JP4564508B2 - Electric vehicle control device - Google Patents
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Description
本発明は、電気車の主電動機から発生する騒音を低減するための電気車制御装置に関する。 The present invention relates to an electric vehicle control device for reducing noise generated from a main motor of an electric vehicle.
電気車の主電動機を駆動するインバータでは、高速走行時で出力電圧が大きな状態のときには、損失を低減するとともにインバータの電圧利用率が最大となる1パルス制御が採用されている。この1パルス制御は正弦波半周期に1パルスの電圧を出力する電圧固定モードの制御である。図7は従来の交流電車向けの電気車制御装置を示している。 In an inverter that drives a main motor of an electric vehicle, when the output voltage is high during high-speed running, one-pulse control that reduces loss and maximizes the voltage utilization rate of the inverter is employed. This one-pulse control is a voltage fixed mode control that outputs a voltage of one pulse in a half cycle of a sine wave. FIG. 7 shows a conventional electric vehicle control apparatus for an AC train.
同図には、交流架線17より給電され主電動機3を駆動する交流電車の電気車制御装置の構成が示されている。交流架線17はパンタグラフ18、主変圧器16の1次巻線、車輪20を介してレール21に接続される。主変圧器16の2次巻線には、単相NPCコンバータ15(Neutral Point Clamped Converter)が接続される。単相NPCコンバータ15の直流側にはフィルタコンデンサ2が2直列で接続され、直流電圧が平滑化される。2直列のフィルタコンデンサ2には、3相の可変電圧可変周波数出力のNPCインバータ1が接続され、主電動機3が駆動制御される。ここでは主電動機3として誘導電動機が用いられている。
In the figure, the configuration of an electric vehicle control device for an AC train that is fed from an
電動機制御方式としては、DQ軸回転座標系上にて各種の電気量を制御することで電動機のトルクや速度を制御するベクトル制御が適用されている。主電動機3に流れる電流(相電流)Iu,Iwは電流検出器4によって検出され、座標変換器7によってDQ軸電流Id,Iqに変換される。電圧演算部5では、励磁電流指令IdRefと励磁電流Idとが、トルク電流指令IqRefとトルク電流Iqとがそれぞれ一致するようにDQ軸出力電圧指令Vd*、Vq*が演算出力される。座標変換部6では、DQ軸出力電圧指令Vd*,Vq*が極座標系に変換される。なわち、DQ軸出力電圧指令の大きさV1*とD軸から出力電圧ベクトルまでの位相差Gammaが生成出力される。加算器24では、静止座標系A軸から回転座標系D軸までの位相角θと前記位相差Gammaとが加算され、静止座標系A軸から出力電圧ベクトルまでの位相角θVが算出される。
As the motor control method, vector control is applied in which the torque and speed of the motor are controlled by controlling various electric quantities on the DQ axis rotation coordinate system. Currents (phase currents) Iu and Iw flowing through the
変調率演算部22には、座標変換部6で生成された出力電圧の大きさV1*と電圧検出器19で検出された直流電圧Vdcとが入力され、変調率AL0*が算出される。リミッタ23では、変調率AL0*が下限値0、上限値 1でリミットされ、補正後の変調率AL*として出力される。
The
すべり周波数演算部11では、励磁電流指令IdRefとトルク電流指令IqRefとに基づきすべり周波数ωsが演算出力される。加算器13では、速度検出器10によって検出された主電動機の回転速度ωrとすべり周波数ωs*が加算され、インバータ出力周波数基準ω1*が演算出力される。
The slip
一方、ビートレス制御部12には、電圧検出器19によって検出されたインバータ1の直流電圧Vdcが入力される。ビートレス制御部12では直流電圧から脈動分が抽出され、その脈動に応じて、インバータ出力周波数の補正量ω1cmpが演算出力される。このビートレス制御法については、特公平7−46918号公報に記載がある。この公報記載の技術では、単相交流電源を直流変換しているため、電源周波数の2倍の周波数成分の脈動(電源が50Hzの場合、100Hzの脈動)が、コンバータ・インバータの直流側に重畳される。この直流脈動によって生じる電動機のトルク脈動が、ビートレス制御の出力であるインバータ出力周波数補正ω1cmpによって抑制できる。
On the other hand, the DC voltage Vdc of the
加算器14では、インバータ出力周波数基準ω1*とインバータ出力周波数補正量ω1cmpとが加算され、インバータ出力周波数ω1が生成される。積分器8では、インバータ出力周波数ω1が積分され、座標変換器6,7で用いる(AB軸静止座標系の基準軸A軸に対する)D軸の位相角θが生成出力される。
In the
ここで、ゲート指令演算部9では、変調率AL*と、静止座標系A軸から出力電圧ベクトルまでの位相角θVとに基づき、基本波電圧が等しくなるようにゲート指令が生成出力される。特に、電気車が高速走行中で出力電圧が大きい場合には、インバータとして最大電圧が出力でき、損失の小さい1パルス制御が実行できる。
従来例における1パルス制御時の波形は、図3(b)に示す通りである。この図は、U相出力電圧指令とU相出力電圧とを示している。図7において、U相出力電圧指令は記載がないが、後述する図2の相変調率指令演算部の出力に所定ゲイン(インバータの直流電圧)を乗じることで換算できる。理想的にはU相出力電圧指令と同一な正弦波状にU相出力電圧が出力されることが望ましく、この場合、電圧高調波あるいは電流高調波は生じない。 The waveform at the time of one-pulse control in the conventional example is as shown in FIG. This figure shows the U-phase output voltage command and the U-phase output voltage. In FIG. 7, the U-phase output voltage command is not described, but can be converted by multiplying the output of the phase modulation rate command calculation unit in FIG. 2 described later by a predetermined gain (DC voltage of the inverter). Ideally, it is desirable that the U-phase output voltage is output in the same sine wave form as the U-phase output voltage command. In this case, no voltage harmonic or current harmonic is generated.
しかしながら、実際には、図3(b)に示すように、U相出力電圧指令とU相出力電圧との間には大きな差異がある。特に、U相出力電圧指令のゼロクロス付近では、出力電圧指令と出力電圧との差異が大きく、この部分が高調波発生の最大の要因となっている。この結果、DQ軸回転座標系上の状態量やインバータの直流入力側の状態量に、極めて大きな高調波が生じる。この高調波の周波数は、インバータ出力周波数の6倍であり、インバータ出力周波数の増減とともに、高調波の周波数も推移していく。 However, actually, as shown in FIG. 3B, there is a large difference between the U-phase output voltage command and the U-phase output voltage. In particular, in the vicinity of the zero-cross of the U-phase output voltage command, the difference between the output voltage command and the output voltage is large, and this part is the largest cause of harmonic generation. As a result, extremely large harmonics are generated in the state quantity on the DQ axis rotation coordinate system and the state quantity on the DC input side of the inverter. The frequency of this harmonic is six times the inverter output frequency, and the frequency of the harmonic changes as the inverter output frequency increases or decreases.
一方、主電動機の騒音は、インバータ出力周波数の12倍が支配的である。この騒音は、電流値の絶対値の振幅の変動周波数に相関が強く、よって前記インバータ出力周波数の6倍の更に2倍である12倍成分が大きく現れると考えられる。すなわち、主電動機の騒音は、インバータが1パルス制御を適用した場合の高調波が一因となっている。 On the other hand, the main motor noise is dominated by 12 times the inverter output frequency. It is considered that this noise has a strong correlation with the fluctuation frequency of the amplitude of the absolute value of the current value, and therefore a 12-fold component that is twice as much as 6 times the inverter output frequency appears greatly. That is, the noise of the main motor is partly due to harmonics when the inverter applies one-pulse control.
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、高速走行中に主電動機から生じる騒音を低減することができる電気車制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide an electric vehicle control device capable of reducing noise generated from a main motor during high-speed traveling.
上記の目的を達成するために本発明は、交流架線に主変圧器を介して接続されるコンバータと、前記コンバータに接続され直流を三相交流に変換して主電動機に出力するインバータと、前記インバータが出力する電圧の出力周波数を演算するインバータ出力周波数演算手段と、前記インバータが出力する電圧の大きさを演算するインバータ出力電圧演算手段と、前記インバータが出力する電圧の周波数と大きさに基づき前記インバータのゲート指令を生成するゲート指令演算手段と、前記インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の電圧検出値が所定の直流電圧指令値に一致するように前記コンバータを制御する直流電圧制御手段と、前記インバータ出力周波数の6倍の周波数で前記インバータの直流側電圧を脈動させる直流脈動手段とを備え、前記直流脈動手段は、前記インバータ出力周波数を入力してその6倍の周波数を算出する周波数算出手段と、算出された6倍の周波数で所定の振幅および位相シフト量を持つ直流電圧脈動指令を演算する直流電圧脈動指令演算手段と、演算された直流電圧脈動指令によって前記直流電圧指令値を補正する補正手段とを有し、前記三相交流を構成する各相出力電圧のゼロクロス付近で、直流電圧が低下するように、また、各相出力電圧のピーク付近で直流電圧が増加するように、前記位相シフト量を調整することを特徴としている。
また、本発明は、交流架線に主変圧器を介して接続されるコンバータと、前記コンバータに接続され直流を三相交流に変換して主電動機に出力するインバータと、前記インバータが出力する電圧の出力周波数を演算するインバータ出力周波数演算手段と、前記インバータが出力する電圧の大きさを演算するインバータ出力電圧演算手段と、前記インバータが出力する電圧の周波数と大きさに基づき前記インバータのゲート指令を生成するゲート指令演算手段と、前記インバータの直流側に接続されたチョッパ手段と当該チョッパ手段の他方に接続されたエネルギー蓄積手段とから成るエネルギー蓄積変換手段と、前記インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の電圧検出値が所定の直流電圧指令値に一致するように前記エネルギー蓄積変換手段を構成するチョッパ手段を制御する直流電圧制御手段と、前記インバータ出力周波数の6倍の周波数で前記インバータの直流側電圧を脈動させる直流脈動手段とを備え、前記直流脈動手段は、前記インバータ出力周波数を入力してその6倍の周波数を算出する周波数算出手段と、算出された6倍の周波数で所定の振幅および位相シフト量を持つ直流電圧脈動指令を演算する直流電圧脈動指令演算手段と、演算された直流電圧脈動指令によって前記直流電圧指令値を補正する補正手段とを有し、前記三相交流を構成する各相出力電圧のゼロクロス付近で、直流電圧が低下するように、また、各相出力電圧のピーク付近で直流電圧が増加するように、前記位相シフト量を調整することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a converter connected to an AC overhead line via a main transformer, an inverter connected to the converter for converting a direct current into a three-phase alternating current and outputting it to a main motor , Based on inverter output frequency calculation means for calculating the output frequency of the voltage output from the inverter, inverter output voltage calculation means for calculating the magnitude of the voltage output from the inverter, and the frequency and magnitude of the voltage output from the inverter Gate command calculation means for generating a gate command for the inverter, voltage detection means for detecting a DC side voltage of the inverter, and the voltage detection value of the voltage detection means so that the voltage detection value matches a predetermined DC voltage command value. DC voltage control means for controlling the converter, and the DC side voltage of the inverter at a frequency six times the inverter output frequency. DC pulsating means for moving the frequency, and the DC pulsating means receives the inverter output frequency and calculates a frequency six times that of the inverter output frequency, and a predetermined amplitude and phase shift at the calculated six times the frequency. DC voltage pulsation command calculation means for calculating a DC voltage pulsation command having a quantity, and correction means for correcting the DC voltage command value by the calculated DC voltage pulsation command, each phase constituting the three-phase AC The phase shift amount is adjusted so that the DC voltage decreases near the zero crossing of the output voltage and the DC voltage increases near the peak of each phase output voltage .
The present invention also includes a converter connected to an AC overhead line via a main transformer, an inverter connected to the converter for converting a direct current into a three-phase alternating current and outputting it to a main motor, and a voltage output from the inverter. Inverter output frequency calculation means for calculating the output frequency, inverter output voltage calculation means for calculating the magnitude of the voltage output by the inverter, and a gate command for the inverter based on the frequency and magnitude of the voltage output by the inverter. Detects a voltage on the DC side of the inverter, and an energy storage conversion means comprising a gate command calculation means to be generated, a chopper means connected to the DC side of the inverter, and an energy storage means connected to the other of the chopper means And the voltage detection value of the voltage detection means coincides with a predetermined DC voltage command value. The DC voltage control means for controlling the chopper means constituting the energy storage conversion means, and the DC pulsation means for pulsating the DC side voltage of the inverter at a
本発明によれば、インバータ周波数の6倍にてインバータの直流電圧を脈動させることが可能となり、その結果、インバータが1パルス制御を用いていても、各相の出力電圧が正弦波に近くなることで、インバータ周波数の6倍の高調波電流を低減できる。これにより、高速走行中に主電動機から生じる騒音を低減することができる電気車制御装置を提供することができる。 According to the present invention, the DC voltage of the inverter can be pulsated at 6 times the inverter frequency. As a result, even if the inverter uses one-pulse control, the output voltage of each phase is close to a sine wave. Thus, the harmonic current that is six times the inverter frequency can be reduced. Thereby, the electric vehicle control apparatus which can reduce the noise which arises from a main motor during high-speed driving | running | working can be provided.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図7に示した従来例と同一構成部分には同一番号が付されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first exemplary embodiment of the present invention. The same components as those in the conventional example shown in FIG.
図1に示す第1の実施形態は、図7に示した従来例と同様、交流架線17より給電され主電動機3を駆動する交流電車の電気車制御装置の構成を示している。
The first embodiment shown in FIG. 1 shows the configuration of an electric vehicle control device for an AC train that is fed from an
すなわち、交流架線17はパンタグラフ18、主変圧器16の1次巻線、車輪20を介してレール21に接続される。主変圧器16の2次巻線には、単相NPCコンバータ15(Neutral Point Clamped Converter)が接続される。単相NPCコンバータ15の直流側にはフィルタコンデンサ2が2直列で接続され、直流電圧が平滑化される。2直列のフィルタコンデンサ2には、3相の可変電圧可変周波数出力のNPCインバータ1が接続され、主電動機3が駆動制御される。ここでは主電動機3として誘導電動機が用いられている。
That is, the
電動機制御方式としては、DQ軸回転座標系上にて各種の電気量を制御することで、電動機のトルクや速度を制御するベクトル制御が適用されている。主電動機3に流れる電流Iu,Iwは、電流検出器4によって検出され、座標変換器7によってDQ軸電流Id,Iqに変換される。電圧演算部5では、励磁電流指令IdRefと励磁電流Idとが、トルク電流指令IqRe
とトルク電流Iqとがそれぞれ一致するようにDQ軸出力電圧指令Vd*、Vq*が演算出力される。座標変換部6では、DQ軸出力電圧指令Vd*, Vq*が極座標系に変換される。すなわち、DQ軸出力電圧指令の大きさV1*とD軸から出力電圧ベクトルまでの位相差Gammaが生成出力される。加算器24では、静止座標系A軸から回転座標系D軸までの位相角θと前記位相差Gammaとが加算され、静止座標系A軸から出力電圧ベクトルまでの位相角θVが算出される。
As an electric motor control system, vector control for controlling the torque and speed of the electric motor by controlling various electric quantities on the DQ axis rotation coordinate system is applied. Currents Iu and Iw flowing through the
And DQ axis output voltage commands Vd * and Vq * are calculated and output so that the torque current Iq and the torque current Iq coincide with each other. In the coordinate
変調率演算部22には、座標変換部6で生成された出力電圧の大きさV1*と電圧検出器19で検出された直流電圧Vdcとが入力され、変調率AL0*が算出される。リミッタ23では、変調率AL0*が下限値0、上限値 1でリミットされ、補正後の変調率AL*として出力される。
The
リミッタ23のリミット上限値ALmaxは、変調率リミット指令Flg_AllimCmd によって切り替えられる。
The limit upper limit value ALmax of the
〔数1〕
ALmax = 1.0 if Flg_AllimCmd = 0
= β if Flg_AllimCmd = 1
ここに、βは所定のセット値であり、β<1.0で定義される。
[Equation 1]
ALmax = 1.0 if Flg_AllimCmd = 0
= β if Flg_AllimCmd = 1
Here, β is a predetermined set value and is defined by β <1.0.
変調率リミット指令は、変調率リミット指令演算部31でトルク電流指令IqRefに応じて、次式のように生成される。
The modulation factor limit command is generated by the modulation factor limit
〔数2〕
Flg_AllimCmd = 1 if |IqRef| < γ
= 0 if |IqRef|>=γ
ここに、γは所定のセット値である。
[Equation 2]
Flg_AllimCmd = 1 if | IqRef | <γ
= 0 if | IqRef |> = γ
Here, γ is a predetermined set value.
すべり周波数演算部11では、励磁電流指令IdRefとトルク電流指令IqRefとに基づきすべり周波数ωsが演算出力される。加算器13では、速度検出器10によって検出された主電動機の回転速度ωrとすべり周波数ωs*が加算され、インバータ出力周波数基準ω1*が演算出力される。
The slip
一方、ビートレス制御部12には、電圧検出器19によって検出されたインバータ1の直流電圧Vdcが入力される。ビートレス制御部12では直流電圧から脈動分が抽出され、その脈動に応じて、インバータ出力周波数の補正量ω1cmpが演算出力される。このビートレス制御法については、特公平7−46918号公報に記載がある。この公報記載の技術では、単相交流電源を直流変換しているため、電源周波数の2倍の周波数成分の脈動(電源が50Hzの場合、100Hzの脈動)が、コンバータ・インバータの直流側に重畳される。この直流脈動によって生じる電動機のトルク脈動が、ビートレス制御の出力であるインバータ出力周波数補正ω1cmpによって抑制できる。
On the other hand, the DC voltage Vdc of the
加算器14では、インバータ出力周波数基準ω1*とインバータ出力周波数補正量ω1cmpとが加算され、インバータ出力周波数ω1が生成される。積分器8では、インバータ出力周波数ω1が積分され、座標変換器6,7で用いる(AB軸静止座標系の基準軸A軸に対する)D軸の位相角θが生成出力される。
In the
ゲート指令演算部9は、図2に示すように、1パルス制御部25と、1ダッシュ(「1´」以下同じ)パルス制御部26と、三角波比較PWM制御部27と、切替器28と、制御モード選択部29と、相変調率指令演算部30とを備え、入力された変調率AL*と、静止座標系A軸から出力電圧ベクトルまでの位相角θVとに基づき、基本波電圧が等しくなるようにゲート指令を生成出力する。
As shown in FIG. 2, the gate
出力電圧指令に一致した基本波電圧が出力されるために各種のPWM制御法があるが、ここでは、三角波比較PWM制御、1ダッシュパルス制御、1パルス制御が採用されている。三角波比較PWM制御は、公知の技術であり、説明を省略し、ポイントになる1パルス制御と1ダッシュパルス制御について以下に説明する。なお、後述するように、「1ダッシュパルス制御」は、極性が切り替わる際に休止区間(ゼロ区間)を設ける点で1パルス制御と異なっている。 There are various PWM control methods for outputting a fundamental wave voltage that matches the output voltage command. Here, triangular wave comparison PWM control, one-dash pulse control, and one-pulse control are employed. Triangular wave comparison PWM control is a well-known technique, and a description thereof will be omitted. One pulse control and one dash pulse control as points will be described below. As will be described later, “1-dash pulse control” is different from 1-pulse control in that a pause interval (zero interval) is provided when the polarity is switched.
まず、図3(a),(b)はU相出力電圧指令とU相出力電圧とを示すものである。同図(b)は1パルス制御の波形を示し、U相電圧指令のゼロクロスのアップエッジとともにU相ゲートがオン状態となり、ゼロクロスのダウンエッジとともにU相ゲートがオフ状態となる。1パルス制御は、インバータが出力し得る最大のモードであるとともに、任意に調整できるパラメータはない。一方、図3(a)は1ダッシュパルス制御の波形を示している。1パルスモードとの差異は、U相出力電圧のゼロクロス付近で、0電位を出力する区間αがある点である。このαによって、基本波電圧を調整制御することができる。 First, FIGS. 3A and 3B show a U-phase output voltage command and a U-phase output voltage. FIG. 5B shows a waveform of one-pulse control. The U-phase gate is turned on with the zero-cross up edge of the U-phase voltage command, and the U-phase gate is turned off with the zero-cross down edge. One-pulse control is the maximum mode that the inverter can output, and there is no parameter that can be arbitrarily adjusted. On the other hand, FIG. 3A shows a waveform of one dash pulse control. The difference from the 1-pulse mode is that there is a section α in which 0 potential is output in the vicinity of the zero cross of the U-phase output voltage. The fundamental wave voltage can be adjusted and controlled by this α.
第1の実施形態では、このような3つの制御モードを、制御モード選択部29と切替器28により切り替えることで、インバータ1へのゲート指令が生成される。制御モード選択部29では、変調率AL*を入力とし、次式によって、それぞれの制御モードに対応したナンバーPnumが出力される。
In the first embodiment, a gate command to the
〔数3〕
Pnum = 1 if AL* < x1
= 2 if x1 <= AL* < x2
= 3 if AL* = 1
ここに、x1,x2は所定のセット値でx1<x2の関係を有するものとする。
[Equation 3]
Pnum = 1 if AL * <x1
= 2 if x1 <= AL * <x2
= 3 if AL * = 1
Here, x1 and x2 are predetermined set values and have a relationship of x1 <x2.
以上の構成により、変調率リミットフラグFlg_AllimCmdを1にセットすることにより、変調率AL*の上限がβ(β<1.0と定義)になるため、ゲート指令演算部9において、1パルス制御の選択が制限される。1パルス制御では、基本波周波数の6倍の電流高調波が大きく発生し、騒音の原因となるのに対し、この1パルス制御以外の制御モードでは、少なくとも、1パルス制御ほど大きな6倍の電流高調波を生じない。これにより、低騒音化が期待できる。 With the above configuration, when the modulation factor limit flag Flg_AllimCmd is set to 1, the upper limit of the modulation factor AL * is β (defined as β <1.0). Limited. In one-pulse control, a current harmonic that is six times the fundamental frequency is greatly generated and causes noise. In control modes other than this one-pulse control, at least six times larger current than one-pulse control. Harmonics are not generated. Thereby, a reduction in noise can be expected.
なお、第1の実施形態では、1パルス制御でない制御モードとして1ダッシュ制御モードを採用しているが、他の制御モードであってもかまわない。 In the first embodiment, the 1-dash control mode is employed as a control mode other than the 1-pulse control, but other control modes may be used.
ただし、1パルス制御を選択した場合と1ダッシュパルス制御を選択した場合とを比較すると、同一の出力を得るためには、1パルス制御の方が出力電圧が大きい反面、出力電流は1ダッシュパルス制御の方が大きくなる。このため、1ダッシュパルス制御では各種損失が増加し好ましくない。逆に出力電流を一定とすれば、出力電圧が低い分、出力が低下する。 However, comparing the case where 1 pulse control is selected with the case where 1 dash pulse control is selected, in order to obtain the same output, the output voltage is 1 dash pulse while the output voltage is larger in the case of 1 pulse control. Control is greater. For this reason, the one-dash pulse control is not preferable because various losses increase. On the other hand, if the output current is constant, the output will decrease as the output voltage is lower.
従って、変調率リミット指令演算部31により、トルクすなわちトルク電流指令の絶対値が小さい場合に限り、低騒音化をねらい1パルス制御を用いないように変調率リミットフラグFlg_AllimCmd=1とする一方、大きな出力が必要であるトルク電流指令の絶対値が大きい場合に限り、1パルス制御を行うように変調率リミットフラグFlg_AllimCmd=0とすることで、部分的ながら低騒音化を図ることができる。
Therefore, only when the absolute value of the torque, that is, the torque current command is small, the modulation factor limit
また、上記の出力が低下する問題について、一編成には、複数の上記電気車制御装置が備わるため、編成トータルでの出力が確保されればシステム上問題は生じない。従って、新幹線のグリーン車など、高品質性を要求される車両に備えられる電気車制御装置に限り、変調率リミットフラグFlg_AllimCmd=1とし、普通車ではFlg_AllimCmd=0とすることで、編成でみた総出力の低下と、品質向上とのトレードオフをとることができる。 In addition, regarding the problem that the output is reduced, since a single train is provided with a plurality of the electric vehicle control devices, there is no problem in the system if the output of the overall train is ensured. Therefore, only for electric vehicle control devices installed in vehicles that require high quality, such as Shinkansen green cars, the modulation rate limit flag Flg_AllimCmd = 1 is set for normal cars, and Flg_AllimCmd = 0 is set for the total number of cars in the organization. It is possible to take a trade-off between output reduction and quality improvement.
更に、交流電車に特有の問題として、主電動機のビート現象がある。第1の実施形態では、交流電車で直流電圧が電源周波数の2倍で脈動することに起因するビート現象を、インバータ周波数に同周波数の補償量を重畳することで抑制する方式が示されている。一方、同ビート現象を、インバータの変調率に補償量を重畳することで抑制する方式が特公昭61−48356号公報に記載されている。双方の効果を比較すると、第1の実施形態ではビート現象を抑制するにすぎないが、公報記載のものでは原理的にはビート現象を完全に打ち消すことができる。よって、従来制御においても変調率が1未満の領域では、後者の変調率補償法が採用される。しかしながら、変調率補償法では、時々刻々と変調率がその平均に対し増減するため、騒音の原因である1パルス制御に近い波形が出力されてしまうタイミングが存在する。このため、第1の実施形態のように、変調率をリミットした動作においても、周波数を補償するビートレス制御を適用することにより、より一層の低騒音化を期待することができる。 Furthermore, there is a beat phenomenon of the main motor as a problem peculiar to the AC train. In the first embodiment, a method is shown in which a beat phenomenon caused by a DC voltage pulsating at twice the power supply frequency in an AC train is suppressed by superimposing a compensation amount of the same frequency on the inverter frequency. . On the other hand, Japanese Patent Publication No. 61-48356 discloses a method of suppressing the beat phenomenon by superimposing a compensation amount on the modulation rate of the inverter. Comparing both effects, the first embodiment only suppresses the beat phenomenon, but the one described in the publication can completely cancel the beat phenomenon in principle. Therefore, even in the conventional control, the latter modulation rate compensation method is adopted in a region where the modulation rate is less than 1. However, in the modulation rate compensation method, since the modulation rate increases or decreases from the average every moment, there is a timing at which a waveform close to one-pulse control that causes noise is output. For this reason, even in the operation in which the modulation rate is limited as in the first embodiment, further noise reduction can be expected by applying beatless control for compensating the frequency.
<第2の実施形態>
図4は、本発明の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図1に示す第1の実施形態と比べ、変調率リミット指令演算部31の構成が異なるため、他を省略して説明する。
<Second Embodiment>
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the second exemplary embodiment of the present invention. Since the configuration of the modulation factor limit
第2の実施形態における変調率リミット指令演算部31には、電流検出器4で検出され座標変換部7で座標変換された電流値Id, Iq が入力される。変調率リミット指令演算部31では、モータ内での損失が演算され、それに基づきモータ温度が予測される。このモータ温度に基づき、変調率リミットフラグFlg_AllimCmdが切り替えられる。ここで例えば、モータ内の損失Plossは次式に簡易に演算できる。
In the modulation factor limit
〔数4〕
Ploss = R1×(Id 2 + Iq 2 ) + ( M / L2 ) 2 × R2 × Iq 2
ここに、R1:1次抵抗、R2:2次抵抗、M:相互インダクタンス、L2:2次
自己インダクタンスである。
[Equation 4]
Ploss = R1 × (
Here, R1: primary resistance, R2: secondary resistance, M: mutual inductance, L2: secondary self-inductance.
また、温度予測値Tmotは次式で簡易に予測できる。 Further, the predicted temperature value Tmot can be easily predicted by the following equation.
〔数5〕
Tmot = K / (τ×s + 1) × Ploss + Tmot0
ここにKは熱損失から温度までの換算係数、τは熱時定数、sはラプラス演算子、
Tmot0は温度初期値である。
[Equation 5]
Tmot = K / (τ × s + 1) × Ploss + Tmot0
Where K is a conversion factor from heat loss to temperature, τ is a thermal time constant, s is a Laplace operator,
Tmot0 is the initial temperature value.
変調率リミットフラグFlg_AllimCmdは、モータ温度予測値Tmotに基づき、次式で決定する。 The modulation factor limit flag Flg_AllimCmd is determined by the following equation based on the predicted motor temperature value Tmot.
〔数6〕
Flg_AllimCmd = 1 if Tmot < Tmot_Set
= 0 if Tmot >= Tmot_Set
以上により、モータの温度に基づき、1パルス制御を用いるか、1パルス制御を用いないかが決定される。前述のように、1パルス制御は損失が低いのに対し、それ以外の制御モードでは損失が増加する。よって、モータ温度が低い場合には、低騒音化が可能な1パルス制御を用いない制御モードを選択し、モータ温度が上昇した場合には、モータ温度上昇を抑制するため、損失が少ない1パルス制御を選択するようにする。よって、温度上昇によるモータ焼損あるいは保護といった信頼性の劣化を引き起こすことなく、可能な限り低騒音化を図ることができる。
[Equation 6]
Flg_AllimCmd = 1 if Tmot <Tmot_Set
= 0 if Tmot> = Tmot_Set
As described above, whether to use one-pulse control or not to use one-pulse control is determined based on the temperature of the motor. As described above, the one-pulse control has a low loss, but the loss increases in other control modes. Therefore, when the motor temperature is low, a control mode that does not use one-pulse control capable of reducing noise is selected, and when the motor temperature rises, one pulse with less loss is used to suppress the motor temperature rise. Let the control be selected. Therefore, noise can be reduced as much as possible without causing deterioration of reliability such as motor burnout or protection due to temperature rise.
なお、第2の実施形態ではモータ損失を電流から簡易に予測する方法を示したが、より厳密に、あるいは、温度センサを備えて温度を検出するものであってもかまわない。また、モータ側での温度上昇でなく、インバータの素子温度等の上昇も考慮することがあることから、同様な方法により、インバータの素子温度等を予測あるいは検出し、その温度に基づき変調率リミットフラグを制御するものであっても良い。 In the second embodiment, the method of simply predicting the motor loss from the current is shown. However, the temperature may be detected more strictly or by providing a temperature sensor. In addition, since an increase in inverter element temperature, etc., may be considered in addition to a temperature increase on the motor side, the element temperature of the inverter is predicted or detected by the same method, and the modulation rate limit is based on that temperature. The flag may be controlled.
<第3の実施形態>
図5は、本発明の第3の実施形態の構成を示すブロック図である。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the third exemplary embodiment of the present invention.
同図に示すように、第3の実施形態の電気車制御装置は、インバータ制御部32と、コンバータ制御部33とを備えているが、インバータ制御部32は図7に示した従来例と同一であるため、コンバータ制御部33を中心に説明する。 As shown in the figure, the electric vehicle control apparatus of the third embodiment includes an inverter control unit 32 and a converter control unit 33. The inverter control unit 32 is the same as the conventional example shown in FIG. Therefore, the converter control unit 33 will be mainly described.
コンバータ制御部33は、ゼロクロス検知部36と、位相同期制御部37と、加算器38と、直流脈動指令演算部39と、減算器40と、電圧制御部41と、減算器42と、電流制御部43と、加算器44と、PWM制御部46とを備えている。また、コンバータ制御部33には、電流検出器35で検出されたコンバータ15の交流側電流である出力電流Isと、コンバータ15の出力側において電圧検出器19で検出された直流電圧Vdcと、電圧検出器34で検出された主変圧器16の第1巻線の電圧である1次電圧Vsが入力されている。なお、1次電圧Vsの検出点として、電気車では主変圧器16に第3巻線を備え、この3次電圧を1次電圧すなわち架線電圧Vsの代替として用いている例もあり、このような構成であっても良い。
The converter control unit 33 includes a zero
ゼロクロス検知部36では、1次電圧すなわち架線電圧Vsに基づきにそのゼロクロス点が検知される。位相同期制御部37では、架線電圧のゼロクロス点より、架線電圧位相θsが算出される。ここに位相θsのゼロ点は、架線電圧のゼロクロス点であると定義する。
The zero
加算器38では、直流電圧指令VdcRef0 と、後述する直流脈動指令演算部39の出力であるVdcRefCmpとを加算して補正後の直流脈動指令VdcRefが生成される。減算器40では、補正後の直流脈動指令VdcRefから、電圧検出器19によって検出されたPN間の直流電圧Vdcが減算される。電圧制御部41には、補正後の直流脈動指令VdcRefと検出されたPN間の直流電圧Vdcとの偏差が入力され、その偏差が零となるように位相同期制御部で生成された前記架線電圧位相θsに基づき、コンバータ電流指令値IsRefが演算される。
The
〔数7〕
IsRef=[(Kp・s+Ki)/s]・(VdcRef−Vdc)・sin(θs)
電流制御部43では、出力電流指令値IsRefに検出された出力電流Isが一致するように、次式のように出力電圧補正量Vccmpを算出する。
[Equation 7]
IsRef = [(Kp ・ s + Ki) / s] ・ (VdcRef−Vdc) ・ sin (θs)
The
〔数8〕
Vccmp = Kp・(IsRef−Is)
また、架線電圧のフィードフォワード項VsFFを電源電圧FF演算部45にて次式に算出する。ここにVs*は、架線定格電圧のコンバータ交流側への換算値である。
[Equation 8]
Vccmp = Kp ・ (IsRef−Is)
Also, the feedforward term VsFF of the overhead wire voltage is calculated by the power supply voltage
〔数9〕
VsFF = Vs*・sin(θs)
加算器44では、架線電圧フィードフォワード項VsFFと出力電圧補正量Vccmpとを加算することで、コンバータの出力電圧指令値VcRefが算出できる。PWM制御部46では、コンバータの出力電圧指令値Vc*に一致した出力電圧が得られるように、コンバータ15へのゲート指令が三角波比較PWM制御等により生成される。
[Equation 9]
VsFF = Vs * ・ sin (θs)
The adder 44 can calculate the output voltage command value VcRef of the converter by adding the overhead wire voltage feedforward term VsFF and the output voltage correction amount Vccmp. In the
第3の実施形態のポイントである直流脈動指令演算部39の詳細を説明する。直流脈動指令演算部39には、インバータ制御部32の加算器24の出力であるインバータ出力電圧位相角θVが入力され、次式のように直流電圧指令の補正量VdcRefCmpを算出する。
Details of the DC pulsation
〔数10〕
VdcRefCmp = K2・sin ( 6 ×θv + Δ)
ここに、K2は所定のゲイン、Δは所定の位相シフト量である。
[Equation 10]
VdcRefCmp = K2 ・ sin (6 × θv + Δ)
Here, K2 is a predetermined gain, and Δ is a predetermined phase shift amount.
以上の構成によれば、インバータ出力電圧の位相角に同期し、その6倍、すなわち、インバータ周波数の6倍にてインバータの直流電圧を脈動させることが可能となる。U相出力電圧のゼロクロス付近で、直流電圧が低下するように、また、U相出力電圧のピーク付近で直流電圧が増加するように、前記位相シフト量を調整することにより、インバータが1パルス制御を用いていても、各相の出力電圧が正弦波に近くなることで、インバータ周波数の6倍の高調波電流を低減できる。これにより、低騒音化が期待できる。 According to the above configuration, the DC voltage of the inverter can be pulsated in synchronism with the phase angle of the inverter output voltage, six times that is, that is, six times the inverter frequency. By adjusting the amount of phase shift so that the DC voltage decreases near the zero-cross of the U-phase output voltage and the DC voltage increases near the peak of the U-phase output voltage, the inverter controls one pulse. Even if the output voltage of each phase is close to a sine wave, a harmonic current that is six times the inverter frequency can be reduced. Thereby, a reduction in noise can be expected.
<第4の実施形態>
図6は、本発明の第4の実施形態の構成を示すブロック図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the fourth exemplary embodiment of the present invention.
図7に示す従来例に比べ、インバータ制御部32は同一であり、他にエネルギー蓄積変換手段とその制御部が加わる方式であるため、他を省略して説明する。 Compared to the conventional example shown in FIG. 7, the inverter control unit 32 is the same, and the energy storage conversion means and its control unit are additionally provided.
インバータ1の直流側にエネルギー蓄積変換手段47を備える。エネルギー蓄積変換手段47は、エネルギー蓄積部51、リアクトル49、エネルギー変換部48からなる。エネルギー蓄積部51は大容量キャパシタやバッテリなどが用いられるが、第4の実施形態の目的だけに限れば、小容量のキャパシタであっても良い。エネルギー変換部48は、スイッチング素子を2つ直列に結合したものである。すなわち、直流チョッパ回路を構成するものである。
Energy storage conversion means 47 is provided on the DC side of the
このエネルギー蓄積変換手段47の制御部として、エネルギー蓄積変換制御部52がある。この構成は図5に示す第3の実施形態とほぼ同一であるので詳細な説明は省略する。要はインバータ1の直流電圧がその指令値に一致するような電圧制御系を有することがポイントである。直流脈動指令演算部39も、同様に、インバータ制御部32の出力電圧位相角θVを入力とし、その6倍の周波数の補償量を直流電圧指令に重畳する。
As a control unit of the energy storage conversion means 47, there is an energy storage conversion control unit 52. Since this configuration is almost the same as that of the third embodiment shown in FIG. 5, detailed description thereof is omitted. In short, it is important to have a voltage control system in which the DC voltage of the
以上の構成により、第3の実施形態と同様、インバータの直流電圧を出力電圧の周波数の6倍の周波数にて脈動させることが可能である。よって、インバータが1パルス制御を用いていても、各相の出力電圧が正弦波に近くなることで、インバータ周波数の6倍の高調波電流を低減できる。これにより、低騒音化が期待できる。 With the above configuration, as in the third embodiment, the DC voltage of the inverter can be pulsated at a frequency that is six times the frequency of the output voltage. Therefore, even if the inverter uses one-pulse control, the harmonic current that is six times the inverter frequency can be reduced by making the output voltage of each phase close to a sine wave. Thereby, a reduction in noise can be expected.
<他の実施形態)
なお、第3の実施形態、第4の実施形態のポイントは、インバータの直流電圧を脈動させ、1パルス制御を用いていても、各相出力電圧を正弦波に近づけることである。第3、第4の実施形態では、コンバータやエネルギー蓄積変換手段47を用いた構成を示したが、インバータ自身でトルク電流や励磁電流など電流をインバータ出力周波数の6倍で故意に脈動させて、インバータ直流電圧を脈動させることができる。ただし、トルク電流を脈動させた場合には、トルクに同成分が現れるため、好ましくない。一方、励磁電流をインバータ出力周波数の6倍にて脈動させても、トルクの振動にはほぼ影響を与えない。励磁電流は磁束を制御するものであるが、磁束の応答時定数は数百msである。インバータ出力周波数の6倍とは、数百Hzのオーダーであるため、磁束はほぼ反応しない。よって、トルク電流は一定とし、励磁電流をインバータ出力周波数の6倍にて脈動させることで、インバータ直流電圧を同周波数にて脈動させることが可能となる。これにより、低騒音化が期待できる。
<Other embodiments>
In addition, the point of 3rd Embodiment and 4th Embodiment is making the DC voltage of an inverter pulsate and making each phase output voltage close to a sine wave even if 1 pulse control is used. In the third and fourth embodiments, the configuration using the converter and the energy storage conversion means 47 is shown, but the inverter itself deliberately pulsates current such as torque current and excitation current at 6 times the inverter output frequency, The inverter DC voltage can be pulsated. However, when the torque current is pulsated, the same component appears in the torque, which is not preferable. On the other hand, even if the exciting current is pulsated at 6 times the inverter output frequency, the vibration of the torque is hardly affected. The exciting current controls the magnetic flux, but the response time constant of the magnetic flux is several hundred ms. Since 6 times the inverter output frequency is on the order of several hundred Hz, the magnetic flux hardly reacts. Therefore, it is possible to pulsate the inverter DC voltage at the same frequency by keeping the torque current constant and pulsating the excitation current at 6 times the inverter output frequency. Thereby, a reduction in noise can be expected.
<第5の実施形態>
図8は、本発明の第5の実施形態の構成を示すブロック図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the fifth exemplary embodiment of the present invention.
第5の実施形態が図1に示す第1の実施形態に比べて、変調率リミット指令演算部31と、ビートレス制御部の2点が異なっている。このため、第1の実施形態と共通する部分の説明は省略する。
The fifth embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in two points: a modulation rate limit
第5の実施形態における第1のポイントは、変調率リミット指令演算部31にある。
The first point in the fifth embodiment is in the modulation rate limit
変調率リミット指令演算部31には、速度検出器10によって検出されたモータ回転速度が入力される。変調率のリミット値、すなわち、出力電圧の大きさのリミット値は、例えば、図9のようなモータ回転速度に応じた関数にする。
The motor speed detected by the
高速走行におけるモータ騒音は、モータ電流の5次・7次高調波の影響が大きいことが知られている。図10は、変調率をリミットし、前記1ダッシュパルスで動作させた場合の5次・7次高調波電流の値について、1パルス時の5次・7次高調波電流に対する低減率を示したものである。これより、変調率をリミットし、1パルスで動作させないことで、5次・7次電流高調波を大きく低減し、低騒音化が期待できる。 It is known that motor noise in high-speed running is greatly affected by the fifth and seventh harmonics of the motor current. FIG. 10 shows the reduction rate with respect to the fifth and seventh harmonic currents at the time of one pulse with respect to the values of the fifth and seventh harmonic currents when the modulation rate is limited and the operation is performed with the one dash pulse. Is. Thus, by limiting the modulation rate and not operating with one pulse, the fifth and seventh current harmonics can be greatly reduced, and a reduction in noise can be expected.
また、図10に同時に示されるモータ電流の増加率からも理解できるように、同一トルクを得るためには、変調率すなわち出力電圧をリミット(低下)した分、電流を増やし、所定トルクを出力する必要がある。前述のように若干、高調波電流の低下で、電流RMSの低下につながるものの、トータルとしては、同図のようにモータ電流RMSが増加する。モータ電流RMSの増加は、モータやインバータの効率低下となり、また、同機器の温度上昇を引き起こす。この場合、冷却器の強化が不可欠で、装置の大型化・重量化・コストアップにつながる。また、場合によっては、過電流により、運転停止に至る恐れもある。よって、極力モータ電流を増加させないことが望ましい。同図から、弱め界磁制御領域(変調率(出力電圧)がリミットされる領域)の低速側では電流の増加率が小さく、逆にモータが特性領域に入る高速側で電流の増加率が大きくなる。よって、弱め界磁制御領域の低域側では、システムとして許容できる程度まで変調率リミット値を下げて低騒音を図り、逆に高速域では電流許容値の範囲となるように変調率リミット値を速度に応じて増加することで、低騒音化を図るとともに、機器増大を回避することができる。 Further, as can be understood from the increase rate of the motor current simultaneously shown in FIG. 10, in order to obtain the same torque, the current is increased and the predetermined torque is output by the amount corresponding to the limit (decrease) of the modulation rate, that is, the output voltage. There is a need. As described above, although the harmonic current is slightly reduced and the current RMS is reduced, the motor current RMS is increased as shown in FIG. An increase in the motor current RMS results in a reduction in the efficiency of the motor and the inverter, and also causes an increase in the temperature of the device. In this case, it is indispensable to strengthen the cooler, which leads to an increase in size, weight, and cost of the device. In some cases, overcurrent may cause operation to stop. Therefore, it is desirable not to increase the motor current as much as possible. From the figure, the current increase rate is small on the low speed side of the field weakening control region (region in which the modulation rate (output voltage) is limited), and conversely, the current increase rate is large on the high speed side where the motor enters the characteristic region. Therefore, on the lower side of the field-weakening control region, the modulation factor limit value is lowered to a level acceptable for the system to reduce noise, and conversely, the modulation factor limit value is set to speed so that it falls within the current allowable value range in the high speed region. By increasing according to this, it is possible to reduce noise and avoid an increase in equipment.
なお、第5の実施形態では、速度に依存した関数として変調率リミット値を設定しているが、出力に応じて設定することも可能である。出力が大きいときほど基本電流は大きく、モータやインバータの熱的条件が厳しく、また、過電流耐量は小さい。このような大出力の場合には、騒音低下でなく、運転継続性を優先させる必要性がある。 In the fifth embodiment, the modulation factor limit value is set as a function depending on the speed. However, it can be set according to the output. The larger the output, the larger the basic current, the more severe the thermal conditions of the motor and inverter, and the smaller the overcurrent tolerance. In the case of such a large output, it is necessary to give priority to driving continuity, not noise reduction.
第5の実施形態の第2のポイントは、先に記載のビートレス制御部12に代えてビートレス制御部53を設けた点である。第1の実施形態におけるビートレス制御部12では、直流電圧の脈動に応じて、インバータ出力電圧の位相角を補正していたのに対し、第5の実施形態のビートレス制御部53では、直流電圧の脈動に応じて、変調率を補正するようにしている。
The second point of the fifth embodiment is that a
電圧検出器19によって検出された直流電圧は、ビートレス制御部53へ入力される。除算器54では、直流電圧の目標電圧Vdc*を検出された直流電圧で割り算出力する。除算器54の出力は、乗算器55において、リミット23の出力である変調率リミット値に乗算される。
The DC voltage detected by the
このようにビートレス制御部53では、直流電圧の脈動率を算出し、変調率に乗算することでこれを補正するようにしてる。出力電圧の大きさは、瞬時の変調率×直流電圧であるため、同演算により、直流電圧が脈動した状態においても、出力電圧を一定に維持し、ビート現象を抑制することができる。
In this manner, the
この変調率を補正するビートレス制御は、上述のように出力電圧を一定にするため、モータ電流の増大は生じない。一方、第1の実施形態の出力電圧位相角を補正するビートレス制御では、出力電圧は直流電圧に応じて脈動してしまう。ただし、位相角を制御することで、トルクは一定にするものである。この場合、モータ電流の増加が生じてしまう。よって、変調率補正方式が望ましいが、変調率の制御余裕が必要であるため、現状では、弱め界磁制御領域においては適用されていない。 In the beatless control for correcting the modulation rate, the output voltage is made constant as described above, so that the motor current does not increase. On the other hand, in the beatless control for correcting the output voltage phase angle of the first embodiment, the output voltage pulsates according to the DC voltage. However, the torque is made constant by controlling the phase angle. In this case, the motor current increases. Therefore, although a modulation rate correction method is desirable, a control margin for the modulation rate is necessary, so that it is not currently applied in the field-weakening control region.
第5の実施形態では、多少のモータ電流の増加を考慮の上、モータ低騒音化を図るため、変調率をリミットするものであり、上記変調率を補正するビートレス制御方式を適用することが好ましい。 In the fifth embodiment, in order to reduce the motor noise in consideration of a slight increase in motor current, the modulation rate is limited, and it is preferable to apply a beatless control method for correcting the modulation rate. .
一般に、完全に変調率でビートを抑制する場合、直流電圧の脈動率分の変調率の変動範囲が必要である。現状の新幹線では、最大負荷をとった場合、直流電圧の脈動率が概ね5%として計画されている。この場合、変調率を補正するビートレス制御を適用すると平均変調率(すなわち変調率リミット値)は95%以下であることが望まれる。しかしながら、上述のように、低変調率でリミットするとモータ電流増加を招き好ましくない。よって、図9の変調率リミットの速度依存特性のように、ビート現象が顕著に生じる速度帯(インバータ出力周波数が電源周波数の2倍に一致する付近、すなわち、100Hzや120Hz帯)のみ、同95%以下に変調率をリミットし、低騒音とビートレス制御効果を優先し、他の領域ではモータ電流の増加を抑制するため、変調率リミットを増加する方法が有効となる。 In general, when the beat is completely suppressed by the modulation rate, a variation range of the modulation rate corresponding to the pulsation rate of the DC voltage is required. The current Shinkansen is planned to have a DC voltage pulsation rate of approximately 5% when the maximum load is applied. In this case, when the beatless control for correcting the modulation rate is applied, the average modulation rate (that is, the modulation rate limit value) is desirably 95% or less. However, as described above, limiting with a low modulation rate is undesirable because it increases the motor current. Therefore, as in the speed dependence characteristic of the modulation rate limit in FIG. 9, only the speed band in which the beat phenomenon is noticeable (near the inverter output frequency coincides with twice the power supply frequency, that is, the 100 Hz or 120 Hz band) In order to limit the modulation rate to less than%, give priority to low noise and beatless control effects, and suppress the increase in motor current in other areas, a method of increasing the modulation rate limit is effective.
1…NPCインバータ
2…フィルタコンデンサ
3…主電動機
4,35,50…電流検出器
5…電圧演算部
6,7…座標変換部
8…積分器
9…ゲート指令演算部
10…速度検出部
11…すべり周波数演算部
12,53…ビートレス制御部
13,14,24,38,44…加算器
15…コンバータ
16…主変圧器
17…架線
18…パンタグラフ
19,34…電圧検出器
20…車輪
21…レール
22…変調率演算部
23…リミッタ
25…1パルス制御部
26…1ダッシュパルス制御部
27…三角波比較PWM制御部
28…切替器
29…制御モード選択部
30…相電圧指令演算部
31…変調率リミット指令演算部
32…インバータ制御部
33…コンバータ制御部
36…ゼロクロス検知部
37…位相同期制御部
39…直流脈動指令演算部
40,42…減算器
41…電圧制御部
43…電流制御部
45…電源電圧FF演算部
46…PWM制御部
47…エネルギー蓄積変換手段
48…エネルギー変換部
49…リアクトル
51…エネルギー蓄積部
52…エネルギー蓄積変換制御部
54…除算器
55…乗算器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記コンバータに接続され直流を三相交流に変換して主電動機に出力するインバータと、
前記インバータが出力する電圧の出力周波数を演算するインバータ出力周波数演算手段と、
前記インバータが出力する電圧の大きさを演算するインバータ出力電圧演算手段と、
前記インバータが出力する電圧の周波数と大きさに基づき前記インバータのゲート指令を生成するゲート指令演算手段と、
前記インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の電圧検出値が所定の直流電圧指令値に一致するように前記コンバータを制御する直流電圧制御手段と、
前記インバータ出力周波数の6倍の周波数で前記インバータの直流側電圧を脈動させる直流脈動手段とを備え、
前記直流脈動手段は、
前記インバータ出力周波数を入力してその6倍の周波数を算出する周波数算出手段と、
算出された6倍の周波数で所定の振幅および位相シフト量を持つ直流電圧脈動指令を演算する直流電圧脈動指令演算手段と、
演算された直流電圧脈動指令によって前記直流電圧指令値を補正する補正手段とを有し、前記三相交流を構成する各相出力電圧のゼロクロス付近で、直流電圧が低下するように、また、各相出力電圧のピーク付近で直流電圧が増加するように、前記位相シフト量を調整する
ことを特徴とする電気車制御装置。 A converter connected to the AC overhead line via a main transformer;
An inverter connected to the converter for converting direct current to three-phase alternating current and outputting it to the main motor ;
Inverter output frequency calculation means for calculating the output frequency of the voltage output by the inverter;
Inverter output voltage calculation means for calculating the magnitude of the voltage output from the inverter;
Gate command calculation means for generating a gate command for the inverter based on the frequency and magnitude of the voltage output from the inverter;
Voltage detecting means for detecting the voltage on the DC side of the inverter;
DC voltage control means for controlling the converter so that a voltage detection value of the voltage detection means matches a predetermined DC voltage command value;
DC pulsating means for pulsating the DC side voltage of the inverter at a frequency six times the inverter output frequency,
The direct current pulsation means includes:
A frequency calculating means for inputting the inverter output frequency and calculating a frequency six times the inverter output frequency;
DC voltage pulsation command calculation means for calculating a DC voltage pulsation command having a predetermined amplitude and phase shift amount at the calculated six times frequency;
Correction means for correcting the DC voltage command value by the calculated DC voltage pulsation command, so that the DC voltage decreases near the zero cross of each phase output voltage constituting the three-phase AC, and An electric vehicle control apparatus , wherein the phase shift amount is adjusted so that a DC voltage increases near a peak of a phase output voltage .
前記コンバータに接続され直流を三相交流に変換して主電動機に出力するインバータと、
前記インバータが出力する電圧の出力周波数を演算するインバータ出力周波数演算手段と、
前記インバータが出力する電圧の大きさを演算するインバータ出力電圧演算手段と、
前記インバータが出力する電圧の周波数と大きさに基づき前記インバータのゲート指令を生成するゲート指令演算手段と、
前記インバータの直流側に接続されたチョッパ手段と当該チョッパ手段の他方に接続されたエネルギー蓄積手段とから成るエネルギー蓄積変換手段と、
前記インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の電圧検出値が所定の直流電圧指令値に一致するように前記エネルギー蓄積変換手段を構成するチョッパ手段を制御する直流電圧制御手段と、
前記インバータ出力周波数の6倍の周波数で前記インバータの直流側電圧を脈動させる直流脈動手段とを備え、
前記直流脈動手段は、
前記インバータ出力周波数を入力してその6倍の周波数を算出する周波数算出手段と、
算出された6倍の周波数で所定の振幅および位相シフト量を持つ直流電圧脈動指令を演算する直流電圧脈動指令演算手段と、
演算された直流電圧脈動指令によって前記直流電圧指令値を補正する補正手段とを有し、前記三相交流を構成する各相出力電圧のゼロクロス付近で、直流電圧が低下するように、また、各相出力電圧のピーク付近で直流電圧が増加するように、前記位相シフト量を調整する
ことを特徴とする電気車制御装置。 A converter connected to the AC overhead line via a main transformer;
An inverter connected to the converter for converting direct current to three-phase alternating current and outputting it to the main motor ;
Inverter output frequency calculation means for calculating the output frequency of the voltage output by the inverter;
Inverter output voltage calculation means for calculating the magnitude of the voltage output from the inverter;
Gate command calculation means for generating a gate command for the inverter based on the frequency and magnitude of the voltage output from the inverter;
Energy storage conversion means comprising chopper means connected to the DC side of the inverter and energy storage means connected to the other of the chopper means;
Voltage detecting means for detecting the voltage on the DC side of the inverter;
DC voltage control means for controlling chopper means constituting the energy storage conversion means so that the voltage detection value of the voltage detection means matches a predetermined DC voltage command value;
DC pulsating means for pulsating the DC side voltage of the inverter at a frequency six times the inverter output frequency,
The direct current pulsation means includes:
A frequency calculating means for inputting the inverter output frequency and calculating a frequency six times the inverter output frequency;
DC voltage pulsation command calculation means for calculating a DC voltage pulsation command having a predetermined amplitude and phase shift amount at the calculated six times frequency;
Correction means for correcting the DC voltage command value by the calculated DC voltage pulsation command, so that the DC voltage decreases near the zero cross of each phase output voltage constituting the three-phase AC, and An electric vehicle control apparatus , wherein the phase shift amount is adjusted so that a DC voltage increases near a peak of a phase output voltage .
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