図1は、本発明による電気車駆動装置の第 1実施例の概略構成を示すブロック図である� �

 先ず主回路25について説明する。DC電源1� �、直流電車線(架線)、又は車上のエンジン発 電機+整流器、又は交流電車線(架線)+コンバ� �タである。DC電源1は、第1の開閉器2を介して 、複数の発電ブレーキ回路19、フィルタコン� ��ンサ5及びインバータ6に接続される。イン� �ータ6には、電気車を駆動するための動力源� ��なるモータ7が接続される。

 各発電ブレーキ回路19はフィルタコンデ� �サ5の両端に、それぞれ並列に例えばN個接続 されている。発電ブレーキ回路19は、回生電� ��を制御するためのブレーキチョッパスイッ� ��ング回路3と、スイッチング動作により流れ る電力を消費するための抵抗4(以下、ブレー� ��抵抗器と呼ぶ)の直列回路として構成される 。このように本実施例に係る電気車駆動装置 は、各インバータについて複数のブレーキチ ョッパスイッチング回路が設けられる。

 次にスイッチング制御部26について説明� �る。ブレーキチョッパスイッチング回路3の� ��イッチング制御部26は、スイッチング回路3� ��用いるスイッチング素子の導通状態(オン/� �フ)を制御する。スイッチング制御部26には� �前記ブレーキチョッパスイッチング回路3の� ��数Nが入力される。

 スイッチング制御部26に設けられた位相� �算部8は、ブレーキチョッパスイッチング回� ��3の個数Nを入力し、各ブレーキチョッパス� �ッチング回路3のキャリア三角波の位相を計� ��する。

 例えば位相演算部8は、次式(1)のようにキャ リア三角波の位相θBCHを演算する。

ここに、fBCHはブレーキチョッパスイッチ� �グ回路3のキャリア三角波周波数、Nは並列接 続したブレーキスイッチング回路3の個数、n� ��n個目のブレーキスイッチング回路3を示す(n =1~N)。図2は位相演算部8により演算されるキ� �リア三角波の位相θBCHnを示すグラフである� �各位相θBCHnは時間tに比例して増加し、隣り� ��う位相θBCHnと位相θBCHn+1の位相差は、2π/Nで ある。

 位相演算部8の出力θBCH1~θBCHNは各ブレー� �スイッチング回路3のキャリア三角波生成器9 に入力される。キャリア三角波生成器9は位� �θBCHnに応じて、ブレーキチョッパスイッチ� �グ回路3のキャリア三角波を生成する。

 キャリア三角波生成器9の出力キャリア三 角波と、フィルタコンデンサ5の瞬時電圧に� �り計算されたブレーキチョッパスイッチン� �回路3の通流率ALが、比較器10に各々入力され る。図3は発電ブレーキ回路19を2回路(BCH1,BCH2) で構成した場合のキャリア三角波及び流通率 AL(上段)と、比較器10から出力されるゲート信 号(BCH1Gate、BCH2Gate:中段)と、ゲート信号の合� �信号(BCH1Gate+BCH2Gate:下段)の関係を示す。図3(a )は流通率ALが25%、図3(b)は50%、図3(a)は75%の場� ��を示す。図3の上段に示すように、発電ブレ ーキ回路19を2回路で構成した場合、各回路に ついて生成されるキャリア三角波は、互いに 180°位相がずれている。

 通流率ALがキャリア三角波より大きいと� �に、ブレーキチョッパスイッチング回路3の� ��イッチング素子がオンする。通流率ALがキ� �リア三角波より小さいときにスイチング素� �はオフする。通流率ALは、フィルタコンデン サ5の瞬時電圧の増加に伴って上昇する。よ� �て、スイッチングのパルス幅の変調制御が� �われる。このように、例えば発電ブレーキ� �路19を2回路設けた場合、互いのブレーキチ� �ッパスイッチング回路3で発生されるリップ� ��成分は逆相(位相差=π)となり、理論的には� �殺され0となる。尚、発電ブレーキ回路19を3� ��路以上設けた場合も同様にリップル成分は� ��いに打ち消しあうように作用する。

 図4は本実施例を適用したブレーキチョッ パスイッチング回路のスイッチングにより生 じる高調波のシミュレーション結果を示す。 波形111はインバータが1回路の場合の高調波� �ペクトル波形、波形112は機関車4重連(8イン� �ータ回路)の場合の高調波スペクトル波形を� ��す。この例で、スイッチング回路のスイッ� ��ング周波数fBCHは327Hz、モータの回転周波数( FR)は27.8Hzである。また、インバータにより生 じる高調波成分fINVは654Hzであり、ブレーキチ ョッパスイッチング回路により生じる高調波 周波数327Hzの丁度2倍となっている。このよう な場合、従来ではスイッチング周波数fBCHの2� ��高調波成分114と、インバータにより生じる� ��調波成分が重畳し、インバータが他の周波� ��で動作しているときと比べ、リップルの振� ��が著しく大きくなる。

 しかし本発明によれば図4から分かるよう に、ブレーキチョッパスイッチング回路によ り生じる高調波成分の振幅は低い値に抑えら れ、何れのリップル113、114、115も制限値に対 して十分なマージンを有している。

 以上のように本実施例によれば、ブレー� ��チョッパスイッチング回路3の個数に応じて 、各ブレーキチョッパスイッチング回路3の� �イッチング信号発生用キャリア三角波の位� �が順次ずらされる。このため、ブレーキチ� �ッパスイッチング回路3の出力電流リップル� ��周波数スペクトルの振幅を、発電ブレーキ� ��路19を1回路で構成した従来に比べ低減でき� ��。また、ブレーキチョッパスイッチング回� ��3により生じた高調波成分とインバータによ り生じた高調波成分の干渉により生じる高調 波も低減させることができた。このため、ブ レーキチョッパスイッチング回路3により生� �る高調波成分を抑え、電気車駆動装置の性� �を向上することが出来る。

 図5は、本発明による電気車駆動装置の第 2実施例の概略構成を示すブロック図である� �主回路25の構成は第1実施例と同一である。� �の第2実施例では、スイッチング制御部26の� �ブレーキチョッパスイッチング回路3に、そ� ��ぞれ異なる周波数のキャリア三角波が供給� ��れる。

 スイッチング制御部26に設けられた周波� �演算部11は、ブレーキチョッパスイッチング 回路3の個数Nを入力し、各ブレーキチョッパ� ��イッチング回路3のキャリア三角波の周波数 を演算する。例えば、次式(2)のようにキャリ ア三角波の周波数fBCHを決定する。

  fBCHn=f0+(n-1)×δf              …(2)
ここに、nはn個目のブレーキチョッパスイッ� ��ング回路3を示す(n=1~N)。Nは並列したブレー� ��チョッパスイッチング回路3の個数である。 従って、キャリア三角波周波数fBCH1~fBCHNは、� ��て互いに異なる周波数であって、n番目キャ リア三角波周波数fBCHnと、n+1番目キャリア三� ��波周波数fBCHn+1は、互いにf0だけ異なってい� ��。

 または、下記式(3)のように予め決めた周� ��数を各ブレーキチョッパスイッチング回路3 に与える。

  If(n=1) fBCH=fBCH1
  If(n=2) fBCH=fBCH2
      ・                      � �  …(3)
      ・
  If(n=N) fBCH=fBCHN
ここに、fBCH1~fBCHNは予め決めた値である。

 式(2)及び(3)の何れの場合でも、キャリア� ��角波周波数fBCH1~fBCHNは、全て互いに異なる� �波数である。

 周波数演算部11の出力信号fBCH1~fBCHNはキャ リア三角波生成器9にそれぞれ入力され、キ� �リア周波数fBCHnに応じて、各ブレーキチョッ パスイッチング回路3のキャリア三角波が生� �される。

 キャリア三角波生成器9の出力キャリア三 角波は比較器10に入力され、第1実施例と同様 に通流率ALとの比較により、スイチング素子3 のオン/オフが制御される。

 以上の構成により、ブレーキチョッパス� ��ッチング回路3の個数に応じて各ブレーキチ ョッパスイッチング回路3のキャリア三角波� �波数が決定される。このため、ブレーキチ� �ッパスイッチング回路3の出力電流に生じる� ��ップルの周波数スペクトルが分散され、リ� ��プル成分の振幅が低減される。また、ブレ� ��キチョッパスイッチング回路3により生じた 高調波成分とインバータにより生じた高調波 成分の干渉により生じる高調波も低減される 。このため、ブレーキチョッパスイッチング 回路3により生じる高調波成分を抑え、電気� �駆動装置の性能を向上することができる。

 図6は、本発明による電気車駆動装置の第 3実施例の概略構成を示すブロック図である� �

 主回路25には従来と同様に、1インバータ回� ��について発電ブレーキ回路19が1回路設けら� ��ている。スイッチング制御部26は、周波数� �算部12、キャリア三角波生成器9、位相推定� �27及び比較器10を含む。位相推定部27は、周� �数演算部12からキャリア三角波周波数fBCHを� �力し、次式(4)に基づいて該三角波の位相θ(0� �~360°)を算出する。

 周波数演算部12は、位相推定部27から入力 される位相θに基づいて、キャリア周波数fBCH を演算する。キャリア三角波生成器9はキャ� �ア周波数fBCHに応じて、ブレーキチョッパス� ��ッチング回路3のキャリア三角波を生成する 。比較器10は、キャリア三角波生成器9から出 力されるキャリア三角波と通流率ALとの比較� ��より、スイチング回路3のゲート信号を出力 する。

 図7は周波数演算部12の構成例を示す図で� ��る。キャリアカウント演算部13はキャリア� �角波の位相θを入力し、次式(5)のようにキャ リア三角波の数をM進カウンタでカウントし� �キャリア三角波カウント値NMを出力する。

  NM=floor(θ[deg]/360[deg])       …(5)
ここに、floor( )は括弧内数値の小数点以下を 切り捨て整数化する関数とする。

 キャリア周波数パターンテーブル14には� �キャリア波カウント値NMに対応するM個のキ� �リア周波数が予め格納されている。キャリ� �パターンテーブル14は、キャリアカウント演 算部13で生成されたキャリアカウント値NMを� �ドレスとし、対応するキャリア周波数デー� �を、その時点でのキャリア周波数fBCHnとして 出力するものである。従って周波数演算部12� ��、周期的に変化するキャリア周波数を出力� ��る。

 すなわち、位相推定部27は、周波数演算� �12から提供される各キャリア周波数fBCHに基� �いて、位相(0°~360°)を出力する。周波数演算 部12内のキャリアカウント演算部13は、位相� �定部27が提供する位相に基づいて、その周期 をカウントし、カウント値をNMとして出力す� ��。周波数演算部12は、キャリア周波数パタ� �ン14を用いて、カウント値NMに対応するキャ� ��ア周波数fBCHを出力する。

 キャリア三角波生成器9は、キャリア周波 数fBCHの三角波を出力する。又、キャリア三� �波生成器9は、三角波の1波毎に異なる周期を 有するキャリア三角波を出力する。

 このように構成されたブレーキチョッパ� ��イッチング制御部26は、予めキャリア三角� �位相θ及びそれに準ずる値(本実施例ではキ� �リアカウント値と称している)に対するキャ� ��ア周波数fBCHを予め計算し、テーブルに格納 しておき、実運転中(ブレーキ時)はそのテー� ��ルを参照するという形態をとっている。

 本実施例では、キャリア周波数を予め決� ��た値で周期的に(時間と共に)変化させるこ� �で、ブレーキチョッパスイッチング回路3の� ��力電流のリップルの周波数スペクトルが分� ��される。従って、ブレーキチョッパスイッ� ��ング回路3により生じる高調波成分を抑え、 装置の性能を向上した電気車駆動装置を提供 することができる。また、予め決められたキ ャリア周波数を使用することにより、事前予 測、評価及びトラブル時の再現解析が容易に できるメリットもある。

 図8は周波数演算部12の他の構成例を示す� ��である。この周波数演算部12はランダム方� �でキャリア周波数を出力する。

 キャリアカウント演算部13は前述したよ� �に、キャリア三角波の位相θを入力し、キャ リア三角波カウント値NMを出力する。キャリ� ��周波数ランダム発生器16には、キャリアカ� �ント演算部13で生成されたキャリアカウント 値NMに応じて、規則性なくランダムに変化す� ��キャリア周波数fBCHを生成し出力する。

 このように構成されたブレーキチョッパ� ��イッチング制御部26は、キャリア周波数を� �ンダムに変化させることで、ブレーキチョ� �パスイッチング回路3の出力電流高調波を一� ��に分散させることができる。この結果、キ� ��リア周波数を分散することの狙いである特� ��周波数成分を発生しないという特性をより� ��著にすることが可能である。よって、装置� ��性能を向上した電気車駆動装置を提供する� ��とができる。

 図9は、本発明による電気車駆動装置の第 4実施例の概略構成を示すブロック図である� �

 全体構成は第1実施例と同様であるが、こ の第4実施例に係る電気車駆動装置の主回路25 では、各ブレーキチョッパスイッチング回路 3とDC電源1の正側電極との間に開放スイッチ17 が接続され、各ブレーキチョッパスイッチン グ回路3には故障検出部24が設けられている。

 以上の構成においては、ブレーキチョッ� ��スイッチング回路3の短絡故障が故障検出部 24により検出されると、電気車駆動装置の制� ��部(図示されず)は当該ブレーキチョッパス� �ッチング回路3に接続された開放スイッチ17� �開放し、故障時の大電流を遮断する。よっ� �、他の健全なブレーキチョッパスイッチン� �回路3及びインバータ装置6への被害を防止す ることができ、システムの冗長性を確保した 電気車駆動装置を提供することが出来る。 

 図10は、本発明による電気車駆動装置の� �5実施例の概略構成を示すブロック図である� ��

 主回路25の構成は図9の第4実施例と同一で ある。この第5実施例では、スイッチング制� �部26において、位相演算部8の前段に回路数� �算部29が設けられている。

 複数のブレーキチョッパスイッチング回� ��3の故障検出部24のうち一部が短絡故障を検� ��した時、電気車駆動装置の制御部(図示され ず)はブレーキチョッパスイッチング回路3に� ��続された開放スイッチ17の開放にて、故障� �たブレーキスイッチング回路3を切離し、残� ��の健全なブレーキチョッパスイッチング回� ��3で運転を継続する。そのため、回路数演算 部29は、故障検出部24からの故障検出信号に� �づいて、健全なブレーキチョッパスイッチ� �グ回路3の回路数N*を演算し、キャリア位相� �算部8へ出力する。例えば式(5)のように健全� ��路数を演算する。

  N*=N-NF                  …(5)
ここで、N*は健全回路数、Nはブレーキチョッ パスイチング回路の総数、NFは故障ブレーキ� ��ョッパスイッチング回路数である。

 位相演算部8は、見直されたブレーキチョ ッパスイッチング回路3の回路数N*に応じて、 第1実施例のようにキャリア三角波の位相θBCH を決定する。

 以上の構成により、ブレーキチョッパス� ��ッチング回路3が短絡故障を発生した時、ブ レーキチョッパスイッチング回路3に接続さ� �た開放スイッチの開放により、故障したブ� �ーキチョッパスイッチング回路3を切離し、� ��りの健全なブレーキチョッパスイッチング� ��路3で運転を継続させることができる。また 、健全なブレーキチョッパスイッチング回路 3のキャリア位相を健全な回路の数N*に応じて ずらすことによって、ブレーキスチョッパイ ッチング回路により生じる高調波を低減でき る。よって、システムの冗長性及び性能を確 保した電気車駆動装置を提供することができ る。

 図11は、本発明による電気車駆動装置の� �6実施例の概略構成を示すブロック図である� ��

 主回路25の構成は図10の第5実施例と同一� �ある。この第6実施例では、スイッチング制� ��部26において、図10の位相演算部8に代わり� �波数演算部11が設けられている。

 複数のブレーキチョッパスイッチング回� ��3の故障検出部24のうち一部が短絡故障を検� ��した時、電気車駆動装置の制御部(図示され ず)は開放スイッチ17にて、故障したブレーキ チョッパスイッチング回路3を切離し、残り� �健全なブレーキチョッパスイッチング回路3� ��運転を継続する。このとき、回路数演算部2 9は第5実施例と同様に、健全なブレーキチョ� ��パスイッチング回路3の回路数N*を演算し、� ��波数演算部11へ出力する。

 周波数演算部11は、健全なブレーキチョ� �パスイッチング回路3の回路数N*に応じて、� �2実施例のようにキャリア三角波の周波数fBCH を決定する。

 以上の構成により、ブレーキチョッパス� ��ッチング回路3が短絡故障を発生した時、開 放スイッチ17の開放により、故障したブレー� ��チョッパスイッチング回路3を切離し、残り の健全なブレーキチョッパスイッチング回路 3で運転を継続させることができる。また、� �全なブレーキチョッパスイッチング回路3の� ��ャリア周波数を健全な回路の数N*に応じて� �化させることによって、ブレーキチョッパ� �イッチング回路3により生じる高調波を低減� ��きる。よって、システムの冗長性及び性能� ��確保した電気車駆動装置を提供することが� ��きる。 

 図12は、本発明による電気車駆動装置の� �7実施例の概略構成を示すブロック図である� ��

 この第7実施例では、フィルタコンデンサ 5のコンデンサ電圧EFCを検出する電圧検出器30 と、該コンデンサ電圧EFCと過電圧規定値Vovd� �を比較する電圧比較器20と、比較器20の比較� ��果に応じて比較器10の出力を切り替えるス� �ッチ21が設けられている。

 電圧比較器20では、電圧検出器30によって 検出されたフィルタコンデンサ電圧EFCと、過 電圧規定値Vovdの比較により、フィルタコン� �ンサ電圧が過電圧か否かを判断する。フィ� �タコンデンサ電圧EFCが過電圧規定値Vovdを超� ��た場合、過電圧信号OVD=1を出力する。

 スイッチ21は、過電圧信号OVD=0の時は、従 来通り、比較器10の出力をブレーキチョッパ� ��イッチング回路3のゲート信号として提供す る。過電圧信号OVD=1の時、スイッチ21は、比� �器10の出力に依らず、全てのブレーキチョッ パスイッチング回路3のゲートをオンのまま� �する。

 以上の構成により、フィルタコンデンサ� ��電圧が発生した時、スイッチ21の切替によ� �、全てのブレーキチョッパスイッチング回� �3のゲート信号を一斉にオン継続信号とし、� ��ィルタコンデンサ電圧を放電する。このた� ��、フィルタコンデンサ過電圧によるインバ� ��タ装置などへの被害を防止することができ� ��システムの冗長性を確保した電気車駆動装� ��を提供することができる。 

 図13及び図14は、本発明による電気車駆動 装置の第8実施例の概略構成を示すブロック� �である。

 第8実施例として、DC電源1の両端に第1実� �例と同じ電気車制御装置がK個並列に接続さ� ��、リアクトルの配置が互いに異なる下記二� ��の構成が提供される。

 第1の構成例は図13に示すように、DC電源1� ��単一のリアクトル18を介して、K個並列に接� ��した電気制御装置に接続される。例えば、� ��間直流リンクに並列に接続したK個の電気車 制御装置である。本実施例は1車両に複数(K個 )のインバータ回路が搭載される車両に適用� �れる。

 第2の構成例は図14に示すように、それぞ� ��リアクトル18を持つ電気車制御装置がK個並� ��にDC電源1に接続される。例えば、この構成� ��は電気機関車重連運転の場合、或いは編成� ��2以上のいわゆる電車(各車両にインバータ� �路が設けられている)の場合に適用される構� ��である。

 以上の構成を有する電気車制御装置にお� ��て、各電気車制御装置のスイッチング制御� ��26に、総個数Kと自装置または自車両の所在� ��号Kmが入力される。

 位相演算部22では、電気車制御装置の総個� �K、所在番号Km及びブレーキチョッパスイッ� �ング回路数Nに応じて、各ブレーキチョッパ� ��イッチング回路3のキャリア三角波の位相を 演算し、各キャリア三角波生成器9にそれぞ� �出力する。例えば、次式(6)のようにキャリ� �三角波の位相θBCHを決定する。

ここに、fBCHはブレーキチョッパスイッチ� �グ回路3のキャリア周波数、Nは並列接続した ブレーキチョッパスイッチング回路3の個数� �nはn個目のブレーキチョッパスイッチング回 路(n=1~N)を示し、Kは入力側で並列接続された� ��力変換装置の総個数、kmはm個目の電力変換� ��置を示す(m=1~K)。

 以上の構成により、電気車制御装置の編� ��数Kとブレーキチョッパスイッチング回路3� �個数nに応じて、各々のブレーキチョッパス� ��ッチング回路3のキャリア三角波の位相が順 次ずらされる。このため、ブレーキチョッパ スイッチング回路3の出力電流のリップルの� �波数スペクトル振幅を低減できた。また、� �レーキチョッパスイッチング回路3により生� ��た高調波成分とインバータにより生じた高� ��波成分の干渉により生じる高調波もより低� ��することができた。このため、電気車駆動� ��置の性能を向上することができる。尚、本� ��施例は、各主回路25にブレーキチョッパス� �ッチング回路3を1回路のみ設けた構成であっ ても、前述したような効果を奏するものであ る。

 図15及び図16は、本発明による電気車駆動 装置の第9実施例の概略構成を示すブロック� �である。

 主回路25の構成は第8実施例と同一である� ��

 この第9実施例でも第8実施例と同様に、� �電気車制御装置に総個数Kと所在番号Kmが入� �される。周波数演算部23では、電気車制御装 置の総個数K、所在番号Km及びブレーキチョッ パスイッチング回路数Nに応じて各ブレーキ� �ョッパスイッチング回路3のキャリア三角波� ��周波数を演算する。

 例えば、次式のようにキャリア三角波の� ��波数fBCHを決定する。

  fBCHn=f0+(n-1)×δf+(km-1)×δf’     (7)
ここに、δf、δf’は予めに決めたキャリア周 波数の増量分、nはn個目のブレーキチョッパ� ��イッチング回路3を示す(n=1~N)、Nは並列した� ��レーキチョッパスイッチング回路3の個数、 kmはm個目の電力変換装置を示す(m=1~K)。

 または、下記のように予めに決めた周波� ��を各ブレーキチョッパスイッチング回路3に 与えてもよい。

 If(n=1、km=1)  fBCH=fBCH11 
 If(n=2、Km=1)  fBCH=fBCH12
      ・
 If(n=N、km=1)  fBCH=fBCH1N      …(8)
      ・
 If(n=N、km=K)  fBCH=fBCHKN
ここに、fBCH11~fBCHKNは事前に決めた値である� �

 以上の構成により、電気車制御装置の総� ��数Kとブレーキチョッパスイッチング回路3� �個数Nに応じて、各ブレーキチョッパスイッ� ��ング回路3のキャリア三角波周波数を変化さ せる。このため、ブレーキチョッパスイッチ ング回路3の出力電流のリップルの周波数ス� �クトルが分散され、リップル成分の振幅を� �減した。また、ブレーキチョッパスイッチ� �グ回路3により生じた高調波成分とインバー� ��により生じた高調波成分の干渉により生じ� ��高調波も低減させることができた。このた� ��、ブレーキチョッパスイッチング回路3によ り生じる高調波成分を抑え、電気車駆動装置 の性能を向上することができる。尚、本実施 例は上記8実施例と同様に、各主回路25にブレ ーキチョッパスイッチング回路3を1回路のみ� ��けた構成であっても、前述したような効果� ��奏する。

 以上の説明はこの発明の実施の形態であ� ��て、この発明の装置及び方法を限定するも� ��ではなく、様々な変形例を容易に実施する� ��とができるものである。