JP2016213941A - Vehicle control device and vehicle control method - Google Patents

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Hiroaki Otani
浩昭 尾谷
牧野　友由
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友由 牧野
寿幸 内田
Hisayuki Uchida
寿幸 内田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vehicle control device capable of making a rail vehicle stably travel even when a load or an inverter turns into an excessively moist condition.SOLUTION: An inverter 23 of a vehicle control device 10 receives supply of power supplied from an overhead wire 15, performs power conversion and supplies converted power to a load M. A control part 27 controls an operating condition of the inverter in a range where either one of a temperature of the load or a temperature of the inverter turns to a temperature within a prescribed acceptable range so that either one of the temperatures does not exceed a prescribed acceptable temperature.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、車両用制御装置及び方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a vehicle control apparatus and method.

一般に、鉄道車両では、架線から供給される直流電力または交流電力を、搭載する動力用の電動機を駆動するために用いている。
架線から供給される電力は、そのままで用いられることは無く、鉄道車両に搭載された車両用制御装置（電力変換装置）によって電力変換がなされて電動機に供給されることとなっていた。
この車両用制御装置は、複数のスイッチング素子を備えており、これらのスイッチング素子のスイッチング動作によって電力変換を行い、負荷に対して安定した電力の供給を行っている。 In general, in railway vehicles, DC power or AC power supplied from an overhead wire is used to drive an electric motor for power to be mounted.
The electric power supplied from the overhead line is not used as it is, but is converted into electric power by the vehicle control device (power conversion device) mounted on the railway vehicle and supplied to the electric motor.
This vehicle control device includes a plurality of switching elements, performs power conversion by switching operations of these switching elements, and supplies stable power to a load.

例えば、負荷である三相交流モータに対し、インバータ（ＤＣ／ＡＣ変換回路）により安定した電圧を有する交流電力が供給される。   For example, AC power having a stable voltage is supplied to a three-phase AC motor that is a load by an inverter (DC / AC conversion circuit).

特開２００７−１５１３９２号公報JP 2007-151392 A

上述した車両用制御装置においては、電力変換動作時に、負荷及びインバータは、スイッチング損失等の各種損失により、それぞれ温度上昇を伴うこととなる。
ところで、負荷あるいはインバータのいずれか少なくとも一方が温度上昇により、過温度状態となってしまうと、列車の運行を継続することが困難になってしまう虞がある。
したがって、安定して鉄道車両の走行を行うことが可能な車両用制御装置が望まれていた。 In the above-described vehicle control device, during power conversion operation, the load and the inverter are each accompanied by a temperature increase due to various losses such as switching loss.
By the way, if at least one of the load and the inverter is in an overtemperature state due to temperature rise, it may be difficult to continue the operation of the train.
Therefore, there has been a demand for a vehicle control device that can stably travel a railway vehicle.

実施形態の車両用制御装置のインバータは、架線から供給された電力の供給を受けて、電力変換を行い、負荷に供給する。制御部は、負荷の温度及びインバータの温度のいずれか一方が所定の許容温度を超過しないように、いずれか他方の温度が所定の許容範囲内となる範囲で、インバータの動作状態を制御する。   The inverter of the vehicle control device according to the embodiment receives power supplied from the overhead line, performs power conversion, and supplies the power to the load. The control unit controls the operation state of the inverter within a range in which one of the load temperature and the inverter temperature does not exceed a predetermined allowable temperature, and the other temperature falls within the predetermined allowable range.

図１は、実施形態の鉄道用の車両制御装置の概要構成ブロック図である。FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of a railway vehicle control device according to an embodiment. 図２は、コンバータの概要構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the converter. 図３は、インバータの概要構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the inverter. 図４は、第１実施形態の制御部の処理フローチャートである。FIG. 4 is a process flowchart of the control unit of the first embodiment. 図５は、第２実施形態の制御部の処理フローチャートである。FIG. 5 is a process flowchart of the control unit of the second embodiment.

以下、実施形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、実施形態の鉄道用の車両制御装置の概要構成ブロック図である。
車両用制御装置１０は、トランス２０の二次側巻線２０−２に接続され、トランス２０を介して供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータ２１と、コンバータ２１の出力端子間に設けられ、高調波電流を除去するためのフィルタコンデンサ２２と、コンバータ２１と直流回路を介して接続され、コンバータ２１から入力された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流モータＭに出力するインバータ２３と、を備えている。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
[1] First Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of a railway vehicle control apparatus according to an embodiment.
The vehicle control device 10 is connected between the secondary winding 20-2 of the transformer 20 and is provided between a converter 21 that converts AC power supplied via the transformer 20 into DC power, and an output terminal of the converter 21. Is connected to the filter capacitor 22 for removing the harmonic current and the converter 21 via a DC circuit, converts the DC power input from the converter 21 into three-phase AC power, and outputs it to the three-phase AC motor M. And an inverter 23.

トランス２０の一次側巻線２０−１は、パンタグラフ１６、高速遮断器１９、および線路１７を介して接地（低電位側電源）された車輪１８と直列接続されており、パンタグラフ１６で受けた交流架線（交流き電線）１５（高電位側電源）からの交流電力は、高速遮断器１９を介してトランス２０の一次側巻線２０−１に供給される。   The primary winding 20-1 of the transformer 20 is connected in series with the pantograph 16, the high-speed circuit breaker 19, and the wheel 18 that is grounded (low potential side power source) via the line 17. AC power from the overhead wire (AC feeder) 15 (high potential side power source) is supplied to the primary side winding 20-1 of the transformer 20 via the high-speed circuit breaker 19.

ここで、コンバータ２１は、原則的には、高いキャリア周波数一定で動作するが、コンバータ２１のトランス２０との負荷の負担割合に応じてキャリア周波数、パルス数あるいはパルス切替周波数を変更可能に構成されている。コンバータ２１におけるキャリア周波数、パルス数あるいはパルス切替周波数の制御は、動作状態の制御に相当する。
また、インバータ２３は、三相交流モータの回転速度に応じて、パルスモードを切替え、キャリア周波数が低い状態でも使用している。これは、勾配起動などの一時的に大電流が必要となる場合に対応するためである。 Here, the converter 21 basically operates at a high carrier frequency, but is configured to be able to change the carrier frequency, the number of pulses, or the pulse switching frequency in accordance with the load ratio with the transformer 20 of the converter 21. ing. Control of the carrier frequency, the number of pulses, or the pulse switching frequency in the converter 21 corresponds to control of the operation state.
Further, the inverter 23 switches the pulse mode according to the rotational speed of the three-phase AC motor and is used even in a state where the carrier frequency is low. This is to cope with a case where a large current is temporarily required, such as gradient activation.

さらに、トランス２０の二次側巻線２０−２には、交流遮断器２４が直列に接続され、交流遮断器２４と並列に、直列接続された充電抵抗２５及び充電抵抗２５をトランス２０の二次側巻線２０−２に電気的に接続するための充電抵抗接続用接触器２６が設けられている。   Further, an AC circuit breaker 24 is connected in series to the secondary winding 20-2 of the transformer 20, and the charging resistor 25 and the charging resistor 25 connected in series are connected in parallel to the AC circuit breaker 24. A charging resistor connection contactor 26 is provided for electrical connection to the secondary winding 20-2.

さらに車両用制御装置１０は、車両用制御装置１０の各部、特にコンバータ２１及びインバータ２３を制御する制御部２７と、三相交流モータＭの温度を検知し、モータ温度検知信号ＴＭを制御部２７に出力する第１温度センサ２８と、インバータ２３（特に後述するスイッチング素子）の温度を検知し、インバータ温度検知信号ＴＩを制御部２７に出力する第２温度センサ２９と、を備えている。なお、第１温度センサ２８は、必ずしも車両用制御装置１０に含める必要はなく、外部からモータ温度検知信号ＴＭを取り込むようにしても良い。   Further, the vehicle control device 10 detects the temperature of each part of the vehicle control device 10, particularly the control unit 27 that controls the converter 21 and the inverter 23, and the three-phase AC motor M, and sends the motor temperature detection signal TM to the control unit 27. And a second temperature sensor 29 that detects the temperature of the inverter 23 (particularly, a switching element that will be described later) and outputs an inverter temperature detection signal TI to the control unit 27. The first temperature sensor 28 does not necessarily need to be included in the vehicle control device 10 and may receive the motor temperature detection signal TM from the outside.

図２は、コンバータの概要構成図である。
上記構成において、コンバータ２１は、図２に示すように、上アームを構成するスイッチング素子３１Ｈ１、３１Ｈ２及び下アームを構成するスイッチング素子３１Ｌ１、３１Ｌ２と、を備えている。ここで、スイッチング素子３１Ｈ１、３１Ｈ２及びスイッチング素子３１Ｌ１、３１Ｌ２は、シリコン（Ｓｉ）と比較して、ワイドバンドギャップの材料であるシリコンカーバイド（ＳｉＣ：炭化ケイ素）半導体、あるいは、ガリウムナイトライド（ＧａＮ：窒化ガリウム）半導体で形成されている。
したがって、シリコンで形成された半導体と比較して、より高スイッチング周波数で動作でき、低騒音化を図ることが可能となる。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the converter.
In the above configuration, the converter 21 includes switching elements 31H1 and 31H2 constituting the upper arm and switching elements 31L1 and 31L2 constituting the lower arm, as shown in FIG. Here, the switching elements 31H1 and 31H2 and the switching elements 31L1 and 31L2 are made of a silicon carbide (SiC: silicon carbide) semiconductor or a gallium nitride (GaN: GaN) semiconductor, which is a material having a wider band gap than silicon (Si). (Gallium nitride) semiconductor.
Accordingly, it is possible to operate at a higher switching frequency and to reduce noise compared to a semiconductor formed of silicon.

さらにスイッチング素子３１Ｈ１には、並列に逆導通ダイオード３２Ｈ１が接続され、スイッチング素子３１Ｈ２には、並列に逆導通ダイオード３２Ｈ２が接続され、スイッチング素子３１Ｌ１には、逆導通ダイオード３２Ｌ１が接続され、スイッチング素子３１Ｌ２には、逆導通ダイオード３２Ｌ２が接続されている。
これらの逆導通ダイオード３２Ｈ１、３２Ｈ２、３２Ｌ１、３２Ｌ２も、シリコン（Ｓｉ）と比較して、ワイドバンドギャップの材料であるシリコンカーバイド、あるいは、ガリウムナイトライドで形成されている。このため、これらの逆導通ダイオード３２Ｈ１、３２Ｈ２、３２Ｌ１、３２Ｌ２は、いわゆるフライホイールダイオードとして機能するに際し、スイッチング素子３１Ｈ１、３１Ｈ２、３１Ｌ１、３１Ｌ２の遮断電流を大きくすることが可能となる。 Further, the reverse conducting diode 32H1 is connected in parallel to the switching element 31H1, the reverse conducting diode 32H2 is connected in parallel to the switching element 31H2, the reverse conducting diode 32L1 is connected to the switching element 31L1, and the switching element 31L2 Is connected with a reverse conducting diode 32L2.
These reverse conducting diodes 32H1, 32H2, 32L1, and 32L2 are also formed of silicon carbide or gallium nitride, which is a material having a wider band gap than silicon (Si). For this reason, when these reverse conducting diodes 32H1, 32H2, 32L1, and 32L2 function as so-called flywheel diodes, it is possible to increase the cutoff current of the switching elements 31H1, 31H2, 31L1, and 31L2.

図３は、インバータの概要構成図である。
一方、インバータ２３は、Ｕ相アーム部４１Ｕ、Ｖ相アーム部４１Ｖ及びＷ相アーム部４１Ｗが高電位側直流電源ラインＰＨＬと、低電位側直流電源ラインＰＬＬとの間に並列に接続され、Ｕ相アーム部４１Ｕ、Ｖ相アーム部４１Ｖ及びＷ相アーム部４１Ｗは、それぞれ、Ｕ相出力線２３Ｕ、Ｖ相出力線２３Ｖ及びＷ相出力線２３Ｗを介して三相交流モータＭに接続されている。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the inverter.
On the other hand, in the inverter 23, a U-phase arm unit 41U, a V-phase arm unit 41V, and a W-phase arm unit 41W are connected in parallel between the high potential side DC power supply line PHL and the low potential side DC power supply line PLL. The phase arm unit 41U, the V phase arm unit 41V, and the W phase arm unit 41W are connected to the three-phase AC motor M via the U phase output line 23U, the V phase output line 23V, and the W phase output line 23W, respectively. .

Ｕ相アーム部４１Ｕは、アッパースイッチング素子４２ＵＨと、このアッパースイッチング素子４２ＵＨに並列に接続された逆導通ダイオード４３ＵＨと、を有するＵ相アッパーアーム部４４ＵＵと、ロアスイッチング素子４２ＵＬと、このロアスイッチング素子４２ＵＬに並列に接続された逆導通ダイオード４３ＵＬと、を有するＵ相ロアアーム部４４ＵＬと、を備えている。   The U-phase arm portion 41U includes a U-phase upper arm portion 44UU having an upper switching element 42UH and a reverse conducting diode 43UH connected in parallel to the upper switching element 42UH, a lower switching element 42UL, and the lower switching element And a U-phase lower arm portion 44UL having a reverse conducting diode 43UL connected in parallel to 42UL.

Ｖ相アーム部４１Ｖは、アッパースイッチング素子４２ＶＨと、このアッパースイッチング素子４２ＶＨに並列に接続された逆導通ダイオード４３ＶＨと、を有するＶ相アッパーアーム部４４ＶＵと、ロアスイッチング素子４２ＶＬと、このロアスイッチング素子４２ＶＬに並列に接続された逆導通ダイオード４３ＶＬと、を有するＶ相ロアアーム部４４ＶＬと、を備えている。   The V-phase arm portion 41V includes a V-phase upper arm portion 44VU having an upper switching element 42VH and a reverse conducting diode 43VH connected in parallel to the upper switching element 42VH, a lower switching element 42VL, and the lower switching element And a V-phase lower arm portion 44VL having a reverse conducting diode 43VL connected in parallel to 42VL.

Ｗ相アーム部４１Ｗは、アッパースイッチング素子４２ＷＨと、このアッパースイッチング素子４２ＷＨに並列に接続された逆導通ダイオード４３ＷＨと、を有するＷ相アッパーアーム部４４ＷＵと、ロアスイッチング素子４２ＷＬと、このロアスイッチング素子４２ＷＬに並列に接続された逆導通ダイオード４３ＷＬと、を有するＷ相ロアアーム部４４ＷＬと、を備えている。   The W-phase arm portion 41W includes a W-phase upper arm portion 44WH having an upper switching element 42WH and a reverse conducting diode 43WH connected in parallel to the upper switching element 42WH, a lower switching element 42WL, and the lower switching element And a W-phase lower arm portion 44WL having a reverse conducting diode 43WL connected in parallel to 42WL.

上記構成において、コンバータ２１及びインバータ２３を構成している各スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴとして構成されている。   In the above configuration, each switching element constituting the converter 21 and the inverter 23 is configured as, for example, an IGBT.

次に第１実施形態の動作を説明する。
車両制御装置１０のトランス２０の一次側巻線２０−１に、パンタグラフ１６及び高速遮断器１９を介して交流架線１５から交流電力が供給されると、制御部２７は、交流遮断器３４を閉状態（オン状態）とするに先立って、充電抵抗接続用接触器３６を閉状態（オン状態）とする。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
When AC power is supplied from the AC overhead wire 15 to the primary winding 20-1 of the transformer 20 of the vehicle control device 10 via the pantograph 16 and the high-speed circuit breaker 19, the control unit 27 closes the AC circuit breaker 34. Prior to making the state (on state), the charging resistor connecting contactor 36 is closed (on state).

これにより、充電抵抗３５を介して供給された交流電力の電流が、コンバータ２１を構成する逆導通ダイオード３２Ｈ１、３２Ｈ２、３２Ｌ１、３２Ｌ２で全波整流され、フィルタコンデンサ２２を充電する。
そしてフィルタコンデンサ２２の充電が完了すると、交流電力の電流が微小または流れなくなる。この結果、交流遮断器２４を閉状態（オン状態）にしても大電流が流れず、例えば、逆導通ダイオード３２Ｈ１、３２Ｈ２、３２Ｌ１、３２Ｌ２が破壊されるのを防止する。
この後、コンバータ２１に交流架線（交流き電線）１５からの大電力の供給が可能となり、コンバータ２１には、トランス２０の二次側巻線２０−２から交流電力（例えば、１５００Ｖ）が供給される。 As a result, the current of the AC power supplied via the charging resistor 35 is full-wave rectified by the reverse conducting diodes 32H1, 32H2, 32L1, and 32L2 constituting the converter 21, and charges the filter capacitor 22.
When the charging of the filter capacitor 22 is completed, the AC power current is minute or no longer flows. As a result, a large current does not flow even when the AC circuit breaker 24 is closed (on state), and for example, the reverse conducting diodes 32H1, 32H2, 32L1, and 32L2 are prevented from being destroyed.
Thereafter, the converter 21 can be supplied with high power from the AC overhead wire (AC feeder) 15, and the converter 21 is supplied with AC power (for example, 1500 V) from the secondary winding 20-2 of the transformer 20. Is done.

これによりコンバータ２１は、入力された交流電力を直流電力に変換し出力端子から出力する。
コンバータ２１の出力端子間に設けられたフィルタコンデンサ２２は、コンバータ２１が出力した直流電力から高調波電流を除去してインバータ２３に出力する。 Thereby, the converter 21 converts the input AC power into DC power and outputs it from the output terminal.
The filter capacitor 22 provided between the output terminals of the converter 21 removes the harmonic current from the DC power output from the converter 21 and outputs it to the inverter 23.

インバータ２３は、入力された直流電力を、三相交流電力に変換し、三相交流モータＭを駆動することとなる。
より詳細には、制御部２７の出力した図示しないＰＷＭ制御信号に基づく、電圧及び周波数を有する三相交流電力を三相交流モータＭに出力する。 The inverter 23 converts the input DC power into three-phase AC power and drives the three-phase AC motor M.
More specifically, three-phase AC power having a voltage and frequency based on a PWM control signal (not shown) output from the control unit 27 is output to the three-phase AC motor M.

図４は、第１実施形態の制御部の処理フローチャートである。
上記電力変換動作と並行して、制御部２７は、第１温度センサ２８の出力したモータ温度検知信号ＴＭに対応する三相交流モータＭの温度及び第２温度センサ２９の出力したインバータ温度検知信号ＴＩに対応するインバータ２３の温度を監視する（ステップＳ１１）。 FIG. 4 is a process flowchart of the control unit of the first embodiment.
In parallel with the power conversion operation, the control unit 27 detects the temperature of the three-phase AC motor M corresponding to the motor temperature detection signal TM output from the first temperature sensor 28 and the inverter temperature detection signal output from the second temperature sensor 29. The temperature of the inverter 23 corresponding to TI is monitored (step S11).

次に制御部２７は、三相交流モータＭの温度が許容値を超えそうか否かを判別する（ステップＳ１２）。
ここで、三相交流モータＭの温度が許容値を超えそうな場合とは、例えば、三相交流モータＭの現在の温度から現在の温度上昇率が継続した場合に、所定時間後に三相交流モータＭの温度が所定の閾値温度（＝許容値）を越えると予測される場合である（以下、同様）。
ステップＳ１２の判別において、三相交流モータＭの温度が許容値を超えそうもない場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、制御部２７は、処理を再びステップＳ１１に移行して待機状態となり、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。 Next, the control unit 27 determines whether or not the temperature of the three-phase AC motor M is likely to exceed an allowable value (step S12).
Here, the case where the temperature of the three-phase AC motor M is likely to exceed the allowable value is, for example, when the current temperature increase rate continues from the current temperature of the three-phase AC motor M and the three-phase AC motor after a predetermined time. This is a case where the temperature of the motor M is predicted to exceed a predetermined threshold temperature (= allowable value) (the same applies hereinafter).
In step S12, when the temperature of the three-phase AC motor M is unlikely to exceed the allowable value (step S12; No), the control unit 27 proceeds to step S11 again and enters a standby state. The same process is repeated.

ステップＳ１２の判別において、三相交流モータＭの温度が許容値を超えそうな場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、制御部２７は、インバータ２３の温度に余裕があるか否かを判別する（ステップＳ１３）。
ここで、インバータ２３の温度に余裕があるか否かとは、例えば、インバータ２３のキャリア周波数あるいはパルス数を上げ、若しくは、パルス数切替周波数を下げる等の制御変更を行って、モータ電流を正弦波に近づけて、モータ電流の高調波成分を抑制し、三相交流モータＭにおける損失を低下し、三相交流モータＭの温度を低下させるようにインバータ２３を制御し続けた場合であっても、インバータ２３の温度を所定の閾値温度以下に維持可能か否かということである（以下、同様）。 If it is determined in step S12 that the temperature of the three-phase AC motor M is likely to exceed the allowable value (step S12; Yes), the control unit 27 determines whether or not the temperature of the inverter 23 has a margin (step S12). Step S13).
Here, whether or not the temperature of the inverter 23 has a margin is determined by, for example, increasing the carrier frequency or the pulse number of the inverter 23 or decreasing the pulse number switching frequency to change the motor current to a sine wave. Even when the inverter 23 is continuously controlled so as to suppress the harmonic component of the motor current, reduce the loss in the three-phase AC motor M, and lower the temperature of the three-phase AC motor M, This is whether or not the temperature of the inverter 23 can be maintained below a predetermined threshold temperature (hereinafter the same).

ステップＳ１３の判別において、想定されるインバータ２３の制御に移行した場合には、インバータ２３の温度が許容値を超えそうな場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部２７は、処理を再びステップＳ１１に移行して待機状態となり、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。   In the determination of step S13, when the control of the inverter 23 is assumed, if the temperature of the inverter 23 is likely to exceed the allowable value (step S13; No), the control unit 27 performs the process again. The process proceeds to S11 to enter a standby state, and the same processing is repeated thereafter.

ステップＳ１３の判別において、想定されるインバータ２３の制御に移行した場合に、インバータ２３の温度が許容値を超えない場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、制御部２７は、当該想定したインバータ２３の制御（キャリア周波数制御、パルス数制御あるいはパルス切替周波数制御等）を行って処理を終了する（ステップＳ１４）。   In the determination of step S13, when the control of the inverter 23 is assumed, if the temperature of the inverter 23 does not exceed the allowable value (step S13; Yes), the control unit 27 Control (carrier frequency control, pulse number control, pulse switching frequency control, etc.) is performed, and the process is terminated (step S14).

以上の説明のように、本第１実施形態によれば、三相交流モータＭの温度が許容値を超えそうな場合であって、インバータ２３の温度に余裕がある場合には、よりインバータ２３に負荷の高い制御（キャリア周波数を上げ、パルス数を上げ、あるいは、パルス切替周波数を下げる等のインバータ２３がより多くの負担を担う制御）を行うことにより、三相交流モータＭを流れるモータ電流の高調波成分を低下させて、三相交流モータＭにおける損失を低下させて駆動することが可能となるので、三相交流モータＭの過温度検出などにより、車両制御装置１０が停止したり、三相交流モータＭが短寿命化したり、三相交流モータＭが故障したりするのを抑制して、走行を継続することが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, when the temperature of the three-phase AC motor M is likely to exceed the allowable value and the temperature of the inverter 23 has a margin, the inverter 23 is further increased. The motor current that flows through the three-phase AC motor M by performing high-load control (control in which the inverter 23 bears more burden, such as increasing the carrier frequency, increasing the number of pulses, or decreasing the pulse switching frequency). Can be driven by reducing the loss in the three-phase AC motor M, so that the vehicle control device 10 is stopped by detecting the over-temperature of the three-phase AC motor M, The three-phase AC motor M can be prevented from shortening its life, or the three-phase AC motor M can be prevented from malfunctioning, so that traveling can be continued.

［２］第２実施形態
図５は、第２実施形態の制御部の処理フローチャートである。
本第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１実施形態とは逆に、三相交流モータＭに余裕がある場合に、インバータ２３の負荷を低減する点である。
上記電力変換動作と並行して、制御部２７は、第１温度センサ２８の出力したモータ温度検知信号ＴＭに対応する三相交流モータＭの温度及び第２温度センサ２９の出力したインバータ温度検知信号ＴＩに対応するインバータ２３の温度を監視する（ステップＳ２１）。 [2] Second Embodiment FIG. 5 is a process flowchart of a control unit according to the second embodiment.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the load on the inverter 23 is reduced when the three-phase AC motor M has a margin, contrary to the first embodiment.
In parallel with the power conversion operation, the control unit 27 detects the temperature of the three-phase AC motor M corresponding to the motor temperature detection signal TM output from the first temperature sensor 28 and the inverter temperature detection signal output from the second temperature sensor 29. The temperature of the inverter 23 corresponding to TI is monitored (step S21).

次に制御部２７は、インバータ２３の温度が許容値を超えそうか否かを判別する（ステップＳ２２）。
ステップＳ２２の判別において、インバータ２３の温度が許容値を超えそうもない場合には（ステップＳ２２；Ｎｏ）、制御部２７は、処理を再びステップＳ２１に移行して待機状態となり、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。 Next, the control unit 27 determines whether or not the temperature of the inverter 23 is likely to exceed an allowable value (step S22).
In step S22, if the temperature of the inverter 23 is unlikely to exceed the allowable value (step S22; No), the control unit 27 shifts the process to step S21 again and enters a standby state. The process will be repeated.

ステップＳ２２の判別において、インバータ２３の温度が許容値を超えそうな場合には（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、制御部２７は、三相交流モータＭの温度に余裕があるか否か、すなわち、インバータ２３のキャリア周波数あるいはパルス数を下げ、若しくは、パルス切替周波数を上げるなど、インバータ２３の負荷が低下する方向に制御変更を行って、インバータ２３の温度を低下させるようにインバータ２３を制御可能か否かを判別する（ステップＳ２３）。   If it is determined in step S22 that the temperature of the inverter 23 is likely to exceed the allowable value (step S22; Yes), the control unit 27 determines whether the temperature of the three-phase AC motor M has a margin, that is, the inverter Whether or not the inverter 23 can be controlled so as to lower the temperature of the inverter 23 by changing the control in the direction in which the load of the inverter 23 is reduced, such as lowering the carrier frequency or the number of pulses of 23 or increasing the pulse switching frequency. Is determined (step S23).

ステップＳ２３の判別において、想定されるインバータ２３の低負荷制御に移行した場合に、三相交流モータＭの温度が許容値を超えそうな場合には（ステップＳ２３；Ｎｏ）、制御部２７は、処理を再びステップＳ２１に移行して待機状態となり、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。   In the determination of step S23, when the temperature of the three-phase AC motor M is likely to exceed the allowable value when the assumed low load control of the inverter 23 is shifted (step S23; No), the control unit 27 The process returns to step S21 again to enter a standby state, and thereafter the same process is repeated.

ステップＳ２３の判別において、想定されるインバータ２３の低負荷制御に移行した場合に、三相交流モータＭの温度が許容値を超えない場合には（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、制御部２７は、当該想定したインバータ２３の制御（キャリア周波数制御、パルス数制御あるいは、パルス切替周波数制御等）を行って処理を終了する（ステップＳ２４）。   In the determination of step S23, when the temperature of the three-phase AC motor M does not exceed the allowable value when the assumed low load control of the inverter 23 is performed (step S23; Yes), the control unit 27 The assumed control of the inverter 23 (carrier frequency control, pulse number control, pulse switching frequency control, etc.) is performed, and the process is terminated (step S24).

以上の説明のように、本第２実施形態によれば、インバータ２３の温度が許容値を超えそうな場合であって、負荷である三相交流モータＭの温度に余裕がある場合には、よりインバータ２３に負荷の低い制御（キャリア周波数を下げ、パルス数を下げ、あるいは、パルス切替周波数を上げる等、インバータ２３の負荷が低下するような制御）を行うことにより、インバータ２３の負荷を低減させて駆動することが可能となるので、インバータ２３の過温度検出などにより、走行停止の状態に至るのを抑制し、走行を継続することが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, when the temperature of the inverter 23 is likely to exceed the allowable value and the temperature of the three-phase AC motor M that is a load has a margin, Reduce the load on the inverter 23 by controlling the inverter 23 with a lower load (control that lowers the load on the inverter 23 such as lowering the carrier frequency, lowering the number of pulses, or raising the pulse switching frequency). Therefore, it is possible to continue traveling by suppressing the travel stop state by detecting an overtemperature of the inverter 23 or the like.

特に鉄道用車両に搭載される三相交流モータＭは、他の車両（列車）の救援や、延長給電などにより営業運転の範囲内で余裕を持って設計されているので、本第２実施形態の制御が有効となる。   In particular, the three-phase AC motor M mounted on a railway vehicle is designed with a margin within the range of commercial operation by rescue of other vehicles (trains), extended power supply, etc., so the second embodiment The control becomes effective.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、以上の説明においては、交流架線から電力供給を受ける場合について説明したが、直流架線から電力供給を受ける場合であっても、交流／直流変換を行うためのコンバータを設ける必要がない点を除き、同様に適用が可能である。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
For example, in the above description, the case where the power supply is received from the AC overhead line has been described, but there is no need to provide a converter for performing AC / DC conversion even when the power supply is received from the DC overhead line. The same applies except for the above.

１０ 車両制御装置
１５ 交流架線
１６ パンタグラフ
１７ 線路
１８ 車輪
１９ 高速遮断器
２０ トランス
２１ コンバータ
２２ フィルタコンデンサ
２３ インバータ
２４ 交流遮断器
２５ 充電抵抗
２６ 充電抵抗接続用接触器
２７ 制御部
２８ 第１温度センサ
２９ 第２温度センサ
３１Ｈ１ スイッチング素子
３１Ｈ２ スイッチング素子
３１Ｌ１ スイッチング素子
３１Ｌ２ スイッチング素子
３２Ｈ１ 逆導通ダイオード
３２Ｈ２ 逆導通ダイオード
３２Ｌ１ 逆導通ダイオード
３２Ｌ２ 逆導通ダイオード
Ｍ 三相交流モータ
ＴＣ コンバータ温度検知信号
ＴＴ トランス温度検知信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vehicle control apparatus 15 AC overhead line 16 Pantograph 17 Line 18 Wheel 19 High-speed circuit breaker 20 Transformer 21 Converter 22 Filter capacitor 23 Inverter 24 AC circuit breaker 25 Charging resistor 26 Charge resistance connection contactor 27 Control unit 28 First temperature sensor 29 First 2 temperature sensor 31H1 switching element 31H2 switching element 31L1 switching element 31L2 switching element 32H1 reverse conducting diode 32H2 reverse conducting diode 32L1 reverse conducting diode 32L2 reverse conducting diode M three-phase AC motor TC converter temperature detection signal TT transformer temperature detection signal

Claims (6)

架線から供給された電力の供給を受けて、電力変換を行い、負荷に供給するインバータを備えた車両用制御装置であって、
前記負荷の温度及び前記インバータの温度のいずれか一方が所定の許容温度を超過しないように、いずれか他方の温度が所定の許容範囲内となる範囲で、前記インバータの動作状態を制御する制御部を備えた、
車両用制御装置。 A vehicle control device including an inverter that receives power supplied from an overhead line, performs power conversion, and supplies the load to a load.
A control unit that controls the operation state of the inverter in a range in which one of the temperature of the load and the temperature of the inverter does not exceed a predetermined allowable temperature, and the other temperature is within a predetermined allowable range. With
Vehicle control device. 前記いずれか一方は、前記負荷で有り、
前記制御部は前記負荷における電力損失が低減するように前記インバータの動作状態の制御を行う、
請求項１記載の車両用制御装置。 One of the above is the load,
The control unit controls the operation state of the inverter so that power loss in the load is reduced.
The vehicle control device according to claim 1. 前記制御部は、前記負荷の入力電流がより正弦波形に近づくように前記インバータの動作状態の制御を行う、
請求項２記載の車両用制御装置。 The control unit controls the operation state of the inverter so that the input current of the load approaches a sine waveform.
The vehicle control device according to claim 2. 前記いずれか一方は、前記インバータで有り、
前記制御部は前記コンバータの負荷が低減するように前記コンバータの動作状態の制御を行う、
請求項１記載の車両用制御装置。 One of the above is the inverter,
The control unit controls the operation state of the converter so that the load on the converter is reduced.
The vehicle control device according to claim 1. 前記制御部は、前記インバータを駆動するためのキャリア周波数を低下させ、あるいは、パルス数を低減させるように前記インバータの動作状態の制御を行う、
請求項４記載の車両用制御装置。 The control unit controls the operation state of the inverter so as to reduce the carrier frequency for driving the inverter or reduce the number of pulses.
The vehicle control device according to claim 4. 架線から供給された電力の供給を受けて、電力変換を行い、負荷に供給するインバータを備えた車両用制御装置で実行される方法であって、
前記負荷の温度及び前記インバータの温度を監視する過程と、
前記負荷の温度及び前記インバータの温度のいずれか一方が所定の許容温度を超過しないように、いずれか他方の温度が所定の許容範囲内となる範囲で、前記インバータの動作状態を制御する過程と、
を備えた方法。 A method that is executed by a vehicle control device that includes an inverter that receives power supplied from an overhead line, performs power conversion, and supplies the load to a load.
Monitoring the temperature of the load and the temperature of the inverter;
A process of controlling the operating state of the inverter in a range in which one of the temperature of the load and the temperature of the inverter does not exceed a predetermined allowable temperature, and the other temperature is within a predetermined allowable range; ,
With a method.
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