JPS61251403A

JPS61251403A - 電気車制御用電力変換装置

Info

Publication number: JPS61251403A
Application number: JP9020385A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Numazaki; 光浩沼崎; Ikuo Yasuoka; 育雄安岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1986-11-08

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〕本発明は電気車制御用電力変換装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年のパワーエレクトロニクスの進歩により大電力用半
導体素子を用いた大容量の可変電圧、可変周波数（以下
ＶＶＶＦと言う）インバータが実用化の域に達している
。これに伴って従来は直流電動機を用いていた電気車も
、保守に手間のかからない誘導電動機を用いると共に、
これをＶ■■Ｆで駆動するシステムが採用され始めてい
る。

第２図はスイッチング素子としてＧＴＯ（＜１ａｔｅｔ
ｕｒｎ−ｏｆｆ　ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ　）を用いた従来
のＶＶＶＦインバータの構成を示す回路図である。この
第２図において、集電装置１とアースとの間にしゃ断器
２、リアクトル３えよびコンデンサ４がこの順に直列接
続され、このうち、コンデンサ４には、過電圧に対処す
るべく、抵抗５およびサイリスタ６の直列回路と電圧検
出器１１とが並列接続されている。

また、コンデンサ４には、ＧＴＯ１２およびダイオード
１３の逆並列回路がグレーツ接続されてなるインバータ
装置７が接続され、直流を交流、に変換して誘導電動１
１Ｍ（以下電動機と言う）８に供給する。この電動ｔ１
１Ｂは電気車を駆動するもので、これに回転数検出器９
が結合され、電動ｌｌｌ８の回転数信号をインバータ制
御装置１０に帰還している。

インバータ制御装置１０は、インバータ装＠７を構成す
るＧＴＯ１２の通電角を制御するものであるが、その構
成および作用等については公知であるのでその詳しい説
明を省略し、本発明に関連する部分について第３図およ
び第４図を参照して説明する。

先ず、第３図（ａ）に示すように、正弦波信号Ｓと、三
角波信号Ｔとを図示しない比較部で比較し、正弦波信号
Ｓがそ三角波信号Ｓよりも大きくなる期間、Ｕ相に対応
するＧＴＯ１２をオン動作させると共に、これと全く同
様にして■相、Ｗ相に対応するＧＴＯ１２を順次１２０
°づつ遅れてオン動作させると、第３図（ｂ）に示すＵ
相電圧Ｖｕ−ｏ　、　Ｖ相電圧ＶＶ−０，Ｗ相電圧Ｖ　
ｗ−ｏが発生し、電動機８には第３図（Ｃ）に示すＵ■
相電圧Ｖｕ−ｖ　、ＶＷ相電圧Ｖｖ−ｗ　、ＷＵ相電圧
Ｖ　ｗ−ｕがインバータ装置７から出力される。

なお、第３図に示した電圧波形は交流の半周期について
３個のパルスを含む、いわゆる、３パルスモードのパル
ス幅変調波であるが、電動機８の回転数が増大すると、
すなわち、インバータ装置７の出力周波数が高くなると
、第４図（ａ）。

（ｂ）に示すようにインバータ装置７を１パルスモード
で運転して最大電圧を得ている。

これは、単にカ行時に限らず回生制動時も全く同様で、
一般にはある周波数を境に、パルス幅変調モードと１パ
ルス七−ドとを切換でいる。

ところで、電気車における回生制動は回生電力を消費す
る負荷の存在を条件にして行なわれる。

ずなわち、電力を回生ずる車両と同一のき電区間内に他
のカ行車両が存在すれば、回生ブレーキを強力に作用さ
せることができるが、かかるカ行車両が存在せず、しか
も、自車両に電力やター５等の小さな負荷しか持たない
ときには回生電流を小さくするように回生ブレーキを絞
って運転しなければならない。もしも、この回生ブレー
キを絞るべきときに絞らないと、回生電流の殆んどはコ
ンデンサ４く第２図）に流れ込んでその電圧を異常に上
昇させることとなる。

このことは、回生電流を絞ることのできない１パルスモ
ードで運転したときには最も顕著で、同一ぎ電区間内に
カ行車両が存在しないときに１パルスモードで運転し、
この状態で回生ブレーキを作用させるとコンデンサか４
が過充電になると言う危険性が極めて高かった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、回生電力を消費させる負荷が小さいときに、回生制動
をしてもインバータ装置の前段の電圧上昇を抑止し得る
電気車制御用電力変換装置の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明の電気車制御用電力
変換装置は、架線より電力を得て可変電圧、可変周波数
の交流を電動機に供給して電気車をカ行運転すると共に
、この電気車の制動時に前記１！ａｍに発生した交流を
直流に変換して架線に回生ずる電力変換器と、電気車の
速度に応じて単一パルスモードおよび複°数のパルス幅
変調モードのいずれかで順次モード切換えして前記電力
変換器を１１．ｌＪ　Ｉする波形制御手段と、架線電圧
の検出値および所定の架線電圧に対応する基準値とを比
較し、検出値が基準値を超えるとぎ有意信号を出力する
比較手段と、この比較手段が有意信号を出力したとき前
記波形制御部が単一パルスモードで運転ａ１１制御する
ことを抑止する運転モード抑止手段ととを具備したこと
を特徴としている。

（発明の実施例）第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。同図において、パルスモード演算部１４は電気車の
速度等に応じて最適なパルスモードを演算し、このパル
スモードに対応するモード指定信号＃７．＃６．・・・
、＃１を出力して、低値優先回路１５の一方入力として
加える。また、比較部１６は図示しないインターフェイ
スを介して入力した架線電圧の検出値と、図示しない設
定部によって設定された架線電圧に対応づる基準値とを
比較し、検出値が基準値よりも大きいとき論理１１１　
Ｉ＋の信号を、これ以外のとき論理“ＯＩ＋の信号（以
下論理を略す）を出力して切換部１７に加える。切換部
１７は前述したパルスモード演算部１４が出力するもの
と同じモード指定信号＃７および＃６を入力し、比較部
１４の信号が“１′″のときモード指定信号＃６を、比
較部１４の信号が″０″のときモード指定番号＃７をそ
れぞれ出力して低値優先回路１５の他方入力として加え
る。

一方、信号選択部１８はパルス数信号１．３゜５・・・
、４５を入力し、これらから低値優先回路１５の出力に
対応するものを選択して図示しない波形選出部に加える
ように構成されている。

なお、パルスモード演算部１４および信号選択部１８が
本発明に言う波形制御手段を、低値優先回路１５および
切換部１７が本発明に言う運転モード抑止手段を構成し
ている。

上記の如く構成された本発明の一実施例の作用を架線電
圧との関係を併せて以下に説明する。

直流電気鉄道の場合、変電所から一定の電圧が架線に供
給されるが、任意の回生車両から架線電圧を見た場合、
他に力行車が存在するときそのカ行電流によって電圧降
下が生じ、その分だけ架線電圧は低い値を示すことが多
い。換言すれば、架線電圧が所定値以上のとき同一のき
電区間にカ行中の車両が存在しない確立が高い。

したがって、このような状態で強力な回生ブレーキを作
用させると前述したような過充電になる危険性が高いの
で、この発明は架ａ電圧が所定値を超えたとき、回生電
流を絞り得る状態にインバータ装置を制御しようとする
ものである。

そこで、この実施例では比較部１６によって架線電圧の
検出値と基準値とを比較し、架線電圧が所定鎗を超えた
とき１″の信号を切換部１７に与えてパルスモード指定
信号＃６を出力する。したがってね架線電圧が所定値よ
りも高いとき切換部１７からパルスモード指定信号＃６
が、これ以外のときパルスモード指定信号＃７がそれぞ
れ出力される。

一方、パルスモード演算部１４は車両の速度に対応した
パルスモード指定信号＃１．＃２．・・・。

＃７を出力するが低値優先回路１５の作用によってパル
スモード指定信号＃７を出力した場合でも、切換部１７
がパルスモード指定信号＃６を出力しておけば、パルス
モード指定信号＃６が信号選択部１８に加えられる。

信号選択部１８はパルスモード指定信号＃１が加えられ
たときパルス数４５の信号を出力し、以下同様にパルス
モード指定信号＃２．＃３．・・・。

＃７がそれぞれパルス数２７．２５．・・・、１の信号
を出力する。

ここで、パルスモード演算部１４がパルスモード指定信
号＃６を出力しても低値優先回路１５によって＃７に制
限することは、電動機の回転数が本来は単一パルスモー
ドとなる範囲であっても、架線電圧が所定値を超えてい
るとき、すなわち、カ行車両が存在しないとき単一パル
スモードで運転しないことに他ならず、この結果、電動
機印加電圧を制御し得るパルス幅変調（ＰＷＭ）モード
で回生運転が行なわれる。

かくして、回生車両から見て同一ぎ電区間にカ行車両が
存在しないどき単一パルスモードでの回生運転制御が抑
止され、これによってインバータ装置７の前段のコンデ
ンサは過充電から保護される。

なお、上記実施例では、低値優先回路１５、比較部１６
、切換部１７および信号選択部１８をハードウェアとし
て説明したがこれらの機能をマイクロコンピュータに持
たせても、上述したと同様な作用を行なわせ得ることは
言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかな如く、本発明は架１！Ｊ？
ｉｉ圧が所定値を超えたとき、単一パルスモードで運転
制御することを阻止し、実質的には同一き電区間にカ行
車両が存在しないときパルス幅変調モードで回生運転す
るように構成したのでインバータ装置の前段の異常な電
圧上昇を確実に防ぐ、ことができる。

また、最近のＶＶＶＦインバータ装置の制御部はマイク
ロコンピュータで構成される場合が多く、上述した制御
は固定記憶装置（ＲＯＭ）の内容を一部変更するだけで
済み、最小のコストでコンデンサを過充電から保護し得
るという効果が得られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は従来の電力変換装置の主要部の構成を示す回路図
、第３図および第４図はこの電力変換装置の作用を説明
するためのタイムチャートである。１・・・集電装置、４・・・コンデンサ、７・・・イン
バータ装置、１０・・・インバータ制御ｖｔδ、１４・
・・パルスモード演算部、１５・・・低値優先回路、１
６・・・比較部、１７・・・切換部、１８・・・信号選
択部。出願人代理人　　猪　　股　　　　消色　１　図色２　図Ｗ相１五ｖｗ−。ｗｕｎ電ｚｖｗ−ｕも　３　図Ｗ１電ＪＥ　Ｖｗ−。５４図

Claims

【特許請求の範囲】

架線より電力を得て可変電圧、可変周波数の交流を電動
機に供給して電気車をカ行運転すると共に、この電気車
の制動時に前記電動機に発生した交流を直流に変換して
架線に回生する電力変換器と、電気車の速度に応じて単
一パルスモードおよび複数のパルス幅変調モードのいず
れかで順次モード切換えして前記電力変換器を制御する
波形制御手段と、架線電圧の検出値および所定の架線電
圧に対応する基準値とを比較し、検出値が基準値を超え
るとき有意信号を出力する比較手段と、この比較手段が
有意信号を出力したとき前記波形制御部が単一パルスモ
ードで運転制御することを抑止する運転モード抑止手段
とを具備したことを特徴とする電気車制御用電力変換装
置。