JP2010268546A

JP2010268546A - 待機型車両用電源装置

Info

Publication number: JP2010268546A
Application number: JP2009116038A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Suzuki; 修一鈴木
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】フィルタコンデンサ電荷の放電完了を待たずにすばやく健全側系に切替えることで、電源装置の電力中断時間を短くする。
【解決手段】故障時に正常な回路へ切替可能な電力変換装置を提供する。すなわち、インバータ１（７−１）に異常が発生した場合、高速度遮断器（１）、充電抵抗器短絡スイッチ（４）、遮断器１（５−１）をオフする。その後放電用スイッチ１（９−１）をオンしフィルタコンデンサ１（６−１）の電荷を放電する。このときインバータ２（７−２）が出力可能なように切替スイッチ（１０）を切り替える。高速度遮断器（１）、遮断器２（５−２）をオンすることで充電抵抗器（３）を介しフィルタコンデンサ２（６−２）の充電が開始される。そして、フィルタコンデンサ２（６−２）の充電完了後充電抵抗器短絡スイッチ（４）をオンし、インバータ２（７−２）の運転を開始することで電源装置から負荷側へ電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両内へ電力を供給する待機型車両用電源装置に関する。

車両用電源装置は、主に電動空気圧縮機、空調装置、蛍光灯等に電力を供給している。これらの機器は鉄道車両の運行に重要な機器であり電源装置が停止した場合には車両の運行に支障をきたしてしまうため、電源装置に冗長系を持たせる必要があった。

冗長系を持たせる方法として、文献１に示されている故障した場合に健全電源に切替える待機型電源装置がある。図４は、従来の構成図である。インバータ１（ＩＮＶ１）７−１が正常に運転している場合は、高速度遮断器（ＨＢ）１、充電抵抗器短絡スイッチ（ＳＷ１）４、遮断器１（ＬＢ１）５−１がオン状態、放電用スイッチ１（ＳＷ２−１）９−１はオフした状態である。何らかの異常でインバータ１（ＩＮＶ１）７−１が停止した場合インバータ２（ＩＮＶ２）７−２へ切替える運転を継続する。このとき異常があったインバータ１（ＩＮＶ１）７−１が短絡していることも予想される。そのまま遮断器２（ＬＢ２）５−２をオンした場合、正常であるインバータ２（ＩＮＶ２）７−２も動作できなくなってしまうため、遮断器２（ＬＢ２）５−２をオンする前に遮断器１（ＬＢ１）５−１をオフする必要がある。このときフィルタコンデンサ１（ＦＣ１）６−１に充電された電荷は、安全上放電することが望ましいため、放電用スイッチ１（ＳＷ２−１）９−１をオンしフィルタコンデンサ１（ＦＣ１）６−１の電荷を放電後、遮断器（ＬＢ２）５−２をオンした後インバータ２（ＩＮＶ２）７−２を運転していた。

このように従来の方式では、健全な電源への切り替え時間がフィルタコンデンサの電荷を放電する時間に依存しており、特に夜間に異常があった場合には、車内の蛍光灯が消えてしまう時間が長くなることより乗客に不安を与えるなどの問題点があった。

特開２００６−７４９１６号公報

従来の待機型電源装置では、故障時の切り替えにフィルタコンデサの電荷放電後、健全側に切替える必要があるため、フィルタコンデンサの電荷が放電完了するまでインバータの運転ができないため負荷側に電力の供給が出来なかった。

そこで本発明の目的は、フィルタコンデンサ電荷の放電完了を待たずにすばやく健全側系に切替えることで、電源装置の電力中断時間を短くすることを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、放電用スイッチ、放電抵抗器をそれぞれの回路に個別に設けること、および各回路を開放用する遮断器１および遮断器２の後ろ側にこの放電回路を構成することで、遮断器１または遮断器２をオフした状態でフィルタコンデンサ１、フィルタコンデンサ２の電荷を他方の回路に影響を受けないで放電可能にするものである。

すなわち、請求項１の発明によれば、
電源と、高速遮断器と、フィルタリアクトルと、フィルタコンデンサ充電回路と、
回路開放用接触器、フィルタコンデンサ、フィルタコンデンサ放電回路を供えたインバータを２台並列接続し、
該２台のインバータの交流出力に切り替え可能な切替器とを備えることで、故障時に該故障回路の回路開放用接触器を開放し、故障していない回路の回路開放用接触器を投入し、インバータを運転することを特徴とする車両用電源装置である。

請求項２の発明によれば、
電源と、高速遮断器と、フィルタリアクトルと、フィルタコンデンサ充電回路と、
フィルタコンデンサ、フィルタコンデンサ放電回路を供えたインバータを２台並列接続し、
それぞれの該フィルタコンデンサ間に接触器にダイオードを介して接続した放電回路を持ち、該２台のインバータの交流出力に切り替え可能な切替器とを備えることで、故障時に該故障回路の回路開放用接触器を開放し、故障していない回路の回路開放用接触器を投入し、インバータを運転することを特徴とする車両用電源装置である。

請求項３の発明によれば、
請求項１に記載の回路開放用接触器と、放電回路を個別に設けることで、故障した回路のフィルタコンデンサに充電された電荷の放電完了を待つことなく、正常な回路に切替えることができることを特徴とする車両用電源装置である。

請求項４の発明によれば、
請求項２に記載の回路開放用接触器と、ダイオードを介した放電回路を設けることで、故障した回路のフィルタコンデンサに充電された電荷の放電完了を待つことなく、正常な回路に切替えることができることを特徴とする車両用電源装置である。

本発明では、従来フィルタコンデサの放電時間に依存していた、異常発生時の健全側インバータへの切り替え時間をフィルタコンデンサの放電時間に依存することなく短時間で切り替え可能となり、電源装置の停電時間の短縮が図れる。

本発明の第一の実施形態を示す構成図。本発明の異常時切り替え動作を示したタイミング図。本発明の第二の実施形態を示す構成図。従来の一例を示す構成図。

以下本発明の具体的実施の形態について説明する。

図１は本発明の第一の実施例を示す構成図である。直流電源＋側である電車線と電源装置間を切り離す高速度遮断器（ＨＢ）１、フィルタリアクトル（ＦＬ）２、充電抵抗器短絡スイッチ（ＳＷ１）４を直列に接続し、その先にインバータ回路を分割するための遮断器１（ＬＢ１）５−１、フィルタコンデンサ１（ＦＣ１）６−１、インバータ１（ＩＮＶ）７−１が接続される。またフィルタコンデンサ１（ＦＣ１）６−１の両端に放電用スイッチ（ＳＷ２−１）８−１、放電抵抗器１（ＤＣＨＲ１）９−１を接続する。同様に遮断器２（ＬＢ２）５−２、フィルタコンデンサ２（ＦＣ２）６−２、インバータ２（ＩＮＶ２）７−２、放電用接触器２（ＳＷ２−２）９−２、放電抵抗器２（ＤＣＨＲ２）９−２で回路を構成したものが並列に接続する。各インバータの出力側には、切替スイッチ（切替ＳＷ）１０が接続され動作しているインバータに連動し電力を出力する。その後波形整形用ＡＣフィルタ１１を通し、変圧器（Ｔｒ）１２により所定の電圧に変換、絶縁し負荷回路へ電力を供給する。

図２は、インバータ１（ＩＮＶ１）７−１に異常が発生し、停止後に健全なインバータ２（ＩＮＶ２）へ切り替わる状態を図示したものである。異常発生タイミングをｔ１とし同時に高速度遮断器（ＨＢ）１、充電抵抗器短絡スイッチ（ＳＷ１）４、遮断器１（ＬＢ１）５−１をオフする。その後放電用スイッチ１（ＳＷ２−１）９−１をオンしフィルタコンデンサ１（ＦＣ１）６−１の電荷を放電する。このときインバータ２（ＩＮＶ２）が出力可能なように切替スイッチ（切替ＳＷ）１０を切り替える。次にｔ２のタイミングで高速度遮断器（ＨＢ）１、遮断器２（ＬＢ２）５−２をオンすることで充電抵抗器（ＣＨＲ）３を介しフィルタコンデンサ２（ＦＣ２）６−２の充電が開始される。フィルタコンデンサ２（ＦＣ２）６−２の充電が完了するタイミングｔ３で充電抵抗器短絡スイッチ（ＳＷ１）４がオンし、インバータ２（ＩＮＶ２）７−２の運転を開始することで電源装置から負荷側へ電力を供給する。ただし上記切替スイッチ（切替ＳＷ）１０を切り替えるタイミングは例であり、必ずこのタイミングで切替える必要はない。

なお、インバータ２（ＩＮＶ２）７−２の動作中に異常があり、インバータ１（ＩＮＶ１）７−１に切り替わる場合、図２の示した断流器１（ＬＢ１）６−１と断流器２（ＬＢ２）６−２、フィルタコンデンサ１（ＦＣ１）７−１とフィルタコンデンサ１（ＦＣ２）７−２、放電用スイッチ１（ＳＷ２−１）８−１と放電用スイッチ１（ＳＷ２−２）８−２、インバータ１（ＩＮＶ１）７−１とインバータ２（ＩＮＶ２）７−２がそれぞれ逆の動作することでインバータ２（ＩＮＶ２）７−２からインバータ１（ＩＮＶ１）７−１へと切り替わる。

すなわち各回路間を開放することで、異常があるインバータ回路の放電動作がもう健全なインバータ回路の動作を制限することがないため、異常がある回路の放電完了を待たずに健全側のフィルタコンデンサの充電が可能となり、切り替え時間を短縮した待機型車両用電源装置を提供可能である。

図３は本発明の第二の実施例を示す構成図である。放電用スイッチ１（ＳＷ２−１）９−１の先のダイオード１（Ｄ１）１３−１、放電用スイッチ２（ＳＷ２−２）９−２の先のダイオード２（Ｄ２）１３−２を接続し、各ダイオードのカソード側つき合わせて放電抵抗器１（ＤＣＨＲ１）８−１を介して直流電源−側へ接続する放電回路で構成したことを特徴とする。なお、その他の構成は、第一の実施例と同一である。また切り替え時の動作についても第一の実施例と同一となる。

すなわち第二の実施例においても、異常があるインバータ回路の放電動作がもう健全なインバータ回路の動作を制限することがないため、異常がある回路の放電完了を待たずに健全側フィルタコンデンサの充電が可能になり切り替え時間を短縮した待機型車両用電源装置を提供可能である。

電力変換装置について、故障時に、フィルタコンデンサ電荷の放電完了を待たずにすばやく正常な回路へ切り替えることを可能とする。

１高速度遮断器
２フィルタリアクトル
３充電抵抗器
４充電抵抗器短絡スイッチ
５−１遮断器１
５−２遮断器２
６−１フィルタコンデンサ１
６−２フィルタコンデンサ２
７−１インバータ１
７−２インバータ２
８−１放電抵抗器１
８−２放電抵抗器２
９−１放電用スイッチ１
９−２放電用スイッチ２
１０切替スイッチ
１１ＡＣフィルタ
１２変圧器
１３−１ダイオード１
１３−２ダイオード２

Claims

電源と、高速遮断器と、フィルタリアクトルと、フィルタコンデンサ充電回路と、
回路開放用接触器、フィルタコンデンサ、フィルタコンデンサ放電回路を供えたインバータを２台並列接続し、
該２台のインバータの交流出力に切り替え可能な切替器とを備えることで、故障時に該故障回路の回路開放用接触器を開放し、故障していない回路の回路開放用接触器を投入し、インバータを運転することを特徴とする車両用電源装置。
電源と、高速遮断器と、フィルタリアクトルと、フィルタコンデンサ充電回路と、
フィルタコンデンサ、フィルタコンデンサ放電回路を供えたインバータを２台並列接続し、
それぞれの該フィルタコンデンサ間に接触器にダイオードを介して接続した放電回路を持ち、該２台のインバータの交流出力に切り替え可能な切替器とを備えることで、故障時に該故障回路の回路開放用接触器を開放し、故障していない回路の回路開放用接触器を投入し、インバータを運転することを特徴とする車両用電源装置。
請求項１に記載の回路開放用接触器と、放電回路を個別に設けることで、故障した回路のフィルタコンデンサに充電された電荷の放電完了を待つことなく、正常な回路に切替えることができることを特徴とする車両用電源装置。
請求項２に記載の回路開放用接触器と、ダイオードを介した放電回路を設けることで、故障した回路のフィルタコンデンサに充電された電荷の放電完了を待つことなく、正常な回路に切替えることができることを特徴とする車両用電源装置。