JP3071944B2 - Electric vehicle power converter - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、架線または第3軌条
から直流電源の供給を受ける電気車において、パンタグ
ラフの離線により一時的に電流の供給が停止する時間に
も、インバータ回路を継続して動作させ、負荷への電力
供給を続けることができる電気車の電力変換装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle which is supplied with DC power from an overhead wire or a third rail, and in which the inverter circuit is continuously operated even when the current supply is temporarily stopped due to the disconnection of the pantograph. The present invention relates to a power converter for an electric vehicle that can be operated and can continue to supply power to a load.
【0002】[0002]
【従来の技術】直流架線または第3軌条から直流電源の
供給を受ける電気車において、その空調装置や照明装置
など各種の負荷に対して電源を与えるために備えられて
いる電力変換装置として、従来一般に、インバータ回路
が広く用いられている。2. Description of the Related Art In an electric vehicle which is supplied with DC power from a DC overhead line or a third rail, a conventional power conversion device is provided as a power conversion device provided for supplying power to various loads such as an air conditioner and a lighting device. Generally, inverter circuits are widely used.
【0003】この従来のインバータ回路を用いた電気車
の電力変換装置は、図7に示すような構成であり、架線
または第3軌条1を流れる直流電力がパンタグラフ2に
より集電され、単位スイッチ3を通し、直流フィルタリ
アクトル4、GTO遮断器5を介してフィルタコンデン
サ6を充電し、これと並列に接続されるインバータ回路
7に直流電力を供給するようになっている。フィルタコ
ンデンサ6に並列に電圧検出器8が接続され、これによ
ってフィルタコンデンサ6の電圧を検出するようになっ
ている。また、GTO遮断器5と並列に設けられた充電
抵抗9は起動時にフィルタコンデンサ6を充電するため
のもので、充電後にはGTO遮断器5によって短絡され
る。[0003] A conventional power converter for an electric vehicle using an inverter circuit has a configuration as shown in FIG. 7. DC power flowing through an overhead wire or a third rail 1 is collected by a pantograph 2, and a unit switch 3 is provided. Through the DC filter reactor 4 and the GTO circuit breaker 5 to charge the filter capacitor 6 and supply DC power to an inverter circuit 7 connected in parallel with the filter capacitor 6. A voltage detector 8 is connected in parallel with the filter capacitor 6 so that the voltage of the filter capacitor 6 is detected. The charging resistor 9 provided in parallel with the GTO breaker 5 is for charging the filter capacitor 6 at the time of starting, and is short-circuited by the GTO breaker 5 after charging.
【0004】インバータ回路7は三相で構成され、各ア
ームには図7に示すようなIGBTあるいはGTOその
他のスイッチング素子71〜76が配置されて構成され
ている。The inverter circuit 7 has a three-phase structure, and each arm has an IGBT or GTO or other switching elements 71 to 76 as shown in FIG.
【0005】さらに、フィルタコンデンサ6とインバー
タ回路7との間には、インバータ回路内のスイッチング
素子71〜76のいずれかが破壊して上下アームが短絡
した場合にフィルタコンデンサ6からの放電電流を検出
し、GTO遮断器5をオフさせて単位スイッチ3を遮断
し、架線または第3軌条1から電流が流れ込まないよう
にするための電流検出器10が配置されている。Further, a discharge current from the filter capacitor 6 is detected between the filter capacitor 6 and the inverter circuit 7 when one of the switching elements 71 to 76 in the inverter circuit is broken and the upper and lower arms are short-circuited. Then, a current detector 10 for turning off the GTO circuit breaker 5 to cut off the unit switch 3 and preventing current from flowing from the overhead wire or the third rail 1 is arranged.
【0006】インバータ回路7の出力側には交流フィル
タ11を介して変圧器12が接続され、変圧器12の出
力が電気車の各種負荷に供給されるようになっている。[0006] A transformer 12 is connected to the output side of the inverter circuit 7 via an AC filter 11, so that the output of the transformer 12 is supplied to various loads of the electric vehicle.
【0007】そして、このような従来の電気車の電力変
換装置では、走行する電気車にとって、特に、パンタグ
ラフ2が1つしかないような場合には、走行中にパンタ
グラフ2と架線または第3軌条1が離れるという離線現
象が起きると、一時的にインバータ回路7への直流電力
の供給が断たれることになる。この離線時間は線区によ
り異なるものであるが、図7に示す従来の電気車の電力
変換装置では、離線時におけるインバータ回路7の動作
継続時間が一般に数ms〜10数msである。ところ
が、この動作継続時間は理想的には離線が解消するまで
延長できることが望ましい。そこで、離線時のインバー
タ回路の動作継続時間を延長するために、従来から出力
パワーを低減し、あるいは図8に示すように莫大な量の
コンデンサバンク13をフィルタコンデンサ6と並列に
なるように外付けで追加設置し、離線時における電圧の
低下に対応するようにしていた。[0007] In such a conventional electric power converter for an electric vehicle, especially when there is only one pantograph 2 for the traveling electric vehicle, the pantograph 2 is connected to the overhead wire or the third rail during traveling. When the disconnection phenomenon that the 1 is separated occurs, the supply of the DC power to the inverter circuit 7 is temporarily cut off. Although the disconnection time varies depending on the line segment, in the conventional power converter of an electric vehicle shown in FIG. 7, the operation continuation time of the inverter circuit 7 at the time of disconnection is generally several ms to several tens ms. However, it is ideally desirable that the operation continuation time can be extended until the disconnection is eliminated. Therefore, in order to extend the operation duration of the inverter circuit at the time of disconnection, the output power is conventionally reduced, or an enormous amount of the capacitor bank 13 is connected in parallel with the filter capacitor 6 as shown in FIG. It was additionally installed in order to cope with the voltage drop at the time of disconnection.
【0008】ところが、このように外付けでフィルタコ
ンデンサバンク13を追加設置する場合には、次のよう
な問題点があった。However, when the filter capacitor bank 13 is additionally provided externally as described above, there are the following problems.
【0009】いま、インバータ回路7の入力電流をiと
すると、 i=インバータ回路の容量×力率/(効率×直流入力電圧) …(1) iΔt=CΔV …(2) の関係がある。If the input current of the inverter circuit 7 is i, i = capacity of the inverter circuit × power factor / (efficiency × DC input voltage) (1) iΔt = CΔV (2)
【0010】電気車の場合、電力の供給元である架線ま
たは第3軌条1が定格の±50%以上変動する。そのた
め、フィルタコンデンサを構成する場合、定格の+50
%以上の耐圧がコンデンサに要求される。例えば、架線
電圧が1500Vとして、400V−3300μFのコ
ンデンサによってフィルタコンデンサを構成する場合、
マージンを考慮して、8S〜9S(Sは、シリーズ接続
を意味している)となる。In the case of an electric vehicle, the overhead wire or the third rail 1, which is a power supply source, fluctuates by ± 50% or more of the rated value. Therefore, when configuring a filter capacitor, the rated +50
% Is required for the capacitor. For example, when the overhead wire voltage is 1500 V and a filter capacitor is configured by a capacitor of 400 V-3300 μF,
8S to 9S (S means series connection) in consideration of a margin.
【0011】そこで、図8に示す電気車の電力変換装置
において、図9に示すようにDC1500Vの時に容量
が200kVAで60msの離線が生じたとすると、力
率0.85、効率0.9(一般的に用いられる数値であ
る)として、コンデンサバンク13に必要なコンデンサ
容量は、上記の(1)式、(2)式および図9のグラフ
より、 i=200×103 VA×0.85/(0.9×1500V) =約126A 126A×60ms=C×(1500V−900V) したがって、 C=約12600μF となる。なお、この図9は、インバータ回路7の入力が
DC900Vで低電圧検知を行ない、インバータ回路を
停止させるという条件で、離線時のインバータ入力電圧
の動きを表したものである。Therefore, in the electric vehicle power converter shown in FIG. 8, if a disconnection of 60 ms occurs at a capacity of 200 kVA and a DC of 1500 V as shown in FIG. 9, a power factor of 0.85 and an efficiency of 0.9 (general) The capacitor capacity required for the capacitor bank 13 is calculated from the above equations (1) and (2) and the graph of FIG. 9 as follows: i = 200 × 10 3 VA × 0.85 / (0.9 × 1500 V) = about 126 A 126 A × 60 ms = C × (1500 V−900 V) Therefore, C = about 12600 μF. Note that FIG. 9 shows the behavior of the inverter input voltage at the time of disconnection under the condition that the input of the inverter circuit 7 performs low-voltage detection at 900 V DC and stops the inverter circuit.
【0012】このため、フィルタコンデンサ6は通常、
9S9P(Pは、パラレル数を意味する)の構成のもの
を用いるので、外付けフィルタコンデンサバンク13に
は、9S25P(9167μF、225個)という膨大
な数のコンデンサで構成されるコンデンサバンクが必要
であった。For this reason, the filter capacitor 6 is usually
Since a 9S9P (P means a parallel number) configuration is used, the external filter capacitor bank 13 needs a capacitor bank composed of an enormous number of capacitors of 9S25P (9167 μF, 225). there were.
【0013】ところで、このような外付けフィルタコン
デンサバンクによりパンタグラフの離線時のインバータ
回路の動作継続時間を長くしようとすると、上述のよう
に多数のコンデンサで構成される外付けフィルタコンデ
ンサバンクを用いなければならないが、このような大容
量の外付けフィルタコンデンサバンクを用いる場合に
は、インバータ回路のアームの短絡事故が発生したとき
に、外付けフィルタコンデンサバンクに充電されている
大電流が急激に放電され、インバータ回路のスイッチン
グ素子が破壊されてしまう問題点が発生する恐れがあ
る。By the way, in order to extend the operation duration of the inverter circuit when the pantograph is disconnected by such an external filter capacitor bank, the external filter capacitor bank composed of a large number of capacitors as described above must be used. However, when such a large-capacity external filter capacitor bank is used, the large current charged in the external filter capacitor bank is rapidly discharged when a short circuit accident occurs in the arm of the inverter circuit. This may cause a problem that the switching element of the inverter circuit is destroyed.
【0014】例えば、図8の従来の電力変換装置におい
て、インバータ回路7のスイッチング素子71,76が
オン状態であるときに、スイッチング素子72が破壊す
ると、スイッチング素子71,72の間が短絡された状
態となる。この場合、図7に示したような外付けフィル
タコンデンサバンク13がない装置では、架線または第
3軌条1からの直流電流とフィルタコンデンサ6からの
放電電流がインバータ回路7に流れ込もうとするが、電
流検出器8がこの電流値を検出し、GTO遮断器5をオ
フすると共に、単位スイッチ3を遮断すれば、架線また
は第3軌条1からの直流電流が遮断され、フィルタコン
デンサ6からの放電電流のみがインバータ回路7に流れ
ることになり、スイッチング素子の破損度は少なくて済
む。For example, in the conventional power converter shown in FIG. 8, when the switching element 72 is destroyed while the switching elements 71 and 76 of the inverter circuit 7 are in an ON state, the switching elements 71 and 72 are short-circuited. State. In this case, in the device without the external filter capacitor bank 13 as shown in FIG. 7, the DC current from the overhead wire or the third rail 1 and the discharge current from the filter capacitor 6 try to flow into the inverter circuit 7. When the current detector 8 detects this current value and turns off the GTO breaker 5 and cuts off the unit switch 3, the DC current from the overhead wire or the third rail 1 is cut off, and the discharge from the filter capacitor 6 is discharged. Since only the current flows through the inverter circuit 7, the degree of damage of the switching element can be reduced.
【0015】しかしながら、外付けフィルタコンデンサ
バンク13を備えた図8に示すような電力変換装置で
は、GTO遮断器5をオフし、単位スイッチ3を遮断し
たとしても、外付けフィルタコンデンサバンク13から
過電流が放出されることになるので、場合によってはス
イッチング素子が破壊され、素子周辺の部品まで被害を
受ける恐れがある問題点があった。However, in the power converter having the external filter capacitor bank 13 as shown in FIG. 8, even if the GTO circuit breaker 5 is turned off and the unit switch 3 is shut off, the power from the external filter capacitor bank 13 is excessive. Since the current is emitted, there is a problem that the switching element may be destroyed in some cases and components around the element may be damaged.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電気車の電力変換装置では、離線時のインバータ回路の
動作継続時間を延長するためには、フィルタコンデンサ
に対して莫大な量のコンデンサで成る高耐圧の外付けフ
ィルタコンデンサバンクを追加するか、性能を制限する
かしなければならない問題点があった。As described above, in the conventional electric vehicle power converter, in order to extend the operation duration of the inverter circuit at the time of disconnection, an enormous amount of capacitor is required for the filter capacitor. However, there is a problem that an external filter capacitor bank having a high withstand voltage must be added or the performance must be limited.
【0017】また外付けフィルタコンデンサバンクを追
加設置する場合には、インバータ回路のスイッチング素
子の短絡事故が発生したときに、外付けフィルタコンデ
ンサバンクから急激に放電電流が短絡したスイッチング
素子の部分に流れ込み、スイッチング素子が大規模に破
壊されてしまう恐れがある問題点があった。When an external filter capacitor bank is additionally installed, when a short circuit accident occurs in the switching element of the inverter circuit, the discharge current suddenly flows from the external filter capacitor bank into the short-circuited switching element portion. In addition, there is a problem that the switching element may be destroyed on a large scale.
【0018】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、比較的少量の低耐圧のコンデンサで
構成される外付けフィルタコンデンサバンクと、簡単な
周辺回路の追加によって、パンタグラフの離線に対して
インバータ回路の動作継続時間を長くすることができる
電気車の電力変換装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an external filter capacitor bank composed of a relatively small amount of a low withstand voltage capacitor and a simple peripheral circuit have been added. An object of the present invention is to provide a power conversion device for an electric vehicle that can extend the operation continuation time of an inverter circuit with respect to a disconnection.
【0019】この発明はまた、インバータ回路のスイッ
チング素子の短絡事故発生時において、インバータ回路
の素子破壊などの被害を最小限にくい止めることができ
る電気車の電力変換装置を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a power conversion device for an electric vehicle which can minimize damage such as destruction of an inverter circuit when a short circuit accident occurs in a switching element of the inverter circuit. .
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
架線または第3軌条から直流電力をパンタグラフを介し
て取り込み、フィルタコンデンサを介してこれに並列に
接続されたインバータ回路に供給し、直流・交流電力変
換して電気車の各種負荷に供給する電気車の電力変換装
置において、フィルタコンデンサに並列に、自己消弧型
半導体素子と、この自己消弧型半導体素子を介して充電
される複数のコンデンサから成る外付けフィルタコンデ
ンサバンクと、この外付けフィルタコンデンサバンクか
ら前記インバータ回路の直流入力側への放電のみを許可
する整流素子と、前記外付けフィルタコンデンサバンク
の両端電圧を検出し、この両端電圧が前記インバータ回
路の入力直流電圧の定格値よりも低い所定の設定電圧を
維持するように前記自己消弧型半導体素子のオンオフ動
作を制御する手段とを備えたものである。According to the first aspect of the present invention,
An electric vehicle that takes in DC power from an overhead wire or a third rail via a pantograph, supplies it to an inverter circuit connected in parallel to it via a filter capacitor, converts DC / AC power, and supplies it to various loads of an electric vehicle Power converter, an external filter capacitor bank comprising a self-extinguishing semiconductor device, a plurality of capacitors charged through the self-extinguishing semiconductor device, and the external filter capacitor in parallel with the filter capacitor. A rectifying element that permits only discharge from the bank to the DC input side of the inverter circuit, and a voltage across the external filter capacitor bank is detected, and this voltage is lower than the rated value of the input DC voltage of the inverter circuit. Means for controlling on / off operation of the self-extinguishing semiconductor device so as to maintain a predetermined set voltage It is those with a.
【0021】また請求項2記載の発明は、上記電気車の
電力変換装置において、フィルタコンデンサに並列に接
続され、パンタグラフの瞬時離線時においてもインバー
タ回路に直流電力を供給するための複数のコンデンサか
ら成る外付けフィルタコンデンサバンクと、この外付け
フィルタコンデンサバンクからの放電電流値を検出し、
前記インバータ回路のアーム短絡事故時に前記インバー
タ回路と前記外付けフィルタコンデンサバンクとの間を
電気的に遮断する手段とを備えたものである。According to a second aspect of the present invention, in the electric vehicle power converter, a plurality of capacitors connected in parallel to the filter capacitor for supplying DC power to the inverter circuit even in the event of an instantaneous disconnection of the pantograph. Detecting the external filter capacitor bank and the discharge current value from the external filter capacitor bank,
Means for electrically disconnecting the inverter circuit from the external filter capacitor bank when an arm short circuit occurs in the inverter circuit.
【0022】また請求項3記載の発明は、上記電気車の
電力変換装置において、フィルタコンデンサに並列に、
自己消弧型半導体素子と、この自己消弧型半導体素子を
介して充電される複数のコンデンサから成る外付けフィ
ルタコンデンサバンクと、前記外付けフィルタコンデン
サバンクから前記インバータ回路の直流入力側への放電
のみを許可する整流素子と、前記外付けフィルタコンデ
ンサバンクの両端電圧を検出し、この両端電圧が前記イ
ンバータ回路の入力直流電圧の定格値よりも低い所定の
設定電圧を維持するように前記自己消弧型半導体素子の
オンオフ動作を制御する手段と、前記外付けフィルタコ
ンデンサバンクからの放電電流値を検出し、前記インバ
ータ回路のアーム短絡事故時に前記インバータ回路と前
記外付けフィルタコンデンサバンクとを電気的に遮断す
る手段とを備えたものである。According to a third aspect of the present invention, in the power conversion device for an electric vehicle, the power conversion device includes:
A self-extinguishing type semiconductor element, an external filter capacitor bank including a plurality of capacitors charged through the self-extinguishing type semiconductor element, and discharging from the external filter capacitor bank to a DC input side of the inverter circuit. And a voltage between both ends of the external filter capacitor bank, and a self-supply voltage so as to maintain a predetermined voltage lower than a rated value of the input DC voltage of the inverter circuit. Means for controlling the on / off operation of the arc-shaped semiconductor element, detecting a discharge current value from the external filter capacitor bank, and electrically connecting the inverter circuit and the external filter capacitor bank when an arm short circuit occurs in the inverter circuit. And means for shutting off.
【0023】[0023]
【作用】請求項1記載の発明の電気車の電力変換装置で
は、通常動作時に、電圧検出手段の制御により、外付け
フィルタコンデンサバンクに対して、自己消弧型半導体
素子を介して定格電圧よりも低い所定の電圧を維持する
ように充電しておく。In the electric vehicle power converter according to the first aspect of the present invention, during normal operation, the voltage of the external filter capacitor bank is reduced from the rated voltage via the self-extinguishing type semiconductor element by the control of the voltage detecting means. To maintain a low predetermined voltage.
【0024】そして、パンタグラフの離線時には、イン
バータ回路が継続動作している間に直流入力電圧が所定
値まで低下してきて外付けフィルタコンデンサバンクの
両端電圧と等しくなると、整流素子が動作してこの外付
けフィルタコンデンサバンクに充電されていた電流をイ
ンバータ回路に放電し、インバータ回路の動作をさらに
長い時間継続させる。When the pantograph is disconnected, when the DC input voltage decreases to a predetermined value while the inverter circuit continues to operate and becomes equal to the voltage across the external filter capacitor bank, the rectifying element operates to activate the external filter. The current charged in the attached filter capacitor bank is discharged to the inverter circuit, and the operation of the inverter circuit is continued for a longer time.
【0025】こうして、定格電圧よりも低い設定電圧下
での外付けフィルタコンデンサバンクの放電によりイン
バータ回路の動作を継続させることにより、その動作継
続時間を長くとることができる。Thus, by continuing the operation of the inverter circuit by discharging the external filter capacitor bank at a set voltage lower than the rated voltage, the operation continuation time can be extended.
【0026】また請求項2記載の発明の電気車の電力変
換装置では、インバータ回路のスイッチング素子が破壊
されて上下アームの短絡事故が起きた場合には、外付け
フィルタコンデンサバンクから過電流が放出されたこと
を検出し、インバータ回路と外付けフィルタコンデンサ
バンクとを電気的に遮断し、外付けフィルタコンデンサ
バンクから過大な放電電流が急激にインバータ回路内に
流れ込まないようにして、インバータ回路の素子破壊を
最小限に止めることができる。In the power converter for an electric vehicle according to the present invention, when a switching element of the inverter circuit is broken and a short circuit occurs between the upper and lower arms, an overcurrent is discharged from the external filter capacitor bank. Is detected, the inverter circuit and the external filter capacitor bank are electrically disconnected, and an excessive discharge current from the external filter capacitor bank is prevented from suddenly flowing into the inverter circuit. Destruction can be minimized.
【0027】さらに請求項3記載の発明の電気車の電力
変換装置では、通常動作時に、電圧検出手段の制御によ
り、外付けフィルタコンデンサバンクに対して、自己消
弧型半導体素子を介して定格電圧よりも低い所定の電圧
を維持するように充電しておき、パンタグラフの離線時
には、インバータ回路が継続動作している間に直流入力
電圧が所定値まで低下してきて外付けフィルタコンデン
サバンクの両端電圧と等しくなると、整流素子が動作し
てこの外付けフィルタコンデンサバンクに充電されてい
た電流をインバータ回路に放電し、インバータ回路の動
作をさらに長い時間継続させることにより、定格電圧よ
りも低い設定電圧下での外付けフィルタコンデンサバン
クの放電によりインバータ回路の動作を継続させること
ができる。In the power converter for an electric vehicle according to the third aspect of the present invention, during normal operation, the rated voltage is supplied to the external filter capacitor bank via the self-extinguishing type semiconductor element by the control of the voltage detecting means. The pantograph is charged so as to maintain a predetermined lower voltage, and when the pantograph is disconnected, the DC input voltage decreases to a predetermined value while the inverter circuit continues to operate, and the voltage across the external filter capacitor bank is reduced. When they become equal, the rectifying element operates to discharge the current charged in the external filter capacitor bank to the inverter circuit, and to continue the operation of the inverter circuit for a longer time, so that the inverter circuit operates at a set voltage lower than the rated voltage. The operation of the inverter circuit can be continued by discharging the external filter capacitor bank.
【0028】そしてこれと共に、インバータ回路のスイ
ッチング素子が破壊されて上下アームの短絡事故が起き
た場合には、外付けフィルタコンデンサバンクから過電
流が放出されたことを検出し、インバータ回路と外付け
フィルタコンデンサバンクとを電気的に遮断し、外付け
フィルタコンデンサバンクから過大な放電電流が急激に
インバータ回路内に流れ込まないようにして、インバー
タ回路の素子破壊を最小限に止めることができる。In addition, when the switching element of the inverter circuit is destroyed and the upper and lower arms are short-circuited, it is detected that an overcurrent is discharged from the external filter capacitor bank, and the inverter circuit and the external circuit are connected. The filter capacitor bank is electrically cut off, and an excessive discharge current from the external filter capacitor bank is prevented from suddenly flowing into the inverter circuit, thereby minimizing element destruction of the inverter circuit.
【0029】[0029]
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0030】図1は請求項1記載の発明の一実施例の回
路ブロック図であり、従来例として示した図7および図
8の回路構成要素と共通する部分については、同一の符
号を付して示してある。FIG. 1 is a circuit block diagram of an embodiment of the first aspect of the present invention. Portions common to the circuit components of FIGS. 7 and 8 shown as conventional examples are denoted by the same reference numerals. Shown.
【0031】この実施例の特徴として、従来例に新たに
付加された要素は、フィルコンデンサ6に並列に設けら
れた外付けフィルタコンデンサバンク14、フィルタコ
ンデンサ6の両端電圧が定格電圧である1500Vより
も低い所定の設定電圧、例えば1100V以下になった
ときに外付けフィルタコンデンサバンク14の放電のみ
を許可する整流素子15である。As a feature of this embodiment, an element newly added to the conventional example is an external filter capacitor bank 14 provided in parallel with the fill capacitor 6, and the voltage across the filter capacitor 6 is higher than the rated voltage of 1500 V. The rectifying element 15 allows only the external filter capacitor bank 14 to discharge when the voltage becomes lower than a predetermined voltage, for example, 1100 V or less.
【0032】また、自己消弧型整流素子としてのGTO
サイリスタ16、外付けフィルタコンデンサバンク14
の両端電圧を常時検出していて、所定の設定電圧以下に
なった時にGTOサイリスタ16のゲートをオンする手
段としての電圧検出器17、そして、これらのGTOサ
イリスタ16、電圧検出器17各々に対する電流制限を
行なうための制限抵抗18,19を備えている。GTO as self-extinguishing rectifier
Thyristor 16, external filter capacitor bank 14
, A voltage detector 17 as a means for turning on the gate of the GTO thyristor 16 when the voltage becomes equal to or lower than a predetermined set voltage, and a current for each of the GTO thyristor 16 and the voltage detector 17. Limiting resistors 18 and 19 for limiting are provided.
【0033】次に、上記の構成の電気車の電力変換装置
の動作について説明する。Next, the operation of the electric vehicle power converter having the above configuration will be described.
【0034】架線または第3軌条1にパンタグラフ2が
接触して集電しながら電気車を走行させている定格時に
は、パンタグラフ2が集電した定格電圧1500Vの直
流電力がフィルタリアクトル4およびフィルタコンデン
サ6を介してインバータ回路7に入力され、ここで直流
・交流変換されて、所定の電圧の交流として各種負荷に
出力されていく。When the pantograph 2 is in contact with the overhead wire or the third rail 1 and the electric vehicle is running while collecting power, the DC power of the rated voltage 1500 V collected by the pantograph 2 is supplied to the filter reactor 4 and the filter capacitor 6. , And is converted into a direct current and an alternating current, and output to various loads as an alternating current of a predetermined voltage.
【0035】この定格時には、外付けフィルタコンデン
サバンク14が所定の設定電圧にまで充電されるまで
は、電圧検出器17が外付けフィルタコンデンサバンク
14の両端電圧を検出していて、設定電圧である110
0VになるまでGTOサイリスタ16のゲートをオンさ
せて充電を行なう。At this rating, the voltage detector 17 detects the voltage across the external filter capacitor bank 14 until the external filter capacitor bank 14 is charged to a predetermined set voltage, and the voltage is the set voltage. 110
The gate of the GTO thyristor 16 is turned on until the voltage becomes 0 V to perform charging.
【0036】そして、外付けフィルタコンデンサバンク
14の両端電圧が設定電圧1100Vに達すると、電圧
検出器17がこれを検出してGTOサイリスタ16のゲ
ートをオフし、充電を停止する。When the voltage across the external filter capacitor bank 14 reaches the set voltage 1100 V, the voltage detector 17 detects this and turns off the gate of the GTO thyristor 16 to stop charging.
【0037】以降も、電圧検出器17は常に外付けフィ
ルタコンデンサバンク14の両端電圧を検出していて、
放電により両端電圧が設定電圧1100V以下になるた
びに、GTOサイリスタ16のゲートをオンにして再充
電を繰り返し行なう。Thereafter, the voltage detector 17 always detects the voltage across the external filter capacitor bank 14,
Each time the voltage at both ends becomes equal to or lower than the set voltage 1100 V due to the discharge, the gate of the GTO thyristor 16 is turned on and recharging is repeated.
【0038】そこで、定格電圧1500Vで動作中にパ
ンタグラフ2が架線または第3軌条1から離線した時に
は、図2に示すようにこの定格電圧1500Vよりも低
い所定の設定電圧1100Vになる約10msまでの間
は、インバータ回路7が継続して動作する。Therefore, when the pantograph 2 is disconnected from the overhead wire or the third rail 1 during operation at the rated voltage of 1500 V, as shown in FIG. 2, a predetermined set voltage of 1100 V lower than the rated voltage of 1500 V until about 10 ms. During this time, the inverter circuit 7 operates continuously.
【0039】そして、設定電圧1100Vにまで低下す
ると、外付けフィルタコンデンサバンク14の両端電圧
がフィルタコンデンサ6の両端電圧に等しくなり、整流
素子15がオンとなってこの外付けフィルタコンデンサ
バンク14に充電されていた電流がインバータ回路7に
対して放電出力されるようになる。そしてその後、イン
バータ回路7の停止電圧900Vに達する約60msま
で、この外付けフィルタコンデンサバンク14の放電電
流によりインバータ回路7の動作が継続される。When the voltage drops to 1100 V, the voltage across the external filter capacitor bank 14 becomes equal to the voltage across the filter capacitor 6, and the rectifier 15 turns on to charge the external filter capacitor bank 14. The generated current is discharged and output to the inverter circuit 7. After that, the operation of the inverter circuit 7 is continued by the discharge current of the external filter capacitor bank 14 until about 60 ms when the stop voltage of the inverter circuit 7 reaches 900 V.
【0040】ここで、1500V架線の200kVAの
インバータ回路によって60ms離線した場合、図9の
ようなフィルタコンデンサ電圧にするためには、従来例
では12600μFの容量のコンデンサバンクが必要で
あって、当初配置している9S9Pのフィルタコンデン
サ6の他に、さらに容量9167μFのコンデンサを9
S25Pに225個接続した外付けフィルタコンデンサ
バンクを追加する必要があった。Here, if the circuit is disconnected for 60 ms by a 1500 V overhead line 200 kVA inverter circuit, a capacitor bank having a capacity of 12600 μF is required in the conventional example in order to obtain a filter capacitor voltage as shown in FIG. In addition to the 9S9P filter capacitor 6, a 9167 μF
It was necessary to add 225 external filter capacitor banks connected to S25P.
【0041】これに対して、上記の実施例では、図2に
示すように離線時の架線電圧がDC1500Vから11
00Vまで低下する間は、外付けフィルタコンデンサバ
ンク14から電力は供給されず、設定電圧1100Vか
ら保護電圧の設定値である900Vまでの間に追加した
外付けフィルタコンデンサバンク14から電力を供給す
るようにしている。このため、1100Vに下がるまで
にかかる時間Δtは式(2)によって、 126A×Δt=3300μF×(1500V−1100V) から、 Δt=約10ms である。On the other hand, in the above-described embodiment, as shown in FIG.
While the voltage drops to 00 V, power is not supplied from the external filter capacitor bank 14, and power is supplied from the external filter capacitor bank 14 added between the set voltage 1100 V and the protection voltage set value of 900 V. I have to. Therefore, the time Δt required for the voltage to drop to 1100 V is given by the following equation (2): 126 A × Δt = 3300 μF × (1500 V-1100 V), and Δt = about 10 ms.
【0042】また、1100Vから900Vまでの電圧
が低下する時に必要な外付けフィルタコンデンサバンク
14の容量Cは、前述の(1),(2)式から、 i=200×103 VA×0.85/(0.9×1100V) =約172A 172A×(60ms−10ms)=C×(1100V−900V) となり、 C=約43000μF である。そして、このとき、外付けフィルタコンデンサ
バンク14にかかる電圧は最大でも1100Vであるの
で、定格電圧400Vのコンデンサであれば、3S(シ
リーズ)の接続として3S40Pの120個のコンデン
サで実現できる。このように、コンデンサの耐圧を低く
することによって、従来例と比較して、100個以上の
コンデンサが削減できることになる。Further, the capacitance C of the external filter capacitor bank 14 required when the voltage from 1100 V to 900 V decreases is calculated from the above-mentioned equations (1) and (2) as follows: i = 200 × 10 3 VA × 0. 85 / (0.9 × 1100V) = about 172A 172A × (60ms-10ms) = C × (1100V-900V), and C = about 43000 μF. At this time, since the voltage applied to the external filter capacitor bank 14 is 1100 V at the maximum, a capacitor having a rated voltage of 400 V can be realized with 120 3S40P capacitors as a 3S (series) connection. As described above, by reducing the withstand voltage of the capacitor, 100 or more capacitors can be reduced as compared with the conventional example.
【0043】また、従来例では、外付けフィルタコンデ
ンサバンクの体積はおよそ0.276m3 、重量は約1
60kgとなるが、この実施例で付加する回路は、外付
けフィルタコンデンサバンク14の他に整流素子15、
GTOサイリスタ16、電圧検出器17、抵抗18,1
9を含めてもおよそ0.117m3 、重量は約50kg
となる。つまり、体積は従来例に比べて約2/5、重量
は約1/3と大幅に小形、軽量化されることにもなる。
しかも、外付けフィルタコンデンサバンク14を構成す
るコンデンサは低圧時のみ動作するので、コンデンサの
寿命が従来例よりも長くなり、一般の電解コンデンサを
使用できるようになり、安価に構成できるようになる。In the conventional example, the external filter capacitor bank has a volume of about 0.276 m 3 and a weight of about 1.
Although the weight is 60 kg, a circuit to be added in this embodiment includes a rectifying element 15 in addition to the external filter capacitor bank 14.
GTO thyristor 16, voltage detector 17, resistor 18, 1
Approximately 0.117m 3 including 9 and weighs about 50kg
Becomes That is, the volume is about 2/5 and the weight is about 1/3 as compared with the conventional example, so that the size and the weight are significantly reduced.
Moreover, since the capacitors constituting the external filter capacitor bank 14 operate only at a low voltage, the life of the capacitors is longer than that of the conventional example, so that a general electrolytic capacitor can be used and the configuration can be made at a low cost.
【0044】なお、この発明は上記の実施例に限定され
ず、自己消弧型半導体素子として、GTOサイリスタに
代えてGTR(Giant Transistor)、IGBT(Insula
tedGate Bipolar Transistor )素子などを利用するこ
ともできる。Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment. As a self-extinguishing type semiconductor device, a GTR (Giant Transistor) instead of a GTO thyristor and an IGBT (Insula
A tedGate Bipolar Transistor element can also be used.
【0045】次に、請求項2記載の発明の実施例を図3
〜図5に基づいて説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.
【0046】図3に示す実施例において、図7および図
8に示した従来の電力変換装置と異なる点は、フィルタ
コンデンサ6に並列に外付けフィルタコンデンサ装置2
5を接続したことである。この外付けフィルタコンデン
サ装置25は、図1の実施例と同様の外付けフィルタコ
ンデンサバンク14と直列に外付けフィルタコンデンサ
バンク14の放電方向を順方向として接続された通常時
にオンするGTOサイリスタ20と、このGTOサイリ
スタ20と逆並列に接続された整流素子としてのダイオ
ード21と、GTOサイリスタ20と直列に接続された
外付けフィルタコンデンサバンク14の放電電流を検出
する電流検出器22と、この電流検出器22によって検
出された放電電流値を監視し、外付けフィルタコンデン
サバンク14から過電流が放電されたことを検知したと
きにGTOサイリスタ20をオフさせる信号を送る異常
急放電検出回路23と、この信号を受けてGTOサイリ
スタ20をオフするゲートドライブ回路24から構成さ
れている。The embodiment shown in FIG. 3 is different from the conventional power converter shown in FIGS. 7 and 8 in that an external filter capacitor device 2 is connected in parallel with the filter capacitor 6.
5 is connected. The external filter capacitor device 25 includes a GTO thyristor 20, which is connected in series with the external filter capacitor bank 14 similar to the embodiment of FIG. A diode 21 as a rectifier connected in anti-parallel to the GTO thyristor 20, a current detector 22 for detecting a discharge current of an external filter capacitor bank 14 connected in series with the GTO thyristor 20, An abnormal rapid discharge detection circuit 23 that monitors a discharge current value detected by the detector 22 and sends a signal to turn off the GTO thyristor 20 when detecting that an overcurrent has been discharged from the external filter capacitor bank 14; Gate drive circuit 24 that receives signal and turns off GTO thyristor 20 Are al configuration.
【0047】次に、上記構成の電気車の電力変換装置の
動作について説明する。Next, the operation of the electric vehicle power converter having the above configuration will be described.
【0048】パンタグラフ2から集電した直流電流は、
フィルタコンデンサ6を充電すると共に、ダイオード2
1を介して外付けフィルタコンデンサバンク14をも充
電する。インバータ回路7には、パンタグラフ2から集
電した直流電流と、フィルタコンデンサ6からの放電電
流と、外付けフィルタコンデンサバンク14からの放電
電流が供給され、三相交流に変換されて出力される。こ
のインバータ回路7の動作中、外付けフィルタコンデン
サバンク14は、ダイオード21を介して充電され、G
TOサイリスタ20を介して放電する動作を繰り返す。The DC current collected from the pantograph 2 is
While charging the filter capacitor 6, the diode 2
1 also charges the external filter capacitor bank 14. The DC current collected from the pantograph 2, the discharge current from the filter capacitor 6, and the discharge current from the external filter capacitor bank 14 are supplied to the inverter circuit 7, and are converted into three-phase AC and output. During the operation of the inverter circuit 7, the external filter capacitor bank 14 is charged via the diode 21 and
The operation of discharging through the TO thyristor 20 is repeated.
【0049】上記構成の電気車の電力変換装置におい
て、従来問題となっていたインバータ回路7の上下アー
ムが短絡事故を起こしたときの保護動作について説明す
ると、外付けフィルタコンデンサバンク14から放出さ
れる過電流はGTOサイリスタ20を介してインバータ
回路7に流れ込もうとするが、GTOサイリスタ20に
直列に接続された電流検出器22が過電流を検出し、異
常急放電検出回路23がGTOサイリスタ20をオフさ
せる信号をゲートドライブ回路24に送り、GTOサイ
リスタ20をオフさせ、外付けフィルタコンデンサバン
ク14から過電流が放出されてインバータ回路7に流れ
込むのを阻止する。In the electric vehicle power converter having the above-described configuration, the protection operation when the upper and lower arms of the inverter circuit 7 cause a short circuit accident, which has been a problem in the prior art, will be described. The overcurrent tries to flow into the inverter circuit 7 via the GTO thyristor 20, but the current detector 22 connected in series to the GTO thyristor 20 detects the overcurrent, and the abnormal rapid discharge detection circuit 23 detects the overcurrent. Is sent to the gate drive circuit 24 to turn off the GTO thyristor 20 and prevent the overcurrent from being discharged from the external filter capacitor bank 14 and flowing into the inverter circuit 7.
【0050】次に、異常急放電検出回路23の動作を図
4を用いてさらに詳しく説明すると、電流検出器22が
検出した外付けフィルタコンデンサバンク14の放電電
流値iについて、2つの方法で正常、異常の判断が行な
われる。その1つは、放電電流値iの時間的変化(di
/dt)を監視する方法で、放電電流値iがサンプリン
グホールド回路(SH)26を介して1サンプリング分
保持され、この1サンプリング前の電流値と現在の電流
値との差を減算回路27を通して出力し、この差を比較
器28で基準値C1と比較し、基準値C1よりも大なら
ば“H”、小ならば“L”信号を出力する。他の1つは
放電電流値iの大きさを監視する方法で、放電電流値i
を比較器29で基準値C2と比較し、基準値C2より大
ならば“H”、小ならば“L”信号を出力する。そし
て、これらの比較器28,29の出力信号はORゲート
30に通され、この出力が“H”であればGTOサイリ
スタオフ信号がゲートドライブ回路24に送られる。つ
まり、上記のいずれかの方法で基準値C1またはC2よ
りも大きな値を示せば、ORゲート30から“H”信号
が出力され、GTOサイリスタ20がオフされ、インバ
ータ回路7の短絡事故発生時に、外付けフィルタコンデ
ンサバンク14から急放電による過電流がインバータ回
路7に流れ込むのを阻止するのである。Next, the operation of the abnormal rapid discharge detection circuit 23 will be described in more detail with reference to FIG. 4. The discharge current value i of the external filter capacitor bank 14 detected by the current detector 22 is determined by two methods. , An abnormality is determined. One of them is a temporal change (di) of the discharge current value i.
/ Dt) is monitored, the discharge current value i is held for one sampling via the sampling and holding circuit (SH) 26, and the difference between the current value before one sampling and the current current value is subtracted through the subtraction circuit 27. The difference is compared with a reference value C1 by a comparator 28. If the difference is larger than the reference value C1, an "H" signal is output, and if it is smaller, an "L" signal is output. The other is a method of monitoring the magnitude of the discharge current value i.
Is compared with a reference value C2 by a comparator 29, and outputs an "H" signal if it is larger than the reference value C2, and outputs an "L" signal if it is smaller than the reference value C2. The output signals of these comparators 28 and 29 are passed to an OR gate 30. If this output is “H”, a GTO thyristor off signal is sent to the gate drive circuit 24. That is, if a value larger than the reference value C1 or C2 is indicated by any of the above methods, an "H" signal is output from the OR gate 30, the GTO thyristor 20 is turned off, and when a short circuit accident of the inverter circuit 7 occurs, This prevents overcurrent caused by rapid discharge from the external filter capacitor bank 14 from flowing into the inverter circuit 7.
【0051】上記のように2つの方法で過電流の放出を
阻止するのは、インバータ回路7の上下アームが短絡
し、外付けフィルタコンデンサバンク14から過電流が
発生したことを直ちに検知し、GTOサイリスタ20を
オフさせるためである。なお、基準値C1,C2は、正
常時とインバータ回路7の上下アームが短絡した異常時
とでは電流値そのものにも、また電流の時間的変化にも
非常に大きな差があるために、容易に決定することがで
きる。As described above, the overcurrent is prevented from being released by the two methods because the upper and lower arms of the inverter circuit 7 are short-circuited and the occurrence of overcurrent from the external filter capacitor bank 14 is immediately detected, and the GTO is detected. This is for turning off the thyristor 20. It should be noted that the reference values C1 and C2 can be easily determined because there is a very large difference between the current value itself and the time change of the current between the normal state and the abnormal state where the upper and lower arms of the inverter circuit 7 are short-circuited. Can be determined.
【0052】このようにして、この請求項2記載の発明
の実施例の電気車の電力変換装置では、インバータ回路
7の上下アームが短絡した場合においても、外付けフィ
ルタコンデンサバンク14から放出した過電流を検出
し、異常急放電検出回路23およびゲートドライブ回路
24の働きによってGTOサイリスタ20をオフするの
で、インバータ回路7に過電流が流れるのを防止し、イ
ンバータ回路7のスイッチング素子の破壊を最小限にく
い止めることができる。As described above, in the power converter for an electric vehicle according to the second embodiment of the present invention, even when the upper and lower arms of the inverter circuit 7 are short-circuited, the excess voltage discharged from the external filter capacitor bank 14 can be obtained. Since the current is detected and the GTO thyristor 20 is turned off by the operation of the abnormal rapid discharge detection circuit 23 and the gate drive circuit 24, the overcurrent is prevented from flowing through the inverter circuit 7, and the destruction of the switching element of the inverter circuit 7 is minimized. You can stop it as hard as possible.
【0053】次に、図5および図6に基づき、請求項3
記載の発明の実施例について説明する。Next, based on FIG. 5 and FIG.
Examples of the described invention will be described.
【0054】図5に示す実施例は、図1に示した請求項
1記載の発明の実施例と図3に示した請求項2記載の発
明の実施例とを組み合わせた構成のものであり、図7お
よび図8に示した従来例と異なる点は、フィルタコンデ
ンサ6に並列に外付けフィルタコンデンサ装置31を接
続したことにある。The embodiment shown in FIG. 5 is a combination of the embodiment of the invention described in claim 1 shown in FIG. 1 and the embodiment of the invention described in claim 2 shown in FIG. The difference from the conventional example shown in FIGS. 7 and 8 is that an external filter capacitor device 31 is connected in parallel with the filter capacitor 6.
【0055】この外付けフィルタコンデンサ装置31
は、図1の実施例と共通する要素として、フィルコンデ
ンサ6に並列に設けられた外付けフィルタコンデンサバ
ンク14と、フィルタコンデンサ6の両端電圧が定格電
圧である1500Vよりも低い所定の設定電圧、例えば
1100V以下になったときに外付けフィルタコンデン
サバンク14の放電のみを許可する整流素子15と、自
己消弧形整流素子としてのGTOサイリスタ16と、外
付けフィルタコンデンサバンク14の両端電圧を常時検
出していて、所定の設定電圧以下になった時にGTOサ
イリスタ16のゲートをオンする手段としての電圧検出
器17と、これらのGTOサイリスタ16、電圧検出器
17各々に対する電流制限を行なうための制限抵抗1
8,19を備えている。This external filter capacitor device 31
1 has, as common elements to the embodiment of FIG. 1, an external filter capacitor bank 14 provided in parallel with the fill capacitor 6, a predetermined voltage at which the voltage across the filter capacitor 6 is lower than the rated voltage of 1500 V, For example, a rectifying element 15 that permits only the discharging of the external filter capacitor bank 14 when the voltage becomes 1100 V or less, a GTO thyristor 16 as a self-extinguishing rectifying element, and a voltage across the external filter capacitor bank 14 is constantly detected. A voltage detector 17 as a means for turning on the gate of the GTO thyristor 16 when the voltage falls below a predetermined set voltage, and a limiting resistor for limiting the current to each of the GTO thyristor 16 and the voltage detector 17. 1
8 and 19 are provided.
【0056】そして、前記電圧検出器17は、外付けフ
ィルタコンデンサバンク14の電圧を検出する電圧検出
素子32と、この電圧検出素子32の電圧検出値が比較
値以上になればGTOサイリスタ16をオフとし、比較
値以下になればGTOサイリスタ16をオンとするオン
オフ指令信号を出力する架線電圧検出回路33と、この
架線電圧検出回路33からのオンオフ指令信号に基づ
き、GTOサイリスタ16のオンオフ制御を行なうゲー
トドライブ回路34から構成される。The voltage detector 17 turns off the voltage detection element 32 for detecting the voltage of the external filter capacitor bank 14, and turns off the GTO thyristor 16 when the voltage detection value of the voltage detection element 32 exceeds the comparison value. And an overhead wire voltage detection circuit 33 that outputs an on / off command signal to turn on the GTO thyristor 16 when the comparison value becomes equal to or less than the reference value, and performs on / off control of the GTO thyristor 16 based on the on / off command signal from the overhead wire voltage detection circuit 33. It comprises a gate drive circuit 34.
【0057】外付けフィルタコンデンサ装置31はま
た、図3に示した実施例と共通する要素として、外付け
フィルタコンデンサバンク14と直列に外付けフィルタ
コンデンサバンク14の放電方向を順方向として接続さ
れた通常時にオンするGTOサイリスタ20と、このG
TOサイリスタ20と逆並列に接続された整流素子とし
てのダイオード21と、GTOサイリスタ20と直列に
接続された外付けフィルタコンデンサバンク14の放電
電流を検出する電流検出器22と、この電流検出器22
によって検出された放電電流値を監視し、外付けフィル
タコンデンサバンク14から過電流が放電されたことを
検知したときにGTOサイリスタ20をオフさせる信号
を送る異常急放電検出回路23と、この信号を受けてG
TOサイリスタ20をオフするゲートドライブ回路24
を備えている。The external filter capacitor device 31 is connected in series with the external filter capacitor bank 14 in such a manner that the discharge direction of the external filter capacitor bank 14 is in the forward direction as a common element with the embodiment shown in FIG. A GTO thyristor 20 that is normally turned on and this G
A diode 21 as a rectifier connected in anti-parallel with the TO thyristor 20, a current detector 22 for detecting a discharge current of an external filter capacitor bank 14 connected in series with the GTO thyristor 20, and a current detector 22
An abnormal rapid discharge detection circuit 23 for monitoring the discharge current value detected by the above and sending a signal to turn off the GTO thyristor 20 when it is detected that the overcurrent is discharged from the external filter capacitor bank 14; G
Gate drive circuit 24 for turning off TO thyristor 20
It has.
【0058】次に、上記構成の請求項3記載の発明の実
施例の電気車の電力変換装置の動作について説明する。Next, the operation of the electric vehicle power converter according to the third embodiment of the present invention will be described.
【0059】定格時には、架線電圧を電圧検出器17の
電圧検出素子32で検出しながら、架線電圧検出回路3
3およびゲートドライブ回路34によりGTOサイリス
タ16をスイッチング制御することにより、離線用外付
けフィルタコンデンサバンク14に低電圧保護電圧(こ
こでは、900V)より少し高めのほぼ一定の電圧値
(ここでは、1100Vに設定される)になるように充
電する。At the time of rating, while the overhead line voltage is detected by the voltage detecting element 32 of the voltage detector 17, the overhead line voltage detecting circuit 3
3 and the gate drive circuit 34 control the switching of the GTO thyristor 16 to apply a substantially constant voltage value (here, 1100 V) slightly higher than the low voltage protection voltage (here, 900 V) to the external disconnection filter capacitor bank 14. Charge).
【0060】この電圧検出器17の架線電圧検出回路3
3の制御機能について、図6のブロック図に基づいて説
明すると、電圧検出素子32で検出した架線電圧値vを
2つの比較器35,36に与え、ここで基準値D1(こ
こでは1100V)よりも電圧値vが高いときにはGT
Oサイリスタ16のオフ信号を出力し、基準値D2(こ
こでは1100V)よりも電圧値vが低いときにはGT
Oサイリスタ16のオン信号を出力し、ゲートドライブ
回路34がこのオンオフ信号を受けて、GTOサイリス
タ16のスイッチング制御を行ない、外付けフィルタコ
ンデンサバンク14に架線または第3軌条1の定格電圧
1500Vより低いほぼ一定の設定電圧1100Vに充
電され、維持される。The overhead line voltage detection circuit 3 of the voltage detector 17
The control function of No. 3 will be described with reference to the block diagram of FIG. 6. The overhead line voltage value v detected by the voltage detection element 32 is supplied to two comparators 35 and 36, where the reference value D 1 (here, 1100 V) is used. When the voltage value v is high, GT
An OFF signal of the O-thyristor 16 is output, and when the voltage value v is lower than the reference value D2 (here, 1100 V), GT
The ON signal of the O thyristor 16 is output, and the gate drive circuit 34 receives the ON / OFF signal to perform switching control of the GTO thyristor 16, and the external filter capacitor bank 14 is lower than the rated voltage 1500 V of the overhead wire or the third rail 1. The battery is charged and maintained at a substantially constant set voltage 1100V.
【0061】そして、電圧検出素子32の検出する電圧
が1100Vよりも高いときには、離線用外付けフィル
タコンデンサバンク14からは整流素子15によってブ
ロックされて放電がなされず、パンタグラフ2の離線が
起こり、フィルタコンデンサ6の電圧が1100V以下
になれば整流素子15がオンし、外付けフィルタコンデ
ンサバンク14の電力をインバータ回路7に供給する。
このときのインバータ回路7の入力電圧の変化は、図2
に示したものとなる。そして、この第3実施例において
も、図1に示した請求項1記載の発明の実施例と同様
に、外付けフィルタコンデンサバンク14にかかる電圧
は最大でも1100Vであるので、定格電圧400Vの
コンデンサであれば、3S(シリーズ)の接続として3
S40Pの120個のコンデンサで実現できる。このよ
うに、コンデンサの耐圧を低くすることによって、従来
例と比較して、100個以上のコンデンサが削減できる
ことになる。When the voltage detected by the voltage detecting element 32 is higher than 1100 V, no discharge is caused by the rectifying element 15 from the external filter capacitor bank 14 for disconnection, and the pantograph 2 is disconnected and the filter is disconnected. When the voltage of the capacitor 6 becomes 1100 V or less, the rectifying element 15 is turned on, and the power of the external filter capacitor bank 14 is supplied to the inverter circuit 7.
The change of the input voltage of the inverter circuit 7 at this time is shown in FIG.
It becomes what was shown in. In the third embodiment, the voltage applied to the external filter capacitor bank 14 is 1100 V at the maximum, as in the first embodiment shown in FIG. Then, 3S (series) connection is 3
It can be realized with 120 capacitors of S40P. As described above, by reducing the withstand voltage of the capacitor, 100 or more capacitors can be reduced as compared with the conventional example.
【0062】また、外付けフィルタコンデンサバンク1
4を付加することにはパンタグラフ2の離線時間の延長
に効果があるが、同時にインバータ回路7にアーム短絡
が生じると、この外付けフィルタコンデンサバンク14
から大電流が流れ込み、素子破壊やさらには周辺の回路
部品にまで被害を与える恐れがあるが、これを防ぐため
に、インバータ回路7の上下アームの短絡事故の発生時
には、異常急放電検出回路23およびゲートドライブ回
路24によるGTOサイリスタ20の遮断動作がなされ
る。The external filter capacitor bank 1
4 is effective in extending the disconnection time of the pantograph 2, but at the same time, if an arm short circuit occurs in the inverter circuit 7, this external filter capacitor bank 14
Large current flows into the inverter circuit 7 and may damage even the peripheral circuit components. In order to prevent this, when a short-circuit accident of the upper and lower arms of the inverter circuit 7 occurs, the abnormal rapid discharge detection circuit 23 and The GTO thyristor 20 is cut off by the gate drive circuit 24.
【0063】すなわち、請求項2記載の発明の実施例の
動作として図4に基づいて説明したように、外付けフィ
ルタコンデンサバンク14から放出される過電流はGT
Oサイリスタ20を介してインバータ回路7に流れ込も
うとするが、GTOサイリスタ20に直列に接続された
電流検出器22が過電流を検出し、異常急放電検出回路
23がGTOサイリスタ20をオフさせる信号をゲート
ドライブ回路24に送り、GTOサイリスタ20をオフ
させ、外付けフィルタコンデンサバンク14から放出さ
れた過電流がインバータ回路7に流れ込むのを阻止す
る。That is, as described with reference to FIG. 4 as the operation of the second embodiment of the present invention, the overcurrent discharged from the external filter capacitor bank 14 is equal to GT.
An attempt is made to flow into the inverter circuit 7 via the O thyristor 20, but the current detector 22 connected in series to the GTO thyristor 20 detects an overcurrent, and the abnormal rapid discharge detection circuit 23 turns off the GTO thyristor 20. A signal is sent to the gate drive circuit 24 to turn off the GTO thyristor 20 and prevent the overcurrent released from the external filter capacitor bank 14 from flowing into the inverter circuit 7.
【0064】こうして、この請求項3記載の発明の実施
例の電気車の電力変換装置では、パンタグラフの離線時
間を延長するための外付けフィルタコンデンサ装置を比
較的小形に構成することができ、しかも、インバータ回
路の上下アームの短絡事故発生時に、外付けフィルタコ
ンデンサ装置の存在により過電流がインバータ回路のス
イッチング素子に流れ込むのを防止することができる。Thus, in the power converter for an electric vehicle according to the third embodiment of the present invention, the external filter capacitor device for extending the disconnection time of the pantograph can be made relatively small. In addition, when a short circuit accident occurs between the upper and lower arms of the inverter circuit, an overcurrent can be prevented from flowing into the switching element of the inverter circuit due to the presence of the external filter capacitor device.
【0065】なお、上記各実施例において、外付けフィ
ルタコンデンサバンクの容量、構成、比較基準値C1,
C2、D1,D2などは限定されるものではなく、必要
に応じて変更できるものである。In each of the above embodiments, the capacity and configuration of the external filter capacitor bank, the comparison reference value C1,
C2, D1, D2, etc. are not limited and can be changed as needed.
【0066】[0066]
【発明の効果】以上のように請求項1記載の発明によれ
ば、パンタグラフの離線時のインバータ回路を長い時間
継続動作させることができ、しかも比較的低い電圧で外
付けフィルタコンデンサバンクが充電されるようにして
いるために、このコンデンサバンクの構成のためコンデ
ンサを耐圧の低いもので構成することができ、小形化、
低コスト化が図れる。As described above, according to the first aspect of the present invention, the inverter circuit can be operated continuously for a long time when the pantograph is disconnected, and the external filter capacitor bank is charged with a relatively low voltage. This allows the capacitor to be configured with a low withstand voltage due to the configuration of this capacitor bank, which enables downsizing,
Cost reduction can be achieved.
【0067】また請求項2記載の発明によれば、インバ
ータ回路のスイッチング素子が破壊されて上下アームの
短絡事故が起きた場合には、外付けフィルタコンデンサ
バンクから過大な放電電流が急激にインバータ回路内に
流れ込むことを防止し、インバータ回路の短絡事故時の
素子破壊を最小限にくい止めることができる。According to the second aspect of the present invention, when the switching element of the inverter circuit is destroyed and a short circuit occurs between the upper and lower arms, an excessive discharge current from the external filter capacitor bank suddenly increases. It is possible to prevent the element from flowing into the inside, and to minimize the element destruction in the event of a short circuit accident in the inverter circuit.
【0068】さらに請求項3記載の発明によれば、外付
けフィルタコンデンサバンクの小形化、低コスト化が図
れ、同時に、外付けフィルタコンデンサバンクが付加さ
れていても、インバータ回路の短絡事故時に外付けフィ
ルタコンデンサバンクから過電流がインバータ回路に流
入するのを確実に防止し、素子破壊を最小限にくい止め
ることができる。According to the third aspect of the present invention, the size and cost of the external filter capacitor bank can be reduced. An overcurrent can be reliably prevented from flowing into the inverter circuit from the attached filter capacitor bank, and element destruction can be minimized.
【図1】請求項1記載の発明の実施例の回路ブロック
図。FIG. 1 is a circuit block diagram according to an embodiment of the present invention.
【図2】上記実施例の動作を示すタイミングチャート。FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the embodiment.
【図3】請求項2記載の発明の実施例の回路ブロック
図。FIG. 3 is a circuit block diagram of an embodiment of the invention according to claim 2;
【図4】上記実施例における異常急放電検出回路の制御
機能を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a control function of an abnormal rapid discharge detection circuit in the embodiment.
【図5】請求項3記載の発明の実施例の回路ブロック
図。FIG. 5 is a circuit block diagram of an embodiment of the invention according to claim 3;
【図6】上記実施例における架線電圧検出回路の制御機
能を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a control function of the overhead wire voltage detection circuit in the embodiment.
【図7】従来例の回路ブロック図。FIG. 7 is a circuit block diagram of a conventional example.
【図8】他の従来例の回路ブロック図。FIG. 8 is a circuit block diagram of another conventional example.
【図9】従来例の動作を示すタイミングチャート。FIG. 9 is a timing chart showing the operation of the conventional example.
1 架線または第3軌条 2 パンタグラフ 6 フィルタコンデンサ 7 インバータ回路 14 外付けフィルタコンデンサバンク 15 整流素子 16 GTOサイリスタ 17 電圧検出器 20 GTOサイリスタ 21 ダイオード 22 電流検出器 23 異常急放電検出回路 24 ゲートドライブ回路 25 外付けフィルタコンデンサ装置 32 電圧検出素子 33 架線電圧検出回路 34 ゲートドライブ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Overhead wire or 3rd rail 2 Pantograph 6 Filter capacitor 7 Inverter circuit 14 External filter capacitor bank 15 Rectifier 16 GTO thyristor 17 Voltage detector 20 GTO thyristor 21 Diode 22 Current detector 23 Abnormal rapid discharge detection circuit 24 Gate drive circuit 25 External filter capacitor device 32 Voltage detection element 33 Overhead wire voltage detection circuit 34 Gate drive circuit
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−148301(JP,A) 特開 昭63−257401(JP,A) 特開 昭63−209404(JP,A) 特開 昭61−69307(JP,A) 特開 平2−74153(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60L 1/00 - 15/42 Continuation of the front page (56) References JP-A-60-148301 (JP, A) JP-A-63-257401 (JP, A) JP-A-63-209404 (JP, A) JP-A-61-69307 (JP) , A) JP-A-2-74153 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B60L 1/00-15/42
Claims (3)
タグラフを介して取り込み、フィルタコンデンサを介し
てこれに並列に接続されたインバータ回路に供給し、直
流・交流電力変換して電気車の各種負荷に供給する電気
車の電力変換装置において、 前記フィルタコンデンサに並列に、自己消弧型半導体素
子と、この自己消弧型半導体素子を介して充電される複
数のコンデンサから成る外付けフィルタコンデンサバン
クと、前記外付けフィルタコンデンサバンクから前記イ
ンバータ回路の直流入力側への放電のみを許可する整流
素子と、前記外付けフィルタコンデンサバンクの両端電
圧を検出し、この両端電圧が前記インバータ回路の入力
直流電圧の定格値よりも低い所定の設定電圧を維持する
ように前記自己消弧型半導体素子のオンオフ動作を制御
する手段とを備えて成る電気車の電力変換装置。1. An electric vehicle which receives DC power from an overhead wire or a third rail via a pantograph, supplies the DC power to an inverter circuit connected in parallel to the inverter circuit via a filter capacitor, and converts DC / AC power into various loads of an electric vehicle. A power converter for an electric vehicle, which supplies a self-extinguishing type semiconductor element in parallel with the filter capacitor, and an external filter capacitor bank including a plurality of capacitors charged through the self-extinguishing type semiconductor element. A rectifying element for permitting only discharge from the external filter capacitor bank to the DC input side of the inverter circuit, and a voltage across the external filter capacitor bank, and detecting the voltage across the external filter capacitor bank as the input DC voltage of the inverter circuit. ON / OFF of the self-extinguishing type semiconductor element so as to maintain a predetermined set voltage lower than the rated value of Power conversion apparatus for an electric vehicle comprising a means for controlling the work.
タグラフを介して取り込み、フィルタコンデンサを介し
てこれに並列に接続されたインバータ回路に供給し、直
流・交流電力変換して電気車の各種負荷に供給する電気
車の電力変換装置において、 前記フィルタコンデンサに並列に接続され、前記パンタ
グラフの瞬時離線時においても前記インバータ回路に直
流電力を供給するための複数のコンデンサから成る外付
けフィルタコンデンサバンクと、前記外付けフィルタコ
ンデンサバンクからの放電電流値を検出し、前記インバ
ータ回路のアーム短絡事故時に前記インバータ回路と前
記外付けフィルタコンデンサバンクとを電気的に遮断す
る手段とを備えて成る電気車の電力変換装置。2. Loads of DC power from an overhead wire or a third rail via a pantograph, supplied to an inverter circuit connected in parallel to the power supply via a filter capacitor, and converted into DC / AC power to load various electric vehicles. An electric vehicle power converter, which is connected in parallel to the filter capacitor and has an external filter capacitor bank consisting of a plurality of capacitors for supplying DC power to the inverter circuit even during instantaneous disconnection of the pantograph. Means for detecting a discharge current value from the external filter capacitor bank and electrically disconnecting the inverter circuit and the external filter capacitor bank when an arm short circuit occurs in the inverter circuit. Power converter.
タグラフを介して取り込み、フィルタコンデンサを介し
てこれに並列に接続されたインバータ回路に供給し、直
流・交流電力変換して電気車の各種負荷に供給する電気
車の電力変換装置において、 前記フィルタコンデンサに並列に、自己消弧型半導体素
子と、この自己消弧型半導体素子を介して充電される複
数のコンデンサから成る外付けフィルタコンデンサバン
クと、前記外付けフィルタコンデンサバンクから前記イ
ンバータ回路の直流入力側への放電のみを許可する整流
素子と、前記外付けフィルタコンデンサバンクの両端電
圧を検出し、この両端電圧が前記インバータ回路の入力
直流電圧の定格値よりも低い所定の設定電圧を維持する
ように前記自己消弧型半導体素子のオンオフ動作を制御
する手段と、前記外付けフィルタコンデンサバンクから
の放電電流値を検出し、前記インバータ回路のアーム短
絡事故時に前記インバータ回路と前記外付けフィルタコ
ンデンサバンクとを電気的に遮断する手段とを備えて成
る電気車の電力変換装置。3. Loads of DC power from an overhead wire or a third rail via a pantograph, supplied to an inverter circuit connected in parallel thereto through a filter capacitor, and converted into DC / AC power to load various loads on an electric vehicle. A power converter for an electric vehicle, which supplies a self-extinguishing type semiconductor element in parallel with the filter capacitor, and an external filter capacitor bank including a plurality of capacitors charged through the self-extinguishing type semiconductor element. A rectifying element for permitting only discharge from the external filter capacitor bank to the DC input side of the inverter circuit, and a voltage across the external filter capacitor bank, and detecting the voltage across the external filter capacitor bank as the input DC voltage of the inverter circuit. ON / OFF of the self-extinguishing type semiconductor element so as to maintain a predetermined set voltage lower than the rated value of Means for controlling the operation and means for detecting a discharge current value from the external filter capacitor bank and electrically disconnecting the inverter circuit and the external filter capacitor bank when an arm short circuit occurs in the inverter circuit. An electric vehicle power conversion device comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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JP3-307505 | 1991-11-22 | ||
JP30750591 | 1991-11-22 | ||
JP3-201861 | 1991-11-22 | ||
JP4139114A JP3071944B2 (en) | 1991-08-12 | 1992-05-29 | Electric vehicle power converter |
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JPH05199607A JPH05199607A (en) | 1993-08-06 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4139114A Expired - Lifetime JP3071944B2 (en) | 1991-08-12 | 1992-05-29 | Electric vehicle power converter |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP4751306B2 (en) * | 2006-12-15 | 2011-08-17 | 株式会社東芝 | Electric vehicle power supply |
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-
1992
- 1992-05-29 JP JP4139114A patent/JP3071944B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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