JPS61150620A - 電気車用フイルタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、直１ｆｆｉ源と、電気車駆動用交流電動機に
制御された交流電力を供給する可変電圧・可変周波数の
インバータとの間に、直流フィルタとしてリアクトルお
よびコンデンサを逆り形に接続した電気車用フィルタ装
備に関するものである。

とくに本発明は、この種の交流電気車の運転時に発生す
る誘尋障害を抑制するための手段に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

直流架線から直流電力を得て交流電気車を駆動する主回
路構成として第８図に示す装置が一般的に実施されてい
る。この装置においては直流架線からパンタグラフ１を
介して直流電力を集電し、それをメインヒユーズ２、断
流器３、高速度遮断器４、並びにリアクトル５およびコ
ンデンサ６を逆り形に接続してなる直流フィルタを介し
て可変電圧・可変周波数（以下ＶＶＶＦという）のイン
バータ７に供給し、ここで所定の値に制御された電圧お
よび周波数の交′ａ電力に変換して電気車駆動用交流電
動機、たとえば誘導電動１１８に給電する。

このような構成の電気車制御装置においては、インバー
タ７を構成するスイッチング素子によって断続Ｉｌｌさ
れた電流に起因する誘導障害が問題になる。というのは
、電気車の速度に応じて低周波から高周波までの幅広い
周波数範囲で運転を行なう際に生ずる高周波を含む帰！
！電流ｉが電源回路に流れ、この高調波電流に基づく誘
導により鉄道の信号機や踏切などの各種保安設備を誤動
作させることがあるからである。このため、たとえば帰
！！電流に含まれるリップル電流成分で５Ｑｌｌｚまた
は６０１１ｚの商用周波数帯の場合は０．７Ａ以下に抑
えるべきものとされている。

第８図のりアクドル５およびコンデンサ６からなる直流
フィルタは帰線電流ｉに含まれる高調波成分を抑ｕ１す
る役割を果たす。しかし、この直流フィルタにより商用
周波数帯の高調波成分を前記の値以下に抑制するために
は、リアクトル５およびコンデンサ６をかなり大きな値
のものにする必要があり、しかも電気車の場合はとくに
高耐圧・大容量のものが要求されるにもかかわらず、そ
れらを取付けるための空間には極度の制約を伴う場合が
多い。直流フィルタの各定数は、たとえば図示の逆り形
直流フィルタによって５ＱＨ７成分のリップル電流を１
０ｄＢ減衰させるために、リアクトル５のインダクタン
スをＬ−１０ｍｌ−１としてコンデンサ６のキャパシタ
ンスはＣ＝４５００μＦという大きな値になってしまう
。

以上述べたように従来の逆り形パッシブフィルタ方式で
は、帰線電流に含まれる高調波成分、とくに商用周波数
帯以下の成分を減衰させるためには、大音１のリアクト
ルおよびコンデンサが必要となり、車両用としては重量
的、空間的、経済的に不利である。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情を考慮してなされたもので、ＶＶＶ
Ｆインバータ制御の交流電動機によって駆動される電気
車の運転時の帰線電流に含まれる高調波電流、とくに商
用周波数帯以下のリップル電流を重量的、空間的、経済
的により有利な条件で良好に抑ｕ１させることの可能な
電気車用フィルタ装置を提供することを目的とするもの
である。

（発明の概要） 上記目的を達成するために本発明は、直流フィルタのコ
ンデンサの端子間電圧に含まれるリップル電圧を高域フ
ィルタによって取出し、そのリップル電圧から高電圧か
つ高周波のパルス状電圧成分を低域フィルタによって除
去し、その低域フィルタの出力電圧から絶縁変圧器およ
びバンドパスフィルタを介して特定周波数成分の絶縁さ
れた交流電圧を取出し、それをさらに振幅および位相を
調整し、電力増幅を行なった後、変圧器を介して主回路
直流側にフィルタコンデンサの特定周波数のリップル電
圧に対して逆位相にして直流電圧に重畳して前述の特定
周波数のリップル電流を抑制するとともに、ＶＶＶＦイ
ンバータの始動時におけるフィルタコンデンサの充電電
流の急峻な変化に伴う誘導障害の助長作用を防止するた
め、インバータ始動期間中、重畳電圧を強制的に抑制す
るようにしたものである。

（発明の実施例〕 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものであって、第８図
と同一の回路構成部分には同一符号を付けてその説明を
省略する。本発明によればまずコンデンサ６の端子間電
圧（すなわちインバータ入力電圧）が入力フィルタ９に
入力される。入力フィルタ９は、第２図に示すように、
コンデンサ１７および抵抗１８を逆り形に接続した一次
の高域フィルタ９１と、抵抗１９およびコンデンサ２０
を逆り形に接続した一次の低域フィルタ９２ど、抵抗２
１および抵抗２２からなる分圧器９３とから成っている
。高域フィルタ９１はコンデンサ６の端子間電圧から直
流分を除去し、それに含まれるリップル電圧を取出して
低域フィルタ９２に与える。低域フィルタ９２はその入
力電圧から高電圧かつ高周波のパルス状電圧を除去して
分圧器９３に与える。両フィルタ９１．９２は全体とし
て、たとえば第３図に示すように、入力電圧からとくに
直流分および５００Ｈｚ以上の周波数のパルス状電圧を
除去する。分圧器９３は後続の回路のために必要に応じ
て適当な分圧比で分圧する。

分圧器９３から取出される入力フィルタ９の出力電圧は
絶縁変圧器１０をバンドパスフィルタ１０に入力される
。バンドパスフィルタ１０は入力電圧から特定周波数、
たとえば商用周波数たる５０１１ｚの電圧成分を選択的
に取出し、他の周波数成分の電圧を減衰させるための、
演算増幅器を用いて型のフィルタであり、第４図に示す
ような周波数特性を持つものとする。

バンドパスフィルタ１１の出力電圧は増幅器１２に入力
される。増幅器１２は入力端子の振幅および位相の調整
機能を有し、かつ電力増幅を行なう。この増幅器１２の
出力電圧は変圧器１３を介してリアクトル５およびコン
デンサからなる直交フィルタの入力側に、コンデンサ６
の特定周波数のリップル電圧に対して逆極性となるよう
に直列に加えられる。変圧器１３は直流主回路の負側に
接続してもよいし、正側すなわちリアクトル５が設けら
れている側に接続してもよい。増幅器１２に位相調整機
能を持たせることにより、入力フィルタ９の人力と増幅
器１２の出力間の特定周波数のリップル電圧の位相差を
調整して零にすることができるので、入力フィルタ９お
よびバンドパスフィルタ１１は位相特性を全く考慮せず
に振幅特性を基準として定数を決定することが可能とな
る。第５図は増幅器１２の位相調整機能の一例として、
入力電圧（ａ）に対して出力電圧（ｂ）の位相を９０°
送らせた場合の波形図を示したものである。

増幅器１２の出力側には主回路側から変圧器１３を介し
て侵入する過電圧を抑制するために過電圧吸収用コンデ
ンサを含む出力過電圧抑制装置１４を接続しておくのが
望ましい。出力過電圧抑制ＶＲ置１４のために制ｍ＋電
源１５が設けられる。

増幅器１２の入力側には入力短絡用の出力制御スイッチ
１６が設けられている。この出力！１Ｊ　ａｌｌスイッ
チ１６はインバータ７の始動時に閉じられ、コンデンサ
６の充電が完了したことを意味するインバータ７からの
充電完了信号ＦＣ，ｇによって開かれるスイッチである
。

以上の回路装置において、変圧器１０．１３が介在して
いることにより、変圧器１０の二次側と変圧器１３の一
次側との間の回路部分、すなわちバンドパスフィルタ１
１、増幅器１２、出力過電圧抑制装置１４、制御電源１
５、および出力制御スイッチ１６の低圧回路化が可能に
なっている。

回路部分９〜１３により主回路の直流電圧に含まれる特
定周波数、たとえば商用周波数帯のリップル電圧ＥＣ（
第６図（ａ）参照）に対して、これと同一振幅・逆位相
の電圧Ｅｔ　（第６図（ｂ）参照）を得て、それを主回
路直流電圧Ｅ、に：Ｉ畳することにより両電圧Ｅ、Ｅ、
は相殺されることになり、ここに帰線電流ｉに含まれる
特定周波数のリップル電流を効果的に抑制することがで
きる。

以上は通常運転中のことであるが、インバータ７の始動
運転時すなわちコンデンサ６の初期充電時は多少異なっ
た対策が必要であり、それを以下に説明する。

インバータ７の始動時にもスイッチ１６を開いたままに
しておくと、変圧器１３の二次側に発生するＥ　相当の
リップル電圧Ｅ、と電圧Ｅ、とを加算した分の特定周波
数成分のリップル電圧がＥＣとしてコンデンサ６の端子
間に現われることになり、そのため所期の目的が達成で
きないばかってなく、逆特定周波数成分のリップル電圧
が増大することによりコンデンサ６を介して流れる帰線
電流に含まれる特定周波数成分のりツール電流がＥｔ＝
０のときよりもむしろ増加する。もちろんこれは望まし
くないことである。

そこで本発明においては、インバータ７の始動時にコン
デンサ６の初期充電が完了するまでの間、増幅器１２の
出力を強制的に抑制するために出力１ｌＮＩＩスイツチ
１６を開成して増幅器入力を零とす′　　る。すなわち
、第７図に示すように、インバータ７の運転指令（同図
ａ）とともに断流器３および高速度′ａｌＩｉ器４が投
入され（同図ｂ）、コンデンサ６に至る電流ｍ回路が形
成され、コンデンサ６の充電が行なわれる。その充電電
圧（同図Ｃ）が架線電圧にほぼ等しい値Ｔに達すると充
電完了信号ＦＣ，ｇ（同図ｄ）がオフからオンに変わる
。出力制御スイッチ１６（同図ｅ）は信号ＦＣがオンの
ときにオフとなるように動作する。したがって運転指令
オンから充電完了信号ＦＣオンまでｇ の間はコンデンサ６の端子閤電圧の変動する始動運転モ
ード期間として出力制御スイッチ１６をオン、すなわち
増幅器１２の入力側を短絡してその出力を零（したがっ
てＥｔ−Ｏ）とする。充電完了信号ＦＣＣｇのオンによ
り出力制御スイッチ１６がオフにされると、増幅器１２
は本来の機能としてバンドパスフィルタ１１の出力を増
幅し、変圧器１３に電圧Ｅ、を生じさせ、すでに述べた
通常運転モードに入る。インバータ運転指令をオフとす
ることにより装置運転は停止され、当初の始動前の状態
にリセットされる。

以上述べた実施例においては、とくに商用周波数帯のリ
ップル電圧に基づく高調波電流を抑制する場合を例示し
て説明したが、それ以外の高調波リップル電流に対して
も入力フィルタ９およびバンドパスフィルタ１１の回路
定数を変更したり、回路定数の異なる複数のフィルタを
組合せたりすることにより周波数特性を変えて対応する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、直流電源からＶＶＶ
Ｆインバータを介して電気車駆動用交流電動機を駆動す
る電気車駆動装置において、帰線電流に含まれる特定周
波数のリップル電流を、大型かつ大容量のフィルタリア
クトルやフィルタコンデンサを用いることなく、小形・
軽量のフィルタ装置を用いて効果的に抑制することがで
き、したがって誘導障害の抑制された信頼性の高い電気
車駆動装置となし得るフィルタ装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気車用フィルタ装置の一実施例
を示す回路結線図、第２図は第１図における入力フィル
タの具体例を示す結線図、第３図は同人力フィルタの周
波数特性を示す特性図、第４図は第１図におけるバンド
パスフィルタの周波数特性を示す特性図、第５図は第１
図の実施例における増幅器の位相調整機能を説明するた
めの電圧波形図、第６図は主回路の直流電圧に含まれる
特定周波数のリップル電圧とそれを相殺するための電圧
との関係を示す電圧波形図、第７図はインバータの始動
から停止に至る前後の各部の動作状態を示すタイムチャ
ート、第８図は本発明を適用する公知の電気車駆動装置
の主回路構成を示す結線図である。 ５・・・リアクトル、６・・・コンデンサ、７・・・可
変電圧・可変周波数インバータ、８・・・誘導電動機、
９・・・入力フィルタ、９１・・・高域フィルタ、９２
・・・低域フィルタ、１０・・・絶縁変圧器、１１・・
・バンドパスフィルタ、１２・・・増幅器、１３・・・
変圧器、１６・・・出力制御スイッチ。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 第３図 周）反数０−ＩＺ） 第４図 周濠数［Ｈｚ） ４立序邑σ覧） 手彰−ン１１正尖 昭和６０年３り／２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源と、電気車駆動用交流電動機に制御された交流
   電力を供給する可変電圧・可変周波数のインバータとの
   間に、直流フィルタとしてリアクトルおよびコンデンサ
   を逆Ｌ形に接続した電気車用フィルタ装置において、前
   記コンデンサの端子間電圧に含まれるリップル電圧を取
   出す高域フィルタと、この高域フィルタによって取出さ
   れたリップル電圧から高電圧かつ高周波のパルス状電圧
   成分を除去する低域フィルタと、この低域フィルタの出
   力側に設けられた絶縁変圧器と、この絶縁変圧器の出力
   から特定周波数の交流電圧成分を取出すバンドパスフィ
   ルタと、このバンドパスフィルタの出力電圧の振幅およ
   び位相を調整し、電力増幅を行なう増幅器と、一次巻線
   を前記増幅器の出力側に接続し、二次巻線を前記リアク
   トルの電流通路に直列に前記コンデンサの前記特定周波
   数のリップル電圧に対して逆位相の極性で接続した変圧
   器と、前記インバータの始動期間中前記増幅器の出力を
   強制的に抑制する手段とを具備したことを特徴とする電
   気車用フィルタ装置。