割算器DV−2に出力
し、割算器DV−2はVcvref2/Vd2の割算を行って変
調率AL2を求め、これをコンバータCOV−2に与
え、PWM制御コンバータCOV−1は与えられる変調
率AL2にしたがってスイッチング素子のゲート制御を
行う。
【0043】これによって第1の実施の形態と同様に、
この第4の実施の形態でも第1主回路、第2主回路双方
において、架線電圧Vpが比較的低い場合には直流電圧
基準Vdref をVdref2に設定することによって直流電
圧Vd1,Vd2を低減し、架線電圧Vpが高くなった場合
にだけ直流電圧基準Vdref をVdref1に切替設定して
直流電圧Vd1,Vd2を高くするように制御することがで
き、この結果、従来のように常に一定の直流電圧になる
ように制御する場合に比べてスイッチング素子発熱のう
ち直流電圧から影響を受ける部分を減少させることがで
き、それだけ冷却機器の小型化が図れることになる。
【0044】これに加えて、第4の実施の形態の場合、
常に両主回路の直流電圧基準Vdref に同じ値が設定さ
れるために次のような効果がある。すなわち、一般に同
一変圧器の異なる二次巻線に接続された複数のPWM制
御コンバータを制御する場合、両者のパルス幅制御に用
いる搬送波の位相に一定の差を与え、スイッチングで発
生する高調波を打ち消し合う手法がとられている。これ
を有効に働かせるためには、両主回路の直流電圧Vd1,
Vd2や変調率AL1,AL2がほぼ等しいことが必要で
ある。ところが、各主回路で直流電圧基準Vdref を個
別に求めることにすると、例えば、アナログ−ディジタ
ル変換の際の誤差等によって一時的に異なる基準値とな
り、この結果として、直流電圧、変調率が異なる期間が
発生し、その期間、高調波を打ち消し合う作用が十分に
働かなくなることがある。そこでこの第4の実施の形態
のように共通の直流電圧基準Vdref を両主回路に設定
することによって、このような現象を防止することがで
きるのである。
【0045】なお、この第4の実施の形態では、直流電
圧基準Vdref の生成回路部分に図1の第1の実施の形
態と同じものを使用したが、これに代えて、図2の第2
の実施の形態の回路構成、また図3の第3の実施の形態
の回路構成を採用することもできる。
【0046】また、上記の共通の直流電圧基準を用いる
対策は、異なる変圧器の二次巻線においても、パルス幅
制御の搬送波位相に一定の関係を持たせて高調波を打ち
消し合うように制御する電気車制御装置においても同じ
く有効である。
【0047】さらに、上記第1〜第4の実施の形態では
いずれも直流電圧基準の生成回路部分に架線電圧実効値
Vp1の検出器VEを用いたが、これに代えて、例えば
ピークホールド回路のような架線電圧最大振幅検出器を
使用し、この架線電圧最大振幅値をあらかじめ設定した
架線電圧比較基準と比較してその大小によって直流電圧
基準を高低切り替える構成、または関数発生器に架線電
圧最大振幅値を変数として入力し、対応する直流電圧基
準を出力する構成とすることもできる。そしてこれらの
架線電圧最大振幅値を使用して直流電圧基準を決定する
場合、架線電圧に高調波歪みが含まれ、実効値の√2倍
よりも振幅が大きい時でも最大変調率の制約で制御不能
となることがないので有効である。
【0048】
【発明の効果】以上のように請求項1の発明によれば、
実際の架線電圧実効値の大小に応じてコンバータの直流
電圧基準を可変設定し、この可変設定される直流電圧基
準と実際の直流電圧との偏差とコンバータの交流電圧と
に基づいて変調率を算出し、コンバータを制御すること
ができ、コンバータのスイッチング素子の発熱を抑制す
ることができ、それだけ冷却機器を小型化が図れる。
【0049】請求項2の発明によれば、実際の架線電圧
実効値の大小に応じてコンバータの直流電圧基準を高低
いずれかの値に設定し、この設定される直流電圧基準と
実際の直流電圧との偏差とコンバータの交流電圧とに基
づいて変調率を算出し、コンバータを制御することがで
き、コンバータのスイッチング素子の発熱を抑制するこ
とができる。
【0050】請求項3の発明によれば、電圧比較手段に
ヒシテリシス特性を持たせているので、架線電圧のわず
かな変動に対して直流電圧基準が不要に頻繁に切り替え
られることがなく、安定した制御ができる。
【0051】請求項4の発明によれば、並設された複数
組のコンバータそれぞれに対して共通する直流電圧基準
によって各コンバータの変調率を設定して各コンバータ
を制御するので、各コンバータの直流電圧、変調率をほ
ぼ同じ値に制御することができ、複数組のコンバータ間
でパルス幅制御に用いる搬送波の位相に一定の差を与え
てスイッチングで発生する高調波を打ち消し合うように
した回路においてそのスイッチングで発生する高調波の
打ち消し機能を損なうことがなく、かつコンバータのス
イッチング素子の発熱を抑制することができる。
【0052】請求項6の発明によれば、架線電圧最大振
幅を検出し、その架線電圧最大振幅を使用してコンバー
タの直流電圧基準を可変設定するので、架線電圧に高調
波歪みが含まれ、実効値の√2倍よりも振幅が大きい場
合でも最大変調率の制約で制御不能にならないようにで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の回路ブロック図。
【図2】本発明の第2の実施の形態の回路ブロック図。
【図3】本発明の第3の実施の形態の回路ブロック図。
【図4】本発明の第4の実施の形態の回路ブロック図。
【図5】従来例の回路ブロック図。
【符号の説明】
PAN 集電器 MT 変圧器 PT 計器用変圧器 L リアクトル COV コンバータ DCPT 直流電圧検出器 INV インバータ TM 誘導電動機 VR1,VR2 直流電圧基準設定器 VP 架線電圧基準設定器 JD スイッチ切替判定器 SW 直流電圧基準選択スイッチ COMP 比較器 CTRL コントローラ DV 割算器 F 関数発生器 HST ヒシテリシス付比較器 AL 変調率 Vdref 直流電圧基準 Vp 架線電圧 Vpref 架線電圧比較基準 Vp1 架線電圧実効値 Vdref1,Vdref2 直流電圧基準 Vd 直流電圧

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流架線から取り込んだ電力を変圧器で
    降圧し、当該変圧器の二次巻線に電気的に接続されたリ
    アクトルを介してコンバータに入力し、このコンバータ
    で交流電力を定電圧制御した直流電圧に変換し、この直
    流電圧をインバータによって交流に変換して電動機の駆
    動電力とする電気車制御装置において、 前記コンバータの直流電圧を検出する直流電圧検出手段
    と、 前記交流架線の電圧実効値を検出する架線電圧実効値検
    出手段と、 複数の直流電圧基準を設定する直流電圧基準設定手段
    と、 前記架線電圧実効値検出手段の検出する架線電圧実効値
    の大きさに応じて前記直流電圧基準設定手段の設定する
    前記複数の直流電圧基準のいずれかを指定して出力する
    直流電圧基準決定手段と、 前記直流電圧検出手段が検出する前記コンバータの直流
    電圧を前記直流電圧基準決定手段が与える直流電圧基準
    と比較し、その偏差を出力する比較手段と、 前記コンバータの交流電圧を推定する交流電圧推定手段
    と、 前記比較手段の出力する直流電圧偏差と前記交流電圧推
    定手段の出力する前記交流電圧とに基づき、前記コンバ
    ータの変調率を算出してコンバータを制御するコントロ
    ーラとを備えて成る電気車制御装置。
  2. 【請求項2】 前記直流電圧基準設定手段は高低2つの
    直流電圧基準を設定し、 前記直流電圧基準決定手段は、前記架線電圧実効値検出
    手段の検出する交流架線電圧実効値を所定の電圧基準と
    比較し、その大小に応じてスイッチング信号を出力する
    電圧比較手段と、この電圧比較手段の出力するスイッチ
    ング手段に応じて前記直流電圧基準設定手段の設定する
    直流電圧基準の1つを選択して前記比較手段に出力する
    選択手段から構成されることを特徴とする請求項1に記
    載の電気車制御装置。
  3. 【請求項3】 前記電圧比較手段がヒシテリシス特性を
    有することを特徴とする請求項2に記載の電気車制御装
    置。
  4. 【請求項4】 前記直流電圧基準決定手段は、前記架線
    電圧実効値検出手段の検出する架線電圧実効値の大きさ
    に比例した直流電圧基準を出力することを特徴とする請
    求項1に記載の電気車制御装置。
  5. 【請求項5】 前記変圧器二次巻線、リアクトル、コン
    バータ、インバータ、直流電圧検出手段、比較手段及び
    コントローラから成る回路組を複数組有し、前記前記架
    線電圧実効値検出手段と、直流電圧基準設定手段と、直
    流電圧基準決定手段とを共有することを特徴とする請求
    項1〜4のいずれかに記載の電気車制御装置。
  6. 【請求項6】 前記架線電圧実効値検出手段に代えて、
    架線電圧最大振幅を検出する架線電圧最大振幅検出手段
    を備えて成る請求項1〜5のいずれかに記載の電気車制
    御装置。
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