JP3227009B2 - 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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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
- B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
- B60L9/30—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from different kinds of power-supply lines
-
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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- B60L2200/26—Rail vehicles
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- Sustainable Energy (AREA)
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主回路にパルス幅変調
コンバータを用いた交流電気車の制御装置に係り、特
に、異周波交流電源に対応した交流電気車の制御装置に
関する。
コンバータを用いた交流電気車の制御装置に係り、特
に、異周波交流電源に対応した交流電気車の制御装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】パルス幅変調コンバータではなく、サイ
リスタ・ダイオード混合ブリッジを用いた交流電気車で
は、交流電源の周波数切替えに対して、制御用の同期電
源の切替えを行う例が、第27回鉄道におけるサイバネ
ティクス利用国内シンポジウム論文集・第189から1
93頁 309インバータ機関車の主回路・制御システ
ム(1990年11月)に示されている。
リスタ・ダイオード混合ブリッジを用いた交流電気車で
は、交流電源の周波数切替えに対して、制御用の同期電
源の切替えを行う例が、第27回鉄道におけるサイバネ
ティクス利用国内シンポジウム論文集・第189から1
93頁 309インバータ機関車の主回路・制御システ
ム(1990年11月)に示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】交流電気車の制御は、
交流電源との同期をとる必要があるが、検出する交流電
源電圧には、ノイズや高調波が含まれており、同期回路
が誤動作するため、通常はオットーフィルタと呼ばれる
バンドパス特性を有する同期電源フィルタを設けて、ノ
イズや高調波の低減と基本波位相の調節を行っている。
交流電源の周波数が変った場合、オットーフィルタの出
力である同期電源の位相が変化するため、異周波交流電
源に対応するためには、複数の同期電源フィルタを設け
て、周波数によってその出力を切替る必要があり、制御
装置の複雑化を招いていた。
交流電源との同期をとる必要があるが、検出する交流電
源電圧には、ノイズや高調波が含まれており、同期回路
が誤動作するため、通常はオットーフィルタと呼ばれる
バンドパス特性を有する同期電源フィルタを設けて、ノ
イズや高調波の低減と基本波位相の調節を行っている。
交流電源の周波数が変った場合、オットーフィルタの出
力である同期電源の位相が変化するため、異周波交流電
源に対応するためには、複数の同期電源フィルタを設け
て、周波数によってその出力を切替る必要があり、制御
装置の複雑化を招いていた。
【0004】本発明の目的は、一つの同期電源フィルタ
のみの簡単な構成の制御装置で、異周波交流電源に対応
することにある。
のみの簡単な構成の制御装置で、異周波交流電源に対応
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】パルス幅変調コンバータ
では、力率1制御を行うために、同期電源に同期した2
次電流指令を発生し、実際の2次電流がこれに追従する
ようにフィードバック制御を行っている。一つの同期電
源フィルタで対応しようとした場合、そのままでは同期
電源の位相の変化により、力率が1より低下してしま
う。そこで、2次電流パターンの同期電源に対する位相
を変化できるようにしておき、交流電源の周波数によっ
てその位相を調節する。
では、力率1制御を行うために、同期電源に同期した2
次電流指令を発生し、実際の2次電流がこれに追従する
ようにフィードバック制御を行っている。一つの同期電
源フィルタで対応しようとした場合、そのままでは同期
電源の位相の変化により、力率が1より低下してしま
う。そこで、2次電流パターンの同期電源に対する位相
を変化できるようにしておき、交流電源の周波数によっ
てその位相を調節する。
【0006】
【作用】2次電流パターンの発生は、ROMに正弦波デ
ータを書き込んでおき、同期電源フィルタの出力の電気
角に応じてROMのアドレス信号を発生し、逐次、ROM
のデータを読み出していき、読み出したデータに2次電
流の波高値指令を乗じることによって行っている。RO
Mのデータを読み出す際に、交流電源の周波数によって
変化する同期電源フィルタの位相特性を補償するよう
に、ROMのアドレス信号にオフセットをつければ、同
期電源フィルタの入出力信号の位相が変化しても、交流
電源と同相の2次電流パターンを発生することができ
る。
ータを書き込んでおき、同期電源フィルタの出力の電気
角に応じてROMのアドレス信号を発生し、逐次、ROM
のデータを読み出していき、読み出したデータに2次電
流の波高値指令を乗じることによって行っている。RO
Mのデータを読み出す際に、交流電源の周波数によって
変化する同期電源フィルタの位相特性を補償するよう
に、ROMのアドレス信号にオフセットをつければ、同
期電源フィルタの入出力信号の位相が変化しても、交流
電源と同相の2次電流パターンを発生することができ
る。
【0007】また、他の方法として、ROMのデータ自
体を周波数に応じて位相をずらしておけば、アドレス信
号にオフセットをつけたりすることなしに、同様の機能
をより容易に実現できる。
体を周波数に応じて位相をずらしておけば、アドレス信
号にオフセットをつけたりすることなしに、同様の機能
をより容易に実現できる。
【0008】
【実施例】本発明の一実施例を図1〜図3より説明す
る。
る。
【0009】変電所の交流電源1から、遮断器2を介し
て架線3に給電された交流電力は、パンタグラフ4によ
り電気車に受電される。この交流電力は、遮断器5を介
して変圧器6,変圧器の漏れインダクタンスを利用した
リアクトル61を介して自己消弧素子等によって構成さ
れたパルス幅変調コンバータ本体7へ供給され、このパ
ルス幅変調インバータ7により直流電力に変換されると
ともに平滑コンデンサ8で平滑化されて、パルス幅変調
インバータ9に供給される。パルス幅変調インバータ9
によって交流電動機10が駆動される。
て架線3に給電された交流電力は、パンタグラフ4によ
り電気車に受電される。この交流電力は、遮断器5を介
して変圧器6,変圧器の漏れインダクタンスを利用した
リアクトル61を介して自己消弧素子等によって構成さ
れたパルス幅変調コンバータ本体7へ供給され、このパ
ルス幅変調インバータ7により直流電力に変換されると
ともに平滑コンデンサ8で平滑化されて、パルス幅変調
インバータ9に供給される。パルス幅変調インバータ9
によって交流電動機10が駆動される。
【0010】日本では、50Hzと60Hzの2種類の
周波数が用いられているので、電気車が走行する線区に
よっては、架線3に給電している変電所が変る際に、周
波数が切替ることがある。
周波数が用いられているので、電気車が走行する線区に
よっては、架線3に給電している変電所が変る際に、周
波数が切替ることがある。
【0011】パルス幅変調コンバータ本体7は、力行運
転時には、交流から直流への変換(順変換)動作を行
い、回生運転時には、直流から交流への変換(逆変換)
動作を行う。両動作中、パルス幅変調コンバータ本体7
は、平滑コンデンサ8の両端電圧である直流電圧Vdを
一定値に保つとともに交流電源電圧Esと変圧器6の2
次電流Isとの位相差φで決まる力率cosφ が1となる
ように、パルス幅変調制御により発生するコンバータ入
力電圧Vcを制御している。
転時には、交流から直流への変換(順変換)動作を行
い、回生運転時には、直流から交流への変換(逆変換)
動作を行う。両動作中、パルス幅変調コンバータ本体7
は、平滑コンデンサ8の両端電圧である直流電圧Vdを
一定値に保つとともに交流電源電圧Esと変圧器6の2
次電流Isとの位相差φで決まる力率cosφ が1となる
ように、パルス幅変調制御により発生するコンバータ入
力電圧Vcを制御している。
【0012】変圧器6の1次電圧Epは、電圧検出器1
1で検出され、同期電源フィルタ14によって電源に含
まれるノイズや高調波を除去した上で、ゼロクロス検出
器15によって1次電圧EpのゼロクロスパルスZXP
を得る。但し、同期電源フィルタ14の出力SYCは、
交流電源1の周波数によって、交流電源1とは位相が異
なってしまう。例えば、交流電源1の周波数が50Hz
のときに交流電源1と同期電源フィルタ14の出力SY
Cの位相が一致するように、同期電源フィルタ14の特
性を設定した場合の代表的な同期電源フィルタ14の周
波数特性を図4に示す。交流電源1の周波数が60Hz
になると、同期電源フィルタ14の出力SYCの位相
は、交流電源1に対して約12度の遅れ位相となってし
まう。
1で検出され、同期電源フィルタ14によって電源に含
まれるノイズや高調波を除去した上で、ゼロクロス検出
器15によって1次電圧EpのゼロクロスパルスZXP
を得る。但し、同期電源フィルタ14の出力SYCは、
交流電源1の周波数によって、交流電源1とは位相が異
なってしまう。例えば、交流電源1の周波数が50Hz
のときに交流電源1と同期電源フィルタ14の出力SY
Cの位相が一致するように、同期電源フィルタ14の特
性を設定した場合の代表的な同期電源フィルタ14の周
波数特性を図4に示す。交流電源1の周波数が60Hz
になると、同期電源フィルタ14の出力SYCの位相
は、交流電源1に対して約12度の遅れ位相となってし
まう。
【0013】ゼロクロス検出器15の出力の周波数を周
波数検出器17によって検出する。検出した周波数が5
0Hzか60Hzかによって、周波数切替器18は、加
算器19への位相オフセット信号PHS,正弦波ROM
20への周波数切替信号FSSを出力する。
波数検出器17によって検出する。検出した周波数が5
0Hzか60Hzかによって、周波数切替器18は、加
算器19への位相オフセット信号PHS,正弦波ROM
20への周波数切替信号FSSを出力する。
【0014】クロックパルスCPをカウントし、ゼロク
ロス検出器15の出力によってリセットされる16の出
力ADCは、SYCの電気角を示す。SYCと、周波数
切替器18からの位相オフセット信号PHSを、加算器
19で加算した信号により正弦波ROM20のアドレス
ADRを発生する。アドレスADRは1次電圧Epの電
気角に相当するので、その電気角に応じた単位正弦波デ
ータを正弦波ROM20に書き込んでおけば、1次電圧E
pに同期した単位正弦波を出力データとして得ることが
できる。なお、50Hzと60Hzの2種類の交流電源
に対応する場合には、正弦波ROM20には、やはり5
0Hzと60Hzの2種類のデータを書き込んでおき、
周波数切替信号FSSによってデータを切替る必要があ
る。これは、例えば、周波数切替信号FSSをアドレス
信号の一つに接続し、記憶領域を切替ることによって実
現できる。この正弦波ROM20の出力データSINを
D/Aコンバータ21に入力してアナログ信号に変換す
る。但し、制御装置をディジタル制御とした場合、ディ
ジタルデータをそのまま扱うことができるので、D/A
コンバータ21は不要である。
ロス検出器15の出力によってリセットされる16の出
力ADCは、SYCの電気角を示す。SYCと、周波数
切替器18からの位相オフセット信号PHSを、加算器
19で加算した信号により正弦波ROM20のアドレス
ADRを発生する。アドレスADRは1次電圧Epの電
気角に相当するので、その電気角に応じた単位正弦波デ
ータを正弦波ROM20に書き込んでおけば、1次電圧E
pに同期した単位正弦波を出力データとして得ることが
できる。なお、50Hzと60Hzの2種類の交流電源
に対応する場合には、正弦波ROM20には、やはり5
0Hzと60Hzの2種類のデータを書き込んでおき、
周波数切替信号FSSによってデータを切替る必要があ
る。これは、例えば、周波数切替信号FSSをアドレス
信号の一つに接続し、記憶領域を切替ることによって実
現できる。この正弦波ROM20の出力データSINを
D/Aコンバータ21に入力してアナログ信号に変換す
る。但し、制御装置をディジタル制御とした場合、ディ
ジタルデータをそのまま扱うことができるので、D/A
コンバータ21は不要である。
【0015】主要制御機能の一つである直流電圧制御に
ついては、直流電圧パターンVdpと検出した直流電圧
Vdとを加算器22で比較し、その偏差をAVR(電圧
調節器)23に入力する。AVR23の出力である2次
電流波高値指令Ismと、D/Aコンバータ21の出力
信号を乗算器24で乗算し、正弦波である2次電流パタ
ーンIspを発生する。もし、直流電圧パターンVdp
より直流電圧Vdのほうが小さければ、AVR23は2
次電流パターンIspを増加するように作用し、コンバ
ータ出力を増すことにより、Vdを増加させてVdpと
一致するように制御する。逆に、VdpよりVdの方が
大きければ、AVR23はIspを減少させてVdを低
下させる。
ついては、直流電圧パターンVdpと検出した直流電圧
Vdとを加算器22で比較し、その偏差をAVR(電圧
調節器)23に入力する。AVR23の出力である2次
電流波高値指令Ismと、D/Aコンバータ21の出力
信号を乗算器24で乗算し、正弦波である2次電流パタ
ーンIspを発生する。もし、直流電圧パターンVdp
より直流電圧Vdのほうが小さければ、AVR23は2
次電流パターンIspを増加するように作用し、コンバ
ータ出力を増すことにより、Vdを増加させてVdpと
一致するように制御する。逆に、VdpよりVdの方が
大きければ、AVR23はIspを減少させてVdを低
下させる。
【0016】次に2次電流の制御について述べる。乗算
器24の出力である2次電流パターンIspと変流器1
3で検出した2次電流Isを加算器25で比較し、偏差
をACR(電流調節器)26に入力する。ACR26
は、IsがIspに一致するように、PWM(パルス幅
変調)制御部27への指令を制御する。すなわち、Is
pよりIsの方が小さければ、コンバータ入力電圧Vc
を零電圧とするか、あるいは2次電圧Esと逆極性の電
圧を発生するようにして、2次電圧Esから流入する電
流Isを増加するように作用する。逆に、IspよりI
sの方が大きい場合は、Esより大きい電圧をVcとし
て発生させ、Isを減少するように作用する。このよう
にして、2次電流Isが2次電流パターンIspに一致
するように制御が行われる。
器24の出力である2次電流パターンIspと変流器1
3で検出した2次電流Isを加算器25で比較し、偏差
をACR(電流調節器)26に入力する。ACR26
は、IsがIspに一致するように、PWM(パルス幅
変調)制御部27への指令を制御する。すなわち、Is
pよりIsの方が小さければ、コンバータ入力電圧Vc
を零電圧とするか、あるいは2次電圧Esと逆極性の電
圧を発生するようにして、2次電圧Esから流入する電
流Isを増加するように作用する。逆に、IspよりI
sの方が大きい場合は、Esより大きい電圧をVcとし
て発生させ、Isを減少するように作用する。このよう
にして、2次電流Isが2次電流パターンIspに一致
するように制御が行われる。
【0017】PWM制御部27は、ACR26からの信
号により、所定の電圧がコンバータ入力側にVcとして
発生するように、コンバータ本体7の自己消弧素子にゲ
ートパルスを与えて、自己消弧素子をオン/オフさせ
る。
号により、所定の電圧がコンバータ入力側にVcとして
発生するように、コンバータ本体7の自己消弧素子にゲ
ートパルスを与えて、自己消弧素子をオン/オフさせ
る。
【0018】ここで、同期電源フィルタの特性を周波数
が50Hzのときに入出力の位相差が0度となるように
した場合、交流電源1の周波数が50Hzであれば、1
次電圧のゼロクロスと同時にゼロクロス検出器15から
出力が出力され、カウンタ16をリセットするので、周
波数切替器18出力である位相オフセット信号PHSを0
としておけば、2次電流パターンIspは位相は1次電
圧Epと同期し、力率1での運転がなされる。もちろ
ん、周波数切替信号FSSは、正弦波ROM16が50H
zの単位正弦波を発生するようにしておく。
が50Hzのときに入出力の位相差が0度となるように
した場合、交流電源1の周波数が50Hzであれば、1
次電圧のゼロクロスと同時にゼロクロス検出器15から
出力が出力され、カウンタ16をリセットするので、周
波数切替器18出力である位相オフセット信号PHSを0
としておけば、2次電流パターンIspは位相は1次電
圧Epと同期し、力率1での運転がなされる。もちろ
ん、周波数切替信号FSSは、正弦波ROM16が50H
zの単位正弦波を発生するようにしておく。
【0019】また、交流電源1の周波数が60Hzにな
った場合は、同期電源フィルタ14の出力SYCは、1
次電圧Epに対して、約12度の遅れ位相となる。周波
数検出器17が、60Hzであることを検出した場合
は、周波数切替器18が位相オフセット信号PHSを、
加算器19の出力がカウンタ16の出力ADCに対し
て、12度の進み位相となるようなPHSデータを出力
するように指令する。
った場合は、同期電源フィルタ14の出力SYCは、1
次電圧Epに対して、約12度の遅れ位相となる。周波
数検出器17が、60Hzであることを検出した場合
は、周波数切替器18が位相オフセット信号PHSを、
加算器19の出力がカウンタ16の出力ADCに対し
て、12度の進み位相となるようなPHSデータを出力
するように指令する。
【0020】これにより、同期電源フィルタ14の出力
SYCが1次電圧Epと位相が異なっていても、正弦波
ROM20の出力SINの位相を1次電圧Epの位相に
一致させることができ、従って力率1での省エネルギ運
転が可能となる。
SYCが1次電圧Epと位相が異なっていても、正弦波
ROM20の出力SINの位相を1次電圧Epの位相に
一致させることができ、従って力率1での省エネルギ運
転が可能となる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、同期電源フィルタを複
数設けて、それらを切替えたりする必要がなく、簡単な
構成で異周波数に対応した交流電気車の制御装置を提供
することができる。
数設けて、それらを切替えたりする必要がなく、簡単な
構成で異周波数に対応した交流電気車の制御装置を提供
することができる。
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図。
【図2】図1の動作説明図。
【図3】図1の動作説明図。
【図4】代表的な同期電源フィルタの周波数の特性図。
11…変圧器、14…同期電源フィルタ、15…ゼロク
ロス検出器、16…カウンタ、17…周波数検出器、1
8…周波数切替器、20…正弦波ROM。
ロス検出器、16…カウンタ、17…周波数検出器、1
8…周波数切替器、20…正弦波ROM。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−155402(JP,A) 特開 昭63−56101(JP,A) 特開 平1−259702(JP,A) 特開 平6−169501(JP,A) 特開 平6−197402(JP,A) 特開 平4−117103(JP,A) 実開 平3−63097(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60L 9/30 B60L 9/24 H02M 7/155 H02M 7/48
Claims (1)
- 【請求項1】交流電源が50Hzと60Hzの2種類の
区間を走行する交流電気車であって、交流電源に1次巻
線が接続された変圧器の2次巻線に交流側が接続され、
該交流側2次巻線に流れる2次電流の検出値(Is)と
その指令(2次電流指令(Isp))との偏差に基づい
て制御されるパルス幅変調コンバータと、該パルス幅変
調コンバータの直流側が接続され、交流側が前記交流電
気車を駆動する交流電動機に接続されたパルス幅変調イ
ンバータとにより構成された交流電気車の制御装置にお
いて、前記交流電源電圧の50Hzと60Hz成分を通過さ
せ、50Hzと60Hzのうちいずれか一方の周波数の
前記交流電源電圧位相に一致する交流電圧信号を出力す
るように定数設定されている一つの同期電源フィルタ
と、正弦波データを書込まれ、アドレス信号を加えられ
ると正弦波信号を発生するROMと、前記同期電源フィ
ルタが定数設定されている周波数の交流電圧信号の電気
角(位相)で前記ROMにアドレス信号を与えるカウン
タと、前記同期電源フィルタが出力する交流電圧信号の
ゼロクロス周期時間により走行区間における前記交流電
源の周波数を検知する周波数検出手段と、前記ROMが
発生する正弦波信号の周波数を前記周波数検出手段で検
知した周波数に切替えると共に、前記同期電源フィルタ
が定数設定されていない他方の周波数の前記交流電源電
圧のときに位相オフセット信号を前記ROMにアドレス
信号として与えて位相補償を行う周波数切替手段とを備
え、前記交流電源電圧の 周波数が50Hzか60Hzか
どうかに応じて前記2次電流指令(Isp)の位相およ
び周波数を変えるようにし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 |
---|---|---|---|
JP05834293A JP3227009B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 交流電気車の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05834293A JP3227009B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 交流電気車の制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06276613A JPH06276613A (ja) | 1994-09-30 |
JP3227009B2 true JP3227009B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=13081653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05834293A Expired - Fee Related JP3227009B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 交流電気車の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3227009B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016074880A1 (de) * | 2014-11-12 | 2016-05-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Schienenfahrzeug mit einer netzspannungserfassungseinheit |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013042592A (ja) * | 2011-08-15 | 2013-02-28 | Toshiba Corp | 車両駆動制御装置 |
BR112015011414A2 (pt) | 2012-12-28 | 2017-07-11 | Mitsubishi Electric Corp | dispositivo e método de conversão de energia |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP05834293A patent/JP3227009B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016074880A1 (de) * | 2014-11-12 | 2016-05-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Schienenfahrzeug mit einer netzspannungserfassungseinheit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06276613A (ja) | 1994-09-30 |
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