JP3211073B2 - 交流電気車用電力変換装置 - Google Patents
交流電気車用電力変換装置Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、交流電気車用電力変換
装置、特に、車体などに漏えいする高調波電流を抑制す
る交流電気車用電力変換装置に関する。
装置、特に、車体などに漏えいする高調波電流を抑制す
る交流電気車用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ等の
自己消弧形の高周波電力半導体素子が開発され、電気車
用駆動装置に多く用いられている。更に交流電気車にお
いても、一旦交流から直流に変換するコンバータ、コン
バータ出力を可変電圧・可変周波数に変換するインバー
タのいずれにも高周波電力半導体が用いられている。コ
ンバータ・インバータシステムを採用した主回路ツナギ
を図４に示す。この主回路ツナギは、交流架線からパン
タグラフ１を経由して、電力がスイッチ２を介して変圧
器３に供給され、フィルタコンデンサ６ａ、６ｂを通し
て３レベルコンバータ５、３レベルインバータ７の電力
変換器により、誘導電動機８を駆動する。ここで、交流
電気車の場合、車体への接地は３レベルコンバータ・イ
ンバータの中性点から接地リレー９を介して行う。とこ
ろで、コンバータ・インバータを形成するスイッチング
素子のスイッチングに起因して、高調波成分を含んだ電
流が主回路各部に流れる。この高調波電流が電車線ある
いはレール、車体などに漏えいすると、信号・通信設備
に誘導障害を与えるという不具合が発生する。また、高
調波成分を抑制する方法としては、特開昭５８−１９１
６９号公報に示されているように、コンデンサとリアク
トルによって構成されたフィルタをインバータの出力側
またはコンバータの入力側に設置することが有効である
ことが知られている。
自己消弧形の高周波電力半導体素子が開発され、電気車
用駆動装置に多く用いられている。更に交流電気車にお
いても、一旦交流から直流に変換するコンバータ、コン
バータ出力を可変電圧・可変周波数に変換するインバー
タのいずれにも高周波電力半導体が用いられている。コ
ンバータ・インバータシステムを採用した主回路ツナギ
を図４に示す。この主回路ツナギは、交流架線からパン
タグラフ１を経由して、電力がスイッチ２を介して変圧
器３に供給され、フィルタコンデンサ６ａ、６ｂを通し
て３レベルコンバータ５、３レベルインバータ７の電力
変換器により、誘導電動機８を駆動する。ここで、交流
電気車の場合、車体への接地は３レベルコンバータ・イ
ンバータの中性点から接地リレー９を介して行う。とこ
ろで、コンバータ・インバータを形成するスイッチング
素子のスイッチングに起因して、高調波成分を含んだ電
流が主回路各部に流れる。この高調波電流が電車線ある
いはレール、車体などに漏えいすると、信号・通信設備
に誘導障害を与えるという不具合が発生する。また、高
調波成分を抑制する方法としては、特開昭５８−１９１
６９号公報に示されているように、コンデンサとリアク
トルによって構成されたフィルタをインバータの出力側
またはコンバータの入力側に設置することが有効である
ことが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、図４に示
す主回路ツナギにおいて、高調波電流が車体に漏えいす
ると、車上に設備されているＡＴＣ、ＡＴＳ等の保安機
器に悪影響を与えたり、車上の通信などに使われている
誘導無線装置の設備に対しても障害を与える、という問
題がある。また、特開昭５８−１９１６９号公報に記載
の技術は、高調波電流が車体に漏えいすることについ
て、何ら配慮されていない。すなわち、同公報において
はフィルタをインバータの出力側またはコンバータの入
力側のいずれかに設置するものであり、この構成では、
車体に漏えいする高調波電流を完全に抑制することがで
きない。
す主回路ツナギにおいて、高調波電流が車体に漏えいす
ると、車上に設備されているＡＴＣ、ＡＴＳ等の保安機
器に悪影響を与えたり、車上の通信などに使われている
誘導無線装置の設備に対しても障害を与える、という問
題がある。また、特開昭５８−１９１６９号公報に記載
の技術は、高調波電流が車体に漏えいすることについ
て、何ら配慮されていない。すなわち、同公報において
はフィルタをインバータの出力側またはコンバータの入
力側のいずれかに設置するものであり、この構成では、
車体に漏えいする高調波電流を完全に抑制することがで
きない。
【０００４】本発明の目的は、主回路素子のスイッチン
グにより発生する高調波成分を含んだ電流が車体に漏え
いすることを防止するに好適な交流電気車用電力変換装
置を提供することにある。
グにより発生する高調波成分を含んだ電流が車体に漏え
いすることを防止するに好適な交流電気車用電力変換装
置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、交流電気車用電力変換装置において、コンバータの
入力側、インバータの出力側、接地回路の３箇所にそれ
ぞれフィルタ回路を設ける。また、コンバータの入力側
またはインバータの出力側のいずれかと接地回路にフィ
ルタ回路を設置する。
に、交流電気車用電力変換装置において、コンバータの
入力側、インバータの出力側、接地回路の３箇所にそれ
ぞれフィルタ回路を設ける。また、コンバータの入力側
またはインバータの出力側のいずれかと接地回路にフィ
ルタ回路を設置する。
【０００６】
【作用】本発明は、コンバータの入力側、インバータの
出力側、接地回路の３箇所にそれぞれフィルタ回路を設
ける、あるいは、コンバータの入力側またはインバータ
の出力側のいずれかと接地回路にフィルタ回路を設置す
ることにより、コンバータ、インバータまたは接地回路
から形成される全ての経路を介して車体に流れる漏えい
高調波電流を抑制することができる。
出力側、接地回路の３箇所にそれぞれフィルタ回路を設
ける、あるいは、コンバータの入力側またはインバータ
の出力側のいずれかと接地回路にフィルタ回路を設置す
ることにより、コンバータ、インバータまたは接地回路
から形成される全ての経路を介して車体に流れる漏えい
高調波電流を抑制することができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す交流電気車用電力
変換装置である。図１において、１はパンタグラフ、２
はスイッチ、３は変圧器、４はアースブラシ、５は３レ
ベルＰＷＭコンバータ、６ａ、６ｂはフィルタコンデン
サ、７は３レベルＰＷＭインバータ、８は誘導電動機、
９は接地リレー、１０、１１はストレーキャパシタン
ス、１３、１４、１５はフィルタ回路、１２ａ、１２
ｂ、１２ｃは高調波電流が流れる経路を示す。３レベル
ＰＷＭコンバータ、３レベルＰＷＭインバータの各アー
ムは、スイッチング素子ＩＧＢＴを４個直列接続とし、
クランピングダイオードで中性点電圧をクランプする。
なお、スイッチング素子として、ＧＴＯサイリスタまた
はトランジスタ等の半導体素子を使用してもよい。ま
た、本実施例では、電力変換装置として、３レベルＰＷ
Ｍコンバータ、３レベルＰＷＭインバータを示している
が、２レベルＰＷＭコンバータ、２レベルＰＷＭインバ
ータを用いてもよい。ここで、交流電気車の場合、変圧
器の２次側回路は大地（車体）から切り離されるため、
各機器にかかる対地電圧をある値に固定する必要があ
り、そのため、どこか１点で回路を接地する必要があ
る。この接地回路として、コンバータまたはインバータ
の一部を接地する。ここでは、３レベルコンバータ・イ
ンバータの中性点から接地リレー９を介して車体接地す
る。フィルタ回路１３は３レベルＰＷＭコンバータ５の
入力側、フィルタ回路１４は３レベルＰＷＭインバータ
７の出力側、フィルタ回路１５は接地回路（接地リレ
ー）９に設け、各フィルタ回路には、図３（ａ）に示す
リアクトルだけで構成したフィルタ、図３（ｂ）に示す
リアクトルとコンデンサにより構成したフィルタを用い
る。ストレーキャパシタンス１０は変圧器と大地（車
体）間に存在するストレーキャパシタンスであり、スト
レーキャパシタンス１１は誘導電動機と大地（車体）間
に存在するストレーキャパシタンスである。主回路の動
作としては、前述したと同様に、交流架線からパンタグ
ラフ１を経由して、集電し、スイッチ２を介して変圧器
３の１次側に電力を供給する。この電力は変圧器の２次
側から３レベルＰＷＭコンバータ５を介して交流から直
流に変換され、フィルタコンデンサ６ａ、６ｂを通して
３レベルＰＷＭインバータ７に入力される。３レベルＰ
ＷＭインバータ７では、直流から可変電圧・可変周波数
の交流に変換し、誘導電動機８を駆動する。
る。図１は、本発明の一実施例を示す交流電気車用電力
変換装置である。図１において、１はパンタグラフ、２
はスイッチ、３は変圧器、４はアースブラシ、５は３レ
ベルＰＷＭコンバータ、６ａ、６ｂはフィルタコンデン
サ、７は３レベルＰＷＭインバータ、８は誘導電動機、
９は接地リレー、１０、１１はストレーキャパシタン
ス、１３、１４、１５はフィルタ回路、１２ａ、１２
ｂ、１２ｃは高調波電流が流れる経路を示す。３レベル
ＰＷＭコンバータ、３レベルＰＷＭインバータの各アー
ムは、スイッチング素子ＩＧＢＴを４個直列接続とし、
クランピングダイオードで中性点電圧をクランプする。
なお、スイッチング素子として、ＧＴＯサイリスタまた
はトランジスタ等の半導体素子を使用してもよい。ま
た、本実施例では、電力変換装置として、３レベルＰＷ
Ｍコンバータ、３レベルＰＷＭインバータを示している
が、２レベルＰＷＭコンバータ、２レベルＰＷＭインバ
ータを用いてもよい。ここで、交流電気車の場合、変圧
器の２次側回路は大地（車体）から切り離されるため、
各機器にかかる対地電圧をある値に固定する必要があ
り、そのため、どこか１点で回路を接地する必要があ
る。この接地回路として、コンバータまたはインバータ
の一部を接地する。ここでは、３レベルコンバータ・イ
ンバータの中性点から接地リレー９を介して車体接地す
る。フィルタ回路１３は３レベルＰＷＭコンバータ５の
入力側、フィルタ回路１４は３レベルＰＷＭインバータ
７の出力側、フィルタ回路１５は接地回路（接地リレ
ー）９に設け、各フィルタ回路には、図３（ａ）に示す
リアクトルだけで構成したフィルタ、図３（ｂ）に示す
リアクトルとコンデンサにより構成したフィルタを用い
る。ストレーキャパシタンス１０は変圧器と大地（車
体）間に存在するストレーキャパシタンスであり、スト
レーキャパシタンス１１は誘導電動機と大地（車体）間
に存在するストレーキャパシタンスである。主回路の動
作としては、前述したと同様に、交流架線からパンタグ
ラフ１を経由して、集電し、スイッチ２を介して変圧器
３の１次側に電力を供給する。この電力は変圧器の２次
側から３レベルＰＷＭコンバータ５を介して交流から直
流に変換され、フィルタコンデンサ６ａ、６ｂを通して
３レベルＰＷＭインバータ７に入力される。３レベルＰ
ＷＭインバータ７では、直流から可変電圧・可変周波数
の交流に変換し、誘導電動機８を駆動する。
【０００８】ここで、高周波電流が漏えいする経路につ
いて、図２に示す。主回路接続は図４と同じである。但
し、ストレーキャパシタンス１０、ストレーキャパシタ
ンス１１は、図１に示したように変圧器と大地（車体）
間、誘導電動機と大地（車体）間にそれぞれ存在するス
トレーキャパシタンスである。図２から明らかなよう
に、高調波電流が流れる経路としては、３経路ある。３
レベルＰＷＭコンバータ５から変圧器３、ストレーキャ
パシタンス１０を経由して、大地（車体）、接地リレー
９を介して３レベルＰＷＭコンバータ５に戻る経路１２
ａと、３レベルＰＷＭインバータ７から誘導電動機８を
通ってストレーキャパシタンス１１を経由して、大地
（車体）、接地リレー９を介して３レベルＰＷＭインバ
ータに戻る経路１２ｂと、３レベルＰＷＭコンバータ５
から変圧器３、ストレーキャパシタンス１０を経由し
て、大地（車体）、トレーキャパシタンス１１を通っ
て、誘導電動機８、３レベルＰＷＭインバータ７を介し
てコンバータに戻る経路１２ｃの経路である。
いて、図２に示す。主回路接続は図４と同じである。但
し、ストレーキャパシタンス１０、ストレーキャパシタ
ンス１１は、図１に示したように変圧器と大地（車体）
間、誘導電動機と大地（車体）間にそれぞれ存在するス
トレーキャパシタンスである。図２から明らかなよう
に、高調波電流が流れる経路としては、３経路ある。３
レベルＰＷＭコンバータ５から変圧器３、ストレーキャ
パシタンス１０を経由して、大地（車体）、接地リレー
９を介して３レベルＰＷＭコンバータ５に戻る経路１２
ａと、３レベルＰＷＭインバータ７から誘導電動機８を
通ってストレーキャパシタンス１１を経由して、大地
（車体）、接地リレー９を介して３レベルＰＷＭインバ
ータに戻る経路１２ｂと、３レベルＰＷＭコンバータ５
から変圧器３、ストレーキャパシタンス１０を経由し
て、大地（車体）、トレーキャパシタンス１１を通っ
て、誘導電動機８、３レベルＰＷＭインバータ７を介し
てコンバータに戻る経路１２ｃの経路である。
【０００９】本実施例では、各経路１２ａ、１２ｂ、１
２ｃの高調波電流を次のように抑制する。図１に示すフ
ィルタ回路１３は、経路１２ａ、１２ｃの高調波電流を
抑制する。また、同じくフィルタ回路１４は、経路１２
ｂ、１２ｃの高調波電流を抑制する。さらに、フィルタ
回路１５は、経路１２ａ、１２ｂの高調波電流を抑制す
る。ところで、本実施例では、３箇所にフィルタ回路１
３、１４、１５を設置したが、このうちの１回路分は設
置しなくても、本来の目的を達成する。すなわち、コン
バータ５の入力側とインバータ７の出力側の２箇所にフ
ィルタ回路１３、フィルタ回路１４を同時に設置した場
合は、フィルタ回路１３により経路１２ａ、１２ｃ、フ
ィルタ回路１４により経路１２ｂ、１２ｃの高調波電流
が抑制可能となり、結果的に、経路１２ａ、１２ｂ、１
２ｃの３経路に流れる高調波電流を抑制する。また、コ
ンバータ５の入力側と接地回路９の２箇所に同時にフィ
ルタ回路１３、フィルタ回路１５を設置した場合、また
は、接地回路９とインバータ７の出力側の２箇所に同時
にフィルタ回路１５、フィルタ回路１４を設置した場
合、いずれも経路１２ａ、１２ｂ、１２ｃの３経路の高
調波電流の抑制が可能となる。因に、前述した公報のよ
うに、インバータの出力側にフィルタを設置したとき
は、図１の経路１２ｂと１２ｃに流れる高調波電流を抑
制できるが、経路１２ａに流れる高調波電流を抑制でき
ない。また、コンバータの入力側にフィルタを設置した
ときは、経路１２ａ、１２ｃに流れる高調波電流を抑制
できるが、経路１２ｂに流れる高調波電流を抑制できな
い。このように、本実施例では、コンバータ、インバー
タのスイッチングにより発生する高調波成分を含んだ電
流の車体への漏えいを抑制する。また、一般に電流が車
体に漏えいすると、電動機や他の電気品等を電食する
が、本実施例では、車体に漏えいする電流を抑制するこ
とにより、電動機や他の電気品等の電食を防止する。
２ｃの高調波電流を次のように抑制する。図１に示すフ
ィルタ回路１３は、経路１２ａ、１２ｃの高調波電流を
抑制する。また、同じくフィルタ回路１４は、経路１２
ｂ、１２ｃの高調波電流を抑制する。さらに、フィルタ
回路１５は、経路１２ａ、１２ｂの高調波電流を抑制す
る。ところで、本実施例では、３箇所にフィルタ回路１
３、１４、１５を設置したが、このうちの１回路分は設
置しなくても、本来の目的を達成する。すなわち、コン
バータ５の入力側とインバータ７の出力側の２箇所にフ
ィルタ回路１３、フィルタ回路１４を同時に設置した場
合は、フィルタ回路１３により経路１２ａ、１２ｃ、フ
ィルタ回路１４により経路１２ｂ、１２ｃの高調波電流
が抑制可能となり、結果的に、経路１２ａ、１２ｂ、１
２ｃの３経路に流れる高調波電流を抑制する。また、コ
ンバータ５の入力側と接地回路９の２箇所に同時にフィ
ルタ回路１３、フィルタ回路１５を設置した場合、また
は、接地回路９とインバータ７の出力側の２箇所に同時
にフィルタ回路１５、フィルタ回路１４を設置した場
合、いずれも経路１２ａ、１２ｂ、１２ｃの３経路の高
調波電流の抑制が可能となる。因に、前述した公報のよ
うに、インバータの出力側にフィルタを設置したとき
は、図１の経路１２ｂと１２ｃに流れる高調波電流を抑
制できるが、経路１２ａに流れる高調波電流を抑制でき
ない。また、コンバータの入力側にフィルタを設置した
ときは、経路１２ａ、１２ｃに流れる高調波電流を抑制
できるが、経路１２ｂに流れる高調波電流を抑制できな
い。このように、本実施例では、コンバータ、インバー
タのスイッチングにより発生する高調波成分を含んだ電
流の車体への漏えいを抑制する。また、一般に電流が車
体に漏えいすると、電動機や他の電気品等を電食する
が、本実施例では、車体に漏えいする電流を抑制するこ
とにより、電動機や他の電気品等の電食を防止する。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンバータ、インバータのスイッチングにより発生する
高調波成分を含んだ電流が車体に漏えいせず、車上に設
備されているＡＴＣ、ＡＴＳ等の保安機器や誘導無線装
置の設備に対して障害を与えない、という効果がある。
また、車体に漏えいする電流を抑制することにより、電
動機や他の電気品等への電食を防止することが可能であ
る。
コンバータ、インバータのスイッチングにより発生する
高調波成分を含んだ電流が車体に漏えいせず、車上に設
備されているＡＴＣ、ＡＴＳ等の保安機器や誘導無線装
置の設備に対して障害を与えない、という効果がある。
また、車体に漏えいする電流を抑制することにより、電
動機や他の電気品等への電食を防止することが可能であ
る。
【図１】本発明の一実施例を示す交流電気車用電力変換
装置
装置
【図２】高調波電流が流れる経路を示す説明図
【図３】本実施例に使用するフィルタ回路
【図４】従来の交流電気車の主回路ツナギ
１ パンタグラフ ２ スイッチ ３ 変圧器 ４ アースブラシ ５ コンバータ ６ａ、６ｂ フィルタコンデンサ ７ インバータ ８ 誘導電動機 ９ 接地リレー １０、１１ ストレーキャパシタンス １２ａ、１２ｂ、１２ｃ 高調波電流が流れる経路 １３、１４、１５ フィルタ回路
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 9/24 H02M 7/48 H02P 7/63 302
Claims (4)
- 【請求項１】 交流架線からの電力を直流に変換するコ
ンバータ及び前記直流を可変電圧・可変周波数に変換し
て電気車を駆動する電動機に供給するインバータからな
る電力変換器と、前記電力変換器の前記直流部を接地し
た接地回路を備えた交流電気車用電力変換装置におい
て、前記コンバータの入力部、前記インバータの出力部
及び前記接地回路のそれぞれにフィルタ回路を設け、電
気車の車体に漏えいする高調波電流を抑制することを特
徴とする交流電気車用電力変換装置。 - 【請求項２】 交流架線からの電力を直流に変換するコ
ンバータ及び前記直流を可変電圧・可変周波数に変換し
て電気車を駆動する電動機に供給するインバータからな
る電力変換器と、前記電力変換器の前記直流部を接地し
た接地回路を備えた交流電気車用電力変換装置におい
て、前記コンバータの入力部または前記インバータの出
力部のいずれかと前記接地回路にフィルタ回路を設け、
電気車の車体に漏えいする高調波電流を抑制することを
特徴とする交流電気車用電力変換装置。 - 【請求項３】 交流架線からの電力を直流に変換する３
レベルコンバータ及び前記直流を可変電圧・可変周波数
に変換して電気車を駆動する電動機に供給する３レベル
インバータからなる電力変換器と、前記電力変換器の中
性点を接地した接地回路を備えた交流電気車用電力変換
装置において、前記コンバータの入力部、前記インバー
タの出力部及び前記接地回路のそれぞれにフィルタ回路
を設け、電気車の車体に漏えいする高調波電流を抑制す
ることを特徴とする交流電気車用電力変換装置。 - 【請求項４】 交流架線からの電力を直流に変換する３
レベルコンバータ及び前記直流を可変電圧・可変周波数
に変換して電気車を駆動する電動機に供給する３レベル
インバータからなる電力変換器と、前記電力変換器の中
性点を接地した接地回路を備えた交流電気車用電力変換
装置において、前記コンバータの入力部または前記イン
バータの出力部のいずれかと前記接地回路にフィルタ回
路を設け、電気車の車体に漏えいする高調波電流を抑制
することを特徴とする交流電気車用電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17565595A JP3211073B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 交流電気車用電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17565595A JP3211073B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 交流電気車用電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH099412A JPH099412A (ja) | 1997-01-10 |
| JP3211073B2 true JP3211073B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=15999904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17565595A Expired - Fee Related JP3211073B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 交流電気車用電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3211073B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100483807B1 (ko) * | 2002-05-08 | 2005-04-20 | 한국철도기술연구원 | 회생용 3레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차직류전원 공급 시스템 |
| KR100491864B1 (ko) * | 2002-05-08 | 2005-05-27 | 한국철도기술연구원 | 회생용 2레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차직류전원 공급 시스템 |
| CA2699108C (en) * | 2007-09-21 | 2014-07-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus for electric vehicle |
| JP5601851B2 (ja) * | 2010-02-10 | 2014-10-08 | 株式会社東芝 | 車両用電力変換装置の誘導障害施策 |
| JP5079047B2 (ja) * | 2010-04-12 | 2012-11-21 | 株式会社日立製作所 | 電気車の制御装置及び電力変換装置の制御方法 |
| JP6495666B2 (ja) * | 2015-01-22 | 2019-04-03 | 株式会社東芝 | 車両用電力変換装置 |
| JP6999048B2 (ja) * | 2018-10-22 | 2022-01-18 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置 |
-
1995
- 1995-06-20 JP JP17565595A patent/JP3211073B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH099412A (ja) | 1997-01-10 |
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