(57)【要約】【課題】低速回転時の高トルクと高速回転との両立を図りつつ、インバータ装置や誘導電動機の大型化および構成の複雑化を抑制し、ならびに、異なる直流電圧で電化された区間を直通運転する電車の動力装置として、電圧利用率の低下および構成の複雑化を抑制する。【解決手段】本発明に係る駆動システム１は、三相インバータ装置ＩＮＶと、三相誘導電動機ＩＭ１，ＩＭ２と、三相接触器ＭＣ１，ＭＣ２とを備え、Ｘ端子が、Ｕ１端子、Ｕ２端子およびＲ１端子に接続され、Ｙ端子が、Ｖ１端子、Ｖ２端子およびＳ１端子に接続され、Ｚ端子が、Ｗ１端子、Ｗ２端子およびＴ１端子に接続され、Ｕ１’端子が、Ｖ２’端子、Ｔ１’端子およびＲ２端子に接続され、Ｖ１’端子が、Ｗ２’端子、Ｒ１’端子およびＳ２端子に接続され、Ｗ１’端子が、Ｕ２’端子、Ｓ１’端子およびＴ２端子に接続され、Ｒ２’端子とＳ２’端子とＴ２’端子とが短絡されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相インバータ装置と、電気的に独立した三相の巻線それぞれの両端が外部に引き出された第１の三相誘導電動機と、前記第１の三相誘導電動機と同様の構成を有する第２の三相誘導電動機と、第１の三相接触器とを備え、
前記三相インバータ装置の、第１の相の出力端子をＸ端子、第２の相の出力端子をＹ端子、第３の相の出力端子をＺ端子とし、
前記第１の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ１端子、Ｕ１’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ１端子、Ｖ１’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ１端子、Ｗ１’端子とし、
前記第２の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ２端子、Ｕ２’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ２端子、Ｖ２’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ２端子、Ｗ２’端子とし、
前記第１の三相接触器の、第１の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＲ１端子、Ｒ１’端子とし、第２の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＳ１端子、Ｓ１’端子とし、第３の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＴ１端子、Ｔ１’端子とすると、
前記Ｘ端子が、前記Ｕ１端子、前記Ｕ２端子および前記Ｒ１端子に接続され、
前記Ｙ端子が、前記Ｖ１端子、前記Ｖ２端子および前記Ｓ１端子に接続され、
前記Ｚ端子が、前記Ｗ１端子、前記Ｗ２端子および前記Ｔ１端子に接続され、
前記Ｕ１’端子が、前記Ｖ２’端子および前記Ｔ１’端子に接続され、
前記Ｖ１’端子が、前記Ｗ２’端子および前記Ｒ１’端子に接続され、
前記Ｗ１’端子が、前記Ｕ２’端子および前記Ｓ１’端子に接続される、駆動システム。
【請求項２】
三相インバータ装置と、電気的に独立した三相の巻線それぞれの両端が外部に引き出された第１の三相誘導電動機と、前記第１の三相誘導電動機と同様の構成を有する第２の三相誘導電動機と、第２の三相接触器とを備え、
前記三相インバータ装置の、第１の相の出力端子をＸ端子、第２の相の出力端子をＹ端子、第３の相の出力端子をＺ端子とし、
前記第１の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ１端子、Ｕ１’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ１端子、Ｖ１’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ１端子、Ｗ１’端子とし、
前記第２の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ２端子、Ｕ２’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ２端子、Ｖ２’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ２端子、Ｗ２’端子とし、
前記第２の三相接触器の、第１の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＲ２端子、Ｒ２’端子とし、第２の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＳ２端子、Ｓ２’端子とし、第３の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＴ２端子、Ｔ２’端子とすると、
前記Ｘ端子が、前記Ｕ１端子および前記Ｕ２端子に接続され、
前記Ｙ端子が、前記Ｖ１端子および前記Ｖ２端子に接続され、
前記Ｚ端子が、前記Ｗ１端子および前記Ｗ２端子に接続され、
前記Ｕ１’端子が、前記Ｖ２’端子および前記Ｒ２端子に接続され、
前記Ｖ１’端子が、前記Ｗ２’端子および前記Ｓ２端子に接続され、
前記Ｗ１’端子が、前記Ｕ２’端子および前記Ｔ２端子に接続され、
前記Ｒ２’端子と前記Ｓ２’端子と前記Ｔ２’端子とが短絡されている、駆動システム。
【請求項３】
三相インバータ装置と、電気的に独立した三相の巻線それぞれの両端が外部に引き出された第１の三相誘導電動機と、前記第１の三相誘導電動機と同様の構成を有する第２の三相誘導電動機と、第１の三相接触器と、第２の三相接触器とを備え、
前記三相インバータ装置の、第１の相の出力端子をＸ端子、第２の相の出力端子をＹ端子、第３の相の出力端子をＺ端子とし、
前記第１の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ１端子、Ｕ１’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ１端子、Ｖ１’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ１端子、Ｗ１’端子とし、
前記第２の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ２端子、Ｕ２’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ２端子、Ｖ２’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ２端子、Ｗ２’端子とし、
前記第１の三相接触器の、第１の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＲ１端子、Ｒ１’端子とし、第２の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＳ１端子、Ｓ１’端子とし、第３の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＴ１端子、Ｔ１’端子とし、
前記第２の三相接触器の、第１の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＲ２端子、Ｒ２’端子とし、第２の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＳ２端子、Ｓ２’端子とし、第３の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＴ２端子、Ｔ２’端子とすると、
前記Ｘ端子が、前記Ｕ１端子、前記Ｕ２端子および前記Ｒ１端子に接続され、
前記Ｙ端子が、前記Ｖ１端子、前記Ｖ２端子および前記Ｓ１端子に接続され、
前記Ｚ端子が、前記Ｗ１端子、前記Ｗ２端子および前記Ｔ１端子に接続され、
前記Ｕ１’端子が、前記Ｖ２’端子、前記Ｔ１’端子および前記Ｒ２端子に接続され、
前記Ｖ１’端子が、前記Ｗ２’端子、前記Ｒ１’端子および前記Ｓ２端子に接続され、
前記Ｗ１’端子が、前記Ｕ２’端子、前記Ｓ１’端子および前記Ｔ２端子に接続され、
前記Ｒ２’端子と前記Ｓ２’端子と前記Ｔ２’端子とが短絡されている、駆動システム。
【請求項４】
請求項１または３に記載の駆動システムの制御方法であって、
前記三相インバータ装置の出力可能な電圧が、予め定められた最大電圧の１／２程度に制限される場合、前記第１の三相接触器の接点を閉じる、制御方法。
【請求項５】
請求項２または３の記載の駆動システムの制御方法であって、
前記三相インバータ装置の出力可能な電圧が、予め定められた最大電圧の√３／２程度に制限される場合、前記第２の三相接触器の接点を閉じる、制御方法。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項の記載の駆動システムの制御方法であって、
前記第１の三相誘導電動機および前記第２の三相誘導電動機の逆起電力が、前記三相インバータ装置の出力電圧よりも所定値以上大きくなった場合、前記第１の三相接触器の接点を閉じる、または、前記第２の三相接触器の接点を閉じる、制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の制御方法において、
前記三相インバータ装置の出力電圧および動作周波数を低減して、前記第１の三相誘導電動機および前記第２の三相誘導電動機を減速させるとともに、前記第１の三相誘導電動機および前記第２の三相誘導電動機による運動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキ制御が行われる場合、前記閉じられている第１の三相接触器または第２の三相接触器を開放する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機は、その簡素で堅牢な構造から、産業上、様々な用途で用いられている。特に、三相誘導電動機と可変電圧可変周波数インバータ装置とを組み合わせた駆動システムは、良好な始動特性、広い可変速運転範囲、高効率な運転、回生制動による省エネルギー、停止速度までの電気制動などの良好な特性を有する。また、このような駆動システムでは、複数台の誘導電動機を一台の可変電圧可変周波数インバータ装置で容易に制御することができるという利点がある。このような利点は、永久磁石同期電動機では得られない利点である。
【０００３】
一般的な可変電圧可変周波数インバータ装置は、入力される直流電圧以上の電圧を出力することができず、また、出力可能な最大電流値に応じて大型化する。誘導電動機は、巻線の構造により、電流とトルクとの比率、および、回転速度と逆起電力との比率が決まる。そのため、低速回転時のトルクを高めるために巻線の巻数を増やすと、高速回転時には逆起電力が増えて電流を流せなくなり、逆に高速回転時のトルクを確保するために巻線の巻数を減らすと、インバータ装置の最大電流値により制限される低速運転時のトルクが減少する。そのため、低速回転時の高トルクと高速回転との両立を必要とする用途では、インバータ装置および誘導電動機が大型化する。
【０００４】
三相誘導電動機と可変電圧可変周波数インバータ装置と組み合わせた駆動システムは、電気鉄道車両の動力装置としても用いられている。直流電化された鉄道線路を走行する電車に搭載された可変電圧可変周波数インバータ装置は、架線・レール間の電圧がそのまま入力されるのが一般的である。路線の敷設環境、設備を保有する会社の違い、および、歴史的な経緯により、直流電化された鉄道線路は、直流６００Ｖあるいは７５０Ｖの低電圧による電化方式と、直流１５００Ｖの高電圧による電化方式とがある。
【０００５】
異なる直流電圧で電化された区間を直通運転する電車の動力装置として、誘導電動機と可変電圧可変周波数インバータ装置とを組み合わせて使用する場合、従来は、以下のような制御方法が用いられていた。１つ目の制御方法は、電動機およびインバータ装置をより高い電圧用に設計し、低電圧の路線では、電動機の出力および運転速度を制限する方法である。２つ目の制御方法は、インバータ装置を高電圧に対応可能に設計し、電動機を低電圧用に設計し、高電圧の路線ではインバータ装置の可変電圧制御により電動機に印加される電圧を制限する方法である。３つ目の制御方法は、集電装置とインバータ装置との間に電圧を調整する装置あるいは機構を組み込み、電化方式に関わらず一定の電圧でインバータ装置および電動機を駆動する方法である。
【０００６】
なお、一般的な三相誘導電動機の巻線の結線方式として、巻線を相間に接続したΔ結線と、各相の巻線が中性点に接続されるＹ結線とがある。また、三相誘導電動機の中には、電気的に独立した各相の巻線の両端を三相誘導電動機の外部に引き出した三相独立結線誘導電動機がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−２０１９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、三相誘導電動機と可変電圧可変周波数インバータ装置とを組み合わせた駆動システムにおいて、低速回転時の高トルクと高速回転との両立を図りつつ、インバータ装置や誘導電動機の大型化および構成の複雑化を抑制することは困難であった。
【０００９】
異なる直流電圧で電化された区間を直通運転する電車の動力装置において、上述した１つ目の制御方法では、低電圧の路線において、誘導電動機に印加可能な電圧が低下し、誘導電動機の出力が低下するために、走行性能に問題がある。また、２つ目の制御方法では、高電圧の路線における電圧利用率の低さによるインバータ損失の増加およびインバータ装置の大型化という問題がある。また、３つ目の方法では、構成の複雑化による故障率の増加という問題がある。
【００１０】
上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、低速回転時の高トルクと高速回転との両立を図りつつ、インバータ装置や誘導電動機の大型化および構成の複雑化を抑制することができる駆動システムおよびその制御方法を提供すること、ならびに、異なる直流電圧で電化された区間を直通運転する電車の動力装置として、電圧利用率の低下および構成の複雑化を抑制することができる駆動システムおよびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る駆動システムは、三相インバータ装置と、電気的に独立した三相の巻線それぞれの両端が外部に引き出された第１の三相誘導電動機と、前記第１の三相誘導電動機と同様の構成を有する第２の三相誘導電動機と、第１の三相接触器とを備え、前記三相インバータ装置の、第１の相の出力端子をＸ端子、第２の相の出力端子をＹ端子、第３の相の出力端子をＺ端子とし、前記第１の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ１端子、Ｕ１’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ１端子、Ｖ１’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ１端子、Ｗ１’端子とし、前記第２の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ２端子、Ｕ２’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ２端子、Ｖ２’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ２端子、Ｗ２’端子とし、前記第１の三相接触器の、第１の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＲ１端子、Ｒ１’端子とし、第２の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＳ１端子、Ｓ１’端子とし、第３の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＴ１端子、Ｔ１’端子とすると、前記Ｘ端子が、前記Ｕ１端子、前記Ｕ２端子および前記Ｒ１端子に接続され、前記Ｙ端子が、前記Ｖ１端子、前記Ｖ２端子および前記Ｓ１端子に接続され、前記Ｚ端子が、前記Ｗ１端子、前記Ｗ２端子および前記Ｔ１端子に接続され、前記Ｕ１’端子が、前記Ｖ２’端子および前記Ｔ１’端子に接続され、前記Ｖ１’端子が、前記Ｗ２’端子および前記Ｒ１’端子に接続され、前記Ｗ１’端子が、前記Ｕ２’端子および前記Ｓ１’端子に接続される。
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る駆動システムは、三相インバータ装置と、電気的に独立した三相の巻線それぞれの両端が外部に引き出された第１の三相誘導電動機と、前記第１の三相誘導電動機と同様の構成を有する第２の三相誘導電動機と、第２の三相接触器とを備え、前記三相インバータ装置の、第１の相の出力端子をＸ端子、第２の相の出力端子をＹ端子、第３の相の出力端子をＺ端子とし、前記第１の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ１端子、Ｕ１’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ１端子、Ｖ１’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ１端子、Ｗ１’端子とし、前記第２の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ２端子、Ｕ２’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ２端子、Ｖ２’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ２端子、Ｗ２’端子とし、前記第２の三相接触器の、第１の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＲ２端子、Ｒ２’端子とし、第２の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＳ２端子、Ｓ２’端子とし、第３の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＴ２端子、Ｔ２’端子とすると、前記Ｘ端子が、前記Ｕ１端子および前記Ｕ２端子に接続され、前記Ｙ端子が、前記Ｖ１端子および前記Ｖ２端子に接続され、前記Ｚ端子が、前記Ｗ１端子および前記Ｗ２端子に接続され、前記Ｕ１’端子が、前記Ｖ２’端子および前記Ｒ２端子に接続され、前記Ｖ１’端子が、前記Ｗ２’端子および前記Ｓ２端子に接続され、前記Ｗ１’端子が、前記Ｕ２’端子および前記Ｔ２端子に接続され、前記Ｒ２’端子と前記Ｓ２’端子と前記Ｔ２’端子とが短絡されている。
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明に係る駆動システムは、三相インバータ装置と、電気的に独立した三相の巻線それぞれの両端が外部に引き出された第１の三相誘導電動機と、前記第１の三相誘導電動機と同様の構成を有する第２の三相誘導電動機と、第１の三相接触器と、第２の三相接触器とを備え、前記三相インバータ装置の、第１の相の出力端子をＸ端子、第２の相の出力端子をＹ端子、第３の相の出力端子をＺ端子とし、前記第１の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ１端子、Ｕ１’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ１端子、Ｖ１’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ１端子、Ｗ１’端子とし、前記第２の三相誘導電動機の、第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＵ２端子、Ｕ２’端子とし、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＶ２端子、Ｖ２’端子とし、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれＷ２端子、Ｗ２’端子とし、前記第１の三相接触器の、第１の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＲ１端子、Ｒ１’端子とし、第２の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＳ１端子、Ｓ１’端子とし、第３の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＴ１端子、Ｔ１’端子とし、前記第２の三相接触器の、第１の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＲ２端子、Ｒ２’端子とし、第２の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＳ２端子、Ｓ２’端子とし、第３の接点の一端および他端にそれぞれ接続する端子をＴ２端子、Ｔ２’端子とすると、前記Ｘ端子が、前記Ｕ１端子、前記Ｕ２端子および前記Ｒ１端子に接続され、前記Ｙ端子が、前記Ｖ１端子、前記Ｖ２端子および前記Ｓ１端子に接続され、前記Ｚ端子が、前記Ｗ１端子、前記Ｗ２端子および前記Ｔ１端子に接続され、前記Ｕ１’端子が、前記Ｖ２’端子、前記Ｔ１’端子および前記Ｒ２端子に接続され、前記Ｖ１’端子が、前記Ｗ２’端子、前記Ｒ１’端子および前記Ｓ２端子に接続され、前記Ｗ１’端子が、前記Ｕ２’端子、前記Ｓ１’端子および前記Ｔ２端子に接続され、前記Ｒ２’端子と前記Ｓ２’端子と前記Ｔ２’端子とが短絡されている。
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明に係る駆動システムの制御方法は、前記三相インバータ装置の出力可能な電圧が、予め定められた最大電圧の１／２程度に制限される場合、前記第１の三相接触器の接点を閉じる。
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明に係る駆動システムの制御方法は、前記三相インバータ装置の出力可能な電圧が、予め定められた最大電圧の√３／２程度に制限される場合、前記第２の三相接触器の接点を閉じる。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る駆動システムの制御方法は、前記第１の三相誘導電動機および前記第２の三相誘導電動機の逆起電力が、前記三相インバータ装置の出力電圧よりも所定値以上大きくなった場合、前記第１の三相接触器の接点を閉じる、または、前記第２の三相接触器の接点を閉じる。
【００１７】
本発明に係る駆動システムの制御方法において、前記三相インバータ装置の出力電圧および動作周波数を低減して、前記第１の三相誘導電動機および前記第２の三相誘導電動機を減速させるとともに、前記第１の三相誘導電動機および前記第２の三相誘導電動機による運動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキ制御が行われる場合、前記閉じられている第１の三相接触器または第２の三相接触器を開放する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る駆動システムおよびその制御方法によれば、低速回転時の高トルクと高速回転との両立を図りつつ、インバータ装置や誘導電動機の大型化および構成の複雑化を抑制し、ならびに、異なる直流電圧で電化された区間を直通運転する電車の動力装置として、電圧利用率の低下および構成の複雑化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る駆動システムの構成例を示す図である。
【図２】図１に示す三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した場合の電圧ベクトル図である。
【図３】図１に示す三相接触器ＭＣ１を閉じた場合の電圧ベクトル図である。
【図４】図１に示す三相接触器ＭＣ２を閉じた場合の電圧ベクトル図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る駆動システムの別の構成例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る駆動システムのさらに別の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る駆動システム１の構成例を示す図である。
【００２２】
図１に示す駆動システム１は、三相インバータ装置ＩＮＶと、第１の三相誘導電動機としての三相誘導電動機ＩＭ１と、第２の三相誘導電動機としての三相誘導電動機ＩＭ２と、第１の三相接触器としての三相接触器ＭＣ１と、第２の三相接触器としての三相接触器ＭＣ２とを備える。本実施形態に係る駆動システム１は、１台の三相インバータ装置ＩＮＶにより複数（図１においては、２台）の三相誘導電動機ＩＭ１，ＩＭ２を駆動するものである。なお、以下では、三相誘導電動機ＩＭ１と三相誘導電動機ＩＭ２とを区別しない場合には、三相誘導電動機ＩＭと称する。また、三相接触器ＭＣ１と三相接触器ＭＣ２とを区別しない場合には、三相接触器ＭＣと称する。
【００２３】
三相インバータ装置ＩＮＶは、直流電源ＤＣから出力された直流電圧を三相（第１の相としてのＸ相、第２の相としてのＹ相、第３の相としてのＺ相）の交流電圧に変換して、第１の相の出力端子としてのＸ端子、第２の相の出力端子としてのＹ端子、第３の相の出力端子としてのＺ端子から、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２に出力する。
【００２４】
三相インバータ装置ＩＮＶは、スイッチング素子ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＹ１，ＳＹ２，ＳＺ１，ＳＺ２を備える。スイッチング素子ＳＸ１とスイッチング素子ＳＸ２とが直列に接続された直列体、スイッチング素子ＳＹ１とスイッチング素子ＳＹ２とが直列に接続された直列体、および、スイッチング素子ＳＺ１とスイッチング素子ＳＺ２とが直列に接続された直列体がそれぞれ、直流電源ＤＣと並列に接続されている。スイッチング素子ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＹ１，ＳＹ２，ＳＺ１，ＳＺ２のオン・オフを制御することで、直流電源ＤＣから出力された直流電圧が、三相の交流電圧に変換されて出力される。具体的には、スイッチング素子ＳＸ１とスイッチング素子ＳＸ２との接続点の電圧がＸ端子から出力される。また、スイッチング素子ＳＹ１とスイッチング素子ＳＹ２との接続点の電圧がＹ端子から出力される。また、スイッチング素子ＳＺ１とスイッチング素子ＳＺ２との接続点の電圧がＺ端子から出力される。
【００２５】
三相誘導電動機ＩＭは、三相インバータ装置ＩＮＶから出力された交流電圧により駆動する。ここで、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２は、同じ構成を有しており、電気的に独立した三相巻線それぞれの両端が外部に引き出された三相独立結線誘導電動機である。
【００２６】
以下では、三相誘導電動機ＩＭ１の第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれ、Ｕ１端子、Ｕ１’端子と称し、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれ、Ｖ１端子、Ｖ１’端子と称し、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれ、Ｗ１端子、Ｗ１’端子と称する。
【００２７】
また、三相誘導電動機ＩＭ２の第１の巻線の一端および他端の端子をそれぞれ、Ｕ２端子、Ｕ２’端子と称し、第２の巻線の一端および他端の端子をそれぞれ、Ｖ２端子、Ｖ２’端子と称し、第３の巻線の一端および他端の端子をそれぞれ、Ｗ２端子、Ｗ２’端子と称する。
【００２８】
三相接触器ＭＣ１は、第１の接点としての接点ＣＲ１と、第２の接点としての接点ＣＳ１と、第３の接点としての接点ＣＴ１とを備え、接点ＣＲ１、接点ＣＳ１および接点ＣＴ１を接触または開放させる。三相接触器ＭＣ２は、第１の接点としての接点ＣＲ２と、第２の接点としての接点ＣＳ２と、第３の接点としての接点ＣＴ２とを備え、接点ＣＲ２、接点ＣＳ２および接点ＣＴ２を接触または開放させる。
【００２９】
以下では、三相接触器ＭＣ１の接点ＣＲ１の一端および他端にそれぞれ接続する端子を、Ｒ１端子、Ｒ１’端子と称し、接点ＣＳ１の一端および他端にそれぞれ接続する端子を、Ｓ１端子、Ｓ１’端子と称し、接点ＣＴ１の一端および他端にそれぞれ接続する端子を、Ｔ１端子、Ｔ１’端子と称する。
【００３０】
また、三相接触器ＭＣ２の接点ＣＲ２の一端および他端にそれぞれ接続する端子を、Ｒ２端子、Ｒ２’端子と称し、接点ＣＳ２の一端および他端にそれぞれ接続する端子を、Ｓ２端子、Ｓ２’端子と称し、接点ＣＴ２の一端および他端にそれぞれ接続する端子を、Ｔ２端子、Ｔ２’端子と称する。
【００３１】
本実施形態においては、図１に示すように、Ｘ端子が、Ｕ１端子、Ｕ２端子およびＲ１端子に接続される。また、Ｙ端子が、Ｖ１端子、Ｖ２端子およびＳ１端子に接続される。また、Ｚ端子が、Ｗ１端子、Ｗ２端子およびＴ１端子に接続される。また、Ｕ１’端子が、Ｖ２’端子、Ｔ１’端子およびＲ２端子に接続される。また、Ｖ１’端子が、Ｗ２’端子、Ｒ１’端子およびＳ２端子に接続される。また、Ｗ１’端子が、Ｕ２’端子、Ｓ１’端子およびＴ２端子に接続される。また、Ｒ２’端子とＳ２’端子とＴ２’端子とが短絡される。
【００３２】
次に、図１に示す駆動システム１において、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２の接点を開放した（三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した）場合、三相接触器ＭＣ１の接点を閉じた（三相接触器ＭＣ１を閉じた）場合、および、三相接触器ＭＣ２の接点を閉じた（三相接触器ＭＣ２を閉じた）場合について説明する。
【００３３】
以下では、Ｘ端子、Ｙ端子、Ｚ端子それぞれの電圧Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚは、以下の式（１）で表されるものとする。式（１）において、Ｅ，ｆは可変であり、Ｅは三相インバータ装置ＩＮＶの出力電圧であり、ｆは三相インバータ装置ＩＮＶの動作周波数である。
Ｅｘ＝Ｅｓｉｎ（θ）
Ｅｙ＝Ｅｓｉｎ（θ−２π／３）
Ｅｚ＝Ｅｓｉｎ（θ−４π／３）      ・・・式（１）
θ＝２π∫ｆｄｔ
【００３４】
Ｘ端子とＹ端子との間の線間電圧をＥｘｙとし、Ｙ端子とＺ端子との間の線間電圧をＥｙｚとし、Ｚ端子とＸ端子との間の線間電圧をＥｚｘとすると、Ｅｘｙ，Ｅｙｚ，Ｅｚｘはそれぞれ以下の式（２）で表される。
Ｅｘｙ＝Ｅｙ−Ｅｘ＝√３Ｅｓｉｎ（θ＋π／６）
Ｅｙｚ＝Ｅｚ−Ｅｙ＝√３Ｅｓｉｎ（θ−３π／６）
＝√３Ｅｓｉｎ（θ＋π／６−２π／３）
Ｅｚｘ＝Ｅｘ−Ｅｚ＝√３Ｅｓｉｎ（θ−７π／６）
＝√３Ｅｓｉｎ（θ＋π／６−４π／３）      ・・・式（２）
【００３５】
以下では、Ｕ１端子およびＶ１’端子がＸ端子に接続され、Ｖ１端子およびＷ１’端子がＹ端子に接続され、Ｗ１端子およびＵ１’端子がＺ端子に接続された際に三相誘導電動機ＩＭ１が回転する方向を順方向とする。また、Ｕ２端子およびＶ２’端子がＸ端子に接続され、Ｖ２端子およびＷ２’端子がＹ端子に接続され、Ｗ２端子およびＵ２’端子がＺ端子に接続された際に三相誘導電動機ＩＭ２が回転する方向を順方向とする。
【００３６】
Ｕ１端子とＵ１’端子との間の電圧をＥｕ１とし、Ｖ１端子とＶ１’端子との間の電圧をＥｖ１とし、Ｗ１端子とＷ１’端子との間の電圧をＥｗ１とする。また、Ｕ２端子とＵ２’端子との間の電圧をＥｕ２とし、Ｖ２端子とＶ２’端子との間の電圧をＥｖ２とし、Ｗ２端子とＷ２’端子との間の電圧をＥｗ２とする。
【００３７】
また、Ｘ端子から出力される電流をＩｘとし、Ｙ端子から出力される電流をＩｙとし、Ｚ端子から出力される電流をＩｚとする。また、Ｕ１端子に入力される電流をＩｕ１とし、Ｖ１端子に入力される電流をＩｖ１とし、Ｗ１端子に入力される電流をＩｗ１とする。また、Ｕ２端子に入力される電流をＩｕ２とし、Ｖ２端子に入力される電流をＩｖ２とし、Ｗ２端子に入力される電流をＩｗ２とする。力率をｃｏｓθｐｆとし、電流最大値をＩとすると、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に流れる電流は、以下の式（３）で表される。
Ｉｕ１＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｕ１）
Ｉｖ１＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｖ１）
＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｕ１−２π／３）
Ｉｗ１＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｗ１）
＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｕ１−４π／３）
Ｉｕ２＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｕ２）
Ｉｖ２＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｖ２）
＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｕ２−２π／３）
Ｉｗ２＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｗ２）
＝Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｕ２−４π／３）      ・・・式（３）
【００３８】
三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した場合、Ｘ端子とＹ端子との間で、三相誘導電動機ＩＭ１の第１の巻線と三相誘導電動機ＩＭ２の第２の巻線とが直列に接続され、Ｙ端子とＺ端子との間で、三相誘導電動機ＩＭ１の第２の巻線と三相誘導電動機ＩＭ２の第３の巻線とが直列に接続され、Ｚ端子とＸ端子との間で、三相誘導電動機ＩＭ１の第３の巻線と三相誘導電動機ＩＭ２の第１の巻線とが直列に接続された状態となる。この状態での三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧、および、三相インバータ装置ＩＮＶのＸ端子、Ｙ端子、Ｚ端子から出力される電流は、以下の式（４）で表される。
Ｅｕ１（ｏｐｅｎ）＝Ｅｘｙ／２
＝（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ＋π／６）
Ｅｖ１（ｏｐｅｎ）＝Ｅｙｚ／２
＝（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ＋π／６−２π／３）
Ｅｗ１（ｏｐｅｎ）＝Ｅｚｘ／２
＝（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ＋π／６−４π／３）
Ｅｕ２（ｏｐｅｎ）＝−Ｅｚｘ／２＝−（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ−７π／６）
＝（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ−π／６）
Ｅｖ２（ｏｐｅｎ）＝−Ｅｘｙ／２
＝−（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ＋π／６）
＝（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ−π／６−２π／３）
Ｅｗ２（ｏｐｅｎ）＝−Ｅｙｚ／２
＝−（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ−３π／６）
＝（√３／２）Ｅｓｉｎ（θ−π／６−４π／３）
Ｉｘ（ｏｐｅｎ）＝Ｉｕ１＋Ｉｕ２＝√３Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｘ）
Ｉｙ（ｏｐｅｎ）＝Ｉｖ１＋Ｉｖ２＝√３Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｙ）
Ｉｚ（ｏｐｅｎ）＝Ｉｗ１＋Ｉｗ２＝√３Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｚ）・・・式（４）
【００３９】
式（４）より、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した場合、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧の大きさは、線間電圧の半分となる。すなわち、三相誘導電動機ＩＭ１については、第１の巻線に印加される電圧Ｅｕ１（ｏｐｅｎ）は、線間電圧Ｅｘｙの（１／２）倍となり、第２の巻線に印加される電圧Ｅｖ１（ｏｐｅｎ）は、線間電圧Ｅｙｚの（１／２）倍となり、第３の巻線に印加される電圧Ｅｗ１（ｏｐｅｎ）は、線間電圧Ｅｚｘの（１／２）倍となる。また、三相誘導電動機ＩＭ２については、第１の巻線に印加される電圧Ｅｕ２（ｏｐｅｎ）は、線間電圧Ｅｚｘの−（１／２）倍となり、第２の巻線に印加される電圧Ｅｖ２（ｏｐｅｎ）は、線間電圧Ｅｘｙの−（１／２）倍となり、第３の巻線に印加される電圧Ｅｗ２（ｏｐｅｎ）は、線間電圧Ｅｙｚの−（１／２）倍となる。
【００４０】
また、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した場合、三相インバータ装置ＩＮＶから出力される電流は、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に流れる電流の√３倍となる。
【００４１】
三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した場合の電圧ベクトルを図２に示す。
【００４２】
三相接触器ＭＣ１を閉じた場合、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２は、Δ結線で三相インバータ装置ＩＮＶに並列に接続された状態となる。この状態で、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧、および、三相インバータ装置ＩＮＶのＸ端子、Ｙ端子、Ｚ端子から出力される電流は、以下の式（５）で表される。
Ｅｕ１（ＭＣ１）＝−Ｅｚｘ＝−√３Ｅｓｉｎ（θ−７π／６）
＝√３Ｅｓｉｎ（θ−π／６）
Ｅｖ１（ＭＣ１）＝−Ｅｘｙ＝−√３Ｅｓｉｎ（θ＋π／６）
＝√３Ｅｓｉｎ（θ−π／６−２π／３）
Ｅｗ１（ＭＣ１）＝−Ｅｙｚ＝−√３Ｅｓｉｎ（θ−３π／６）
＝√３Ｅｓｉｎ（θ−π／６−４π／３）
Ｅｕ２（ＭＣ１）＝Ｅｘｙ＝√３Ｅｓｉｎ（θ＋π／６）
Ｅｖ２（ＭＣ１）＝Ｅｙｚ＝√３Ｅｓｉｎ（θ＋π／６−２π／３）
Ｅｗ２（ＭＣ１）＝Ｅｚｘ＝√３Ｅｓｉｎ（θ＋π／６−４π／３）
Ｉｘ（ＭＣ１）＝Ｉｕ１＋Ｉｕ２−Ｉｖ１−Ｉｗ２
＝２√３Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｘ）
Ｉｙ（ＭＣ１）＝Ｉｖ１＋Ｉｖ２−Ｉｗ１−Ｉｕ２
＝２√３Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｙ）
Ｉｗ（ＭＣ１）＝Ｉｗ１＋Ｉｗ２−Ｉｕ１−Ｉｖ２
＝２√３Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｚ）            ・・・式（５）
【００４３】
式（５）より、三相接触器ＭＣ１を閉じた場合、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧の大きさは、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した際に各巻線に印加される電圧の２倍となる。また、三相インバータ装置ＩＮＶから出力される電流は、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に流れる電流の２√３倍となる。
【００４４】
三相接触器ＭＣ１を閉じた場合の電圧ベクトルを図３に示す。
【００４５】
三相接触器ＭＣ２を閉じた場合、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２は、Ｙ結線で三相インバータ装置ＩＮＶに並列に接続された状態となる。この状態での三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧、および、三相インバータ装置ＩＮＶのＸ端子、Ｙ端子、Ｚ端子から出力される電流は、以下の式（６）で表される。
Ｅｕ１（ＭＣ２）＝Ｅｕ２（ＭＣ２）＝Ｅｓｉｎ（θ）
Ｅｖ１（ＭＣ２）＝Ｅｖ２（ＭＣ２）＝Ｅｓｉｎ（θ−２π／３）
Ｅｗ１（ＭＣ２）＝Ｅｗ２（ＭＣ２）＝Ｅｓｉｎ（θ−４π／３）
Ｉｘ（ＭＣ２）＝Ｉｕ１＋Ｉｕ２＝２Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｘ）
Ｉｙ（ＭＣ２）＝Ｉｖ１＋Ｉｖ２＝２Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｙ）
Ｉｚ（ＭＣ２）＝Ｉｗ１＋Ｉｗ２＝２Ｉｓｉｎ（θｐｈ＋∠Ｅｚ）    ・・・式（６）
【００４６】
式（６）より、三相接触器ＭＣ２を閉じた場合、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧の大きさは、相関電圧の大きさに等しい。したがって、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧の大きさは、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した際に各巻線に印加される電圧の２／√３倍（約１．１５倍）、三相接触器ＭＣ１を閉じた際に各巻線に印加される電圧の１／√３倍（約０．５８倍）となる。また、三相インバータ装置ＩＮＶから出力される電流は、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に流れる電流の２倍となる。
【００４７】
三相接触器ＭＣ２を閉じた場合の電圧ベクトルを図４に示す。
【実施例１】
【００４８】
次に、実施例１に係る駆動システム１の制御方法について、具体例を挙げて説明する。
【００４９】
以下では、図１に示す駆動システム１を電気鉄道車両の動力装置に適用し、低速回転時の高トルクと高速回転との両立を図る場合の制御方法について説明する。
【００５０】
三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２は、起動時に、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２が開放状態で、三相インバータ装置ＩＮＶが最大電流を出力した場合に、必要な最大トルクを出力するように設計される。三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の速度制御方法は、例えば、従来より電気鉄道車両で行われている、速度領域に応じて、定加速度領域制御、定出力領域制御および特性領域制御を組み合わせる速度制御方法を用いることができる。この速度制御方法では、誘導電動機を、起動時および低速域では、Ｅ／ｆが一定となるように制御し（定加速度領域制御）、中速域ではすべり量を操作して、電流が一定となるように制御し（定出力領域制御）、高速域ではすべり量が一定となるように制御する（特性領域制御）。
【００５１】
図１に示す駆動システム１では、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２が開放状態で、定加速度領域制御および定出力領域制御が行われ、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２のすべり量が定出力領域制御における最大値として設定された値に達するまで加速する。ここで、三相接触器ＭＣを操作するために、一旦、駆動システム１に流れる回路電流を０にする。例えば、三相インバータ装置ＩＮＶの動作周波数ｆを制御し、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２のすべり量を０にして三相インバータ装置ＩＮＶの出力電圧を０にすることで、回路電流を０にする。
【００５２】
次に、三相接触器ＭＣ２を閉じ、既知の再力行制御を行う。例えば、三相誘導電動機ＩＭに取り付けられた回転速度検出器などから得られた回転速度情報に同期した周波数に三相インバータ装置ＩＮＶの動作周波数ｆを制御し、徐々に三相誘導電動機ＩＭのすべり量を増加させることで、最大電圧・最大電流の状態とする。この場合、三相接触器ＭＣ２を閉じ、回路構成が切り替わったことで、三相接触器ＭＣ２の解放時よりも、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧が上がり、同じ出力を得るための巻線電流が小さくなる。したがって、回路構成の切り替え前よりも速度に対してすべり量が小さい状態となる。
【００５３】
三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２のすべり量が再び、定出力領域制御における最大値として設定された値に達するまで加速する。ここで、三相接触器ＭＣ２の操作時と同様に、回路電流を０とする制御を行う。回路電流が０になると、三相接触器ＭＣ２を開放し、三相接触器ＭＣ１を閉じ、既知の再力行制御を行う。ここでも、回路構成の切り替え前よりも速度に対してすべり量が小さい状態となるため、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を開放した際の定出力領域制御における最大速度の２倍程度まで定出力領域制御において加速を行うことができる。
【００５４】
三相接触器ＭＣ１を閉じた状態で、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２のすべり量が定出力領域制御における最大値として設定された値に達するまで加速した後、特性領域制御に切り替える。
【００５５】
以上の方法により、低速時のトルクを重視した三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の設計で、高速時の三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の出力を確保することができる。すなわち、低速回転時の高トルクと高速回転との両立を図ることができる。また、２つの三相接触器ＭＣを新たに設けた簡易な構成のため、構成の複雑化による故障率の増加を抑制することができる。
【００５６】
なお、三相接触器ＭＣ１あるいは三相接触器ＭＣ２が故障し、開放状態となった場合でも、定加速度領域制御および定出力領域制御における三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２の投入までの特性は変わらない。そのため、最大加速度が要求される勾配起動あるいは救援運転にも支障は無く、電気鉄道車両は、駅あるいは車両基地などまで自走が可能である。
【００５７】
三相接触器ＭＣ１を閉じた状態で、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２による運動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキ制御により減速すると、三相誘導電動機ＩＭの起電力が低下し、ある速度で回生ブレーキ力が不足となる。回生ブレーキ力が不足となる速度で、三相接触器ＭＣ１を開放する。こうすることで、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２が直列状態となる。三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２が直列状態となることで、二台の三相誘導電動機ＩＭの起電力が加算されるので、さらに半分程度の速度まで回生ブレーキ制御が有効となる。
【００５８】
なお、三相接触器ＭＣ２を閉じた状態での定出力領域制御および特性領域制御により設計要件を満たすことができる場合、図５に示すように、三相接触器ＭＣ１を省略してもよい。
【００５９】
すなわち、図５に示す駆動システム１においては、Ｘ端子が、Ｕ１端子およびＵ２端子に接続される。また、Ｙ端子が、Ｖ１端子およびＶ２端子に接続される。また、Ｚ端子が、Ｗ１端子およびＷ２端子に接続される。また、Ｕ１’端子が、Ｖ２’端子およびＲ２端子に接続される。また、Ｖ１’端子が、Ｗ２’端子およびＳ２端子に接続される。また、Ｗ１’端子が、Ｕ２’端子およびＴ２端子に接続される。また、Ｒ２’端子とＳ２’端子とＴ２’端子とが短絡される。
【００６０】
図５に示す駆動システム１においては、三相接触器ＭＣ２を開放した状態で三相誘導電動機ＩＭを加速し、所望の速度が得られた時点で、三相接触器ＭＣ２を閉じればよい。
【００６１】
また、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２が開放状態での定出力領域制御における最大速度程度で、三相接触器ＭＣ１を閉じた状態での電流の制御に支障が無い場合、図６に示すように、三相接触器ＭＣ２を省略してもよい。
【００６２】
すなわち、図６に示す駆動システム１においては、Ｘ端子が、Ｕ１端子、Ｕ２端子およびＲ１端子に接続される。また、Ｙ端子が、Ｖ１端子、Ｖ２端子およびＳ１端子に接続される。また、Ｚ端子が、Ｗ１端子、Ｗ２端子およびＴ１端子に接続される。また、Ｕ１’端子が、Ｖ２’端子およびＴ１’端子に接続される。また、Ｖ１’端子が、Ｗ２’端子およびＲ１’端子に接続される。また、Ｗ１’端子が、Ｕ２’端子およびＳ１’端子に接続される。
【００６３】
図６に示す駆動システム１においては、三相接触器ＭＣ１を開放した状態で、三相誘導電動機ＩＭのすべり量が定出力領域制御における最大値として設定された値に達した時点で、三相接触器ＭＣ１を閉じればよい。
【００６４】
実施例１に係る駆動システム１の制御方法をまとめると以下のようになる。
【００６５】
図１に示す、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を備える駆動システム１において、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の逆起電力が、三相インバータ装置ＩＮＶの出力電圧よりも所定値以上大きくなった場合、三相接触器ＭＣ１の接点を閉じる、または、三相接触器ＭＣ２の接点を閉じる。こうすることで、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧を、接点を閉じる三相接触器ＭＣが開放されている際に印加される電圧の２倍または２／√３倍とすることができる。その結果、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の出力を増加させることができる。
【００６６】
また、図１に示す、三相接触器ＭＣ１および三相接触器ＭＣ２を備える駆動システム１において、三相インバータ装置ＩＮＶの出力電圧Ｅおよび動作周波数ｆを低減して、三相誘導電動機ＩＭを減速させるとともに、三相誘導電動機ＩＭによる運動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキ制御が行われる場合、閉じている三相接触器ＭＣ１または三相接触器ＭＣ２を開放する。こうすることで、三相インバータ装置ＩＮＶに対する三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の起電力を、三相接触器ＭＣ１または三相接触器ＭＣ２を閉じている際の電圧の２倍または２√３倍とすることができる。その結果、より低い三相誘導電動機ＩＭの回転速度まで回生ブレーキによる減速力を確保し、回生電力量の増加を図ることができる。
【実施例２】
【００６７】
次に、実施例２に係る駆動システム１の制御方法について説明する。以下では、本実施形態に係る駆動システム１を電気鉄道車両の動力装置に適用し、直流７５０Ｖの路線と、直流１５００Ｖの路線とを直通運転する場合を例として説明する。
【００６８】
三相誘導電動機ＩＭは、三相インバータ装置ＩＮＶからの入力電圧が１５００Ｖで、三相接触器ＭＣ１を開放した状態で、所定の性能を発揮するように設計されているものとする。三相インバータ装置ＩＮＶは、７５０Ｖの入力時に最大電力を出力可能な電流容量と、１５００Ｖの入力時も動作可能な耐電圧とを持つように設計されているものとする。なお、この例では、三相接触器ＭＣ２は使用しないため、駆動システム１は、図６に示すように、三相接触器ＭＣ２を省略した構成であってもよい。
【００６９】
直流７５０Ｖの路線では、三相接触器ＭＣ１を閉じる。
【００７０】
直流１５００Ｖの路線では、三相接触器ＭＣ１を開放する。また、三相インバータ装置ＩＮＶは出力可能な最大電圧を出力する。なお、三相インバータ装置ＩＮＶから出力される電流は、直流７５０Ｖの路線を走行する場合と比べて半分に制御される。
【００７１】
以上の制御により、１５００Ｖ用に設計された三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２で、直流７５０Ｖの路線走行時における三相インバータ装置ＩＮＶの電圧利用率を最大化することができる。
【００７２】
なお、三相接触器ＭＣが故障し開放状態となった場合、直流１５００Ｖの路線では、通常時と同様の走行性能を発揮することができる。直流７５０Ｖの路線では、定加速度領域制御での速度の半分程度の速度までは通常の起動加速度を発揮することができる。そのため、最大加速度が要求される勾配起動も可能であり、駅あるいは車両基地などまで自走が可能である。
【００７３】
上記具体例では、架線電圧を１５００Ｖおよび７５０Ｖとしたが、直通運転する区間の電圧差が小さい場合は、三相接触器ＭＣ１の操作により、三相誘導電動機ＩＭの各巻線にかかる電圧を、２倍とすることは過剰であり、１／２倍とすることは過小である。この場合、三相接触器ＭＣ２の操作により、誘導電動機ＩＭの各巻線にかかる電圧を、２／√３倍あるいは√３／２倍とすることにより、三相インバータ装置ＩＮＶの電圧利用効率を改善することができる。
【００７４】
実施例２に係る駆動システム１の制御方法をまとめると以下のようになる。図１および図６に示す、三相接触器ＭＣ１を備える駆動システム１において、三相インバータ装置ＩＮＶの出力可能な電圧が、予め定められた最大電圧の１／２程度に制限される場合、三相接触器ＭＣ１の接点を閉じる。こうすることで、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧を、三相インバータ装置ＩＮＶが最大電圧を出力した際と同程度とすることができる。
【００７５】
また、図１および図５に示す、三相接触器ＭＣ２を備える駆動システム１において、三相インバータ装置ＩＮＶの出力可能な電圧が、予め定められた最大電圧の√３／２程度に制限される場合、三相接触器ＭＣ２の接点を閉じる。こうすることで、三相誘導電動機ＩＭ１および三相誘導電動機ＩＭ２の各巻線に印加される電圧を、三相インバータ装置ＩＮＶが最大電圧を出力した際と同程度とすることができる。
【００７６】
なお、本実施形態においては、三相インバータ装置ＩＮＶにより２台の三相誘導電動機ＩＭが駆動される例を用いて説明したが、これに限られるものではない。三相誘導電動機ＩＭが２の倍数であれば、上述した回路構成となるように、２台ずつ並列に三相インバータ装置ＩＮＶに接続すればよい。
【００７７】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１    駆動システム
ＤＣ    直流電源
ＩＮＶ    三相インバータ装置
ＩＭ１    三相誘導電動機（第１の三相誘導電動機）
ＩＭ２    三相誘導電動機（第２の三相誘導電動機）
ＭＣ１    三相接触器（第１の三相接触器）
ＭＣ２    三相接触器（第２の三相接触器）
ＣＲ１，ＣＲ２    接点（第１の接点）
ＣＳ１，ＣＳ２    接点（第２の接点）
ＣＴ１，ＣＴ２    接点（第３の接点）
ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＹ１，ＳＹ２，ＳＺ１，ＳＺ２    スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020174429.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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