| 【発明の名称】 |
電気車駆動制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】熊野 昌義
【氏名】四方 進
【氏名】丸山 高央
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| 【要約】 |
【課題】レールを流れる帰線電流の含有高調波成分による付設の鉄道用保安設備等への悪影響を避けるため、小型で十分な減衰特性を確保したフィルタを有する電気車駆動制御装置を提供する。
【解決手段】直流フィルタ５を介して給電されるインバータ６を備えた電気車駆動制御装置において、直流フィルタ５は、磁気結合を有する２個のリアクトル５１ａ、５１ｂを直列接続して、有効にインダクタンスを確保し小型化を図ると共に近接設置を可能にする。出力端子に第一のコンデンサ５２ａを、前記２つのリアクトルの直列接続点にその相互インダクタンス値に略等しいインダクタンス値を有する第三のリアクトル５３と第二のコンデンサ５２ｂの直列接続体を接続して磁気結合による負の等価インダクタンスを打ち消し、磁気結合の悪影響を防止して２段フィルタ特性を有効に発揮させ、高周波成分の大幅な減衰を図る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 給電線からの直流電力を直流フィルタを介して入力し、交流電動機に対して可変電圧可変周波数制御された交流電力を供給するインバータを備えた電気車駆動制御装置において、前記直流フィルタを、正の入出力端子間に直列接続された磁気結合を有する第一及び第二のリアクトルと、出力端子間に設けられた第一のコンデンサと、前記第一及び第二のリアクトルの直列接続点と負側端子間に設けられた第三のリアクトルと第二のコンデンサの直列接続体とから構成したことを特徴とする電気車駆動制御装置。
【請求項２】 請求項１に記載の電気車駆動制御装置において、前記第三のリアクトルは、前記第一と第二のリアクトルの相互インダクタンスの値に略等しいインダクタンス値を有することを特徴とする電気車駆動制御装置。
【請求項３】 請求項１または２に記載の電気車駆動制御装置において、前記第三のリアクトルと前記第二のコンデンサとの間に抵抗を設けたことを特徴とする電気車駆動制御装置。
【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の電気車駆動制御装置において、前記直列接続された第一及び第二のリアクトルの代わりに、中間タップ付リアクトルを用いることを特徴とする電気車駆動制御装置。
【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の電気車駆動制御装置において、前記第三のリアクトルの一部または全部に配線ケーブルのインダクタンスを用いることを特徴とする電気車駆動制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、給電線より電力の供給を受け駆動される電気車の駆動制御装置に関するもので、特に高調波電流の流入流出を防止すための直流フィルタを有する電気車駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、例えば特開２０００−１８８８０３号公報に示された従来の電気車駆動制御装置を示す概略構成図である。図６において、給電線（架線）１とレール２間に印加された直流電力は、集電器３により集電され、遮断器４と、直流フィルタ５０を構成するリアクトル５１およびコンデンサ５２を介して、インバータ６に入力される。インバータ６は、入力された直流電力を可変電圧可変周波数制御した交流電力に変換し、車両を駆動するための交流電動機７に供給するようになっている。この場合、インバータ６の入力電圧がコンデンサ５２により平滑されるとともにスイッチング動作により発生する高調波の電源側への影響をリアクトル５１により防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような電力変換器を用いた従来の電気車駆動制御装置においては、電源となる変電所等への帰路となるレール２を流れる帰線電流の含有高調波成分が付設の踏み切り制御装置や信号機など鉄道用保安設備を誤動作させる等の悪影響を及ぼすことがあった。このため、このような悪影響を避けるため、リアクトル５１とコンデンサ５２で構成されるＬ−Ｃ直流フィルタ５０が設けられている。しかし、誤動作を防ぐための帰線電流の高調波成分の許容限界値は非常に小さく、特に数百Ｈｚ近傍では５０ＭＡ以下の直流成分の１／１００００以下に下げなければならなく、一方、インバータ６側の発生高調波も種々の制約上あまり小さく出来ないため、電流高調波の十分な減衰特性を確保するには大容量のフィルタが必要となり、寸法・重量の増加を招き車載が困難になるという問題点があった。
【０００４】この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、帰線電流における高調波成分の十分な減衰特性を確保した電気車駆動制御装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電気車駆動制御装置は、給電線からの直流電力を直流フィルタを介して入力し、交流電動機に対して可変電圧可変周波数制御された交流電力を供給するインバータを備えた電気車駆動制御装置において、前記直流フィルタを、正の入出力端子間に直列接続された磁気結合を有する第一及び第二のリアクトルと、出力端子間に設けられた第一のコンデンサと、前記第一及び第二のリアクトルの直列接続点と負側端子間に設けられた第三のリアクトルと第二のコンデンサの直列接続体とから構成したものである。
【０００６】また、前記第三のリアクトルは、前記第一と第二のリアクトルの相互インダクタンスの値に略等しいインダクタンス値を有することを特徴とするものである。
【０００７】また、前記第三のリアクトルと前記第二のコンデンサとの間に抵抗を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】また、前記直列接続された第一及び第二のリアクトルの代わりに、中間タップ付リアクトルを用いることを特徴とするものである。
【０００９】さらに、前記第三のリアクトルの一部または全部に配線ケーブルのインダクタンスを用いることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１に係る電気車駆動制御装置を示す構成図である。図１において、１は給電線（架線または第三レール）、２はレール、３は集電器、４は遮断器、５は直流フィルタ、６はインバータ、７は交流電動機（誘導電動機または同期電動機）、８は車輪である。給電線１とレール２に印加された直流電力は、集電器３により集電され、遮断器４と、直流フィルタ５を介して、インバータ６に入力される。インバータ６は、入力された直流電力を可変電圧可変周波数制御した交流電力に変換し、車両を駆動するための交流電動機７に供給する。
【００１１】ここで、直流フィルタ５は、接近して配置され正の入出力端間に直列接続された磁気結合を有する２個のリアクトル５１ａと５１ｂ、２個の並列コンデンサ５２ａ、５２ｂで直列２段Ｌ−Ｃフィルタを構成すると共に、このリアクトルの直列接続点に接続された第二のコンデンサ５２ｂに、前記２つのリアクトル間の相互インダクタンスを相殺すべく、第三のリアクトル５３が直列に接続されている。すなわち、第三のリアクトル５３と第二のコンデンサ５２ｂの直列接続体が、リアクトル５１ａと５１ｂの直列接続点と負側端子との間に設けられている。
【００１２】リアクトル５１ａ、５１ｂは直流のメイン電流が流れるため、強制冷却された空心リアクトルが用いられるが、２つのリアクトルを近接して設置することにより互いの磁気結合を利用し小型で大きなインダクタンスを得ることが出来る。即ち、それぞれの自己インダクタンスをＬａ、Ｌｂ、相互インダクタンスをＭ【数１】
とすると、２つのリアクトルの等価回路図である図２に示す如く、各リアクトルの等価インダクタンスはＬａ＋Ｍ、Ｌｂ＋Ｍとなる。また、強制冷却機構も容易に共通のものが利用でき、小型化が図れる。
【００１３】しかし、反面、２つのリアクトルの接続分岐点には、等価的に−Ｍのインダクタンスを接続したことになり、高周波領域においては、図１に示すコンデンサ５２ｂによるバイパス作用を阻害しフィルター特性を劣化させようとするが、インダクタンス値が相互インダクタンスＭに等しい第三のリアクトル５３を設置することにより、先の結合による等価インダクタンス−Ｍを相殺し、このバイパス回路はコンデンサ５２ｂのみと等価になる。なお、このバイパス回路に流れる電流は、２つののリアクトル５２ａ、５２ｂを流れるメイン電流に比べ通常１／１０以下と少ないため、第三のリアクトル５３はインダクタンスの値がＭであっても相対的に小型になり冷却も容易となる。また、このインダクタンス値の一部または全部に配線のインダクタンスも利用できる。
【００１４】図３は、インバータ６側から見た直流フィルタ５の電流伝達特性の一例を示したものである。曲線５５は図１に示すこの発明のフィルタ５の特性を示し、曲線５６は図６に示す従来のフィルタ５０の特性を示し、曲線５７は図１に示すこの発明のフィルタ５で第三のリアクトル５３が無い場合の特性をそれぞれ示している。図３において、従来の特性曲線５６は、第１の共振周波数以上で−４０ｄｂ／ｄｅｃ．で減衰するが、この発明による特性曲線５５は、第２の共振周波数以上では−８０ｄｂ／ｄｅｃ．で減衰する２段フィルタの特性を示し高周波領域の特性が改善されている。ちなみに、第三のリアクトル５３を設けない場合の特性曲線５７は、従来の１段フィルタ特性５６よりも劣っている。
【００１５】実施の形態２．図４は、この発明の実施の形態２に係る電気車駆動制御装置における直流フィルタの構成を示す回路図である。第三のリアクトル５３と第二のコンデンサ５２ｂの直列回路にダンピングのための抵抗５４を設け、図３に示す第２の共振点における特性の跳ね上がりを抑制している。
【００１６】実施の形態３．図５は、この発明の実施の形態３に係る電気車駆動制御装置における直流フィルタの構成を示す回路図である。図１の２個の直列接続リアクトル５１ａ、５１ｂの代わりに、中間タップを有するリアクトル５１ｃを用いて小型化を図っている。動作は図１と同じである。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、直流フィルタを、正の入出力端子間に直列接続された磁気結合を有する第一及び第二のリアクトルと、出力端子間に設けられた第一のコンデンサと、前記第一及び第二のリアクトルの直列接続点と負側端子間に設けられた第三のリアクトルと第二のコンデンサの直列接続体とから構成したので、帰線電流における高調波成分の十分な減衰特性を確保することができる。
【００１８】また、前記第三のリアクトルの値を、前記第一と第二のリアクトルの相互インダクタンスの値に略等しくすることにより、第一と第二のリアクトルの結合による等価インダクタンスを相殺し、バイパス回路をコンデンサのみと等価にすることができる。
【００１９】また、前記第三のリアクトルと前記第二のコンデンサとの間に抵抗を設けることにより、ダンピングの役割を果たし、直流フィルタの第２の共振点におけるゲイン／周波数特性の跳ね上がりを抑制することができる。
【００２０】また、前記直列接続された第一及び第二のリアクトルの代わりに、中間タップ付リアクトルを用いることにより、小型化を図ることができる。
【００２１】さらに、前記第三のリアクトルの一部または全部を配線ケーブルのインダクタンスを用いて構成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年４月１３日（２００１．４．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５７８７４
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３１５１０１（Ｐ２００２−３１５１０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１０月２５日（２００２．１０．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１１５３０１（Ｐ２００１−１１５３０１） |
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