JP2015023709A - Power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a power conversion apparatus.
新幹線を始めとして架線から単相交流電力の供給を受けて走行する鉄道車両は、供給された単相交流電力の電圧をトランスで降圧し、降圧した単相交流電力をコンバータで直流電力に変換し、当該直流電力をインバータで三相交流電力に変換し、当該三相交流電力によりモータを駆動させることにより走行する。 Railway vehicles that run by receiving single-phase AC power from overhead lines such as the Shinkansen, step down the voltage of the supplied single-phase AC power with a transformer, and convert the reduced single-phase AC power into DC power with a converter. The DC power is converted into three-phase AC power by an inverter, and the motor is driven by the three-phase AC power.
ところで、鉄道車両向けのコンバータは、架線から供給される交流電力が単相交流電力であるため、二つのアームを用いて単相交流電力を直流電力に変換する。そのため、コンバータが有する二つのアームのうち一方のアームが故障すると、当該コンバータを使用することができなくなるので、インバータに対して直流電力を供給することができず、鉄道車両の走行ができなくなる、という課題がある。 By the way, in the converter for railway vehicles, since the AC power supplied from the overhead wire is single-phase AC power, the single-phase AC power is converted into DC power using two arms. Therefore, if one of the two arms of the converter breaks down, the converter cannot be used, so DC power cannot be supplied to the inverter, and the railway vehicle cannot travel. There is a problem.
実施形態の電力変換装置は、少なくとも三つのアームと、切替部と、を備える。少なくとも三つのアームは、電力変換に用いる複数の第1アームおよび待機状態にある少なくとも一つの第2アームを含む。切替部は、第2アームを第1アームと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させる。 The power converter of the embodiment includes at least three arms and a switching unit. The at least three arms include a plurality of first arms used for power conversion and at least one second arm in a standby state. The switching unit replaces the function of the replaced first arm by replacing the second arm with the first arm.
以下、添付の図面を参照して、本実施形態にかかる電力変換装置について説明する。 Hereinafter, a power converter according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本実施形態にかかる鉄道車両は、図1に示すように、架線11(電源の一例)から交流電力が供給されるパンタグラフ12と、線路13を介して接地された車輪13と、パンタグラフ12と車輪13との間に直列に接続されたトランス15と、架線11にトランス15およびパンタグラフ12を介して接続されかつ車輪14および線路13を介して接地される車両用の電力変換装置100と、電力変換装置100から電力の供給を受けて鉄道車両を駆動するモータ120(本実施形態では、三相交流モータ)と、を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the railway vehicle according to the present embodiment includes a
電力変換装置100は、パンタグラフ12およびトランス15を介して架線11から供給される交流電力(本実施形態では、単相交流電力)から直流電力への電力変換(順変換)を行うコンバータ101と、コンバータ101から出力された直流電力から交流電力(本実施形態では、三相交流電力)への電力変換(逆変換)を行うインバータ102と、コンバータ101の出力を平滑化してインバータ102の動作の安定化を図るフィルタコンデンサ103と、コンバータ101が備えるアームC(後述する)と架線11とを接続するスイッチ104と、インバータ102が備えるアームI(後述する)とモータ120とを接続するスイッチ107と、コンバータ101およびスイッチ104を制御するコンバータ制御部105と、インバータ102およびスイッチ107を制御するインバータ制御部106と、を備えている。本実施形態では、コンバータ101およびインバータ102は、例えば電力用半導体素子(所謂、パワー半導体デバイス)等で構成され、単一のパッケージに収められている。本実施形態では、架線11から供給される電力が交流電力であるため、スイッチ104は、パンタグラフ12およびトランス15を介して、架線11とコンバータ101が有するアームC(後述する)とを接続しているが、架線11から供給される電力が直流電力である場合には、スイッチ104は、パンタグラフ12およびトランス15を介して、架線11とインバータ102が有するアームI(後述する)とを接続する。
The
コンバータ101は、電力変換に用いる二つのアームC(以下、第1アームと言う)および待機状態にある一つのアームC(以下、第2アームと言う)を含む三つのアームC1,C2,C3を有する。以下、アームC1,C2,C3を区別する必要がない場合には、単にアームCと記載する。これにより、第1アームとして機能するアームCが温度上昇等したとしても、第2アームとして機能するアームCを、第1アームとして機能していたアームCと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させることにより、コンバータ101による電力変換を継続することができる。本実施形態では、コンバータ101は、初期状態においては、アームC1,C2として機能しかつアームC3が第2アームとして機能している。
The
本実施形態では、コンバータ101が、三つのアームCを有する例について説明するが、電力変換に用いる複数の第1アームおよび待機状態にある少なくとも一つの第2アームを含む少なくとも三つのアームCを有していれば良い。例えば、コンバータ101は、四つ以上のアームCを有していても良い。これにより、四つのアームCのうち、電力変換に用いる第1アームとしての二つのアームCが温度上昇等したとしても、待機状態にある二つの第2アームとしてのアームCを、第1アームとして機能していた二つのアームCと置換させて当該第1アームの機能を代替させることにより、コンバータ101による電力変換を継続することができる。
In this embodiment, an example in which the
三つのアームCは、並列に接続されている。そして、各アームCは、パンタグラフ12およびトランス15を介して架線11と接続される二つのスイッチング素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistorなど)が直列に接続され、所定のスイッチングパターンでスイッチング素子をスイッチングすることで、直流電力を出力する。
The three arms C are connected in parallel. Each arm C is connected in series with two switching elements (for example, IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) connected to the
コンバータ制御部105は、コンバータ101が有する三つのアームCそれぞれの温度を検出する温度検出部105aと、当該温度検出部105aによる各アームCの温度の検出結果に基づいて、スイッチ104を制御するスイッチ制御部105bと、を備えている。
The
インバータ102は、電力変換に用いる第1アームとして機能する三つのアームIおよび待機状態にある第2アームとして機能する一つのアームI(第2アーム)を含む四つのアームI1,I2,I3,I4を有する。以下、アームI1,I2,I3,I4を区別する必要がない場合には、単にアームIと記載する。これにより、第1アームとして機能する三つのアームIのいずれかが温度上昇等したとしても、第2アームとして機能するアームIを、第1アームとして機能していたアームIと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させることにより、インバータ102による電力変換を継続させることができる。
The
四つのアームIは、並列に接続されている。そして、各アームIは、モータ120と接続される二つのスイッチング素子(例えば、IGBTなど)が直列に接続され、所定のスイッチングパターンでスイッチング素子をスイッチングさせることで交流電力を出力する。
The four arms I are connected in parallel. Each arm I is connected in series to two switching elements (for example, IGBT) connected to the
本実施形態では、インバータ102が四つのアームIを有する例について説明するが、電力変換に用いる複数の第1アームおよび待機状態にある少なくとも一つの第2アームを含む少なくとも三つのアームIを有していれば良い。例えば、インバータ102は、五つのアームIを有していても良い。これにより、五つのアームIのうち、第1アームとしての二つのアームIが温度上昇等したとしても、待機状態にある二つの第2アームを、第1アームとして機能していた二つのアームIと置換させて当該第1アームの機能を代替させることにより、インバータ102による電力変換を継続することができる。また、インバータ102が、直流電力を単相交流電力に変換する場合には、電力変換に用いる第1アームとして機能する二つのアームIおよび待機状態にある第2アームとして機能する一つのアームIを含む三つのアームIを有していれば良い。
In this embodiment, an example in which the
インバータ制御部106は、インバータ102が有する四つのアームIそれぞれの温度を検出する温度検出部106aと、当該温度検出部106aによる各アームIの温度の検出結果に基づいて、スイッチ107を制御するスイッチ制御部106bと、を備えている。
The
次に、コンバータ101において、第2アームとして機能するアームCを、第1アームとして機能していたアームCと置換させる動作について説明する。コンバータ制御部105のスイッチ制御部105bは、架線11から供給される単相交流電力を直流電力に電力変換するために、スイッチ104を制御して、三つのアームCのうち二つのアームC(例えば、アームC1,C2)を、パンタグラフ12およびトランス15を介して架線11と短絡させることにより、アームC1,C2を第1アームとする。さらに、スイッチ制御部105bは、スイッチ104を制御して、三つのアームCのうち第1アームとして機能するアームC以外のアームC(例えば、アームC3)を架線11から切り離して、アームC3を待機状態にある第2アームとする。
Next, an operation of replacing the arm C functioning as the second arm with the arm C functioning as the first arm in the
スイッチ制御部105bは、コンバータ101による電力変換が行われている間、温度検出部105aによる各アームCの温度の検出結果を取得する。そして、スイッチ制御部105aは、第1アームとして機能するアームC1,C2のいずれかの温度が所定温度より高いか否かを判断する。ここで、所定温度は、アームCの使用が管理上許容される上限温度であり、電力変換装置100の管理者等が任意に設定できる。
While the power conversion by the
そして、スイッチ制御部105bは、第1アームとして機能するアームC1,C2のいずれかの温度が所定温度より高い場合、スイッチ104を制御して、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高い第1アーム(例えば、アームC1)をトランス15から切り離すとともに、第2アームとして機能するアームC3をトランス15に接続して、当該アームC3をパンタグラフ12およびトランス15を介して架線11と短絡させる。これにより、スイッチ104およびスイッチ制御部105bは、第2アームを、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高い第1アームと置換させる。本実施形態では、スイッチ制御部105bおよびスイッチ104が、第2アームを、第1アームと置換させて当該第1アームの機能を代替させる切替部として機能する。
When the temperature of any of the arms C1 and C2 functioning as the first arm is higher than a predetermined temperature, the
次に、インバータ102において、第2アームとして機能するアームIを、第1アームとして機能していたアームIと置換させる動作について説明する。インバータ制御部106のスイッチ制御部106bは、フィルタコンデンサ103により平滑化された直流電力を三相交流電力に変換するために、スイッチ107を制御して、四つのアームIのうち三つのアームI(例えば、アームI1,I2,I3)を、モータ120と短絡させることにより、アームI1,I2,I3を第1アームとする。さらに、スイッチ制御部106bは、四つのアームIのうち第1アームとして機能するアームI以外のアームI(例えば、アームI4)をモータ120から切り離して、当該アームI4を待機状態にある第2アームとする。
Next, an operation of replacing the arm I functioning as the second arm with the arm I functioning as the first arm in the
スイッチ制御部106bは、インバータ102による電力変換が行われている間、温度検出部106aによる各アームIの温度の検出結果を取得する。そして、スイッチ制御部106bは、第1アームとして機能するアームI1,I2,I3のいずれかの温度が所定温度より高いか否かを判断する。ここで、所定温度は、アームIの使用が管理上許容される上限温度であり、電力変換装置100の管理者等が任意に設定できる。
The
そして、スイッチ制御部106bは、第1アームとして機能するアームI1,I2,I3のいずれかの温度が所定温度より高い場合、スイッチ107を制御して、温度検出部106aにより検出された温度が所定温度より高い第1アーム(例えば、アームI1)をモータ120から切り離すとともに、第2アームとして機能するアームI4をモータ120と短絡させる。これにより、スイッチ107およびスイッチ制御部105bは、第2アームを、温度検出部106aにより検出された温度が所定温度より高い第1アームと置換させる。本実施形態では、スイッチ制御部106bおよびスイッチ107が、第2アームを、第1アームと置換させて当該第1アームの機能を代替させる切替部として機能する。
When the temperature of any of the arms I1, I2, and I3 that function as the first arm is higher than a predetermined temperature, the
このように、第1の実施形態にかかる電力変換装置100によれば、第1アームとして機能するアームCのいずれかの温度がアームCの使用が管理上許容される上限温度より高くなった場合でもコンバータ101により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。また、第1の実施形態にかかる電力変換装置100によれば、第1アームとして機能するアームIのいずれかの温度がアームIの使用が管理上許容される上限温度より高くなった場合でもインバータ102により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。
As described above, according to the
(変形例1)
本変形例は、コンバータおよびインバータのうち、コンバータのみが、第1アームとして機能するアームに加えて、第2アームとして機能するアームを有する例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Modification 1)
This modification is an example in which, of the converter and the inverter, only the converter has an arm that functions as the second arm in addition to the arm that functions as the first arm. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図2は、変形例1にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本変形例にかかる電力変換装置200のコンバータ101は、第1の実施形態と同様に、電力変換に用いる第1アームとして機能する二つのアームCおよび待機状態にある第2アームとして機能する一つのアームを含む三つのアームC1,C2,C3を有する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a drive power system of a railway vehicle according to the first modification. As in the first embodiment, the
一方、本変形例にかかる電力変換装置200のインバータ201は、電力変換に用いられる第1アームとして機能する三つのアームI1,I2,I3のみを有する。そのため、本変形例では、インバータ制御部202は、第1アームとして機能していたアームI(温度上昇等したアームI)を、待機状態にある他のアームと置換させることはできない。
On the other hand, the
このように、変形例1にかかる電力変換装置200によれば、第1アームとして機能するアームCのいずれかの温度がアームCの使用か管理上許容される上限温度より高くなった場合でもコンバータ101により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。
As described above, according to the
ただし、本変形例によれば、コンバータ101(第2変換部の一例)は、インバータ201(第1変換部の一例)が有するアームIと同数のアームC(本変形例では、三つのアームC)を有する。これにより、コンバータ101とインバータ201とを同一の回路構成とすることができるので、インバータ201とは別にコンバータ101と別途設計,製造する必要がなくなるため、量産効果によりコンバータ101およびインバータ201の製造コストを下げることができる。
However, according to this modification, the converter 101 (an example of the second conversion unit) has the same number of arms C as the arms I of the inverter 201 (an example of the first conversion unit) (in this modification, three arms C). ). Thus, the
(変形例2)
本変形例は、コンバータおよびインバータのうち、インバータのみが、第1アームとして機能するアームに加えて、第2アームとして機能するアームを有する例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Modification 2)
This modification is an example in which, of the converter and the inverter, only the inverter has an arm that functions as the second arm in addition to the arm that functions as the first arm. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図3は、変形例2にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本変形例にかかる電力変換装置300のコンバータ301は、電力変換に用いられる第1アームとして機能する二つのアームC1,C2のみを有する。そのため、本変形例では、コンバータ制御部302は、第1アームとして機能していたアームC(温度上昇等したアームC)を、待機状態にある他のアームと置換させることはできない。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a drive power system of a railway vehicle according to the second modification.
一方、本変形例にかかる電力変換装置300のインバータ102は、第1の実施形態と同様に、電力変換に用いる第1アームとして機能する三つのアームIおよび待機状態にある第2アームとして機能する一つアームIを含む四つのアームI1,I2,I3,I4を有する。
On the other hand, the
このように、変形例2にかかる電力変換装置300によれば、第1アームとして機能するアームIのいずれかの温度がアームIの使用が管理上許容される上限温度より高くなった場合でもインバータ102により電力変換を継続することができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。
As described above, according to the
(第2の実施形態)
本実施形態は、少なくとも三つのアームのうち、検出された温度が低いアームから順に第1アームとする例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Second Embodiment)
The present embodiment is an example in which at least three arms are used as the first arm in order from the arm with the lowest detected temperature. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図4は、第2の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本実施形態では、コンバータ401は、四つ以上のアームC1〜CNを有している。以下、アームC1〜CNを区別する必要がない場合には、単にアームCと記載する。そして、アームC1〜CNのうち二つのアームCを第1アームとし、残りの二つ以上のアームCを第2アームとする。これにより、第1アームとしての複数のアームCが温度上昇等したとしても、第2アームとして機能する複数のアームCを、第1アームとして機能していた複数のアームCと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させることにより、コンバータ401による電力変換を継続することができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the second embodiment. In the present embodiment, the
また、本実施形態では、インバータ402は、五つ以上のアームI1〜INを有している。以下、アームI1〜INを区別する必要がない場合には、単にアームIと記載する。そして、五つ以上のアームI1〜INのうち、三つのアームIを第1アームとし、残りの二つ以上のアームIを第2アームとする。これにより、第1アームとして機能する三つのアームIのうち複数のアームIが温度上昇等したとしても、第2アームとして機能する複数のアームIを、第1アームとして機能していた複数のアームIと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させることにより、インバータ402の電力変換を継続することができる。
In the present embodiment, the
次に、コンバータ401において、第2アームとして機能するアームCを、第1アームとして機能していたアームCと置換させる動作について説明する。本実施形態では、コンバータ制御部403のスイッチ制御部403bは、第1アームとしてのアームC(例えば、アームC1,C2)の少なくともいずれか一つ(例えば、アームC2)の温度が所定温度より高い場合、スイッチ104を制御して、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高いアームC2をトランス15から切り離す。さらに、スイッチ制御部403bは、スイッチ104を制御して、アームC1,C3〜CNのうち、温度検出部105aにより検出された温度が低いアームCから順に二つのアームC(例えば、アームC1,CN)を選択し、当該選択したアームCを、パンタグラフ12およびトランス15を介して架線11と短絡させる。
Next, an operation of replacing the arm C functioning as the second arm with the arm C functioning as the first arm in the
すなわち、スイッチ制御部403bは、コンバータ401が有するアームC1〜CNのうち、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高いアームCを除き、温度検出部105aにより検出された温度が低いアームCから順に第1アームとする。これにより、検出された温度が所定温度より高いアームCを除く他のアームCの温度が所定温度を超えていなくても、当該他のアームCのうち温度が高い特定のアームCのみが第1アームとして機能させられ高温状態に使い続けられることを回避できるので、当該特定のアームCのみが高温状態で使い続けられることにより劣化が進むことを防止できる。
That is, the
本実施形態では、スイッチ制御部403bは、第1アームとしてのアームCの少なくともいずれか一つの温度が所定温度より高い場合に、第1アームとするアームCの切り替えを行っているが、定期的に、温度検出部105aにより検出された温度が低い順にアームCを選択して、第1アームとするアームCの切り替えを行っても良い。言い換えると、スイッチ制御部403bは、少なくとも三つのアームCそれぞれが第1アームとして機能する時間が同じになるように、第2アームを第1アームと置換させる。
In the present embodiment, the
具体的には、スイッチ制御部403bは、一日おきに、第2アームとして機能するアームCを、第1アームとして機能するアームCと置換させる。例えば、コンバータ401が有するアームCがアームC1,C2,C3の三つである場合、スイッチ制御部403bは、アームC1,C2を第1アームとした日の一日後(次の日)はアームC2,C3を第1アームとし、さらに一日後はアームC3,C1を第1アームとする。このように、一日おきに第1アームとするアームCを切り替えることにより、特定のアームのみが第1アームとして使用され劣化が早く進むことを防止する(言い換えると、アームCを均等に使用することができる)。また、スイッチ制御部403bは、週毎、日付、鉄道車両の運行状況(例えば、鉄道車両が上りか下りか等)に応じて、第1アームとするアームCの切り替えを行っても良い。
Specifically, the
次に、インバータ402において、第2アームとして機能するアームIを、第1アームとして機能していたアームIと置換させる動作について説明する。本実施形態では、インバータ制御部404のスイッチ制御部404bは、第1アームとしてのアームI(例えば、アームI1,I2,I3)の少なくともいずれか一つ(例えば、アームI2)の温度が所定温度より高い場合、スイッチ107を制御して、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高いアームI2をモータ120から切り離す。さらに、スイッチ制御部404bは、スイッチ107を制御して、アームI1,I3〜INのうち、温度検出部106aにより検出された温度が低いアームIから順に三つのアームI(例えば、アームI1,I3,IN)を選択し、当該選択したアームIを、モータ120と短絡させる。
Next, an operation of replacing the arm I functioning as the second arm with the arm I functioning as the first arm in the
すなわち、スイッチ制御部404bは、インバータ402が有するアームI1〜INのうち、温度検出部106aにより検出された温度が所定温度より高いアームIを除き、温度検出部106aにより検出された温度が低いアームIから順に第1アームとする。これにより、検出された温度が所定温度より高いアームIを除く他のアームIの温度が所定温度を超えていなくても、当該他のアームIのうち温度が高い特定のアームIのみが第1アームとして機能させられ高温状態で使い続けられることを回避できるので、当該特定のアームIのみが高温状態で使い続けられることにより劣化が進むことを防止できる。
That is, the switch control unit 404b has an arm whose temperature detected by the
本実施形態では、スイッチ制御部404bは、第1アームとしてのアームIの少なくともいずれか一つの温度が所定温度より高い場合に、第1アームとするアームIの切り替えを行っているが、定期的に、温度検出部106aにより検出された温度が低い順にアームIを選択して、第1アームとするアームIの切り替えを行っても良い。言い換えると、スイッチ制御部404bは、少なくとも四つのアームIそれぞれが第1アームとして機能する時間が同じになるように、第2アームを第1アームと置換させる。
In the present embodiment, the switch control unit 404b switches the arm I serving as the first arm when the temperature of at least one of the arms I serving as the first arm is higher than a predetermined temperature. In addition, the arm I may be selected in order from the lowest temperature detected by the
具体的には、スイッチ制御部404bは、一日おきに、第2アームとして機能するアームIを、第1アームとして機能するアームIと置換させる。例えば、コンバータ401が有するアームIがアームI1,I2,I3,I4の四つである場合、スイッチ制御部404bは、アームI1,I2,I3を第1アームとした日の一日後(次の日)はアームI2,I3,I4を第1アームとし、二日後はアームI3,I4,I1を第1アームとする。このように、一日おきに第1アームとするアームIを切り替えることにより、特定のアームのみが第1アームとして使用され劣化が早く進むことを防止する(言い換えると、アームIを均等に使用することができる)。また、スイッチ制御部404bは、週毎、日付、鉄道車両の運行状況(例えば、鉄道車両が上りか下りか等)に応じて、第1アームとするアームIの切り替えを行っても良い。
Specifically, the switch control unit 404b replaces the arm I functioning as the second arm with the arm I functioning as the first arm every other day. For example, when the
このように、第2の実施形態にかかる電力変換装置400によれば、検出された温度が所定温度より高いアームCを除く、他のアームCの温度が所定温度を超えていなくても、当該他のアームCのうち温度が高い特定のアームCのみが第1アームとして用いられ高温状態で使い続けられることを回避できるので、当該特定のアームCのみが高温状態で使い続けられることにより劣化が進むことを防止できる。また、第2の実施形態にかかる電力変換装置400によれば、検出された温度が所定温度より高いアームIを除く、他のアームIの温度が所定温度を超えていなくても、当該他のアームIのうち温度が高い特定のアームIのみが第1アームとして用いられ高温状態で使い続けられることを回避できるので、当該特定のアームIのみが高温状態で使い続けられることにより劣化が進むことを防止できる。
Thus, according to the
(第3の実施形態)
本実施形態は、第2アームが、第1アーム以外の他の回路要素としても使用可能である例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Third embodiment)
The present embodiment is an example in which the second arm can be used as a circuit element other than the first arm. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図5は、第3の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本実施形態では、電力変換装置500は、第1の実施形態にかかる電力変換装置100の構成に加えて、鉄道車両(車両の一例)のブレーキチョッパ502(回生ブレーキ)を有している。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the third embodiment. In the present embodiment, the
また、本実施形態では、コンバータ501は、電力変換に用いられる第1アームとしてのアームC1,C2に加えて、鉄道車両のブレーキチョッパ502の回路要素としても使用可能な第2アームとしてのアームC3を有している。これにより、第1アームとしてのアームCに加えて、第2アームとする専用のアームCを設ける必要が無いので、コンバータ501の小型化およびコンバータ501の低コスト化を図ることができる。本実施形態では、第2アームとして機能するアームC3は、鉄道車両のブレーキチョッパ502の回路要素としても使用可能なアームであるが、第1アーム以外の他の回路要素(例えば、充電装置など)としても使用可能なアームであれば、これに限定するものではない。
In this embodiment,
本実施形態では、鉄道車両は、第1アームとして機能していたアームC1,C2のいずれかが第2アームとしてのアームC3により置換されている間、当該アームC3を回路要素として含むブレーキチョッパ502を利用することができないため、機械的なブレーキ(図示しない)による制動力を大きくして減速するものとする。
In this embodiment, the railway vehicle has a
図示しないが、インバータ102においても、四つのアームIのうち、電力変換に用いる第1アームとして機能する三つのアームI以外の第2アームとして機能するアームIを、第1アーム以外の他の回路要素(例えば、車両のブレーキチョッパ、充電装置など)としても使用可能なアームとしても良い。これにより、第1アームとしてのアームIに加えて、第2アームとしての専用のアームIを設ける必要が無いので、インバータ102の小型化およびインバータ102の低コスト化を図ることができる。
Although not shown, in the
このように、第3の実施形態にかかる電力変換装置500によれば、第1アームとしてのアームに加えて、第2アームとしての専用のアームを設ける必要が無いので、コンバータ501(またはインバータ102)の小型化およびコンバータ501(またはインバータ102)の低コスト化を図ることができる。
As described above, according to the
(第4の実施形態)
本実施形態は、アームの故障が検出された場合に、故障が検出された第1アームを、第2アームで置換させる例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Fourth embodiment)
The present embodiment is an example in which when the arm failure is detected, the first arm in which the failure is detected is replaced with the second arm. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.
図6は、第4の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本実施形態では、電力変換装置600は、第1の実施形態にかかる電力変換装置100の構成に加えて、第1アームとしてのアームC(本実施形態では、トランス15と接続されたアームC)に流れる電流を検出する電流検出部601と、コンバータ制御部602と、を備えている。コンバータ制御部602は、電流検出部601による電流の検出結果に基づいてアームCの故障を検出する故障検出部602cと、第2アームとしてのアームCを、当該故障検出部602cにより故障が検出された第1アームとして機能していたアームCと置換させるスイッチ制御部602bと、を有する。また、本実施形態では、電力変換装置600は、第1アームとしてのアームI(本実施形態では、モータ120と接続されたアームI)に流れる電流を検出する電流検出部603,604と、インバータ制御部605と、を有する。インバータ制御部605は、電流検出部603,604による電流の検出結果に基づいてアームIの故障を検出する故障検出部605cと、第2アームとしてのアームIを、当該故障検出部605cにより故障が検出された第1アームとして機能していたアームIと置換させるスイッチ制御部605bと、を有する。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the fourth embodiment. In the present embodiment, the
故障検出部602cは、電流検出部601による電流の検出結果に基づいて、アームCの故障を検出する。本実施形態では、故障検出部602cは、三つのアームCのうち二つのアームCの全ての組み合わせについて、当該二つのアームCがトランス15と接続されている場合における電流検出部601による電流の検出結果に基づいて、当該二つのアームCのいずれかの故障の有無を判断する。具体的には、故障検出部602cは、電流検出部601による電流の検出結果が、当該二つのアームCに流れる電流の上限を超えた場合若しくは当該二つのアームCに電流が流れていない場合に、当該二つのアームCのいずれかに故障が有ると判断する。故障検出部602cは、三つのアームCのうち二つのアームCの全ての組み合わせについて、当該二つのアームCのいずれかの故障の有無を判断する。そして、故障検出部602cは、三つのアームCのうち二つのアームCの全ての組み合わせについて行った故障の有無の判断結果の組み合わせに基づいて、三つのアームCのうち故障が有るアームCを検出する。
The failure detection unit 602c detects the failure of the arm C based on the current detection result by the
スイッチ制御部602bは、故障検出部602cによりアームCの故障が検出された場合、スイッチ104を制御して、故障が検出された第1アーム(例えば、アームC1)をトランス15から切り離すとともに、第2アームとしてのアームC3を、トランス15と接続して第1アームと置換させる。これにより、スイッチ104およびスイッチ制御部602bは、第2アームを、故障検出部602cにより故障が検出された第1アームと置換させる。
When the failure detection unit 602c detects the failure of the arm C, the switch control unit 602b controls the
また、故障検出部605cは、電流検出部603,604による電流の検出結果に基づいて、アームIの故障を検出する。本実施形態では、故障検出部605cは、四つのアームIのうち三つのアームIの全ての組み合わせについて、当該三つのアームIがモータ120と接続されている場合における電流検出部603,604による電流の検出結果に基づいて、当該三つのアームIのいずれかの故障の有無を判断する。具体的には、故障検出部605cは、電流検出部603,604による電流の検出結果が、当該三つのアームIに流れる電流の上限を超えた場合若しくは当該三つのアームIに電流が流れていない場合に、当該三つのアームIのいずれかに故障が有ると判断する。故障検出部605cは、四つのアームIのうち三つのアームIの全ての組み合わせについて、当該三つのアームIのいずれかの故障の有無を判断する。そして、故障検出部605cは、四つのアームIのうち三つのアームIの全ての組み合わせについて行った故障の有無の判断結果の組み合わせに基づいて、四つのアームIのうち故障が有るアームIを検出する。
Further, the failure detection unit 605c detects a failure of the arm I based on the current detection result by the
スイッチ制御部605bは、故障検出部605cによりアームIの故障が検出された場合、スイッチ107を制御して、故障が検出された第1アーム(例えば、アームI1)をモータ120から切り離すとともに、第2アームとしてのアームI4を、モータ120と接続して第1アームと置換させる。これにより、スイッチ107およびスイッチ制御部605bは、第2アームを、故障検出部605cにより故障が検出された第1アームと置換させる。
When the failure detection unit 605c detects a failure in the arm I, the
このように、第4の実施形態にかかる電力変換装置600によれば、第1アームとして機能するアームCのいずれかに故障が発生した場合でもコンバータ101により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。また、本実施形態にかかる電力変換装置600によれば、第1アームとして機能するアームIのいずれかに故障が発生した場合でもインバータ102により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。
As described above, according to the
以上説明したとおり、第1から第4の実施形態によれば、第1アームとして機能するアームのいずれかの温度がアームの使用が管理上許容される上限温度より高くなったり故障が発生したりした場合でも電力変換装置により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。 As described above, according to the first to fourth embodiments, the temperature of any one of the arms functioning as the first arm is higher than the upper limit temperature that is permitted for use of the arm or a failure occurs. Even in this case, the power conversion can be continuously performed by the power conversion device, so that the traveling of the railway vehicle can be continued.
上述の実施形態では、交流電力から直流電力への電力変換および直流電力から交流電力への電力変換の両方を行う電力変換装置において、第2アームとして機能するアームを、第1アームとして機能していたアームと置換させる処理を行う例について説明したが、交流電力から直流電力への電力変換および直流電力から交流電力への電力変換の少なくともいずれか一方を行う電力変換装置であれば、第2アームとして機能するアームを、第1アームとして機能していたアームと置換させる処理を行うことが可能である。 In the above-described embodiment, in the power conversion device that performs both power conversion from AC power to DC power and power conversion from DC power to AC power, the arm that functions as the second arm functions as the first arm. However, if the power conversion device performs at least one of power conversion from AC power to DC power and power conversion from DC power to AC power, the second arm is described. It is possible to perform a process of replacing the arm functioning as the arm functioning as the first arm.
また、上述の実施形態では、車両用の電力変換装置において、第2アームとして機能するアームを、第1アームとして機能していたアームと置換させる処理を行う例について説明したが、電力変換を行う電力変換装置であれば、第2アームとして機能するアームを、第1アームとして機能していたアームと置換させる処理を行うことが可能である。 In the above-described embodiment, the example in which the process of replacing the arm functioning as the second arm with the arm functioning as the first arm in the vehicle power conversion device has been described. However, power conversion is performed. If it is a power converter, it is possible to perform a process of replacing the arm functioning as the second arm with the arm functioning as the first arm.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11 架線
12 パンタグラフ
13 線路
14 車輪
15 トランス
100,200,300,400,500,600 電力変換装置
101,301,401,501 コンバータ
102,201,402 インバータ
104,107 スイッチ
105,302,403,602 コンバータ制御部
105a,106a 温度検出部
105b,106b,403b,404b,602b,605b スイッチ制御部
106,202,404,605 インバータ制御部
502 ブレーキチョッパ
601,603,604 電流検出部
602c,605c 故障検出部
C,I アーム
11
Claims (9)
前記第2アームを前記第1アームと置換させて当該置換させた前記第1アームの機能を代替させる切替部と、
を備えた電力変換装置。 At least three arms including a plurality of first arms used for power conversion and at least one second arm in a standby state;
A switching unit that replaces the second arm with the first arm to replace the function of the replaced first arm;
The power converter provided with.
前記切替部は、前記第2アームを、前記温度検出部により検出された温度が所定温度より高い前記第1アームと置換させる請求項1に記載の電力変換装置。 A temperature detection unit for detecting the temperature of the arm;
2. The power conversion device according to claim 1, wherein the switching unit replaces the second arm with the first arm whose temperature detected by the temperature detection unit is higher than a predetermined temperature.
前記切替部は、前記第2アームを、前記故障検出部により故障が検出された前記第1アームと置換させる請求項1から3のいずれか一つに記載の電力変換装置。 A failure detection unit for detecting a failure of the arm;
4. The power conversion device according to claim 1, wherein the switching unit replaces the second arm with the first arm in which a failure is detected by the failure detection unit. 5.
前記第1変換部と同数の前記アームを有し、交流電力から直流電力への電力変換を行う第2変換部と、
を備えた請求項1から4のいずれか一つに記載の電力変換装置。 A first converter having at least three arms and performing power conversion from DC power to AC power;
A second converter having the same number of arms as the first converter and performing power conversion from AC power to DC power;
The power converter according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記第2アームは、前記車両のブレーキチョッパとしても使用可能である請求項8に記載の電力変換装置。 The power conversion device is a power conversion device for a vehicle,
The power conversion device according to claim 8, wherein the second arm can also be used as a brake chopper of the vehicle.
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JP2017208940A (en) * | 2016-05-18 | 2017-11-24 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device, and elevator device to which the same is applied |
JPWO2017175328A1 (en) * | 2016-04-06 | 2018-07-26 | 三菱電機株式会社 | Motor drive device |
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2013
- 2013-07-19 JP JP2013150992A patent/JP2015023709A/en active Pending
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