JPH0833339A - コンバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のコンバータを備えたコンバータ装置に
おいて、何らかの理由で一部のコンバータが動作停止に
なった場合でも、交流側電流の高調波成分が大幅に増大
することがないようにするものである。 【構成】 コンバータ制御回路３０はコンバータ動作異
常信号Ｓ１と車両番号信号Ｓ２とにより、自車の変調波
用三角波信号の位相角設定データを読み出し、ゲート信
号としてコンバータ６、７に送出する。これにより、動
作中の各コンバータ６、７の変調波用三角波信号の位相
角は、常に相互に等しい角度間隔となり、交流電流の高
調波成分は適正に抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば交流架線の電
車線から交流電力を受けて、これを直流電力に変換し一
定の直流電圧を出力するパルス幅変調コンバータ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えば特公平４−３５９９０号
公報に記載された従来のパルス幅変調コンバータ装置
（以下、コンバータ装置と略称する）の主回路構成を示
す図である。図において、１は交流電源で、交流電車の
場合、交流架線が相当する。２はその１次巻線３が交流
電源１に接続され交流電圧を降圧する整流器用の変圧器
で、その２次巻線は２個（４、５）設けられている。６
および７はその入力側がそれぞれ２次巻線４および５に
接続されたコンバータ（ＣＯＮＶ１、ＣＯＮＶ２）で、
ＧＴＯサイリスタ８とこれと逆並列に接続され回路電流
を還流するためのダイオード９とを１アームとしてこれ
を２直列２並列に接続した構成となっている。

【０００３】コンバータ６、７の出力側は並列にして出
力直流電圧のリップル平滑用のフィルタコンデンサ１０
に接続されている。１１はフィルタコンデンサ１０に接
続された負荷で、交流電車の場合、車両駆動源である誘
導電動機に可変電圧可変周波数の交流電力を供給するイ
ンバータが相当する。

【０００４】図６はコンバータ６の制御回路構成を示す
図である。図において、２１は直流電圧の目標値Ｖｄ^*
と実際の直流電圧（フィルタコンデンサ１０の電圧）Ｖ
ｄとの差を演算する減算器、２２は減算器２１の出力を
増幅（ゲインＧ_V）する増幅器、２３は架線電圧の電源
周波数の正弦波信号（ｓｉｎωｔ）と増幅器２２の演算
出力とを乗算して基準電流Ｉｓ^*を出力する乗算器、２
４ａ、２４ｂは基準電流Ｉｓ^*に対して実際に変圧器２
の２次巻線４、５に流れる電流Ｉｓ₁、Ｉｓ₂をそれぞれ
減算して制御誤差値を検出する減算器、２５ａ、２５ｂ
は制御誤差である減算器２４ａ、２４ｂの出力を増幅
（ゲインＧ_I）する増幅器、２６ａ、２６ｂはパルス幅
変調を行うための変調波である三角波信号を出力する三
角波形出力回路、２７ａ、２７ｂはそれぞれ増幅器２５
ａからの正弦波信号と三角波形出力回路２６ａからの三
角波信号との差および増幅器２５ｂからの正弦波信号と
三角波形出力回路２６ｂからの三角波信号との差を演算
する減算器、２８ａ、２８ｂは減算器２７ａ、２７ｂの
出力を増幅（ゲインＧ_C1、Ｇ_C2）する増幅器である。

【０００５】次に動作について説明する。交流架線１か
らの電圧は変圧器２によって降圧され、変圧器２の２次
巻線４、５の各出力がコンバータ６、７に入力される。
この状態でコンバータ６、７を動作させると、図６に示
す制御回路によって各ＧＴＯサイリスタにゲート信号が
供給されそのＯＮ／ＯＦＦが制御される。

【０００６】まず、直流電圧の目標値Ｖｄ^*と実際の直
流電圧Ｖｄとを減算器２１に入力して両者の誤差を演算
する。その結果を増幅器２２に入力する。増幅器２２で
増幅された出力と基準周波数信号とを乗算器２３に入力
して基準電流Ｉｓ^*を出力する。コンバータ６（ＣＯＮ
Ｖ１）側の入力電流Ｉｓ₁と基準電流Ｉｓ^*とを減算器２
４ａに入力して両者の差を増幅器２５ａに入力する。増
幅器２５ａの出力と所定の位相で出力された三角波形出
力回路２６ａの出力とを減算器２７ａに入力して、両者
の差、つまり、変調波形を出力する。この減算器２７ａ
の出力を増幅器２８ａに入力して電流増幅を行い、この
出力に基づきコンバータ６（ＣＯＮＶ１）のＧＴＯサイ
リスタ８にゲート信号を供給する。各アームａ、ｂ、
ｃ、ｄ（図５）の内、アームｂ、ｃのゲート信号はアー
ムａ、ｄのゲート信号を１８０度ずらしたものを供給す
る。

【０００７】コンバータ７（ＣＯＮＶ２）についても全
く同様にして、制御回路終段の増幅器２８ｂの出力に基
づきＧＴＯサイリスタ８にゲート信号を供給する。この
場合も、アームｂ、ｃのゲート信号はアームａ、ｄのゲ
ート信号を１８０度ずらしたものを供給する。

【０００８】更に、三角波形出力回路２６ａからの三角
波信号を三角波形出力回路２６ｂからの三角波信号と９
０度ずらしている。これによって、変圧器２から交流架
線１へ流出する高調波成分を減少させている。各ＧＴＯ
サイリスタ８へのゲート信号の位相差を、ＣＯＮＶ１の
アームａのＧＴＯサイリスタを基準にして示すと図７の
通りとなる。図７で、同一コンバータ内の位相差は単相
コンバータとしての当然のスイッチング動作を保証する
ためのものであるが、コンバータＣＯＮＶ１とＣＯＮＶ
２との相互間の位相差は、前述した合成電流の高調波成
分を抑制するために設定されたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のコンバータ装置
は以上のように構成され、制御位相角をコンバータ相互
間で対称的にずらすことによって交流架線側への高調波
成分を減少させている。更に、１編成の車両数が多くな
ると、図５で示すコンバータ装置が複数の電動車両のそ
れぞれに搭載されることになる。この場合、制御位相角
を複数のコンバータ装置間で対称的にずらすことにな
る。

【００１０】しかるに、この複数のコンバータ装置の
内、例えば１台が種々の原因で動作異常状態となって動
作が停止した場合、残る動作中の各コンバータ装置の制
御位相角のずらし角が対称的にならず、アンバランスと
なる。その結果、このずらし角が対称的に設定されてい
たときにはほとんど存在しなかった次数の高調波成分が
大量に発生し、全体として交流架線に流出する高調波成
分が大幅に増大することになる。

【００１１】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、複数のコンバータを備えたコン
バータ装置において、何らかの理由で一部のコンバータ
が動作停止になった場合でも、交流側電流の高調波成分
が大幅に増大することがないようにするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るコンバータ装置は、各コンバータの動作有無を検出
し、動作中のコンバータの各制御位相角が常に相互に等
しい角度間隔となるように制御するものである。

【００１３】また、請求項２に係るコンバータ装置は、
各コンバータの動作有無を判別する信号を作成する手
段、動作中のコンバータの変調波の位相角が相互に等し
い角度間隔となるよう上記各コンバータの判別信号の状
態に応じて予め定められた上記各コンバータの変調波の
位相角のデータを格納する手段、および上記各コンバー
タの判別信号を入力し上記格納手段から該当する変調波
の位相角のデータを読み出し上記各コンバータ制御回路
へ送出する手段を備えたものである。

【００１４】また、請求項３に係るコンバータ装置は、
請求項２において、判別信号を、制御電源電圧が所定値
以下となったとき、制御回路の開閉器が開放されたと
き、またはコンバータ装置が故障したときのそれぞれに
コンバータ動作無を識別するコンバータ動作異常信号
と、搭載車両番号からコンバータの識別を行う車両番号
信号とから構成したものである。

【００１５】

【作用】この発明の請求項１に係るコンバータ装置にお
いては、例えば１台のコンバータの動作が停止すると、
残りの動作中のコンバータの制御位相角を変更し、各制
御位相角が相互に等しい角度間隔になるようにする。

【００１６】また、請求項２に係るコンバータ装置にお
いては、各コンバータの動作状態によって決定される判
別信号に応じて、該当する各コンバータの変調波の位相
角データを読み出し、各コンバータは上記位相角データ
に基づき制御される。

【００１７】また、請求項３に係るコンバータ装置にお
いては、コンバータ動作異常信号と車両番号信号とから
コンバータの動作有無とそのコンバータの特定が判断さ
れ、該当する各コンバータの変調波の位相角データが読
み出される。

【００１８】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の実施例１によるコンバータ
装置の回路構成を示す図である。先ず、同図（１）は、
１車両に搭載されるコンバータ装置を示し、図におい
て、従来と同一または相当部分については同一符号を付
して説明は省略する。１１はコンバータ６、７からの直
流電力を入力して可変電圧、可変周波数の三相交流電力
を出力するインバータである。３０は従来の図６に示す
制御機能を備えたコンバータ制御回路で、後述するコン
バータ動作異常信号Ｓ１、車両番号信号Ｓ２を入力し自
車のコンバータ６、７にゲート信号を出力する。４０は
各電動車からのコンバータ動作異常信号Ｓ１の処理を行
う列車モニタ装置である。

【００１９】図１（２）は、列車１編成に搭載されるコ
ンバータ制御回路３０および列車モニタ装置４０を示
し、ここでは１編成３電動車の場合を例としており、各
電動車Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれにコンバータ制御回
路３０ａ、３０ｂ、３０ｃが搭載され、これらに対して
１台の列車モニタ装置４０が設置されている。

【００２０】図２はコンバータ制御回路３０および列車
モニタ装置４０の構成を更に詳細に示すものである。図
において、３１は自車のコンバータ６、７のコンバータ
動作異常信号Ｓ１の送信および全電動車のコンバータ動
作異常信号Ｓ１の受信のための送受信回路、３２は全電
動車のコンバータ動作異常信号Ｓ１と車両番号信号Ｓ２
とにもとづき自車のコンバータ６、７の変調波用三角波
信号の位相角を演算し、出力する位相角演算部である。

【００２１】４１は各コンバータからのコンバータ動作
異常信号Ｓ１の受信および全電動車のコンバータ動作異
常信号Ｓ１データの送信のための送受信回路、４２は全
電動車のコンバータ動作異常信号Ｓ１を記憶するための
データ記憶回路である。

【００２２】なお、コンバータ動作異常信号Ｓ１はコン
バータの動作有無を識別するもので、動作停止となる場
合として例えば以下に示す場合が想定される。 （１）コンバータの制御電源電圧が所定値以下に低下し
た場合。 （２）コンバータの制御装置に入力される制御信号用制
御回路開閉器が開放された場合。 （３）コンバータ装置が故障した場合。

【００２３】次に動作、特に１編成分の合成電流の高調
波成分を抑制するため各コンバータの変調用三角波信号
の位相角を最適値に設定するための制御動作について説
明する。先ず、常時、各コンバータ制御回路３０の送受
信回路３１を介して各コンバータのコンバータ動作異常
信号Ｓ１が列車モニタ装置４０の送受信回路４１に送信
される。列車モニタ装置４０のデータ記憶回路４２で
は、これら各コンバータからのコンバータ動作異常信号
Ｓ１が、図３に示すように、バイト情報として記憶され
る。

【００２４】実際に運転を開始するときは、開始にあた
って各コンバータ制御回路３０から列車モニタ装置４０
にコンバータ動作異常信号Ｓ１の要求を行う。列車モニ
タ装置４０ではデータ記憶回路４２の全電動車のコンバ
ータ動作異常信号データを送受信回路４１に介して送信
し、各コンバータ制御回路３０は上記データを送受信回
路３１に介して受信して位相角演算部３２に送出する。
位相角演算部３２では、図４に示すように、各電動車Ｍ
１、Ｍ２、Ｍ３の正常、異常（コンバータ６、７の動作
有無に対応）の状態に対応した各コンバータの変調用三
角波信号の位相角設定値を予めテーブルの形で格納して
いる。この例では、３両の電動車の内、１両の異常まで
が許容されるものとし、全てが正常なケースを含めて合
計４ケースについて各位相角が設定されている。

【００２５】従って、位相角演算部３２は、入力された
コンバータ動作異常信号Ｓ１と車両番号信号Ｓ２とから
図４の該当ケースの自車の設定位相角データを読み出
し、三角波形出力回路２６ａ、２６ｂ（図６参照）に送
出する。なお、厳密には図４に示す位相角は三角波形出
力回路２６ａで設定する角度で、三角波形出力回路２６
ｂで設定する角度は図４の値に９０度加算したものとな
る。

【００２６】以上の制御方式を採用することにより、す
べてのコンバータが正常に動作している場合は勿論、い
ずれのコンバータが異常となって停止している場合にお
いても、常に、動作中の各コンバータの制御位相角が相
互に等しい角度間隔となり、合成電流の高調波成分は適
正に抑制される。

【００２７】実施例２．なお、実施例１では、１編成３
電動車でコンバータを搭載する電動車が１両異常となる
場合までを想定して位相角の設定を予め格納するように
したが、例えば、１編成５電動車で最大３両が同時に異
常となるまで考慮する場合等、種々な条件の場合にも、
この発明は同様の考え方で適用することができ同等の効
果を奏する。

【００２８】また、実施例１では１電動車当たり２台の
コンバータ６、７を設け、相互間を９０度の位相差を設
けて制御する方式としたが、１電動車当たりのコンバー
タを１台または３台以上としても、各台数に応じた位相
差を設定すれば、この発明は同様に適用することができ
る。

【００２９】また、この発明は、動作中のコンバータの
各制御位相角が実質的に、常に相互に等しい角度間隔と
なるように制御する構成とすれば足り、必ずしもパルス
幅変調コンバータの場合に限られるものではない。更
に、この発明は、交流電車に搭載するタイプのコンバー
タ装置に限られるものではない。

【００３０】

【発明の効果】この発明の請求項１に係るコンバータ装
置は、各コンバータの動作有無を検出し、動作中のコン
バータの各制御位相角が常に相互に等しい角度間隔とな
るように制御するようにしたので、複数台のコンバータ
中、動作中のものの組み合わせがどのように変化しても
常にその合成電流の高調波成分は適正に抑制される。

【００３１】また、請求項２に係るコンバータ装置は、
各コンバータの動作有無を判別する信号を作成する手
段、動作中のコンバータの変調波の位相角が相互に等し
い角度間隔となるよう上記各コンバータの判別信号の状
態に応じて予め定められた上記各コンバータの変調波の
位相角のデータを格納する手段、および上記各コンバー
タの判別信号を入力し上記格納手段から該当する変調波
の位相角のデータを読み出し上記各コンバータ制御回路
へ送出する手段を備えたので、常に高調波成分が適正に
抑制されるよう、コンバータの動作有無の状態に確実に
追随して変調波の位相角が制御される。

【００３２】また、請求項３に係るコンバータ装置は、
判別信号を、制御電源電圧が所定値以下となったとき、
制御回路の開閉器が開放されたとき、またはコンバータ
装置が故障したときのそれぞれにコンバータ動作無を識
別するコンバータ動作異常信号と、搭載車両番号からコ
ンバータの識別を行う車両番号信号とから構成したの
で、位相角の制御の前提となる各コンバータの動作有無
の判別が、より適切確実になされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１によるコンバータ装置の
回路構成を示す図である。

【図２】 図１のコンバータ制御回路３０および列車モ
ニタ装置４０の内部構成を示す図である。

【図３】 列車モニタ装置４０でのコンバータ動作異常
信号Ｓ１のデータ処理方法を示す図である。

【図４】 位相角演算部３２に格納される各コンバータ
の変調用三角波信号の位相角設定データを示す図であ
る。

【図５】 従来のコンバータ装置の主回路構成を示す図
である。

【図６】 従来のコンバータ装置の制御回路構成を示す
図である。

【図７】 従来のコンバータ装置の制御位相角を示す図
である。

【符号の説明】

１ 交流架線（交流電源）、６，７ コンバータ、２６
ａ，２６ｂ 三角波形出力回路、３０ コンバータ制御
回路、３１ 送受信回路、３２ 位相角演算部、４０
列車モニタ装置、４１ 送受信回路、４２ データ記憶
回路、Ｓ１ コンバータ動作異常信号、Ｓ２ 車両番号
信号。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源からの交流電力を直流電力に変
   換するコンバータを複数台備え、上記各コンバータを所
   定の位相角で制御するコンバータ装置において、 上記各コンバータの動作有無を検出し、動作中のコンバ
   ータの各制御位相角が常に相互に等しい角度間隔となる
   ように制御することを特徴とするコンバータ装置。
2. 【請求項２】 交流架線の電車線からの交流電力を直流
   電力に変換するコンバータとこのコンバータを変調波を
   使用したパルス幅変調により制御するコンバータ制御回
   路とを複数組備えた交流電車のコンバータ装置におい
   て、 上記各コンバータの動作有無を判別する信号を作成する
   手段、動作中のコンバータの変調波の位相角が相互に等
   しい角度間隔となるよう上記各コンバータの判別信号の
   状態に応じて予め定められた上記各コンバータの変調波
   の位相角のデータを格納する手段、および上記各コンバ
   ータの判別信号を入力し上記格納手段から該当する変調
   波の位相角のデータを読み出し上記各コンバータ制御回
   路へ送出する手段を備えたことを特徴とするコンバータ
   装置。
3. 【請求項３】 判別信号を、制御電源電圧が所定値以下
   となったとき、制御回路の開閉器が開放されたとき、ま
   たはコンバータ装置が故障したときのそれぞれにコンバ
   ータ動作無を識別するコンバータ動作異常信号と、搭載
   車両番号からコンバータの識別を行う車両番号信号とか
   ら構成したことを特徴とする請求項２記載のコンバータ
   装置。