JPH11187669A - インバータ制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタコンデンサ電圧が所定範囲外でも、
その時の負荷量に応じてスイッチング素子のスイッチン
グ損失が所定値以上にならないように制御する。 【解決手段】 この発明のインバータ制御装置104は、
インバータ装置103のスイッチング周波数指令ｆｃｏと
入力電圧Ｖｆｃとに基づいてスイッチング損失Ｐｓｗを
算出し、また負荷電流Ｉｏｕｔに基づいてオン損失Ｐｃ
を算出し、これらのスイッチング損失とオン損失との合
計Ｐを損失基準Ｐｒｅｆと比較し、その誤差が小さくな
るような誤差補正量を求め、スイッチング周波数基準ｆ
ｃｒｅｆをこの誤差補正量によって補正してスイッチン
グ周波数指令ｆｃｏを求め、さらにこのスイッチング周
波数指令ｆｃｏに所定の上下限リミットをかけて最終的
な最終スイッチング周波数ｆｃを求め、これによってイ
ンバータ装置103を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気車に使用される
電力変換装置のインバータ制御方法及び制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気車に使用される定電圧定周波
数（ＣＶＣＦ）インバータ装置では、スイッチング周波
数は一定に制御している。そのため、変電所からの距離
及び電気車駆動装置の力行、回生によって入力電圧が変
化し、スイッチング素子への印加電圧も変化するとスイ
ッチング損失が増減していた。また負荷量、つまり出力
電流の増減によってもスイッチング素子のスイッチング
損失が増減する。

【０００３】一方、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）イ
ンバータ装置では、速度で決まるパターンによりスイッ
チング周波数を決定しているため、上記定電圧定周波数
インバータ装置の場合と同様にスイッチング損失が増減
していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】インバータ装置を電気
車の電力変換装置として用いる場合、定格の負荷量に対
して所定電圧の範囲で熱的連続性能を持たせるように配
慮しているが、それ以外の範囲でも運転されることがあ
り、特に高電圧側で運転されるような場合には負荷容量
と入力電圧で決まる所定の時間よりも長く運転すること
によって、スイッチング損失が耐量を超えるまで大きく
なって使用部品にダメージを与えることになる恐れがあ
るが、従来のインバータ制御装置ではそれに対する保護
回路は備えいなかった。

【０００５】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、入力電圧が所定の範囲外であってもそ
のときの負荷量に応じてスイッチング素子のスイッチン
グ損失が所定値以上にならないように制御し、使用部品
に対するダメージを防止することができるインバータ制
御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のインバ
ータ制御方法は、インバータ装置のスイッチング周波数
と入力電圧とに基づいてスイッチング損失を算出し、負
荷電流に基づいてオン損失を算出し、これらのスイッチ
ング損失とオン損失との合計である全損失を損失基準と
比較し、その誤差が小さくなるような制御量を求め、あ
らかじめ設定されているスイッチング周波数基準をこの
制御量によって補正してスイッチング周波数指令を求
め、このスイッチング周波数指令に所定の上下限リミッ
トをかけて最終スイッチング周波数を求め、これによっ
てインバータ装置をスイッチング制御するものであり、
これにより、入力電圧及び負荷電流によって変化するイ
ンバータ装置のスイッチング素子の損失が所定の損失以
上にならないようにスイッチング素子のスイッチング周
波数を可変制御することができる。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１のインバータ
制御方法において、さらに、前記入力電圧と入力電圧基
準とを比較し、入力電圧が入力電圧基準よりも低い場合
にはインバータ装置の最終スイッチング周波数として前
記スイッチング周波数基準に一致させてインバータ装置
をスイッチング制御するものである。

【０００８】これにより、入力電圧が所定の電圧以上に
なった場合には、入力電圧及び負荷電流によって変化す
るインバータ装置のスイッチング素子の損失が所定の損
失以上にならないようにスイッチング素子のスイッチン
グ周波数を可変制御することができる。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２のイン
バータ制御方法において、前記スイッチング周波数指令
に所定の上下限リミットをかけて最終スイッチング周波
数を求める際に、直流電流に流出する所定の高調波電流
の次数を回避して当該最終スイッチング周波数を決定す
るものであり、これによって、インバータ装置の直流電
源側に流出する所定の高調波電流の次数を回避すること
ができる。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１〜３のインバ
ータ制御方法において、あらかじめ設定されているスイ
ッチング周波数基準に代えて、電気車の速度指令に基づ
く基本波周波数とキャリア周波数を求め、これらをかけ
算して求めたスイッチング周波数基準を用いるものであ
り、ＶＶＶＦインバータ装置に利用できる。

【００１１】請求項５の発明のインバータ制御装置は、
フィードバックされるスイッチング周波数指令と入力電
圧に基づいてスイッチング損失を算出するスイッチング
損失演算部と、負荷電流に基づいてオン損失を算出する
オン損失演算部と、前記スイッチング損失及びオン損失
を損失基準と比較し、誤差が小さくなるような制御量を
求める制御演算部と、スイッチング周波数基準を入力す
るスイッチング周波数基準入力部と、前記スイッチング
周波数基準入力部が入力するスイッチング周波数基準を
前記制御演算部の算出する制御量によって補正して前記
スイッチング周波数指令を出力する加算部と、前記加算
部の出力する前記スイッチング周波数指令に所定の上下
限リミットをかけ、最終スイッチング周波数を出力する
周波数指令演算部とを備えたものである。

【００１２】請求項５の発明のインバータ制御装置で
は、請求項１の発明のインバータ制御方法を実施する。
すなわち、スイッチング損失演算部がフィードバックさ
れるスイッチング周波数指令と入力電圧とに基づいてス
イッチング損失を算出し、オン損失演算部が負荷電流に
基づいてオン損失を算出し、制御演算部がこれらのスイ
ッチング損失とオン損失との合計である全損失を損失基
準と比較し、その誤差が小さくなるような制御量を求
め、加算部であらかじめ設定されているスイッチング周
波数基準をこの制御量によって補正してスイッチング周
波数指令を求め、周波数指令演算部がこのスイッチング
周波数指令に所定の上下限リミットをかけて最終スイッ
チング周波数を求め、これによってインバータ装置をス
イッチング制御し、これにより、入力電圧及び負荷電流
によって変化するインバータ装置のスイッチング素子の
損失が所定の損失以上にならないようにスイッチング素
子のスイッチング周波数を可変制御することができる。

【００１３】請求項６の発明は、請求項５の発明のイン
バータ制御装置において、前記入力電圧とあらかじめ設
定されている入力電圧基準との高低比較を行う比較器
と、前記入力電圧より前記入力電圧基準の方が高い時に
前記スイッチング周波数基準入力部の出力側に切替え、
前記入力電圧基準より前記入力電圧の方が高い時に前記
周波数指令演算部の出力側に切替えて前記最終スイッチ
ング周波数として出力する切替手段とを備えたものであ
る。

【００１４】請求項６の発明のインバータ制御装置で
は、請求項２の発明のインバータ制御方法を実施する。
すなわち、請求項５の発明のインバータ制御装置におい
て、比較器において入力電圧と入力電圧基準とを比較
し、入力電圧が入力電圧基準よりも低い場合にはインバ
ータ装置のスイッチング周波数をスイッチング周波数基
準に一致させるが、入力電圧が入力電圧基準よりも高く
なった場合には、請求項５の発明と同様の制御によって
スイッチング周波数を決定し、インバータ装置を制御す
る。

【００１５】これにより、入力電圧が所定の電圧以上に
なった場合には、入力電圧及び負荷電流によって変化す
るインバータ装置のスイッチング素子の損失が所定の損
失以上にならないようにスイッチング素子のスイッチン
グ周波数を可変制御することができる。

【００１６】請求項７の発明は、請求項５又は６の発明
のインバータ制御装置において、前記周波数指令演算部
がステップ関数を内蔵するようにしたものである。

【００１７】請求項７の発明のインバータ制御装置で
は、請求項３の発明のインバータ制御方法を実施する。
すなわち、請求項５又は６の発明のインバータ制御装置
において、加算部から出力されるスイッチング周波数指
令に対して、周波数指令演算部においてステップ関数に
照らしてステップ状に変化するスイッチング周波数を設
定してインバータ装置に出力することにより、インバー
タ装置の直流電源側に流出する所定の高調波電流の次数
を回避することができる。

【００１８】請求項８の発明は、請求項５〜７の発明の
インバータ制御装置において、前記スイッチング周波数
基準入力部に代えて、電気車の速度指令に基づいてスイ
ッチング周波数基準を算出するスイッチング周波数基準
演算部を備えたものである。

【００１９】請求項８の発明のインバータ制御装置で
は、請求項４の発明のインバータ制御方法を実施する。
すなわち、請求項５〜７の発明のインバータ制御装置に
おいて、前記スイッチング周波数基準入力部に代えて、
電気車の速度指令に基づいてスイッチング周波数基準を
算出するスイッチング周波数基準演算部を備えたもので
あり、ＶＶＶＦインバータ装置に利用できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は直流電源用の主回路構成を示
しており、集電器１００で集電した直流架線からの直流
電力をフィルタリアクトル１０１とフィルタコンデンサ
１０２によって平滑化し、インバータ装置１０３に入力
する。インバータ装置１０３はスイッチング素子で構成
されていて、直流入力がＰＷＭ（パルス幅変調）制御に
よってパルス電圧波形に変換され、交流フィルタ回路に
よって正弦波に波形整形され、出力トランスによって絶
縁及び電圧変換され、三相交流を出力するもので、制御
装置１０４によってスイッチング制御され、直流入力を
所定電圧、所定周波数の交流電力に変換して電動機負荷
１０５に供給する。

【００２１】インバータ制御装置１０４は図示されてい
ない出力電圧フィードバックによって出力電圧が一定と
なるようなＰＷＭ制御信号を生成し、周波数ｆｃのスイ
ッチング信号をインバータ装置１０３に出力するもの
で、直流電圧検出器１０６からインバータ装置１０３の
入力直流電圧であるフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃを入
力し、また三相各々の交流変流器１０７Ａ，１０７Ｂ，
１０７Ｃによって検出され、電圧変換回路１０８によっ
て電圧信号に変換された出力電流値信号Ｉｏｕｔを入力
し、後述する処理によってスイッチング周波数ｆｃを決
定してインバータ装置１０３に出力し、スイッチング制
御によって所定電圧、所定周波数の交流電力に変換する
ようにインバータ装置１０３をスイッチング制御する。

【００２２】図２はインバータ制御装置１０４の第１の
実施の形態の回路構成を示している。フィルタコンデン
サ電圧信号Ｖｆｃは乗算器１に入力され、ここで定数Ｋ
１とかけ算される。出力電流信号Ｉｏｕｔは関数器２、
乗算器３及び２乗器４に入力される。関数器２は、出力
電流Ｉｏｕｔから決まるエネルギ損失Ｅｓｗを決定する
もので、その出力Ｅｓｗは乗算器１に出力されてコンデ
ンサ電圧Ｖｆｃとかけ算される。乗算器１の出力は乗算
器５に入力され、フィードバックされるスイッチング周
波数指令ｆｃｏとかけ算されてスイッチング損失Ｐｓｗ
として出力される。

【００２３】乗算器３は出力電流Ｉｏｕｔを定数Ｋ２と
かけ算し、２乗器４は出力電流Ｉｏｕｔを２乗し、かつ
定数Ｋ３とかけ算し、これらの演算結果は加算器６で加
算されてオン損失Ｐｃとして出力される。加算器７は乗
算器５からのスイッチング損失Ｐｓｗと加算器６からの
オン損失Ｐｃとを加算して全損失Ｐを出力する。

【００２４】全損失Ｐは減算器８に入力され、ここで損
失基準設定部９に設定されている損失基準Ｐｒｅｆによ
って減算され、誤差が出力される。制御演算器１０はＰ
Ｉ制御演算を行う部分で、損失誤差の入力に対してその
誤差が小さくなるような制御量を求めて減算器１１の−
（マイナス）側に出力する。減算器１１の＋（プラス）
側にはスイッチング周波数設定部１２からスイッチング
周波数基準ｆｃｒｅｆが入力され、減算結果がスイッチ
ング周波数指令ｆｃｏとして関数器１３に入力されると
共に前述の乗算器５にフィードバックされる。

【００２５】関数器１３は、入力されるスイッチング周
波数指令ｆｃｏに対応し、かつ上下限リミットをかける
関数を内蔵し、この関数に基づいてスイッチング周波数
信号ｆｃを求め、インバータ装置１０３に対して出力す
る。

【００２６】次に、上記の構成のインバータ制御装置１
０４の動作について説明する。スイッチング素子の損失
は次のようにして算出される。スイッチング損失Ｐｓｗ
と、オン損失Ｐｃとに分離して算出すると、スイッチン
グ損失Ｐｓｗは、

【数１】Ｐｓｗ＝Ｅｓｗ＊ｆｃｏ＊Ｖｆｃ＊Ｋ１ ただし、 Ｅｓｗ： 使用素子のＥｏｎ＋Ｅｏｆｆで、Ｉｏｕｔと
測定条件のＶｃｃとで決まるターンオンとターンオフス
イッチングエネルギ損失の合計値 ｆｃｏ： スイッチング周波数 Ｖｆｃ： フィルタコンデンサ電圧 Ｋ１： 定数 である。

【００２７】またオン損失Ｐｃは、

【数２】Ｐｃ＝Ｉｏｕｔ＊Ｋ２＋Ｉｏｕｔ² ＊Ｋ３ ただし、Ｋ２，Ｋ３は使用スイッチング素子によって決
まる定数である。

【００２８】そして全損失Ｐは、これらの損失を合計し
たものであり、

【数３】Ｐ＝Ｐｓｗ＋Ｐｃ である。

【００２９】関数器２は出力電流Ｉｏｕｔから決まるエ
ネルギ損失Ｅｓｗを算定するもので、使用するスイッチ
ング素子によって一定の関係がある。このＥｓｗは所定
のフィルタコンデンサ電圧での値であるので、乗算器１
でフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃと定数Ｋ１と関数器２
の出力Ｅｓｗを乗算してスイッチングエネルギを求め、
さらに、乗算器５で乗算器１の出力に対して、後述する
スイッチング周波数指令ｆｃｏを乗算して数１式のスイ
ッチング損失Ｐｓｗを出力する。

【００３０】一方、乗算器３は出力電流Ｉｏｕｔに定数
Ｋ２を乗算し、２乗器４は出力電流Ｉｏｕｔを２乗し、
かつ定数Ｋ３を乗算し、加算器６でこれらの演算結果を
加算して数２式のオン損失Ｐｃを出力する。そして、加
算器７は数１式のスイッチング損失Ｐｓｗと数２式のオ
ン損失Ｐｃを加算し、数３式の全損失Ｐを出力する。

【００３１】制御演算器１０は損失基準Ｐｒｅｆと現実
の全損失Ｐとの誤差が少なくなるような制御量をＰＩ制
御演算によって算出して減算器１１に出力する。減算器
１１では制御演算器１０の出力をスイッチング周波数基
準ｆｃｒｅｆから減算してスイッチング周波数指令ｆｃ
ｏを求め、この値を使用して前述の乗算器５でスイッチ
ング損失Ｐｓｗを算出する。

【００３２】減算器１１で求めたスイッチング周波数指
令ｆｃｏは関数器１３にも出力され、関数器１３ではス
イッチング周波数指令ｆｃｏに最大値、最小値のリミッ
タをかけて最終スイッチング周波数ｆｃにしてインバー
タ装置１０３に出力する。

【００３３】なお、この関数器１３におけるスイッチン
グ周波数最大値は、インバータ制御装置１０４からの制
限と、使用スイッチング素子及びそのゲート回路からの
制限によって決まる最大周波数である。また最小値は、
インバータ装置１０３に含まれる交流フィルタ回路と出
力電圧波形の歪率から決まる最小周波数である。そして
関数器１３における最大値と最小値との間では、スイッ
チング周波数指令ｆｃｏと最終スイッチング周波数ｆｃ
との対応はｆｃ＝ｆｃｏである。

【００３４】このようにして本発明の第１の実施の形態
のインバータ制御装置では、インバータ装置１０３の出
力電流Ｉｏｕｔと入力電圧であるフィルタコンデンサ電
圧Ｖｆｃの変化によって使用スイッチング素子の最終ス
イッチング周波数ｆｃを制御し、かつ全損失が損失基準
を超える場合にはその誤差を小さくする制御を行うの
で、使用スイッチング素子の損失基準を超えない制御が
できる。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態を図３に
基づいて説明する。この第２の実施の形態のインバータ
制御装置の特徴は、図２に示した第１の実施の形態に対
して、さらに最終段の関数器１３の出力側にその出力と
スイッチング周波数設定部１２の出力との間で切替える
切替スイッチ１４と、フィルタコンデンサ電圧設定部１
５と、このフィルタコンデンサ電圧設定部１５が出力す
るフィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆと現実のフ
ィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃとの大小を比較し、その比
較結果で切替スイッチ１４の切替を行う比較器１６とを
設置した点にある。なお、その他の構成要素について
は、図２に示した第１の実施の形態と同一の要素につい
て同一の符号を付して示してある。

【００３６】この第２の実施の形態では、比較器１６に
おいてフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃをフィルタコンデ
ンサ電圧設定部１５が出力するフィルタコンデンサ電圧
基準Ｖｆｃｒｅｆと比較し、現実のフィルタコンデンサ
電圧Ｖｆｃ≦フィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆ
である時には、切替スイッチ１４をスイッチング周波数
設定部１２側に切替えてスイッチング周波数基準ｆｃｒ
ｅｆを最終スイッチング周波数ｆｃとしてインバータ装
置１０３に出力させるようにする。

【００３７】そして、フィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃが
上昇して、フィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃ＞フィルタコ
ンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆになった時には、切替ス
イッチ１４を関数器１３側に切替えて関数器１３の出力
を最終スイッチング周波数ｆｃとしてインバータ装置１
０３に出力させるようにする。

【００３８】ここでフィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃ
ｒｅｆは、装置の定格出力容量から決まる最大出力電流
を流した場合に使用スイッチング素子の全損失が損失基
準Ｐｒｅｆを超過しないフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃ
の値とする。一般にこの電圧は熱的連続保証入力電圧の
最大値となる。

【００３９】このようにして第２の実施の形態のインバ
ータ制御装置では、現実のフィルタコンデンサ電圧Ｖｆ
ｃがフィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆより低い
間は最終スイッチング周波数ｆｃとしてスイッチング周
波数基準ｆｃｒｅｆという一定値を使用してスイッチン
グ制御し、現実のフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃが上昇
した時には、第１の実施の形態と同様に、出力電流Ｉｏ
ｕｔとフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃの変化によって使
用スイッチング素子の最終スイッチング周波数ｆｃを制
御し、かつ全損失が損失基準を超える場合にはその誤差
を小さくする制御を行うことによって使用スイッチング
素子の損失基準を超えないように制御するのである。

【００４０】次に、本発明の第３の実施の形態を図４に
基づいて詳説する。第３の実施の形態のインバータ制御
装置は、図２に示した第１の実施の形態において、最終
段の関数器１３′にステップ関数を採用したことを特徴
とする。したがって、その他の構成要素については、図
２に示した第１の実施の形態と共通の符号を付して示し
ている。

【００４１】インバータ装置１０３のスイッチング素子
がスイッチングすることにより、そのスイッチング周波
数の整数倍の周波数成分（高調波成分）が直流電源に流
出する。そこで直流電源に流出する周波数成分と電流に
対する制限がある場合、関数器１３′には、減算器１１
から入力されるスイッチング周波数指令ｆｃｏに対し
て、出力する最終スイッチング周波数ｆｃとしてそのよ
うな流出制限を受けた周波数を含まないようにステップ
状に変化する関数を採用する。

【００４２】これによって、第１の実施の形態と同様に
出力電流及びフィルタコンデンサ電圧の変化によって使
用スイッチング素子のスイッチング周波数を制御するの
で使用スイッチング素子の損失基準を超過しないように
することができ、かつ、インバータ装置１０３の直流電
源側に流出する所定の高調波電流の次数を回避すること
ができる。

【００４３】次に、本発明の第４の実施の形態を図５に
基づいて説明する。第４の実施の形態は、最終段の関数
器１３′に図４に示した第３の実施の形態と同じものを
採用し、かつ第２の実施の形態と同様に、関数器１３′
の出力側に切替スイッチ１４を設置し、この切替スイッ
チ１４をフィルタコンデンサ電圧設定部１５が出力する
フィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆと現実のフィ
ルタコンデンサ電圧Ｖｆｃとの比較結果により切替制御
する比較器１６を設けたことを特徴とする。その他の構
成要素については、図２に示した第１の実施の形態と共
通する部分には同一の符号を付して示してある。

【００４４】第２の実施の形態と同様に、フィルタコン
デンサ電圧設定部１５のフィルタコンデンサ電圧基準Ｖ
ｆｃｒｅｆは、装置の定格出力容量から決まる最大出力
電流を流した場合に使用スイッチング素子の全損失が損
失基準Ｐｒｅｆを超過しないフィルタコンデンサ電圧Ｖ
ｆｃの値とする。一般にこの電圧は熱的連続保証入力電
圧の最大値となる。また関数器１３′の関数は、第３の
実施の形態と同様のステップ状の関数が設定してある。

【００４５】この第４の実施の形態では、比較器１６に
おいてフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃをフィルタコンデ
ンサ電圧設定部１５が出力するフィルタコンデンサ電圧
基準Ｖｆｃｒｅｆと比較し、現実のフィルタコンデンサ
電圧Ｖｆｃ≦フィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆ
である時には、切替スイッチ１４をスイッチング周波数
設定部１２側に切替えてスイッチング周波数基準ｆｃｒ
ｅｆを最終スイッチング周波数ｆｃとしてインバータ装
置１０３に出力させる。

【００４６】そして、フィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃが
上昇して、フィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃ＞フィルタコ
ンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆになった時には、切替ス
イッチ１４を関数器１３′側に切替えて関数器１３′の
出力を最終スイッチング周波数ｆｃとしてインバータ装
置１０３に出力させる。

【００４７】したがって、第４の実施の形態のインバー
タ制御装置では、現実のフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃ
がフィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆより低い間
は最終スイッチング周波数ｆｃとしてスイッチング周波
数基準ｆｃｒｅｆという一定値を使用してスイッチング
制御することができる。

【００４８】そして現実のフィルタコンデンサ電圧Ｖｆ
ｃが上昇した時には、第１の実施の形態と同様に出力電
流及びフィルタコンデンサ電圧の変化によって使用スイ
ッチング素子のスイッチング周波数を制御するので使用
スイッチング素子の損失基準を超過しないようにするこ
とができ、かつ、第３の実施の形態と同様にインバータ
装置１０３の直流電源側に流出する所定の高調波電流の
次数を回避することができる。

【００４９】次に、本発明の第５の実施の形態を図６に
基づいて説明する。第５の実施の形態の特徴は、図２に
示した第１の実施の形態におけるスイッチング周波数設
定部１２に代えて、ＶＶＶＦインバータ用にスイッチン
グ周波数基準演算回路４０を採用した点にあり、その他
の構成要素は、第１の実施の形態と共通するので、同一
の符号を付して示してある。

【００５０】スイッチング周波数基準演算回路４０は電
気車の速度指令ｖを入力とし、インバータ装置１０３の
基本波周波数を算出する基本波周波数演算器４１と、キ
ャリア周波数を算出するキャリア周波数演算器４２と、
これらが算出する基本波周波数とキャリア周波数とをか
け算してスイッチング周波数基準ｆｃｒｅｆを得る乗算
器４３から構成されている。

【００５１】この第５の実施の形態では、図２に示した
第１の実施の形態と同様にフィルタコンデンサ電圧Ｖｆ
ｃと出力電流Ｉｏｕｔからインバータ装置１０３の損失
Ｐを算出し、損失基準Ｐrefとの誤差が小さくなるよう
な制御量を制御演算器１０で求めて出力し、減算器１１
においてスイッチング周波数基準ｆｃｒｅｆから制御演
算器１０の制御量を減算してスイッチング周波数指令ｆ
ｃｏを得、さらに関数器１３によってスイッチング周波
数指令ｆｃｏで上限、下限リミッタをかけ、最終スイッ
チング周波数ｆｃとしてインバータ装置１０３に出力す
る。

【００５２】ただし、減算器１１におけるスイッチング
周波数基準ｆｃｒｅｆは、スイッチング周波数基準演算
回路４０によって速度指令ｖに応じて設定する。すなわ
ち、電気車の速度指令ｖに基づき、基本波周波数演算器
４１でインバータ装置１０３の基本波周波数を算出し、
同時にキャリア周波数演算器４２でキャリア周波数を算
出し、乗算器４３でこれらの基本波周波数とキャリア周
波数とをかけ算してスイッチング周波数基準ｆｃｒｅｆ
を得、これを減算器１１の＋側に出力するのである。

【００５３】この第５の実施の形態によれば、第１の実
施の形態と同様に出力電流Ｉｏｕｔとフィルタコンデン
サ電圧Ｖｆｃの変化によって使用スイッチング素子のス
イッチング周波数を制御するので、使用スイッチング素
子の損失基準を超過しないようにＶＶＶＦインバータを
制御することができ、かつ、スイッチング周波数を現実
の速度指令に対応したものに制御することができる。

【００５４】次に、本発明の第６の実施の形態を図７に
基づいて説明する。第６の実施の形態は、図３に示した
第２の実施の形態において、スイッチング周波数設定部
１２に代えて、第５の実施の形態と同様のスイッチング
周波数基準演算回路４０を設置したことを特徴とし、そ
の他の構成は第２の実施の形態と共通する。

【００５５】この第６の実施の形態では、第２の実施の
形態と同様に、現実のフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃが
フィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆより低い間は
最終スイッチング周波数ｆｃとしてスイッチング周波数
基準ｆｃｒｅｆという一定値を使用してスイッチング制
御することができ、現実のフィルタコンデンサ電圧Ｖｆ
ｃが上昇した時には、出力電流及びフィルタコンデンサ
電圧の変化によって使用スイッチング素子のスイッチン
グ周波数を制御することによって使用スイッチング素子
の損失基準を超過しないようにＶＶＶＦインバータを制
御することができる。加えて、第５の実施の形態と同様
に、スイッチング周波数を現実の速度指令に対応したも
のに制御することができる。

【００５６】次に、本発明の第７の実施の形態を図８に
基づいて説明する。第７の実施の形態は、図４に示した
第３の実施の形態において、スイッチング周波数設定部
１２に代えて、第５の実施の形態と同様のスイッチング
周波数基準演算回路４０を設置したことを特徴とし、そ
の他の構成は第３の実施の形態と共通する。

【００５７】この第７の実施の形態では、第３の実施の
形態と同様に出力電流及びフィルタコンデンサ電圧の変
化によって使用スイッチング素子のスイッチング周波数
を制御することによって使用スイッチング素子の損失基
準を超過しないようにすることができ、かつ、インバー
タ装置１０３の直流電源側に流出する所定の高調波電流
の次数を回避することができる。加えて、第５の実施の
形態と同様にスイッチング周波数を現実の速度指令に対
応したものに制御することができる。

【００５８】次に、本発明の第８の実施の形態を図９に
基づいて説明する。第８の実施の形態は、図５に示した
第４の実施の形態において、スイッチング周波数設定部
１２に代えて、第５の実施の形態と同様のスイッチング
周波数基準演算回路４０を設置したことを特徴とし、そ
の他の構成は第４の実施の形態と共通する。

【００５９】この第８の実施の形態では、第４の実施の
形態と同様に現実のフィルタコンデンサ電圧Ｖｆｃがフ
ィルタコンデンサ電圧基準Ｖｆｃｒｅｆより低い間は最
終スイッチング周波数ｆｃとしてスイッチング周波数基
準ｆｃｒｅｆという一定値を使用してＶＶＶＦインバー
タを制御することができ、また現実のフィルタコンデン
サ電圧Ｖｆｃが上昇した時には、第１の実施の形態と同
様に出力電流及びフィルタコンデンサ電圧の変化によっ
て使用スイッチング素子のスイッチング周波数を制御す
るので使用スイッチング素子の損失基準を超過しないよ
うにすることができ、かつ、第３の実施の形態と同様に
インバータ装置１０３の直流電源側に流出する所定の高
調波電流の次数を回避することができる。加えて、第５
の実施の形態と同様に、スイッチング周波数を現実の速
度指令に対応したものに制御することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明のインバー
タ制御方法によれば、入力電圧及び負荷電流によって変
化するインバータ装置のスイッチング素子の損失が所定
の損失以上にならないようにスイッチング素子のスイッ
チング周波数を可変制御することができる。

【００６１】請求項２の発明のインバータ制御方法によ
れば、入力電圧が所定の電圧以上になった場合には、入
力電圧及び負荷電流によって変化するインバータ装置の
スイッチング素子の損失が所定の損失以上にならないよ
うにスイッチング素子のスイッチング周波数を可変制御
することができる。

【００６２】請求項３の発明のインバータ制御方法によ
れば、インバータ装置の直流電源側に流出する所定の高
調波電流の次数を回避することができる。

【００６３】請求項４の発明の発明のインバータ制御方
法によれば、ＶＶＶＦインバータ装置に対して、スイッ
チング素子の損失が所定の損失以上にならないようにス
イッチング素子のスイッチング周波数を可変制御するこ
とができる。

【００６４】請求項５の発明のインバータ制御装置によ
れば、請求項１の発明のインバータ制御方法を実施する
ことができ、入力電圧及び負荷電流によって変化するイ
ンバータ装置のスイッチング素子の損失が所定の損失以
上にならないようにスイッチング素子のスイッチング周
波数を可変制御することができる。

【００６５】請求項６の発明のインバータ制御装置によ
れば、請求項２の発明のインバータ制御方法を実施する
ことができ、入力電圧が所定の電圧以上になった場合に
は、入力電圧及び負荷電流によって変化するインバータ
装置のスイッチング素子の損失が所定の損失以上になら
ないようにスイッチング素子のスイッチング周波数を可
変制御することができる。

【００６６】請求項７の発明のインバータ制御装置によ
れば、請求項３の発明のインバータ制御方法を実施する
ことができ、インバータ装置の直流電源側に流出する所
定の高調波電流の次数を回避することができる。

【００６７】請求項８の発明のインバータ制御装置によ
れば、請求項４の発明のインバータ制御方法を実施する
ことができ、ＶＶＶＦインバータ装置に対して、スイッ
チング素子の損失が所定の損失以上にならないようにス
イッチング素子のスイッチング周波数を可変制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のインバータ制御装
置を搭載した直流き電方式の主回路構成の回路図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の回路図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の回路図。

【図４】本発明の第３の実施の形態の回路図。

【図５】本発明の第４の実施の形態の回路図。

【図６】本発明の第５の実施の形態の回路図。

【図７】本発明の第６の実施の形態の回路図。

【図８】本発明の第７の実施の形態の回路図。

【図９】本発明の第８の実施の形態の回路図。

【符号の説明】

１０２ フィルタコンデンサ １０３ インバータ装置 １０４ インバータ制御装置 １０５ 負荷 １０７ 電圧検出器 １０８ 電圧変換回路 １ 乗算器 ２ 関数器 ３ 乗算器 ４ ２乗器 ５ 乗算器 ６ 加算器 ７ 加算器 ８ 減算器 ９ 損失設定部 １０ 制御演算器 １１ 減算器 １２ スイッチング周波数設定部 １３，１３′ 関数器 １４ 切替スイッチ １５ 電圧設定部 １６ 比較器 ４０ スイッチング周波数基準演算回路 ４１ 基本波演算器 ４２ キャリア周波数演算器 ４３ 乗算器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ装置のスイッチング周波数と
   入力電圧とに基づいてスイッチング損失を算出し、 負荷電流に基づいてオン損失を算出し、 これらのスイッチング損失とオン損失との合計である全
   損失を損失基準と比較し、その誤差が小さくなるような
   制御量を求め、 あらかじめ設定されているスイッチング周波数基準をこ
   の制御量によって補正してスイッチング周波数指令を求
   め、 このスイッチング周波数指令に所定の上下限リミットを
   かけて最終スイッチング周波数を求め、 これによってインバータ装置をスイッチング制御するこ
   とを特徴とするインバータ制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインバータ制御方法に
   おいて、さらに、前記入力電圧と入力電圧基準とを比較
   し、入力電圧が入力電圧基準よりも低い場合にはインバ
   ータ装置の最終スイッチング周波数として前記スイッチ
   ング周波数基準に一致させてインバータ装置をスイッチ
   ング制御することを特徴とするインバータ制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のインバータ制御
   方法において、前記スイッチング周波数指令に所定の上
   下限リミットをかけて最終スイッチング周波数を求める
   際に、直流電流に流出する所定の高調波電流の次数を回
   避して当該最終スイッチング周波数を決定することを特
   徴とするインバータ制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のインバ
   ータ制御方法において、あらかじめ設定されているスイ
   ッチング周波数基準に代えて、電気車の速度指令に基づ
   く基本波周波数とキャリア周波数を求め、これらをかけ
   算して求めたスイッチング周波数基準を用いることを特
   徴とするインバータ制御方法。
5. 【請求項５】 フィードバックされるスイッチング周波
   数指令と入力電圧に基づいてスイッチング損失を算出す
   るスイッチング損失演算部と、 負荷電流に基づいてオン損失を算出するオン損失演算部
   と、 前記スイッチング損失及びオン損失を損失基準と比較
   し、誤差が小さくなるような制御量を求める制御演算部
   と、 スイッチング周波数基準を入力するスイッチング周波数
   基準入力部と、 前記スイッチング周波数基準入力部が入力するスイッチ
   ング周波数基準を前記制御演算部の算出する制御量によ
   って補正して前記スイッチング周波数指令を出力する加
   算部と、 前記加算部の出力する前記スイッチング周波数指令に所
   定の上下限リミットをかけ、最終スイッチング周波数を
   出力する周波数指令演算部とを備えて成るインバータ制
   御装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のインバータ制御装置に
   おいて、前記入力電圧とあらかじめ設定されている入力
   電圧基準との高低比較を行う比較器と、前記入力電圧よ
   り前記入力電圧基準の方が高い時に前記スイッチング周
   波数基準入力部の出力側に切替え、前記入力電圧基準よ
   り前記入力電圧の方が高い時に前記周波数指令演算部の
   出力側に切替えて前記最終スイッチング周波数として出
   力する切替手段とを備えて成るインバータ制御装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載のインバータ制御
   装置において、前記周波数指令演算部がステップ関数を
   内蔵することを特徴とするインバータ制御装置。
8. 【請求項８】 請求項５〜７のいずれかに記載のインバ
   ータ制御装置において、前記スイッチング周波数基準入
   力部に代えて、電気車の速度指令に基づいてスイッチン
   グ周波数基準を算出するスイッチング周波数基準演算部
   を備えて成るインバータ制御装置。