JPH04334901A - 電気車の電源装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】この発明は、電気車の電源装置に
関する。

【０００３】

【従来の技術】従来一般に、電気車の電源装置は、図９
に示すように架線１からパンタグラフ２を介して電源の
供給を受けているため、同じき電区間を走る他の電気車
の影響を受け、また、自らの駆動のための主回路の影響
、さらには、架線１とパンタグラフ２との接触状態の影
響により、入力する電源の電圧が大きく、かつ急峻に変
動することがある。このため、電源装置３は、入力の変
動が生じた場合でも安定した電源電圧を出力するために
、非常に速い制御応答性が要求される。

【０００４】一方、電源装置３の負荷には、空調装置４
、電気車の制御に用いる空気を圧縮するコンプレッサ５
、車内の照明などに用いる蛍光灯６、さらには制御機器
７などがあるが、とくにコンプレッサ５の負荷は、数Ｈ
ｚの脈動があり、しかも、負荷容量が大きいために電源
装置３の出力電圧が、コンプレッサ５の負荷のために変
動し、リップルを重畳してしまうことが避けられない。 そして、このコンプレッサが重畳するリップルのために
、特に、蛍光灯６にちらつきが生じ、旅客サービスに支
障を来す問題点があった。

【０００５】さらに従来の電源装置の構成について説明
すると、図１０に示すように、出力電圧は、出力すべき
電圧を与える電圧指令器８から出力される電圧指令値９
と出力電圧１０との電圧偏差１１を、加算器１２を用い
て求める。そして、フィードバック制御部１３によって
、この電圧偏差１１がゼロになるように位相指令１４を
変換器１５に与え、変換器１５がこの位相指令に対応す
るＰＷＭ変調を行ない、これによってインバータ（図示
せず）のスイッチングタイミングを制御することにより
、出力電圧の制御を行なう。

【０００６】そこで、電源装置の入力電圧は、上述した
ように大きく、かつ急峻に変動するので、出力電圧を安
定に保つためにフィードバック制御部１３は十分に速い
応答ができるようにしなければならない。

【０００７】ところが、このように構成される制御系で
は、入力電圧の変動と負荷の過渡変動に対しては問題を
生じることのないように機能することができるが、コン
プレッサの負荷のように数Ｈｚの脈動に対しては、入力
電圧の変動と負荷の過渡変動に対しての制御特性の実現
のために、有効な応答を実現することができず、図２に
示すように、出力電圧波形３１にリップル周波数成分Ｌ
Ｅを重畳することが避けられなかった。

【０００８】そして、このようなリップル成分ＬＥが電
源装置の出力電圧に重畳されると、電源装置の出力側に
は負荷として蛍光灯も接続されているために、蛍光灯に
ちらつきが生じ、旅客サービスを低下させることになっ
ていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電気車の電源装置では、出力側にコンプレッサと共に蛍
光灯を接続しているような場合に、コンプレッサの駆動
によって生じる電圧のリップル成分により蛍光灯にちら
つきが生じ、旅客サービスを低下させる問題点があった
。

【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、架線より電源の供給を受ける電気車
において、必要な各種機器に電源を供給する電源装置の
出力電圧に、負荷の変動などの原因によってリップルが
重畳することによって同じ電源装置から電源の供給を受
ける蛍光灯に生じるちらつきを生じさせるといったこと
がなく、蛍光灯のちらつきを効果的に抑制することがで
きる電源装置を提供することを目的とする。

【００１１】［発明の構成］

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の電気車の電源
装置は、出力電圧を与える電圧指令手段と、電圧指令と
出力電圧との偏差を求める第一の加算手段と、出力電圧
を制御するためのフィードバック制御項を与えるフィー
ドバック制御手段と、出力電圧からちらつき項の周波数
分布を求めるちらつき視感度フィルタと、前記ちらつき
視感度フィルタの出力を積分してちらつき補正係数を演
算するちらつき補正係数演算手段と、ちらつき補正周波
数の正弦波信号を発生する正弦波発生手段と、前記正弦
波発生手段からの正弦波に対して前記ちらつき補正係数
演算手段の求めたちらつき補正係数を乗算してちらつき
補正項を求める乗算手段と、前記フィードバック制御手
段の与えるフィードバック制御項と前記乗算手段の与え
るちらつき補正項とを加算して位相指令を求める第二の
加算手段と、前記第二の加算手段の与える位相指令に基
づいて、入力電圧から出力電圧に変換する変換手段とを
備えたものである。

【００１３】

【作用】出力電圧に重畳される数Ｈｚ〜数十Ｈｚのリッ
プル成分により蛍光灯にちらつきが生じるのであるが、
このちらつきを感じる程度は旅客によって個人差があり
、必ずしもちらつきを感じるリップル周波数は一定して
いない。

【００１４】そこで、この発明の電気車の電源装置では
、正弦波の出力電圧に重畳するリップル成分の周波数と
、感じるちらつきの程度との関係を規格化したちらつき
視感度係数を利用し、出力電圧をちらつき視感度フィル
タに通してリップル成分の重み付きちらつき周波数分布
を求め、さらに、ちらつき補正係数演算手段により、こ
の周波数分布を積分して規格化し、ちらつき補正係数を
求める。

【００１５】一方、正弦波発生手段によりちらつき補正
周波数として、例えば２０Ｈｚの正弦波信号を発生し、
乗算手段によって、この正弦波信号に対して前記ちらつ
き補正係数演算手段で求めたちらつき補正係数を乗算す
ることによってちらつき補正項を求める。

【００１６】そして、このちらつき補正項をフィードバ
ック制御項と加算して位相指令を求め、変換手段におい
て、この位相指令に基づいて入力電圧を出力電圧に変換
し、リップル分を打ち消した正規の出力電圧を得る。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００１８】図１は、この発明の一実施例の回路構成を
示しており、２１は電源装置が出力すべき電圧指令２２
を与える電圧指令器、２３はこの電圧指令器２１からの
電圧指令２２と出力電圧フィードバック項２４との偏差
２５を求める加算器、２６はこの偏差２５をゼロとする
ようにフィードバック制御演算を行ない、フィードバッ
ク制御項２７を出力するフィードバック制御器である。

【００１９】また、２８はこのフィードバック制御項２
７を後述するちらつき補正項と加算し、位相指令２９を
出力する加算器、３０はこの位相指令２９に対応した出
力電圧３１を出力する変換器である。

【００２０】次に、ちらつき補正項演算回路について説
明すると、３２は出力電圧フィードバック項２４に含ま
れているリップル成分からちらつき周波数の重み付き周
波数分布３３を求めるちらつき視感度フィルタ、３４は
このちらつき周波数分布３３を積分して規格化し、ちら
つき補正係数３５を求めるちらつき補正項演算器である
。また、３６はちらつき補正周波数３７を出力するちら
つき補正周波数指令器であり、通常は２０Ｈｚ指令を出
力する。そして、３８はちらつき補正周波数指令３７に
基づく周波数の正弦波３９を出力する正弦波発生器、４
０は前記ちらつき補正係数演算器３４からのちらつき補
正係数３５と正弦波発生器３８からの正弦波とを乗算す
る乗算器であり、この出力がちらつき補正項４１として
フィードバック制御系の加算器２８に与えられ、フィー
ドバック制御項２７と加算され、位相指令２９として変
換器３０に与えられるようになっている。

【００２１】次に、上記の構成の電気車の電源装置の動
作について説明する。

【００２２】電圧指令器２１から電源電圧指令２２が入
力され、加算器２３においてフィードバック項２４との
偏差がとられ、この電圧偏差２５がフィードバック制御
器２６に入力され、ここで電圧偏差がゼロとなるように
フィードバック制御演算がなされ、フィードバック制御
項２７が出力される。そして、このフィードバック制御
項２７は加算器２８を介して位相指令２９として変換器
３０に入力され、変換器３０の電圧指令に応じた一定電
圧出力３１が出力されるように入力電圧を変換する。

【００２３】この入力電圧の変換において、出力電圧３
１にコンプレッサの負荷変動によりリップル成分が重畳
されるが、図２に示すようなリップル成分ＬＥの重畳さ
れた出力電圧３１は、ちらつき補正回路のちらつき視感
度フィルタ３２に入力され、図３に示すように周波数に
依存したちらつき視感度係数を持つちらつき視感度フィ
ルタ３１に通され、図４に示すようなちらつき項３３が
出力され、これが、ちらつき補正項演算器３４に入力さ
れる。

【００２４】ちらつき補正項演算器３４では、図４に示
すちらつき補正項曲線を積分し、周波数に関して規格化
することにより、図５に示すような所定のサンプリング
タイミングｔ１，ｔ２，…ごとにちらつき項の重心を求
め、そのちらつきを抑制するために必要なちらつき補正
係数３５を求めて出力する。

【００２５】一方、ちらつき補正周波数指令器３６は、
一般に旅客がちらつきをいちばん感じやすい周波数であ
る２０Ｈｚのちらつき補正周波数指令３７を出力し、正
弦波発生器３８は図６に示すような２０Ｈｚ周波数の正
弦波３９を出力する。

【００２６】乗算器４０では、前記ちらつき補正項演算
器３４からのちらつき補正係数３５と、この正弦波発生
器３９からの正弦波４０とを乗算し、図７に示すように
ちらつき補正項４１をフィードバック制御系の加算器２
８に出力する。

【００２７】そこで、加算器２８では、図８に示すよう
に、フィードバック制御項２７に対してちらつき補正項
４１を加算し、位相指令２９として変換器３０に与える
。

【００２８】変換器３０では、この位相指令２９に対応
して入力電圧を変換し、入力電圧の変動と負荷の過渡変
動に対しての制御安定性の実現、および出力電圧に重畳
する蛍光灯のちらつきを強く感じる数Ｈｚ〜数十Ｈｚの
周波数域のリップルの抑制を実現し、蛍光灯のちらつき
を防止する。

【００２９】なお、この発明は上記の実施例に限定され
ることはなく、ちらつき視感度フィルタは、ちらつき視
感度−正弦波周波数特性に一致していることが望ましい
が、負荷が限定されていて、その周波数特性が明らかな
場合には、視感度−正弦波周波数特性に必ずしも一致し
ていなくてもよい。そして、この場合には、特に減衰さ
せたい周波数に重みを付けてちらつき補正項を求める。 また、同時に、ちらつき補正周波数を、特に減衰させた
い周波数に合わせて設定することもできる。

【００３０】またさらに、ちらつき補正周波数は、実際
のリップルに合わせて、一定の値ではなく、ちらつき項
が最小となるように周波数を調整する方式としてもよく
、さらには、ちらつき補正項の位相を調整する方式とす
ることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、出力電
圧に重畳するコンプレッサの負荷のような数Ｈｚ〜数十
Ｈｚの脈動により蛍光灯にちらつきを生じさせるリップ
ルに対して、その周波数と感じるちらつきの程度を規格
化したちらつき視感度係数の関係に従って検出し、抑制
するようにしているので、コンプレッサの動作時にも出
力電圧にコンプレッサの負荷による数Ｈｚ〜数十Ｈｚの
リップルが重畳されることを防止し、蛍光灯のちらつき
発生を効果的に防止することができ、サービスの向上が
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】上記実施例の出力電圧の波形図。

【図３】上記実施例で用いるちらつき視感度フィルタ特
性図。

【図４】上記実施例で用いるちらつき視感度フィルタの
出力波形図。

【図５】上記実施例で用いるちらつき補正係数の説明図
。

【図６】上記実施例で用いる正弦波波形図。

【図７】上記実施例で用いるちらつき補正係数演算部の
出力波形図。

【図８】上記実施例で用いる変換器に対する位相指令波
形図。

【図９】一般的な電気車の電源回路図。

【図１０】従来例の回路ブロック図。

【符号の説明】

２１　　電圧指令器 ２３　　加算器 ２６　　フィードバック制御器 ２８　　加算器 ３０　　変換器 ３２　　ちらつき視感度フィルタ ３４　　ちらつき補正項演算器 ３６　　ちらつき補正周波数指令器 ３８　　正弦波発生器 ４０　　乗算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　出力電圧を与える電圧指令手段と、電
   圧指令と出力電圧との偏差を求める第一の加算手段と、
   出力電圧を制御するためのフィードバック制御項を与え
   るフィードバック制御手段と、出力電圧からちらつき項
   の周波数分布を求めるちらつき視感度フィルタと、前記
   ちらつき視感度フィルタの出力を積分してちらつき補正
   係数を演算するちらつき補正係数演算手段と、ちらつき
   補正周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生手段と、
   前記正弦波発生手段からの正弦波に対して前記ちらつき
   補正係数演算手段の求めたちらつき補正係数を乗算して
   ちらつき補正項を求める乗算手段と、前記フィードバッ
   ク制御手段の与えるフィードバック制御項と前記乗算手
   段の与えるちらつき補正項とを加算して位相指令を求め
   る第二の加算手段と、前記第二の加算手段の与える位相
   指令に基づいて、入力電圧から出力電圧に変換する変換
   手段とを備えて成る電気車の電源装置。