JP2781288B2 - 交流電気車の制御装置 - Google Patents
交流電気車の制御装置Info
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、交流電気車の制御装
置に関するものである。
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は例えば電気学会技術報告（II部）
第２５１号（昭和６２年６月）第２６頁に開示された従
来の交流電気車の制御装置を示すブロック図であり、図
において１は交流架線、２はこの交流架線１と接触して
いるパンタグラフ、３はこのパンタグラフ２と電気的に
接続された主変圧器、４はこの主変圧器３の２次巻線に
接続されたコンバータ例えばパルス幅変調制御コンバー
タ（以下、ＰＷＭコンバータと称す。）、５はこのＰＷ
Ｍコンバータ４と並列に接続された平滑コンデンサ、６
はこの平滑コンデンサ５と並列に接続されたインバータ
例えば可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦ
インバータと称す。）、７はこのＶＶＶＦインバータ６
に接続された電動機例えば誘導電動機（ＩＭ）、８は補
機などの制御電源として使用される主変圧器３の３次巻
線、９はこの３次巻線８に接続された交流電圧検出器、
１０は主変圧器３の２次巻線に接続された交流電流検出
器、１１は平滑コンデンサ５と並列に接続された直流電
圧検出器、１２は交流電圧検出器９、交流電流検出器１
０および直流電圧検出器１１に接続され、ＰＷＭコンバ
ータ４へ制御指令の１３を与えるためのコンバータ制御
回路、１４はＶＶＶＦインバータ６の出力側に接続され
た電動機電流検出器、１５は誘導電動機７に接続された
電動機回転数検出器、１６は電動機電流検出器１４およ
び電動機回転数検出器１５に接続され、ＶＶＶＦインバ
ータ６へ制御指令１７を与えるためのインバータ制御回
路である。
第２５１号（昭和６２年６月）第２６頁に開示された従
来の交流電気車の制御装置を示すブロック図であり、図
において１は交流架線、２はこの交流架線１と接触して
いるパンタグラフ、３はこのパンタグラフ２と電気的に
接続された主変圧器、４はこの主変圧器３の２次巻線に
接続されたコンバータ例えばパルス幅変調制御コンバー
タ（以下、ＰＷＭコンバータと称す。）、５はこのＰＷ
Ｍコンバータ４と並列に接続された平滑コンデンサ、６
はこの平滑コンデンサ５と並列に接続されたインバータ
例えば可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦ
インバータと称す。）、７はこのＶＶＶＦインバータ６
に接続された電動機例えば誘導電動機（ＩＭ）、８は補
機などの制御電源として使用される主変圧器３の３次巻
線、９はこの３次巻線８に接続された交流電圧検出器、
１０は主変圧器３の２次巻線に接続された交流電流検出
器、１１は平滑コンデンサ５と並列に接続された直流電
圧検出器、１２は交流電圧検出器９、交流電流検出器１
０および直流電圧検出器１１に接続され、ＰＷＭコンバ
ータ４へ制御指令の１３を与えるためのコンバータ制御
回路、１４はＶＶＶＦインバータ６の出力側に接続され
た電動機電流検出器、１５は誘導電動機７に接続された
電動機回転数検出器、１６は電動機電流検出器１４およ
び電動機回転数検出器１５に接続され、ＶＶＶＦインバ
ータ６へ制御指令１７を与えるためのインバータ制御回
路である。
【０００３】次に動作について説明する。交流架線１か
らパンタグラフ２を介して主変圧器３に交流電圧が印加
されると、この交流電圧は主変圧器３によって降圧され
た後にＰＷＭコンバータ４に入力される。ＰＷＭコンバ
ータ４は、交流電圧検出器９、交流電流検出器１０、直
流電圧検出器１１からそれぞれ検出された３次電圧、２
次電流、出力直流電圧に基づいてコンバータ制御回路１
２が発する制御指令１３によってパルス幅変調制御さ
れ、力率をほぼ１に保ちながら一定の直流出力電圧を出
力する。ＰＷＭコンバータ４の直流出力側に接続された
平滑コンデンサ５を電圧源としてＶＶＶＦインバータ６
は、電動機電流検出器１４および電動機回転数検出器１
５からそれぞれ検出された電動機電流、電動機回転数に
基づいてインバータ制御回路１６が発する制御指令１７
によって制御され、可変電圧可変周波数の交流電圧を出
力し、もって誘導電動機７を駆動制御する。
らパンタグラフ２を介して主変圧器３に交流電圧が印加
されると、この交流電圧は主変圧器３によって降圧され
た後にＰＷＭコンバータ４に入力される。ＰＷＭコンバ
ータ４は、交流電圧検出器９、交流電流検出器１０、直
流電圧検出器１１からそれぞれ検出された３次電圧、２
次電流、出力直流電圧に基づいてコンバータ制御回路１
２が発する制御指令１３によってパルス幅変調制御さ
れ、力率をほぼ１に保ちながら一定の直流出力電圧を出
力する。ＰＷＭコンバータ４の直流出力側に接続された
平滑コンデンサ５を電圧源としてＶＶＶＦインバータ６
は、電動機電流検出器１４および電動機回転数検出器１
５からそれぞれ検出された電動機電流、電動機回転数に
基づいてインバータ制御回路１６が発する制御指令１７
によって制御され、可変電圧可変周波数の交流電圧を出
力し、もって誘導電動機７を駆動制御する。
【０００４】なお、誘導電動機７の駆動制御方法やＶＶ
ＶＦインバータ６のパルス幅変調制御方法の詳細は、例
えば前述の電気学会技術報告（II部）第２５１号、第３
８〜３９頁に述べられているので省略する。
ＶＦインバータ６のパルス幅変調制御方法の詳細は、例
えば前述の電気学会技術報告（II部）第２５１号、第３
８〜３９頁に述べられているので省略する。
【０００５】一般に、低速域ではインバータの出力電圧
パルスのパルス数とパルス幅を可変制御して、出力電圧
と出力周波数を比例して変化させており、高速域ではイ
ンバータ入力電圧で定める一定値の出力電圧を出力し、
インバータ出力周波数のみ変化させる制御方式を採用し
ている。
パルスのパルス数とパルス幅を可変制御して、出力電圧
と出力周波数を比例して変化させており、高速域ではイ
ンバータ入力電圧で定める一定値の出力電圧を出力し、
インバータ出力周波数のみ変化させる制御方式を採用し
ている。
【０００６】インバータの出力電圧パルスは、さまざま
な制約条件によってインバータ周波数の上昇につれて電
圧パルス数を減らすような切換えが行われ、一例として
出力電圧可変制御域では２７パルスに始まり、１５パル
ス、９パルス、５パルスと切換り、最終的には３パルス
となり、出力電圧一定領域では１パルスとなる場合があ
る。
な制約条件によってインバータ周波数の上昇につれて電
圧パルス数を減らすような切換えが行われ、一例として
出力電圧可変制御域では２７パルスに始まり、１５パル
ス、９パルス、５パルスと切換り、最終的には３パルス
となり、出力電圧一定領域では１パルスとなる場合があ
る。
【０００７】図４は３パルス制御時に誘導電動機へ印加
される電圧波形と、１パルス制御時の電圧波形とを示す
波形図である。電圧パルスと電圧パルスとの間の最小オ
フ時間はインバータに使用される主回路スイッチング素
子の最小オン／オフ時間の特性から制約を受け、絶対値
としての最小時間が定まる。よって、インバータ周波数
の上昇に従ってこの最小オフ時間の制約が影響して、理
想的なパルス幅変調波形は作成出来なくなり、実際に出
力される出力電圧の基本波実効値はインバータ制御装置
内で演算して出力しようとしている出力電圧目標値より
も低減された値になる場合がある。
される電圧波形と、１パルス制御時の電圧波形とを示す
波形図である。電圧パルスと電圧パルスとの間の最小オ
フ時間はインバータに使用される主回路スイッチング素
子の最小オン／オフ時間の特性から制約を受け、絶対値
としての最小時間が定まる。よって、インバータ周波数
の上昇に従ってこの最小オフ時間の制約が影響して、理
想的なパルス幅変調波形は作成出来なくなり、実際に出
力される出力電圧の基本波実効値はインバータ制御装置
内で演算して出力しようとしている出力電圧目標値より
も低減された値になる場合がある。
【０００８】また、３パルス制御から１パルス制御への
切換り時には、図５の波形図に示す通り、電動機電圧の
跳躍が避けられず、電動機電流の急変、即ちトルクの急
変が生じることになる。
切換り時には、図５の波形図に示す通り、電動機電圧の
跳躍が避けられず、電動機電流の急変、即ちトルクの急
変が生じることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の交流電気車の制
御装置は以上のように構成されているので、インバータ
出力電圧可変制御域での出力電圧基本波実効値が出力波
形の歪によって制御目標値よりも低下して電動機トルク
が低減するという問題点があつた。更に、インバータ出
力電圧可変制御から出力電圧一定制御へ移行する際の電
圧跳躍によって電動機電流やトルクの急変があり、乗心
地を悪化させたり、過電流保護検知の動作によって制御
装置を不要停止させるといった問題点があった。
御装置は以上のように構成されているので、インバータ
出力電圧可変制御域での出力電圧基本波実効値が出力波
形の歪によって制御目標値よりも低下して電動機トルク
が低減するという問題点があつた。更に、インバータ出
力電圧可変制御から出力電圧一定制御へ移行する際の電
圧跳躍によって電動機電流やトルクの急変があり、乗心
地を悪化させたり、過電流保護検知の動作によって制御
装置を不要停止させるといった問題点があった。
【００１０】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたもので、電動機トルクの低減や電動機電流
の急変などを防止し、不要な保護検知が動作することな
く、常に安定した電動機トルク制御ができる交流電気車
の制御装置を得ることを目的とする。
めになされたもので、電動機トルクの低減や電動機電流
の急変などを防止し、不要な保護検知が動作することな
く、常に安定した電動機トルク制御ができる交流電気車
の制御装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係る交流電気
車の制御装置は、インバータの出力電圧可変制御域にて
出力電圧の基本波実効値の低減を検出する手段と、電圧
可変制御域から電圧一定制御域への移行に際してインバ
ータ出力電圧が連続性を保つように、コンバータ直流出
力電圧を制御する手段とを設けたものである。
車の制御装置は、インバータの出力電圧可変制御域にて
出力電圧の基本波実効値の低減を検出する手段と、電圧
可変制御域から電圧一定制御域への移行に際してインバ
ータ出力電圧が連続性を保つように、コンバータ直流出
力電圧を制御する手段とを設けたものである。
【００１２】
【作 用】この発明における交流電気車の制御装置は、
波形歪によるインバータ出力電圧の基本波実効値の低減
に応じて、コンバータ出力電圧を増加させる。
波形歪によるインバータ出力電圧の基本波実効値の低減
に応じて、コンバータ出力電圧を増加させる。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明に係る交流電気車の制御装置の一
実施例を示すブロック図であり、図において１〜１１、
および１３〜１７は図３について説明したものと同じで
ある。１８はインバータ制御回路１６から出力されるイ
ンバータ制御演算情報、例えばインバータ周波数，変調
パルス数，変調率などである。１９はインバータ出力電
圧波形歪による基本波実効値低減率の検出回路、２０は
この検出回路１９から出力されるコンバータ出力電圧増
加率指令である。
する。図１はこの発明に係る交流電気車の制御装置の一
実施例を示すブロック図であり、図において１〜１１、
および１３〜１７は図３について説明したものと同じで
ある。１８はインバータ制御回路１６から出力されるイ
ンバータ制御演算情報、例えばインバータ周波数，変調
パルス数，変調率などである。１９はインバータ出力電
圧波形歪による基本波実効値低減率の検出回路、２０は
この検出回路１９から出力されるコンバータ出力電圧増
加率指令である。
【００１４】この発明の交流電気車の制御装置は以上の
ように構成されているので、インバータ出力電圧の波形
歪による基本波実効値の低減率は、インバータ周波数，
変調パルス数，変調率および最小オフ時間から求めるこ
とが出来る。例えばインバータ周波数７０Ｈｚ、３パル
ス変調モード、最小オフ時間２５０μｓの場合には、変
調率約０．９以上にて波形歪が生じ、同一周波数におけ
る１パルスモードでの基本波実効値に対して３パルスモ
ードでは約１０％基本波実効値が低減することになる。
ように構成されているので、インバータ出力電圧の波形
歪による基本波実効値の低減率は、インバータ周波数，
変調パルス数，変調率および最小オフ時間から求めるこ
とが出来る。例えばインバータ周波数７０Ｈｚ、３パル
ス変調モード、最小オフ時間２５０μｓの場合には、変
調率約０．９以上にて波形歪が生じ、同一周波数におけ
る１パルスモードでの基本波実効値に対して３パルスモ
ードでは約１０％基本波実効値が低減することになる。
【００１５】基本波低減率検出回路１９では前述の各種
インバータ制御演算情報１８から基本波実効値低減率を
求め、例えば前記の場合の様に１０％低減している場合
には、コンバータ制御回路１２Ａへ所定の制御目標値の
１０％増というコンバータ出力電圧増加率指令２０を出
力する。
インバータ制御演算情報１８から基本波実効値低減率を
求め、例えば前記の場合の様に１０％低減している場合
には、コンバータ制御回路１２Ａへ所定の制御目標値の
１０％増というコンバータ出力電圧増加率指令２０を出
力する。
【００１６】この制御により、図２に示す通り、電動機
電圧は、変調パルス電圧波形に波形歪を生じても、パル
ス電圧の波高値が歪量に反比例して増加するため、基本
波実効値は低減しなくなる。また、１パルスモードとな
る電圧一定制御域への移行に降しても、移行と同時にコ
ンバータ出力電圧を所定の値に戻すことにより電圧跳躍
が無く、出力電圧は連続性を保つので、電動機電流やト
ルクの急変は生じない。
電圧は、変調パルス電圧波形に波形歪を生じても、パル
ス電圧の波高値が歪量に反比例して増加するため、基本
波実効値は低減しなくなる。また、１パルスモードとな
る電圧一定制御域への移行に降しても、移行と同時にコ
ンバータ出力電圧を所定の値に戻すことにより電圧跳躍
が無く、出力電圧は連続性を保つので、電動機電流やト
ルクの急変は生じない。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、この発明によればインバ
ータの出力電圧可変制御域にて出力電圧の基本波実効値
の低減を検出する手段と、電圧可変制御域から電圧一定
制御域への移行に際してインバータ出力電圧が連続性を
保つように、コンバータ直流出力電圧を制御する手段と
を設けたので、電動機電流やトルクの変動が無く、乗心
地が良く、不要な保護検知が動作することの無い、高精
度、高信頼性をもった交流電気車の制御装置を得るとい
う効果がある。
ータの出力電圧可変制御域にて出力電圧の基本波実効値
の低減を検出する手段と、電圧可変制御域から電圧一定
制御域への移行に際してインバータ出力電圧が連続性を
保つように、コンバータ直流出力電圧を制御する手段と
を設けたので、電動機電流やトルクの変動が無く、乗心
地が良く、不要な保護検知が動作することの無い、高精
度、高信頼性をもった交流電気車の制御装置を得るとい
う効果がある。
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】この発明の動作説明用波形図である。
【図３】従来の交流電気車の制御装置を示すブロック図
である。
である。
【図４】３パルスモード時と１パルスモード時の波形図
である。
である。
【図５】従来装置の動作説明用波形図である。
１ 交流架線 ３ 主変圧器 ４ ＰＷＭコンバータ ５ 平滑コンデンサ ６ ＶＶＶＦインバータ ７ 誘導電動機 １２Ａ コンバータ制御回路 １６ インバータ制御回路 １９ 検出回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−285078（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−97102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−249402（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−286702（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−255406（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−184202（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−250604（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−74104（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B60L 3/00 - 3/12 B60L 9/00 - 9/32 B60L 13/00 B60L 15/00 - 15/42 H02P 5/41 H02M 7/48
Claims (1)
- 【請求項１】 交流架線に１次巻線が接続される主変圧
器と、この主変圧器の２次巻線に接続されて直流出力電
圧を出力するコンバータと、このコンバータの直流出力
側に接続された平滑コンデンサと、この平滑コンデンサ
を電圧源とするインバータと、このインバータの交流出
力側に接続された電動機とを備えた交流電気車におい
て、前記インバータおよび前記電動機に接続され、前記
インバータの出力電圧の変形歪による前記出力電圧の基
本波実効値の低減率を検出する手段と、前記主変圧器、
前記コンバータおよび前記検出手段に接続され、前記イ
ンバータの出力電圧の波形歪による基本波実効値の低減
率に応じて、コンバータ出力電圧を増加させると共に、
前記インバータの出力電圧の基本波実効値が連続性を保
つように前記コンバータの直流出力電圧を制御する手段
とを設けたことを特徴とする交流電気車の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3082747A JP2781288B2 (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 交流電気車の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3082747A JP2781288B2 (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 交流電気車の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04317501A JPH04317501A (ja) | 1992-11-09 |
| JP2781288B2 true JP2781288B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=13783022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3082747A Expired - Lifetime JP2781288B2 (ja) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | 交流電気車の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2781288B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007082274A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
| JP5133443B2 (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-30 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
| JP2013042592A (ja) * | 2011-08-15 | 2013-02-28 | Toshiba Corp | 車両駆動制御装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0732607B2 (ja) * | 1985-06-10 | 1995-04-10 | 株式会社日立製作所 | 電気車用電力変換器の制御装置 |
| JPS63249402A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-17 | Hitachi Ltd | 車両の空転・滑走検出装置 |
| JPH0197102A (ja) * | 1987-10-08 | 1989-04-14 | Toshiba Corp | 電気車制御装置 |
| JP2581741B2 (ja) * | 1988-04-05 | 1997-02-12 | 三菱電機株式会社 | 再粘着制御方法 |
| JPH01286702A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-17 | Railway Technical Res Inst | インバータ電気車の空転・滑走時の再粘着制御方法 |
| JP2549166B2 (ja) * | 1989-01-06 | 1996-10-30 | 株式会社日立製作所 | 電気車制御装置 |
| JPH02250604A (ja) * | 1989-03-23 | 1990-10-08 | Mitsubishi Electric Corp | 電気車制御装置 |
| JPH0374104A (ja) * | 1989-08-16 | 1991-03-28 | Toshiba Corp | 電気車制御装置 |
-
1991
- 1991-04-16 JP JP3082747A patent/JP2781288B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04317501A (ja) | 1992-11-09 |
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