(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次巻線を備えた変圧器の一次巻線に交流電源を接続し、前記各二次巻線には別個の開閉器を介してそれぞれにパルス幅変調制御により交流を直流に変換するパルス幅変調制御コンバータを接続し、前記各パルス幅変調制御コンバータへはキャリア周波数発生器から所定周波数のキャリア信号を与える構成のパルス幅変調制御コンバータにおいて、
前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号を発生するキャリア周波数発生回路と、前記各開閉器の開閉状態から検出した前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号を選択する選択回路と、を備えることを特徴とするパルス幅変調制御コンバータの制御装置。
【請求項２】
複数の二次巻線を備えた変圧器の一次巻線に交流電源を接続し、前記各二次巻線には別個の開閉器を介してそれぞれにパルス幅変調制御により交流を直流に変換するパルス幅変調制御コンバータを接続し、前記各パルス幅変調制御コンバータへはキャリア周波数発生器から所定周波数のキャリア信号を与える構成のパルス幅変調制御コンバータにおいて、
前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号を発生するキャリア周波数発生回路と、前記各開閉器の開閉状態から検出した前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号を選択すると共に、運転台数に対応した位相差をこのキャリア信号に与える位相差変更・選択回路と、を備えることを特徴とするパルス幅変調制御コンバータの制御装置。
【請求項３】
複数の二次巻線を備えた変圧器の一次巻線に交流電源を接続し、前記各二次巻線には別個の開閉器を介してそれぞれにパルス幅変調制御により交流を直流に変換するパルス幅変調制御コンバータを接続し、前記各パルス幅変調制御コンバータへはキャリア周波数発生器から所定周波数のキャリア信号を与える構成のパルス幅変調制御コンバータにおいて、
前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号を発生するキャリア周波数発生回路と、前記パルス幅変調制御コンバータの最大電流を当該パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応して制限する最大電流制限値発生回路と、前記各開閉器の開閉状態から検出した前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号と最大電流制限値を選択する選択回路と、を備えることを特徴とするパルス幅変調制御コンバータの制御装置。
【請求項４】
複数の二次巻線を備えた変圧器の一次巻線に交流電源を接続し、前記各二次巻線には別個の開閉器を介してそれぞれにパルス幅変調制御により交流を直流に変換するパルス幅変調制御コンバータを接続し、前記各パルス幅変調制御コンバータへはキャリア周波数発生器から所定周波数のキャリア信号を与える構成のパルス幅変調制御コンバータにおいて、
前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号を発生するキャリア周波数発生回路と、前記パルス幅変調制御コンバータの最大電流を当該パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応して制限する最大電流制限値発生回路と、前記各開閉器の開閉状態から検出した前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号と最大電流制限値を選択すると共に、運転台数に対応した位相差を前記キャリア信号に与える位相差変更・選択回路と、を備えることを特徴とするパルス幅変調制御コンバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源に接続した複数のパルス幅変調制御コンバータの運転台数が変化しても、発生する高調波による悪影響を回避できるパルス幅変調制御コンバータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流電源にパルス幅変調制御コンバータを接続して交流電力を直流電力に変換できる。この直流電力をパルス幅変調制御インバータへ入力すれば可変電圧・可変周波数の交流電力が得られるから、この交流電力で誘導電動機を所望の回転速度で運転させることができる。よって、従来は直流電動機を使用していた電気車も、最近では誘導電動機で走行できるようになった。そこで、以下では架線から供給される交流電力を、パルス幅変調制御コンバータとパルス幅変調制御インバータで変換して誘導電動機を駆動することにより走行する交流電気車を例にして、本発明を説明する。
【０００３】
図５は２台の誘導電動機で走行する交流電気車の従来例を示した回路図である。この従来例回路において、架線１が供給する交流電力は、集電装置としてのパンタグラフ２を介して変圧器３の一次巻線３Ｃに与えられたのち、車輪４とレール５とを介して大地へ放流される。この変圧器３には２つの二次巻線３Ａ．３Ｂを備えており、一方の二次巻線３Ａにはスイッチ１１を介してパルス幅変調制御コンバータ（以下ではＰＷＭコンバータと略記する）１２を接続し、これに入力する交流電力を直流電力に変換する。このＰＷＭコンバータ１２に接続したパルス幅変調制御インバータ（以下ではＰＷＭインバータと略記する）１３は、ＰＷＭコンバータ１２からの直流電力を所望の電圧と周波数の交流電力に変換し、この交流電力で誘導電動機１４を可変速運転させる。他方の二次巻線３Ｂにも、前述と同様にスイッチ２１を介してＰＷＭコンバータ２２を接続し、このＰＷＭコンバータ２２にＰＷＭインバータ２３を接続して誘導電動機２４を可変速運転させる。これら両電動機１４，２４により、交流電気車は所望の速度で走行することができる。
【０００４】
キャリア周波数発生回路６が出力するキャリア信号を入力するゲート制御回路７は、パルス幅変調制御により適切なタイミングで両コンバータ１２，２２をオン・オフ制御することにより、交流電力を直流電力に変換する。ＰＷＭインバータ１３，２３も別途のキャリア信号によるパルス幅変調制御で直流を交流に変換しているが、ＰＷＭインバータ１３，２３の動作は本発明とは無関係であるから、この部分の説明は省略する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の交流電気車に搭載しているＰＷＭコンバータ１２，２２の運転に伴って高調波を発生する。この高調波が架線１やレール５に流れると、これらに接続している電気設備に障害を与える恐れがある。例えば給電回路の共振，信号回路の誤動作，通信設備への誘導障害などである。これらの高調波障害は交流電気車の安全運転を損なう恐れがあるので、是非とも回避しなければならない。
【０００６】
そこで図５の従来例回路に図示のように、２組のＰＷＭコンバータのキャリア信号の周波数は同じであっても、それぞれのキャリア信号に位相差を設け、更にキャリア信号の周波数を適切に選定することで、障害を与える恐れのある周波数の高調波が発生するのを回避する。即ち、ＰＷＭコンバータの運転台数をＮ、キャリア信号の周波数をｆC 、交流電源の周波数をｆ0 とすると、キャリア信号にπ／Ｎなる位相差を設けた場合に発生する高調波の周波数ｆHHは下記の数式１で示される。但しｍとｎは正の整数（ｍ，ｎ＝１，２，３・・・）である。
【０００７】
【数１】
ｆHH＝２・Ｎ・ｎ・ｆC ±（２・ｍ−１）ｆ0 
図５の従来例回路では２組のＰＷＭコンバータを運転しているから、Ｎ＝２である。よってキャリア信号周波数ｆC を、障害発生の恐れがある高調波の周波数の１／４より高く選定しておけば、キャリア信号周波数ｆC の４倍までの高調波による障害を回避することができる。
【０００８】
ところが、運転中の２組のＰＷＭコンバータのいずれか一方が故障などで停止したとすると、数式１においてＮ＝１となることから、発生する高調波の周波数ｆHHは従前の１／２になるので、これが原因で高調波障害を発生する恐れを生じることになる。
そこでこの発明の目的は、交流電源に接続した複数のＰＷＭコンバータの運転台数を変更した場合でも、障害を引き起こす周波数の高調波が発生するのを回避できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明のパルス幅変調制御コンバータの制御装置は、
変圧器の複数の二次巻線のそれぞれに、別個の開閉器を介してパルス幅変調制御により交流を直流に変換するパルス幅変調制御コンバータを接続し、前記各パルス幅変調制御コンバータへはキャリア周波数発生器から所定周波数のキャリア信号を与える構成のパルス幅変調制御コンバータにおいて、
前記開閉器の開閉状態から前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数を検出し、この運転台数に対応した周波数のキャリア信号を選択してパルス幅変調制御コンバータを制御する。
【００１０】
または、前記開閉器の開閉状態から前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数を検出し、この運転台数に対応した周波数のキャリア信号を選択し、且つ運転台数に対応した位相差を各キャリア信号に与えてパルス幅変調制御コンバータを制御する。
または、前記開閉器の開閉状態から前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数を検出し、この運転台数に対応した周波数のキャリア信号と、運転台数に対応した当該パルス幅変調制御コンバータの最大電流制限値と、を選択してパルス幅変調制御コンバータを制御する。
【００１１】
または、前記開閉器の開閉状態から前記パルス幅変調制御コンバータの運転台数を検出し、この運転台数に対応した周波数のキャリア信号を選択し、且つ運転台数に対応した位相差を各キャリア信号に与え、且つ運転台数に対応した当該パルス幅変調制御コンバータの最大電流制限値を選択してパルス幅変調制御コンバータを制御する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表した回路図であって、請求項１に対応するが、この第１実施例回路は、図５で既述の従来例回路にキャリア周波数発生回路３１と選択回路３２とを付加した構成である。よって図５の従来例回路で既述した部分の説明は省略する。
【００１３】
この第１実施例回路では、キャリア周波数発生回路３１は２つの異なった周波数のキャリア信号を出力する。すなわちキャリア信号Ａ１はＰＷＭコンバータが２組運転している場合に対応した周波数であって、このキャリア信号Ａ１により生じる高調波が不都合を発生しないように、その周波数を選定しているが、その選定要領は既に説明した。キャリア信号Ａ２は、故障などによりいずれか一方のＰＷＭコンバータが停止し、１台のみが運転する場合に対応した周波数であって、数式１から明らかなように、その周波数は前述したキャリア信号Ａ１の２倍である。
【００１４】
選択回路３２は、スイッチ１１とスイッチ２１の開閉状態を入力して、キャリア周波数発生回路が出力する２つのキャリア信号Ａ１，Ａ２のいずれか一方を選択してゲート制御回路７へ与える。よって運転台数が１台の場合はキャリア信号Ａ２を選択することにより、発生する高調波の周波数は２台の場合と同じになり、高調波による障害を回避できる。
【００１５】
図２は本発明の第２実施例を表した回路図であって、請求項２に対応するが、この第２実施例回路は、図５で既述の従来例回路にキャリア周波数発生回路３１と位相差変更・選択回路４１とを付加した構成である。よって図５の従来例回路で既述した部分の説明は省略する。またキャリア周波数発生回路３１は図１の第１実施例回路で記述済みであるから、これの説明も省略する。
【００１６】
位相差変更・選択回路４２は、前述したようにＰＷＭコンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号を選択すると共に、運転台数に対応して各ＰＷＭコンバータへ与えるキャリア信号の位相に差を設ける。この第２実施例回路では運転台数が２台から１台に変更になるので位相差は考えなくてもよいが、例えば運転台数が４台から３台に変更になる場合は、各ＰＷＭコンバータのキャリア信号の位相差はπ／４からπ／３に変更する。
【００１７】
図３は本発明の第３実施例を表した回路図であって、請求項３に対応するが、この第３実施例回路は、図５で既述の従来例回路にキャリア周波数発生回路３１と最大電流制限値発生回路５１と選択回路５２とを付加した構成である。よって図５の従来例回路で既述した部分の説明は省略する。またキャリア周波数発生回路３１は図１の第１実施例回路で記述済みであり、これの説明も省略する。
【００１８】
キャリア信号の周波数が高くなれば、ＰＷＭコンバータを構成する各半導体スイッチ素子の単位時間当たりのスイッチング回数はこの周波数に比例して増加する。これに伴って各素子のスイッチング損失も増加する。従ってキャリア信号周波数の増加と共に素子の通流電流を制限しなければ、素子の合計損失が増加して熱破壊にいたる恐れがある。そこでＰＷＭコンバータの運転台数の変更に伴ってキャリア信号周波数がＡ１からＡ２に増加すれば、素子の最大電流制限値をＢ１からＢ２へ変更する。選択回路５２はスイッチ１１，２１の開閉状態を入力して、キャリア信号周波数と共に素子の最大電流制限値を選択する。
【００１９】
図４は本発明の第４実施例を表した回路図であって、請求項４に対応するが、この第４実施例回路は、図５で既述の従来例回路にキャリア周波数発生回路３１と最大電流制限値発生回路５１と位相差変更・選択回路６２とを付加した構成である。よって図５の従来例回路で既述した部分の説明は省略する。またキャリア周波数発生回路３１は図１の第１実施例回路で記述済みであり、最大電流制限値発生回路５１は図３の第３実施例回路で記述済みであるから、これの説明も省略する。
【００２０】
位相差変更・選択回路６２は、前述したようにＰＷＭコンバータの運転台数に対応した周波数のキャリア信号の選択と、最大電流制限値の選択をすると共に、キャリア信号の位相には運転台数に対応した差を設ける。
【００２１】
【発明の効果】
複数のＰＷＭコンバータをキャリア信号に位相差を設けて運転すると、その運転台数に対応した周波数の高調波を発生する。この高調波が他の電気設備に悪影響を及ぼさないように、キャリア信号の周波数は適切な値を選定するのであるが、故障などによりＰＷＭコンバータの運転台数が変化すると、発生する高調波の周波数が変化して電気機器に障害を与える恐れがある。そこで本発明では、各ＰＷＭコンバータの電源側に設けた開閉器の開閉状態から当該ＰＷＭコンバータの運転台数を検出し、その台数に対応してキャリア信号の周波数を変更する。あるいはこれと同時に各ＰＷＭコンバータに与えるキャリア信号の位相差も変更する。これにより他の電気機器に悪影響を与える周波数の高調波が発生するのを抑制できる効果が得られる。
【００２２】
また、ＰＷＭコンバータの運転台数の減少でキャリア信号周波数を高くすればスイッチング素子の損失が増加するから、運転台数の減少とともに素子の最大電流制限値を低減することで、素子が熱破壊する恐れを回避できる効果も合わせて得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表した回路図
【図２】本発明の第２実施例を表した回路図
【図３】本発明の第３実施例を表した回路図
【図４】本発明の第４実施例を表した回路図
【図５】２台の誘導電動機で走行する交流電気車の従来例を示した回路図
【符号の説明】
１          架線
２          パンタグラフ
３          変圧器
３Ａ，３Ｂ  二次巻線
４          車輪
５          レール
６，３１    キャリア周波数発生回路
１１，２１    スイッチ
１２，２２    ＰＷＭコンバータ
１３，２３    ＰＷＭインバータ
１４，２４    誘導電動機
３２，５２    選択回路
４２，６２    位相差変更・選択回路
５１          最大電流制限値発生回路
【図１】
0003675124.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003675124.tif 000005
【図５】
0003675124.tif 000006