JP2680385B2 - 電気車用補助電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、複電圧入力式電気車用の補助電源装置、例
えば600V架線区間と1500V架線区間との両方を走行し得
る電気車においてバッテリ充電用等として備えられる補
助電源装置に関する。

（従来の技術） 電気車には架線電圧のいかんにかかわらず、バッテリ
を一定の電圧に充電したりするために補助電源装置が設
けられる場合が多い。第３図は、その種の従来の電気車
用補助電源装置を示すものである。

第３図の補助電源装置においては、架線１からパンタ
グラフ２を介して直流電力を受電し、それを遮断器３、
２組のリアクトル4A,4Bおよび２組の転換器接点5A,5Bを
介して２組のハーフブリッジ型のインバータ6A,6Bに導
き、ここで直流電力を交流電力に変換する。両インバー
タ6A,6Bは、２組の転換器接点5C,5Dによって相互結線さ
れる。架線１の定格電圧として、以下の説明において
は、600Vと1500Vを想定する。各転換器接点5A,5B,5C,5D
は架線１の定格電圧に応じて切り換えられ、架線１の定
格電圧が相対的に低い600Vの場合には２組のリアクトル
4A,4Bおよび２組のインバータ6A,6Bをそれぞれ並列に接
続し、相対的に高い1500Vの場合には直列に接続するよ
うに切り換え操作される。図には前者の並列接続の状態
が示されている。直列接続の場合には図示の接点位置と
は反対側に切り換えられる。インバータ6A,6Bはそれぞ
れ一方のアーム相を構成するコンデンサ61,62、他方の
アーム相を構成する逆並列ダイオード付きスイッチング
素子63,64、および両アーム相間に直列に接続された限
流回路65からなっている。インバータ6A,6Bの各交流出
力端にはそれぞれ変圧器7A,7Bが接続されている。両変
圧器7A,7Bの二次側は直列接続され、その両端が整流器
８の交流入力端に接続されている。整流器８の直流出力
端はリアクトル９およびコンデンサ10からなる平滑回路
を介して負荷11に接続されている。負荷11は、例えばバ
ッテリの充電回路であり得る。

負荷11に一定の直流電圧が供給されるようにインバー
タ6A,6Bの各スイッチング素子63,64の点孤位相が位相制
御回路20によって制御される。この電圧制御を全うする
ために４組の電圧検出器21,22A,22B,23が設けられてい
る。電圧検出器21は架線１の定格電圧すなわち定格架線
電圧を検出し、電圧検出器22A,22Bはそれぞれコンデン
サ61,62の両端から電圧を得てそれを適当な電圧値に調
整して位相制御回路20に対し制御用電源電圧として供給
し、さらに電圧検出器23は補助電源装置全体の出力電圧
すなわち負荷11の入力電圧を検出する。電圧検出器21に
よって検出された定格架線電圧に従い、転換器５を介し
て転換器接点5A〜5Dがすでに述べたように切り換えられ
る。位相制御回路20は、電圧検出器23によって検出され
た負荷電圧が電圧検出器22A,22Bによって検出されたイ
ンバータ入力電圧の変動にもかかわらず一定になるよう
に各スイッチング素子63,64の点孤位相を制御する。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べた構成を有する従来の補助電源装置において
は、複電圧入力に対処するために、回路構成上、部品点
数が多くなっているのが欠点である。すなわち、第３図
の装置におおては、600Vと1500Vの両電圧の下で使用し
得るようにするために、２組のリアクトル4A,4B、２組
のインバータ6A,6B、２組の変圧器7A,7B、さらには４組
の転換器接点5A〜5Dを必要とするなど、部品点数が多
く、そのため装置が大型かつ大重量のものとなってい
た。

またインバータ6A,6Bは、ハーフブリッジ構成として
いるため、変圧器7A,7Bの一次電圧が架線電圧の1/2とな
り、特に600V架線電圧時にスイッチング素子63,64に流
れる電流のピーク値が大きくなる。

したがって本発明は、可及的に部品点数が少なく、小
型・軽量に構成し得る電気車用補助電源装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の電気車用補助電源
装置は、定格電圧の異なる架線から受電して用いられ得
る電気車のパンタグラフを介して得られた直流電力を交
流電力に変換するフルブリッジ構成のインバータと、各
定格電圧に応じたタップを有しインバータの交流出力端
に接続されたタップ付き変圧器と、このタップ付き変圧
器の交流出力を整流して負荷に供給する整流器と、架線
の定格電圧を検出する第１の電圧検出手段と、整流器の
出力電圧を検出する第２の電圧検出手段と、架線から電
圧を得てそれを適当な電圧値に制御し制御用電源電圧と
して出力する第３の電圧検出手段と、第１の電圧検出手
段によって検出された架線の定格電圧に応じてタップ付
き変圧器のタップを定格出力電圧が得られるように切り
換えるタップ切換手段と、制御用電源電圧を動作電源電
圧として動作し第１の電圧検出手段によって検出された
架線の電圧に応じてゲインを切り換えるゲイン切換手段
を有し第２の電圧検出手段によって検出される整流器の
出力電圧が一定となるようにインバータを位相制御する
位相制御手段とを備えたことを特徴とする。

（作 用） 上記回路構成に従い、インバータをフルブリッジ構成
のものとすることにより変圧器の一次電圧は架線電圧と
同一となり、スイッチング素子のピーク電圧もハーフブ
リッジ構成の場合の２分の１となり、スイッチング素子
の電流定格を小さくすることができる。また多種の部品
点数をほぼ半減することができ、装置全体を小型・軽量
に構成することができる。

（実施例） 以下、図を参照して、本発明の実施例をより詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。第１図
においては、架線１からパンタグラフ２を介して得られ
た直流電力は遮断器３、リアクトル４およびコンデンサ
12からなる平滑回路、並びに限流回路13を介してフルブ
リッジ構成の電圧型インバータ14に導かれ、ここで交流
電力に変換される。インバータ14は、それぞれ逆並列接
続のダイオードを有する４組のスイッチング素子14A,14
B,14C,14Dをブリッジ結線とすることによって構成され
ている。インバータ14の交流出力端には、一次側にタッ
プを有する変圧器７が接続されている。変圧器７のタッ
プ切換は、転換器接点5Aによって行われる。この場合の
タップ切換は、無負荷状態で行われる。変圧器７の二次
側から取出される交流電力は整流器８によって直流電力
に変換され、さらにこの直流電力はリアクトル９および
コンデンサ10からなる平滑回路を介して負荷11に供給さ
れる。

架線電圧および負荷電圧は、それぞれ第１の電圧検出
器21ないし第３の電圧検出器23によって検出され、また
インバータ入力電圧としてコンデンサ12の電圧が第２の
電圧検出器22によって検出される。転換器接点5Aは、電
圧検出器21によって検出された定格架線電圧に応じ、架
線電圧が600Vの場合は変圧器７のタップを中間タップ側
に、また1500Vの場合は巻線端側に転換器５によって切
換え操作される。図には、架線電圧が600Vである場合の
接点状態が示されている。その結果、変圧器７の二次側
には定格架線電圧のいかんにかかわらず常にほぼ一定の
定格電圧が生じる。さらに、電圧検出器21によって検出
された定格架線電圧に応じ、変圧器７の二次側に同一定
格二次電圧が生ずるように位相制御回路20のゲイン切換
が行われる。このようにゲイン切換を行うことによっ
て、架線の定格電圧が変わっても位相制御回路20の動作
位相に変化を来さないようにし、それによりインバータ
14の出力電圧に変動を来さないようにすることができ
る。各定格電圧の下での電圧変動が、電圧検出器23の検
出電圧を位相制御回路20にフィードバックすることによ
り補償されることは、第３図の装置の場合と同様であ
る。

以上のように構成された補助電源装置は従来装置に比
べ部品点数が大幅に削減されるのが特徴である。すなわ
ち、第１図の装置の場合、１組のリアクトル４、１組の
コンデンサ12、１組の転換器接点5A、１組の限流回路1
3、さらには１組の変圧器７を設けることによって所望
の電源装置が構成され、第３図の従来装置に比べ、個々
の部品点数は２分の１から４分の１に減少していること
が分る。

また４組のスイッチング素子によってフルブリッジの
インバータを構成することによって、入力フィルタ回路
の直並列切換が無く、回路構成が簡単になる。

第１図の装置においては、架線１から直流電力を受電
するものとして説明したが、交流電力を受電し整流器で
直流化してインバータに給電するものにも本発明は適用
可能である。第２図は、そのような交流受電式の要部を
示すものである。第２図においては、架線１からパンタ
グラフ２を介して得られた交流電力は一旦、変圧器15で
受電され、その二次側に接続された整流器16によって直
流電力に変換される。このようにして直流化された後
は、第１図の場合のパンタグラフ２から取出される直流
電力と同様に遮断器３以下の各部品によって交流電力へ
の変換および直流電力への再変換が行われる。

なお、インバータ14を構成するスイッチング素子とし
ては、ゲートターンオフサイリスタ（GTO）等の自己消
弧型の素子のほかに、通常のサイリスタであってもよ
い。

さらに、架線電圧は、600Vおよび1500Vの定格電圧か
らなる複電圧に限られることはなく、他の値の複電圧で
あってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複電圧入力に対してフルブリッジ構
成のインバータを用いることにより、１組のインバータ
および１組の変圧器で足りることになり、主回路部品点
数を大幅に減少させ、回路構成を簡略化して、小型・軽
量の電気車用補助電源装置を提供することができる。さ
らに本発明によれば、架線電圧に応じて位相制御手段の
ゲインを切り換えるので、架線電圧が変わっても位相制
御特性に変化を来すことがなく、インバータ出力を一定
に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による電気車用補助電源装置
の直流受電の場合を示す結線図、第２図は交流受電の場
合の要部を示す結線図、第３図は従来の電気車用補助電
源装置の結線図である。 １……架線、２……パンタグラフ、３……遮断器、４…
…リアクトル、５……転換器、5A……転換器接点、７…
…タップ付き変圧器、８……整流器、９……リアクト
ル、10……コンデンサ、11……負荷、12……コンデン
サ、13……限流回路、14……フルブリッジ電圧形インバ
ータ、20……位相制御回路、21……第１の電圧検出器、
22……第２の電圧検出器、23……第３の電圧検出器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】定格電圧の異なる架線から受電して用いら
   れ得る電気車のパンタグラフを介して得られた直流電力
   を交流電力に変換するフルブリッジ構成のインバータ
   と、前記定格電圧に応じたタップを有し前記インバータ
   の交流出力端に接続されたタップ付き変圧器と、このタ
   ップ付き変圧器の交流出力を整流して負荷に供給する整
   流器と、前記架線の定格電圧を検出する第１の電圧検出
   手段と、前記架線から電圧を得てそれを適当な電圧値に
   調整し制御用電源電圧として出力する第２の電圧検出手
   段と、前記整流器の出力電圧を検出する第３の電圧検出
   手段と、前記第１の電圧検出手段によって検出された架
   線の定格電圧に応じて前記タップ付き変圧器のタップを
   定格出力電圧が得られるように切り換えるタップ切換手
   段と、前記制御用電源電圧を動作電源電圧として動作し
   前記第１の電圧検出手段によって検出された架線の電圧
   に応じてゲインを切り換えるゲイン切換手段を有し前記
   第３の電圧検出手段によって検出される前記整流器の出
   力電圧が一定となるように前記インバータを位相制御す
   る位相制御手段とを備えた電気車用補助電源装置。