DE112017008270T5 - RAIL VEHICLE POWER CONVERTER SYSTEM - Google Patents

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Abstract

Ein Leistungswandlersystem (1) weist einen Leistungswandler (18) auf, der eine bidirektionale Leistungswandlung durchführt, und eine Leistungsspeichereinrichtung (22), die geladen wird unter Nutzung von von einer Gleichstromleistungsquelle oder einem elektrischen Motor (5) zugeführter Leistung. Wenn ein Leistungsbefehl nicht länger in einem Zustand eingegeben wird, in dem der Leistungsbefehl eingegeben wird, führt die Steuerung (23) eine Spannungsausgleichssteuerung zum Reduzieren einer Spannung eines Filterkondensators (17) durch Steuern eines Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers (11), eines Elektrischer-Pfad-Schalters (13), eines Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrechers (21) und des Leistungswandlers (18) durch. Wenn eine Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators (17) und einer Spannung der Leistungsspeichereinrichtung (22) geringer als oder gleich zu einer Schwellwertspannung ist, schaltet die Steuerung (23) den Elektrischer-Pfad-Schalter (13) in einen zweiten elektrischen Pfad. Dann, beim Erlangen eines Bremsbefehls, führt die Steuerung (23), durch Steuern des Leistungswandlers (18), eine regenerative Ladesteuerung zum Zuführen von von dem elektrischen Motor (5) zugeführte Leistung an die Leistungsspeichereinrichtung (22) über den zweiten elektrischen Pfad aus.A power converter system (1) comprises a power converter (18) that performs bidirectional power conversion and a power storage device (22) that is charged using power supplied from a direct-current power source or an electric motor (5). When a power command is no longer input in a state in which the power command is input, the controller (23) performs a voltage equalization control for reducing a voltage of a filter capacitor (17) by controlling a high-speed circuit breaker (11), an electric path switch ( 13), a power storage device circuit breaker (21) and the power converter (18). If a difference between the voltage of the filter capacitor (17) and a voltage of the power storage device (22) is less than or equal to a threshold voltage, the controller (23) switches the electrical path switch (13) to a second electrical path. Then, upon obtaining a brake command, the controller (23), by controlling the power converter (18), executes regenerative charge control for supplying power supplied from the electric motor (5) to the power storage device (22) through the second electric path.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Schienenfahrzeugleistungswandlersystem, das regenerative Leistung zum Laden einer Leistungsspeichereinrichtung nutzt.The present disclosure relates to a rail vehicle power converter system that uses regenerative power to charge a power storage device.

Hintergrundbackground

Leistung, die in einer Leistungsspeichereinrichtung gespeichert ist, die auf einem elektrischen Schienenfahrzeug montiert ist, das durch einen Gleichstromelektrifizierungsabschnitt fährt und regenerative Leistung speichert, die durch einen regenerativen Bremsvorgang erzeugt wird, wird während einer Leistungsfahrt des elektrischen Schienenfahrzeugs genutzt, wodurch die Energieeffizienz verbessert wird. In diesem Fall wirkt Leistungswandlereinrichtung, die auf dem elektrischen Schienenfahrzeug installiert ist, als ein Umrichter zum Wandeln von durch eine Oberleitung zugeführter Leistung zum Antreiben eines elektrischen Motors und als ein Wandler zum Wandeln regenerativer Leistung zum Zuführen der Leistungsspeichereinrichtung.Power stored in a power storage device mounted on an electric rail vehicle traveling through a DC electrification section and storing regenerative power generated by regenerative braking is used during power travel of the electric rail vehicle, thereby improving energy efficiency. In this case, power converting device installed on the electric rail vehicle functions as an inverter for converting power supplied through an overhead line to drive an electric motor and as a converter for converting regenerative power for supplying the power storage device.

Eine Antriebseinrichtung für ein Schienenfahrzeug, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, bewirkt, dass ein Induktionsmotor als ein Leistungserzeuger während einer Regeneration arbeitet. Die Wechselstromleistung, die durch den Induktionsmotor erzeugt wird, in Gleichstromleistung durch eine Umrichtereinrichtung gewandelt, um die Leistungsspeichereinrichtung zu laden.A driving device for a rail vehicle disclosed in Patent Literature 1 causes an induction motor to function as a power generator during regeneration. The AC power generated by the induction motor is converted into DC power by an inverter device to charge the power storage device.

ZitierungslisteList of citations

PatentliteraturPatent literature

Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Offenlegungsschriftnummer 2013-211964 Patent Literature 1: Unexamined Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-211964

Kurzdarstellung der ErfindungSummary of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

In der Leistungswandlereinrichtung, die auf dem elektrischen Schienenfahrzeug installiert ist, ist ein Filterkondensator, der auf einer Eingangsseite der Leistungswandlereinrichtung bereitgestellt ist, die als der Umrichter betrieben wird, weist eine Hochspannung vergleichbar zu einer Oberleitungsspannung auf. Unter den Bedingungen unter denen die Oberleitungsspannung von einer Spannung der Leistungsspeichereinrichtung abweicht und der Filterkondensator weist eine Hochspannung verglichen zu der Oberleitungsspannung auf, falls die Leistungsspeichereinrichtung regenerative Leistung zum Laden nutzt, ist ein Fließen eines Überstroms auf die Leistungsspeichereinrichtung beaufschlagt. Das Bereitstellen eines separaten Entladeschaltkreises, der den Filterkondensator zur Vermeidung des Überstroms entlädt, kompliziert die Struktur der Leistungswandlereinrichtung.In the power converter device installed on the electric rail vehicle, a filter capacitor provided on an input side of the power converter device operated as the converter has a high voltage comparable to an overhead line voltage. Under the conditions under which the overhead line voltage deviates from a voltage of the power storage device and the filter capacitor has a high voltage compared to the overhead line voltage, if the power storage device uses regenerative power for charging, an overcurrent is applied to the power storage device. The provision of a separate discharge circuit that discharges the filter capacitor to avoid the overcurrent complicates the structure of the power converter device.

Unter Berücksichtigung der voranstehenden Umstände, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ohne eine komplizierte Struktur zu haben, ein Fließen vom Überstrom in der Leistungsspeichereinrichtung während des Ladens der Leistungsspeichereinrichtung durch regenerative Leistung zu vermeiden.In view of the foregoing, it is an object of the present invention, without having a complicated structure, to prevent overcurrent from flowing in the power storage device during charging of the power storage device by regenerative power.

Lösung des Problemsthe solution of the problem

Um die voranstehende Aufgabe zu erfüllen, weist ein Schienenfahrzeugleistungswandlersystem der vorliegenden Offenbarung einen Leistungswandler, einen Filterkondensator, einen Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher, einen Elektrischer-Pfad-Schalter, eine Leistungsspeichereinrichtung, einen Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher und eine Steuerung auf. Der Leistungswandler, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, (i) wandelt durch die Primärseite zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung an einen elektrischen Motor zu, damit er auf der Sekundärseite verbunden ist, oder (ii) wandelt von dem elektrischen Motor zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung der Primärseite zu. Der Filterkondensator ist mit der Primärseite des Leistungswandlers verbunden. Der Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher öffnet oder schließt einen elektrischen Pfad zwischen einer Gleichstromleistungsquelle und dem Leistungswandler.To achieve the foregoing object, a rail vehicle power converter system of the present disclosure includes a power converter, a filter capacitor, a high speed circuit breaker, an electrical path switch, a power storage device, a power storage device circuit breaker, and a controller. The power converter, which has a primary side and a secondary side, (i) converts power supplied through the primary side and supplies the converted power to an electric motor to be connected on the secondary side, or (ii) converts power supplied from the electric motor and feeds the converted power to the primary side. The filter capacitor is connected to the primary side of the power converter. The high speed circuit breaker opens or closes an electrical path between a DC power source and the power converter.

Der Elektrischer-Pfad-Schalter ist zwischen dem Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher und dem Leistungswandler angeordnet und schaltet oder öffnet elektrische Pfade zwischen dem Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher und dem Leistungswandler. Ein positiver Anschluss der Leistungsspeichereinrichtung ist mit einem Kontaktpunkt des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers und dem Elektrischer-Pfad-Schalter verbunden. Ein negativer Anschluss der Leistungsspeichereinrichtung ist mit einem negativen Anschluss der Primärseite des Leistungswandlers verbunden. Der Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher ist zwischen dem positiven Anschluss der Leistungsspeichereinrichtung und einem Kontaktpunkt des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers und dem Elektrischer-Pfad-Schalter angeordnet. Die Steuerung steuert den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher, den Elektrischer-Pfad-Schalter, den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher und den Leistungswandler. Der Elektrischer-Pfad-Schalter schaltet zwischen einem ersten elektrischen Pfad, der einen Widerstand aufweist und einem zweiten elektrischen Pfad, der keinen Widerstand aufweist. Die Steuerung führt eine Spannungsausgleichssteuerung zum Reduzieren einer Spannung des Filterkondensators aus, wenn ein Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben ist in einem Zustand, in dem der Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher geschlossen ist, Leistung wird an den Leistungswandler über den zweiten elektrischen Pfad des Elektrischer-Pfad-Schalters zugeführt, der Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher ist offen und der Leistungsfahrtbefehl ist eingegeben. Während der Spannungsausgleichssteuerung schließt die Steuerung, nach dem Öffnen des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers, den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher und steuert den Elektrischer-Pfad-Schalter und den Leistungswandler. Die Steuerung steuert den Elektrischer-Pfad-Schalter dazu, den zweiten elektrischen Pfad zu schalten, wenn eine Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators und einer Spannung der Leistungsspeichereinrichtung geringer als oder gleich zu einer Schwellwertspannung aufgrund der Spannungsausgleichssteuerung ist. Beim Erlangen eines Bremsbefehls nach dem Schalten auf den zweiten elektrischen Pfad, führt die Steuerung, durch Steuern des Leistungswandlers, eine regenerative Ladesteuerung zum Zuführen der von dem Elektromotor zugeführten Leistung an die Leistungsspeichereinrichtung über den zweiten elektrischen Pfad aus.The electrical path switch is disposed between the high speed circuit breaker and the power converter and switches or opens electrical paths between the high speed circuit breaker and the power converter. A positive terminal of the power storage device is connected to a contact point of the high speed circuit breaker and the electrical path switch. A negative connection of the power storage device is connected to a negative connection of the primary side of the power converter. The power storage device circuit breaker is disposed between the positive terminal of the power storage device and a contact point of the high speed circuit breaker and the electrical path switch. The controller controls the high speed circuit breaker, electrical path switch, power storage device circuit breaker, and power converter. The electrical path switch switches between one first electrical path that has a resistance and a second electrical path that has no resistance. The controller executes a voltage equalization control for reducing a voltage of the filter capacitor when a power running command is no longer input in a state in which the high-speed circuit breaker is closed, power is supplied to the power converter through the second electrical path of the electrical path switch, the The power storage device circuit breaker is open and the power run command is entered. During the voltage equalization control, after opening the high speed circuit breaker, the controller closes the power storage device circuit breaker and controls the electrical path switch and power converter. The controller controls the electrical path switch to switch the second electrical path when a difference between the voltage of the filter capacitor and a voltage of the power storage device is less than or equal to a threshold voltage due to the voltage equalization control. Upon receiving a brake command after switching to the second electrical path, the controller executes, by controlling the power converter, regenerative charge control for supplying the power supplied from the electric motor to the power storage device through the second electrical path.

Vorteilhafte Effekte der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention

Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Fluss eines Überstroms in eine Leistungsspeichereinrichtung während des Ladens der Leistungsspeichereinrichtung durch regenerative Leistung vermieden werden, ohne eine komplizierte Struktur aufzuweisen, durch Durchführen einer Spannungsausgleichssteuerung zum Reduzieren der Spannung eines Filterkondensators, wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben wird und Durchführen einer regenerativen Ladesteuerung zum Zuführen von Leistung von dem elektrischen Motor an die Leistungsspeichereinrichtung beim Erlangen des Bremsbefehls, wenn die Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators und der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung geringer ist als oder gleich zu einer Schwellwertspannung.According to the present disclosure, a flow of an overcurrent into a power storage device during charging of the power storage device by regenerative power can be avoided without having a complicated structure by performing voltage equalization control for reducing the voltage of a filter capacitor when the power travel command is no longer input and performing a regenerative charge control for supplying power from the electric motor to the power storage device upon obtaining the brake command when the difference between the voltage of the filter capacitor and the voltage of the power storage device is less than or equal to a threshold voltage.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugleistungswandlersystems gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung darstellt;
    • 2 zeigt eine Zeittafel, die einen Betrieb eines Spannungsausgleichs und regenerativen Ladens angibt, der durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 ausgeführt wird;
    • 3 zeigt ein Diagramm, das einen elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
    • 4 zeigt ein Diagramm, das einen weiteren elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
    • 5 zeigt ein Diagramm, das noch einen weiteren elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
    • 6 zeigt ein Blockdiagramm, das eine weitere Konfiguration des Schienenfahrzeugleistungswandlersystems gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
    • 7 zeigt eine Zeittafel, die einen Betrieb des Spannungsausgleichs und regenerativen Ladens angibt, das durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 ausgeführt wird;
    • 8 zeigt ein Diagramm, das einen elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
    • 9 zeigt ein Diagramm, das einen weiteren elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
    • 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispiels eines Betriebs eines Spannungsausgleichs und regenerativen Ladens, das durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 durchgeführt wird;
    • 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren Beispiels des Betriebs eines Spannungsausgleichs und regenerativen Ladens, das durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 ausgeführt wird;
    • 12 zeigt eine Zeittafel, die einen Betrieb eines Spannungsausgleichs und regenerativen Ladens angibt, das durch ein Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wird;
    • 13 zeigt ein Diagramm, das einen elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
    • 14 zeigt eine Zeittafel, die einen Betrieb eines Spannungsausgleichs und regenerativen Ladens angibt, der durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 2 ausgeführt wird; und
    • 15 zeigt ein Diagramm, das einen weiteren elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
     1 FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a rail vehicle power converter system according to Embodiment 1 of the present disclosure;
    • 2 Fig. 13 is a timing chart indicating an operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to Embodiment 1;
    • 3 FIG. 13 is a diagram showing an electric current flow in the rail vehicle power conversion system according to Embodiment 1; FIG.
    • 4th FIG. 13 is a diagram showing another electric current flow in the rail vehicle power converter system according to Embodiment 1; FIG.
    • 5 Fig. 13 is a diagram showing still another electric current flow in the rail vehicle power conversion system according to Embodiment 1;
    • 6th Fig. 13 is a block diagram showing another configuration of the rail vehicle power converter system according to Embodiment 1;
    • 7th Fig. 13 is a timing chart indicating an operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to Embodiment 1;
    • 8th FIG. 13 is a diagram showing an electric current flow in the rail vehicle power conversion system according to Embodiment 1; FIG.
    • 9 FIG. 13 is a diagram showing another electric current flow in the rail vehicle power converter system according to Embodiment 1; FIG.
    • 10 FIG. 13 is a flowchart showing an example of an operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system in accordance with Embodiment 1; FIG.
    • 11 FIG. 13 is a flowchart showing another example of the operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system in accordance with Embodiment 1; FIG.
    • 12 FIG. 12 shows a timing chart indicating operation of voltage compensation and regenerative charging performed by a rail vehicle power conversion system according to Embodiment 2 of the present disclosure; FIG.
    • 13 FIG. 13 is a diagram showing an electric current flow in the rail vehicle power conversion system according to Embodiment 2; FIG.
    • 14th Fig. 13 is a timing chart indicating an operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to Embodiment 2; and
    • 15th FIG. 12 is a diagram showing another electric current flow in the rail vehicle power converter system according to Embodiment 2. FIG.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Ein Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird hiernach mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass in den Zeichnungen dieselben oder ähnlichen Komponenten durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind.A rail vehicle power converter system according to embodiments of the present disclosure will be described hereinafter with reference to the drawings. Note that the same or similar components are denoted by the same reference numerals in the drawings.

Ausführungsform 1Embodiment 1

Eine Konfiguration eines Schienenfahrzeugleistungswandlersystems gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend beschrieben. Wie in 1 dargestellt, weist ein Schienenfahrzeugleistungswandlersystem (hiernach bezeichnet als ein Leistungswandlersystem) 1 ein Leistungswandler 18 auf, der eine bidirektionale Leistungswandlung durchführt. Das Leistungswandlersystem 1 wandelt Gleichstromleistung, die von einer Gleichstromleistungsquelle zugeführt wird, in Wechselstromleistung und führt die gewandelte Wechselstromleistung einem Elektromotor 5 zu. Zusätzlich wandelt das Leistungswandlersystem 1 die von dem Elektromotor 5 zugeführte Leistung und nutzt die gewandelte Leistung zum Laden einer Leistungsspeichereinrichtung 22. Das Leistungswandlersystem 1 ist dazu in der Lage, ein Fluss von Überstrom in die Leistungsspeichereinrichtung 22 während des Ladens der Leistungsspeichereinrichtung 22 durch regenerative Leistung zu vermeiden, die durch einen regenerativen Bremsvorgang erzeugt wird, ohne eine komplizierte Struktur aufzuweisen, indem zuerst eine Spannung eines Filterkondensators 17 reduziert wird, der an einer Primärseite des Leistungswandlers 18 bereitgestellt ist und dann die Leistungsspeichereinrichtung 22 geladen wird.A configuration of a rail vehicle power conversion system according to Embodiment 1 of the present disclosure will be described below. As in 1 As shown, a rail vehicle power converter system (hereinafter referred to as a power converter system) 1 comprises a power converter 18th that performs bidirectional power conversion. The power converter system 1 converts direct current power supplied from a direct current power source into alternating current power and supplies the converted alternating current power to an electric motor 5 to. In addition, the power converter system converts 1 those from the electric motor 5 supplied power and uses the converted power to charge a power storage device 22nd . The power converter system 1 is capable of a flow of overcurrent into the power storage device 22nd while charging the power storage device 22nd by avoiding regenerative power generated by regenerative braking without having a complicated structure by first applying a voltage of a filter capacitor 17th that on a primary side of the power converter is reduced 18th is provided and then the power storage device 22nd is loaded.

Das Leistungswandlersystem 1 ist zum Beispiel auf ein Schienenfahrzeug installiert, das durch einen Gleichstromelektrifizierungsabschnitt fährt. Im Beispiel der 1 ist eine nicht dargestellte Elektrizitätsunterstation die Gleichstromleistungsquelle und das Leistungswandlersystem 1 empfängt, über einen Stromsammler 4, von der Elektrizitätsunterstation über eine Oberleitung 3 zugeführte Leistung. Der Stromsammler 4 ist zum Beispiel ein Pantograf, eine dritte Schiene, oder Ähnliches.The power converter system 1 is installed on, for example, a rail vehicle passing through a DC electrification section. In the example of 1 An unillustrated electricity substation is the DC power source and the power conversion system 1 receives, via a current collector 4th , from the electricity substation via an overhead line 3 input power. The current collector 4th is for example a pantograph, a third rail, or the like.

Der Leistungswandler 18 weist einen Primärseitenpositivanschluss auf, der mit dem Stromsammler 4 über ein Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11, eine Spule 12 und ein Elektrischer-Pfad-Schalter 13 verbunden ist und weist einen geerdeten Primärseitennegativanschluss. Die Spule 12 und der Filterkondensator 17, die an der Primärseite des Leistungswandlers 18 bereitgestellt sind, bilden einen LC-Filter aus. Der Leistungswandler 18 weist eine Sekundärseite auf, die mit dem Elektromotor 5 verbunden ist. Der Elektromotor 5 ist ein Wechselstromelektromotor und Beispiele von solch einem Motor sind ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor. Der Leistungswandler 18 wandelt durch die Primärseite zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung an den Elektromotor 5, der mit der Sekundärseite verbunden ist. Zusätzlich treibt der Leistungswandler 18 den Elektromotor 5 durch Zuführen von Leistung zu dem Elektromotor 5. Der laufende Elektromotor 5 treibt das Schienenfahrzeug an, das das Leistungswandlersystem 1 auf sich installiert hat. Des Weiteren wandelt der Leistungswandler 18 die von dem Elektromotor 5 zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung der Primärseite zu. Dies bedeutet, dass der Leistungswandler 18 die von dem Elektromotor 5 zugeführte Leistung wandelt und die gewandelte Leistung der Primärseite zuführt.The power converter 18th has a primary side positive terminal that is associated with the current collector 4th via a high speed circuit breaker 11 , a coil 12 and an electrical path switch 13 is connected and has a grounded primary side negative terminal. The sink 12 and the filter capacitor 17th that is on the primary side of the power converter 18th are provided form an LC filter. The power converter 18th has a secondary side that is connected to the electric motor 5 connected is. The electric motor 5 is an AC electric motor, and examples of such a motor are an induction motor or a synchronous motor. The power converter 18th converts the power supplied by the primary side and feeds the converted power to the electric motor 5 connected to the secondary side. In addition, the power converter drives 18th the electric motor 5 by supplying power to the electric motor 5 . The running electric motor 5 drives the rail vehicle that drives the power converter system 1 installed on itself. The power converter also converts 18th those from the electric motor 5 supplied power and supplies the converted power to the primary side. This means that the power converter 18th those from the electric motor 5 converts supplied power and supplies the converted power to the primary side.

Der Leistungswandler 18 weist Schaltelemente TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1 und TRW2 auf und Rückflussdioden DU1, DU2, DV1, DV2, DW1 und DW2. In dem Beispiel der 1 weist der Leistungswandler 18 einen U-Phasenarm, einen V-Phasenarm und einen W-Phasenarm auf und jeder Phasenarm ist ähnlich konfiguriert. In der Beschreibung der Konfiguration des Leistungswandlers 18 werden die Bezugszeichen U, V und W der Phasenarme gemeinsam bezeichnet durch das Bezugszeichen „x“. Die Schaltelemente TRx1 und TRx2 sind freigewählte Halbleiterelemente und in Beispiel der 1 nutzt der Leistungswandler 18 Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs). Die Schaltelemente TRx1 und TRx2 können aus Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt sein, die jeweils eine Bandlücke weiter als die von Silizium aufweisen. Beispiele der Halbleiter mit breiter Bandlücke sind Siliziumcarbid, Galliumnitrid-basierte Materialien, Diamant oder Ähnliches. Die Schaltelemente TRx1 und TRx2, die aus dem Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt sind, weisen eine hohe Widerstandsspannung und eine hohe erlaubte Stromdichte verglichen zu einem Schaltelement auf, das aus Silizium hergestellt ist.The power converter 18th has switching elements TRU1 , TRU2 , TRV1 , TRV2 , TRW1 and TRW2 on and reflux diodes DU1 , DU2 , DV1 , DV2 , DW1 and DW2 . In the example of the 1 instructs the power converter 18th a U-phase arm, a V-phase arm, and a W-phase arm, and each phase arm is configured similarly. In the description of the configuration of the power converter 18th the reference symbols U, V and W of the phase arms are denoted jointly by the reference symbol “x”. The switching elements TRx1 and TRx2 are freely selected semiconductor elements and in the example the 1 uses the power converter 18th Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs). The switching elements TRx1 and TRx2 can be made of wide-bandgap semiconductors each having a bandgap wider than that of silicon. Examples of the wide band gap semiconductors are silicon carbide, gallium nitride-based materials, diamond, or the like. The switching elements TRx1 and TRx2 made of the wide band gap semiconductor have a high withstand voltage and a high allowable current density as compared with a switching element made of silicon.

Durch Nutzen der Schaltelemente TRx1 und TRx2, die aus Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt sind, kann die Menge von elektrischen Strom, die in dem Elektromotor 5 fließt, groß verglichen mit dem aus Silizium hergestellten Schaltelement sein. Zusätzlich ermöglicht das Nutzen von dem Halbleiter mit breiter Bandlücke eine Verringerung einer Größe der Schaltelemente TRx1 und TRx2. Das Nutzen von solchen verkleinerten Schaltelementen TRx1 und TRx2 ermöglicht eine Verringerung einer Größe von Halbleitermodulen, die die Schaltelemente TRx1 und TRx2 in sich aufweisen.By using the switching elements TRx1 and TRx2 made of wide band gap semiconductors, the amount of electric current flowing in the electric motor 5 flows can be large compared with the switching element made of silicon. In addition, the use of the wide band gap semiconductor enables reduction in a Size of the switching elements TRx1 and TRx2. Using such downsized switching elements TRx1 and TRx2 enables a size reduction of semiconductor modules including the switching elements TRx1 and TRx2 therein.

Da der Halbleiter mit breiter Bandlücke einen hohen Wärmewiderstand aufweist, kann eine Verringerung einer Größe von Abstrahllamellen einer Wärmesenke und das Ändern einer Wasserkühlung zu einer Luftkühlung erreicht werden, wodurch eine weitere Verringerung einer Größe der Halbleitermodule erreicht wird. Des Weiteren weisen die Halbleiter mit breiter Bandlücke einen geringen Leistungsverlust auf, was zu höchsteffizienten Schaltelemente TRx1 und TRx2 führt, wodurch eine hohe Effizienz in dem Halbleitermodul ermöglicht wird.Since the wide band gap semiconductor has high thermal resistance, reduction in size of radiating fins of a heat sink and changing from water cooling to air cooling can be achieved, thereby further reducing the size of semiconductor modules. Furthermore, the wide band gap semiconductors have a low power loss, which leads to highly efficient switching elements TRx1 and TRx2, which enables high efficiency in the semiconductor module.

In Reihe verbundene Schaltelemente TRx1 und TRx2 sind parallel zu dem Filterkondensator 17 verbunden. Die Rückflussdioden Dx1 und Dx2 sind jeweils parallel mit den Schaltelementen TRx1 und TRx2 verbunden. Die Schaltelemente TRx1 und TRx2 weisen den Kontaktpunkt davon auf, der mit dem Elektromotor 5 über einen Schalter Cx1 verbunden ist. Zusätzlich weisen die Schaltelemente TRx1 und TRx2 den Kontaktpunkt davon auf, der in einem Punkt zwischen einem später beschriebenen Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19 und der Spule 20 über einen Schalter Cx2 und Spule Lx verbunden ist.Switching elements TRx1 and TRx2 connected in series are in parallel with the filter capacitor 17th connected. The reflux diodes Dx1 and Dx2 are each connected in parallel to the switching elements TRx1 and TRx2. The switching elements TRx1 and TRx2 have the point of contact thereof with the electric motor 5 is connected via a switch Cx1. In addition, the switching elements TRx1 and TRx2 have the contact point thereof which is at a point between a power storage device switch described later 19th and the coil 20th is connected via a switch Cx2 and coil Lx.

Der Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 öffnet oder schließt den elektrischen Pfad zwischen der Gleichstromleistungsquelle und dem Leistungswandler 18. Der Elektrischer-Pfad-Schalter 13 ist zwischen dem Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und dem Leistungswandler 18 eingeordnet und schaltet oder öffnet den elektrischen Pfad zwischen dem Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und dem Leistungswandler 18. Insbesondere schaltet der Elektrischer-Pfad-Schalter 13 zwischen einem ersten elektrischen Pfad mit einem Widerstand 16 und einem zweiten elektrischen Pfad ohne einen Widerstand 16. In dem Beispiel der 1 weist der Elektrischer-Pfad-Schalter 13 einen Leitungsunterbrecher 14 und einen Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15 auf. In dem Fall ist der elektrische Pfad, der durch den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15 und den Widerstand 16 verläuft der erste elektrische Pfad und der elektrische Pfad, der durch den Leitungsunterbrecher 14 verläuft, ist der zweite elektrische Pfad.The high speed circuit breaker 11 opens or closes the electrical path between the DC power source and the power converter 18th . The electrical path switch 13 is between the high speed circuit breaker 11 and the power converter 18th and switches or opens the electrical path between the high speed circuit breaker 11 and the power converter 18th . In particular, the electrical path switch switches 13 between a first electrical path with a resistor 16 and a second electrical path without a resistor 16 . In the example of the 1 indicates the electrical path switch 13 a line breaker 14th and an electrical path switching switch 15th on. In that case, the electrical path is that through the electrical-path circuit switch 15th and the resistance 16 The first electrical path and the electrical path runs through the circuit breaker 14th is the second electrical path.

Das Leistungswandlersystem 1 weist die Leistungsspeichereinrichtung 22 auf, die unter Nutzen der von der Gleichstromleistungsquelle oder dem Elektromotor 5 zugeführten Leistung geladen wird. Eine Nennspannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 ist geringer als eine Spannung der Gleichstromleistungsquelle. Die Leistungsspeichereinrichtung 22 weist einen positiven Anschluss auf, der mit dem Kontaktpunkt des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11 und dem Elektrischer-Pfad-Schalter 13 über den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19, die Spule 20 und einen Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 verbunden ist. In dem Beispiel der 1 weist die Leistungsspeichereinrichtung 22 den positiven Anschluss auf, der mit einem Punkt zwischen der Spule 12 und dem Elektrischer-Pfad-Schalter 13 über den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19, die Spule 20 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 verbunden ist. Die Leistungsspeichereinrichtung 22 weist einen negativen Anschluss auf, der mit dem Primärseiten-negativen Anschluss des Leistungswandlers 18 verbunden ist.The power converter system 1 instructs the power storage device 22nd on that using the from the DC power source or the electric motor 5 supplied power is charged. A voltage rating of the power storage device 22nd is lower than a voltage of the DC power source. The power storage device 22nd has a positive terminal that connects to the contact point of the high speed circuit breaker 11 and the electrical path switch 13 via the power storage device switch 19th , the sink 20th and a power storage device circuit breaker 21st connected is. In the example of the 1 instructs the power storage device 22nd the positive terminal on, the one with a point between the coil 12 and the electrical path switch 13 via the power storage device switch 19th , the sink 20th and the power storage device circuit breaker 21st connected is. The power storage device 22nd has a negative terminal that is connected to the primary-side negative terminal of the power converter 18th connected is.

Das Leistungswandlersystem 1 weist eine Steuerung 23 zum Steuern des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11, dem Elektrischer-Pfad-Schalter 13, dem Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 und dem Leistungswandler 18 auf. Die Steuerung 23 schaltet den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 zwischen einem geschlossenen Zustand und einem offenen Zustand. Zusätzlich schaltet die Steuerung 23 den Leitungsunterbrecher 14 und den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15, die in dem Elektrischer-Pfad-Schalter 13 vorgesehen sind, zwischen einem geschlossenen Zustand und einem offenen Zustand. Die Steuerung 23 schaltet die Schaltelemente TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1 und TRW2, die in dem Leistungswandler 18 vorgesehen sind, zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand. Die Steuerung 23 schaltet die Schalter CU1, CU2, CV1, CV2, CW1 und CW2 zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand. Die Steuerung 23 schaltet den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19 zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand.The power converter system 1 instructs a controller 23 for controlling the high speed circuit breaker 11 , the electrical path switch 13 , the power storage device circuit breaker 21st and the power converter 18th on. The control 23 switches the high-speed circuit breaker 11 and the power storage device circuit breaker 21st between a closed state and an open state. In addition, the control switches 23 the line breaker 14th and the electrical path switching switch 15th that is in the electrical path switch 13 are provided between a closed state and an open state. The control 23 switches the switching elements TRU1 , TRU2 , TRV1 , TRV2 , TRW1 and TRW2 that are in the power converter 18th are provided between a closed state and an open state. The control 23 turns the switches CU1 , CU2 , CV1 , CV2 , CW1 and CW2 between a closed state and an open state. The control 23 switches the power storage device switch 19th between a closed state and an open state.

Das Leistungswandlersystem 1 weist einen Spannungsdetektor V1 auf, der einen Spannung des Filterkondensators 17 detektiert und einen Spannungsdetektor V2 auf, der eine Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 detektiert. Die Steuerung 23 erlangt die Spannung des Filterkondensators 17 von dem Spannungsdetektor V1 und erlangt der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Spannungsdetektor V2.The power converter system 1 has a voltage detector V1 on the one voltage of the filter capacitor 17th detected and a voltage detector V2 on, which is a voltage of the power storage device 22nd detected. The control 23 acquires the voltage of the filter capacitor 17th from the voltage detector V1 and obtains the voltage of the power storage device 22nd from the voltage detector V2 .

Der Spannungsausgleich und das regenerative Laden, das durch das Leistungswandlersystem 1 durchgeführt wird, wenn gebremst wird, ist beaufschlagt nachdem das Schienenfahrzeug in einem Leistungsfahrtbetrieb fährt und dann in einen Leerlaufbetrieb fährt, werden nachstehend beschrieben. Der Spannungsausgleich reduziert die Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators 17 und der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22. Das regenerative Laden führt die von dem Elektromotor 5 zugeführte Leistung der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den zweiten elektrischen Pfad zu, um die Leistungsspeichereinrichtung 22 zu laden. 2 zeigt eine Zeittafel, die den Betrieb des Spannungsausgleichs und regenerativen Ladens angibt, die durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 durchgeführt werden. Wenn der Leistungsfahrtzustand in einen Leerlaufzustand wechselt, wird der Spannungsausgleichs ausgeführt und danach das regenerative Laden ausgeführt. Zuerst wird eine Steuerung durch die Steuerung 23 während die Leistungsfahrt durchgeführt wird, nachstehend beschrieben. Wenn zum Beispiel zum Zeitpunkt T1 eine Mastersteuerung einer Fahrerkabine auf Leistungsfahrt gesetzt wird, wird ein Leistungsfahrtbefehl in die Steuerung 23 eingegeben. Man beachte, dass ein Bremsbefehl nicht in die Steuerung 23 zum Zeitpunkt T1 eingegeben wird. In 2 gibt „AN“ den Eingabezustand an und „AUS“ gibt den Nicht-Eingabezustand an bezüglich des Leistungsfahrtbefehls und des Bremsbefehls. Während der Eingabe des Leistungsfahrtbefehls erhält die Steuerung 23 den geschlossenen Zustand des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11 und des Leitungsunterbrechers 14. Während der Eingabe des Leistungsfahrtbefehls erhält die Steuerung 23 den geöffneten Zustand des Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalters 15, des Leistungsspeichereinrichtungsschalters 19 und des Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrechers 21. In 2 gibt „AN“ dne geschlossenen Zustand an und „AUS“ gibt den geöffneten Zustand an, bezüglich des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11, des Leitungsunterbrechers 14, des Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalters 15, des Leistungsspeichereinrichtungsschalters 19 und des Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrechers 21. Die Spannungsdifferenz, die in 2 angegeben ist, ist eine Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators 17, der durch den Spannungsdetektor V1 detektiert ist und der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22, die durch den Spannungsdetektor V2 detektiert ist. Die Spannungsdifferenz wird durch Subtrahieren eines detektierten Werts der Spannung von der Leistungsspeichereinrichtung 22 von einem detektierten Wert der Spannung des Filterkondensators 17 erlangt. Vom Zeitpunkt T1 zum Zeitpunkt T2, da die Spannung des Filterkondensators 17 zu einer Oberleitungsspannung passt, ist die Spannung des Filterkondensators 17 größer als die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22.The voltage equalization and regenerative charging provided by the power converter system 1 is carried out when braking is applied after the rail vehicle runs in a power travel mode and then runs in an idling mode, are described below described. The voltage equalization reduces the difference between the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd . The regenerative charging is carried out by the electric motor 5 supplied power of the power storage device 22nd via the second electrical path to the power storage device 22nd to load. 2 FIG. 12 is a timing chart indicating the operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to the embodiment 1 be performed. When the power running state changes to an idling state, the voltage equalization is carried out and then the regenerative charging is carried out. First there is control by the controller 23 while the power drive is being carried out, described below. If, for example, at the time T1 a master control of a driver's cab is set to power travel, a power travel command is sent to the control 23 entered. Note that a brake command is not in the controller 23 at the time T1 is entered. In 2 "ON" indicates the input state and "OFF" indicates the non-input state with regard to the power travel command and the braking command. While the power travel command is being entered, the control system receives 23 the closed state of the high speed circuit breaker 11 and the line breaker 14th . While the power travel command is being entered, the control system receives 23 the open state of the electrical path circuit switch 15th , the power storage device switch 19th and the power storage device circuit breaker 21st . In 2 indicates "ON" indicates the closed state and "OFF" indicates the open state with respect to the high-speed circuit breaker 11 , the line breaker 14th , the electrical path circuit switch 15th , the power storage device switch 19th and the power storage device circuit breaker 21st . The voltage difference that is in 2 is a difference between the voltage of the filter capacitor 17th by the voltage detector V1 is detected and the voltage of the power storage device 22nd by the voltage detector V2 is detected. The voltage difference is obtained by subtracting a detected value of the voltage from the power storage device 22nd from a detected value of the voltage of the filter capacitor 17th attained. From the time T1 at the time T2 as the voltage of the filter capacitor 17th matches an overhead line voltage is the voltage of the filter capacitor 17th greater than the voltage of the power storage device 22nd .

Ein elektrischer Stromfluss während der Leistungsfahrt wird nachstehend beschrieben. 3 zeigt ein Diagramm, das einen elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 1 von dem Zeitpunkt T1 zu dem Zeitpunkt T2, der in 2 angegeben sind, ist durch dicke durchgezogene Pfeile angegeben. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 1 von der Oberleitung 3 über den Stromsammler 4 tritt durch den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11, die Spule 12, und den Leitungsunterbrecher 14, so dass der elektrische Strom in den Leistungswandler 18 eingegeben wird. Der elektrische Strom fließt von dem Leistungswandler 18 zu dem Elektromotor 5 zum Antreiben des Elektromotors 5. Der Leistungswandler 18 steuert den Elektromotor 5 durch Steuern eines Magnetflusskomponentenstroms und eines Momentenkomponentenstroms.An electrical current flow during power travel is described below. 3 FIG. 12 is a diagram showing an electric current flow in the rail vehicle power converter system according to the embodiment 1 represents. The electrical current flow in the power converter system 1 from the time T1 at the time T2 who is in 2 are indicated is indicated by thick solid arrows. The electrical current flow in the power converter system 1 from the overhead line 3 via the current collector 4th passes through the high speed circuit breaker 11 , the sink 12 , and the line breaker 14th so that the electric current in the power converter 18th is entered. The electric current flows from the power converter 18th to the electric motor 5 to drive the electric motor 5 . The power converter 18th controls the electric motor 5 by controlling a magnetic flux component current and a torque component current.

Der Spannungsausgleichsteuerung, die durch die Steuerung 23 während des Leerlaufs durchgeführt wird, ist nachstehend beschrieben. Zum Zeitpunkt T2, die in 2 angegeben ist, wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben ist, fährt das Schienenfahrzeug im Leerlauf. Das bedeutet, dass das Schienenfahrzeug den Leerlaufbetrieb von dem Zeitpunkt T2 bis zu dem Zeitpunkt T4 durchführt. Zum Zeitpunkt T2, wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben ist, startet die Steuerung 23 die Spannungsausgleichssteuerung. Während der Spannungsausgleichssteuerung, nach dem Öffnen des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11, schließt die Steuerung 23 den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 und steuert den Elektrischer-Pfad-Schalter 13 und den Leistungswandler 18. Die voranstehend erläuterte Steuerung reduziert die Spannung des Filterkondensators 17.The voltage equalization control that is carried out by the controller 23 is performed while idling is described below. At the time T2 , in the 2 is specified, when the power travel command is no longer entered, the rail vehicle runs in idle. This means that the rail vehicle is idling from the point in time T2 until that point T4 performs. At the time T2 , if the power run command is no longer entered, the control starts 23 the voltage equalization control. During voltage equalization control, after opening the high-speed circuit breaker 11 closes the control 23 the power storage device circuit breaker 21st and controls the electrical path switch 13 and the power converter 18th . The control explained above reduces the voltage of the filter capacitor 17th .

Während der Spannungsausgleichssteuerung öffnet die Steuerung 23 den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und den Elektrischer-Pfad-Schalter 13, das bedeutet, öffnet den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und den Leitungsunterbrecher 14. Danach schließt die Steuerung 23 den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21. Durch Schalten der Schaltelemente TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1 und TRW2, die in dem Leistungswandler 18 vorhanden sind, zwischen dem geschlossenen Zustand und dem geöffneten Zustand, führt die Steuerung 23 nur einen Anregungsstrom dem Elektromotor 5 von dem Leistungswandler 18 zu. Da nur ein Anregungsstrom dem Elektromotor 5 zugeführt wird, wird der Elektromotor 5 nicht angetrieben. Wie voranstehend beschrieben reduziert das Durchführen der Spannungsausgleichssteuerung die Spannung des Filterkondensators 17 und reduziert die Spannungsdifferenz, die in 2 angegeben ist. Nach der Zeit T3 ist die Spannungsdifferenz geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung. Wenn die Schwellwertspannung auf einen Wert festgesetzt ist, der genügend gering ist, können die Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22, nach der Zeit T3, als angepasst betrachtet werden. Zum Zeitpunkt T3 beendet die Steuerung 23 die Spannungsausgleichssteuerung. Vom Zeitpunkt T3 bis zum Zeitpunkt T4 fließt der der elektrische Strom nicht zwischen dem Filterkondensator 17 und der Leistungsspeichereinrichtung 22.The control opens during the voltage equalization control 23 the high-speed circuit breaker 11 and the electrical path switch 13 , that is, opens the high-speed circuit breaker 11 and the line breaker 14th . The control then closes 23 the power storage device switch 19th and the power storage device circuit breaker 21st . By switching the switching elements TRU1 , TRU2 , TRV1 , TRV2 , TRW1 and TRW2 that are in the power converter 18th are present between the closed state and the open state, the control performs 23 only an excitation current to the electric motor 5 from the power converter 18th to. There is only one excitation current to the electric motor 5 is supplied, the electric motor 5 not powered. As described above, performing the voltage balance control reduces the voltage of the filter capacitor 17th and reduces the voltage difference in 2 is specified. After the time T3 the voltage difference is less than or equal to the Threshold voltage. If the threshold voltage is set to a value that is sufficiently low, the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd , after the time T3 to be considered adapted. At the time T3 terminates control 23 the voltage equalization control. From the time T3 until the time T4 the electric current does not flow between the filter capacitor 17th and the power storage device 22nd .

Ein elektrischer Stromfluss während der Spannungsausgleichssteuerung wird nachstehend beschrieben. 4 zeigt ein Diagramm, das einen elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem nach Ausführungsform 1 darstellt. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 1 von Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt T3, wie in 2 angegeben, ist durch dicke durchgezogene Pfeile angegeben. Der Leistungswandler 18 wandelt in dem Filterkondensator 17 gespeicherte Leistung und nur ein Anregungsstrom dem Elektromotor 5 zu. Die voranstehend benannte Steuerung reduziert die Spannung in dem Filterkondensator 17.An electric current flow during the voltage balance control will be described below. 4th FIG. 13 is a diagram showing an electric current flow in the rail vehicle power converter system according to the embodiment 1 represents. The electrical current flow in the power converter system 1 by time T2 until the time T3 , as in 2 indicated is indicated by thick solid arrows. The power converter 18th converts in the filter capacitor 17th stored power and only one excitation current to the electric motor 5 to. The control mentioned above reduces the voltage in the filter capacitor 17th .

Die durch die Steuerung 23 durchgeführte Steuerung nach der Spannungsausgleichssteuerung wird nachstehend beschrieben. Zum Zeitpunkt T3, wie in 2 angegeben, wenn die Spannungsdifferenz geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist, schließt die Steuerung 23 den Leitungsunterbrecher 14. Das bedeutet, dass die Steuerung 23 den Elektrischer-Pfad-Schalter 13 dazu steuert, den zweiten elektrischen Pfad zu schalten. Dann, beim Zeitpunkt T4, die in 2 angegeben ist, wenn zum Beispiel die Mastersteuerung der Fahrerkabine auf Bremsen gesetzt wird, wird der Bremsbefehl in die Steuerung 23 eingegeben. Beim Erlangen des Bremsbefehls, wenn die Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist, steuert die Steuerung 23 den Leistungswandler 18 dazu, die regenerative Ladesteuerung zum Zuführen der von dem Elektromotor 5 zu der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den zweiten elektrischen Pfad zugeführten Leistung zu starten. Mit der voranstehend benannten Steuerung wird die von dem Leistungswandler 18 gewandelte Leistung der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den zweiten elektrischen Pfad zugeführt. Dies bedeutet, dass der Leistungswandler 18 die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der Regenerativleistung lädt.The ones through the controller 23 control performed after the voltage equalization control will be described below. At the time T3 , as in 2 indicated when the voltage difference is less than or equal to the threshold voltage, the control closes 23 the line breaker 14th . That means the controller 23 the electrical path switch 13 controls to switch the second electrical path. Then, at the time T4 , in the 2 is specified, for example if the master control of the driver's cab is set to braking, the braking command is sent to the control 23 entered. When receiving the brake command when the difference between the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd is less than or equal to the threshold voltage, the controller controls 23 the power converter 18th in addition, the regenerative charge controller to supply the from the electric motor 5 to the power storage device 22nd to start power supplied via the second electrical path. With the control mentioned above, that of the power converter 18th converted power of the power storage device 22nd supplied via the second electrical path. This means that the power converter 18th the power storage device 22nd loads using the regenerative power.

Der elektrische Stromfluss in der regenerativen Ladesteuerung wird nachstehend beschrieben. 5 zeigt ein Diagramm, das den elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 1 nach dem Zeitpunkt T4, der in 2 angegeben ist, ist durch die dicken durchgezogenen Pfeile angegeben. Der Leistungswandler 18 wandelt die von dem Elektromotor 5 zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den Leitungsunterbrecher 14, den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19, die Spule 20 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 zu. Die Spule 20 glättet die elektrische Stromausgabe durch den Leistungswandler 18.The flow of electric current in the regenerative charge control is described below. 5 FIG. 13 is a diagram showing the flow of electric current in the rail vehicle power converter system according to the embodiment 1 represents. The electrical current flow in the power converter system 1 after the point in time T4 who is in 2 is indicated is indicated by the thick solid arrows. The power converter 18th converts the from the electric motor 5 supplied power and leads the converted power of the power storage device 22nd via the line breaker 14th , the power storage device switch 19th , the sink 20th and the power storage device circuit breaker 21st to. The sink 20th smooths the electrical current output by the power converter 18th .

Gemäß dem Leistungswandlersystem 1 kann ein Fluss des Überstroms in der Leistungsspeichereinrichtung 22 vermieden werden, weil die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der Regenerativleistung geladen wird, nachdem die Spannung des Filterkondensators 17 um ein Maß reduziert wird, das die Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 als passend angesehen werden, indem erlaubt wird, dass nur der Anregungsstrom zu dem Elektromotor 5 fließt.According to the power converter system 1 may be a flow of the overcurrent in the power storage device 22nd be avoided because the power storage device 22nd using the regenerative power is charged after the voltage of the filter capacitor 17th is reduced by an amount that the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd can be considered appropriate by allowing only the excitation current to go to the electric motor 5 flows.

Die Steuerung 23 kann die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs von, zum Beispiel, nicht dargestellten Geschwindigkeitssensor, einem Schienenfahrzeugsinformationsmanagementsystem, einer automatischen Zugsteuerung (ATC) erlangen und die voranstehend geschilderte Spannungsausgleichssteuerung nur durchführen, wenn die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs größer als oder gleich zu der Schwellwertgeschwindigkeit ist. Zum Beispiel ist die Schwellwertgeschwindigkeit ein unterer Grenzwert des Geschwindigkeitsbereichs während dem das regenerative Bremsen verfügbar ist, das bedeutet eine kritische Geschwindigkeit.The control 23 can obtain the speed of the rail vehicle from, for example, not shown speed sensor, a rail vehicle information management system, an automatic train control (ATC) and only perform the voltage compensation control described above when the speed of the rail vehicle is greater than or equal to the threshold speed. For example, the threshold speed is a lower limit of the speed range during which regenerative braking is available, that is, a critical speed.

Wenn die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung von der Gleichstromleistungsquelle zugeführte Leistung geladen wird, schließt die Steuerung 23 den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11, den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15, die Schalter CU2, CV2, CW2 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 und öffnet den Leitungsunterbrecher 14, den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19 und die Schalter CU1, CV1 und CW1. Aufgrund dessen, dass die Steuerung 23 den Leistungswandler 18 steuert, wandelt der Leistungswandler 18 die von der Gleichstromleistungsquelle zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den ersten elektrischen Pfad zu. In diesem Fall glätten die Spulen LU, LV und LW die elektrische Stromausgabe von dem Leistungswandler 18.When the power storage device 22nd is charged using power supplied from the DC power source, the controller closes 23 the high-speed circuit breaker 11 , the electrical path switching switch 15th , the switches CU2 , CV2 , CW2 and the power storage device circuit breaker 21st and opens the line breaker 14th , the power storage device switch 19th and the switches CU1 , CV1 and CW1 . Because of that the controller 23 the power converter 18th controls, the power converter converts 18th the power supplied from the direct-current power source and guides the converted power to the power storage device 22nd via the first electrical path to it. In this case, the coils will straighten LU , LV and LW the electrical power output from the power converter 18th .

Wenn der Elektromotor 5 durch die in der Leistungsspeichereinrichtung 22 gespeicherte Leistung angetrieben wird, schließt die Steuerung 23 den Leitungsunterbrecher 14, den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19, die Schalter CU1, CV1 und CW1 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21, und öffnet den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11, den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15 und die Schalter CU2, CV2 und CW2. Aufgrund dessen, dass die Steuerung 23 den Leistungswandler 18 steuert, wandelt der Leistungswandler 18 die von der Leistungsspeichereinrichtung 22 zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung dem Elektromotor 5 zu. In diesem Fall fließt der elektrische Strom in die Richtung entgegengesetzt zu den dicken durchgezogenen Pfeilen, in 5 dargestellt sind.When the electric motor 5 by those in the power storage device 22nd saved Power is driven, the control closes 23 the line breaker 14th , the power storage device switch 19th , the switches CU1 , CV1 and CW1 and the power storage device circuit breaker 21st , and opens the high-speed circuit breaker 11 , the electrical path switching switch 15th and the switches CU2 , CV2 and CW2 . Because of that the controller 23 the power converter 18th controls, the power converter converts 18th those from the power storage device 22nd supplied power and leads the converted power to the electric motor 5 to. In this case, the electric current flows in the opposite direction to the thick solid arrows in 5 are shown.

Ein Leistungswandlersystem 2, das verschieden von dem Leistungswandlersystem 1 konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben. Wie in der 6 dargestellt, weist das Leistungswandlersystem 2 einen Elektrischer-Pfad-Schalter 24 anstatt des Elektrischer-Pfad-Schalters 13 auf, der im Leistungswandlersystem 1 vorhanden ist, das in der 1 dargestellt ist. Ähnlich zu dem Elektrischer-Pfad-Schalter 13 weist der Elektrischer-Pfad-Schalter 24 den Leitungsunterbrecher 14, den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15 und den Widerstand 16 auf, obwohl Anordnungen dieser Komponenten voneinander abweichen. Der Elektrischer-Pfad-Schalter 24 schaltet zwischen dem ersten elektrischen Pfad, der durch den Leitungsunterbrecher 14 und den Widerstand 16 tritt und den zweiten elektrischen Pfad, der durch den Leitungsunterbrecher 14 und den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15 tritt.A power converter system 2 which is different from the power converter system 1 is configured is described below. Like in the 6th shown, the power converter system 2 an electrical path switch 24 instead of the electrical path switch 13 on that in the power converter system 1 exists that is in the 1 is shown. Similar to the electrical path switch 13 indicates the electrical path switch 24 the line breaker 14th , the electrical path switching switch 15th and the resistance 16 although arrangements of these components are different. The electrical path switch 24 switches between the first electrical path that goes through the line breaker 14th and the resistance 16 enters and the second electrical path that goes through the circuit breaker 14th and the electrical path switching switch 15th occurs.

Der Spannungsausgleich und das regenerative Laden, das durch das Leistungswandlersystem 2 durchgeführt werden, wenn gebremst wird, wird beaufschlagt, nachdem das Schienenfahrzeug in einem Leistungsfahrtbetrieb und dann in einem Leerlaufbetrieb fährt, wie nachstehend beschrieben. 7 zeigt eine Zeittafel, die einen Betrieb des Spannungsausgleichs und des regenerativen Ladens angibt, der durchgeführt wird durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1. 7 ist auf eine Weise ähnlich zu 2 bezeichnet. Die durch die Steuerung 23 durchgeführte Steuerung während der Leistungsfahrt wird nachstehend beschrieben. Ähnlich zu 2, am Zeitpunkt T1, wird der Leistungsfahrtbefehl in die Steuerung 23 eingegeben, während der Bremsbefehl nicht in die Steuerung 23 eingegeben wird. Während des Eingebens des Leistungsfahrtbefehls hält die Steuerung 23 den geschlossenen Zustand des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11, des Leitungsunterbrechers 14 und des Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalters 15 aufrecht. Zusätzlich, während der Eingabe des Leistungsfahrtbefehls erhält die Steuerung 23 den geöffneten Zustand des Leistungsspeichereinrichtungsschalters 19 und des Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrechers 21 aufrecht.The voltage equalization and regenerative charging provided by the power converter system 2 carried out when braking is applied after the rail vehicle runs in a power travel mode and then in an idling mode, as described below. 7th FIG. 13 is a timing chart indicating an operation of voltage equalization and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to the embodiment 1 . 7th is similar to in a way 2 designated. The ones through the controller 23 control performed during power travel is described below. Similar to 2 , at the time T1 , the power run command is sent to the controller 23 entered while the brake command is not in the controller 23 is entered. The control system stops while the power run command is being entered 23 the closed state of the high speed circuit breaker 11 , the line breaker 14th and the electrical path circuit switch 15th upright. In addition, while the power travel command is being entered, the control system receives 23 the open state of the power storage device switch 19th and the power storage device circuit breaker 21st upright.

Der elektrische Stromfluss während der Leistungsfahrt wird nachstehend beschrieben. 8 zeigt ein Diagramm, das den elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 2 vom Zeitpunkt T1 zum Zeitpunkt T2, die in 7 angegeben sind, wird durch die dicken durchgezogenen Pfeile angegeben. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 1 von der Oberleitung 3 über den Stromsammler 4 wird an den Leistungswandler 18 durch den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11, die Spule 12, den Leitungsunterbrecher 14 und den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15 eingegeben. Der elektrische Strom fließt von dem Leistungswandler 18 zu dem Elektromotor 5 zum Antreiben des Elektromotors 5. Der Leistungswandler 18 steuert den Elektromotor 5 durch Steuern eines Magnetflusskomponentenstroms und eines Momentenkomponentenstroms.The electrical current flow during power travel is described below. 8th FIG. 13 is a diagram showing the flow of electric current in the rail vehicle power converter system according to the embodiment 1 represents. The electrical current flow in the power converter system 2 from the time T1 at the time T2 , in the 7th is indicated by the thick solid arrows. The electrical current flow in the power converter system 1 from the overhead line 3 via the current collector 4th is sent to the power converter 18th through the high speed circuit breaker 11 , the sink 12 , the line breaker 14th and the electrical path switching switch 15th entered. The electric current flows from the power converter 18th to the electric motor 5 to drive the electric motor 5 . The power converter 18th controls the electric motor 5 by controlling a magnetic flux component current and a torque component current.

Die Spannungsausgleichsteuerung, die durch die Steuerung 23 während des Leerlaufs durchgeführt wird, wird nachstehend beschrieben. Zum Zeitpunkt T2, der in 7 angegeben ist, wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben wird, fährt das Schienenfahrzeug im Leerlauf. Zum Zeitpunkt T2, wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben wird, startet die Steuerung 23 die Spannungsausgleichssteuerung. Während der Spannungsausgleichssteuerung steuert die Steuerung 23 den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11, den Elektrischer-Pfad-Schalter 13, den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 und den Leistungswandler 18. Die voranstehend benannte Steuerung reduziert die Spannung des Filterkondensators 17.The voltage equalization control that is carried out by the controller 23 is performed while idling will be described below. At the time T2 who is in 7th is specified, if the power travel command is no longer entered, the rail vehicle runs in idle. At the time T2 , if the power run command is no longer entered, the control starts 23 the voltage equalization control. The controller controls during the voltage balance control 23 the high-speed circuit breaker 11 , the electrical path switch 13 , the power storage device circuit breaker 21st and the power converter 18th . The control mentioned above reduces the voltage of the filter capacitor 17th .

Während der Spannungsausgleichssteuerung öffnet die Steuerung 23 den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und den Elektrischer-Pfad-Schalter 13, das bedeutet, öffnet den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11, den Leitungsunterbrecher 14 und den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15. Dann, ähnlich zur 2, schließt die Steuerung 23 den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21. Die Steuerung 23 schaltet die Schaltelemente TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1 und TRW2, die in dem Leistungswandler 18 vorgesehen sind, zwischen dem geschlossenen Zustand und dem geöffneten Zustand, wodurch nur ein Anregungsstrom an den Elektromotor 5 von dem Leistungswandler 18 zugeführt wird. Da nur ein Anregungsstrom an den Elektromotor 5 zugeführt wird, wird der Elektromotor 5 nicht angetrieben. Wie voranstehend beschrieben reduziert die Spannungsausgleichssteuerung die Spannung des Filterkondensators 17 und verringert auch die Spannungsdifferenz, die in 7 angegeben ist. Nach dem Zeitpunkt T3 ist die Spannungsdifferenz geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung. Wenn die Schwellwertspannung auf einen Wert festgesetzt ist, der genügend gering ist, können die Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22, nach dem Zeitpunkt T3, als passend angesehen werden. Zum Zeitpunkt T3 endet die Steuerung 23 die Spannungsausgleichssteuerung. Vom Zeitpunkt T3 bis zum Zeitpunkt T4 fließt zwischen dem Filterkondensator 17 und der Leistungsspeichereinrichtung 22 kein Strom.The control opens during the voltage equalization control 23 the high-speed circuit breaker 11 and the electrical path switch 13 , that is, opens the high-speed circuit breaker 11 , the line breaker 14th and the electrical path switching switch 15th . Then, similar to the 2 closes the control 23 the power storage device switch 19th and the power storage device circuit breaker 21st . The control 23 switches the switching elements TRU1 , TRU2 , TRV1 , TRV2 , TRW1 and TRW2 that are in the power converter 18th are provided between the closed state and the open state, whereby only an excitation current to the electric motor 5 from the power converter 18th is fed. There is only one excitation current to the electric motor 5 is supplied, the electric motor 5 not powered. As described above, the Voltage equalization control the voltage of the filter capacitor 17th and also reduces the voltage difference that in 7th is specified. According to the point in time T3 the voltage difference is less than or equal to the threshold voltage. If the threshold voltage is set to a value that is sufficiently low, the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd , according to the time T3 to be considered appropriate. At the time T3 control ends 23 the voltage equalization control. From the time T3 until the time T4 flows between the filter capacitor 17th and the power storage device 22nd no electricity.

Der elektrische Stromfluss während der Spannungsausgleichssteuerung wird nachstehend beschrieben. Ähnlich zu dem Leistungswandlersystem 1 wandelt der Leistungswandler 18, der in dem Leistungswandlersystem 2 vorhanden ist, in dem Filterkondensator 17 gespeicherte Leistung und führt nur ein Anregungsstrom an den Elektromotor 5 von dem Zeitpunkt T2 bis zu dem Zeitpunkt T3, der in 7 angegeben ist, zu wodurch die Spannung des Filterkondensators 17 reduziert wird.The electric current flow during the voltage balance control will be described below. Similar to the power converter system 1 converts the power converter 18th that is in the power converter system 2 is present in the filter capacitor 17th stored power and only leads an excitation current to the electric motor 5 from the time T2 until that point T3 who is in 7th is indicated to thereby reducing the voltage of the filter capacitor 17th is reduced.

Die durch die Steuerung 23 durchgeführte Steuerung nach der Spannungsausgleichssteuerung wird nachstehend beschrieben. Zum Zeitpunkt T3, der in 7 angegeben ist, wenn die Spannungsdifferenz geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist, schließt die Steuerung 23 den Leitungsunterbrecher 14 und den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15. Das bedeutet, dass die Steuerung 23 den Elektrischer-Pfad-Schalter 13 steuert, den zweiten elektrischen Pfad zu schalten. Dann beim Zeitpunkt T4, der in 7 angegeben ist, wird der Bremsbefehl an die Steuerung 23 eingegeben. Nach dem Erlangen des Bremsbefehls, wenn die Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators 17 und der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist, steuert die Steuerung 23 den Leistungswandler 18 dazu, die regenerative Ladesteuerung zum Zuführen der von dem Elektromotor 5 an die Leistungsspeichereinrichtung 22 über den zweiten elektrischen Pfad zu starten. Mit der voranstehend benannten Steuerung wird die durch den Leistungswandler 18 gewandelte Leistung die Leistungsspeichereinrichtung 22 über den zweiten elektrischen Pfad zugefügt. Das bedeutet, dass der Leistungswandler 18 die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der regenerativen Leistung lädt.The ones through the controller 23 control performed after the voltage equalization control will be described below. At the time T3 who is in 7th is indicated when the voltage difference is less than or equal to the threshold voltage, the control closes 23 the line breaker 14th and the electrical path switching switch 15th . That means the controller 23 the electrical path switch 13 controls to switch the second electrical path. Then at the time T4 who is in 7th is specified, the brake command is sent to the controller 23 entered. After obtaining the brake command when the difference between the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd is less than or equal to the threshold voltage, the controller controls 23 the power converter 18th in addition, the regenerative charge controller to supply the from the electric motor 5 to the power storage device 22nd to start via the second electrical path. With the above-mentioned control, the power converter 18th converted power the power storage device 22nd added via the second electrical path. That means the power converter 18th the power storage device 22nd charges using the regenerative power.

Der elektrische Stromfluss während der regenerativen Ladesteuerung wird nachstehend beschrieben. 9 zeigt ein Diagramm, das den elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 darstellt. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 2 nach dem Zeitpunkt T4, der in 7 angegeben wird, ist durch dicke durchgezogene Pfeile angegeben. Der Leistungswandler 18 wandelt die von dem Elektromotor 5 zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung an die Leistungsspeichereinrichtung 22 über den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15, den Leitungsunterbrecher 14, den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19, die Spule 20 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 zu.The electric current flow during regenerative charge control will be described below. 9 FIG. 13 is a diagram showing the flow of electric current in the rail vehicle power converter system according to the embodiment 1 represents. The electrical current flow in the power converter system 2 after the point in time T4 who is in 7th is indicated by thick solid arrows. The power converter 18th converts the from the electric motor 5 supplied power and leads the converted power to the power storage device 22nd via the electrical path circuit switch 15th , the line breaker 14th , the power storage device switch 19th , the sink 20th and the power storage device circuit breaker 21st to.

Ähnlich zu dem Leistungswandlersystem 1 und gemäß dem Leistungswandlersystem 2 kann das Fließen eines Überstroms in der Leistungsspeichereinrichtung 22 vermieden werden, weil die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der regenerativen Leistung geladen wird, nachdem die Spannung des Filterkondensators 17 um ein Maß reduziert wurde, das die des Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 als passend angesehen werden.Similar to the power converter system 1 and according to the power converter system 2 may cause an overcurrent to flow in the power storage device 22nd be avoided because the power storage device 22nd using the regenerative power is charged after the voltage of the filter capacitor 17th has been reduced by an amount equal to that of the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd be considered appropriate.

Ähnlich zu dem Leistungswandlersystem 1 ist die voranstehend beschriebene Spannungsausgleichssteuerung durch die Steuerung 23 des Leistungswandlersystems 2 nur erlaubt, wenn die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs größer als oder gleich zu der Schwellwertgeschwindigkeit ist.Similar to the power converter system 1 is the above-described voltage balance control by the controller 23 of the power converter system 2 only allowed if the speed of the rail vehicle is greater than or equal to the threshold speed.

Wenn die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der von der Gleichstromleistungsquelle zugeführten Leistung geladen wird, schließt die Steuerung 23 den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11, den Leitungsunterbrecher 14, die Schalter CU2, CV2 und CW2 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 und öffnet den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15, den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19 und die Schalter CU1, CV1 und CW1. Aufgrund dessen, dass die Steuerung 23 den Leistungswandler 18 steuert, wandelt der Leistungswandler 18 die von der Gleichstromleistungsquelle zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den ersten elektrischen Pfad zu. In diesem Fall glätten die Spulen LU, LV und LW den durch den Leistungswandler 18 ausgegebenen elektrischen Strom.When the power storage device 22nd is charged using the power supplied from the DC power source, the controller closes 23 the high-speed circuit breaker 11 , the line breaker 14th , the switches CU2 , CV2 and CW2 and the power storage device circuit breaker 21st and opens the electrical path circuit switch 15th , the power storage device switch 19th and the switches CU1 , CV1 and CW1 . Because of that the controller 23 the power converter 18th controls, the power converter converts 18th the power supplied from the direct-current power source and guides the converted power to the power storage device 22nd via the first electrical path to it. In this case, the coils will straighten LU , LV and LW the one through the power converter 18th electrical power output.

Wenn der Elektromotor 5 durch den in der Leistungsspeichereinrichtung 22 gespeicherte Leistung angetrieben wird, schließt die Steuerung 23 den Leitungsunterbrecher 14, den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15, den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19, die Schalter CU1, CV1 und CW1 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21 und öffnet den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und die Schalter CU2, CV2 und CW2. Aufgrund dessen, dass die Steuerung 23 den Leistungswandler 18 steuert, wandelt der Leistungswandler 18 die von der Leistungsspeichereinrichtung 22 zugeführte Leistung und führt die gewandelte Leistung dem Elektromotor 5 zu. In diesem Fall fließt der elektrische Strom in die Richtung entgegengesetzt zu den dicken durchgezogenen Pfeilen, die in 9 angegeben sind.When the electric motor 5 by the one in the power storage device 22nd stored power is driven, the control closes 23 the line breaker 14th , the electrical path switching switch 15th , the power storage device switch 19th , the switches CU1 , CV1 and CW1 and the power storage device circuit breaker 21st and opens the high speed circuit breaker 11 and the switches CU2 , CV2 and CW2 . Because of that the controller 23 the power converter 18th controls, the power converter converts 18th those of the Power storage device 22nd supplied power and leads the converted power to the electric motor 5 to. In this case, the electric current flows in the direction opposite to the thick solid arrows shown in 9 are specified.

10 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs des Spannungsausgleichs und regenerativen Ladens angibt, der durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 ausgeführt wird. Die Steuerung 23 wiederholt die Verarbeitung des Schritts S11, währenddessen der Leistungsfahrtbefehl eingegeben wird (Ja in Schritt S11). Die Steuerung 23 führt Spannungsausgleichssteuerung (Schritt S12) durch, wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben wird (Nein in Schritt S11). Wenn die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung des Filterkondensators 17 und der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 nicht geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist (Nein in Schritt S13), wird die Verarbeitung in Schritt S13 wiederholt. Wenn die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung des Filterkondensators 17 und der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist (Ja in Schritt S13), fährt die Steuerung 23 die Verarbeitung mit der Verarbeitung des Schritts S14 fort. Die Steuerung 23 steuert den Elektrischer-Pfad-Schalter 13 zum Schalten des zweiten elektrischen Pfads (Schritt S14). Wenn der Bremsbefehl nicht erlangt wird (Nein in Schritt S15), wird Verarbeitung in Schritt S15 wiederholt. Wenn der Bremsbefehl erlangt wird (Ja in Schritt S15), führt die Steuerung 23 die regenerative Ladesteuerung durch (Schritt S16). Die Steuerung 23 führt regenerative Ladesteuerung durch, zum Beispiel, bis die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs geringer als oder gleich zu der kritischen Geschwindigkeit ist. Wenn die Verarbeitung in Schritt S16 fertiggestellt ist, beenden die Leistungswandlersysteme 1 und 2 die Verarbeitung. 10 FIG. 12 is a flowchart indicating an example of the operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to the embodiment 1 is performed. The control 23 repeats the processing of the step S11 , during which the power travel command is entered (yes in step S11 ). The control 23 performs voltage equalization control (step S12 ) if the power travel command is no longer entered (no in step S11 ). When the voltage difference between the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd is not less than or equal to the threshold voltage (No in step S13 ), the processing is done in step S13 repeated. When the voltage difference between the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd is less than or equal to the threshold voltage (Yes in step S13 ), the control moves 23 the processing with the processing of the step S14 away. The control 23 controls the electrical path switch 13 to switch the second electrical path (step S14 ). If the brake command is not obtained (no in step S15 ), will be processing in step S15 repeated. When the brake command is obtained (yes in step S15 ), controls 23 the regenerative charge control (step S16 ). The control 23 performs regenerative charge control, for example, until the rail vehicle speed is less than or equal to the critical speed. When processing in step S16 is completed, the power converter systems terminate 1 and 2 the processing.

11 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Betriebs des Spannungsausgleichs und des regenerativen Ladens angibt, das durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 1 durchgeführt wird. Die Verarbeitung in den Schritten S11 bis S16 ist dieselbe wie die der 10. Wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben wird (Nein in Schritt S11) und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs größer als oder gleich zu der Schwellwertgeschwindigkeit ist (Ja in Schritt S17), führt die Steuerung 23 eine Spannungsausgleichssteuerung (Schritt S12) durch. Wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben wird (Nein in Schritt S11) und die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs geringer als die Schwellwertgeschwindigkeit ist (Nein in Schritt S17), beenden die Leistungswandlersysteme 1 und 2 die Verarbeitung. Dies bedeutet, dass die Leistungsspeichereinrichtung 22 nicht unter Nutzung der regenerativen Leistung geladen wird. 11 FIG. 13 is a flowchart indicating another example of the operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to the embodiment 1 is carried out. Processing in steps S11 to S16 is the same as that of the 10 . If the power travel command is no longer entered (no in step S11 ) and the speed of the rail vehicle is greater than or equal to the threshold speed (yes in step S17 ), controls 23 a voltage equalization control (step S12 ) by. If the power travel command is no longer entered (no in step S11 ) and the speed of the rail vehicle is lower than the threshold speed (no in step S17 ), terminate the power converter systems 1 and 2 the processing. This means that the power storage device 22nd is not charged using the regenerative power.

Wie voranstehend beschrieben kann in dem Leistungswandlersystem 1 und 2 gemäß Ausführungsform 1, das Fließen eines Überstroms in der Leistungsspeichereinrichtung 22 vermieden werden, weil die Leistungsspeichereinrichtung 22 geladen wird unter Nutzung der regenerativen Leistung nach dem Reduzieren der Spannung des Filterkondensators 17 um ein Maß, das die Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 als passend angesehen werden, indem erlaubt wird, dass nur der Anregungsstrom zu dem Elektromotor 5 von dem Leistungswandler 18 fließt. Das Fließen des Anregungsstroms zu dem Elektromotor 5 von dem Leistungswandler 18 reduziert die Spannung des Filterkondensators 17 und dadurch ist das Aufnehmen eines neuen Schaltkreises zum Reduzieren der Spannung des Filterkondensators 17 unnötig. Daher kann das Fließen eines Überstroms in der Leistungsspeichereinrichtung 22 vermieden werden, ohne die Struktur zu verkomplizieren. Das Schalten zwischen dem geschlossenen Zustand und dem geöffneten Zustand der Schaltelemente TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1 und TRW2, die in dem Leistungswandler 18 vorhanden sind, ist ausreichend zum Reduzieren der Spannung des Filterkondensators 17. Weil es keinen Bedarf an einem Betrieb des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11, des Leitungsunterbrechers 14, des Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalters 15, des Leistungsspeichereinrichtungsschalters 19 und des Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrechers 21 gibt, kann eine Verkürzung der Lebenszeit der Geräte aufgrund eines wiederholten Öffnens und Schließens unterdrückt werden.As described above, in the power converter system 1 and 2 according to embodiment 1 , the flow of an overcurrent in the power storage device 22nd be avoided because the power storage device 22nd is charged using the regenerative power after reducing the voltage of the filter capacitor 17th by a measure that corresponds to the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd can be considered appropriate by allowing only the excitation current to go to the electric motor 5 from the power converter 18th flows. The flow of the excitation current to the electric motor 5 from the power converter 18th reduces the voltage of the filter capacitor 17th and thereby the addition of new circuitry for reducing the voltage of the filter capacitor 17th unnecessary. Therefore, an overcurrent can flow in the power storage device 22nd can be avoided without complicating the structure. Switching between the closed state and the open state of the switching elements TRU1 , TRU2 , TRV1 , TRV2 , TRW1 and TRW2 that are in the power converter 18th is sufficient to reduce the voltage of the filter capacitor 17th . Because there is no need for high speed circuit breaker operation 11 , the line breaker 14th , the electrical path circuit switch 15th , the power storage device switch 19th and the power storage device circuit breaker 21st there, a shortening of the service life of the devices due to repeated opening and closing can be suppressed.

Ausführungsform 2Embodiment 2

Der Spannungsausgleich und das regenerative Laden, das durch das Leistungswandlersystem 1 gemäß Ausführungsform 2 durchgeführt werden, werden nachstehend beschrieben. Die Konfiguration eines Leistungswandlersystems 1 gemäß Ausführungsform 2 ist dieselbe wie die des Leistungswandlersystems 1 gemäß der Ausführungsform 1, die in 1 dargestellt ist. 12 zeigt eine Zeittafel, die den Betrieb des Spannungsausgleichs und des regenerativen Ladens angibt, die durchgeführt werden durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung. 12 ist auf eine Weise ähnlich zu der 2 bezeichnet. Die durch die Steuerung 23 durchgeführte Steuerung, die in dem Leistungswandlersystem 1 gemäß Ausführungsform 2 vorhanden ist, von dem Zeitpunkt T1 zu dem Zeitpunkt T2 ist ähnlich zu der des Beispiels der 2. Zusätzlich ist der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 1 von dem Zeitpunkt T1 zu dem Zeitpunkt T2 ähnlich zu dem des Beispiels der 3.The voltage equalization and regenerative charging provided by the power converter system 1 according to embodiment 2 are described below. The configuration of a power converter system 1 according to embodiment 2 is the same as that of the power converter system 1 according to the embodiment 1 , in the 1 is shown. 12 FIG. 12 is a timing chart indicating the operations of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to the embodiment 2 of the present disclosure. 12 is similar to that in a way 2 designated. The ones through the controller 23 control performed in the power converter system 1 according to embodiment 2 is available, from the time T1 at the time T2 is similar to that of the example of the 2 . Additionally, the electrical current flow is in the power converter system 1 from the time T1 at the time T2 similar to that of the example of the 3 .

Zu dem Zeitpunkt T2, der in 12 angegeben ist, wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger eingegeben wird, startet die Steuerung 23 die Spannungsausgleichssteuerung zum Reduzieren der Spannung des Filterkondensators 17 durch Steuern des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11, des Elektrischer-Pfad-Schalters 13, des Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrechers 21 und des Leistungswandlers 18.At the time T2 who is in 12 is specified, if the power run command is no longer entered, the control starts 23 the voltage equalization control for reducing the voltage of the filter capacitor 17th by controlling the high speed circuit breaker 11 , the electrical path switch 13 , the power storage device circuit breaker 21st and the power converter 18th .

Die Spannungsausgleichssteuerung wird nachstehend beschrieben. Während der Spannungsausgleichssteuerung öffnet die Steuerung 23 den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und schaltet den Elektrischer-Pfad-Schalter 13 auf den ersten elektrischen Pfad, das bedeutet, die Steuerung 23 öffnet den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 und den Leitungsunterbrecher 14 und schließt den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15. Dann schließt die Steuerung 23 den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21. Die Steuerung 23 öffnet die Schaltelemente TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1 und TRW2, die in dem Leistungswandler 18 vorhanden sind, um den Leistungswandler 18 zu stoppen. Aufgrund solch eines Betriebs fließt elektrischer Strom in der Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Filterkondensator 17 über den ersten elektrischen Pfad. Das Durchführen der Spannungsausgleichssteuerung reduziert die Spannung in dem Filterkondensator 17 und setzt auch die Spannungsdifferenz herab, die in 12 angegeben ist. Nach dem Zeitpunkt T3 ist die Spannungsdifferenz geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung.The voltage balance control is described below. The control opens during the voltage equalization control 23 the high-speed circuit breaker 11 and switches the electrical path switch 13 on the first electrical path, that is, the control 23 opens the high-speed circuit breaker 11 and the line breaker 14th and closes the electrical path circuit switch 15th . Then the control closes 23 the power storage device switch 19th and the power storage device circuit breaker 21st . The control 23 opens the switching elements TRU1 , TRU2 , TRV1 , TRV2 , TRW1 and TRW2 that are in the power converter 18th are present to the power converter 18th to stop. Due to such an operation, electric current flows in the power storage device 22nd from the filter capacitor 17th via the first electrical path. Performing the voltage balance control reduces the voltage in the filter capacitor 17th and also reduces the voltage difference that is in 12 is specified. According to the point in time T3 the voltage difference is less than or equal to the threshold voltage.

Der elektrische Stromfluss während der Spannungsausgleichssteuerung ist nachstehend beschrieben. 13 zeigt ein Diagramm, das den elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 2 angibt. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 1 von dem Zeitpunkt T2 zu dem Zeitpunkt T3, die in 12 angegeben sind, ist durch dicke durchgezogene Pfeile angegeben. Durch Stoppen des Leistungswandlers 18 fließt der elektrische Strom in die Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Filterkondensator 17 über den ersten elektrischen Pfad, wodurch sich die Spannung des Filterkondensators 17 reduziert.The electric current flow during the voltage balance control is described below. 13 FIG. 13 is a diagram showing the flow of electric current in the rail vehicle power converter system according to the embodiment 2 indicates. The electrical current flow in the power converter system 1 from the time T2 at the time T3 , in the 12 are indicated is indicated by thick solid arrows. By stopping the power converter 18th the electric current flows into the power storage device 22nd from the filter capacitor 17th via the first electrical path, which increases the voltage of the filter capacitor 17th reduced.

Die durch die Steuerung 23 durchgeführte Steuerung nach der Spannungsausgleichssteuerung wird nachstehend beschrieben. Zum Zeitpunkt T3, der in 12 angegeben ist, wenn die Spannungsdifferenz geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist, schließt die Steuerung 23 den Leitungsunterbrecher 14 und öffnet den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15. Dies bedeutet, dass die Steuerung 23 steuert den Elektrischer-Pfad-Schalter 13 dazu steuert, zu dem zweiten elektrischen Pfad zu schalten. Dann zum Zeitpunkt T4, der in 12 angegeben ist, wird der Bremsbefehl in die Steuerung 23 eingegeben. Nach dem Erlangen des Bremsbefehls, wenn die Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators 17 und der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist, startet die Steuerung 23 durch Steuern des Leistungswandlers 18, die regenerative Ladesteuerung zum Zuführen der von dem Elektromotor 5 zu der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den zweiten elektrischen Pfad zugeführten Leistung. Mit der voranstehend benannten Steuerung wird die durch den Leistungswandler 18 gewandelte Leistung zu der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den zweiten elektrischen Pfad zugeführt.The ones through the controller 23 control performed after the voltage equalization control will be described below. At the time T3 who is in 12 is indicated when the voltage difference is less than or equal to the threshold voltage, the control closes 23 the line breaker 14th and opens the electrical path circuit switch 15th . This means that the controller 23 controls the electrical path switch 13 controls to switch to the second electrical path. Then at the time T4 who is in 12 is specified, the brake command is sent to the controller 23 entered. After obtaining the brake command when the difference between the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd is less than or equal to the threshold voltage, control starts 23 by controlling the power converter 18th , the regenerative charge controller for supplying the from the electric motor 5 to the power storage device 22nd power supplied via the second electrical path. With the above-mentioned control, the power converter 18th converted power to the power storage device 22nd supplied via the second electrical path.

In dem Leistungswandlersystem 1 gemäß Ausführungsform 2 kann das Fließen von Überstrom in der Leistungsspeichereinrichtung 22 vermieden werden, weil die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der regenerativen Leistung geladen wird, nachdem die Spannung des Filterkondensators 17 um ein Maß reduziert wurde, das die Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 als passend angesehen werden, aufgrund des Fließens des elektrischen Stroms zu der Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Filterkondensator 17 über den Widerstand 16.In the power converter system 1 according to embodiment 2 can prevent overcurrent from flowing in the power storage device 22nd be avoided because the power storage device 22nd using the regenerative power is charged after the voltage of the filter capacitor 17th was reduced by an amount that corresponds to the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd are considered appropriate due to the flow of the electric current to the power storage device 22nd from the filter capacitor 17th about the resistance 16 .

Ähnlich zur Ausführungsform 1 kann die Steuerung 23 die voranstehend beschriebene Spannungsausgleichssteuerung nur durchführen, wenn die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs größer als oder gleich zu der Schwellwertgeschwindigkeit ist. Der durch die Steuerung 23 durchgeführte Betrieb, wenn die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der von der Gleichstromleistungsquelle zugeführten Leistung geladen wird und wenn der Elektromotor 5 durch die in der Leistungsspeichereinrichtung 22 gespeicherte Leistung angetrieben wird, ist ähnlich zu der des Leistungswandlersystems 1 gemäß Ausführungsform 1.Similar to the embodiment 1 can control 23 Carry out the voltage compensation control described above only if the speed of the rail vehicle is greater than or equal to the threshold speed. The one through the control 23 operation performed when the power storage device 22nd is charged using the power supplied from the DC power source and when the electric motor 5 by those in the power storage device 22nd stored power is driven is similar to that of the power converter system 1 according to embodiment 1 .

Der Betrieb des Leistungswandlersystems 2 gemäß Ausführungsform 2, der ein Spannungsausgleich und ein regeneratives Laden ausführt, wird nachstehend beschrieben. Die Konfiguration des Leistungswandlersystems 2 gemäß Ausführungsform 2 ist ähnlich zu der des Leistungswandlersystems 2 gemäß Ausführungsform 1, die in 6 dargestellt ist. 14 zeigt eine Zeittafel, die den Betrieb des Spannungsausgleichs und des regenerativen Ladens angibt, der durch das Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 2 durchgeführt wird. 14 ist auf eine Weise ähnlich zu der der 7 bezeichnet. Die durch die Steuerung 23, die in dem Leistungswandlersystem 2 gemäß Ausführungsform 2 vorgesehen ist vom Zeitpunkt T1 zum Zeitpunkt T2 durchgeführte Steuerung ist ähnlich zu der der 7. Zusätzlich ist der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 2 von dem Zeitpunkt T1 zu dem Zeitpunkt T2 ähnlich zu dem des Beispiels der 8.The operation of the power converter system 2 according to embodiment 2 that performs voltage equalization and regenerative charging will be described below. The configuration of the power converter system 2 according to embodiment 2 is similar to that of the power converter system 2 according to embodiment 1 , in the 6th is shown. 14th FIG. 12 is a timing chart indicating the operation of voltage compensation and regenerative charging performed by the rail vehicle power conversion system according to the embodiment 2 is carried out. 14th is in a way similar to that of the 7th designated. The ones through the controller 23 that are in the power converter system 2 according to embodiment 2 is provided by the time T1 at the time T2 control performed is similar to that of 7th . Additionally, the electrical current flow is in the power converter system 2 from the time T1 at the time T2 similar to that of the example of the 8th .

Wenn der Leistungsfahrtbefehl nicht länger zum Zeitpunkt T2 eingegeben wird, der in 14 angegeben ist, startet die Steuerung 23 die Spannungsausgleichssteuerung zum Reduzieren der Spannung des Filterkondensators 17 durch Steuern des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11, des Elektrischer-Pfad-Schalters 13, des Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrechers 21 und des Leistungswandlers 18.If the power travel command is no longer at the time T2 entered in 14th is specified, the controller starts 23 the voltage equalization control for reducing the voltage of the filter capacitor 17th by controlling the high speed circuit breaker 11 , the electrical path switch 13 , the power storage device circuit breaker 21st and the power converter 18th .

Während der Spannungsausgleichssteuerung öffnet die Steuerung 23 den Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher 11 zum Steuern des Elektrischer-Pfad-Schalters 13 zum Schalten des zu dem ersten elektrischen Pfad, das bedeutet, dem Öffnen des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers 11 und des Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalters 15. Dann, ähnlich zu 7, schließt die Steuerung 23 den Leistungsspeichereinrichtungsschalter 19 und den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher 21. Die Steuerung 23 öffnet die Schaltelemente TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1 und TRW2, die in dem Leistungswandler 18 vorhanden sind, zum Stoppen des Leistungswandlers 18. Aufgrund eines solchen Betriebs fließt der elektrische Strom in der Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Filterkondensator 17 über den ersten elektrischen Pfad. Das Durchführen der Spannungsausgleichssteuerung reduziert die Spannung des Filterkondensators 17 und verringert auch die Spannungsdifferenz, die in 14 angegeben ist. Nachdem Zeitpunkt T3 ist die Spannungsdifferenz geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung.The control opens during the voltage equalization control 23 the high-speed circuit breaker 11 to control the electrical path switch 13 for switching the to the first electrical path, that is, opening the high speed circuit breaker 11 and the electrical path circuit switch 15th . Then, similar to 7th closes the control 23 the power storage device switch 19th and the power storage device circuit breaker 21st . The control 23 opens the switching elements TRU1 , TRU2 , TRV1 , TRV2 , TRW1 and TRW2 that are in the power converter 18th are present to stop the power converter 18th . Due to such an operation, the electric current flows in the power storage device 22nd from the filter capacitor 17th via the first electrical path. Performing the voltage equalization control reduces the voltage of the filter capacitor 17th and also reduces the voltage difference that in 14th is specified. After time T3 the voltage difference is less than or equal to the threshold voltage.

Der elektrische Stromfluss während der Spannungsausgleichssteuerung wird nachstehend beschrieben. 15 zeigt ein Diagramm, das den elektrischen Stromfluss in dem Schienenfahrzeugleistungswandlersystem gemäß Ausführungsform 2 darstellt. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 2 von dem Zeitpunkt T2 zu dem Zeitpunkt T3, die in 14 angegeben sind, ist durch dicke durchgezogene Pfeile angegeben. Durch Stoppen des Leistungswandlers 18 fließt der elektrische Strom in der Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Filterkondensator 17 über den ersten elektrischen Pfad, wodurch die Spannung des Filterkondensators 17 reduziert wird.The electric current flow during the voltage balance control will be described below. 15th FIG. 13 is a diagram showing the flow of electric current in the rail vehicle power converter system according to the embodiment 2 represents. The electrical current flow in the power converter system 2 from the time T2 at the time T3 , in the 14th are indicated is indicated by thick solid arrows. By stopping the power converter 18th the electric current flows in the power storage device 22nd from the filter capacitor 17th via the first electrical path, reducing the voltage of the filter capacitor 17th is reduced.

Die durch die Steuerung 23 nach der Spannungsausgleichssteuerung durchgeführte Steuerung wird nachstehend beschrieben. Wenn die Spannungsdifferenz geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung zum Zeitpunkt T3, der in 14 angegeben ist, schließt die Steuerung 23 den Elektrischer-Pfad-Schaltungs-Schalter 15. Dies bedeutet, dass die Steuerung 23 den Elektrischer-Pfad-Schalter 13 dazu steuert, den zweiten elektrischen Pfad zu schalten. Dann wird der Bremsbefehl in die Steuerung 23 zum Zeitpunkt T4 eingegeben, der in 14 angegeben ist. Nach dem Erlangen des Bremsbefehls, wenn die Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators 17 und der Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 geringer als oder gleich zu der Schwellwertspannung ist, startet die Steuerung 23, durch Steuern des Leistungswandlers 18, die regenerative Ladesteuerung zum Zuführen der von dem Elektromotor 5 zur Leistungsspeichereinrichtung 22 zugeführten Leistung über den zweiten elektrischen Pfad. Mit der voranstehend benannten Steuerung wird die von dem Leistungswandler 18 gewandelte Leistung der Leistungsspeichereinrichtung 22 über den zweiten elektrischen Pfad zugeführt. Der elektrische Stromfluss in dem Leistungswandlersystem 2 nach dem Zeitpunkt T4 ist ähnlich zu dem der 9.The ones through the controller 23 Control performed after the voltage balance control will be described below. If the voltage difference is less than or equal to the threshold voltage at the time T3 who is in 14th is specified, the control closes 23 the electrical path circuit switch 15th . This means that the controller 23 the electrical path switch 13 controls to switch the second electrical path. Then the brake command is sent to the controller 23 at the time T4 entered in 14th is specified. After obtaining the brake command when the difference between the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd is less than or equal to the threshold voltage, control starts 23 , by controlling the power converter 18th , the regenerative charge controller for supplying the from the electric motor 5 to the power storage device 22nd supplied power via the second electrical path. With the control mentioned above, that of the power converter 18th converted power of the power storage device 22nd supplied via the second electrical path. The electrical current flow in the power converter system 2 after the point in time T4 is similar to that of the 9 .

Ähnlich zu dem Leistungswandlersystem 1 gemäß Ausführungsform 2 wird in dem Leistungswandlersystem 2 gemäß Ausführungsform 2 das Fließen von Überstrom in der Leistungsspeichereinrichtung 22 vermieden, weil die Leistungsspeichereinrichtung 22 geladen wird unter Nutzung der regenerativen Leistung nach dem Reduzieren der Spannung des Filterkondensators 17 um ein Maß, das die Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 als passend angesehen werden, aufgrund des Flusses des elektrischen Stroms zu der Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Filterkondensator 17 über den Widerstand 16.Similar to the power converter system 1 according to embodiment 2 becomes in the power converter system 2 according to embodiment 2 the flow of overcurrent in the power storage device 22nd avoided because the power storage device 22nd is charged using the regenerative power after reducing the voltage of the filter capacitor 17th by a measure that corresponds to the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd are considered appropriate due to the flow of the electric current to the power storage device 22nd from the filter capacitor 17th about the resistance 16 .

Ähnlich zu dem Leistungswandlersystem 1, auch in dem Leistungswandlersystem 2, ist das Durchführen durch die Steuerung 23 der voranstehend beschriebenen Spannungsausgleichssteuerung erlaubt nur, wenn die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs größer als oder gleich zu der Schwellwertgeschwindigkeit ist. Der durch die Steuerung 23 durchgeführte Betrieb, wenn die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der von der Gleichstromleistungsquelle zugeführten Leistung geladen wird und wenn der Elektromotor 5 durch die in der Leistungsspeichereinrichtung 22 gespeicherte Leistung angetrieben wird, ist ähnlich zu der des Leistungswandlersystems 2 gemäß Ausführungsform 1.Similar to the power converter system 1 , also in the power converter system 2 , is executed by the controller 23 the voltage compensation control described above only allows if the speed of the rail vehicle is greater than or equal to the threshold speed. The one through the control 23 operation performed when the power storage device 22nd is charged using the power supplied from the DC power source and when the electric motor 5 by those in the power storage device 22nd stored power is driven is similar to that of the power converter system 2 according to embodiment 1 .

Der Betrieb des regenerativen Ladens, der durch die Leistungswandlersysteme 1 und 2 gemäß Ausführungsform 2 durchgeführt wird, ist ähnlich zu dem der Beispiele der 10 und 11.The operation of regenerative charging through the power converter systems 1 and 2 according to embodiment 2 is similar to that of the examples of 10 and 11 .

Wie voranstehend beschrieben, in dem Leistungswandlersystem 1 und 2 gemäß Ausführungsform 2, kann der Fluss des Überstroms in der Leistungsspeichereinrichtung 22 vermieden werden, weil die Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der regenerativen Leistung geladen wird, nachdem die Spannung des Filterkondensators 17 um ein Maß reduziert wurde, das die Spannung des Filterkondensators 17 und die Spannung der Leistungsspeichereinrichtung 22 als passend angesehen werden, aufgrund des Fließens des elektrischen Stroms zu der Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Filterkondensator 17 über den Widerstand 16. Der Fluss des elektrischen Stroms in der Leistungsspeichereinrichtung 22 von dem Filterkondensator 17 über den Widerstand 16 reduziert die Spannung des Filterkondensators 17. Der Widerstand 16 ist vorher zum Laden der Leistungsspeichereinrichtung 22 unter Nutzung der Gleichstromleistungsquelle installiert und daher ist das Aufnehmen eines neuen Schaltkreises zum Reduzieren der Spannung des Filterkondensators 17 unnötig. Daher kann das Fließen des Überstroms zu der Leistungsspeichereinrichtung 22 vermieden werden, ohne die Struktur zu verkomplizieren. As described above, in the power converter system 1 and 2 according to embodiment 2 , the flow of the overcurrent in the power storage device 22nd be avoided because the power storage device 22nd using the regenerative power is charged after the voltage of the filter capacitor 17th was reduced by an amount that corresponds to the voltage of the filter capacitor 17th and the voltage of the power storage device 22nd are considered appropriate due to the flow of the electric current to the power storage device 22nd from the filter capacitor 17th about the resistance 16 . The flow of electric current in the power storage device 22nd from the filter capacitor 17th about the resistance 16 reduces the voltage of the filter capacitor 17th . The resistance 16 is prior to charging the power storage device 22nd installed utilizing the DC power source and therefore the incorporation of new circuitry for reducing the voltage of the filter capacitor 17th unnecessary. Therefore, the overcurrent can flow to the power storage device 22nd can be avoided without complicating the structure.

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die voranstehenden Ausführungsformen beschränkt. Die voranstehend beschriebenen Konfigurationen der Schaltungen sind Beispiele.Embodiments of the present disclosure are not limited to the above embodiments. The above-described configurations of the circuits are examples.

Das Voranstehende beschreibt einige beispielhafte Ausführungsformen zu Erläuterungszwecken. Obwohl die voranstehende Diskussion spezifische Ausführungsformen präsentiert hat, werden Fachleute erkennen, dass Änderungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne sich von dem breiteren Geist und Geltungsbereich der Erfindung zu entfernen. Demgemäß sind die Beschreibung und Zeichnungen erläuternd statt auf einschränkende Weise aufzunehmen. Diese detaillierte Beschreibung ist daher nicht auf beschränkende Weise aufzunehmen und der Geltungsbereich der Erfindung ist nur durch die anschließenden Ansprüche definiert, zusammen mit dem vollen Bereich von Äquivalenten der solchen Ansprüchen zuerkannt wird.The foregoing describes some exemplary embodiments for purposes of illustration. While the foregoing discussion has presented specific embodiments, those skilled in the art will recognize that changes can be made in form and detail without departing from the broader spirit and scope of the invention. Accordingly, the specification and drawings are to be included in an illustrative rather than a restrictive sense. It is therefore not intended that this detailed description be taken in a limiting sense, and that the scope of the invention be defined only by the following claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are accorded.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1, 21, 2
SchienenfahrzeugleistungswandlersystemRail vehicle power converter system
33
Oberleitung Overhead line
44th
StromsammlerCurrent collector
55
ElektromotorElectric motor
1111
HochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecherHigh speed circuit breaker
12, 20, LU, LV, LW12, 20, LU, LV, LW
SpuleKitchen sink
13, 2413, 24
Elektrischer-Pfad-SchalterElectrical path switch
1414th
LeitungsunterbrecherLine breaker
1515th
Elektrischer-Pfad-Schaltungs-SchalterElectrical Path Circuit Switch
1616
Widerstandresistance
1717th
FilterkondensatorFilter capacitor
1818th
LeistungswandlerPower converter
1919th
LeistungsspeichereinrichtungsschalterPower storage device switch
2121st
Leistungsspeichereinrichtungs-SchaltkreisunterbrecherPower storage device circuit breakers
2222nd
LeistungsspeichereinrichtungPower storage device
2323
Steuerungcontrol
CU1, CU2, CV1, CV2, CW1, CW2CU1, CU2, CV1, CV2, CW1, CW2
Schaltercounter
DU1, DU2, DV1, DV2, DW1, DW2DU1, DU2, DV1, DV2, DW1, DW2
RückflussdiodeReflux diode
TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1, TRW2TRU1, TRU2, TRV1, TRV2, TRW1, TRW2
SchaltelementSwitching element
V1, V2V1, V2
SpannungsdetektorVoltage detector

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • JP 2013211964 [0004]JP 2013211964 [0004]

Claims (4)

Schienenfahrzeugleistungswandlersystem, mit: einem Leistungswandler, der eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, um (i) von der Primärseite zugeführte Leistung zu wandeln und die gewandelte Leistung an einen mit der Sekundärseite verbundenen elektrischen Motor zuzuführen, oder (ii) von dem elektrischen Motor zugeführte Leistung zu wandeln und die gewandelte Leistung der Primärseite zuzuführen; einem Filterkondensator, der mit der Primärseite des Leistungswandlers verbunden ist; einem Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher zum Öffnen oder Schließen eines elektrischen Pfads zwischen einer Gleichstromleistungsquelle und dem Leistungswandler; einem Elektrischer-Pfad-Schalter, der zwischen dem Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher und dem Leistungswandler angeordnet ist, um elektrische Pfade zwischen dem Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher und dem Leistungswandler zu schalten oder zu öffnen; einer Leistungsspeichereinrichtung, die einen positiven Anschluss, der mit einem Kontaktpunkt des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers und dem Elektrischer-Pfad-Schalter verbunden ist, und einen negativen Anschluss aufweist, der mit einem negativen Anschluss der Primärseite des Leistungswandlers verbunden ist; einem Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher, der zwischen dem positiven Anschluss der Leistungsspeichereinrichtung und einem Kontaktpunkt des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers und dem Elektrischer-Pfad-Schalter angeordnet ist; und einer Steuerung zum Steuern des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers, des Elektrischer-Pfad-Schalters, des Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrechers und des Leistungswandlers, wobei der Elektrischer-Pfad-Schalter zwischen einem ersten elektrischen Pfad, der einen Widerstand aufweist, und einem zweiten elektrischen Pfad, der keinen Widerstand aufweist, schaltet, die Steuerung eine Spannungsausgleichssteuerung zum Reduzieren einer Spannung des Filterkondensators ausführt, wenn ein Leistungsbefehl nicht länger in einem Zustand eingegeben wird, in dem der Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrecher geschlossen ist, Leistung zu dem Leistungswandler über den zweiten elektrischen Pfad des Elektrischer-Pfad-Schalters zugeführt wird, der Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher geöffnet ist und der Leistungsbefehl eingegeben wird, während der Spannungsausgleichssteuerung die Steuerung, nach dem Öffnen des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers, den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher schließt und den Elektrischer-Pfad-Schalter und den Leistungswandler steuert, die Steuerung den Elektrischer-Pfad-Schalter dazu steuert, zu dem zweiten elektrischen Pfad zu schalten, wenn eine Differenz zwischen der Spannung des Filterkondensators und einer Spannung der Leistungsspeichereinrichtung geringer als oder gleich zu einer Schwellwertspannung aufgrund der Spannungsausgleichssteuerung ist, und beim Erlangen eines Bremsbefehls nach einem Schalten zu dem zweiten elektrischen Pfad die Steuerung, durch Steuern des Leistungswandlers, eine regenerative Ladesteuerung zum Zuführen der von dem elektrischen Motor zugeführten Leistung an die Leistungsspeichereinrichtung über den zweiten elektrischen Pfad durchführt.Rail vehicle power converter system, with: a power converter having a primary side and a secondary side to (i) convert power supplied from the primary side and supply the converted power to an electric motor connected to the secondary side, or (ii) convert power supplied from the electric motor and the to supply converted power to the primary side; a filter capacitor connected to the primary side of the power converter; a high speed circuit breaker for opening or closing an electrical path between a DC power source and the power converter; an electrical path switch disposed between the high speed circuit breaker and the power converter to switch or open electrical paths between the high speed circuit breaker and the power converter; a power storage device having a positive terminal connected to a contact point of the high-speed circuit breaker and the electrical path switch and a negative terminal connected to a negative terminal of the primary side of the power converter; a power storage device circuit breaker disposed between the positive terminal of the power storage device and a contact point of the high-speed circuit breaker and the electrical path switch; and a controller for controlling the high-speed circuit breaker, the electrical path switch, the power storage device circuit breaker and the power converter, in which the electrical path switch switches between a first electrical path which has a resistance and a second electrical path which has no resistance, the controller executes a voltage equalization control for reducing a voltage of the filter capacitor when a power command is no longer input in a state in which the high-speed circuit breaker is closed, power is supplied to the power converter through the second electrical path of the electrical path switch, the power storage device -Circuit breaker is open and the power command is entered, during voltage equalization control, after opening the high-speed circuit breaker, the controller closes the power storage device circuit breaker and controls the electrical path switch and power converter, the controller controls the electrical path switch to switch to the second electrical path when a difference between the voltage of the filter capacitor and a voltage of the power storage device is less than or equal to a threshold voltage due to the voltage balance control, and upon obtaining a braking command after switching to the second electrical path, the controller performs regenerative charge control by controlling the power converter for supplying the power supplied from the electric motor to the power storage device via the second electrical path. Schienenfahrzeugleistungswandlersystem nach Anspruch 1, wobei während der Spannungsausgleichssteuerung die Steuerung den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher schließt, nach dem Öffnen des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers und des Elektrischer-Pfad-Schalters, und durch Steuern des Leistungswandlers, nur einen Anregungsstrom an den elektrischen Motor von dem Leistungswandler zugeführt.Rail vehicle power converter system according to Claim 1 wherein during the voltage equalization control, the controller closes the power storage device circuit breaker, after opening the high speed circuit breaker and the electrical path switch, and by controlling the power converter, only an excitation current is supplied to the electric motor from the power converter. Schienenfahrzeugleistungswandlersystem nach Anspruch 1, wobei während der Spannungsausgleichssteuerung, nach dem Öffnen des Hochgeschwindigkeitsschaltkreisunterbrechers, die Steuerung den Leistungsspeichereinrichtungs-Schaltkreisunterbrecher schließt und elektrischen Strom an die Leistungsspeichereinrichtung über den ersten elektrischen Pfad von dem Filterkondensator sendet durch Stoppen des Betriebs des Leistungswandlers und Steuern des Elektrischer-Pfad-Schalters zum Schalten zu dem ersten elektrischen Pfad.Rail vehicle power converter system according to Claim 1 wherein during the voltage equalization control, after opening the high-speed circuit breaker, the controller closes the power storage device circuit breaker and sends electric power to the power storage device through the first electric path from the filter capacitor by stopping the operation of the power converter and controlling the electric path switch to switch to the first electrical path. Schienenfahrzeugleistungswandlersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung eine Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs erlangt, das durch den elektrischen Motor angetrieben ist, und die Steuerung die Spannungsausgleichssteuerung durchführt, wenn die Geschwindigkeit größer als oder gleich zu einer Schwellwertgeschwindigkeit ist.Rail vehicle power converter system according to one of the Claims 1 to 3 wherein the controller acquires a speed of a rail vehicle driven by the electric motor, and the controller performs the voltage balance control when the speed is greater than or equal to a threshold speed.
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