(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続され、直流電力を可変周波数可変電圧の３相交流電力に変換し交流電動機を駆動する電力変換装置と、
前記電力変換装置の直流側端子にそれぞれ並列に接続され、スイッチング回路と抵抗器の直列回路でそれぞれ構成され、回生電力の消費を制御する複数の発電ブレーキ回路と、
各スイッチング回路に対して生成したキャリア三角波と通流率との比較に基づいて発生したゲート信号により、前記スイッチング回路のスイッチングを制御するスイッチング制御手段とを具備し、
前記スイッチング制御手段は、各スイッチング回路のキャリア三角波の位相をずらして、前記ゲート信号を生成することを特徴とする電気車駆動装置。
【請求項２】
前記スイッチング制御手段は、各スイッチング回路について互いに異なる周波数のキャリア三角波を生成することを特徴とする請求項１記載の電気車駆動装置。
【請求項３】
前記スイッチング制御手段は、前記複数のスイッチング回路の中で、故障したスイッチング回路を切離し、残りの健全なスイッチング回路の回路数に応じた位相差の三角波を用いて、前記スイッチング回路を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の電気車駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の電気車制御装置を複数具備し、該複数の電気車制御装置は直流電源に並列に接続され、該複数の電気車制御装置内に構成される複数のスイッチング回路に対して、互いに異なる位相のキャリア三角波が生成されることを特徴とする電気車駆動装置。
【請求項５】
直流電源に接続され、直流電力を可変周波数可変電圧の３相交流電力に変換し交流電動機を駆動する電力変換装置と、
前記電力変換装置の直流側端子に接続され、スイッチング回路と抵抗器の直列回路で構成され、回生電力の消費を制御する発電ブレーキ回路と、
前記スイッチング回路に対して生成したキャリア三角波と通流率の比較に基づいて発生したゲート信号により、前記スイッチング回路のスイッチングを制御するスイッチング制御手段とを具備し、
前記スイッチング制御手段は、前記キャリア三角波の周波数を変化させることを特徴とする電気車駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生ブレーキ作動中に発生した余剰エネルギーをブレーキ抵抗で消費する電気車駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道向け電気車の駆動装置では、ブレーキをかけたとき、車輪を駆動するモータで生じる回生エネルギーをブレーキ抵抗で消費する発電ブレーキという動作モードがある。このモードでは、モータを駆動するインバータの直流電圧入力側のフィルタコンデンサ電圧に基づいて算出される通流率と、ブレーキチョッパキャリア三角波との比較により、ブレーキチョッパスイッチング回路のゲート信号を生成し、スイッチング素子の導通状態を制御する。
【０００３】
このようなブレーキチョッパスイッチング回路の動作時に発生する高調波成分は、き電系統に誘導障害を与えることがある。高調波成分の低減に関する類似の公知技術には特許文献１及び２等がある。これら文献では、共にコンバータにより生じる高調波の低減について述べられている。
【特許文献１】特開平９−１４０１６５号公報
【特許文献２】特開２００６−６７６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の車両システムにおいてブレーキチョッパスイッチング回路は、一定なキャリア周波数を用いたため、特定周波数の高調波成分が生じる。図１７は従来のブレーキチョッパスイッチング回路のスイッチングにより生じる高調波のシミュレーション結果を示す。き電系統には、例えばレールを使用して通信などを行なうために、様々な信号系に対する高調波成分の制限値が存在する。１００はそのような制限値を示す。波形１１１はインバータが１回路の場合にブレーキチョッパスイッチング回路から生じる高調波のスペクトル波形、波形１１２は機関車４重連（８インバータ回路）の場合にブレーキチョッパスイッチング回路から生じる高調波のスペクトル波形を示す。この例で、ブレーキチョッパスイッチング回路のスイッチング周波数ｆＢＣＨは３２７Ｈｚ、モータの回転周波数（ＦＲ）は８．６Ｈｚである。
【０００５】
スイッチング周波数ｆＢＣＨにおいて、ブレーキチョッパスイッチング回路のスイッチングにより生じた高調波成分を示すリップル１１３が生じている。リップル１１４、１１５は、それぞれブレーキチョッパスイッチング回路により生じた２次及び３次高調波成分を示す。他のリップルはインバーから生じた高調波成分を示す。このように、ブレーキチョッパスイッチング回路により生じる高調波のリップル１１３のマージン（リップルピーク値から最も厳しい制限値までの余裕値）は小さい。
【０００６】
ブレーキチョッパスイッチング回路のスイッチング周波数ｆＢＣＨは一定であるが、インバータによるリップルの周波数は、車速に比例して変化する。従って、この特定周波数ｆＢＣＨの高調波成分と、インバータにより生じる高調波成分との重畳により生じる高調波成分は、き電系統の通信回線等に誘導障害を与える恐れがある。
【０００７】
本発明は、ブレーキ抵抗器で回生エネルギーを消費する電気車駆動装置において、ブレーキチョッパスイッチング回路により生じる高調波成分を低減することが可能な電気車駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、ブレーキ抵抗器で回生エネルギーを消費する電気車駆動装置において、複数のブレーキチョッパスイッチング回路を設け、各スイッチング回路のキャリア三角波の位相または周波数を変化させることにより、ブレーキチョッパスイッチング回路により生じる高調波成分を低減する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、電気車のブレーキチョッパスイッチング回路により生じる高調波成分を低減し、き電系統（レール）を利用した通信を安定して行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１実施例］
図１は、本発明による電気車駆動装置の第１実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００１２】
先ず主回路２５について説明する。ＤＣ電源１は、直流電車線（架線）、又は車上のエンジン発電機＋整流器、又は交流電車線（架線）＋コンバータである。ＤＣ電源１は、第１の開閉器２を介して、複数の発電ブレーキ回路１９、フィルタコンデンサ５及びインバータ６に接続される。インバータ６には、電気車を駆動するための動力源となるモータ７が接続される。
【００１３】
各発電ブレーキ回路１９はフィルタコンデンサ５の両端にそれぞれ並列に例えばＮ個接続されている。発電ブレーキ回路１９は、回生電力を制御するためのブレーキチョッパスイッチング回路３と、スイッチング動作により流れる電力を消費するための抵抗４（以下、ブレーキ抵抗器と呼ぶ）の直列回路として構成される。このように本実施例に係る電気車駆動装置は、各インバータについて複数のブレーキチョッパスイッチング回路が設けられる。
【００１４】
次にスイッチング制御部２６について説明する。ブレーキチョッパスイッチング回路３のスイッチング制御部２６は、ブレーキチョッパスイッチング回路３に用いるスイッチング素子の導通状態（オン／オフ）を制御するものである。スイッチング制御部２６の入力値は、前記ブレーキチョッパスイッチング回路３の個数Ｎである。
【００１５】
スイッチング制御部２６に設けられた位相演算部８は、ブレーキチョッパスイッチング回路３の個数Ｎを入力し、各ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波の位相を計算する。
【００１６】
例えば位相演算部８は、次式（１）のようにキャリア三角波の位相θＢＣＨを演算する。
【数１】
0004643670.tif 000002
【００１７】
ここに、ｆＢＣＨはブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア周波数、Ｎは並列接続したブレーキスイッチング回路３の個数、ｎはｎ個目のブレーキスイッチング回路３を示す（ｎ＝１〜Ｎ）。図２は位相演算部８により演算されるキャリア三角波の位相θＢＣＨｎを示すグラフである。各位相θＢＣＨｎは時間ｔに比例して増加し、隣り合う位相θＢＣＨｎと位相θＢＣＨｎ＋１の位相差は、２π／Ｎである。
【００１８】
位相演算部８の出力θＢＣＨ１〜θＢＣＨＮは各ブレーキスイッチング回路３のキャリア三角波生成器９に入力される。キャリア三角波生成器９は位相θＢＣＨｎに応じて、ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波を生成する。
【００１９】
キャリア三角波生成器９の出力キャリア三角波と、周知であるフィルタコンデンサ５の瞬時電圧により計算されたブレーキチョッパスイッチング回路３の通流率ＡＬが、比較器１０に各々入力される。図３は発電ブレーキ回路１９を２回路（ＢＣＨ１，ＢＣＨ２）で構成した場合のキャリア三角波及び流通率ＡＬ（上段）と、比較器１０から出力されるゲート信号（ＢＣＨ１Ｇａｔｅ、ＢＣＨ２Ｇａｔｅ：中段）と、ゲート信号の合成信号（ＢＣＨ１Ｇａｔｅ＋ＢＣＨ２Ｇａｔｅ：下段）の関係を示す。図３（ａ）は流通率ＡＬが２５％、図３（ｂ）は５０％、図３（ａ）は７５％の場合を示す。図３の上段に示すように、発電ブレーキ回路１９を２回路で構成した場合、各回路について生成されるキャリア三角波は、互いに１８０°位相がずれている。
【００２０】
通流率ＡＬがキャリア三角波より大きいときにブレーキチョッパスイッチング回路３のスイッチング素子がオンする。通流率ＡＬがキャリア三角波より小さいときにスイチング素子はオフする。通流率ＡＬは、フィルタコンデンサ５の瞬時電圧の増加に伴って上昇する。よって、スイッチングのパルス幅の変調制御が行われる。このように、例えば発電ブレーキ回路１９を２回路設けた場合、互いのブレーキチョッパスイッチング回路３で発生されるリップル成分は逆相（位相差＝π）となり、理論的には相殺され０となる。尚、発電ブレーキ回路１９を３回路以上設けた場合も同様にリップル成分は互いに打ち消しあうように作用する。
【００２１】
図４は本実施例を適用したブレーキチョッパスイッチング回路のスイッチングにより生じる高調波のシミュレーション結果を示す。波形１１１はインバータが１回路の場合の高調波スペクトル波形、波形１１２は機関車４重連（８インバータ回路）の場合の高調波スペクトル波形を示す。この例で、スイッチング回路のスイッチング周波数ｆＢＣＨは３２７Ｈｚ、モータの回転周波数（ＦＲ）は２７．８Ｈｚである。また、インバータにより生じる高調波成分ｆＩＮＶは６５４Ｈｚであり、ブレーキチョッパスイッチング回路により生じる高調波周波数３２７Ｈｚの丁度２倍となっている。このような場合、従来ではスイッチング周波数ｆＢＣＨの２次高調波成分１１４と、インバータにより生じる高調波成分が重畳し、インバータが他の周波数で動作しているときと比べ、リップルの振幅が著しく大きくなる。
【００２２】
しかし本発明によれば図４から分かるように、ブレーキチョッパスイッチング回路により生じる高調波成分の振幅は低い値に抑えられ、何れのリップル１１３、１１４、１１５も制限値に対して十分なマージンを有している。
【００２３】
以上のように本実施例によれば、ブレーキチョッパスイッチング回路３の個数に応じて、各々のブレーキチョッパスイッチング回路３のスイッチング信号発生用キャリア三角波の位相が順次ずらされる。このため、ブレーキチョッパスイッチング回路３の出力電流リップルの周波数スペクトルの振幅を、発電ブレーキ回路１９を１回路で構成した従来に比べ低減できた。また、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じた高調波成分とインバータにより生じた高調波成分の干渉により生じる高調波も低減させることができた。このため、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じる高調波成分を抑え、電気車駆動装置の性能を向上することが出来る。
【００２４】
［第２実施例］
図５は、本発明による電気車駆動装置の第２実施例の概略構成を示すブロック図である。主回路２５の構成は第１実施例と同一である。この第２実施例では、スイッチング制御部２６の各ブレーキチョッパスイッチング回路３に、それぞれ異なる周波数のキャリア三角波が供給される。
【００２５】
スイッチング制御部２６に設けられた周波数演算部１１は、ブレーキチョッパスイッチング回路３の個数Ｎを入力し、各ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波の周波数を演算する。例えば、次式（２）のようにキャリア三角波の周波数ｆＢＣＨを決定する。
【００２６】
ｆＢＣＨｎ＝ｆ０＋（ｎ−１）×Δｆ                            …（２）
ここに、ｎはｎ個目のブレーキチョッパスイッチング回路３を示す（ｎ＝１〜Ｎ）。Ｎは並列したブレーキチョッパスイッチング回路３の個数である。従って、キャリア三角波周波数ｆＢＣＨ１〜ｆＢＣＨＮは、全て互いに異なる周波数であって、ｎ番目キャリア三角波周波数ｆＢＣＨｎと、ｎ＋１番目キャリア三角波周波数ｆＢＣＨｎ＋１は、互いにｆ０だけ異なっている。
【００２７】
または、下記式（３）のように予め決めた周波数を各ブレーキチョッパスイッチング回路３に与える。
【００２８】
Ｉｆ（ｎ＝１）  ｆＢＣＨ＝ｆＢＣＨ１                        
Ｉｆ（ｎ＝２）  ｆＢＣＨ＝ｆＢＣＨ２
・                                                  …（３）
・
Ｉｆ（ｎ＝Ｎ）  ｆＢＣＨ＝ｆＢＣＨＮ
ここに、ｆＢＣＨ１〜ｆＢＣＨＮは予め決めた値である。
【００２９】
式（２）及び（３）の何れの場合でも、キャリア三角波周波数ｆＢＣＨ１〜ｆＢＣＨＮは、全て互いに異なる周波数である。
【００３０】
周波数演算部１１の出力信号ｆＢＣＨ１〜ｆＢＣＨＮはキャリア三角波生成器９にそれぞれ入力され、キャリア周波数ｆＢＣＨｎに応じて、各ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波が生成される。
【００３１】
キャリア三角波生成器９の出力キャリア三角波は比較器１０に入力され、第１実施例と同様に通流率ＡＬとの比較により、スイチング素子３のオン／オフが制御される。
【００３２】
以上の構成により、ブレーキチョッパスイッチング回路３の個数に応じて各ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波周波数が決定される。このため、ブレーキチョッパスイッチング回路３の出力電流に生じるリップルの周波数スペクトルが分散され、リップル成分の振幅が低減される。また、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じた高調波成分とインバータにより生じた高調波成分の干渉により生じる高調波も低減される。このため、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じる高調波成分を抑え、電気車駆動装置の性能を向上することができる。
【００３３】
［第３実施例］
図６は、本発明による電気車駆動装置の第３実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００３４】
主回路２５には従来と同様に、１インバータ回路について発電ブレーキ回路１９が１回路設けられている。スイッチング制御部２６は、周波数演算部１２、キャリア三角波生成器９、位相推定部２７及び比較器１０を含む。位相推定部２７は、周波数演算部１２からキャリア三角波周波数ｆＢＣＨを入力し、次式（４）に基づいて該三角波の位相θ（０°〜３６０°）を算出する。
【数２】
0004643670.tif 000003
【００３５】
周波数演算部１２は、位相推定部２７から入力される位相θに基づいて、キャリア周波数ｆＢＣＨを演算する。キャリア三角波生成器９はキャリア周波数ｆＢＣＨに応じて、ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波を生成する。比較器１０は、キャリア三角波生成器９から出力されるキャリア三角波と通流率ＡＬとの比較により、スイチング回路３のゲート信号を出力する。
【００３６】
図７は周波数演算部１２の構成例を示す図である。キャリアカウント演算部１３はキャリア三角波の位相θを入力し、次式（５）のようにキャリア三角波の数をＭ進カウンタでカウントし、キャリア三角波カウントＮＭを出力する。
【００３７】
ＮＭ＝ｆｌｏｏｒ（θ［ｄｅｇ］／３６０［ｄｅｇ］）              …（５）
ここに、ｆｌｏｏｒ（  ）は括弧内数値の小数点以下を切り捨て整数化する関数とする。
【００３８】
キャリア周波数パターンテーブル１４には、キャリア波カウントＮＭに対応するＭ個のキャリア周波数が予め格納されている。キャリアパターンテーブル１４は、キャリアカウント演算部１３で生成されたキャリアカウントＮＭをアドレスとし、対応するキャリア周波数データを、その時点でのキャリア周波数ｆＢＣＨｎとして出力するものである。従って周波数演算部１２は、周期的に変化するキャリア周波数を出力する。キャリア三角波生成器９は、１波毎に異なる周期を有するキャリア三角波を出力する。
【００３９】
このように構成されたブレーキチョッパスイッチング制御部２６は、予めキャリア三角波位相θ及びそれに準ずる値（本実施例ではキャリアカウントと称している）に対するキャリア周波数ｆＢＣＨを予め計算し、テーブルに格納しておき、実運転中はその都度参照するという形態をとっている。
【００４０】
本実施例では、キャリア周波数を予め決めた値で周期的に変化させることで、ブレーキチョッパスイッチング回路３の出力電流のリップルの周波数スペクトルが分散される。従って、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じる高調波成分を抑え、装置の性能を向上した電気車駆動装置を提供することができる。また、予め決められたキャリア周波数を使用することにより、事前予測、評価及びトラブル時の再現解析が容易にできるメリットもある。
【００４１】
図８は周波数演算部１２の他の構成例を示す図である。この周波数演算部１２はランダム方式でキャリア周波数を出力する。
【００４２】
キャリアカウント演算部１３は前述したように、キャリア三角波の位相θを入力し、キャリア三角波カウントＮＭを出力する。キャリア周波数ランダム発生器１６には、キャリアカウント演算部１３で生成されたキャリアカウントＮＭに応じて、規則性なく、ランダムに変化するキャリア周波数ｆＢＣＨを生成し出力する。
【００４３】
このように構成されたブレーキチョッパスイッチング制御部２６は、キャリア周波数をランダムに変化させることで、ブレーキチョッパスイッチング回路３の出力電流高調波を一様に分散させることができる。この結果、キャリア周波数を分散することの狙いである特定周波数成分を発生しないという特性をより顕著にすることが可能である。よって、装置の性能を向上した電気車駆動装置を提供することができる。
【００４４】
［第４実施例］
図９は、本発明による電気車駆動装置の第４実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００４５】
全体構成は第１実施例と同様であるが、この第４実施例に係る電気車駆動装置の主回路２５では、各ブレーキチョッパスイッチング回路３とＤＣ電源１の正側電極との間に開放スイッチ１７が接続され、各ブレーキチョッパスイッチング回路３には故障検出部２４が設けられている。
【００４６】
以上の構成においては、ブレーキチョッパスイッチング回路３の短絡故障が故障検出部２４により検出されると、電気車駆動装置の制御部（図示されず）は当該ブレーキチョッパスイッチング回路３に接続された開放スイッチ１７を開放し、故障時の大電流を遮断する。よって、他の健全なブレーキチョッパスイッチング回路３及びインバータ装置６への被害を防止することができ、システムの冗長性を確保した電気車駆動装置を提供することが出来る。  
［第５実施例］
図１０は、本発明による電気車駆動装置の第５実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００４７】
主回路２５の構成は図９の第４実施例と同一である。この第５実施例では、スイッチング制御部２６において、位相演算部８の前段に回路数演算部２９が設けられている。
【００４８】
複数のブレーキチョッパスイッチング回路３のうち一部の故障検出部２４が短絡故障を検出した時、電気車駆動装置の制御部（図示されず）はブレーキチョッパスイッチング回路３に接続された開放スイッチ１７の開放にて、故障したブレーキスイッチング回路３を切離し、残りの健全なブレーキチョッパスイッチング回路３で運転を継続する。そのため、回路数演算部２９は、故障検出部２４からの故障検出信号に基づいて、健全なブレーキチョッパスイッチング回路３の回路数Ｎ＊を演算し、キャリア位相演算部８へ出力する。例えば式（５）のように健全回路数を演算する。
【００４９】
Ｎ＊＝Ｎ−ＮＦ                                    …（５）
ここで、Ｎ＊は健全回路数、Ｎはブレーキチョッパスイチング回路の総数、ＮＦは故障ブレーキチョッパスイッチング回路数である。
【００５０】
位相演算部８は、見直されたブレーキチョッパスイッチング回路３の回路数Ｎ＊に応じて、第１実施例のようにキャリア三角波の位相θＢＣＨを決定する。
【００５１】
以上の構成により、ブレーキチョッパスイッチング回路３が短絡故障を発生した時、ブレーキチョッパスイッチング回路３に接続された開放スイッチの開放により、故障したブレーキチョッパスイッチング回路３を切離し、残りの健全なブレーキチョッパスイッチング回路３で運転を継続させることができる。また、健全なブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア位相を健全な回路の数Ｎ＊に応じてずらすことによって、ブレーキスチョッパイッチング回路により生じる高調波を低減することもできる。よって、システムの冗長性及び性能を確保した電気車駆動装置を提供することができる。
【００５２】
［第６の実施の形態］
図１１は、本発明による電気車駆動装置の第６実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００５３】
主回路２５の構成は図１０の第５実施例と同一である。この第６実施例では、スイッチング制御部２６において、図１０の位相演算部８に代わり周波数演算部１１が設けられている。
【００５４】
複数のブレーキチョッパスイッチング回路３のうち一部の故障検出部２４が短絡故障を検出した時、電気車駆動装置の制御部（図示されず）はブレーキチョッパスイッチング回路３に接続された開放スイッチ１７にて故障したブレーキチョッパスイッチング回路３を切離し、残りの健全なブレーキチョッパスイッチング回路３で運転を継続する。そのため、回路数演算部２９は第６実施例と同様に、健全なブレーキチョッパスイッチング回路３の回路数Ｎ＊を演算し、周波数演算部１１へ出力する。
【００５５】
周波数演算部１１は、健全なブレーキチョッパスイッチング回路３の回路数Ｎ＊に応じて、第２実施例のようにキャリア三角波の周波数ｆＢＣＨを決定する。
【００５６】
以上の構成により、ブレーキチョッパスイッチング回路３が短絡故障を発生した時、ブレーキチョッパスイッチング回路３に接続された開放スイッチの開放により、故障したブレーキチョッパスイッチング回路３を切離し、残りの健全なブレーキチョッパスイッチング回路３で運転を継続させることができる。また、健全なブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア周波数を健全な回路の数Ｎ＊に応じて変化させることによって、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じる高調波を低減することもできる。よって、システムの冗長性及び性能を確保した電気車駆動装置を提供することができる。  
［第７実施例］
図１２は、本発明による電気車駆動装置の第７実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００５７】
この第７実施例では、フィルタコンデンサ５のコンデンサ電圧ＥＦＣを検出する電圧検出器３０と、該コンデンサ電圧ＥＦＣと過電圧規定値Ｖｏｖｄとを比較する電圧比較器２０と、比較器２０の比較結果に応じて比較器１０の出力を切り替えるスイッチ２１が設けられている。
【００５８】
電圧比較器２０では、電圧検出器３０によって検出されたフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣと、過電圧規定値Ｖｏｖｄの比較により、フィルタコンデンサ電圧が過電圧か否かを判断する。フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが過電圧規定値Ｖｏｖｄを超えた場合、過電圧信号ＯＶＤ＝１を出力する。
【００５９】
スイッチ２１では、過電圧信号ＯＶＤ＝０の時は、従来通り、比較器１０の出力をブレーキチョッパスイッチング回路３のゲート信号とする。過電圧信号ＯＶＤ＝１の時、スイッチ２１が、比較器１０の出力に依らず、全てのブレーキチョッパスイッチング回路３のゲートをオンさせる。
【００６０】
以上の構成により、フィルタコンデンサ過電圧が発生した時、スイッチ２１の切替により、全てのブレーキチョッパスイッチング回路３のゲート信号を一斉にオンし、フィルタコンデンサ電圧を放電する。このため、フィルタコンデンサ電圧過電圧によりインバータ装置などへの被害を防止することができ、システムの冗長性を確保した電気車駆動装置を提供することができる。  
［第８実施例］
図１３及び図１４は、本発明による電気車駆動装置の第８実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００６１】
第８実施例では、ＤＣ電源１の両端に第１実施例と同じ電気車制御装置がＫ個並列に接続され、リアクトルの配置が互いに異なる下記二つの構成がある。
【００６２】
第１の構成例は図１３に示すように、ＤＣ電源１が単一のリアクトル１８を介して、Ｋ個並列に接続した電気制御装置に接続される。例えば、中間直流リンクに並列に接続したＫ個の電気車制御装置である。本実施例は１車両に複数のインバータ回路が搭載される車両に適用される。
【００６３】
第２の構成例は図１４に示すように、それぞれリアクトル１８を持つ電気車制御装置がＫ個並列にＤＣ電源１に接続される。例えば、電気機関車重連運転の場合、或は編成数２以上の電車の場合に適用される構成である。
【００６４】
以上の構成を有する電気車制御装置において、各電気車制御装置のスイッチング制御部２６に、総個数Ｋと自装置または自車両の所在番号Ｋｍが入力される。
【００６５】
位相演算部２２では、電気車制御装置の総個数Ｋ、所在番号Ｋｍ及びブレーキチョッパスイッチング回路数Ｎに応じて、各ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波の位相を演算し、各キャリア三角波生成器９にそれぞれ出力する。例えば、次式（６）のようにキャリア三角波の位相θＢＣＨを決定する。
【数３】
0004643670.tif 000004
【００６６】
ここに、ｆＢＣＨはブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア周波数、Ｎは並列したブレーキチョッパスイッチング回路３の個数、ｎはｎ個目のブレーキチョッパスイッチング回路（ｎ＝１〜Ｎ）、Ｋは並列した電力変換装置の総個数、ｋｍはｍ個目の電力変換装置を示す（ｍ＝１〜Ｋ）。
【００６７】
以上の構成により、電気車制御装置の編成数とブレーキチョッパスイッチング回路３の個数に応じて、各々のブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波の位相が順次ずらされる。このため、ブレーキチョッパスイッチング回路３の出力電流のリップルの周波数スペクトル振幅を低減できた。また、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じた高調波成分とインバータにより生じた高調波成分の干渉により生じる高調波もより低減することができた。このため、電気車駆動装置の性能を向上することができる。尚、本実施例は、各主回路２５にブレーキチョッパスイッチング回路３を１回路のみ設けた構成であっても、前述したような効果を奏するものである。
【００６８】
［第９実施例］
図１５及び図１４は、本発明による電気車駆動装置の第９実施例の概略構成を示すブロック図である。
【００６９】
主回路２５の構成は第８実施例と同一である。
【００７０】
この第９実施例でも第８実施例と同様に、各電気車制御装置に総個数Ｋと所在番号Ｋｍが入力される。周波数演算部２３では、電気車制御装置の総個数Ｋ、所在番号Ｋｍ及びブレーキチョッパスイッチング回路数Ｎに応じて各ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波の周波数を演算する。
【００７１】
例えば、次式のようにキャリア三角波の周波数ｆＢＣＨを決定する。
【００７２】
ｆＢＣＨｎ＝ｆ０＋（ｎ−１）×Δｆ＋（ｋｍ−１）×Δｆ’          （７）
ここに、Δｆ、Δｆ’は予めに決めたキャリア周波数の増量分、ｎはｎ個目のブレーキチョッパスイッチング回路３を示す（ｎ＝１〜Ｎ）、Ｎは並列したブレーキチョッパスイッチング回路３の個数、ｋｍはｍ個目の電力変換装置を示す（ｍ＝１〜Ｋ）。
【００７３】
または、下記のように予めに決めた周波数を各ブレーキチョッパスイッチング回路３に与える。
【００７４】
Ｉｆ（ｎ＝１、ｋｍ＝１）    ｆＢＣＨ＝ｆＢＣＨ１１  
Ｉｆ（ｎ＝２、Ｋｍ＝１）    ｆＢＣＨ＝ｆＢＣＨ１２
・
Ｉｆ（ｎ＝Ｎ、ｋｍ＝１）    ｆＢＣＨ＝ｆＢＣＨ１Ｎ            …（８）
・
Ｉｆ（ｎ＝Ｎ、ｋｍ＝Ｋ）    ｆＢＣＨ＝ｆＢＣＨＫＮ
ここに、ｆＢＣＨ１１〜ｆＢＣＨＫＮは事前に決めた値である。
【００７５】
以上の構成により、電気車制御装置の総個数とブレーキチョッパスイッチング回路３の個数に応じて各ブレーキチョッパスイッチング回路３のキャリア三角波周波数を変化させる。このため、ブレーキチョッパスイッチング回路３の出力電流のリップルの周波数スペクトルが分散され、リップル成分の振幅を低減した。また、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じた高調波成分とインバータにより生じた高調波成分の干渉により生じる高調波も低減させることができた。このため、ブレーキチョッパスイッチング回路３により生じる高調波成分を抑え、電気車駆動装置の性能を向上することができる。尚、本実施例は上記８実施例と同様に、各主回路２５にブレーキチョッパスイッチング回路３を１回路のみ設けた構成であっても、前述したような効果を奏する。
【００７６】
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図。
【図２】位相演算部８により演算されるキャリア三角波の位相θＢＣＨｎを示すグラフ。
【図３】キャリア三角波及び流通率ＡＬ（上段）と、比較器１０から出力されるゲート信号（中断）と、ゲート信号の合成信号（下段）の関係を示す図。
【図４】第１実施例を適用したブレーキチョッパスイッチング回路の高調波のシミュレーション結果を示す図。
【図５】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第３実施例の構成を示すブロック図。
【図７】周波数演算部１２の構成例を示すブロック図。
【図８】周波数演算部１２の他の構成例を示すブロック図。
【図９】本発明の第４実施例の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の第５実施例の構成を示すブロック図。
【図１１】本発明の第６実施例の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第７実施例の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の第８実施例の構成を示すブロック図
【図１４】本発明の第８実施例の他の構成を示すブロック図。
【図１５】本発明の第９実施例の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第９実施例の他の構成を示すブロック図。
【図１７】従来のブレーキチョッパスイッチング回路の高調波のシミュレーション結果を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
１…ＤＣ電源、２…第１の開閉器、３…ブレーキチョッパ、４…ブレーキ抵抗器、５…フィルタコンデンサ、６…インバータ、７…モータ、８…位相演算部、９…キャリア三角波生成器、１０…比較器、１１…周波数演算部、１２…周波数演算部、１３…キャリアカウント演算部、１４…キャリア周波数パターンテーブル、１６…キャリア周波数ランダム発生器、１７…第２開閉器、１８…リアクトル、２０…電圧比較部、２１…スイッチ、２２…位相演算部、２３…周波数演算部、２５…スイッチング制御部、２７…位相推定部、３０…電圧検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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