JP2012060792A - 電気車用電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルなどの巻物の巻線から鉄心へ流れる高周波の電流及び電圧の発生を抑制することにより、効果的に誘導障害の原因を除去する。
【解決手段】実施形態に係る電気車用電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換し負荷を駆動するインバータ８と、インバータ８に供給される直流電流を濾波する直流フィルタリアクトル４と、直流フィルタリアクトル４の入出力配線が挿入されるコア１４とを具備する。
【選択図】 図２

Description

この発明の実施形態は、鉄道電気車用の補助電源装置あるいは主電動機を駆動する主変換装置等の電力変換装置に関する。

一般に、例えば電気車用電源装置においては、架線から電力を受け取り、電気車の照明や空調装置などに電源を供給する。この電気車用電源装置は、ＩＧＢＴなどの半導体のスイッチングデバイスを高周波でスイッチングして、直流電圧を交流電圧に変換する。

電気車用電源装置のスイッチングデバイスがスイッチングする時、高周波の電圧変化や電流変化が生じ電磁界が変化する。その結果、電磁界変化により誘導されたノイズが、電気車の運行に使用されている様々な種類の信号機器に影響を与え、時には誤動作させることがある。また、このようなノイズがレールに放出されると、レールには例えば軌道回路などのための信号が伝送されているため、そのような信号の品質（Ｓ／Ｎ比）が低下する。このような障害を誘導障害と言う。

電気車用電源装置内に使用される変圧器やリアクトルなど、巻物と呼ばれる部品においては、巻線の鉄心が電気車用電源装置の筐体に例えば直付けされている。従って、巻線と鉄心間の浮遊キャパシタを介して、鉄心から電気車用電源装置の筐体へ、そして車体ならびにレールに上記したノイズとして、高周波の電流及び電圧が発生する。

電気車用電源装置内の電線や導体と筐体の間でも誘導ノイズが発生するが、巻線と鉄心により発生する誘導ノイズより他の機器に与える影響は少ない。従って、巻物のノイズの流出を抑制することは、誘導障害の影響を抑制する上で大きな効果を得ることができる。

従って本発明の実施形態は、リアクトルなどの巻物の巻線から鉄心へ流れる高周波の電流及び電圧の発生を抑制することにより、効果的に誘導障害の原因を除去することを目的とする。

本発明の実施形態に係る電気車用電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換し負荷を駆動するインバータと、前記インバータに供給される直流電流を濾波する直流フィルタリアクトルと、前記直流フィルタリアクトルの入出力配線が挿入されるコアとを具備する。

本発明の実施形態が適用される電気車用電源装置の主回路構成を示す図である。 図１に記載した直流フィルタリアクトル４にコア１４を設けた例を示す図である。 直流フィルタリアクトル４の実際の配線の様子を示す図である。 交流フィルタリアクトル９の各相の巻線にノイズ抑制用のコア１４を設けた例を示す図である。 交流フィルタリアクトル９の全相の巻線に対して１つのノイズ抑制用コア１４を共通に設けた例を示す図である。 直流フィルタリアクトル４と交流フィルタリアクトル９に対して１つのコア１４を設けた例を示す図である。 インバータ出力の変圧器１０にコア１４を設けた例を示す図である。 直流フィルタリアクトル４と交流フィルタリアクトル９と変圧器１０に対して１つのコア１４を設けた例を示す図である。

以下、本発明に係る電気車用電力変換装置の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の実施例では本発明を電気車の空調あるいは照明用電源装置に適用した場合を説明するが、本発明はこれに限らず、電気車の主電動機を駆動する主電力変換装置等の電力変換装置にも同様に適用できる。

図１は、本発明の実施形態が適用される電気車用電源装置の主回路構成を示す図である。

架線１からパンタグラフ２を通して電気車用電源装置（ＳＩＶ）１２に直流電力が供給され、電源装置１２は車輪１８等を介して接地されている。電気車用電源装置１２は、接触器３、直流フィルタリアクトル４、ＣＨＳユニット２０、フィルタコンデンサ（ＦＣ）７、インバータ８、交流フィルタリアクトル９、ダイオード１１、交流フィルタコンデンサ１３、変圧器１０等で構成される。

インバータ８は、架線１からパンタグラフ２、接触器３、ＣＨＳユニット２０を介して供給される直流電力を交流電力に変換する。直流フィルタリアクトル４はインバータ８に供給される直流電流を濾波する。フィルタコンデンサ７は、インバータ８に供給される直流電圧を平滑化する。ＣＨＳユニット２０は、入力フィルタコンデンサ７に電荷を最初に蓄積する際に、突入電流を抑制するため、一定時間は抵抗５を介してコンデンサ７に架線電圧を供給し、電荷が蓄積された後、短絡スイッチ６により抵抗５を短絡する。

インバータ８の出力電圧は、交流フィルタリアクトル９、交流フィルタコンデンサ１３を介して変圧器１０の１次側に供給される。交流フィルタリアクトル９及び交流フィルタコンデンサ１３は、インバータ８の出力電流を濾波する。変圧器１０の二次側には、電気車の空調、照明などの負荷が接続される。変圧器１０は、インバータ８から供給される交流電圧を所定の電圧に降圧し、照明及び空調等の負荷に降圧された電圧を供給する。

図２は、図１に記載した直流フィルタリアクトル４にコア１４を設けた例を示し、図３は実際の配線の様子を示す。コア１４にフィルタリアクトル４の入出力配線１５を通してノイズ対策を施す。鉄心１６は装置筐体にアースライン１７を介して接続するか、又は装置筐体にねじ止めすることにより接地される。この場合、フィルタリアクトル４の入出力電流の大きさは同一で方向が逆であるから、コア１４により配線のインダクタンスが効果的に増加し、ノイズとしての高周波電流の発生が防止される。従って、筐体にノイズ電流が流れ出すことはない。尚、アースライン１７もコア１４に通すと更にノイズ抑制の効果が上がる場合がある。

従来は電源装置１２の例えば入出力配線１９をコアに通してノイズ対策をしていたが、ノイズ抑制が十分とはいえない。インバータ８が動作する時、高周波電流が発生しフィルタリアクトル４を流れる。この時、フィルタリアクトル４の鉄心に発生したノイズ電流は容易に筐体に流れ込む。この結果従来の方法では、電源装置筐体を介して車両のフレーム（車体）にノイズ電流が流れ、車両に搭載されている各種電子機器に誘導障害を引き起こしていた。又、このノイズ電流は車輪１８を介してレールを流れるので、レールを信号伝送路として使用する軌道回路等にも誘導障害を引き起こす。

本実施例によれば、入力フィルタリアクトル４の巻線（コイル）１９から鉄心１６に発生するノイズを抑制し、結果的に電気車用電源装置から電気車の車体に発生するノイズを抑制できるので、上記のような誘導障害を防止できる。尚、本実施例は、主電動機を駆動するＶＶＶＦインバータ用の入力直流フィルタリアクトルにも適用できる。

次に、図１及び図４を用いて実施例２を説明する。

図４は、図１に記載した交流フィルタリアクトル９の各相の巻線９ｕ、９ｖ、９ｗにノイズ抑制用のコア１４ｕ、１４ｖ、１４ｗを設けた例を示す。すなわち、コア１４ｕ、１４ｖ、１４ｗに、各相の巻線９ｕ、９ｖ、９ｗの入出力配線をそれぞれ通してノイズ対策を施す。

本実施例によれば、交流フィルタリアクトル９の巻線から鉄心に発生するノイズを抑制し、結果的に電気車用電源装置から電気車の車体に発生するノイズを抑制することができる。

次に、図１及び図５を用いて実施例３を説明する。

図５は、図１に記載した交流フィルタリアクトル９の全相の巻線９ｕ、９ｖ、９ｗに対して１つのノイズ抑制用コア１４を共通に設けた例を示す。すなわち、コア１４に全相の巻線９ｕ、９ｖ、９ｗの入出力配線１５を通してノイズ対策を施す。

本実施の形態によれば、交流フィルタリアクトル９の巻線から鉄心に発生するノイズを抑制し、結果的に電気車用電源装置１２から電気車の車体に発生するノイズを抑制することができる。

次に、図１及び図６を用いて実施例４を説明する。

図６は、図１に記載した直流フィルタリアクトル４と交流フィルタリアクトル９に対して１つのコア１４を設けた例を示す。すなわち、直流フィルタリアクトル４の入出力配線１５ａ及び交流フィルタリアクトル９の入出力配線１５ｂを、共通のコア１４に通してノイズ対策を施す。

本実施の形態によれば、直流フィルタリアクトル４と交流フィルタリアクトル９の巻線から鉄心に発生するノイズを抑制し、結果的に電気車用電源装置から電気車の車体に発生するノイズを抑制することができる。

次に、図１及び図７を用いて実施例５を説明する。

図７は、図１に記載したインバータ出力端に接続される変圧器１０にコア１４を設けた例を示す。すなわち、変圧器１０の一次及び２次巻線の入出力配線１５を共通のコア１４に通してノイズ対策を施す。この例では、変圧器１０のアースライン１７もコア１４を通っている。

本実施の形態によれば、変圧器１０の巻線から鉄心に発生するノイズを抑制し、結果的に電気車用電源装置から電気車の車体に発生するノイズを抑制することができる。

次に、図１及び図８を用いて実施例６を説明する。

図８は、図１に記載した直流フィルタリアクトル４と交流フィルタリアクトル９と変圧器１０に対して１つのコア１４を設けた例を示す。すなわち、直流フィルタリアクトル４の入出力配線１５ａ、交流フィルタリアクトル９の入出力配線１５ｂ、変圧器１０の入出力配線１５ｃを、共通のコア１４に通してノイズ対策を施す。

本実施の形態によれば、直流フィルタリアクトル４と交流フィルタリアクトル９と変圧器１０の各巻線から各鉄心に発生するノイズを抑制し、結果的に電気車用電源装置から電気車の車体に発生するノイズを抑制することができる。

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

１…架線、２…パンタグラフ、１２…電気車用電源装置、３…接触器、４…直流フィルタリアクトル、５…ＦＣ充電抵抗器、６…ＦＣ充電抵抗器短絡スイッチ、７…直流フィルタコンデンサ、８…インバータ、９…交流フィルタリアクトル、１０…変圧器、１１…ダイオード、１２…電気車用電源装置、１３…交流フィルタコンデンサ、１４…コア。

Claims (6)

1. 直流電力を交流電力に変換し負荷を駆動するインバータと、
   前記インバータに供給される直流電流を濾波する直流フィルタリアクトルと、
   前記直流フィルタリアクトルの入出力配線が挿入されるコアと、
   を具備することを特徴とする電気車用電力変換装置。
2. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータに供給される直流電流を濾波する直流フィルタリアクトルと、
   前記インバータの出力電流を濾波する交流フィルタリアクトルと、
   前記交流フィルタリアクトルを介して供給される前記インバータの出力電圧を降圧し、負荷に降圧された交流電力を供給する変圧器と、
   前記交流フィルタリアクトルの各相巻線の入出力配線がそれぞれ挿入される３つのコアと、
   を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
3. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータに供給される直流電流を濾波する直流フィルタリアクトルと、
   前記インバータの出力電流を濾波する交流フィルタリアクトルと、
   前記交流フィルタリアクトルを介して供給される前記インバータの出力電圧を降圧し、負荷に降圧された交流電力を供給する変圧器と、
   前記交流フィルタリアクトルの全相の巻線の入出力配線が挿入されるコアと、
   を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
4. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータに供給される直流電流を濾波する直流フィルタリアクトルと、
   前記インバータの出力電流を濾波する交流フィルタリアクトルと、
   前記交流フィルタリアクトルを介して供給される前記インバータの出力電圧を降圧し、負荷に降圧された交流電力を供給する変圧器と、
   前記直流フィルタリアクトルの入出力配線及び前記交流フィルタリアクトルの全相の巻線の入出力配線が挿入されるコアと、
   を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
5. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータに供給される直流電流を濾波する直流フィルタリアクトルと、
   前記インバータの出力電流を濾波する交流フィルタリアクトルと、
   前記交流フィルタリアクトルを介して供給される前記インバータの出力電圧を降圧し、負荷に降圧された交流電力を供給する変圧器と、
   前記変圧器の入出力配線が挿入されるコアと、
   を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
6. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータに供給される直流電流を濾波する直流フィルタリアクトルと、
   前記インバータの出力電流を濾波する交流フィルタリアクトルと、
   前記交流フィルタリアクトルを介して供給される前記インバータの出力電圧を降圧し、負荷に降圧された交流電力を供給する変圧器と、
   前記直流フィルタリアクトルの入出力配線と、前記交流フィルタリアクトルの全相の巻線の入出力配線と、前記変圧器の入出力配線とが挿入されるコアと、
   を具備することを特徴とする電気車用電源装置。

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