JP2020171156A - Power conversion device, railway vehicle, and production method of railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置、鉄道車両、および鉄道車両の生産方法に関する。 The present invention relates to a power converter, a railroad vehicle, and a method for producing a railroad vehicle.
新幹線などの車両には、交流架線から電力供給を受けるため、電力変換装置などの電機品が設けられる。 Vehicles such as the Shinkansen are equipped with electrical equipment such as power converters in order to receive power from AC overhead lines.
この電力変換装置は、車両推進用の電動機に電力供給するための主電力変換装置と、車両内のコンプレッサーや照明その他に電力供給するための補助電力変換装置との少なくとも二系統を備えて構成される。 This power conversion device is configured to include at least two systems, a main power conversion device for supplying power to an electric motor for vehicle propulsion and an auxiliary power conversion device for supplying power to a compressor, lighting, and the like in the vehicle. To.
特許文献1の図1には、『交流架線から受電する変圧器に2つの二次巻線を設け、一方の二次巻線に主電力変換装置を接続し、他方の二次巻線に補助電力変換装置を接続する』旨の構成が開示される。 In FIG. 1 of Patent Document 1, "Two secondary windings are provided in a transformer that receives power from an AC overhead wire, a main power converter is connected to one secondary winding, and the other secondary winding is assisted. The configuration of "connecting the power conversion device" is disclosed.
近年、車両編成の自由度を向上させるため、車両の標準化が要望される。このような車両の標準化では、車両ごとに電機品を搭載し、電機品の配置をなるべく1種類に共通化することが望ましい。 In recent years, in order to improve the degree of freedom in vehicle formation, standardization of vehicles is required. In such standardization of vehicles, it is desirable to mount electrical components on each vehicle and standardize the arrangement of electrical components to one type as much as possible.
しかしながら、電機品が艤装される車両床下はスペースが限られる。そのため、標準車両の実現には電機品の小型化が重要になる。 However, space is limited under the vehicle floor where electrical equipment is outfitted. Therefore, miniaturization of electrical components is important for the realization of standard vehicles.
そこで、本発明は、小型化に適した電力変換装置の構成を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a configuration of a power conversion device suitable for miniaturization.
上記課題を解決するために、代表的な本発明の電力変換装置の一つは、入力される交流電流を流す一次巻線と、複数の二次巻線とを有する変圧器と、前記変圧器の二次巻線それぞれに接続されて交流−直流電力変換を行う複数のコンバータと、複数の前記コンバータの直流出力を直列接続して直流電圧を出力する接続回路と、前記接続回路により生成された前記直流電圧を直流−交流電力変換し、交流電力を出力するインバータとを備える。 In order to solve the above problems, one of the typical power conversion devices of the present invention is a transformer having a primary winding for passing an input alternating current, a plurality of secondary windings, and the transformer. A plurality of converters connected to each of the secondary windings of the above to perform AC-DC power conversion, a connection circuit for connecting the DC outputs of the plurality of converters in series to output a DC voltage, and a connection circuit generated by the connection circuit. It is provided with an inverter that converts the DC voltage into DC-AC power and outputs AC power.
本発明は、小型化に適した電力変換装置の構成を提供する。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
The present invention provides a configuration of a power conversion device suitable for miniaturization.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施例1における鉄道車両の概略構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a railroad vehicle according to the first embodiment.
同図において、車両10の電力系統は、変電所において交流電圧が印加される架線20と、架線20から集電する集電装置30と、集電装置30から入力される交流電流を一次側に流す変圧器40と、変圧器40を流れた交流電流を変電所に返すレール50と、変圧器40で変圧された交流電力を電力変換して電動機60を駆動する主電力変換装置70と、変圧器40で変圧された交流電力を電力変換して車両内に補助電源として供給する補助電力変換装置80とから構成される。
In the figure, the power system of the
これらの変圧器40、主電力変換装置70および補助電力変換装置80を備えた電力変換装置のシステムは、車両10の床下に艤装される。さらに、車両10は、車輪11を軸支する台車10Aと、車輪11を回転駆動する推進機構である電動機60を備える。
The system of the power conversion device including the
図2は、実施例1における電力変換装置のシステム構成を示す図である。
同図において、電力変換装置は、変圧器40、主電力変換装置70、および補助電力変換装置80を備える。
FIG. 2 is a diagram showing a system configuration of the power conversion device according to the first embodiment.
In the figure, the power conversion device includes a
変圧器40は、架線20(集電装置30)とレール50との間に接続される一次巻線40zと、一次巻線40zにかかる高圧電圧をそれぞれ降圧する4つの二次巻線40a〜40dとを備える。
主電力変換装置70は、主コンバータ71、接続回路72、および主インバータ73を備える。
The
The main
主コンバータ71は、4つの二次巻線40a〜40dそれぞれに接続され、交流−直流電力変換を行うコンバータ71a〜71dを備える。ここで、変圧器40と複数のコンバータ71a〜71dとは互いに接近させて一体接続された状態で、車両10の床下に設置される。
The
接続回路72は、複数のコンバータ71a〜71dの直流出力の端子を電圧加算する方向に直列接続する。この直列接続の中間接続点Cは車両筐体のグラウンド電位GNDに接続される。この中間接続点Cにグラウンド電位GNDを与えることにより、接続回路72は車両筐体に対して正負対称な直流電圧を出力する。
The
主インバータ73は、コンバータ71a〜71dの4段分の直列電圧±Vmを直流−交流電力変換する。主インバータ73が電力変換した三相交流電力は電動機60を駆動する。駆動する電動機60の台数は複数でもよい。
The
一方、補助電力変換装置80は、補助インバータ81、およびフィルタ装置82を備える。
補助インバータ81は、コンバータ71b〜71cの2段分の直列電圧±Vaを直流−交流電力変換し、補助用の三相交流電力として出力する。
On the other hand, the auxiliary
The
フィルタ装置82は、補助インバータ81が出力する三相交流から高調波成分を低減する。フィルタ装置82で歪み低減された三相交流電力は、車両10内のコンプレッサーや照明その他の負荷90を駆動する。
The
なお、主コンバータ71および補助電力変換装置80が動作を開始するための制御電圧は電池等(不図示)から供給される。
The control voltage for starting the operation of the
図3は、コンバータ71a〜71dに共通する回路構成を示す図である。
同図において、スイッチング素子Q1、Q2は直列接続されてU相を構成する。スイッチング素子Q3、Q4は直列接続されてV相を構成する。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration common to the
In the figure, the switching elements Q1 and Q2 are connected in series to form a U phase. The switching elements Q3 and Q4 are connected in series to form a V phase.
スイッチング素子Q1、Q2の接続点と、スイッチング素子Q3、Q4の接続点とには、交流入力の端子が設けられる。 AC input terminals are provided at the connection points of the switching elements Q1 and Q2 and the connection points of the switching elements Q3 and Q4.
スイッチング素子Q1、Q3の接続点と、スイッチング素子Q2、Q4の接続点とには、直流出力の端子が設けられる。直流出力の端子には、キャパシタC1が接続される。 A DC output terminal is provided at the connection point of the switching elements Q1 and Q3 and the connection point of the switching elements Q2 and Q4. A capacitor C1 is connected to the DC output terminal.
なお、コンバータ71b,71cには、補助系統への電流がさらに流れる分だけリップル変動がコンバータ71a,71dよりも大きくなる。そこで、コンバータ71b,71cについては、補助系統へ流れる電流を補う分だけ、コンバータ71a,71dよりもキャパシタC1のキャパシタンスを大きくする。
The ripple fluctuations of the
スイッチング素子Q1〜Q4それぞれに対し、ダイオードD1〜D4が逆並列接続される。なお、スイッチング素子Q1〜Q4がIGBTの場合にはダイオードD1〜D4が必要になるが、スイッチング素子Q1〜Q4がMOSFETの場合はダイオードD1〜D4を接続せずにMOSFETのボディダイオードを使用してもよい。 Diodes D1 to D4 are connected in antiparallel to each of the switching elements Q1 to Q4. When the switching elements Q1 to Q4 are IGBTs, the diodes D1 to D4 are required, but when the switching elements Q1 to Q4 are MOSFETs, the MOSFET body diode is used without connecting the diodes D1 to D4. May be good.
スイッチング素子Q1〜Q4はMOSFETやIGBTなどの電圧制御型のスイッチング素子や、サイリスタなどの電流制御型のスイッチング素子である。ダイオードD1〜D4はPNダイオードやショットキーバリアダイオードなどである。また、スイッチング素子Q1〜Q4およびダイオードD1〜D4の半導体材料の母材はSi(シリコン)に限らず、Siよりもバンドギャップが広いSiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)などを用いることで、損失を低減して小型化する。 The switching elements Q1 to Q4 are voltage control type switching elements such as MOSFETs and IGBTs, and current control type switching elements such as thyristors. The diodes D1 to D4 are a PN diode, a Schottky barrier diode, or the like. Further, the base material of the semiconductor material of the switching elements Q1 to Q4 and the diodes D1 to D4 is not limited to Si (silicon), but by using SiC (silicon carbide) or GaN (gallium nitride) having a wider bandgap than Si. , Reduce loss and reduce size.
スイッチング素子Q1〜Q4の電圧定格には、コンバータ71a〜71dの直流側電圧の2倍程度の余裕を与える。図2においてコンバータ71a〜71dの各直流電圧が750Vの場合、スイッチング素子Q1〜Q4の電圧定格は1700V程度となる。
The voltage ratings of the switching elements Q1 to Q4 are provided with a margin of about twice the DC side voltage of the
スイッチング素子Q1〜Q4は、論理部(不図示)により公知のPWM(Pulse Width Modulation)制御が行われることで、交流電力を直流電力に変換する。 The switching elements Q1 to Q4 convert AC power into DC power by performing known PWM (Pulse Width Modulation) control by a logic unit (not shown).
そのPWM制御に起因して、架線20に高調波電流が漏れる。この高調波電流は、架線20を介して外部機器まで流れる恐れがある。そこで、コンバータ71a〜71dそれぞれのPWM制御において、スイッチングのキャリア波形に位相差を設ける。この位相差により、スイッチング周波数を高くすることなく、架線20に生じる高調波電流は相殺ないし低減される。
Harmonic current leaks to the
なお、図3のコンバータ71a〜71dは2レベルの回路構成を一例として挙げたが、架線20の高調波を低減できる公知の3レベルの回路構成でもよい。
Although the
図4は、補助インバータ81の回路構成を示す図である。
同図において、スイッチング素子Q5、Q6は、直列接続されて、U相を構成する。
スイッチング素子Q7、Q8は、直列接続されて、V相を構成する。
スイッチング素子Q9、Q10は、直列接続されて、W相を構成する。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the
In the figure, the switching elements Q5 and Q6 are connected in series to form a U phase.
The switching elements Q7 and Q8 are connected in series to form a V phase.
The switching elements Q9 and Q10 are connected in series to form a W phase.
スイッチング素子Q5、Q7、Q9の接続点と、スイッチング素子Q6、Q8、Q10の接続点とには、直流入力の端子が設けられる。直流入力の端子には、キャパシタC2が接続される。 DC input terminals are provided at the connection points of the switching elements Q5, Q7, and Q9 and the connection points of the switching elements Q6, Q8, and Q10. A capacitor C2 is connected to the DC input terminal.
スイッチング素子Q5、Q6の接続点には、三相交流のU相の出力端子が設けられる。
スイッチング素子Q7、Q8の接続点には、三相交流のV相の出力端子が設けられる。
スイッチング素子Q9、Q10の接続点には、三相交流のW相の出力端子が設けられる。
Three-phase AC U-phase output terminals are provided at the connection points of the switching elements Q5 and Q6.
A three-phase AC V-phase output terminal is provided at the connection point of the switching elements Q7 and Q8.
A three-phase AC W-phase output terminal is provided at the connection point of the switching elements Q9 and Q10.
これらのスイッチング素子Q5〜Q10それぞれには、ダイオードD5〜D10が逆並列接続される。
なお、スイッチング素子Q5〜Q10がIGBTの場合にはダイオードD5〜D10を接続する必要があるが、スイッチング素子Q5〜Q10がMOSFETの場合はダイオードD5〜D10を接続せずにMOSFETのボディダイオードを使用してもよい。
Diodes D5 to D10 are connected in antiparallel to each of these switching elements Q5 to Q10.
When the switching elements Q5 to Q10 are IGBTs, it is necessary to connect the diodes D5 to D10, but when the switching elements Q5 to Q10 are MOSFETs, the MOSFET body diode is used without connecting the diodes D5 to D10. You may.
スイッチング素子Q5〜Q10は、論理部(不図示)によりPWM(Pulse Width Modulation)制御されることで、直流電力を三相交流の電力に変換する。 The switching elements Q5 to Q10 are PWM (Pulse Width Modulation) controlled by a logic unit (not shown) to convert DC power into three-phase AC power.
スイッチング素子Q5〜Q10はMOSFETやIGBTなどの電圧制御型のスイッチング素子や、サイリスタなどの電流制御型のスイッチング素子である。ダイオードD5〜D10はPNダイオードやショットキーバリアダイオードなどである。また、スイッチング素子Q5〜Q10およびダイオードD5〜D10の半導体材料の母材はSi(シリコン)に限らず、Siよりもバンドギャップが広いSiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)などを用いることで、損失を低減して小型化する。 The switching elements Q5 to Q10 are voltage control type switching elements such as MOSFETs and IGBTs, and current control type switching elements such as thyristors. The diodes D5 to D10 are a PN diode, a Schottky barrier diode, or the like. Further, the base material of the semiconductor material of the switching elements Q5 to Q10 and the diodes D5 to D10 is not limited to Si (silicon), but by using SiC (silicon carbide) or GaN (gallium nitride) having a wider bandgap than Si. , Reduce loss and reduce size.
なお、補助インバータ81は一例として2レベルの回路構成を上げたが、交流側の高調波を低減できる公知の3レベルの回路構成でもよい。
Although the
(実施例1の効果)
上述した実施例1は、次の効果を奏する。
(Effect of Example 1)
The above-mentioned Example 1 has the following effects.
(1)実施例1では、接続回路72は、複数のコンバータ71a〜71dの直流出力を直列接続して、直流電圧を出力する。この接続回路72により、複数のコンバータ71a〜71dの直列段数に応じて、多様な種類の直列電圧を一括して生成することが可能になる。
(1) In the first embodiment, the
(2)実施例1では、接続回路72の直列段数に応じて、電動機60を駆動する主系統の直流電圧±Vm(例えば端子間電圧3000V)と、補助系統の直流電圧±Va(例えば端子間電圧1500V)を一括して生成する。
そのため、主電力変換装置70と補助電力変換装置80とにおいて、変圧器40およびコンバータ71とを共有することが可能になる。
(2) In the first embodiment, the DC voltage ± Vm of the main system (for example, the voltage between terminals 3000V) for driving the
Therefore, the main
したがって、実施例1は、特許文献1(特に図1)と比較すると、補助電力変換装置に専用に設けられていた変圧器の二次巻線やコンバータが不要になり、これら部品の削減分だけ電力変換装置を小型化および軽量化することが可能になる。 Therefore, as compared with Patent Document 1 (particularly FIG. 1), Example 1 eliminates the need for the secondary winding of the transformer and the converter, which are exclusively provided for the auxiliary power converter, and reduces the number of these parts. It becomes possible to reduce the size and weight of the power conversion device.
(3)実施例1では、コンバータ71a〜71dは、4段直列により必要な直流電圧(例えば3000V)を生成する。そのため、個々のコンバータ71a〜71dが分担する直流電圧は1/4程度の低い電圧(3000V/4段=750V)になる。
(3) In the first embodiment, the
したがって、個々のコンバータ71a〜71dにおいて、スイッチング素子Q1〜Q4やキャパシタC1などに要求される電圧定格が低くなる。その分だけ部品を小型化できるので、コンバータ71a〜71dを小型化および軽量化することが可能になる。
Therefore, in the
(4)実施例1では、接続回路72は、複数のコンバータ71a〜71dの直列接続の中間接続点Cを車両筐体のグラウンド電位GNDに接続する。そのため、接続回路72はグラウンド電位GNDを中心に正負対称の電圧±Vm(例えば±1500V)を生成する。したがって、対地電圧の最大値は端子間電圧(3000V)の半値Vm(1500V)になり、絶縁設計が容易になる。
(4) In the first embodiment, the
(5)実施例1では、個々のコンバータ71a〜71dにおいて、スイッチングのキャリア波形に位相差を設ける。この位相差により、スイッチングに起因して架線20に漏れる不要電流をコンバータ71a〜71dの間に生じるキャリア波形の位相差により相殺ないし低減することが可能になる。
(5) In the first embodiment, a phase difference is provided in the switching carrier waveform in the
(6)実施例1では、コンバータ71b,71cは、主電力変換装置70および補助電力変換装置80の双方に共用される。一方、コンバータ71a,71dは、主電力変換装置70のみに使用される。そのため、コンバータ71b,71cは共用の分だけ通過する電流が若干大きく、リップル電圧やリップル電流も若干大きくなる。そこで、コンバータ71b,71cでは、コンバータ71a,71dよりもキャパシタC1のキャパシタンスをこの電流の増加分に応じて大きくすることにより、リップル電圧やリップル電流の増加を抑制する。このような回路定数の設定により、コンバータ71b,71cにおける共用の影響を軽減することが可能になる。
(6) In the first embodiment, the
(7)実施例1では、変圧器40と複数のコンバータ71a〜71dとは一体接続された状態で、車両10の床下に配置される。仮に、変圧器40と複数のコンバータ71a〜71dとの距離を離した場合、コンバータ71a〜71dの数が多い分だけ配線を大量に引き回す必要があり、配線スペースが大きくなる、配線重量が重くなる、などの問題が生じる。そこで、実施例1では、変圧器40と複数のコンバータ71a〜71dとを互いに接近するよう一体接続することにより、両者間の配線の引き回しを少なくし、配線スペースが小さく、かつ、配線重量を軽量化することが可能になる。
(7) In the first embodiment, the
(8)ここで、新幹線の場合について電力容量の具体的な数字を挙げて説明する。
新幹線の場合、1台の主インバータ73で300kWの電動機60を4台駆動するため、主インバータ73の電力容量は1200kW程度となる。一方、補助インバータ81の電力容量は130kW程度である。
(8) Here, the case of the Shinkansen will be described with specific numbers of electric power capacities.
In the case of the Shinkansen, since one
主インバータ73と補助インバータ81の双方に電力供給を行う主コンバータ71の電力容量は、その和である1330kW程度となる。この主コンバータ71の電力容量1330kWの内、主インバータ73に使用する電力容量1200kWが9割方を占める。したがって、この主コンバータ71から補助インバータ81にさらに電力供給を行っても、主コンバータ71の電力容量が1割ほど増える程度であり、もともと電力容量に余裕がある主コンバータ71は大型化しない。
The power capacity of the
さらに、従来の特許文献1において必要であった補助電力変換装置の専用コンバータを削除することが可能になり、部品点数の削減による小型化および軽量化が可能となる。 Further, it becomes possible to delete the dedicated converter of the auxiliary power conversion device required in the conventional Patent Document 1, and it becomes possible to reduce the size and weight by reducing the number of parts.
(9)次に、新幹線の場合について直流電圧の具体的な数字を挙げて説明する。
新幹線の場合、主インバータ73に必要な直流電圧は3000Vであり、と補助インバータ81に必要な直流電圧は1500Vである。
(9) Next, the case of the Shinkansen will be described with specific numbers of DC voltage.
In the case of the Shinkansen, the DC voltage required for the
実施例1では、主インバータ73に必要な3000Vを、コンバータ71a〜71dの4段直列で構成するため、1段当たりの直流電圧は750V(=3000V/4段)となる。したがって、補助インバータ81に必要な1500Vも、コンバータ71b,71cの2段直列で賄うことが可能になる。
In the first embodiment, since 3000V required for the
この場合の4段直列および2段直列は、どちらも偶数の直列段数である。そのため、4段直列および2段直列に共通する中間接続点Cを電気的なグラウンドに接続することにより、どちらも正負対称な直流電圧を出力することが可能になる。その結果、4段直列および2段直列のどちらにおいても対地電圧が下がり、鉄道車両としての絶縁対策が容易になる。 In this case, the four-stage series and the two-stage series both have an even number of series stages. Therefore, by connecting the intermediate connection point C common to the 4-stage series and the 2-stage series to the electrical ground, it is possible to output a DC voltage that is positive and negative symmetrical. As a result, the voltage to ground is lowered in both the 4-stage series and the 2-stage series, and the insulation measures as a railway vehicle become easy.
次に、接続回路72に対して、補助の電力系統を新たに増設する実施例について説明する。
図5は、実施例2における電力変換装置のシステム構成を示す図である。
同図において、補助電力変換装置80xが、新たに増設される電力系統である。
この補助電力変換装置80xは、補助インバータ81x、およびフィルタ装置82xを備える。
Next, an embodiment in which an auxiliary power system is newly added to the
FIG. 5 is a diagram showing a system configuration of the power conversion device according to the second embodiment.
In the figure, the auxiliary
The auxiliary
補助インバータ81xは、コンバータ71bの1段分の電圧(例えば750V)を直流−交流電力変換し、補助用の三相交流電力として出力する。なお、コンバータ71bは、補助インバータ81xの分だけ出力電流が若干増えるため、その分だけコンバータ71bのキャパシタC1のキャパシタンスを若干増やして、コンバータ71bのリップル変動を抑制する。
The
フィルタ装置82xは、補助インバータ81が出力する三相交流から高調波成分を低減する。フィルタ装置82xで歪み低減された三相交流電力は、車両10内の負荷90xに電力を供給する。
なお、その他の構成および動作は、実施例1と同じため、重複説明を省略する。
The
Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, duplicate description will be omitted.
(実施例2の効果)
実施例2は、実施例1の効果に加えて、次の効果を奏する。
(Effect of Example 2)
In the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects are exhibited.
実施例2では、複数のコンバータ71a〜71dの直列段数1,2,4に応じて、3種類の直流電圧750V、1500V、および3000Vを一括して生成することが可能になる。
In the second embodiment, it is possible to collectively generate three types of DC voltages 750V, 1500V, and 3000V according to the number of series stages 1, 2, and 4 of the plurality of
なお、図示しないが、複数のコンバータ71a〜71dの直列段数1,2,3,4に応じて、4種類の直流電圧750V、1500V、2250V、および3000Vを一括して生成することも可能である。
Although not shown, it is also possible to collectively generate four types of DC voltages 750V, 1500V, 2250V, and 3000V according to the number of series stages 1, 2, 3, and 4 of the plurality of
このように、3種類以上の電力系統を設けても、主コンバータ71を共用するため、補助の電力系統から専用コンバータを削除することが可能になる。その結果、部品点数の削減による電力変換装置の小型化および軽量化が可能になる。
In this way, even if three or more types of power systems are provided, the
次に、変圧器40の二次巻線に対して、補助の電力系統を追加する実施例について説明する。
図6は、実施例3における電力変換装置のシステム構成を示す図である。
同図において、補助電力変換装置80yが、新たに増設される電力系統である。
Next, an embodiment in which an auxiliary power system is added to the secondary winding of the
FIG. 6 is a diagram showing a system configuration of the power conversion device according to the third embodiment.
In the figure, the auxiliary
補助電力変換装置80yは、変圧器40の二次巻線40dに接続される補助コンバータ83yと、補助インバータ81yと、フィルタ装置82yを備える。フィルタ装置82yから出力される三相交流電力は負荷90yに供給される。
The auxiliary
なお、実施例1と同じ構成については、同じ参照番号を付与して示し、ここでの重複説明を省略する。 The same configuration as in the first embodiment will be given the same reference number, and duplicate description will be omitted here.
実施例3では、二次巻線40dの交流電力を、コンバータ71dと補助コンバータ83yで共用する。そのため、交流−直流変換時のスイッチングが互いに影響しないよう、コンバータ71dおよび補助コンバータ83yのスイッチングを同期させることが好ましい。
In the third embodiment, the AC power of the secondary winding 40d is shared by the
(実施例3の効果)
実施例3では、変圧器40の二次巻線40dを、主電力変換装置70と補助電力変換装置80yで共有することにより、電力変換装置のシステム構成を小型化および軽量化することができる。
(Effect of Example 3)
In the third embodiment, the secondary winding 40d of the
次に、コンバータを2段直列にする実施例について説明する。
図7は、実施例4における電力変換装置のシステム構成を示す図である。
同図において、電力変換装置は、変圧器40A、主電力変換装置70A、および補助電力変換装置80zを備える。
Next, an embodiment in which the converters are connected in series in two stages will be described.
FIG. 7 is a diagram showing a system configuration of the power conversion device according to the fourth embodiment.
In the figure, the power conversion device includes a
なお、実施例1と同じ構成については、同じ参照番号を付与して示し、ここでの重複説明を省略する。 The same configuration as in the first embodiment will be given the same reference number, and duplicate description will be omitted here.
変圧器40Aは、架線20(集電装置30)とレール50との間に接続される一次巻線40zと、一次巻線40zにかかる高圧電圧をそれぞれ降圧する2つの二次巻線40e,40fとを備える。
主電力変換装置70Aは、主コンバータ71A、接続回路72A、および主インバータ73を備える。
The
The main
主コンバータ71Aは、2つの二次巻線40e,40fそれぞれに接続されて交流−直流電力変換を行う複数のコンバータ71e,71fを備える。ここで、変圧器40Aと複数のコンバータ71e,71fとは一体接続された状態で、車両10の床下に配置される。
The
接続回路72Aは、複数のコンバータ71e,71fの直流出力の端子を電圧加算する方向に直列接続する。この直列接続の中間接続点Cは車両筐体のグラウンド電位GNDに接続される。この中間接続点Cにグラウンド電位GNDを与えることにより、接続回路72は車両筐体に対して正負対称な直流電圧±Vmを出力する。
The
主インバータ73は、コンバータ71e,71fの2段分の直列電圧±Vmを直流−交流電力変換する。主インバータ73が電力変換した三相交流電力は電動機60を駆動する。駆動する電動機60の台数は複数でもよい。
The
一方、補助電力変換装置80zは、補助インバータ81z、およびフィルタ装置82zを備える。
補助インバータ81zは、コンバータ71eの1段分の正の直列電圧Vmを直流−交流電力変換し、補助用の三相交流電力として出力する。
On the other hand, the auxiliary
The
フィルタ装置82zは、補助インバータ81zが出力する三相交流から高調波成分を低減する。フィルタ装置82zで歪み低減された三相交流電力は、車両10内のコンプレッサーや照明その他の負荷90を駆動する。
The
なお、中間接続点Cをグラウンド電位GNDに接続せずに、変圧器40Aの二次側以降を電圧的にフローティング状態としてもよい。
It should be noted that the intermediate connection point C may not be connected to the ground potential GND, and the secondary side and subsequent sides of the
(実施例4の効果)
実施例4は、実施例1の効果に加えて、次の効果を奏する。
(Effect of Example 4)
In the fourth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects are exhibited.
実施例4では、2つの二次巻線40e,40fと、2つのコンバータ71e,71fとを備える。そのため、実施例1に比べても部品点数が少なく、配線数も少ない。そのため、電力変換装置のシステムを小型化および軽量化することが可能になる。
In the fourth embodiment, two
[実施形態の補足事項]
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例1〜4は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
[Supplementary matters of the embodiment]
The present invention is not limited to the above-mentioned examples, and includes various modifications. For example, Examples 1 to 4 described above have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を組み合わせることも可能である。 Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to combine the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment.
さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
10…車両、10A…台車、11…車輪、20…架線、30…集電装置、40…変圧器、40A…変圧器、40a〜40d…二次巻線、40e〜40f…二次巻線、40z…一次巻線、50…レール、60…電動機、70…主電力変換装置、70A…主電力変換装置、71…主コンバータ、71A…主コンバータ、71a〜71d…コンバータ、71e〜71f…コンバータ、72…接続回路、72A…接続回路、73…主インバータ、80…補助電力変換装置、80x…補助電力変換装置、80y…補助電力変換装置、80z…補助電力変換装置、81…補助インバータ、81x…補助インバータ、81y…補助インバータ、81z…補助インバータ、82…フィルタ装置、82x…フィルタ装置、82y…フィルタ装置、82z…フィルタ装置、83y…補助コンバータ、90…負荷、90x…負荷、90y…負荷、C…中間接続点、C1…キャパシタ、C2…キャパシタ、D1〜D4…ダイオード、D5〜D10…ダイオード、Q1〜Q4…スイッチング素子、Q5〜Q10…スイッチング素子 10 ... vehicle, 10A ... trolley, 11 ... wheel, 20 ... overhead wire, 30 ... current collector, 40 ... transformer, 40A ... transformer, 40a-40d ... secondary winding, 40e-40f ... secondary winding, 40z ... primary winding, 50 ... rail, 60 ... electric motor, 70 ... main power converter, 70A ... main power converter, 71 ... main converter, 71A ... main converter, 71a to 71d ... converter, 71e to 71f ... converter, 72 ... Connection circuit, 72A ... Connection circuit, 73 ... Main inverter, 80 ... Auxiliary power converter, 80x ... Auxiliary power converter, 80y ... Auxiliary power converter, 80z ... Auxiliary power converter, 81 ... Auxiliary inverter, 81x ... Auxiliary inverter, 81y ... Auxiliary inverter, 81z ... Auxiliary inverter, 82 ... Filter device, 82x ... Filter device, 82y ... Filter device, 82z ... Filter device, 83y ... Auxiliary converter, 90 ... Load, 90x ... Load, 90y ... Load, C ... intermediate connection point, C1 ... capacitor, C2 ... capacitor, D1 to D4 ... diode, D5 to D10 ... diode, Q1 to Q4 ... switching element, Q5 to Q10 ... switching element
Claims (12)
前記変圧器の二次巻線それぞれに接続され、交流−直流電力変換を行う複数のコンバータと、
複数の前記コンバータの直流出力を直列接続して、直流電圧を出力する接続回路と、
前記接続回路により生成された前記直流電圧を直流−交流電力変換し、交流電力を出力するインバータと、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 A transformer having a primary winding for passing an input alternating current and a plurality of secondary windings,
A plurality of converters connected to each of the secondary windings of the transformer to perform AC-DC power conversion,
A connection circuit that outputs DC voltage by connecting the DC outputs of a plurality of the converters in series,
An inverter that converts the DC voltage generated by the connection circuit into DC-AC power and outputs AC power.
A power conversion device characterized by being equipped with.
前記接続回路は、前記コンバータの複数の直列段数に応じて複数の前記直流電圧を出力し、
前記インバータは、複数の前記直流電圧をそれぞれ直流−交流電力変換する複数のインバータであり、
複数の前記インバータによって、複数系統の交流電力を出力する
ことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1,
The connection circuit outputs a plurality of the DC voltages according to the number of a plurality of series stages of the converter.
The inverter is a plurality of inverters that convert a plurality of the DC voltages into DC-AC power, respectively.
A power conversion device characterized in that AC power of a plurality of systems is output by a plurality of the inverters.
複数の前記コンバータの一つと、前記二次巻線の一つを共有し、交流−直流電力変換を行う補助コンバータと、
前記補助コンバータが出力する直流電力を直流−交流電力変換し、補助系統の交流電力を出力する補助インバータと、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1,
An auxiliary converter that shares one of the plurality of converters and one of the secondary windings to perform AC-DC power conversion.
An auxiliary inverter that converts the DC power output by the auxiliary converter into DC-AC power and outputs the AC power of the auxiliary system.
A power conversion device characterized by being equipped with.
前記接続回路は、複数の前記コンバータの直列接続の中間接続点を電気的なグラウンドに接続する
ことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
The connection circuit is a power conversion device characterized in that an intermediate connection point for series connection of a plurality of the converters is connected to an electrical ground.
複数の前記コンバータは2レベル回路または3レベル回路である
ことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to any one of claims 1 to 4.
A power conversion device, wherein the plurality of converters are two-level circuits or three-level circuits.
複数の前記コンバータは、スイッチングのキャリア波形の位相が異なる
ことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to any one of claims 1 to 5.
The plurality of converters are power conversion devices characterized in that the phases of switching carrier waveforms are different.
直列接続される複数の前記コンバータの一部は、直流出力に備えるキャパシタのキャパシタンスが異なる
ことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to any one of claims 1 to 6.
A power conversion device characterized in that some of the plurality of converters connected in series have different capacitances of capacitors provided for DC output.
前記インバータは2レベル回路または3レベル回路である
ことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to any one of claims 1 to 7.
The inverter is a power conversion device, characterized in that it is a two-level circuit or a three-level circuit.
前記電力変換装置に搭載されるスイッチング素子は、シリコン又はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材とする
ことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to any one of claims 1 to 8.
The switching element mounted on the power conversion device is a power conversion device characterized in that silicon or a semiconductor material having a bandgap larger than that of silicon is used as a base material.
前記電力変換装置に搭載されるスイッチング素子はMOSFET又はIGBTの電圧駆動型素子である
ことを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to any one of claims 1 to 9.
A power conversion device characterized in that the switching element mounted on the power conversion device is a voltage-driven element of a MOSFET or an IGBT.
前記電力変換装置が変換出力する交流電力を動力源とする推進機構と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 10.
A propulsion mechanism that uses AC power converted and output by the power conversion device as a power source,
A railroad vehicle characterized by being equipped with.
前記変圧器と複数の前記コンバータとを一体接続した状態で、前記鉄道車両に設置する
ことを特徴とする鉄道車両の生産方法。 The method for producing a railway vehicle according to claim 11.
A method for producing a railway vehicle, characterized in that the transformer and the plurality of converters are integrally connected and installed in the railway vehicle.
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WO2023050517A1 (en) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | Energy storage traction system and control method therefor, and rail transit vehicle |
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