JPH0919161A - 交流電気車駆動用電力変換装置 - Google Patents
交流電気車駆動用電力変換装置Info
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- JPH0919161A JPH0919161A JP7163306A JP16330695A JPH0919161A JP H0919161 A JPH0919161 A JP H0919161A JP 7163306 A JP7163306 A JP 7163306A JP 16330695 A JP16330695 A JP 16330695A JP H0919161 A JPH0919161 A JP H0919161A
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- Japan
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- main transformer
- converter
- level pwm
- electric vehicle
- power converter
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- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】主変圧器２の２次巻線２−２の端子間に、３レ
ベルＰＷＭコンバータ４のスイッチ周波数の２の整数倍
の共振周波数をもったＬＣフィルタ２１，２２，２３を
複数個設置する。 【効果】３レベルＰＷＭコンバータには、スイッチング
周波数の２の整数倍の高調波が存在する。主変圧器２の
２次巻線２−２の端子間に、共振周波数を前記高調波の
周波数と同じくしたＬＣフィルタを複数個設置すること
で、高調波電流を吸収し、架線への流出を抑制する。
ベルＰＷＭコンバータ４のスイッチ周波数の２の整数倍
の共振周波数をもったＬＣフィルタ２１，２２，２３を
複数個設置する。 【効果】３レベルＰＷＭコンバータには、スイッチング
周波数の２の整数倍の高調波が存在する。主変圧器２の
２次巻線２−２の端子間に、共振周波数を前記高調波の
周波数と同じくしたＬＣフィルタを複数個設置すること
で、高調波電流を吸収し、架線への流出を抑制する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３レベルＰＷＭコンバ
ータ・インバータ装置を用いた交流電気車駆動用電力変
換装置に関する。
ータ・インバータ装置を用いた交流電気車駆動用電力変
換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体スイッチング素子を用いた
交流電気車両用電力変換装置は、サイリスタブリッジに
よる位相制御が主流であった。位相制御を用いたときに
架線に流出する高調波電流をシミュレーションにより求
めた結果を図２に示す。電源周波数の奇数倍の周波数の
高調波電流が、高調波の次数が高くなるほど減少しなが
ら、２０次〜３０次付近まで存在する。この高調波電流
は架線に近接する通信線に雑音等を及ぼしたり、車両の
帰線電流がレールに流れることにより信号軌道回路の誤
動作を招くと行った誘導障害を及ぼす。この対策とし
て、共振周波数を電源周波数の奇数倍としたＬＣフィル
タが地上の変電所の送り出し側や、車上の主変圧器の２
次巻線間に設けられてきた。第３調波吸収用フィルタを
地上に設置して例として、川添雄司著「交流電気車両要
覧」（昭４６−１２−１，株式会社電気車研究会発行，
１８５ページ）に紹介されており、また第５，第７調波
吸収用フィルタの例は、「電気車の科学 昭４３−１２
月号」（株式会社電気車研究会発行，１６〜１７ペー
ジ）に国鉄（当時）７１１系交流電車の主回路として紹
介されている。
交流電気車両用電力変換装置は、サイリスタブリッジに
よる位相制御が主流であった。位相制御を用いたときに
架線に流出する高調波電流をシミュレーションにより求
めた結果を図２に示す。電源周波数の奇数倍の周波数の
高調波電流が、高調波の次数が高くなるほど減少しなが
ら、２０次〜３０次付近まで存在する。この高調波電流
は架線に近接する通信線に雑音等を及ぼしたり、車両の
帰線電流がレールに流れることにより信号軌道回路の誤
動作を招くと行った誘導障害を及ぼす。この対策とし
て、共振周波数を電源周波数の奇数倍としたＬＣフィル
タが地上の変電所の送り出し側や、車上の主変圧器の２
次巻線間に設けられてきた。第３調波吸収用フィルタを
地上に設置して例として、川添雄司著「交流電気車両要
覧」（昭４６−１２−１，株式会社電気車研究会発行，
１８５ページ）に紹介されており、また第５，第７調波
吸収用フィルタの例は、「電気車の科学 昭４３−１２
月号」（株式会社電気車研究会発行，１６〜１７ペー
ジ）に国鉄（当時）７１１系交流電車の主回路として紹
介されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】交流電気車用電力変換
装置は、その後の電力用半導体素子の進歩により、現在
では半導体素子にＩＧＢＴを用いた３レベルＰＷＭコン
バータ・インバータ装置が開発されている。このときの
架線に流出する高調波電流の成分は、従来の位相制御に
よるものとは、異なったものとなる。
装置は、その後の電力用半導体素子の進歩により、現在
では半導体素子にＩＧＢＴを用いた３レベルＰＷＭコン
バータ・インバータ装置が開発されている。このときの
架線に流出する高調波電流の成分は、従来の位相制御に
よるものとは、異なったものとなる。
【０００４】図３に単相ＰＷＭ出力電圧のスペクトラム
を示す。
を示す。
【０００５】ここで、３レベルＰＷＭコンバータ・イン
バータ装置から架線へ流出する高調波のスペクトラムを
考えると、３レベルのＰＷＭ制御は見掛け上スイッチン
グ周波数が２倍になるので、ωｓが２倍になったことに
なり、スペクトラムにはスイッチング周波数の２の整数
倍とその側帯波が存在する。また、２台のＰＷＭ制御装
置の搬送波に１８０゜の位相差を持たせて運転すれば、
同じくスイッチング周波数が見掛け上２倍になる。
バータ装置から架線へ流出する高調波のスペクトラムを
考えると、３レベルのＰＷＭ制御は見掛け上スイッチン
グ周波数が２倍になるので、ωｓが２倍になったことに
なり、スペクトラムにはスイッチング周波数の２の整数
倍とその側帯波が存在する。また、２台のＰＷＭ制御装
置の搬送波に１８０゜の位相差を持たせて運転すれば、
同じくスイッチング周波数が見掛け上２倍になる。
【０００６】図４に２台のコンバータの搬送波に１８０
゜の位相差を持たせて、３レベルＰＷＭコンバータ・イ
ンバータ装置を運転したときの、電源側高調波電流スペ
クトラムのシミュレーション結果を示す。３レベルであ
ることと、２台のコンバータの搬送波に１８０゜の位相
差を持たせたことにより、コンバータのスイッチング周
波数１３５０Ｈｚに対して、４の整数倍とその側帯波の
高調波分が存在していることが分かる。
゜の位相差を持たせて、３レベルＰＷＭコンバータ・イ
ンバータ装置を運転したときの、電源側高調波電流スペ
クトラムのシミュレーション結果を示す。３レベルであ
ることと、２台のコンバータの搬送波に１８０゜の位相
差を持たせたことにより、コンバータのスイッチング周
波数１３５０Ｈｚに対して、４の整数倍とその側帯波の
高調波分が存在していることが分かる。
【０００７】従来からの位相制御の高調波スペクトラム
と比較すると、電源周波数５０Ｈｚに対する高調波成分
は大幅に減収するものの、従来にはない数ｋＨｚから数
十ｋＨｚの周波数成分が局部的に存在し、これらが新た
な誘導障害を及ぼす原因となることが考えられる。
と比較すると、電源周波数５０Ｈｚに対する高調波成分
は大幅に減収するものの、従来にはない数ｋＨｚから数
十ｋＨｚの周波数成分が局部的に存在し、これらが新た
な誘導障害を及ぼす原因となることが考えられる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、主変圧器２次側巻線の端子間にコンバー
タのスイッチング周波数の整数倍の共振周波数を持った
ＬＣフィルタを複数個接続し、架線に流出する高調波電
流を抑制する機能を持つ、交流電気車用電力変換装置を
提供する。
の手段として、主変圧器２次側巻線の端子間にコンバー
タのスイッチング周波数の整数倍の共振周波数を持った
ＬＣフィルタを複数個接続し、架線に流出する高調波電
流を抑制する機能を持つ、交流電気車用電力変換装置を
提供する。
【０００９】
【作用】図１は、本発明の交流電気車用電力変換装置を
示すものである。
示すものである。
【００１０】パンタグラフ１から取り込まれた架線電流
は、主変圧器２の１次巻線２−１に接続され、車輪３よ
り帰線電流としてレールを流れて変電所へ戻る。主変圧
器２の２次巻線２−２には３レベルＰＷＭコンバータ４
が接続され、交流から直流に変換される。３レベルＰＷ
Ｍコンバータの直流側出力にはフィルタコンデンサ５，
６を介して３レベルＰＷＭインバータ７に接続され、３
レベルＰＷＭインバータ７でＶＶＶＦ制御された交流出
力は３相誘導電動機８へ接続され車両を駆動する。
は、主変圧器２の１次巻線２−１に接続され、車輪３よ
り帰線電流としてレールを流れて変電所へ戻る。主変圧
器２の２次巻線２−２には３レベルＰＷＭコンバータ４
が接続され、交流から直流に変換される。３レベルＰＷ
Ｍコンバータの直流側出力にはフィルタコンデンサ５，
６を介して３レベルＰＷＭインバータ７に接続され、３
レベルＰＷＭインバータ７でＶＶＶＦ制御された交流出
力は３相誘導電動機８へ接続され車両を駆動する。
【００１１】主変圧器２の２次巻線２−１の端子間には
本発明で提案するＬＣフィルタ２１，２２，２３が接続
されている。
本発明で提案するＬＣフィルタ２１，２２，２３が接続
されている。
【００１２】図１は３レベルＰＷＭコンバータ・インバ
ータ装置１台の構成であるから、架線へ流出する高調波
電流としては、３レベルＰＷＭコンバータ４のスイッチ
ング周波数の２の整数倍が顕著に現われる。
ータ装置１台の構成であるから、架線へ流出する高調波
電流としては、３レベルＰＷＭコンバータ４のスイッチ
ング周波数の２の整数倍が顕著に現われる。
【００１３】この高調波は、次数が高くなるほど振幅は
減少するので、ＬＣフィルタの２１，２２，２３の共振
周波数は、３レベルＰＷＭコンバータ４のスイッチング
周波数の、２倍，４倍，６倍とする。従って、３レベル
ＰＷＭコンバータ４のスイッチング周波数を１３５０Ｈ
ｚとすれば、ＬＣフィルタの共振周波数は、ＬＣフィル
タ２１は１３５０×２＝２７００Ｈｚ、ＬＣフィルタ２
２は１３５０×４＝５４００Ｈｚ、ＬＣフィルタ２３は
１３５０×６＝８１００Ｈｚとなる。
減少するので、ＬＣフィルタの２１，２２，２３の共振
周波数は、３レベルＰＷＭコンバータ４のスイッチング
周波数の、２倍，４倍，６倍とする。従って、３レベル
ＰＷＭコンバータ４のスイッチング周波数を１３５０Ｈ
ｚとすれば、ＬＣフィルタの共振周波数は、ＬＣフィル
タ２１は１３５０×２＝２７００Ｈｚ、ＬＣフィルタ２
２は１３５０×４＝５４００Ｈｚ、ＬＣフィルタ２３は
１３５０×６＝８１００Ｈｚとなる。
【００１４】
【実施例】図５は本発明を３レベルＰＷＭコンバータ・
インバータ装置２台で構成する交流電気車に適用した例
である。
インバータ装置２台で構成する交流電気車に適用した例
である。
【００１５】主変圧器１１は２組の２次巻線２−２を有
し、それぞれに３レベルＰＷＭコンバータ４，フィルタ
コンデンサ５，６、３レベルＰＷＭインバータ７、およ
び３相誘導電動機８が接続されている。
し、それぞれに３レベルＰＷＭコンバータ４，フィルタ
コンデンサ５，６、３レベルＰＷＭインバータ７、およ
び３相誘導電動機８が接続されている。
【００１６】ここで、２台の３レベルＰＷＭコンバータ
４の搬送波の位相差を１８０゜ずらして運転すれば、架
線に流出する高調波電流は３レベルＰＷＭコンバータ４
のスイッチング周波数の４の整数倍である。従って、３
レベルＰＷＭコンバータ４のスイッチング周波数を１３
５０Ｈｚとすれば、ＬＣフィルタの共振周波数は、ＬＣ
フィルタ２１は１３５０×４＝５４００Ｈｚ、ＬＣフィ
ルタ２２は１３５０×８＝１０８００Ｈｚ、ＬＣフィル
タ２３は１３５０×１２＝１５８４０Ｈｚとなる。
４の搬送波の位相差を１８０゜ずらして運転すれば、架
線に流出する高調波電流は３レベルＰＷＭコンバータ４
のスイッチング周波数の４の整数倍である。従って、３
レベルＰＷＭコンバータ４のスイッチング周波数を１３
５０Ｈｚとすれば、ＬＣフィルタの共振周波数は、ＬＣ
フィルタ２１は１３５０×４＝５４００Ｈｚ、ＬＣフィ
ルタ２２は１３５０×８＝１０８００Ｈｚ、ＬＣフィル
タ２３は１３５０×１２＝１５８４０Ｈｚとなる。
【００１７】
【発明の効果】本発明により、３レベルＰＷＭコンバー
タ・インバータ装置の高調波電流の架線への流出を抑制
でき、近接する通信線や信号軌道回路へ与える誘導障害
の少ない、交流電気車用電力変換装置を提供することが
可能である。
タ・インバータ装置の高調波電流の架線への流出を抑制
でき、近接する通信線や信号軌道回路へ与える誘導障害
の少ない、交流電気車用電力変換装置を提供することが
可能である。
【図１】本発明の一実施例の説明図。
【図２】位相制御の高調波スペクトラムの説明図。
【図３】ＰＷＭ制御の高調波スペクトラムの説明図。
【図４】ＰＷＭ制御の高調波スペクトラムの説明図。
【図５】本発明の第二実施例の説明図。
１…パンタグラフ、２，１１…主変圧器、２−１…主変
圧器１次巻線、２−２…主変圧器２次巻線、３…車輪、
４…３レベルＰＷＭコンバータ、５，６…フィルタコン
デンサ、７…３レベルＰＷＭインバータ、８…３相誘導
電動機、２１，２２，２３，３１，３２，３３…ＬＣフ
ィルタ。
圧器１次巻線、２−２…主変圧器２次巻線、３…車輪、
４…３レベルＰＷＭコンバータ、５，６…フィルタコン
デンサ、７…３レベルＰＷＭインバータ、８…３相誘導
電動機、２１，２２，２３，３１，３２，３３…ＬＣフ
ィルタ。
Claims (2)
- 【請求項１】交流架線から主変圧器の１次巻線へ給電
し、前記主変圧器が１組の２次巻線を有するものであっ
て、前記主変圧器の２次巻線に１組の３レベルＰＷＭコ
ンバータ・インバータ装置が接続され、前記３レベルＰ
ＷＭコンバータがスイッチング周波数で動作する交流電
気車駆動用電力変換装置において、 前記主変圧器の２次巻線の端子間に、架線へ流出する高
調波電流の抑制のために、共振周波数を前記スイッチン
グ周波数の２つの整数倍としたＬＣフィルタを並列に複
数個接続することを特徴とする交流電気車駆動用電力変
換装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記主変圧器が２組の
２次巻線を有するものであって、前記２組の２次巻線の
各々に１組ずつの前記３レベルＰＷＭコンバータ・イン
バータ装置が接続され、前記２組の前記３レベルＰＷＭ
コンバータがスイッチング周波数で動作し、前記２組の
３レベルＰＷＭコンバータの搬送波の位相差が180゜で
ある交流電気車駆動用電力変換器装置において、 前記主変圧器の２組の２次巻線の各々の端子間に、架線
へ流出する高調波電流の抑制のために、共振周波数を前
記スイッチング周波数の４の整数倍としたＬＣフィルタ
を並列に複数個接続する交流電気車駆動用電力変換器装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7163306A JPH0919161A (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 交流電気車駆動用電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7163306A JPH0919161A (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 交流電気車駆動用電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0919161A true JPH0919161A (ja) | 1997-01-17 |
Family
ID=15771328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7163306A Pending JPH0919161A (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 交流電気車駆動用電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0919161A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150052130A (ko) * | 2012-08-27 | 2015-05-13 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 스위칭 주파수의 시프팅을 이용한 구동 방법 및 구동 디바이스 |
| JP2017042036A (ja) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 台達電子工業股▲ふん▼有限公司Ｄｅｌｔａｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ． | コンバータ |
| CN108349397A (zh) * | 2015-10-01 | 2018-07-31 | 株式会社东芝 | 铁路车辆用电力变换装置 |
| JP2021017198A (ja) * | 2019-07-23 | 2021-02-15 | 民雄 奥谷 | 軌道回路におけるデジタル信号伝送方式 |
-
1995
- 1995-06-29 JP JP7163306A patent/JPH0919161A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150052130A (ko) * | 2012-08-27 | 2015-05-13 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 스위칭 주파수의 시프팅을 이용한 구동 방법 및 구동 디바이스 |
| JP2017042036A (ja) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 台達電子工業股▲ふん▼有限公司Ｄｅｌｔａｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ． | コンバータ |
| CN108349397A (zh) * | 2015-10-01 | 2018-07-31 | 株式会社东芝 | 铁路车辆用电力变换装置 |
| CN108349397B (zh) * | 2015-10-01 | 2021-03-30 | 株式会社东芝 | 铁路车辆用电力变换装置 |
| JP2021017198A (ja) * | 2019-07-23 | 2021-02-15 | 民雄 奥谷 | 軌道回路におけるデジタル信号伝送方式 |
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