JP2877577B2 - 交流電気車制御装置 - Google Patents

交流電気車制御装置

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JP2877577B2
JP2877577B2 JP3227329A JP22732991A JP2877577B2 JP 2877577 B2 JP2877577 B2 JP 2877577B2 JP 3227329 A JP3227329 A JP 3227329A JP 22732991 A JP22732991 A JP 22732991A JP 2877577 B2 JP2877577 B2 JP 2877577B2
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敦 矢島
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、交流電気車制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】交流電源を直流電力に変換するコンバー
タと、このコンバータの出力を再度交流電力に変換して
誘導電動機を駆動制御するようにした交流電気車制御装
置として、従来、図2に示す構成のものが知られてい
る。
【0003】この従来の交流電気車制御装置は、パンタ
グラフ101より受電した交流電力を変圧器102を介
して降圧し、サイリスタなどの電力用半導体素子で構成
されるコンバータ103に入力して直流に変換し、さら
にこのコンバータ103の出力側に並列に接続されたコ
ンデンサ104によって平滑化し、この直流を可変電圧
可変周波数(VVVF)インバータ105に供給して所
望の交流電力に再変換し、これを負荷としての誘導電動
機106に与え、電気車の駆動制御を行なうようにして
いる。
【0004】なお、図2において107は電気車の速度
を検出するための速度検出器、108はインバータ10
5の入力としての直流の電圧を検出するための直流電圧
検出器、109はコンバータ103の変換制御を行なう
ためのコンバータ制御装置、110はインバータ105
の制御を行なうためのインバータ制御装置である。
【0005】そして、このような従来の交流電気車制御
装置では、一般に、VVVFインバータ105の制御と
して、低速域から中速域にかけては、一定すべり周波数
fsで誘導電動機106のトルクを一定に保つためにイ
ンバータ出力周波数fと誘導電動機電圧VIMの比を一定
に保つf/V一定制御が行なわれている。
【0006】このf/V一定制御の場合、VVVFイン
バータ105のGTOサイリスタはその最大遮断能力、
最大スイッチング周波数、ゲートターンオフ時間などの
制限からインバータ周波数fINV が低いほど、パルス幅
変調に用いる搬送波周波数とインバータ周波数の比を大
きくし、インバータ周波数fINV が高いほどこの比を小
さくするパルスモード切り換え制御が行なわれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の交流電気車制御装置では、次のような問題点があ
った。図3に力行時のインバータ周波数fINV に対する
変調率ALの関係の一例を示してあり、この図3におい
て右下がりの直線は各パルスモードごとの変調率最大リ
ミットNPLIM を表したもので、加速中、各パルスモー
ドの変調率ALが変調率最大リミットと一致した点で一
段低いパルスモードに移行させるようにしている。これ
は、電源電圧が変動しても、低速域では同性能が得られ
るように配慮した制御方式であり、直流架線を電源とす
る電気車では広く採用されているが、直流電圧が変化す
る場合に変調率AL対インバータ周波数fINV の関係は
変動し、その結果、パルスモード切り換え周波数も変化
する。
【0008】また、コンバータ103の直流出力電圧に
は、入力交流電源の2倍周波数の脈動成分が含まれてい
る。この脈動周波数にインバータ周波数が近づいたとこ
ろで脈動周波数とインバータ周波数の干渉によって電動
機電流などにビート現象が発生する。このビート現象の
発生中は、電動機電流ピーク値が増した状態が継続し、
その状態で外乱などが加わった場合に、ビート現象非発
生時より過電流保護のしきい値に達する可能性が高くな
る。
【0009】そこで、ビート現象発生中にパルスモード
が切り換えられると、ビート現象による電動機電流のリ
プルにパルスモード切り換えによる電動機電流の飛び出
しが重畳され、電動機電流のピーク値が高くなり、過電
流保護検知の確率が不必要に高くなるという制御上の不
具合が生じ、また最大遮断電流に起因するGTOサイリ
スタの大容量化によるVVVFインバータ装置の大型化
が避けられない問題点があった。
【0010】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、ビート現象に起因する電動機電流リ
プルとパルスモード切り換えによる電動機電流の重畳を
避けるためにビート現象中のパルスモード切り換えを行
なわないようにし、電動機電流の過電流の頻繁な発生を
防止することができて制御性の向上が図れ、またVVV
Fインバータに使用するGTOサイリスタも最大遮断電
流を小さく抑えることができてGTOサイリスタの小型
化、装置の小型化が図れる交流電気車制御装置を提供す
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の交流電気車制
御装置は、交流電源からパンタグラフおよび変圧器を介
して供給される交流電力を定電圧の直流電力に変換する
コンバータと、このコンバータの出力側に接続されるコ
ンデンサによって構成される直流回路と、この直流回路
を介して入力され、前記コンバータによって変換された
直流電力を交流電力に変換する電圧形パルス幅変調(P
WM)方式の可変電圧可変周波数(VVVF)インバー
タと、このVVVFインバータによって変換された交流
電力によって駆動される誘導電動機と、前記VVVFイ
ンバータのパルス幅変調に用いる搬送波周波数をインバ
ータ出力周波数の整数倍とし、搬送波周波数とインバー
タ出力周波数の比の切り換えをインバータ周波数条件に
基づいて行なうパルスモード切り換え部とを備え、前記
パルスモード切り換え部が、前記搬送波周波数とインバ
ータ出力周波数の比の切り換えを行なうパルスモード切
り換え周波数として、入力交流電源周波数の偶数倍の周
波数以外の周波数に設定されたものである。
【0012】
【作用】この発明の交流電気車制御装置では、交流電源
からパンタグラフおよび変圧器を介して供給される交流
電力をコンバータによって定電圧の直流電力に変換し、
このコンバータの出力側に接続されるコンデンサによっ
てコンバータ出力を平滑化して電圧形パルス幅変調方式
のVVVFインバータに供給し、直流電力を交流電力に
変換して誘導電動機の駆動電力を得る。
【0013】そして、前記VVVFインバータのパルス
幅変調に用いる搬送波周波数をインバータ出力周波数の
整数倍とし、搬送波周波数とインバータ出力周波数の比
の切り換えをパルスモード切り換え部によってインバー
タ周波数条件に基づいて行なうのであるが、この際に、
搬送波周波数とインバータ出力周波数の比の切り換えを
行なうパルスモード切り換え周波数として、入力交流電
源周波数の偶数倍の周波数以外の周波数に設定すること
により、入力交流電源の2倍周波数の脈動周波数にイン
バータ周波数が近づいたところで発生するビート現象中
にパルスモード切り換え制御が行なわれないようにし
て、電動機電流の過電流の頻繁な発生を防止して制御性
の向上を図り、またVVVFインバータに使用するGT
Oサイリスタも最大遮断電流を小さく抑えることができ
る。
【0014】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。
【0015】図1はこの発明の一実施例の回路構成を示
している。この実施例の交流電気車制御装置は、図2に
示した一般的な交流電気車制御装置の回路におけるイン
バータ制御装置110の部分に適用される制御回路の構
成を示しており、誘導電動機1の速度を検出する速度検
出器2、この速度検出器2の速度信号から電動機回転周
波数frを求める電動機回転数演算部3、電気車のすべ
り周波数fsのパターンを出力するすべり周波数パター
ン演算部4、電動機回転数演算部3による電動機回転周
波数frとすべり周波数パターン演算部4によるすべり
周波数fsを加算することによってインバータ周波数f
INV を出力する加算器5と、パルスモード切り換え回路
6を備えている。
【0016】パルスモード切り換え回路6はパルスモー
ド選択回路7を備えている。このパルスモード選択回路
7はインバータ周波数fINV を入力し、あらかじめ設定
されているパルスモード切り換え周波数C1,C2,C
3,C4との比較によってパルスモード選択信号1P
M,3PM,5PM,9PM,15Mを出力する回路で
あって、パルスモード切り換え周波数設定値C1,C
2,C3,C4各々を出力するパルスモード切り換え周
波数設定部8〜11と、インバータ周波数fINV をこれ
らのパルスモード切り換え周波数設定値 C1,C2,
C3,C4と比較し、各パルスモード選択信号1PM,
3PM,5PM,9PM,15Mを出力する比較器12
〜16、これらの比較器12〜16で選択、決定された
パルスモード#NP(#は1,3,5,9,15のいず
れかを示す)を出力するパルスモード出力部17から構
成される。
【0017】そして、パルスモード切り換え回路6の出
力側にPWM変調部18と変調率演算部19が備えられ
ていて、パルスモード選択回路7の出力としての現在の
インバータ周波数fINV に合致したパルスモード指令値
#NPを受け取るようになっている。
【0018】次に、上記の構成の交流電気車制御装置の
動作について説明する。
【0019】誘導電動機1に取り付けられた速度検出器
2によって検出された速度信号は、インバータ制御装置
110内の電動機回転数演算部3に入力され、電動機回
転周波数frが求められる。この電動機回転周波数fr
は、すべり周波数パターン発生器4によって演算された
すべり周波数fsと加算器5において加算され、インバ
ータ周波数fINV としてパルスモード切り換え回路6に
入力される。なお、図1は力行状態を表わしたもので、
インバータ周波数fINV は電動機回転数frとすべり周
波数fsとを加算したものとなる。
【0020】パルスモード切り換え回路6のパルスモー
ド選択回路7では、入力されたインバータ周波数fINV
を、あらかじめパルスモード切り換え周波数設定器8〜
11において設定されているパルスモード切り換え周波
数設定値C1,C2,C3,C4それぞれと比較器12
〜16において比較し、その条件に合致した場合に、そ
れぞれのパルスモード選択信号15PM,9PM,5P
M,3PMまたは1PMを出力する。
【0021】ここで、パルスモード切り換え周波数設定
器8〜11の設定値C1〜C4をビート現象が発生する
コンバータ入力交流電源の2倍、4倍のような偶数倍の
周波数、例えば50Hz電源の場合に100Hz付近の
値の周波数に設定してしまうと、従来例の説明で述べた
ようにビート現象による電動機電流のリプルとパルスモ
ード切り換えによる電動機電流の飛び出しが重畳してし
まって電動機電流のピーク値の過大を招くことになる。
そこで、設定値C1〜C4はいずれも100Hzのよう
な交流電動機の電源周波数の偶数倍、あるいはその近辺
の値にならないように設定される。もっとも、この場
合、インバータ105のGTOサイリスタのゲートター
ンオフ時間の制限からもたらされる各パルスモードの最
大変調率リミット以下の値としておく必要がある。
【0022】したがって、例えば、図3に示すALとし
て、105Hz,90Hz,75Z,60Hzなどが設
定される。
【0023】このようにして設定された各パルスモード
切り換え周波数設定値C1〜C4との比較により選択決
定されたパルスモード切り換え周波数#NPは、PWM
変調部18、変調率演算部19に入力され、低速域から
中速域にかけての電動機トルク一定制御を行なう。
【0024】このようにして、交流電源の周波数の偶数
倍の脈動周波数とインバータ周波数とが近づいたときに
起こるビート現象の発生中にパルスモード切り換え周波
数3NPTが出力されることによって過電流検出に起き
る可能性を小さくできるのである。
【0025】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、パルス
モードを切り換えるインバータ周波数をパルスモード選
択回路によって交流電源周波数の偶数倍の近辺の周波数
にならないようにしているために、パルスモード切り換
え時の電動機電流の飛び出しとビート現象中の電動機電
流のリプルとの重畳を避けることができ、電動機電流の
過電流通電を防止することができる。また、VVVFイ
ンバータに使用するGTOサイリスタも最大遮断電流を
小さく抑えることができ、GTOサイリスタの小型化、
回路の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の回路ブロック図。
【図2】一般的な交流電気車制御装置の機能ブロック
図。
【図3】従来例の動作説明図。
【符号の説明】 1 誘導電動機 2 速度検出器 3 電動機回転数演算部 4 すべり周波数演算部 5 加算器 6 パルスモード切り換え部 7 パルスモード選択回路 8〜11 パルスモード切り換え周波数設定器 12〜16 比較器 17 パルスモード出力部 18 PWM変調器 19 変調率演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−119573(JP,A) 特開 昭63−302766(JP,A) 特開 昭63−117606(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60L 9/00 - 9/32 B60L 15/00 - 15/38 H02M 7/42 - 7/98 H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源からパンタグラフおよび変圧器
    を介して供給される交流電力を定電圧の直流電力に変換
    するコンバータと、このコンバータの出力側に接続され
    るコンデンサによって構成される直流回路と、この直流
    回路を介して入力され、前記コンバータによって変換さ
    れた直流電力を交流電力に変換する電圧形パルス幅変調
    (PWM)方式の可変電圧可変周波数(VVVF)イン
    バータと、このVVVFインバータによって変換された
    交流電力によって駆動される誘導電動機と、前記VVV
    Fインバータのパルス幅変調に用いる搬送波周波数をイ
    ンバータ出力周波数の整数倍とし、搬送波周波数とイン
    バータ出力周波数の比の切り換えをインバータ周波数条
    件に基づいて行なうパルスモード切り換え部とを備え、 前記パルスモード切り換え部が、前記搬送波周波数とイ
    ンバータ出力周波数の比の切り換えを行なうパルスモー
    ド切り換え周波数として、入力交流電源周波数の偶数倍
    の周波数以外の周波数に設定されて成ることを特徴とす
    る交流電気車制御装置。
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