JPH114505A - Controller for electric rolling stock - Google Patents

Controller for electric rolling stock

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JPH114505A
JPH114505A JP10188121A JP18812198A JPH114505A JP H114505 A JPH114505 A JP H114505A JP 10188121 A JP10188121 A JP 10188121A JP 18812198 A JP18812198 A JP 18812198A JP H114505 A JPH114505 A JP H114505A
Authority
JP
Japan
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operation mode
inverter
frequency
command
switching
Prior art date
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Pending
Application number
JP10188121A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Nakada
仲田  清
Kiyoshi Nakamura
中村  清
Satoru Horie
堀江  哲
Yoshiji Jinbo
佳司 神保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10188121A priority Critical patent/JPH114505A/en
Publication of JPH114505A publication Critical patent/JPH114505A/en
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To limit loss generated in a switching element for an inverter constituting a main circuit within a range not made larger than a normal operation state when the special operation mode for a train washing operation is used as an operation mode, and to improve the efficiency of a device and miniaturize the device. SOLUTION: In the controller driving the electric rolling stock by inverters 7-9, a means 1 in which the special operation mode for a train washing operation in the continuity of low-speed operation during the train washing time is set at the time of the washing of the train containing a normal operation mode; a means 2 in which the switching frequency of switching elements 70-73, etc., is set in response to the operation mode; and a frequency-voltage setting means 4 of the inverters having a means in which the current command of a normal operation and a special operation are changed over, and a speed control system; are installed. The switching frequency of the inverters is lowered when the operation is changed over to a special operation from a normal operation, while an inverter frequency command and an output voltage command corresponding to the current command of the special operation mode are outputted through the speed control system.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電動機を駆動
用とする電気車の制御装置に係り、特に、電気車両の電
動機駆動用電力変換装置の小形化に好適な電気車の制御
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for an electric vehicle that drives an AC motor, and more particularly to a control device for an electric vehicle that is suitable for downsizing a power conversion device for driving an electric motor of an electric vehicle.

【0002】[0002]

【従来の技術】直流を交流に変換して電動機を駆動する
インバータ、特に、主回路用のスイッチング素子として
高耐圧のゲートターンオフサイリスタ(GTOサイリス
タ)を用い、電気車用誘導電動機を駆動するインバータ
が数多く実用化されている。これらのインバータは、交
流端子に2レベルの電位を出力するものが一般的であ
り、最大500Hz程度のパルス幅変調(PWM)制御
により、出力電圧の制御が行われている。一方、近年、
直流電源の高電位点と低電位点のほかに、これら高電位
点と低電位点の間の中間電位点を設け、スイッチング素
子群の選択的なオン・オフ制御によって高電位点、低電
位点または中間電位点の3レベルの電位を選択的に交流
端子に導出する3レベルインバータ(ニュートラルポイ
ントクランプド(NPC)インバータともいう)の技術
が確立しつつある。この3レベルインバータは、スイッ
チング周波数を見かけ上高められるため、電流リプルの
少ない交流出力を得ることができ、また、直流電圧源の
分割により、スイッチング素子の印加電圧を低減でき、
スイッチング素子の低耐圧化を図れるなどの特徴を備え
ている。そのため、GTOサイリスタに代わり、絶縁ゲ
ート形バイポーラトランジスタ(IGBT)などの高周
波スイッチング素子の適用も可能となりつつある。
2. Description of the Related Art An inverter for converting a direct current into an alternating current to drive an electric motor, and particularly an inverter for driving an induction motor for an electric vehicle using a gate turn-off thyristor (GTO thyristor) having a high breakdown voltage as a switching element for a main circuit. Many have been put to practical use. These inverters generally output a two-level potential to an AC terminal, and the output voltage is controlled by pulse width modulation (PWM) control at a maximum of about 500 Hz. Meanwhile, in recent years,
In addition to the high potential point and the low potential point of the DC power supply, an intermediate potential point between the high potential point and the low potential point is provided. Alternatively, a technique of a three-level inverter (also referred to as a neutral point clamped (NPC) inverter) for selectively leading a three-level potential at an intermediate potential point to an AC terminal is being established. This three-level inverter can increase the apparent switching frequency, so that an AC output with little current ripple can be obtained, and the voltage applied to the switching element can be reduced by dividing the DC voltage source.
It has features such as lowering the breakdown voltage of the switching element. Therefore, a high-frequency switching element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be applied instead of the GTO thyristor.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、電気車両の
ような用途では、システムの信頼性をより一層向上する
ため、通常走行のための運転制御の他に非定常的に発生
する運転制御にも対応可能な装置を実現する必要があ
る。例えば、故障して軌道上に立ち往生した列車を他の
列車で待避させるための推進運転、編成中の一部のユニ
ットが故障した際にその故障ユニットを切り離して、残
りのユニットのみで運転するユニットカット運転、列車
の洗車の際、洗車時間の間、低速運転を持続する洗車運
転が挙げられる。一般に、主回路を構成するスイッチン
グ素子が発生する損失は、装置の大きさを大きく左右す
るため、常に、所定値以内に収まるように素子電流やス
イッチング周波数を設定する必要がある。しかしなが
ら、推進運転やユニットカット運転では、通常運転時と
同等の走行性能を維持するには出力電流を通常運転時よ
り大きく設定する必要があり、このため、通常時よりも
大きな素子損失が発生し、また、通常運転時には不必要
な短時間の運転扱いであるので、冷却装置や装置全体の
大きさを大きくしなければならなかったり、運転時間を
制限しなければならないなどの問題があった。また、洗
車の際の低速の洗車運転では、運転持続期間が比較的長
く、かつ、低速での定速運転となるため、平均損失が増
大し、やはり、通常運転時よりも冷却装置や装置全体の
大きさを大きくしなければならない問題があった。本発
明の課題は、列車の運転モードが列車の洗車の際に低速
運転を持続する特殊運転状態のときに、主回路を構成す
るスイッチング素子の発生損失を通常運転状態に比べて
大きく増加しない範囲に制限し、高効率かつ小形な電気
車の制御装置を提供することにある。
By the way, in applications such as electric vehicles, in order to further improve the reliability of the system, in addition to the operation control for normal traveling, the operation control which occurs irregularly is also used. It is necessary to realize a device that can respond. For example, a propulsion operation to evacuate a train that stuck on the track due to a failure by another train, a unit that separates the failed unit when some of the units being trained fail and operates only with the remaining units In the case of a cut operation or a car wash of a train, a car wash operation in which a low-speed operation is maintained during the car wash time is included. In general, since the loss generated by the switching elements constituting the main circuit greatly affects the size of the device, it is necessary to always set the element current and the switching frequency so as to be within a predetermined value. However, in propulsion operation and unit cut operation, it is necessary to set the output current higher than in normal operation to maintain the same running performance as in normal operation, and therefore, a larger element loss occurs than in normal operation. In addition, during normal operation, since the operation is performed in an unnecessary short time, there are problems that the size of the cooling device and the entire device must be increased, and the operation time must be limited. In addition, in a low-speed car wash operation during car washing, the operation duration is relatively long and the operation is performed at a constant speed at a low speed, so the average loss increases. There was a problem that the size had to be increased. An object of the present invention is to provide a range in which, when the train operation mode is in a special operation state in which low-speed operation is maintained when the train is washed, the loss generated by the switching elements constituting the main circuit is not significantly increased as compared with the normal operation state. It is an object of the present invention to provide a highly efficient and compact electric vehicle control device.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題は、運転モード
が洗車運転の特殊運転モードのとき、スイッチング素子
のスイッチング周波数を通常運転モードよりも低く設定
する手段、また、通常運転モードの電流指令からこの特
殊運転モードの電流指令に切り換わったとき、速度制御
系を介してこの特殊運転モードの電流指令に応じたイン
バータ周波数指令及び出力電圧指令を出力する手段を設
けることにより、解決される。
The object of the present invention is to provide a means for setting the switching frequency of a switching element to be lower than that in a normal operation mode when the operation mode is a special operation mode of a car wash operation. The problem is solved by providing means for outputting an inverter frequency command and an output voltage command according to the current command in the special operation mode via the speed control system when the current command is switched to the special command in the special operation mode.

【0005】運転モード設定手段の出力により、洗車運
転の特殊運転モードのとき、スイッチング素子のスイッ
チング周波数が定常時よりも低くなるように設定される
ため、また、インバータの周波数・電圧設定手段の出力
により、この特殊運転モードの電流指令に応じたインバ
ータ周波数指令及び出力電圧指令を出力するため、スイ
ッチング素子の発生損失が通常運転時に比べて大きく増
加しない範囲に制限され、高効率かつ小形な装置を実現
することができる。
The output of the operation mode setting means sets the switching frequency of the switching element in the special operation mode of the car wash operation so as to be lower than that in the steady state, and also provides the output of the frequency / voltage setting means of the inverter. In order to output the inverter frequency command and the output voltage command according to the current command in this special operation mode, the generation loss of the switching element is limited to a range that does not greatly increase compared to the normal operation, and a high-efficiency and small-sized device is provided. Can be realized.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明を電気車両用の3レ
ベルインバータに適用した場合の一実施形態を図1から
図6を用いて説明する。まず、3レベルインバータの主
回路構成と基本動作を説明する。図1において、60は
直流電圧源である電車線、61、62は直流電圧源60
の電圧から中間点N(以下、中性点と呼ぶ)を作り出す
ため分割(分圧)したコンデンサ、70〜73、80〜
83、90〜93は還流用の整流素子を備えた自己消弧
可能なスイッチング素子(この例ではIGBTとした
が、GTOサイリスタ、トランジスタ等でも良い)、7
4、75、84、85、94及び95はコンデンサの中
性点電位を導出する補助整流素子である。また、負荷と
して誘導電動機10を接続した場合を示す。ここで、ス
イッチングアーム7〜9は、それぞれの相毎に独立に動
作可能であるから、その基本動作をスイッチングアーム
7を例にとって説明する。コンデンサ61、62の電圧
ed1、ed2を完全平滑な直流電圧源として、ed1
=ed2=Ed/2(Ed:全直流電圧)とする。この
とき、スイッチング素子70〜73を、表1に示すよう
に、オン・オフ制御することにより、交流出力端子Uに
Ed/2,0,−Ed/2の3レベルの出力電圧eを得
る。 表1 ───────────────────── スイッチング素子の導通状態 出力電圧 70 71 72 73 e ───────────────────── オン オン オフ オフ Ed/2 オフ オン オン オフ 0 オフ オフ オン オン ―Ed/2 ───────────────────── 出力電圧eは、大きさがEd/2、0、−Ed/2のパ
ルス状電圧を組み合わせた波形であり、出力電圧eが正
弦波に近づくようにPWM制御を行う。なお、3レベル
インバータの主回路の詳細は、特開昭51−47848
号公報、特開昭56−74088号公報などに記載され
ている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a three-level inverter for an electric vehicle will be described below with reference to FIGS. First, the main circuit configuration and basic operation of the three-level inverter will be described. In FIG. 1, reference numeral 60 denotes a train line which is a DC voltage source;
Capacitors (divided) to create an intermediate point N (hereinafter referred to as a neutral point) from the voltages of
Reference numerals 83, 90 to 93 denote self-extinguishing switching elements having a rectifying element for reflux (in this example, IGBTs are used, but GTO thyristors, transistors, etc. may be used);
Reference numerals 4, 75, 84, 85, 94 and 95 are auxiliary rectifiers for deriving the neutral point potential of the capacitor. Also, a case where the induction motor 10 is connected as a load is shown. Here, since the switching arms 7 to 9 can operate independently for each phase, the basic operation will be described with the switching arm 7 as an example. The voltages ed1 and ed2 of the capacitors 61 and 62 are used as a completely smooth DC voltage source.
= Ed2 = Ed / 2 (Ed: total DC voltage). At this time, the switching elements 70 to 73 are turned on and off as shown in Table 1 to obtain three levels of output voltages e of Ed / 2, 0, and -Ed / 2 at the AC output terminal U. Table 1 {Conduction state of switching element Output voltage 70 71 72 73 e} ────── ON ON OFF OFF Ed / 2 OFF ON ON OFF 0 OFF OFF ON ON ―Ed / 2 ───────────────────── Output voltage e Is a waveform obtained by combining pulse-like voltages having the magnitudes of Ed / 2, 0, and -Ed / 2, and performs PWM control so that the output voltage e approaches a sine wave. The details of the main circuit of the three-level inverter are described in JP-A-51-47848.
And JP-A-56-74088.

【0007】次に、本実施形態の構成及び動作について
説明する。図1において、1は運転状況に応じて運転モ
ード指令を出力する運転モード設定手段であり、通常運
転指令または特殊運転指令を出力する。この運転モード
設定手段1は、例えば、運転台に設けたスイッチまたは
特殊運転を検出する手段等によって構成する。2は、運
転モード設定手段1が特殊運転を指令した際に、インバ
ータ主回路素子のスイッチング周波数Fswを通常運転
モード時よりも低く設定するスイッチング周波数設定手
段であり、図2に示すように、特殊運転指令が時間T1
で入力されると(オンになると)、スイッチング周波数
をFsw1からFsw2に低下させる。4は、インバー
タ周波数指令Fi及び出力電圧指令Eを設定する周波数
・電圧設定手段である。3は、スイッチング周波数設定
手段2からのスイッチング周波数指令Fsw及び周波数
・電圧設定手段4からのインバータ周波数指令Fiと出
力電圧指令Eに応じてインバータ主回路素子のゲート信
号を発生するゲート信号発生手段である。ここで、ゲー
ト信号発生手段3は、スイッチング周波数指令Fsw、
インバータ周波数指令Fi及び出力電圧指令Eより、次
のようにゲート信号を生成する。まず、インバータ周波
数指令Fi及び出力電圧指令Eより、図3(a)及び
(b)に示す正側及び負側の瞬時電圧指令ap、anを Asin(2πFit) (0≦2πFit<π のとき) ap={ (1) 0 (π≦2πFit<2πのとき) 0 (0≦2πFit<π のとき) an={ (2) −Asin(2πFit) (π≦2πFit<2πのとき) ここに、A:振幅指令 ,t:時間 として作成する(U相の例)。ここで、180゜通流の
方形波出力のときを出力電圧の基準として、出力電圧指
令E=1とすれば、振幅指令Aは A=(4/π)E (3) により与えられる。図4は、瞬時電圧指令に対応したゲ
ート信号の発生方法の一例であり、同図(a)におい
て、波形Cはキャリア信号である。このキャリア信号C
と瞬時電圧指令aとの大小関係により、次式のようにゲ
ート信号を定めることができる。 1(a>Cのとき) ゲート信号={ (4) 0(a<Cのとき) このようにして、図3(c)及び図3(d)のゲート信
号が生成され、図3(e)に示すように、Ed/2、
0、−Ed/2の3レベルの電圧からなる相電圧が得ら
れる。スイッチング周波数の設定変更は、スイッチング
周波数Fswを定めるキャリア信号Cの周期Tsw(=
1/Fsw)を、図4に示すように、Tsw1からTs
w2に調整することにより実現される。同様に、V相、
W相についてもゲート信号が作成される。なお、3レベ
ルインバータでは、出力相電圧として、図5に示すよう
に、電圧パルスをゼロ電圧を介して正負交互に出力す
る”ダイポーラ変調”も可能である(図3は”ユニポー
ラ変調”と呼ばれる)。図5(a)及び図5(b)にお
けるバイアスBは、正弦波状の電圧指令を正負期間にわ
たって発生させるためのものであり、これにより、出力
相電圧のゼロ電圧期間が調整される。このようにして、
図5(c)及び図5(d)のゲート信号が生成され、図
5(e)に示すように、Ed/2、0、−Ed/2の3
レベルの電圧からなる相電圧が得られる。この変調方式
は、ゼロ電圧を含む微小電圧の調整も可能なことから、
起動時のようにインバータ周波数が低い時に特に有効な
方式である。この場合も、前述のユニポーラ変調方式と
同様に本発明を適用できる。ところで、運転モード設定
手段1の出力を、図6に示すように各運転モード毎に分
けてもよい。すなわち、運転モード設定手段1の出力と
して、通常運転指令の他に、特殊運転指令である推進運
転指令、ユニットカット運転指令及び洗車運転指令を用
意し、スイッチング周波数設定手段2に入力する。これ
により、複数の特殊運転指令に対応した周波数設定が可
能となる。
Next, the configuration and operation of this embodiment will be described. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an operation mode setting means for outputting an operation mode command according to an operation condition, and outputs a normal operation command or a special operation command. The operation mode setting means 1 is constituted by, for example, a switch provided on a driver's cab or a means for detecting a special operation. Reference numeral 2 denotes a switching frequency setting means for setting the switching frequency Fsw of the inverter main circuit element to be lower than that in the normal operation mode when the operation mode setting means 1 instructs the special operation. As shown in FIG. Operation command is time T1
(When turned on), the switching frequency is reduced from Fsw1 to Fsw2. Reference numeral 4 denotes frequency / voltage setting means for setting the inverter frequency command Fi and the output voltage command E. Reference numeral 3 denotes a gate signal generating means for generating a gate signal of the inverter main circuit element according to the switching frequency command Fsw from the switching frequency setting means 2 and the inverter frequency command Fi and the output voltage command E from the frequency / voltage setting means 4. is there. Here, the gate signal generating means 3 outputs the switching frequency command Fsw,
From the inverter frequency command Fi and the output voltage command E, a gate signal is generated as follows. First, from the inverter frequency command Fi and the output voltage command E, the positive-side and negative-side instantaneous voltage commands ap and an shown in FIGS. 3A and 3B are converted to Asin (2πFit) (when 0 ≦ 2πFit <π). ap = {(1) 0 (when π ≦ 2πFit <2π) 0 (when 0 ≦ 2πFit <π) an = {(2) -Asin (2πFit) (when π ≦ 2πFit <2π) where A : Amplitude command, t: time (U-phase example) Here, assuming that the output voltage command E = 1 with the 180 ° conduction square wave output as the output voltage reference, the amplitude command A is given by A = (4 / π) E (3) FIG. 4 shows an example of a method of generating a gate signal corresponding to the instantaneous voltage command. In FIG. 4A, a waveform C is a carrier signal. This carrier signal C
And the instantaneous voltage command a, the gate signal can be determined as in the following equation. 1 (when a> C) Gate signal = {(4) 0 (when a <C) In this way, the gate signals of FIGS. 3C and 3D are generated, and FIG. ), Ed / 2,
A phase voltage consisting of three levels of voltages 0 and -Ed / 2 is obtained. The setting change of the switching frequency is performed by changing the cycle Tsw (=
1 / Fsw) is changed from Tsw1 to Ts as shown in FIG.
It is realized by adjusting to w2. Similarly, the V phase,
A gate signal is also created for the W phase. As shown in FIG. 5, the three-level inverter can also perform "dipolar modulation" in which voltage pulses are alternately output via a zero voltage as shown in FIG. 5 (FIG. 3 is called "unipolar modulation"). ). The bias B in FIGS. 5A and 5B is for generating a sinusoidal voltage command over positive and negative periods, and thereby adjusts the zero voltage period of the output phase voltage. In this way,
The gate signals shown in FIGS. 5C and 5D are generated, and as shown in FIG. 5E, 3 of Ed / 2, 0, and -Ed / 2 is obtained.
A phase voltage consisting of level voltages is obtained. Since this modulation method can adjust the minute voltage including the zero voltage,
This is a particularly effective method when the inverter frequency is low, such as during startup. In this case, the present invention can be applied similarly to the above-described unipolar modulation method. Incidentally, the output of the operation mode setting means 1 may be divided for each operation mode as shown in FIG. That is, as the output of the operation mode setting means 1, a propulsion operation command, a unit cut operation command, and a car wash operation command, which are special operation commands, are prepared in addition to the normal operation command, and input to the switching frequency setting means 2. Thereby, frequency setting corresponding to a plurality of special operation commands becomes possible.

【0008】次に、スイッチング周波数の設定方法につ
いて説明する。スイッチング素子の内部発生損失は、素
子の順方向電圧降下(FVD)によるFVD損失と、転
流時に発生するスイッチング損失に大別できる。3レベ
ルインバータの場合、主回路素子のFVD損失Pfvd
及びスイッチング損失Pswは次式で表わせる。 Pfvd=K1・Im+K2・Im2 } (5) Psw=K3・Fsw・Im ここに、Im:出力電流実効値 ,Fsw:スイッチン
グ周波数 K1,K2:変調率(A)と負荷力率によって定まる定
数 K3:素子定数によって定まる定数 素子損失Pdは、FVD損失とスイッチング損失の和で
あり、(5)式の関係より Pd=Pfvd+Psw =(K1+K3・Fsw)Im+K2・Im2 (6) と表わせる。素子の冷却装置は、通常運転時の出力電流
とスイッチング周波数おいて(6)式に示した素子損失
を処理できるように設計してあり、一般的には、若干の
余裕を持たせている。そのため、スイッチング周波数設
定手段2は、通常運転指令時のスイッチング周波数を基
準周波数として、スイッチング周波数Fswを各運転モ
ード毎に以下のように定める。推進運転指令時は、出力
電流指令の増加に伴う素子損失増加を抑制するため、通
常運転時の素子損失の範囲内または設計余裕の範囲内に
入るようにスイッチング周波数Fsw2を設定する。ユ
ニットカット運転指令時は、ユニットカット数が増える
に従いスイッチング周波数Fsw2を徐々に低下させ
る。また、洗車運転指令時は、出力電流リプルが問題に
ならない範囲でスイッチング周波数Fsw2を低下させ
る。本実施形態では、運転モード設定手段1の出力によ
り、スイッチング素子のスイッチング周波数が通常運転
時よりも低くなるように設定されるため、通常運転以外
のモードにおいても、通常運転時に比べてスイッチング
素子損失が大きく増加しない範囲に制限され、その結
果、素子の冷却装置を大きくする必要がなく、高効率で
小形な装置を実現することができる。なお、特殊運転モ
ードのとき、装置または素子の温度上昇の限界まで、通
常のスイッチング周波数を使用し、所定の時間だけ運転
した後、スイッチング周波数を低下させることも可能で
ある。この場合、出力電流歪を最小限に抑えられる効果
がある。
Next, a method of setting the switching frequency will be described. The internally generated loss of the switching element can be roughly classified into an FVD loss due to a forward voltage drop (FVD) of the element and a switching loss generated at the time of commutation. In the case of a three-level inverter, the FVD loss Pfvd of the main circuit element
And the switching loss Psw can be expressed by the following equation. Pfvd = K1 · Im + K2 · Im 2 5 (5) Psw = K3 · Fsw · Im where Im: output current effective value, Fsw: switching frequency K1, K2: constant determined by modulation factor (A) and load power factor K3 : Constant determined by element constant The element loss Pd is the sum of the FVD loss and the switching loss, and can be expressed as Pd = Pfvd + Psw = (K1 + K3 · Fsw) Im + K2 · Im 2 (6) from the relationship of the equation (5). The element cooling device is designed to be able to handle the element loss shown in the expression (6) in the output current and the switching frequency during normal operation, and generally has some allowance. Therefore, the switching frequency setting means 2 determines the switching frequency Fsw for each operation mode as follows, using the switching frequency at the time of the normal operation command as the reference frequency. At the time of the propulsion operation command, the switching frequency Fsw2 is set so as to fall within the range of the element loss during normal operation or within the range of the design margin in order to suppress an increase in element loss due to an increase in the output current command. At the time of a unit cut operation command, the switching frequency Fsw2 is gradually reduced as the number of unit cuts increases. Further, at the time of the car wash operation command, the switching frequency Fsw2 is reduced within a range where the output current ripple does not matter. In the present embodiment, since the switching frequency of the switching element is set to be lower than that in the normal operation by the output of the operation mode setting means 1, even in a mode other than the normal operation, the switching element loss is smaller than that in the normal operation. Is limited to a range that does not greatly increase. As a result, it is not necessary to increase the size of the cooling device for the element, and a highly efficient and compact device can be realized. In the special operation mode, it is possible to reduce the switching frequency after operating for a predetermined time using a normal switching frequency up to the limit of the temperature rise of the device or element. In this case, there is an effect that output current distortion can be minimized.

【0009】次に、特に、洗車運転指令時には、時速数
km程度の低速かつ定速運転が要求されるため、大きな
素子電流が洗車の間持続的に流れ、素子損失が著しい。
そこで、スイッチング周波数の低下だけで損失増加を抑
制できない場合には、スイッチング周波数の低下ととも
に出力電流の制限を行えば、より効果が上がる。このよ
うな方法では、出力電流をスイッチング周波数の低下と
同時に制限することも可能であるが、図8に示すよう
に、特殊運転指令がオンとなる時間T1でスイッチング
周波数をFsw1からFsw2に低下させ、所定の時間
経過した後、時間T2において出力電流の上限値をIm
ax1からImax2に低下させる方が望ましい。この
場合、車両性能を時間T2まで落とすことなく通常運転
時と同様の加速性能等を実現できるメリットがある。図
7に、洗車運転指令における本発明の他の実施形態を示
す。本実施形態は、速度制御系を図1の周波数・電圧設
定手段4に組み込、スイッチング周波数の低減と共に、
インバータの出力電流を低下させて低損失の運転を行な
う。すなわち、図9に示すように時間T1で洗車運転指
令がオンになると、スイッチング周波数をFsw1から
Fsw2に低下させると同時に、通常運転から定速運転
に切り換える操作を行う。ここで、洗車運転指令は、運
転室の操作盤に洗車運転専用のスイッチ釦を設け、この
スイッチ釦を操作することにより、洗車運転モードの制
御系が作動する。図7において、41は電流指令設定手
段、42は速度調節手段、43は洗車運転指令に応じて
電流指令を切り換える切り換えスイッチ、44は電流調
節手段、45は速度演算手段、46は係数器、47〜4
9は加算手段を示す。この周波数・電圧設定手段の例で
は、通常運転時には、切り換えスイッチ43はオフとな
り、電流設定手段41からの電流指令Im*と出力電流
検出値Imとの偏差が無くなるように、電流調節手段4
4は誘導電動機のすべり周波数指令Fs*を演算し、電
動機回転子周波数の検出値Frとの和をとって、インバ
ータ周波数指令Fiを作成する。また、出力電圧指令E
は、インバータ周波数指令Fiに係数器46の係数Kを
掛けて周波数と電圧の比がほぼ一定となるように作成す
る。これに対し、洗車運転指令がオンになると、切り換
えスイッチ43はオン側に切り換えられ、速度制御系に
よる定速度運転となる。すなわち、速度演算手段45に
よって電動機回転子周波数Frから車両速度Vtを演算
し、この速度Vtが速度指令Vt*に一致するように、
速度調節手段42は電流指令Im*を演算出力する。そ
の他の動作は上記通常運転時と同様である。この場合、
切り換えスイッチ43がオン側に切り換えられて、所定
の時間経過した後、図8に示すように、時間T2におい
て出力電流の上限値はImax1からImax2に低下
する。このように、スイッチング周波数の低減制御を行
ない、同時に、洗車運転指令用の低速度を予め設定した
定速自動運転を実現し、インバータの出力電流の上限値
をImax1からImax2に低下させ、発生損失を抑
制した運転が可能となる。
Next, in particular, when a car wash operation command is issued, a low speed and constant speed operation of about several kilometers per hour is required, so that a large element current continuously flows during the car wash, and element loss is remarkable.
Therefore, when the increase in loss cannot be suppressed only by lowering the switching frequency, the effect is further improved by limiting the output current together with the lowering of the switching frequency. In such a method, it is possible to limit the output current at the same time as the switching frequency is reduced. However, as shown in FIG. 8, the switching frequency is reduced from Fsw1 to Fsw2 at the time T1 when the special operation command is turned on. After a lapse of a predetermined time, the upper limit value of the output current is set to Im at time T2.
It is more desirable to reduce from ax1 to Imax2. In this case, there is an advantage that the same acceleration performance as that during normal operation can be realized without reducing the vehicle performance until time T2. FIG. 7 shows another embodiment of the present invention in a car wash operation command. In the present embodiment, the speed control system is incorporated in the frequency / voltage setting means 4 of FIG.
A low-loss operation is performed by reducing the output current of the inverter. That is, as shown in FIG. 9, when the car wash operation command is turned on at time T1, the switching frequency is reduced from Fsw1 to Fsw2, and at the same time, the operation of switching from the normal operation to the constant speed operation is performed. Here, the car wash operation command is provided with a switch button dedicated to the car wash operation on the operation panel of the cab, and by operating this switch button, the control system in the car wash operation mode is operated. 7, reference numeral 41 denotes current command setting means, 42 denotes speed adjusting means, 43 denotes a changeover switch for switching a current command in accordance with a car wash operation command, 44 denotes current adjusting means, 45 denotes speed calculating means, 46 denotes a coefficient unit, and 47 ~ 4
9 indicates an adding means. In the example of the frequency / voltage setting means, during normal operation, the changeover switch 43 is turned off, and the current adjusting means 4 is set so that the deviation between the current command Im * from the current setting means 41 and the output current detection value Im is eliminated.
4 calculates the slip frequency command Fs * of the induction motor and calculates the sum with the detected value Fr of the motor rotor frequency to create an inverter frequency command Fi. The output voltage command E
Is created by multiplying the inverter frequency command Fi by the coefficient K of the coefficient unit 46 so that the ratio between the frequency and the voltage becomes substantially constant. On the other hand, when the car wash operation command is turned on, the changeover switch 43 is switched to the on side, and the constant speed operation is performed by the speed control system. That is, the vehicle speed Vt is calculated from the motor rotor frequency Fr by the speed calculating means 45, and the speed Vt is made to coincide with the speed command Vt *.
The speed adjusting means 42 calculates and outputs a current command Im *. Other operations are the same as those in the normal operation. in this case,
After a predetermined time has elapsed after the changeover switch 43 has been switched to the ON side, as shown in FIG. 8, at time T2, the upper limit value of the output current decreases from Imax1 to Imax2. As described above, the switching frequency reduction control is performed, and at the same time, constant speed automatic operation in which the low speed for the car wash operation command is set in advance is realized, and the upper limit value of the output current of the inverter is reduced from Imax1 to Imax2. It is possible to operate the vehicle while suppressing the fluctuation.

【0010】以上、運転台等からの指令に基づいて運転
指令を決定する方式を説明したが、以下のように、現在
の運転状態を検出することによって特殊運転扱いに移行
することも可能である。すなわち、図10に示すよう
に、車両の運転状態が持続した低速運転であることが時
間T1’で検出されると、スイッチング周波数をFsw
1からFsw2に直ちに低下させる。さらに、低速運転
が続く場合には所定の時間経過後、時間T2’で電流指
令の上限値をImax1からImax2に切り換える。
ここで、低速運転の検出は、図11に示すように、車両
速度Vtが設定速度Vset以下で、かつ持続時間Tが
設定値Tset以上のときSWVL=1として低速検知
信号を1とする。上記以外の場合、SWVL=0として
低速検知信号を0とする。この低速検知信号を上述の特
殊運転指令として取り扱うことにより運転状態を自動的
に検出して、損失を大きく増大させることなく、運転が
行える。
The method of determining the operation command based on the command from the driver's cab or the like has been described above. However, it is also possible to shift to the special operation by detecting the current operation state as described below. . That is, as shown in FIG. 10, when it is detected at time T1 ′ that the vehicle is in the low-speed operation in which the driving state is maintained, the switching frequency is changed to Fsw.
Immediately drop from 1 to Fsw2. Further, when the low-speed operation continues, after a predetermined time has elapsed, the upper limit value of the current command is switched from Imax1 to Imax2 at time T2 '.
Here, as shown in FIG. 11, when the vehicle speed Vt is equal to or less than the set speed Vset and the duration T is equal to or more than the set value Tset, SWVL = 1 and the low speed detection signal is set to 1, as shown in FIG. In other cases, SWVL = 0 and the low-speed detection signal is set to 0. By treating the low speed detection signal as the special operation command described above, the operation state is automatically detected, and the operation can be performed without greatly increasing the loss.

【0011】以上の実施形態では、負荷として誘導電動
機を例にとって説明したが、他の交流電動機や負荷装置
の場合でも同様の効果が期待できる。また、以上は全て
インバータにおける実施形態を示したが、これらのイン
バータの出力端子をリアクタンス要素を介して交流電源
と接続し、交流を直流に変換するコンバータとして動作
(インバータの回生動作と同様な動作)させることも可
能である。この場合も、インバータの場合と同様の効果
が期待できる。
Although the above embodiment has been described by taking an induction motor as an example of the load, similar effects can be expected with other AC motors and load devices. Although all of the above embodiments have been described with respect to inverters, the output terminals of these inverters are connected to an AC power supply via a reactance element, and operate as a converter for converting AC to DC (operation similar to the regenerative operation of the inverter). ). In this case, the same effect as that of the inverter can be expected.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明によれば、列車の運転モードが列
車の洗車の際に低速運転を持続する洗車運転の特殊運転
モードのとき、スイッチング素子のスイッチング周波数
が通常運転時よりも低くなるように設定されるため、ま
た、この特殊運転モードの電流指令に応じたインバータ
周波数指令及び出力電圧指令を出力するため、スイッチ
ング素子の発生損失が通常運転時に比べて大きく増加し
ない範囲に制限され、高効率かつ小形な装置を実現する
ことが可能となる。また、本発明は、電気車駆動に誘導
電動機等の交流電動機を用い、この電動機に電力を供給
する電力変換装置に適用したとき、特に有用である。
According to the present invention, when the train operation mode is the special operation mode of the car wash operation in which the low speed operation is continued when the train is washed, the switching frequency of the switching element is lower than that in the normal operation. In addition, since the inverter frequency command and the output voltage command corresponding to the current command in the special operation mode are output, the generation loss of the switching element is limited to a range that does not greatly increase compared to the normal operation. An efficient and compact device can be realized. In addition, the present invention is particularly useful when applied to a power converter that uses an AC motor such as an induction motor to drive an electric vehicle and supplies power to the motor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】スイッチング周波数の設定方法の一例を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a setting method of a switching frequency.

【図3】電圧指令と出力電圧波形の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of a voltage command and an output voltage waveform.

【図4】ゲート信号発生方法の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a gate signal generation method.

【図5】電圧指令と出力電圧波形の一例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of a voltage command and an output voltage waveform.

【図6】運転モード設定の一例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an example of an operation mode setting.

【図7】本発明の他の実施形態を示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.

【図8】スイッチング周波数及び電流指令上限値の設定
方法の一例を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a setting method of a switching frequency and a current command upper limit value.

【図9】スイッチング周波数の設定方法の一例を示す
図。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a setting method of a switching frequency.

【図10】スイッチング周波数及び電流指令上限値の設
定方法の一例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a setting method of a switching frequency and a current command upper limit value.

【図11】低速検知の一方法を示す図。FIG. 11 is a diagram showing one method of low-speed detection.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 運転モード設定手段 2 スイッチング周波数設定手段 3 ゲート信号発生手段 4 周波数・電圧設定手段 1 operation mode setting means 2 switching frequency setting means 3 gate signal generation means 4 frequency / voltage setting means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神保 佳司 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日立 製作所水戸工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Keiji Jimbo 1070 Ma, Katsuta-shi, Ibaraki Pref.Hitachi, Ltd.Mito Plant

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直流電圧を可変周波数、可変電圧の交流
電圧に変換するインバータと、このインバータを構成す
るスイッチング素子をオン・オフ制御するパルス幅変調
制御手段と、前記インバータにより電気車を駆動する装
置を備えた電気車の制御装置において、通常運転モード
を含む列車の洗車の際の洗車時間の間、低速運転が持続
する洗車運転の特殊運転モードを設定する手段と、運転
モードに応じてスイッチング素子のスイッチング周波数
を設定する手段を設け、前記特殊運転モードのとき、前
記インバータのスイッチング周波数を低下させることを
特徴とする電気車の制御装置。
1. An inverter for converting a DC voltage into a variable frequency, variable voltage AC voltage, pulse width modulation control means for controlling on / off of a switching element constituting the inverter, and driving the electric vehicle by the inverter. Means for setting a special operation mode of a car wash operation in which low-speed operation is maintained during a car wash time of a train including a normal operation mode in a control device for an electric car including the device, and switching according to the operation mode. A control device for an electric vehicle, further comprising means for setting a switching frequency of an element, wherein the switching frequency of the inverter is reduced in the special operation mode.
【請求項2】 直流電圧を可変周波数、可変電圧の交流
電圧に変換するインバータと、このインバータを構成す
るスイッチング素子をオン・オフ制御するパルス幅変調
制御手段と、前記インバータにより電気車を駆動する装
置を備えた電気車の制御装置において、通常運転モード
を含む列車の洗車の際の洗車時間の間、低速運転が持続
する洗車運転の特殊運転モードを設定する手段と、運転
モードに応じてスイッチング素子のスイッチング周波数
を設定する手段と、前記通常運転モードの電流指令と前
記特殊運転モードの電流指令を切り換える手段と速度制
御系を具備したインバータの周波数・電圧設定手段を設
け、前記通常運転モードから前記特殊運転モードに切り
換わったとき、前記インバータのスイッチング周波数を
低下させると共に、速度制御系を介して前記特殊運転モ
ードの電流指令に応じたインバータ周波数指令及び出力
電圧指令を出力することを特徴とする電気車の制御装
置。
2. An inverter for converting a DC voltage into a variable frequency, variable voltage AC voltage, pulse width modulation control means for controlling on / off of a switching element constituting the inverter, and driving the electric vehicle by the inverter. Means for setting a special operation mode of a car wash operation in which low-speed operation is maintained during a car wash time of a train including a normal operation mode in a control device for an electric car including the device, and switching according to the operation mode. Means for setting the switching frequency of the element, means for switching between the current command in the normal operation mode and the current command in the special operation mode, and frequency / voltage setting means for the inverter including a speed control system are provided. When switching to the special operation mode, while reducing the switching frequency of the inverter, A control device for an electric vehicle, which outputs an inverter frequency command and an output voltage command according to a current command in the special operation mode via a speed control system.
【請求項3】 請求項2において、電気車駆動装置とし
て誘導電動機を用い、インバータの周波数・電圧設定手
段は、前記通常運転モードのとき、電流指令とインバー
タの出力電流検出値を比較して、すべり周波数指令を演
算し、このすべり周波数指令と誘導電動機回転子周波数
の検出値との和をとって、インバータ周波数指令及び出
力電圧指令を出力し、特殊運転モードのとき、前記特殊
運転モードに切り換えて、速度指令と誘導電動機回転子
周波数の検出値を比較して電流指令を演算することを特
徴とする電気車の制御装置。
3. An inverter according to claim 2, wherein an induction motor is used as the electric vehicle drive device, and the frequency / voltage setting means of the inverter compares a current command with a detected output current value of the inverter in the normal operation mode. Calculate the slip frequency command, take the sum of the slip frequency command and the detected value of the induction motor rotor frequency, output the inverter frequency command and the output voltage command, and switch to the special operation mode when in the special operation mode. A control device for an electric vehicle, wherein a current command is calculated by comparing a speed command with a detected value of an induction motor rotor frequency.
【請求項4】 請求項1または請求項2において、運転
室の操作盤に洗車運転専用のスイッチ釦を設け、このス
イッチ釦を操作したとき、前記洗車運転の制御系が作動
することを特徴とする電気車の制御装置。
4. The car wash operation control system according to claim 1, wherein a switch button dedicated to car wash operation is provided on an operation panel of a cab, and when the switch button is operated, the control system of the car wash operation is activated. Electric vehicle control device.
【請求項5】 請求項1または請求項2において、パル
ス幅変調制御手段は、ユニポーラ変調、ダイポーラ変調
を含むことを特徴とする電気車の制御装置。
5. An electric vehicle control device according to claim 1, wherein the pulse width modulation control means includes unipolar modulation and dipolar modulation.
【請求項6】 請求項1項または請求項2において、ス
イッチング周波数を設定する手段は、通常運転モード以
外の前記特殊運転モードのとき、通常のスイッチング周
波数で所定の時間だけ運転した後、スイッチング周波数
を低下させることを特徴とする電気車の制御装置。
6. The switching frequency setting means according to claim 1, wherein the switching frequency setting means operates at a normal switching frequency for a predetermined time in the special operation mode other than the normal operation mode. A control device for an electric vehicle, characterized by lowering the power consumption.
【請求項7】 請求項1項または請求項2において、ス
イッチング周波数を設定する手段は、前記通常運転モー
ドから前記特殊運転モードに切り換わったことを検知し
たとき、直ちに、前記インバータのスイッチング周波数
を低下させ、前記インバータの周波数・電圧設定手段
は、前記特殊運転モードが設定時間以上継続していると
き、これを検知して電流指令の上限値を下げることを特
徴とする電気車の制御装置。
7. The switching frequency setting means according to claim 1, wherein the switching frequency setting means changes the switching frequency of the inverter immediately upon detecting that the normal operation mode is switched to the special operation mode. The control device for an electric vehicle, wherein the frequency / voltage setting means of the inverter detects the special operation mode when the special operation mode has continued for a set time or more, and lowers the upper limit value of the current command.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007267527A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Toyota Motor Corp Control device of electric vehicle
US9083244B2 (en) 2010-12-02 2015-07-14 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion apparatus
JP2016140204A (en) * 2015-01-28 2016-08-04 株式会社東芝 Electric vehicle control device

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