JPH033601A - 電気車両用の電力変換装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、スイッチング素子をブリッジ接続してなる
コンバータの直流側に平滑用のコンデンサが接続され、
上記スイッチング素子をオン、オフ制御することにより
交流を直流に変換して電気車両を駆動する電気車両用の
電力変換装置に関するものである。

（従来の技術） 第３図はこの種の電力変換装置の主回路を示し、集電器
ＰＡＮより取込んだ交流電圧が主変圧器Ｔ１の一次側に
供給され、この主変圧器Ｔ１の二次側に誘起された交流
電圧が接触器に１と、接触器に２および抵抗器Ｒ１の直
列回路との並列接続回路を介して、ＰＷＭコンバータＣ
０ＮＶの直流側に供給される。ＰＷＭコンバータＣ０Ｎ
Ｖは、ダイオードが単相ブリッジ接続されると共に、高
周波スイッチング素子としてのＧＴＯサイリスクが逆並
列接続されており、その直流側に整流出力が得られ、こ
れが、平滑用のコンデンサＣ１によって滑らかな直流電
圧に変換される。次に、この直流電圧は、ＧＴＯサイリ
スタが三相ブリッジ接続され、各ＧＴＯサイリスクに環
流用ダイオードが並列接続されてなるＶＶＶＦインバー
タＩＮＶの直流側に加えられ、ここで、可変電圧、ｉＪ
変周波数の交流に変換されて誘導電動機ＩＭＩ。

１Ｍ２に供給される。

この第３図において、ＰＷＭコンバータＣ０ＮＶを構成
するＧＴＯサイリスクは一定の順序でオン、オフ制御さ
れ、主変圧器Ｔ１の二次側に流れる電流が正弦波状とな
り、かつ、電圧と電流の位相差が零となって力率が１と
なるように制御されるのが一般的である。

ところで、この電力変換装置においては、コンデンサＣ
１は単相交流電圧を整流した脈流を平滑するために容量
の大きなものが用いられる。従って、これを起動する際
、交流電源をＰＷＭコンバータＣ０ＮＶに直接接続する
と、ダイオードブリッジを通してコンデンサＣ１に大き
な突入電流が流れ、ＰＷＭコンバータＣ０ＮＶの入力過
電流を保護する図示省略の保護回路を不必要に動作させ
ることになる。

そこで、この突入電流を制限するために、接触器に２お
よび抵抗器Ｒ１の直列接続回路を設け、起動時には接触
器に２を先に投入することにより抵抗器Ｒ１を通してコ
ンデンサＣ１を充電し、続いて接触器に１を投入し、そ
の後にＧＴＯサイリスタの制御を開始する。

（発明が解決しようとする課題） 電気車両の場合、主回路は連続的に動作するわけではな
く、駅間での加速、制動に対応してＰＷＭコンバータＣ
０ＮＶを頻繁に起動、停止させなければならない。この
場合、電圧が低ドしたコンデンサＣ１の充電に時間を要
し、また、その度毎に接触器Ｋｌ、に２を動作させるこ
とになる。

しかして、この種の従来の電力変換装置にあっては、平
滑コンデンサの電圧低下に伴う起動遅れや、頻繁な動作
による接触器の短命化が問題となっていた。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、平滑コンデンサの電圧低下に伴う起動遅れをなくす
ると共に、接触器の機械的寿命を延長することのできる
電気車両用の電力変換装置を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、スイッチング素子をブリッジ接続してなる
コンバータの直流側に平滑用のコンデンサが接続され、
前記スイッチング素子をオン、オフ制御することにより
交流を直流に変換して電気車両を駆動するものにおいて
、前記コンバータの直流側電圧が所定値より低下したこ
とを検出する第１の検出手段と、前記車両の速度が設定
値より増大したことを検出する第２の検出手段と、これ
ら第１、第２の検出手段の出力、および前記コンバータ
の動作指令がないことを示す信号の論理積条件が成立し
たことを判定する論理回路と、この論理回路の出力によ
り前記コンバータを一定時間だけ動作させるタイマとを
備えたことを特徴とするものである。

（作　用） 上述した電力変換装置を構成するＰＷＭコンバータＣ０
ＮＶの出力電圧ＶＤＣは第２図（ａ）に示したように、
交流電圧のピーク値ＶＡＣＲＰより高くなっている。ま
た、コンデンサＣ１を含めた訂流回路のインピータンス
はかなり高いので、ＰＷＭコンバータＣ０ＮＶの制御を
止めてもコンデンサＣ１の電圧は短時間では低下せず、
比較的ゆっくりと低下する。

一方、ＰＷＭコンバータＣ０ＮＶ起動時のコンデンサＣ
１に対する突入電流は、直流電圧ＶＤＣが交流電圧のピ
ーク値ＶＡＣＲＰより低い時のみ生じ、高い時は生じな
い。従って、第２図（ｂ）に示すように直流電圧ＶＤＣ
が交流電圧のピーク値ＶＡＣＲＰより低くなりかかる毎
にＰＷＭコンバータＣ０ＮＶを一定時間動作させる手段
があればよいことになる。

本発明はこれに着目したもので、コンバータの直流側電
圧が所定値より低下したこと、車両の速度が設定値を超
えていること、およびコンバータの動作指令がないこと
をそれぞれ示す１５号の論理積条件が成立したときにコ
ンバータを一定時間だけ動作させるようにしたので、平
滑用コンデンサの電圧が所定値以上に保持されると共に
、接触器の動作回数が抑制され、これによって、起動遅
れの防止および接触器の延命化が図られる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図で、図中第３
図と同一の要素には同一の０号を付してその説明を省略
する。ここでは、電圧検出器ＰＴＩが主変圧器Ｔ１の二
次側電圧を検出して電圧信号ＶＡを、電流検出器ＣＴＩ
が主変圧器Ｔ１の二次側電流を検出して電流信号１１を
、電圧検出器ＰＴ２がＰＷＭコンバータＣ０ＮＶの出力
側電圧を検出して電圧信号ＶＤをそれぞれコンバータ制
御回路Ｃ０ＮＴに与え、このコンバータ制御回路Ｃ０Ｎ
Ｔは動作指令Ｐｓの存在を条件に接触器Ｋｌ、に２の各
励磁コイルを制御すると共に、ＰＷＭコンバータＣ０Ｎ
Ｖを構成するＣＴＯサイリスクを制御する。

また、交流電流のピーク値に相当する設定信号ＶＡＣＲ
Ａを一方入力、電圧検出器ＰＴ２の電圧信号ＶＤを他方
人力として、この両者を比較し、直流電圧が交流電圧の
ピーク値より低下したことを検出する増幅器ＡＭＰ　１
と、５　Ｋ　ｍ　／　ｈ　ｆｒｉ度の低速度に対応する
設定信号ＶＥＬ（’）を一方入力、図示省略の速度検出
器の実速度信号ＶＥＵＩを他方入力として、この両者を
比較し、車両の速度が設定速度以下に低下したことを検
出する増幅器ＡＭＰ２と、動作指令ＰＳのレベルを反転
させる否定回路ＮＯＴと、増幅器ＡＭＰＩの出力を第１
人力、否定回路ＮＯＴの出力を第２人力、増幅器ＡＭＰ
２の出力を第３人力とする論理積回路ＡＮＤと、この論
理積回路ＡＮＤの出力によって一定時間だけコンバータ
制御回路Ｃ０ＮＴに動作指令を与えるワンショットタイ
マＴとを備えている。

上記の如く構成された本実施例の動作を以下に説明する
。

先ず、コンバータ制御回路Ｃ０ＮＴは、動作指令ＰＳが
与えられたことを条件に、接触器Ｋｌ。

Ｋ２のコイルの電流を制御すると共に、ｐｗｈｉコンバ
ータＣ０ＮＶを構成するＧＴＯサイリスクのゲートに適
切な信号を与える。この場合、ＰＷＭコンバータＣ０Ｎ
Ｖの最初の起動時には車両の速度が零で増幅器ＡＭＰ２
の出力はｒＯＪであるので、論理積回路ＡＮＤの条件は
成立せず、ワンショットタイマＴが信号を出力しないた
め、先に述べた接触器Ｋｌ、に２および抵抗器Ｒ１によ
る充電回路が動作してＰＷＭコンバータＣ０ＮＶを起動
させる。

次に、ＰＷＭコンバータＣ０ＮＶが動作を中断すると、
コンデンサＣ１の電圧は低ドし始めるが、このとき車両
が惰行中で、しかも、速度がある値以上であれば、直流
電圧の検出信号ＶＤが交流電圧のピーク値に相当する設
定値ＶＡＣＲＰより低くなったところで論理積回路ＡＮ
Ｄの条件が成立し、ワンショットタイマＴから一定時間
だけ動作指令が出力される。この動作指令によりＰＷＭ
コンバータＣ０ＮＶは短期間だけ動作して直流電圧を再
び高い値にまでコンデンサＣ１を充電する。

なお、この場合、ＰＷＭコンバータＣ０ＮＶの短期間動
作は、いわゆる。無負荷運転に近い状態であるため、Ｐ
ＷＭコンバータＣ０ＮＶとして負担となることはない。

また、ＰＷＭコンバータＣ０ＮＶのＣ０ＮＶを短時間動
作は、速度が所定値を超えることを条件にしているので
、電気車の停止時にはコンデンサＣ１の電荷は放電され
、点検時の感電等を未然に防止することができる。

かくして、この実施例によれば、第２図の原理説明図に
従った制御が行われ、これによって、゛１０滑用コンデ
ンサの電圧が所定値以上に保持されると共に、接触器の
動作回数が抑制される。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、この発明によれば
、コンバータの直流側電圧が所定値より低下したことを
検出する一方、車両の速度が設定値より増大したことを
検出し、これらの検出信号、およびコンバータの動作指
令がないことを示す信号の論理積条件が成立したことを
判定してコンバータを一定時間だけ動作させるようにし
たので、平滑コンデンサの電圧低下に伴う起動遅れを防
止すると共に、接触器の機械的寿命を延長することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図（ａ
）　、　（ｂ）はこの発明の詳細な説明するためのタイ
ムチャート、第３図は従来の電気車両用の電力変換装置
を説明するためにその主回路を示した図である。 Ｃ０ＮＶ・・・ＰＷＭコンバータ、Ｃ１・・・コンデン
サ、ＰＴＩ、ＰＴ２・・・電圧検出器、Ｋｌ、に２・・
・接触器、Ｒ１・・・抵抗器、Ｃ０ＮＴ・・・コンバー
タ制御回路、ＡＭＰｌ、ＡＭＰ２・・・増幅器、ＮＯＴ
・・否定回路、ＡＮＤ・・・論理積回路、Ｔ・・・ワン
ショットタイマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スイッチング素子をブリッジ接続してなるコンバータの
   直流側に平滑用のコンデンサが接続され、前記スイッチ
   ング素子をオン、オフ制御することにより交流を直流に
   変換して電気車両を駆動するものにおいて、前記コンバ
   ータの直流側電圧が所定値より低下したことを検出する
   第１の検出手段と、前記車両の速度が設定値より増大し
   たことを検出する第２の検出手段と、これら第１、第２
   の検出手段の出力、および前記コンバータの動作指令が
   ないことを示す信号の論理積条件が成立したことを判定
   する論理回路と、この論理回路の出力により前記コンバ
   ータを一定時間だけ動作させるタイマとを備えたことを
   特徴とする電気車両用の電力変換装置。