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JP2000004503A - Electric car control device - Google Patents

Electric car control device

Info

Publication number
JP2000004503A
JP2000004503A JP10166657A JP16665798A JP2000004503A JP 2000004503 A JP2000004503 A JP 2000004503A JP 10166657 A JP10166657 A JP 10166657A JP 16665798 A JP16665798 A JP 16665798A JP 2000004503 A JP2000004503 A JP 2000004503A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electric vehicle
pwm converter
power
converter device
circuit configuration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10166657A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Manabu Matsuoka
学 松岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10166657A priority Critical patent/JP2000004503A/en
Publication of JP2000004503A publication Critical patent/JP2000004503A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高調波の低減、小形軽量化、およびコスト低
減が可能な電気車制御装置を提供することにある。 【解決手段】 交流架線区間を走行する電気車の架線1
より集電器2および変圧器4を介して受電した交流電力
は、2レベル方式または3レベル方式のいずれかの回路
構成であるPWMコンバータ装置5で直流電力に変換さ
れ、PWMコンバータ装置5の回路構成と異なる2レベル
方式または3レベル方式のいずれかの回路構成であるVV
VFインバータ装置7で3相交流電力に変換し駆動用モー
タ8に出力する。
(57) [Problem] To provide an electric vehicle control device capable of reducing harmonics, reducing the size and weight, and reducing the cost. SOLUTION: An overhead line 1 of an electric vehicle traveling in an AC overhead line section.
The AC power received through the current collector 2 and the transformer 4 is converted into DC power by a PWM converter device 5 having a circuit configuration of either a two-level system or a three-level system, and the circuit configuration of the PWM converter device 5 VV that is either a two-level or three-level circuit configuration different from
The power is converted into three-phase AC power by the VF inverter device 7 and output to the drive motor 8.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、交流架線区間を走
行する電気車の駆動用モータを制御する電気車制御装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle control device for controlling a drive motor of an electric vehicle traveling on an AC overhead line section.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、交流架線区間を走行する電気車
の駆動用モータは、架線から集電器を介して供給される
交流電力をコンバータ装置で直流に変換し、このコンバ
ータ装置で直流に変換した直流電力をインバータ装置で
交流に変換し電気車の駆動用モータに供給するようにし
ている。これにより、電車を所定の速度で運行する。
2. Description of the Related Art Generally, a motor for driving an electric vehicle traveling in an AC overhead line section converts AC power supplied from an overhead line via a current collector into DC by a converter device, and converts the DC power into DC by the converter device. The DC power is converted into AC by an inverter device and supplied to a drive motor of an electric vehicle. Thus, the train is operated at a predetermined speed.

【0003】電気車制御装置としては、コンバータ装置
としてPWMコンバータ装置を有し、インバータ装置とし
てVVVFインバータ装置を備えたものがある。このPWMコ
ンバータ装置とVVVFインバータ装置とを備えた電気車制
御装置では、PWMコンバータ装置で得た直流電力をVVVF
インバータ装置で3相交流電力に変換し、VVVFインバー
タ装置の出力側に接続される1台ないしは複数台の駆動
用モータの速度制御を行う。このPWMコンバータ装置とV
VVFインバータ装置とを備えた電気車制御装置には、PWM
コンバータ装置およびVVVFインバータ装置の双方の回路
構成上、中性点を有していない2レベル方式のものと、
中性点を有した3レベル方式のものとがある。
[0003] Some electric vehicle control devices include a PWM converter device as a converter device and a VVVF inverter device as an inverter device. In the electric vehicle control device including the PWM converter device and the VVVF inverter device, the DC power obtained by the PWM converter device is converted into the VVVF
The inverter converts the AC power into three-phase AC power and controls the speed of one or more driving motors connected to the output side of the VVVF inverter. This PWM converter device and V
An electric vehicle control device equipped with a VVF inverter device has a PWM
In the circuit configuration of both the converter device and the VVVF inverter device, there is a two-level system that does not have a neutral point,
There is a three-level system having a neutral point.

【0004】図4は、2レベル方式のPWMコンバータ装
置とVVVFインバータ装置とを備えた電気車制御装置の構
成図であり、PWMコンバータ装置とVVVFインバータ装置
との双方を、中性点を有していない回路構成としたもの
である。
FIG. 4 is a block diagram of an electric vehicle control device including a two-level PWM converter device and a VVVF inverter device. Both the PWM converter device and the VVVF inverter device have a neutral point. It is a circuit configuration that does not have.

【0005】図4において、交流架線区間の架線1から
集電器2および交流遮断器3を介して供給された交流電
圧は、変圧器4にて降圧されPWMコンバータ装置5に入
力される。PWMコンバータ装置5は、自己消弧可能な主
スイッチング素子で構成され交流電力を直流電力に変換
する。そして、直流リンク回路9のフィルタコンデンサ
6で平滑されVVVFインバータ装置7に入力される。VVVF
インバータ装置7では、出力側に接続された1台ないし
は複数台の駆動用モータ8の速度制御を行う。
[0005] In FIG. 4, an AC voltage supplied from an overhead line 1 in an AC overhead line section via a current collector 2 and an AC circuit breaker 3 is stepped down by a transformer 4 and input to a PWM converter device 5. The PWM converter device 5 is composed of a main switching element capable of self-extinguishing and converts AC power into DC power. Then, it is smoothed by the filter capacitor 6 of the DC link circuit 9 and input to the VVVF inverter device 7. VVVF
The inverter device 7 controls the speed of one or more driving motors 8 connected to the output side.

【0006】2レベル方式の電気車制御装置では、図4
に示すように、そのPWMコンバータ装置5は、主スイッ
チング素子をQUCとQUX、 QVCとQYCのように2個直列接
続して構成され、直流リンク回路の電圧を制御する。ま
た、VVVFインバータ装置7は、主スイッチング素子をQU
とQX、QVとQY、QWとQZのようにそれぞれ2個直列接続
し、駆動用モータ8へ可変電圧および可変周波数の電力
を供給して速度制御を行う。
In a two-level electric vehicle controller, FIG.
As shown in (1), the PWM converter device 5 is configured by connecting two main switching elements in series like QUC and QUX, and QVC and QYC, and controls the voltage of the DC link circuit. Also, the VVVF inverter device 7 has a main switching element of QU
And QX, QV and QY, and QW and QZ, respectively, are connected in series, and a variable voltage and a variable frequency power are supplied to the driving motor 8 to perform speed control.

【0007】次に、図5は、3レベル方式のPWMコンバ
ータ装置5とVVVFインバータ装置7とを備えた電気車制
御装置の構成図であり、PWMコンバータ装置5とVVVFイ
ンバータ装置7との双方を、中性点を有した回路構成と
したものである。
Next, FIG. 5 is a configuration diagram of an electric vehicle control device provided with a three-level PWM converter device 5 and a VVVF inverter device 7. Both the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 are connected. , And a circuit configuration having a neutral point.

【0008】図5において、3レベル方式のPWMコンバ
ータ装置5は、主スイッチング素子をCU1、CU2、CU3、C
U4、およびCV1、CV2、CV3、CV4のようにそれぞれ4個直
列接続して構成され、直流リンク回路9の電圧を制御す
る。そして、主スイッチング素子CU1、CU2の接続点と主
スイッチング素子CU3、CU4の接続点とを、2個のダイオ
ードCUP、CUNを介して接続され、同様に、主スイッチン
グ素子CV1、CV2の接続点と主スイッチング素子CV3、CV4
の接続点とを、2個のダイオードCVP、CVNを介して接続
されて構成される。
In FIG. 5, a three-level PWM converter device 5 has main switching elements CU1, CU2, CU3, C
U4 and four such as CV1, CV2, CV3, CV4 are connected in series to control the voltage of the DC link circuit 9. The connection point between the main switching elements CU1 and CU2 and the connection point between the main switching elements CU3 and CU4 are connected via two diodes CUP and CUN, and similarly, the connection point between the main switching elements CV1 and CV2. Main switching elements CV3, CV4
Are connected via two diodes CVP and CVN.

【0009】この場合の、直列接続された2個のダイオ
ードCUP、CUN同士の接続点、直列接続された2個のダイ
オードCVP、CVN同士の接続点を、いわゆる中性点と呼ん
でいる。
In this case, a connection point between the two series-connected diodes CUP and CUN and a connection point between the two series-connected diodes CVP and CVN are called a so-called neutral point.

【0010】また、VVVFインバータ装置7は、主スイッ
チング素子をIU1、IU2、IU3、IU4、IV1、IV2、IV3、IV
4、及びIW1、IW2、IW3、IW4のようにそれぞれ4個直列
接続して構成される。そして、駆動用モータ8へ可変電
圧で可変周波数の電力を供給して速度制御を行う。主ス
イッチング素子IU1、IU2の接続点とIU3、IU4の接続点同
士は、2個のダイオードIUP、IUNを直列接続した回路で
結ばれており、この2個のダイオード同士の接続点は、
いわゆる中性点と呼ばれ、同様に構成されているダイオ
ードIVP、IVN、およびダイオードIWP、IWNを直列接続し
た回路のダイオード同土の接続点も中性点である。
In the VVVF inverter device 7, the main switching elements are IU1, IU2, IU3, IU4, IV1, IV2, IV3, IV
4, and four such as IW1, IW2, IW3, and IW4 are connected in series. Then, power of a variable frequency is supplied to the drive motor 8 with a variable voltage to perform speed control. The connection point of the main switching elements IU1 and IU2 and the connection point of IU3 and IU4 are connected by a circuit in which two diodes IUP and IUN are connected in series, and the connection point of the two diodes is
A so-called neutral point, and a connection point between the diodes IVP and IVN and a similarly connected diode of a circuit in which diodes IWP and IWN are connected in series is also a neutral point.

【0011】また、直流リンク回路9の電圧を平滑化す
るためのフィルタコンデンサ6は、第1のコンデンサ6
aと第2のコンデンサ6bとの2個の直列接続にて構成さ
れ、直流リンク回路9の電圧を2分圧して得られる1/
2の電位、いわゆる中性点電位に対して接続されてい
る。
The filter capacitor 6 for smoothing the voltage of the DC link circuit 9 is a first capacitor 6
a and a second capacitor 6b connected in series and obtained by dividing the voltage of the DC link circuit 9 by 2 /
2 potential, so-called neutral potential.

【0012】そして、PWMコンバータ装置5とVVVFイン
バータ装置7との両装置間の中性点同士は、この第1の
コンデンサ6aと第2のコンデンサ6bとの中性点を介し
て接続されている。
The neutral points between the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 are connected to each other via the neutral point between the first capacitor 6a and the second capacitor 6b. .

【0013】周知のように、電気車を制御するための電
気車制御装置は、通常、電気車の床下の限定されたスペ
ースに艤装されるので、小型化や軽量化を図る必要があ
る。したがって、PWMコンバータ装置5とVVVFインバー
タ装置7とを構成する主スイッチング素子は、高電圧で
大電流を制御可能ないわゆる大容量の半導体を使用し、
構成する素子数を最小限にする必要がある。その点から
は、2レベル方式が有利である。
As is well known, an electric vehicle control device for controlling an electric vehicle is usually installed in a limited space below the floor of the electric vehicle, so that it is necessary to reduce its size and weight. Therefore, the main switching elements constituting the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 use a so-called large-capacity semiconductor capable of controlling a large current at a high voltage.
It is necessary to minimize the number of constituent elements. From that point, the two-level scheme is advantageous.

【0014】一方、架線1より電気車へ給電する交流電
力には、高調波電流成分が重畳されるので、その高周波
電流成分を信号機器などの誤動作レベル以下に低減する
必要がある。そのため、PWMコンバータ装置5は変圧器
4の2次電流高調波を減らすように構成することが望ま
しい。
On the other hand, since a higher harmonic current component is superimposed on the AC power supplied from the overhead line 1 to the electric vehicle, it is necessary to reduce the high frequency current component to a level lower than a malfunction level of a signal device or the like. Therefore, it is desirable that the PWM converter device 5 be configured to reduce the secondary current harmonic of the transformer 4.

【0015】そこで、PWMコンバータ装置5の主回路構
成を3レベル方式にして電流波形の改善を図る方法、ま
た主スイッチング素子のスイッチング周波数を高くする
ことにより同等の効果を得る方法がある。
Therefore, there is a method of improving the current waveform by making the main circuit configuration of the PWM converter device 3 a three-level system, and a method of obtaining the same effect by increasing the switching frequency of the main switching element.

【0016】また、PWMコンバータ装置5およびVVVFイ
ンバータ装置7を構成する主スイッチング素子の構造と
して、圧接形とモジュール形とがある。圧接形素子は熱
抵抗がモジュール形素子に比べて小さく、たとえば1/
2以下の値である。また、スイッチング素子内部に半田
付けによる接合部分がないため、電気車の運転や停止の
繰り返しによる熱波労の影響を受けないため、長寿命化
やメンテナンスフリーの点で有利である。
The structures of the main switching elements constituting the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 include a pressure contact type and a module type. The pressure contact element has a smaller thermal resistance than the module element, for example, 1 /
It is a value of 2 or less. In addition, since there is no joint portion by soldering inside the switching element, there is no influence of heat wave caused by repeated operation and stoppage of the electric car, which is advantageous in extending the life and maintenance-free.

【0017】一方、モジュール形素子は、素子をネジだ
けで固定できるため構造的に簡素化が可能であり、スイ
ッチング素子単体とその取り付け部分のコストを低減で
きる点で圧接形素子に比べて有利である。
On the other hand, the module-type element is advantageous in comparison with the press-contact type element in that the element can be fixed only by screws, so that the structure can be simplified, and the cost of the switching element alone and its mounting portion can be reduced. is there.

【0018】また、PWMコンバータ装置5およびVVVFイ
ンバータ装置7の各装置の主回路構成が3レベル方式の
場合には、これら各装置を接続する直流リンク回路9に
おいて電源電圧を2分圧して得られる1/2の電位、い
わゆる中性点電位を両者装置の間で接続していた。これ
は、両者の中性点同士を接続することにより各装置のコ
ンデンサ6a、6bが並列接続されることになり、各々の
コンデンサ6a、6bの電圧バランス、すなわち直流電圧
を1/2電圧ずつ分担している比率が改善されるためで
ある。従って、PWMコンバータ装置5とVVVFインバータ
装置7との各装置間の配線本数は3本分が必要になる。
When the main circuit configuration of each of the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 is a three-level system, the power supply voltage is obtained by dividing the power supply voltage by two in the DC link circuit 9 connecting these devices. A half potential, a so-called neutral potential, was connected between the two devices. This means that the capacitors 6a and 6b of each device are connected in parallel by connecting the neutral points of the two, and the voltage balance of the capacitors 6a and 6b, that is, the DC voltage is shared by 1/2 voltage. This is because the ratio of the data is improved. Therefore, the number of wires between the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 needs to be three.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の電気
車制御装置では、PWMコンバータ装置5およびVVVFイン
バータ装置7に対して、2レベル方式または3レベル方
式のいずれかの主回路構成を選択するようにしているの
で、採用した方式により2レベル方式または3レベル方
式のいずれかの長所および短所を有することになる。
By the way, in the conventional electric vehicle control device, either the two-level system or the three-level system is selected for the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7. Therefore, there are advantages and disadvantages of either the two-level system or the three-level system depending on the adopted system.

【0020】すなわち、高調波の低減、装置の小形軽量
化、コスト低減、装置間の配線本数、などの点で長所お
よび短所を有することになる。特に短所については、シ
ステム構成の点で制約となり、採用した方式の短所を改
善することは困難であった。
That is, there are advantages and disadvantages in terms of reducing harmonics, reducing the size and weight of the device, reducing the cost, and the number of wires between the devices. Particularly, the disadvantages are restricted in terms of the system configuration, and it is difficult to improve the disadvantages of the adopted method.

【0021】例えば、架線1に流れる電流の高調波成分
を規定値以下に低減するためには、PWMコンバータ装置
5の主回路構成は3レベル方式にすることが有利であ
り、2レベル方式では高調波低減の点で不利である。一
方、3レベル方式は主スイッチング素子の数が2レベル
方式の2倍となり、装置構成上は外形が大きくなると共
にコスト的にも不利である。
For example, in order to reduce the harmonic components of the current flowing through the overhead wire 1 to a specified value or less, it is advantageous to use a three-level system for the main circuit configuration of the PWM converter device 5. It is disadvantageous in terms of wave reduction. On the other hand, in the three-level system, the number of main switching elements is twice as large as that in the two-level system.

【0022】電気車制御装置を構成する主スイッチング
素子として、圧接形素子は熱抵抗の点で有利であるが、
取り付け構造が複雑で重量やコストの点でモジュール形
素子に比べて不利である。逆に、モジュ一ル形素子は取
り付けが容易であるが、半田付け部分の熱波労に対する
配慮が必要なことから、圧接形に比べて素子の寿命の点
で不利である。
As a main switching element constituting the electric vehicle control device, a pressure contact type element is advantageous in terms of thermal resistance.
The mounting structure is complicated and disadvantageous in weight and cost as compared with the module type element. On the other hand, the module-type element is easy to mount, but is disadvantageous in terms of the life of the element as compared with the pressure welding type, since consideration must be given to the heat wave of the soldered portion.

【0023】PWMコンバータ装置5およびVVVFインバー
タ装置7の各装置の主回路構成が3レベル方式である場
合、両装置同士の直流リンク回路9は電源電圧の高圧側
と低圧側との2本の他に、中性点電位を接続する配線を
1本を追加し、合わせて3本の線で接続する必要があ
る。
When the main circuit configuration of each of the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 is a three-level system, the DC link circuit 9 between the two devices has two power supply voltage high and low voltage sides. In addition, it is necessary to add one wiring for connecting the neutral point potential, and to connect the wiring with a total of three wires.

【0024】電気車制御装置は、車体への艤装上の制約
によりPWMコンバータ装置5とVVVFインバータ装置7と
を一体の箱構造に収納しきれない場合がある。また、各
装置を同一の車両に艤装できずに、複数車両により編成
される電気車の異なる車両に艤装される場合がある。こ
のように、両者が別の箱構成の場合には、装置の外部を
一旦経由して両装置の間を配線することになり、配線本
数の増加により艤装が複雑となり、配線の簡素化、軽量
化、低コスト化の点で問題となっていた。
The electric vehicle control device may not be able to store the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 in an integrated box structure due to restrictions on the fitting of the vehicle body. Further, there is a case where each device cannot be fitted to the same vehicle, but is fitted to a different electric vehicle composed of a plurality of vehicles. As described above, when the two units have different box configurations, the wiring between the two units is performed once through the outside of the unit, and the outfitting becomes complicated due to an increase in the number of wirings, thereby simplifying the wiring and reducing the weight. Problems in terms of cost reduction and cost reduction.

【0025】すなわち、PWMコンバータ装置5とVVVFイ
ンバータ装置7との間の直流リンク回路9は、中性点電
位を含めた3本の艤装線により装置の外部を一旦経由し
て両装置の間を配線することになる。この3本の艤装線
には、例えば、4台の駆動用モータ8を制御する場合に
は1000A程度の電流が流れるため、線径が太くなり艤装
上の大きな問題となる。さらには、異なる車両に艤装線
が渡ることを考慮すると、直流リンク回路9の渡り線は
2本の方が、はるかに有利である。
That is, the DC link circuit 9 between the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 connects the two devices once through the outside of the device by three outfitting lines including the neutral point potential. Will be wired. For example, when controlling four drive motors 8, a current of about 1000 A flows through these three outfitting wires, so that the wire diameter becomes large, which is a major problem in outfitting. Furthermore, considering that the outfitting line crosses different vehicles, it is much more advantageous to use two crossover lines of the DC link circuit 9.

【0026】本発明の目的は、高調波の低減、小形軽量
化、およびコスト低減が可能な電気車制御装置を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to provide an electric vehicle control device capable of reducing harmonics, reducing the size and weight, and reducing the cost.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係わる
電気車制御装置は、交流架線区間を走行する電気車の架
線より集電器を介して交流電力を受電する変圧器と、前
記変圧器で受電した交流電力を直流電力に変換するため
の主スイッチング素子による回路構成が中性点を有しな
い2レベル方式または前記中性点を有した3レベル方式
のいずれかの回路構成であるPWMコンバータ装置と、前
記PWMコンバータ装置で得られた直流電力を3相交流電
力に変換し駆動用モータに出力するための主スイッチン
グ素子による回路構成が前記2レベル方式または前記3
レベル方式の回路構成のうち前記PWMコンバータ装置の
回路構成と異なる回路構成であるVVVFインバータ装置
と、前記PWMコンバータ装置で得られた直流電圧を平滑
するフィルタコンデンサを有し前記PWMコンバータ装置
と前記VVVFインバータ装置との間を接続する直流リンク
回路とを備えたことを特徴とする。
An electric vehicle control device according to the present invention comprises a transformer for receiving AC power from a power line of an electric vehicle traveling in an AC overhead line section via a current collector, and the transformer. A PWM converter having a circuit configuration of a main switching element for converting AC power received at step 2 into DC power, which is either a two-level system having no neutral point or a three-level system having the neutral point. The circuit configuration of the device and a main switching element for converting DC power obtained by the PWM converter device into three-phase AC power and outputting the converted power to a driving motor is the two-level system or the three-level system.
A VVVF inverter device having a circuit configuration different from that of the PWM converter device among the circuit configurations of the level system, and a filter capacitor for smoothing a DC voltage obtained by the PWM converter device, the PWM converter device and the VVVF And a DC link circuit for connection with the inverter device.

【0028】請求項1の発明に係わる電気車制御装置で
は、交流架線区間を走行する電気車の架線より集電器お
よび変圧器を介して受電した交流電力は、2レベル方式
または3レベル方式のいずれかの回路構成であるPWMコ
ンバータ装置で直流電力に変換され、直流リンク回路の
フィルタコンデンサで平滑される。そして、PWMコンバ
ータ装置の回路構成と異なる2レベル方式または3レベ
ル方式のいずれかの回路構成であるVVVFインバータ装置
で3相交流電力に変換し駆動用モータに出力する。
In the electric vehicle control apparatus according to the first aspect of the present invention, the AC power received from the overhead line of the electric vehicle running in the AC overhead line section via the current collector and the transformer is either a two-level system or a three-level system. The power is converted into DC power by the PWM converter device having such a circuit configuration, and is smoothed by the filter capacitor of the DC link circuit. Then, it is converted into three-phase AC power by a VVVF inverter device having a circuit configuration of either a two-level system or a three-level system different from the circuit configuration of the PWM converter device and output to a driving motor.

【0029】請求項2の発明に係わる電気車制御装置
は、請求項1に記載の電気車制御装置において、前記PW
Mコンバータ装置は、主スイッチング素子として圧接形
素子を使用し、前記VVVFインバータ装置は、主スイッチ
ング素子としてモジュール形素子を使用するようにした
ことを特徴とする。
An electric vehicle control device according to a second aspect of the present invention is the electric vehicle control device according to the first aspect, wherein the PW
The M converter device uses a pressure contact type device as a main switching device, and the VVVF inverter device uses a module type device as a main switching device.

【0030】請求項2の発明に係わる電気車制御装置で
は、請求項1の発明の作用に加え、PWMコンバータ装置
には、主スイッチング素子として圧接形素子を使用して
長寿命化を図り、VVVFインバータ装置には、モジュール
形素子を使用して小型軽量化を図る。
In the electric vehicle control device according to the second aspect of the present invention, in addition to the operation of the first aspect of the invention, the life of the PWM converter device is extended by using a pressure contact type element as a main switching element. Inverter devices are made smaller and lighter by using modular elements.

【0031】請求項3の発明に係わる電気車制御装置
は、請求項1に記載の電気車制御装置において、前記PW
Mコンバータ装置は、主スイッチング素子としてモジュ
ール形素子を使用し、前記VVVFインバータ装置は、主ス
イッチング素子として圧接形素子を使用するようにした
ことを特徴とする。
An electric vehicle control device according to a third aspect of the present invention is the electric vehicle control device according to the first aspect, wherein the PW
The M converter device uses a module type device as a main switching device, and the VVVF inverter device uses a pressure contact type device as a main switching device.

【0032】請求項3の発明に係わる電気車制御装置で
は、請求項1の発明の作用に加え、PWMコンバータ装置
には、主スイッチング素子としてモジュール形素子を使
用して小型軽量化を図り、VVVFインバータ装置には、圧
接形素子を使用して長寿命化を図る。
In the electric vehicle control device according to the third aspect of the present invention, in addition to the operation of the first aspect of the invention, the PWM converter device uses a modular type device as a main switching device to reduce the size and weight of the vehicle, and The life of the inverter device is extended by using a press-contact type element.

【0033】請求項4の発明に係わる電気車制御装置
は、交流架線区間を走行する電気車の架線より集電器を
介して交流電力を受電する変圧器と、前記変圧器で受電
した交流電力を直流電力に変換するための主スイッチン
グ素子が圧接形素子またはモジュール形素子のいずれか
のスイッチング素子であるPWMコンバータ装置と、前記P
WMコンバータ装置で得られた直流電力を3相交流電力に
変換し駆動用モータに出力するための主スイッチング素
子が前記圧接形素子または前記モジュール形素子のうち
前記PWMコンバータ装置のスイッチング素子と異なる前
記圧接形素子または前記モジュール形素子のいずれかの
スイッチング素子であるVVVFインバータ装置と、前記PW
Mコンバータ装置で得られた直流電圧を平滑するフィル
タコンデンサを有し前記PWMコンバータ装置と前記VVVF
インバータ装置との間を接続する直流リンク回路とを備
えたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle control device, comprising: a transformer for receiving AC power from an overhead line of an electric vehicle traveling in an AC overhead line section via a current collector; and an AC power received by the transformer. A PWM converter device in which a main switching element for converting to DC power is a switching element of either a press-contact type element or a module type element;
The main switching element for converting the DC power obtained by the WM converter into three-phase AC power and outputting it to the driving motor is different from the switching element of the PWM converter of the press-contact type element or the module-type element. A VVVF inverter device, which is a switching element of either a pressure contact type element or the module type element, and the PW
The PWM converter and the VVVF having a filter capacitor for smoothing a DC voltage obtained by the M converter.
And a DC link circuit for connection with the inverter device.

【0034】請求項4の発明に係わる電気車制御装置で
は、交流架線区間を走行する電気車の架線より集電器を
介して交流電力を変圧器で受電し、主スイッチング素子
が圧接形素子またはモジュール形素子のいずれかのスイ
ッチング素子であるPWMコンバータ装置で交流電力を直
流電力に変換する。そして、PWMコンバータ装置で得ら
れた直流電圧を直流リンク回路のフィルタコンデンサで
平滑し、主スイッチング素子がPWMコンバータ装置のス
イッチング素子とは形式の異なる圧接形素子またはモジ
ュール形素子のいずれかのスイッチング素子で構成され
たVVVFインバータ装置で、直流電力を3相交流電力に変
換し駆動用モータに出力する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle control device, wherein AC power is received by a transformer from a power line of an electric vehicle traveling in an AC overhead line section via a current collector, and a main switching element is a press-contact type element or module. AC power is converted to DC power by a PWM converter device, which is one of the switching elements of the type. Then, the DC voltage obtained by the PWM converter device is smoothed by a filter capacitor of the DC link circuit, and the main switching device is a switching device of a press-contact type device or a module type device having a different type from the switching device of the PWM converter device. Converts the DC power to three-phase AC power and outputs it to the drive motor.

【0035】請求項5の発明に係わる電気車制御装置
は、請求項4に記載の電気車制御装置において、前記PW
Mコンバータ装置は、前記3レベル方式の回路構成と
し、前記VVVFインバータ装置は、前記2レベル方式の回
路構成としたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the electric vehicle control device according to the fourth aspect, wherein the PW
The M converter device has the three-level circuit configuration, and the VVVF inverter device has the two-level circuit configuration.

【0036】請求項5の発明に係わる電気車制御装置で
は、請求項4の発明の作用に加え、3レベル方式のPWM
コンバータ装置で高調波を低減し、2レベル方式のVVVF
インバータ装置で小型軽量化を図る。
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the operation of the fourth aspect, the electric vehicle controller according to the fifth aspect of the present invention provides a three-level PWM
The converter device reduces harmonics and uses a two-level VVVF
Reduce the size and weight of the inverter.

【0037】請求項6の発明に係わる電気車制御装置
は、請求項4に記載の電気車制御装置において、前記PW
Mコンバータ装置は、前記2レベル方式の回路構成と
し、前記VVVFインバータ装置は、前記3レベル方式の回
路構成としたことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the electric vehicle control device according to the fourth aspect, wherein the PW
The M-converter device has the two-level circuit configuration, and the VVVF inverter device has the three-level circuit configuration.

【0038】請求項6の発明に係わる電気車制御装置で
は、請求項4の発明の作用に加え、2レベル方式のPWM
コンバータ装置で小型軽量化を図り、3レベル方式のVV
VFインバータ装置で高調波の低減を図る。
In the electric vehicle control device according to the sixth aspect of the present invention, in addition to the operation of the fourth aspect, a two-level PWM
A three-level VV with a compact and lightweight converter unit
Reduce harmonics with a VF inverter.

【0039】請求項7の発明に係わる電気車制御装置
は、交流架線区間を走行する電気車の架線より集電器を
介して交流電力を受電する変圧器と、前記変圧器で受電
した交流電力を直流電力に変換するための主スイッチン
グ素子による回路構成が中性点を有した3レベル方式の
回路構成であるPWMコンバータ装置と、前記PWMコンバー
タ装置で得られた直流電力を3相交流電力に変換し駆動
用モータに出力するための主スイッチング素子による回
路構成が前記3レベル方式の回路構成であるVVVFインバ
ータ装置と、前記PWMコンバータ装置と前記VVVFインバ
ータ装置との間を接続する直流リンク回路と、前記PWM
コンバータ装置の中性点を介して直列接続され前記直流
リンク回路の直流電圧を平滑する一対のPWMコンバータ
装置側フィルタコンデンサと、前記VVVFインバータ装置
の中性点を介して直列接続され前記直流リンク回路の直
流電圧を平滑する一対のVVVFインバータ装置側フィルタ
コンデンサとを備え、前記PWMコンバータ装置の中性点
と前記VVVFインバータ装置の中性点とを接続する配線を
省略したことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle control device, comprising: a transformer for receiving AC power from an overhead line of an electric vehicle traveling in an AC overhead line section via a current collector; and an AC power received by the transformer. A PWM converter device in which a circuit configuration of a main switching element for converting to DC power is a three-level system having a neutral point, and a DC power obtained by the PWM converter device is converted into three-phase AC power. A VVVF inverter device in which the circuit configuration of the main switching element for outputting to the drive motor is the circuit configuration of the three-level system, a DC link circuit that connects between the PWM converter device and the VVVF inverter device, The PWM
A pair of PWM converter device-side filter capacitors connected in series via a neutral point of the converter device and smoothing the DC voltage of the DC link circuit, and the DC link circuit connected in series via a neutral point of the VVVF inverter device And a pair of filter capacitors for smoothing the DC voltage of the VVVF inverter device, and a wiring connecting a neutral point of the PWM converter device and a neutral point of the VVVF inverter device is omitted.

【0040】請求項7の発明に係わる電気車制御装置で
は、交流架線区間を走行する電気車の架線より集電器お
よび変圧器を介して受電した交流電力は、3レベル方式
の回路構成であるPWMコンバータ装置で直流電力に変換
され、直流リンク回路のPWMコンバータ装置側フィルタ
コンデンサおよびVVVFインバータ装置側フィルタコンデ
ンサで平滑される。そして、3レベル方式の回路構成で
あるVVVFインバータ装置で3相交流電力に変換し駆動用
モータに出力する。この場合、PWMコンバータ装置の中
性点とVVVFインバータ装置の中性点とを接続する配線を
省略したことに伴い、PWMコンバータ装置およびVVVFイ
ンバータ装置にて、それぞれ中性点電位補償制御により
中性点での電圧バランスを制御する。
In the electric vehicle control device according to the present invention, the AC power received from the overhead line of the electric vehicle traveling in the AC overhead line section via the current collector and the transformer is a PWM circuit having a three-level circuit configuration. The DC power is converted into DC power by the converter device and smoothed by the filter capacitor on the PWM converter device side and the filter capacitor on the VVVF inverter device side of the DC link circuit. Then, it is converted into three-phase AC power by a VVVF inverter device having a circuit configuration of a three-level system and output to a driving motor. In this case, the wiring to connect the neutral point of the PWM converter and the neutral point of the VVVF inverter is omitted, and the neutral point potential compensation control is performed by the PWM converter and the VVVF inverter, respectively. Control the voltage balance at the point.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わる電気車
制御装置の構成図である。この第1の実施の形態は、PW
Mコンバータ装置5を中性点を有する3レベル方式の回
路構成とし、VVVFインバータ装置7を中性点を有しない
2レベル方式の回路構成としたものである。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of the electric vehicle control device according to the first embodiment of the present invention. This first embodiment is a PW
The M converter device 5 has a three-level circuit configuration having a neutral point, and the VVVF inverter device 7 has a two-level circuit configuration having no neutral point.

【0042】図1において、交流架線区間の架線1から
集電器2および交流遮断器3を介して供給された交流電
圧は、変圧器4にて降圧されPWMコンバータ装置5に入
力される。PWMコンバータ装置5は、自己消弧可能な主
スイッチング素子で3レベル方式で構成され交流電力を
直流電力に変換する。
In FIG. 1, the AC voltage supplied from the overhead line 1 in the AC overhead line section via the current collector 2 and the AC circuit breaker 3 is stepped down by the transformer 4 and input to the PWM converter device 5. The PWM converter device 5 is a main switching element capable of self-extinguishing and is configured in a three-level system, and converts AC power into DC power.

【0043】3レベル方式のPWMコンバータ装置5は、
主スイッチング素子をCU1、CU2、CU3、CU4、およびCV
1、CV2、CV3、CV4のようにそれぞれ4個直列接続して構
成され、直流リンク回路9の電圧を制御する。そして、
主スイッチング素子CU1、CU2の接続点と主スイッチング
素子CU3、CU4の接続点とを、2個のダイオードCUP、CUN
を介して接続され、同様に、主スイッチング素子CV1、C
V2の接続点と主スイッチング素子CV3、CV4の接続点と
を、2個のダイオードCVP、CVNを介して接続されて構成
される。この場合の直列接続された2個のダイオードCU
P、CUN同士の接続点、直列接続された2個のダイオード
CVP、CVN同士の接続点が中性点となる。
The three-level PWM converter device 5
Main switching elements CU1, CU2, CU3, CU4, and CV
1, four such as CV2, CV3 and CV4 are connected in series to control the voltage of the DC link circuit 9. And
A connection point between the main switching elements CU1 and CU2 and a connection point between the main switching elements CU3 and CU4 are connected to two diodes CUP and CUN.
, And likewise the main switching elements CV1, CV
The connection point of V2 and the connection point of the main switching elements CV3 and CV4 are connected via two diodes CVP and CVN. Two diodes CU connected in series in this case
Connection point between P and CUN, two diodes connected in series
The connection point between CVP and CVN is the neutral point.

【0044】また、直流リンク回路9の電圧を平滑化す
るためのフィルタコンデンサ6は、第1のコンデンサ6
aと第2のコンデンサ6bとの2個の直列接続にて構成さ
れ、直流リンク回路9の電圧を2分圧して得られる1/
2の電位、いわゆる中性点電位に対して接続されてい
る。
The filter capacitor 6 for smoothing the voltage of the DC link circuit 9 is a first capacitor 6
a and a second capacitor 6b connected in series and obtained by dividing the voltage of the DC link circuit 9 by 2 /
2 potential, so-called neutral potential.

【0045】そして、PWMコンバータ装置5は、3レベ
ルの電圧、すなわち、直流リンク電圧と、直流リンク電
圧を2分圧して得られる1/2の電位(いわゆる中性点
電位)とをそれぞれ制御する。また、VVVFインバータ装
置7は、主スイッチング素子をQUとQX、QVとQY、QWとQZ
のようにそれぞれ2個直列接続し、駆動用モータ8へ可
変電圧および可変周波数の電力を供給して速度制御を行
う。
The PWM converter 5 controls three levels of voltage, that is, a DC link voltage and a half potential (so-called neutral point potential) obtained by dividing the DC link voltage by two. . The VVVF inverter device 7 has main switching elements QU and QX, QV and QY, QW and QZ.
The two are connected in series as described above, and a variable voltage and a variable frequency power are supplied to the driving motor 8 to perform speed control.

【0046】このような構成により、変圧器4の2次巻
線との間に流れる交流電流(いわゆる2次電流)の波形
の高調波を減らすように改善でき、結果として架線1よ
り電気車へ給電する交流電力に重畳される高調波電流成
分を信号機器などの誤動作レベル以下に低減することが
できる。
With such a configuration, it is possible to improve so as to reduce the harmonics of the waveform of the alternating current (so-called secondary current) flowing between the secondary winding of the transformer 4 and the electric wire. The harmonic current component superimposed on the supplied AC power can be reduced to a level lower than a malfunction level of a signal device or the like.

【0047】この第1の実施の形態ではVVVFインバータ
装置7を構成する主スイッチング素子は2レベル方式で
あり、高電圧で大電流を制御可能ないわゆる大容量の半
導体を使用できるため、VVVFインバータ装置7を構成す
る素子数が最小限となり小型軽量化ができる。つまり、
通常床下の限定されたスペースに艤装するのに適した構
成とすることができる。
In the first embodiment, the main switching element constituting the VVVF inverter device 7 is of a two-level type, and a so-called large-capacity semiconductor capable of controlling a large current at a high voltage can be used. 7, the number of elements constituting the device 7 is minimized, and the size and weight can be reduced. That is,
Usually, it is possible to adopt a configuration suitable for fitting in a limited space below the floor.

【0048】図2は、本発明の第2の実施の形態に係わ
る電気車制御装置の構成図である。この第2の実施の形
態は、PWMコンバータ装置5を中性点を有しない2レベ
ル方式の回路構成とし、VVVFインバータ装置7を中性点
を有した3レベル方式の回路構成としたものである。
FIG. 2 is a configuration diagram of an electric vehicle control device according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the PWM converter device 5 has a two-level circuit configuration without a neutral point, and the VVVF inverter device 7 has a three-level system circuit configuration with a neutral point. .

【0049】図2において、PWMコンバータ装置5は、
主スイッチング素子をQUCとQUX、 QVCとQYCのように2
個直列接続して構成され、直流リンク回路9の電圧を制
御する。また、VVVFインバータ装置7は、主スイッチン
グ素子をIU1、IU2、IU3、IU4、IV1、IV2、IV3、IV4、及
びIW1、IW2、IW3、IW4のようにそれぞれ4個直列接続し
て構成される。そして、駆動用モータ8へ可変電圧で可
変周波数の電力を供給して速度制御を行う。主スイッチ
ング素子IU1、IU2の接続点とIU3、IU4の接続点同士は、
2個のダイオードIUP、IUNを直列接続した回路で結ばれ
ており、この2個のダイオード同士の接続点は、いわゆ
る中性点と呼ばれ、同様に構成されているダイオードIV
P、IVN、及びダイオードIWP、IWNを直列接続した回路の
ダイオード同土の接続点も中性点である。
In FIG. 2, the PWM converter device 5 comprises:
The main switching elements are 2 like QUC and QUX, QVC and QYC
Each of them is connected in series, and controls the voltage of the DC link circuit 9. The VVVF inverter device 7 is configured by connecting four main switching elements in series, such as IU1, IU2, IU3, IU4, IV1, IV2, IV3, IV4, and IW1, IW2, IW3, and IW4. Then, power of a variable frequency is supplied to the drive motor 8 with a variable voltage to perform speed control. The connection point of the main switching elements IU1 and IU2 and the connection point of IU3 and IU4 are
The two diodes IUP and IUN are connected by a series-connected circuit, and the connection point between the two diodes is called a so-called neutral point.
The neutral point is also the connection point of the same diode in a circuit in which P, IVN, and diodes IWP, IWN are connected in series.

【0050】また、直流リンク回路9の電圧を平滑化す
るためのフィルタコンデンサ6は、第1のコンデンサ6
aと第2のコンデンサ6bとの2個の直列接続にて構成さ
れ、直流リンク回路9の電圧を2分圧して得られる1/
2の電位、いわゆる中性点電位に対して接続されてい
る。
The filter capacitor 6 for smoothing the voltage of the DC link circuit 9 includes a first capacitor 6
a and a second capacitor 6b connected in series and obtained by dividing the voltage of the DC link circuit 9 by 2 /
2 potential, so-called neutral potential.

【0051】そして、VVVFインバータ装置7は、3レベ
ルの電圧、すなわち、直流リンク電圧と、直流リンク電
圧を2分圧して得られる1/2の電位(いわゆる中性点
電圧)とを利用し、駆動用モータ8へ3相交流電力を供
給して電気車の速度制御を行う。
The VVVF inverter device 7 uses three levels of voltage, that is, a DC link voltage and a half potential (so-called neutral point voltage) obtained by dividing the DC link voltage by two, The three-phase AC power is supplied to the drive motor 8 to control the speed of the electric vehicle.

【0052】このような構成により、VVVFインバータ装
置7から駆動用モータ8へ供給される3相交流電力の電
流(いわゆるモータ電流)の高調波成分を低減し、モー
タ電流波形の歪み低減が可能となる。よって、駆動用モ
ータ8より発生する電磁歪音が、例えばVVVFインバータ
装置7を2レベル方式にて構成した場合に比べて、電気
車起動時に約6dB程度低減できる。
With such a configuration, it is possible to reduce the harmonic components of the current (so-called motor current) of the three-phase AC power supplied from the VVVF inverter device 7 to the driving motor 8, thereby reducing the distortion of the motor current waveform. Become. Therefore, the electromagnetic distortion noise generated by the drive motor 8 can be reduced by about 6 dB at the time of starting the electric vehicle, for example, as compared with the case where the VVVF inverter device 7 is configured by a two-level system.

【0053】また、モータ電流は電気車の艤装配線を流
れるため、信号機器などへの艤装配線からの放射ノイズ
(いわゆる直達ノイズ)の影響が懸念される場合に、3
レベル方式の方がモータ電流の歪みが少なく、ノイズレ
ベルを低減することができ、誘導障害を発生させること
を防止できる。
Further, since the motor current flows through the outfitting wiring of the electric car, if there is a concern about the influence of radiation noise (so-called direct noise) from the outfitting wiring to signal equipment, etc.
The level method has less distortion of the motor current, can reduce the noise level, and can prevent the occurrence of induction failure.

【0054】さらに、第2の実施の形態では、PWMコン
バータ装置5を構成する主スイッチング素子は2レベル
方式であるので、高電圧で大電流を制御可能ないわゆる
大容量の半導体を使用できる。このため、PWMコンバー
タ装置5を構成する素子数が最小限となり小型軽量化が
できる。これにより、電気車の床下の限定されたスペー
スに艤装するのに適したものとなる。
Further, in the second embodiment, since the main switching element constituting the PWM converter device 5 is of a two-level system, a so-called large-capacity semiconductor capable of controlling a large current at a high voltage can be used. For this reason, the number of elements constituting the PWM converter device 5 is minimized, and the size and weight can be reduced. This makes it suitable for fitting in a limited space below the floor of the electric vehicle.

【0055】次に、PWMコンバータ装置5やVVVFインバ
ータ装置7を構成する主スイッチング素子としての圧接
形素子やモジュール形素子は、それぞれ以下のような特
徴を有している。
Next, the press-contact type element and the module type element as main switching elements constituting the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 have the following features, respectively.

【0056】まず、圧接形素子の熱抵抗はモジュール形
素子の熱抵抗に比べて1/2以下であることから、主ス
イッチング素子からの発生損失(具体的には定常損失、
スイッチング損失など)が同一である場合には、圧接形
素子の方が冷却部を軽減できる。すなわち、主スイッチ
ング素子の発熱を抑制するための冷却部の冷却能力を素
子熱抵抗が少ない分だけ減らして構成ができる。逆に言
えば、冷却能力が同じである場合には大容量の圧接形素
子を使用できることになる。
First, since the thermal resistance of the press-contact type element is not more than 2 of the thermal resistance of the module type element, the loss generated from the main switching element (specifically, the steady-state loss,
When the switching loss is the same, the press-contact type element can reduce the cooling part. That is, it is possible to reduce the cooling capacity of the cooling unit for suppressing the heat generation of the main switching element by a small amount of the element thermal resistance. Conversely, if the cooling capacity is the same, a large-capacity pressure contact type element can be used.

【0057】また、主スイッチング素子1個あたりの通
電電流は、例えば、実用化されている最大級でモジュー
ル形素子が1200Aに対して、圧接形素子は40000A以上で
あり、PWMコンバータ装置5を構成する素子数の点にお
いても圧接形素子が有利である。
The energizing current per main switching element is, for example, 1200 A for a module type element and 40,000 A or more for a press-contact type element, which is the largest practically used. The press contact type element is also advantageous in terms of the number of elements to be used.

【0058】一方、圧接形素子は素子冷却のために所定
の圧接力(2000kgf以上)にて素子を両側から押さえる
必要があるのに対して、モジュール形素子はネジ4本程
度にて冷却部への取り付けが可能である。従って、モジ
ュール形素子の方が構造を簡素化できるため、装置全体
として小形軽量化およびコスト低減化が図れる。特に主
スイッチング素子の数が多くなるVVVFインバータ装置7
に対して、モジュール素子を使用した方がよい。
On the other hand, the pressure contact type element needs to press the element from both sides with a predetermined pressure contact force (2000 kgf or more) to cool the element, whereas the module type element to the cooling section with about four screws. Can be installed. Therefore, since the structure of the module type device can be simplified, the size and weight of the device as a whole and the cost can be reduced. VVVF inverter device 7 with a particularly large number of main switching elements
It is better to use a module element.

【0059】そこで、1台のVVVFインバータ装置7に対
し、1台もしくは2台の駆動用モータ8が接続され、個
別に速度制御する電気車制御装置の場合には、VVVFイン
バータ装置7の台数が多くなり主スイッチング素子の数
が増加するので、構造を簡素化でき小形軽量化が図れる
モジュール形素子を使用する。
Therefore, in the case of an electric car control device in which one or two drive motors 8 are connected to one VVVF inverter device 7 and speed control is performed individually, the number of VVVF inverter devices 7 is reduced. Since the number of main switching elements increases and the number of main switching elements increases, a module type element that can be simplified in size and reduced in size and weight is used.

【0060】つまり、VVVFインバータ装置7の台数が多
くなる場合には、PWMコンバータ装置5には圧接形素子
を使用し、VVVFインバータ装置7にはモジュール形素子
を使用する。
That is, when the number of VVVF inverter devices 7 increases, a pressure contact type device is used for the PWM converter device 5 and a module type device is used for the VVVF inverter device 7.

【0061】次に、近年の高調波規制により架線1に流
れる高調波成分の低減を実施せざるを得ない状況になっ
ており、その対策として、コンバータ装置として高調波
が低減可能なPWMコンバータ装置5を採用するようにな
ってきている。すなわち、既存の電気車制御装置におい
て、コンバータ装置として位相制御整流装置を用いてい
る場合には、その位相制御整流装置を高調波が低減可能
なPWMコンバータ装置5に置き換えることがなされてい
る。この既存の電気車制御装置では、駆動用モータ8を
制御するVVVFインバータ装置7は、圧接形素子(たとえ
ばGTOサイリスタ)かつ2レベル方式で構成されてたも
のが多く採用されている。
Next, due to recent harmonic regulations, it has been necessary to reduce harmonic components flowing through the overhead line 1. As a countermeasure, a PWM converter device capable of reducing harmonics is used as a converter device. 5 is being adopted. That is, in a case where a phase control rectifier is used as a converter in an existing electric vehicle control device, the phase control rectifier is replaced with a PWM converter device 5 capable of reducing harmonics. In this existing electric vehicle control device, the VVVF inverter device 7 that controls the drive motor 8 is often configured by a pressure contact type element (for example, a GTO thyristor) and a two-level system.

【0062】従って、このような既存の電気車制御装置
において、VVVFインバータ装置7は既存のまま流用し、
交流を直流に変換するコンバータ装置としては、高調波
低減の要請から3レベル方式で、かつスイッチング周波
数を高く設定可能なモジュール形素子(例えばIGBTサイ
リスタ)のPWMコンバータ装置5を採用する。
Therefore, in such an existing electric vehicle control device, the VVVF inverter device 7 is diverted as it is,
As a converter device for converting an alternating current to a direct current, a PWM converter device 5 of a module type element (for example, an IGBT thyristor) capable of setting a high switching frequency by a three-level method in order to reduce harmonics is used.

【0063】このように、既存の電気車制御装置のコン
バータ装置を、位相制御整流装置からPWMコンバータ装
置5に置き換える場合には、PWMコンバータ装置5とし
てモジュール形素子を使用し、VVVFインバータ装置7と
して圧接形素子を使用する。
As described above, when the converter device of the existing electric vehicle control device is replaced with a PWM converter device 5 from a phase control rectifier device, a module type element is used as the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 is used. Use a crimping element.

【0064】これにより、従来の電気車制御装置におい
て、交流架線側の高調波低減を実施する際に、交流を直
流に変換するコンバータ装置のみを更新することで最大
限の高調波低減効果を得られ、かつ大幅な低コスト化を
図れる。
Thus, in the conventional electric vehicle control device, when the harmonic reduction on the AC overhead line is performed, only the converter device for converting AC into DC is updated to obtain the maximum harmonic reduction effect. Cost can be significantly reduced.

【0065】次に、本発明の第3の実施の形態を説明す
る。図3は本発明の第3の実施の形態に係わる電気車制
御装置の構成図である。この第3の実施の形態は、図5
に示した3レベル方式の従来例に対し、直流リンク回路
9のPWMコンバータ装置5側およびVVVFインバータ装置
7側に、それぞれ一対のPWMコンバータ装置側コンデン
サ6a、6bと、一対のVVVFインバータ装置側コンデンサ
6c、6dとを設けたものである。そして、PWMコンバー
タ装置5の中性点とVVVFインバータ装置7の中性点とは
接続しない構成としている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of an electric vehicle control device according to a third embodiment of the present invention. This third embodiment is shown in FIG.
In contrast to the conventional example of the three-level system shown in FIG. 3, a pair of capacitors 6a and 6b on the PWM converter device side and a pair of capacitors on the VVVF inverter device side are provided on the PWM converter device 5 side and the VVVF inverter device 7 side of the DC link circuit 9, respectively. 6c and 6d. The neutral point of the PWM converter device 5 and the neutral point of the VVVF inverter device 7 are not connected.

【0066】図3において、PWMコンバータ装置5およ
びVVVFインバータ装置7共に3レベル方式とし、直流リ
ンク回路9のPWMコンバータ装置5側には中性点を介し
て直列接続された一対のPWMコンバータ装置側コンデン
サ6a、6bを接続し、同様に、直流リンク回路9のVVVF
インバータ装置側にも中性点を介して直列接続された一
対のVVVFインバータ装置側コンデンサ6c、6dを接続し
ている。そして、直流側電源電圧を2分圧して得られる
電源電圧の1/2の電位(いわゆる中性点電位)を両者
装置の間で接続しない構成としている。
In FIG. 3, the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 are both of a three-level system, and a pair of PWM converter devices connected in series via a neutral point are connected to the PWM converter device 5 side of the DC link circuit 9. The capacitors 6a and 6b are connected, and the VVVF of the DC link
A pair of VVVF inverter-side capacitors 6c and 6d connected in series via a neutral point are also connected to the inverter side. Then, a configuration is adopted in which a half of the power supply voltage obtained by dividing the DC power supply voltage (so-called neutral point potential) is not connected between the two devices.

【0067】PWMコンバータ装置5およびVVVFインバー
タ装置7の双方の主回路構成が3レベル方式の場合に
は、直流リンク回路9において電源電圧を2分圧して得
られる1/2の電位(いわゆる中性点電位)が存在す
る。
When the main circuit configuration of both the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 is of a three-level system, the DC link circuit 9 divides the power supply voltage by two to obtain a half potential (so-called neutral voltage). Point potential).

【0068】そこで、この第3の実施の形態では、PWM
コンバータ装置5およびVVVFインバータ装置7の中性点
電位補償制御により、高電圧側および低電圧側に分圧さ
れて形成される中性点電位の電圧バランスを制御する。
すなわち、分圧された中性点電圧の電圧バランスは、電
圧差として直流リンク回路9電圧の10%程度に制御す
る。
Therefore, in the third embodiment, the PWM
The neutral point potential compensation control of the converter device 5 and the VVVF inverter device 7 controls the voltage balance of the neutral point potential formed by voltage division on the high voltage side and the low voltage side.
That is, the voltage balance of the divided neutral point voltage is controlled as a voltage difference to about 10% of the DC link circuit 9 voltage.

【0069】例えば、直流リンク回路9の電圧がDC2000
Vの場合、中性点を中心として高電圧側1100V、低電圧側
900V、つまり電圧差としては200V程度に制御する。これ
により、中性点電位を両者装置の間で接続していなくも
と電圧バランスが保てる。
For example, if the voltage of the DC link circuit 9 is DC2000
For V, high voltage side 1100V, low voltage side around neutral point
It is controlled to 900V, that is, about 200V as the voltage difference. As a result, the neutral point potential is not connected between the two devices, and the voltage balance can be maintained.

【0070】これによる効果として、電気車の車体への
艤装上の制約によりPWMコンバータ装置5とVVVFインバ
ータ装置7とを一体の箱構造に収納しきれない場合や、
各装置を同一の車両に艤装できずに、複数車両により編
成される電気車の異なる車両に様装される場合に、装置
間や車両間を渡る艤装線の本数が従来の3本から2本へ
と削減できる。
As an effect of this, when the PWM converter device 5 and the VVVF inverter device 7 cannot be housed in an integrated box structure due to restrictions on the fitting of the electric vehicle to the vehicle body,
When each device cannot be equipped on the same vehicle but is mounted on a different electric vehicle composed of a plurality of vehicles, the number of outfitting lines between the devices and between vehicles is reduced from the conventional three to two. Can be reduced to

【0071】これは、たとえば4台の駆動用モータ8を
制御する場合、1000A程度の電流が流れる線径が太い艤
装線を削減できることになり、艤装上の工数削減やコス
ト低減、艤装配線スペースの削減ができる。
This means that, for example, when controlling four drive motors 8, it is possible to reduce the number of outfitting wires having a large diameter through which a current of about 1000 A flows, thereby reducing the number of man-hours and costs for outfitting, and reducing the space for outfitting wiring. Can be reduced.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、交
流架線区間を走行する電気車を制御する電気車制御装置
において、PWMコンバータ装置とVVVFインバータ装置の
主回路構成を2レベル方式と3レベル方式のいずれかを
選択し、また装置を構成する主スイッチング素子とし
て、圧接形素子とモジュール形素子とのいずれかを選択
し、また、各装置間の艤装線を削減することにより、高
調波を低減し、かつ装置の小形軽量化が図れ、さらには
コスト低減が図れる。また、艤装配線の削減や配線工数
の低減が可能となる。
As described above, according to the present invention, in the electric vehicle control device for controlling the electric vehicle traveling in the AC overhead line section, the main circuit configuration of the PWM converter device and the VVVF inverter device is a two-level system. By selecting one of the three-level systems and selecting one of the insulation displacement type and the module type as the main switching element that composes the device, and reducing the number of outfitting lines between each device, Waves can be reduced, the size and weight of the device can be reduced, and the cost can be reduced. Also, it is possible to reduce the number of outfitting wiring and the number of wiring steps.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる電
気車制御装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an electric vehicle control device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は、本発明の第2の実施の形態に係わる電
気車制御装置の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of an electric vehicle control device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】図3は、本発明の第3の実施の形態に係わる電
気車制御装置の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an electric vehicle control device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】図4は、従来の2レベル方式のPWMコンバータ
装置とVVVFインバータ装置とを備えた電気車制御装置の
構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of an electric vehicle control device including a conventional two-level PWM converter device and a VVVF inverter device.

【図5】図5は、従来の3レベル方式のPWMコンバータ
装置とVVVFインバータ装置とを備えた電気車制御装置の
構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of an electric vehicle control device provided with a conventional three-level PWM converter device and a VVVF inverter device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 架線 2 集電器 3 交流遮断器 4 変圧器 5 PWMコンバータ装置 6 フィルタコンデンサ 7 VVVFインバータ 8 駆動用モータ 9 直流リンク回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Overhead wire 2 Current collector 3 AC circuit breaker 4 Transformer 5 PWM converter device 6 Filter capacitor 7 VVVF inverter 8 Driving motor 9 DC link circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H006 AA02 BB05 CA01 CA07 CA12 CA13 CB01 CB08 CC02 DA02 DA04 DB02 5H007 AA02 AA08 BB06 CA01 CA05 CB04 CC12 CC23 DA03 DA06 EA09 5H115 AA04 BA02 BB01 BC02 CA12 CB09 CB23 FB22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 交流架線区間を走行する電気車の架線よ
り集電器を介して交流電力を受電する変圧器と、前記変
圧器で受電した交流電力を直流電力に変換するための主
スイッチング素子による回路構成が中性点を有しない2
レベル方式または前記中性点を有した3レベル方式のい
ずれかの回路構成であるPWMコンバータ装置と、前記PWM
コンバータ装置で得られた直流電力を3相交流電力に変
換し駆動用モータに出力するための主スイッチング素子
による回路構成が前記2レベル方式または前記3レベル
方式の回路構成のうち前記PWMコンバータ装置の回路構
成と異なる回路構成であるVVVFインバータ装置と、前記
PWMコンバータ装置で得られた直流電圧を平滑するフィ
ルタコンデンサを有し前記PWMコンバータ装置と前記VVV
Fインバータ装置との間を接続する直流リンク回路とを
備えたことを特徴とする電気車制御装置。
1. A transformer for receiving AC power from an overhead line of an electric vehicle traveling in an AC overhead line section via a current collector, and a main switching element for converting AC power received by the transformer into DC power. Circuit configuration has no neutral point 2
A PWM converter device having a circuit configuration of either a level system or a three-level system having the neutral point,
The circuit configuration of the main switching element for converting the DC power obtained by the converter device into the three-phase AC power and outputting the converted power to the driving motor is the two-level system or the three-level system circuit configuration of the PWM converter device. A VVVF inverter device having a circuit configuration different from the circuit configuration,
The PWM converter device has a filter capacitor for smoothing the DC voltage obtained by the PWM converter device, and the VVV
An electric vehicle control device, comprising: a DC link circuit for connecting to an F inverter device.
【請求項2】 請求項1に記載の電気車制御装置におい
て、前記PWMコンバータ装置は、主スイッチング素子と
して圧接形素子を使用し、前記VVVFインバータ装置は、
主スイッチング素子としてモジュール形素子を使用する
ようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
2. The electric vehicle control device according to claim 1, wherein the PWM converter device uses a press-contact type device as a main switching device, and the VVVF inverter device includes:
An electric vehicle control device, wherein a module-type element is used as a main switching element.
【請求項3】 請求項1に記載の電気車制御装置におい
て、前記PWMコンバータ装置は、主スイッチング素子と
してモジュール形素子を使用し、前記VVVFインバータ装
置は、主スイッチング素子として圧接形素子を使用する
ようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
3. The electric vehicle control device according to claim 1, wherein the PWM converter device uses a modular device as a main switching device, and the VVVF inverter device uses a press-contact type device as a main switching device. An electric vehicle control device, characterized in that:
【請求項4】 交流架線区間を走行する電気車の架線よ
り集電器を介して交流電力を受電する変圧器と、前記変
圧器で受電した交流電力を直流電力に変換するための主
スイッチング素子が圧接形素子またはモジュール形素子
のいずれかのスイッチング素子であるPWMコンバータ装
置と、前記PWMコンバータ装置で得られた直流電力を3
相交流電力に変換し駆動用モータに出力するための主ス
イッチング素子が前記圧接形素子または前記モジュール
形素子のうち前記PWMコンバータ装置のスイッチング素
子と異なる前記圧接形素子または前記モジュール形素子
のいずれかのスイッチング素子であるVVVFインバータ装
置と、前記PWMコンバータ装置で得られた直流電圧を平
滑するフィルタコンデンサを有し前記PWMコンバータ装
置と前記VVVFインバータ装置との間を接続する直流リン
ク回路とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
4. A transformer for receiving AC power from an overhead line of an electric vehicle traveling in an AC overhead line section via a current collector, and a main switching element for converting AC power received by the transformer into DC power. A PWM converter device, which is a switching device of either a press-contact type device or a module type device, and DC power obtained by the PWM converter device
The main switching element for converting into phase AC power and outputting to the drive motor is any of the press-contact type element or the module-type element of the press-contact type element or the module-type element, which is different from the switching element of the PWM converter device. A VVVF inverter device as a switching element, and a DC link circuit having a filter capacitor for smoothing a DC voltage obtained by the PWM converter device and connecting the PWM converter device and the VVVF inverter device. An electric vehicle control device, characterized in that:
【請求項5】 請求項4に記載の電気車制御装置におい
て、前記PWMコンバータ装置は、前記3レベル方式の回
路構成とし、前記VVVFインバータ装置は、前記2レベル
方式の回路構成としたことを特徴とする電気車制御装
置。
5. The electric vehicle control device according to claim 4, wherein the PWM converter device has the three-level circuit configuration, and the VVVF inverter device has the two-level circuit configuration. Electric vehicle control device.
【請求項6】 請求項4に記載の電気車制御装置におい
て、前記PWMコンバータ装置は、前記2レベル方式の回
路構成とし、前記VVVFインバータ装置は、前記3レベル
方式の回路構成としたことを特徴とする電気車制御装
置。
6. The electric vehicle control device according to claim 4, wherein the PWM converter device has the two-level circuit configuration, and the VVVF inverter device has the three-level circuit configuration. Electric vehicle control device.
【請求項7】 交流架線区間を走行する電気車の架線よ
り集電器を介して交流電力を受電する変圧器と、前記変
圧器で受電した交流電力を直流電力に変換するための主
スイッチング素子による回路構成が中性点を有した3レ
ベル方式の回路構成であるPWMコンバータ装置と、前記P
WMコンバータ装置で得られた直流電力を3相交流電力に
変換し駆動用モータに出力するための主スイッチング素
子による回路構成が前記3レベル方式の回路構成である
VVVFインバータ装置と、前記PWMコンバータ装置と前記V
VVFインバータ装置との間を接続する直流リンク回路
と、前記PWMコンバータ装置の中性点を介して直列接続
され前記直流リンク回路の直流電圧を平滑する一対のPW
Mコンバータ装置側フィルタコンデンサと、前記VVVFイ
ンバータ装置の中性点を介して直列接続され前記直流リ
ンク回路の直流電圧を平滑する一対のVVVFインバータ装
置側フィルタコンデンサとを備え、前記PWMコンバータ
装置の中性点と前記VVVFインバータ装置の中性点とを接
続する配線を省略したことを特徴とする電気車制御装
置。
7. A transformer for receiving AC power from an overhead line of an electric vehicle traveling in an AC overhead line section via a current collector, and a main switching element for converting the AC power received by the transformer into DC power. A PWM converter device having a three-level circuit configuration having a neutral point;
The circuit configuration of the main switching element for converting the DC power obtained by the WM converter device into three-phase AC power and outputting it to the driving motor is the circuit configuration of the three-level system.
VVVF inverter device, the PWM converter device and the V
A DC link circuit connecting between the VVF inverter device and a pair of PWs connected in series via a neutral point of the PWM converter device to smooth the DC voltage of the DC link circuit;
An M converter device-side filter capacitor, and a pair of VVVF inverter device-side filter capacitors connected in series via a neutral point of the VVVF inverter device to smooth the DC voltage of the DC link circuit. An electric vehicle control device, wherein wiring for connecting a neutral point and a neutral point of the VVVF inverter device is omitted.
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