JPS6126401A - 電気車用アクテイブフイルタ装置 - Google Patents

電気車用アクテイブフイルタ装置

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JPS6126401A
JPS6126401A JP14737984A JP14737984A JPS6126401A JP S6126401 A JPS6126401 A JP S6126401A JP 14737984 A JP14737984 A JP 14737984A JP 14737984 A JP14737984 A JP 14737984A JP S6126401 A JPS6126401 A JP S6126401A
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JP
Japan
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voltage
capacitor
inverter
current
output
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Application number
JP14737984A
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English (en)
Inventor
Ikuya Aoyama
育也 青山
Ikuo Yasuoka
育雄 安岡
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10Electrical machine types
    • B60L2220/12Induction machines

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  • Power Conversion In General (AREA)

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の出力で電気車駆動用
の誘導電動機を運転する際における誘導障害を抑制可能
にした電気車用アクティブフィルタ装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
第7図は、誘導電動機を可変電圧・可変周波数インバー
タ(以下■VVFインバータと称する)により制御する
場合の一般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力は、メインヒユーズ
2.断流器3.高速度しゃ断器4、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直流フィル
タ回路を介してVVVFインバータ7に給電し、この■
VVFインバータ7により可変電圧・可変周波数の三相
交流に変換して誘導電動18を制御している。
この様な構成の電気車制御装置においては、■VVFイ
ンバータ7に使用した半導体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誘導障害、即ち低周波から
高周波までの幅広い可変周波数運転を行う際に生ずるイ
ンバータ周波数の6倍周波の高調波を含む帰線電流iが
、第7図に示す如く流れ、この高調波電流の誘導により
信号機や踏切等の各種保安設備を誤動作させる問題があ
る。このため例えば帰線電流 に含まれるリップル電流成分で50及び60HZの商用
周波数帯の場合は0.7 A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、第7図のように直流入力側に
直列にリアクトルと並列にコンデンサを用いた逆り形L
Gパッシブフィルタが用いられている。しかし、この構
成により商用周波数帯の高調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値をかな
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、反面これらを取り付
けるスペースに制約がある。
例えば、逆り形LCパッシブフィルタ装置では50HZ
成分のリップル電流を10d B減衰するにはl=10
mHとしてC= 6500μFという非常に大きな値の
ものを用いねばならない。
以上説明したように従来の逆り形LCパッシブフィルタ
装置では、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衰するためには、大容量のりアク
ドルとコンデンサが必要となり、車両用としては重量的
、空間的、経済的に不利である。
〔発明の目的〕
本発明は前記の点に鑑みなされたもので、■■VF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
リップル電流を低減させることができ、しかもより信頼
性を高めることができる電気車用アクティブフィルタ装
置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は前記目的を達成する為に、直流を、リアクトル
とコンデンサを逆り形に接続した直流フィルタ回路を介
して可変電圧・可変周波数インバータに入力し、ここで
変換された交流により電気車駆動用の誘導電動機を運転
するものにおいて、前記コンデンサの脈動電圧を検出し
特定周波数の脈動電圧を出力するバンドパスフィルタと
、このバンドパスフィルタの出力側にその一次巻線を接
続し、その二次巻線を前記リアクトルに直列接続した前
記コンデンサの脈動電圧とは逆位相の極性に接続したト
ランスと、このトランスの帰線電流を検出するギャップ
付交流変流器と、前記バンドパスフィルタで有害な周波
数成分を選別し、その周波数成分が所定のレベルを超え
た場合に前記インバータの運転を停止させる出力過電圧
制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
〔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1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7図に示した電気車制御装置の主回路
構成図と同一の部分には同じ符号を付けてその説明を省
略する。
第1図で、9は前記コンデンサ6の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
圧を選別するためのバンドパスフィルタ(帯域濾波器)
である。10は前記バンドパスフィルタ9の出力を増幅
するための増幅器で、この入力と出力との間の位相差が
ないものを用いる。11はトランスで、この−次巻線を
前記増幅器10の出力側に接続し、この二次巻線をコン
デンサ6とVVVFインバータ7の接続点と直列、即ち
アクドル5と直列であって、前記コンデンサ6の特定周
波数のリップル電圧とは逆位相の極性の出力が出力され
るように接続したトランス(変圧器)である。12は前
記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は前記
増幅器10の出力側に接続し、前記トランス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置″12及び出力過電圧抑制装
置13にそれぞれ電力を供給する制御電源14である。
15は前記VVVFインバータの帰線電流を検出するギ
ャップ付交流変流器、16は前記ギャップ付交流変流器
15の出力より特定周波数成分を選別し、これが許容値
を超えた場合に前記高速度しゃ断器4に対する強制トリ
ップ信号H3tripを出力する低周波振動検出器であ
る。
第2図は、前記低周波振動検出器16の具体的な回路の
一例を示すもので、特定周波数帯成分を前記ギャップ付
交流変流器15の出力より選別するバンドパスフィルタ
17、及びこのバンドパスフィルタ17の出力とレール
妨害電流l!準許容値Irとを比較する比較器18によ
り構成されている。
以下、このような構成の電気車用アクティブフィルタ装
置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、すなわちコンデ
ンサ6の端子間電圧をバンドパスフィルタ9に入力する
。このバンドパスフィルタ9により、前記直流電圧に含
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衰する。
第3図(a)(b)はこれを説明するためのもので一岬
嘔嘔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ている。尚、
第4図(a>(b)はバンドパスフィルタ9の周波数と
位相の関係および周波数と振幅の関係を示す図である。
次に前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10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からの出力を位相を反転して
前記主回路の直流電圧に重畳する。このようなことから
、前記商用周波数帯のリップル電圧はトランス11の出
力電圧により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。
一方、入力過電圧抑制装置12、出力過電圧抑制装置1
3は前記主回路の起動時、また事故等の過渡現象時にお
いて増幅器10を過電圧から保護するために過電圧吸収
用コンデンサ及び外部の制御電源14により効率よく前
記過電圧を吸収する。
次に、ギャップ付交流変流器15、低周波振動検出器1
6により構成する電気車用アクティブフィルタ装置のバ
ックアップ回路、即ち本装置の機能が何らかの原因によ
り低下、もしくは停止した場合に即座にVVVFインバ
ータ7の運転を止めるための機能について説明する。
前記主回路の帰線電流をギャップ付交流変流器15によ
りその交流リップル分Ir1pのみを検出し、低周波振
動検出器16へ出力する。そして低周波振動検出器16
内のバンドパスフィルタ17は第5図に示す周波数特性
となるように構成されているので、前記帰線電流に含ま
れる商用周波数帯成分のリップル電流1 comを選別
した後に比較器18に出力する。比較器18ではあらか
じめ外部より設定するレール妨害電流基準許容値1rど
バンドパスフィルタ17の出力1 comを時々刻々比
較し、前記1cOInがIrを超えた場合、即座に高速
度しゃ断器4を強制トリップさせてVVVFインバータ
7の運転を止めるための信号HB tripを出力する
。この比較器18の動作を第6図にまとめて示し、ここ
で(a)は商用周波数帯成分のリップル電流1 com
、(b)はレール妨害電流基準許容値1rを示している
〔発明の効果〕
以上述べた本発明によれば、直流を、リアクトルとコン
デンサを逆し形に接続した直流フィルタ回路を介して可
変電圧・可変周波数インバータに入力し、ここで変換さ
れた交流により電気車駆動用の誘導電動機を運転するも
のにおいて、前記コンデンサの脈動電圧を検出し特定周
波数の脈動電圧を出力するバンドパスフィルタと、この
バンドパスフィルタの出力側にその一次巻線を接続し、
その二次巻線を前記リアク(〜ルに直列接続した前記コ
ンデンサの脈動電圧とは逆位相の極性に接続したトラン
スと、このトランスの帰線電流を検出するギャップ付交
流変流器と、前記バンドパスフィルタで有害な周波数成
分を選別し、その周波数成分が所定のレベルを超えた場
合に前記インバータの運転を停止させる出力過電圧制御
装置とを備えただので、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リップル電流を低
減させることができ、しかもより信頼性を高めることが
できる電気車用アクティブフィルタ装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による電気車用アクティブフィルタ装置
の一実施例を示す概略構成図、第2図は圧に含まれる商
用周波数帯のリップル電圧とトランス出力電圧との関係
を示す図、第4図(a>(b)は同実施例のバンドパス
フィルタの周波数と位相の関係および周波数と振幅の関
係を示す図、第5図は同実施例のバンドパスフィルタの
周波数特性を示す図、第6図は同実施例の比較器の動作
を説明するための商用周波数帯成分のリップル電流とレ
ール妨害電流基準許容値を示す図、第7図は誘導電動機
を可°変電圧・可変周波数インバータにより制御する場
合の一般的な電気車制御装置の主回路構成図である。 1・・・パンタグラフ、2・・・メインヒユーズ、3・
・・断流器、4・・・高速度しゃ断器、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・・・バンド
パスフィルタ、11・・・トランス、12・・・入力過
電圧抑制装置、13・・・出力過電圧抑制装置、14・
・・制御電源、15・・・ギャップ付交流変流器、16
・・・低周波振動検出器、17・・・バンドパスフィル
タ、18・・・比較器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 r HBtr1p積うU力) 第3図 第4図 r@兼数〔H2) 第5図 第7図 手続補正書(方式) %式% 1、事件の表示 特願昭59−147379号 2発明の名称 電気車用アクティブフィルタ装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)  株式会社 東芝 11、代理人 昭和59年10月30日 6 補正の久]象 明細書 7、補正の内容 (1)  明細書第12月1行目〜向負4行目に記載回
路の直流電圧に含まれる商用周波数帯のリッグル電圧お
よびトランス出力電圧の関係を示す図、」と訂正する。 (2)  同第12貴4行目〜同負6行目に記載の「第
4図(a)〜と位相の関係および周波数と振幅の関係を
示す図、」を「第4図は同実施例のバンドパスフィルタ
の周波数と位相の関係および周波数と振幅の関係を示す
図、」と訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 直流を、リアクトルとコンデンサを逆L形に接続した直
    流フィルタ回路を介して可変電圧・可変周波数インバー
    タに入力し、ここで変換された交流により電気車駆動用
    の誘導電動機を運転するものにおいて、前記コンデンサ
    の脈動電圧を検出し特定周波数の脈動電圧を出力するバ
    ンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの出力側
    にその一次巻線を接続し、その二次巻線を前記リアクト
    ルに直列接続した前記コンデンサの脈動電圧とは逆位相
    の極性に接続したトランスと、このトランスの帰線電流
    を検出するギャップ付交流変流器と、前記バンドパスフ
    ィルタで有害な周波数成分を選別し、その周波数成分が
    所定のレベルを超えた場合に前記インバータの運転を停
    止させる出力過電圧制御装置とを備えた電気車用アクテ
    ィブフィルタ装置。
JP14737984A 1984-07-16 1984-07-16 電気車用アクテイブフイルタ装置 Pending JPS6126401A (ja)

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