JPS60160301A - 電気車用アクテイプフイルタ装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は電気車用アクティブフィルタ装置に係り、特に
可変電圧・可変周波数インバータ制御の誘導電動機によ
シ駆動する電気車の連転時における銹導−害抑制技術に
関する。

〔発明の技術的背景とその間照点〕

第１図は、誘導電動機を可変電圧・可変周波数インバー
タ（以下ＶＶＶＦインバータと略す。）によシ制御する
場合の代表的な電気車制御装置の主回路構成図で、パン
タグラフ１により集電した直流電源は、メインヒユーズ
２、断流器３、高速度シャ断器５、更にリアクトル５及
びコンデンサ６を逆り形に接続して構成したｉ流フィル
タ回路を介してＶＶＶＦインバータに給電し、このｖｖ
ｖｉｉ’インバータにより可変電圧・可変周波数の三相
交流に変換して紡導亀動ｔｆｉ８’ｔ−飢御してい石。

この様な電気車においては、ＶＶＶＦ’インバータに使
用したスイッチング素子により断続制御された電流に起
因する紡導島瞥、即ち低周波から高崗波までの幅広い町
変周波数違転を行なう際に生ずるインバータ周波数の６
倍周波の高鉤波を含む帰線電流が、第１図中のｉ示す如
く流れ、この高調波電流の誘導により信号機や細切等の
各柚保安設伽を岨動作させる問題がある。このため例え
は帰線電流に含まれるリップル電流成分で５０及び６０
Ｈｚの商用周波数帯の場合は０．７Ａ以下に抑える必要
がある。

したがって従来のＶＶＶＦインバータ制御の誘導電動機
により駆動する電気車では、帰線電流に含まれる高調波
成分を低減するために、直流入力側に直列リアクトルと
並列コンデンサを用いた逆り形ＬＣパッシブフィルタが
用いられている。しかしこの方式により商用周波数帯の
高部波成分を前記の値以下に低減するためには、リアク
トル及びコンデンサの価をかなり大きくする必要があり
、しかも電気車の場合は高耐圧、大容量のものが必要と
なるが、反曲これらを取り付けるスペースに制約がある
。

例えは、逆り形ＬＣパッシブフィルタ方式では５０Ｈｚ
成分のリップル電流をＩＱ　ｄＢ波減衰るにはＬ＝１０
ｍＨとしてＣ＝　６５００μＦという非常に大きな値の
ものを用いねはならない。

一方従来のいかなる方式のフィルタであっても、＃記イ
ンバータの直流側回路ＫＵＡ結して用いるため、インバ
ータ起動時に生ずる直流１！浦の突入電流及び事故発生
時の異常電流、そのほか過渡現象発生時の過電圧・過電
流に副え得るだけの容量を必要とする。この場合、別な
方法、例えは抵抗器とコンデンサを直列に接続して構成
したいわゆるスナバ回路を付加することによシ、余剰な
エネルギーを吸収し、フィルタを保護することも考えら
れるが、これが原因で本来のフィルタの幼果に影響を及
ばず不具合を生ずる。

以上説明したように従来の途り形ＬＣパッシブフィルタ
方式では、帰線電流に含まれる高調波成分、特に商用周
波数帯以下の成分を減良するためには、大容量のりアク
ドルとコンデンサが必要となり、１量的、空間曲、経済
的に車両用としては不利となる欠点があった。また前記
インバータとの間の保謙協−が不十分な欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に録みなされたもので、ＶＶＶＦイン
バータ制御の誘導電動機により駆動する電気車の運転時
の帰線電流に含まれる高調波電流、特に商用周波数帯の
脈動（リップル）１ｉ流の低減を小形で軽量な手段で達
成してｂ導障害を抑制し、前記脈動電流の低減作用に影
響することなく動作する過電圧抑制装置を備えた電気車
用アクティブフィルタ装置を提供する。

〔発明の概要〕

本発明は、直流電源により誘導電動機を制御すゐＶＶＶ
Ｆインバータ、とのＶＶＶＦ’インバータの直流電源側
にリアクトルと逆り形に接続して構成した直ｆｋフィル
タ回路用のコンデンサの電圧を検出し、この電圧から前
記ＶＶＶＦインバータを動作させることにより生ずる特
定周波数の脈動（リップル）電圧を帯域濾波器を介して
選別し、増幅器により増幅した飯、変圧器（トランス）
を介して直流側ニ前記コンデンサのリップル電圧とは位
相を反転して前記血流の電圧と重畳することによυ、Ｖ
ＶＶＦインバータ運転時の帰線電流に含まれる前記特定
周波数のリップル電流を低秋する。

更に前記ＶＶＶＦインバータの起動時における突入電流
、及び事故時の異常電流から本装置を保―するために、
これらの過大なエネルギーを吸収する過電圧抑制装置を
備えている。

一般に、過電圧を抑制するにはコンデンサやアレスタ等
を用いて外部からの余剰エネルギーを吸収しているが、
本アクティブフィルタ装置は入力、出力間の振幅と位相
関係が動作上重要なため、これを保護する過電圧抑制装
置はコンデンサの他のダイオードブリッジ、制御Ｉｌｌ
　＆（を用いてアクティブフィルタ装置の機能に全く影
響を与えずに動作する。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。

第２図に本発明の電気車用アクティブフィルタ装置の一
実施例を示し、第１図に示した電気車制御装置の王回路
檎戟図と同一の部分には同じ朴号を付けて説明を省略し
た。

第２図で、９は直続架線電圧より特定周波数（この実施
例では商用周波数帯の周波数）のリップル電圧′！ｉｉ
−遠別する後述する帯域濾波器（バンドパスフィルタ）
である。１０は前記バントバスフィルタ９の出力を増幅
するための増幅器で、入力と出力との間の位相差はなく
、電力帰謙制御付である。１１は一次巻線を前記増幅器
ｌＯの出力側に接続し、二次巻線をコンデンサ６とＶＶ
ＶＦインバータ７の並列回路とｍ列、即ちリアクトル５
と画列状に、前記コンデンサの特定周波数のリップル電
圧とは逆位相の極性に出力するように接続した変圧器（
トランス）である。１２はバンド、パスフィルタ９の入
力側に接続し、過電圧が印加することを抑制する入力過
電圧抑制装置、１３は増幅器ｌＯの出力側に接続し、ト
ランス１１から過電圧が印加するのを抑制する出力過電
圧抑制装置、１４は前記入力過電圧抑制装に１２及び出
力過電圧抑制装ｋ１３への制御電源１４である。

第３図は前記バンドパスフィルタ９の一回路例で、コン
デンサ１５と抵抗】６によ９１次のＲＣバイパスフィル
タをｔｓｇし、１７Ｉ／ｉ出力インピーダンスを高くす
るための増幅器である。また抵抗１８とコンデンサ１９
にょ９１次のＲＣローパスフィルタを構成し、２０は出
力インビルダンスを高くするための増幅器である。した
がって回路全体トシてはバイパスフィルタとローパスフ
ィルタの直列接続によりバンドパスフィルタとして動作
する。

第４図は入力過電圧抑制装置１２及び出力過電圧抑制装
置】３の一回路例であり、両押１ＩＩｆ、＋装置は同じ
回路構成としている。２１はダイオードブリッヂ、２２
は過電圧吸収用コンデンサ、２３は過電圧吸収用コンデ
ンサ２２のための放ｔＭ抵抗であ　□る。

以下第２図に示した実施例の動作について説明する。

先ず、パンタグラフ１、メインヒユーズ２、断流器３、
高速度しゃ断器４、リアクトル５、コンデンサ６、イン
バータ７で構成した主回路の直流電圧、すなわち直流架
線電圧をバンドパスフィルタ９に入力する。ここで第５
図に示す周波数特性となるようにバンドパスフィルタ９
を構成することによシ、＃配直流電圧に含まれるリップ
ル電圧のうち商用周波数帯のリップル電圧を選別し、入
出力間のこのリップル電圧の位相差がほぼ零となり、他
の周波数のリップル電圧は減表する。同第５図で（ａ）
は位相を、（ｂ）は振幅を示す。

次ニ上記バンドパスフィルタ９の出力を増幅器１０に入
力し、バンドパスフィルタ９で選別した商用周波数帯の
リップル電圧を増幅した後、トランス１１へ出力する。

ここで増幅器ｌＯは入出力間の位相差がほぼ零であるこ
とが望ましいが、ある程度の補正は前記バンドパスフィ
ルタ９の回路定数を変更することにより、バンドパスフ
ィルタ９を含めて位相差を零にすることが可能である。

トランス１１は増幅器１０からの出力を位札を反転して
両組主回路の直流電圧にＩＬＩｔ、する。

亀６図に主回路の直流電圧に含まれる商用周波数帯のリ
ップル電圧とトランス１１の出力電圧との関係を示した
。第６図で（ａ）はリップル電圧を、（ｂ）はトランス
の出力電圧である。上記により前記商用周波数帯のリッ
プル電圧はトランス１１の出力電圧によυ相殺されるこ
とになり、帰線電流に含まれるリップル電流を低減する
ことができる。

同この場合、前記リップル電圧とトランス１１　□の出
力電圧との関係は位相差が１８０度であることが必要と
なる。又、第２図に示した主回路とアクティブフィルタ
装置の構成例では、フィルタコンデンサ６の両端電圧と
トランス１１の出力電圧との和の電圧を検出しているた
め、ブロック線図は第７図に示すとおりとなり、増幅器
１０のゲインを大きくすればするほど前記リップル電圧
は小さくなり、リップル電流管低減する効果が大きくな
る。

一方、入力過電圧搾１装置１２は、前記主回路の起動時
にバンドパスフィルタ９内のコンデンサ１５に流れる充
電電流により抵抗１６の両端に籾起される過電圧、また
出力過電圧抑制装置１３はインバータ７のアーム短絡等
により１ＩＩＦ２王回路に短絡電洸が流れ電流が急増す
る場合、及び高速度しゃ断器４がトリップして亀跪が急
減する場合に、トランス１１を介して増幅器１０の出力
側に印加されゐ過電圧をそれぞれ抑制するために接続し
てあり、過大な交流電圧に対してダイオードブリッジ２
１を用いてこれを整流し、過電圧吸収用コンデンサ２２
に吸収するようにしてあり、最終的には放電抵抗２３で
消費している。

入力過電圧抑制装置】２及び出力過電圧抑制装置１３は
、その対象とする第４図の■１　に相当する過電圧の極
性が定まらないこと、前記主回路が定常連転している時
はアクティブフィルタ装置の入力・出力に影舎を与えな
いこと、そして確実にアクティブフィルタ装置を外部か
らの過電圧より゛保膿できうるだけの余剰エネルギーの
吸収が行えることが機能として要求される。

また平常連転時においては、前記入力過電圧抑制装置１
２及び出力過電圧抑制装置１３が、バンドパスフィルタ
９及び増幅器１０の負向とならないように、制御電源１
４により第４図に示したＶｐとして平常時のＶｉ　Ｏ値
よりも高めの電圧を与えて過電圧吸収用コンデンサ２２
を充電して、電流が流れこまなくしている。

〔発明の効果〕 以上説明した通り本発明の電気車用アクティブフィルタ
装置によれは、誘導電動機により電気車を駆動し、この
誘導電動機を向流を電鍵とし、ＶＶＶＰインバータによ
り制御する場合に発止する帰線電流に含まれる特定周波
数のリップル−′流を、従来のように大型で大容量のフ
ィルタ用のりアクドルやコンデンサを用いることなく、
小形で＠量な装置により低減することができ、信頼性の
高い篩導陣書の抑制ができる。

拘本発明によシ得た過電圧抑制装置によれは、可変電圧
・可変周波数インバータ制御の誘導電動機駆動の電気車
において、その帰線電流に含まれる商用周波数帯成分の
りラブル電流を低減できる車両用アクティブフィルタ装
に、ヲ、その動作及び効果には全く影曽を与えずに、＃
記インバータの起動時及び事故時における過電圧から保
麹でき、したがって車両用アクティブフィルタ装置全体
として信頼性を高められ、構成が簡単なので小型、軽量
化がｂ１能であり、車両に搭載して使用する場合は特に
１利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導電動機を可変電圧・可変周波数インバータ
によシ制御する場合の代表的な電気車制御装置の主回路
ａ成図、第２図は本発明の一実施例を示した図、第３図
及び第４図は第２図の各部分を示した図、第５図乃至第
７図は本発明の詳細な説明するための特性を示した図で
ある。 ５・リアクトル　６・・・コンデンサ ７・・・可変電圧・可変周波数インバータ８・・・誘導
電動機　９・・・帯域濾波器１０・・増幅器　】ｌ・・
変圧器 １２．１３・・、過電圧抑制装置 （７３１７）　代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほ
か１名）第１図 第３図 第４図 １ 第５図 同　５度数Ｌ　Ｈｚ） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気車を駆動する誘導電動機、この誘導電動機を直流を
   電源としりアクドルとコンデンサを逆り形に接続して構
   成した血流フィルタ回路を有する可変電圧・可変周波数
   インバータにより制御する電気車において、前記直流電
   源の脈動電圧を検出し特定周波数の脈動電圧を出力する
   帯域濾波器とこの帯域濾波器の出力を増幅する増幅器と
   、−次巻線を前記増幅器の出力側に接続し二次巻線を前
   記リアクトルに直列状に前記コンデンサの脈動電圧とは
   逆位相の極性に接続した変圧器と、前記インバータの起
   動時及び事故時に前記変圧器の一次巻線から発生する過
   電圧から前記帝域亀波器と増幅器を保睦する過電圧抑制
   装置とを備えたことを％黴とする電気車用アクティブフ
   ィルタ装置。