JP2017028909A

JP2017028909A - 並列同期式補助電源装置

Info

Publication number: JP2017028909A
Application number: JP2015146918A
Authority: JP
Inventors: 瑛順山下; Akikazu Yamashita
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2017-02-02

Abstract

【課題】横流検出回路を備えることなく横流電流を抑制する。
【解決手段】並列同期式補助電源装置１は、複数の並列接続されたインバータ１３と、複数のインバータ１３から出力される電流の電流値をそれぞれ取得し、該電流値の差がゼロに近づくように複数のインバータ１３を制御する制御部１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両内へ電力を供給する並列同期式補助電源装置に関する。

鉄道車両用の補助電源装置は、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、補助電源装置が停止した場合には車両の運行に支障を及ぼすため、インバータ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、同じ電力容量を持つ２群のインバータを搭載し、１つの三相幹線に同時に電力を供給する並列同期方式が知られている。

このような並列同期方式の補助電源装置は、各インバータから出力される３相幹線電圧の電圧及び位相が不平衡であると、インバータ間のみを流れる電流（以下、「横流」と称する）が発生する。そこで、この横流を横流検出回路により検出し、横流が最小となるように制御することで、インバータの並列同期運転を実現できることが知られている（例えば、特許文献１乃至２参照）。

特開平８−２１４５５３号公報特開２００２−６４９３８号公報

しかし、従来の並列同期方式の補助電源装置では、並列運転時に自群が出力する三相交流電流を検出する電流検出器に加えて、三相幹線から各群インバータへ流れ込む電流（横流）を検出する為の横流検出回路を備える必要があり、部品点数及びコストが増大するという問題があった。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、横流検出回路を備えることなく横流電流を抑制し、インバータの並列同期運転を実現することが可能な並列同期式補助電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る並列同期式補助電源装置は、複数のインバータを並列に接続して同期運転を行う並列同期式補助電源装置であって、複数の並列接続されたインバータと、前記複数のインバータから出力される電流の電流値をそれぞれ取得し、該電流値の差がゼロに近づくように前記複数のインバータを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る並列同期式補助電源装置において、前記インバータは、直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電流値を検出する電流検出器を有し、前記制御部は、複数の前記電流検出器から前記電流値を取得し、該電流値の差がゼロに近づくように前記電力変換器をＰＷＭ制御することを特徴とする。

本発明によれば、並列同期式補助電源装置において、横流検出回路を備えることなく横流電流を抑制し、インバータの並列同期運転を実現することができる。そのため、部品点数を削減しコストダウンを図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る並列同期式補助電源装置の構成例を示す回路図である。本発明の一実施形態に係る並列同期式補助電源装置における制御部の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書において、本発明の冗長方式による補助電源装置を、「並列同期式補助電源装置」と定義する。

本発明の一実施形態に係る並列同期式補助電源装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、並列同期式補助電源装置の構成例を示す回路図である。図１に示す例では、並列同期式補助電源装置１は、高速度遮断器（ＨＢ）１１と、フィルタリアクトル１２と、複数のインバータ１３と、制御部１４とを備える。並列同期式補助電源装置１は、同じ電力容量を有する複数のインバータ１３を並列に接続して同期運転を行う。

高速度遮断器１１は、過電流が流れた場合に並列同期式補助電源装置１を保護するために、直流電源＋側である電車線からインバータ１３を切り離す。

フィルタリアクトル１２は、高速度遮断器１１に直列に接続される。

インバータ１３は、遮断器（ＬＢ）１３１と、フィルタコンデンサ１３２と、電力変換器１３３と、ＡＣフィルタ１３４と、変圧器１３５と、電流検出器１３６と、三相接触器１３７とを備える。図１に示す例では、並列同期式補助電源装置１は２台のインバータ１３を備え、１つの筐体に収めた構成とする。２台のインバータ１３は三相幹線に並列接続される。また、図１に示す符号では、一方のインバータ１３の各構成部には符号に−１を付し、他方のインバータ１３の各構成部には符号に−２を付して区別しているが、以下の説明では符号に−１及び−２を付さずに特に両者を区別しないものとする。

遮断器１３１は、各インバータ１３を分割する。

フィルタコンデンサ１３２は、電力変換器１３３の入力側に並列接続され、直流電圧を一定に維持する。

電力変換器１３３は、スイッチング素子を有しており、該スイッチング素子を制御部１４から入力するゲート信号によりオンオフ動作させることにより、直流電力を三相交流電力に変換する。

ＡＣフィルタ１３４は、電力変換器１３３により変換された三相交流電力の波形を整形する。

変圧器１３５は、ＡＣフィルタ１３４から入力される電圧を所定の電圧に変換するとともに絶縁する。

電流検出器１３６は、インバータ１３から出力される三相交流電流を検出し、検出した電流値を制御部１４に出力する。電流検出器１３６として、例えば変流器（ＣＴ）を用いることができる。

インバータ１３により生成された三相交流電力は、三相接触器１３７を介して負荷回路へ供給される。

制御部１４は、複数のインバータ１３から出力される三相交流電流の電流値をそれぞれ取得し、該電流値の差がゼロに近づくように複数のインバータ１３を制御する。

制御部１４の詳細について、図２を参照して説明する。図２は、制御部１４の構成例を示すブロック図である。図２に示す例では、制御部１４は、インバータ１３と同数の制御ユニット１５を備える。制御ユニット１５は、アナログ入力回路１５１と、ＣＰＵ１５２と、ゲート信号出力回路１５３とを備える。図２に示す符号では、一方の制御ユニット１５の各構成部には符号に−１を付し、他方の制御ユニット１５の各構成部には符号に−２を付して区別する。

アナログ入力回路１５１−１は、電流検出器１３６−１により検出された三相交流電流の電流値を入力する。アナログ入力回路１５１−２は、電流検出器１３６−２により検出された三相交流電流の電流値を入力する。

ＣＰＵ１５２−１は、アナログ入力回路１５１−１が取得した三相交流電流の電流値をＣＰＵ１５２−２に出力し、ＣＰＵ１５２−２からアナログ入力回路１５１−２が取得した三相交流電流の電流値を入力する。そして、アナログ入力回路１５１−１が取得した三相交流電流の電流値とアナログ入力回路１５１−２が取得した三相交流電流の電流値とを比較し、両者の差がゼロに近づくように指示信号をゲート信号出力回路１５３−１に出力する。

ＣＰＵ１５２−２は、アナログ入力回路１５１−２が取得した三相交流電流の電流値をＣＰＵ１５２−１に出力し、ＣＰＵ１５２−１からアナログ入力回路１５１−１が取得した三相交流電流の電流値を入力する。そして、アナログ入力回路１５１−２が取得した三相交流電流の電流値とアナログ入力回路１５１−１が取得した三相交流電流の電流値とを比較し、両者の差がゼロに近づくように指示信号をゲート信号出力回路１５３−２に出力する。

ゲート信号出力回路１５３−１は、ＣＰＵ１５２−１から入力される指示信号に基づいてゲート信号を生成し、電力変換器１３３−１に出力する。例えば、ゲート信号出力回路１５３−１はＣＰＵ１５２−１によりＰＷＭ制御され、ゲート信号のパルス幅を変更する。ゲート信号出力回路１５３−２は、ＣＰＵ１５２−２から入力される指示信号に基づいてゲート信号を生成し、電力変換器１３３−２に出力する。例えば、ゲート信号出力回路１５３−２はＣＰＵ１５２−２によりＰＷＭ制御され、ゲート信号のパルス幅を変更する。

アナログ入力回路１５１−１により検出される三相交流電流の電流値とアナログ入力回路１５１−２により検出される三相交流電流の電流値との差をゼロにすることで、インバータ１３の間を流れる横流がゼロとなり、２台のインバータ１３は並列同期運転状態となる。

上述したように、並列同期式補助電源装置１は、複数の並列接続されたインバータ１３と、複数のインバータ１３から出力される電流の電流値をそれぞれ取得し該電流値の差がゼロに近づくように複数のインバータ１３を制御する制御部１４と、を備える。かかる構成により、並列同期式補助電源装置１は横流検出回路を備えることなくインバータ１３の並列同期運転を実現することができる。したがって、部品点数を削減しコストダウンを図ることが可能となる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

１並列同期式補助電源装置
１１高速度遮断器
１２フィルタリアクトル
１３インバータ
１４制御部
１５制御ユニット
１３１遮断器
１３２フィルタコンデンサ
１３３電力変換器
１３４ＡＣフィルタ
１３５変圧器
１３６電流検出器
１３７三相接触器
１５１アナログ入力回路
１５２ＣＰＵ
１５３ゲート信号出力回路

Claims

複数のインバータを並列に接続して同期運転を行う並列同期式補助電源装置であって、
複数の並列接続されたインバータと、
前記複数のインバータから出力される電流の電流値をそれぞれ取得し、該電流値の差がゼロに近づくように前記複数のインバータを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする並列同期式補助電源装置。
前記インバータは、直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電流値を検出する電流検出器を有し、
前記制御部は、複数の前記電流検出器から前記電流値を取得し、該電流値の差がゼロに近づくように前記電力変換器をＰＷＭ制御することを特徴とする、請求項１に記載の並列同期式補助電源装置。