JP3393034B2 - Overvoltage protection circuit for electric vehicle power converter - Google Patents

Overvoltage protection circuit for electric vehicle power converter

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気車が無電圧区
間に進入した際の電気車用電力変換装置の過電圧防止回
路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an overvoltage prevention circuit for an electric vehicle power converter when the electric vehicle enters a non-voltage section.

【0002】[0002]

【従来の技術】交流電気車の電力変換装置は、電車線か
ら変圧器を介して取り入れた交流電圧回路に接続したス
イッチング素子を用いた交流一直流交換コンバータであ
る。このスイッチング素子は回路電圧波形に同期してス
イッチングタイミングを制御している。
2. Description of the Related Art A power conversion device for an AC electric vehicle is an AC-DC exchange converter using a switching element connected to an AC voltage circuit taken from a power line through a transformer. This switching element controls the switching timing in synchronization with the circuit voltage waveform.

【0003】鉄道の交流電化区間では、電車線を一定間
隔毎に区分して各区分毎に変電所から給電するため区分
間を通過する際は一定時間停電することになるが、交流
の負荷としてブロア等の回転機が接続されていると、回
転の慣性エネルギーにより電圧が誘起され、電車線が停
電した後に電気車側回路は電圧と周波数が徐々に減衰し
ていくことになり、並列に接続されている電力変換装置
はこの電圧で動作が継続するため、動作限界となる電圧
の低下や周波数の低下を検知して動作を停止していた。
In an AC electrification section of a railroad, a train line is divided at regular intervals, and power is supplied from a substation for each segment, so a power outage occurs for a certain period of time when passing between segments, but as an AC load. When a rotating machine such as a blower is connected, a voltage is induced by the inertial energy of rotation, and the voltage and frequency of the electric car side circuit gradually attenuates after the power line is cut off. The existing power conversion device continues to operate at this voltage, and therefore has stopped operating by detecting a decrease in voltage and a decrease in frequency, which are operation limits.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体技術の向
上により、交流電気車の駆動制御に力行・回生の可逆機
能を有する自励式コンバータが用いられるようになり、
電車線停電直後に、前述の回転機との相互作用により電
気車側回路電圧波形の交番周期が瞬時に増大することが
ある。
With the recent improvement in semiconductor technology, a self-exciting converter having a reversible function of power running / regeneration has been used for drive control of an AC electric vehicle.
Immediately after a power line failure, the alternating cycle of the electric-vehicle-side circuit voltage waveform may instantaneously increase due to the interaction with the rotating machine.

【0005】一方、同じ回路に並列に接続されている電
力変換装置では、この交番周期の増大すなわち周波数の
低下を検知して動作を停止すれば問題はないが、実際に
は検知遅れ時間が生ずるために瞬時に停止することはで
きず、数サイクルは動作が継続してしまう。
On the other hand, in the power converters connected in parallel to the same circuit, there is no problem if the operation is stopped by detecting the increase of the alternating period, that is, the decrease of the frequency, but the detection delay time actually occurs. Therefore, it cannot be stopped instantaneously, and the operation continues for several cycles.

【0006】電力変換装置のスイッチング素子のスイッ
チングタイミング制御用の電源周期信号は、共振フィル
ターをかいしているため、交番周期が瞬時に増大しても
追従できず、見かけ上電源電圧に対するスイッチング位
相が進むことになり、電力変換装置出力直流電圧が規定
値以上に急上昇してしまい、負荷機器を故障に至らしめ
る等の悪影響が発生していた。本発明は、この不具合を
解決するためものである。
Since the power supply cycle signal for controlling the switching timing of the switching element of the power conversion device uses the resonance filter, it cannot follow even if the alternating cycle increases instantaneously, and the switching phase with respect to the power supply voltage is apparent. As a result, the DC voltage output from the power converter suddenly rises above a specified value, and adverse effects such as failure of load equipment occur. The present invention is to solve this problem.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明による電力変換装
置の過電圧防止回路は、入力電圧回路波形から共振フィ
ルタを介して接続した入力電圧極性検出器と該電力変換
装置コンバータの入力電流極性検出器を有し、その2つ
の検出器の検出信号の極性を論理演算し、該電力変換装
置コンバータのスイッング素子の導通タイミングを制御
することを特徴とする。
An overvoltage protection circuit for a power converter according to the present invention comprises an input voltage polarity detector connected from a waveform of an input voltage circuit through a resonance filter and an input current polarity detector of the power converter converter. And performing a logical operation on the polarities of the detection signals of the two detectors to control the conduction timing of the switching element of the power converter converter.

【0008】また、本発明による電力変換装置の過電圧
防止回路は、前記の機能により、コンバータの入力電圧
極性が同極性である場合は電力変換装置コンバータのス
イッチング素子が適当な導通タイミングでオンオフし、
逆極性となった場合は即時このコンバータのスイッング
素子を全てオフすることを特徴とする。
Further, the overvoltage prevention circuit of the power converter according to the present invention has the above-mentioned function, and when the input voltage polarities of the converter are the same, the switching element of the power converter converter is turned on / off at an appropriate conduction timing.
When the polarity becomes opposite, all the switching elements of this converter are turned off immediately.

【0009】本発明による電力変換装置の過電圧防止回
路は上記のように構成されているので、入力回路電圧の
交番周期が定常の場合は、共振フィルターを介した電源
同期信号と実際の入力電流の極性は常に同極性となり、
スイッチング素子が適当な導通タイミングでオンオフす
るが、入力回路電圧の交番周期が突然瞬時に増大した場
合は、前記電源同期信号と入力電流の極性は一期間逆極
性となるため、その時点でスイッチング素子を全てオフ
してこれを保持することにより電力変換装置直流出力電
圧の過電圧を防止できる。以下、本発明の一実施例を、
図面に基づいて詳述する。
Since the overvoltage prevention circuit of the power converter according to the present invention is configured as described above, when the alternating period of the input circuit voltage is steady, the power supply synchronizing signal and the actual input current through the resonance filter are The polarities are always the same,
The switching element turns on and off at an appropriate conduction timing, but when the alternating period of the input circuit voltage suddenly increases instantaneously, the polarities of the power supply synchronizing signal and the input current become opposite polarities for one period. By turning off all and holding this, it is possible to prevent overvoltage of the DC output voltage of the power converter. Hereinafter, one embodiment of the present invention,
It will be described in detail with reference to the drawings.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1はスイッチング素子としてサ
イリスタを用いた場合の電力変換装置の過電圧防止回路
の一実施例を示す回路図、図2は図1で示した電力変換
装置の過電圧防止回路の構成による各部の信号と論理を
示すブロック図であり、図2と同一の符号は同一機能を
有する部分を示している。図1において、電車線1から
変圧器2を介して取り入れた交流電圧3には、サイリス
タ混合ブリッジによるコンバータ4が接続され、このコ
ンバータ4の出力にはLCフィルタ5により平滑された
直流出力電圧に変換される。一方、交流電圧3には電流
検出器6と入力電流極性検出器7、共振フィルタ8と入
力電圧極性検出器9が接続され、これらの極性検出器
7,9の出力は極性論理演算部10、ゲート制御回路1
1を経てコンバータ4に供給されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an overvoltage protection circuit for a power converter when a thyristor is used as a switching element, and FIG. 2 is an overvoltage protection circuit for the power converter shown in FIG. FIG. 3 is a block diagram showing signals and logics of each unit according to the configuration of FIG. 2, and the same reference numerals as those in FIG. 2 denote parts having the same functions. In FIG. 1, a converter 4 by a thyristor mixing bridge is connected to an AC voltage 3 taken from a train line 1 through a transformer 2, and an output of this converter 4 is a DC output voltage smoothed by an LC filter 5. To be converted. On the other hand, a current detector 6 and an input current polarity detector 7, and a resonance filter 8 and an input voltage polarity detector 9 are connected to the AC voltage 3, and the outputs of these polarity detectors 7 and 9 are polarity logic operation unit 10, Gate control circuit 1
It is supplied to the converter 4 via 1.

【0011】次に、その詳細な回路について、図2を参
照して説明する。交流電圧3が定常時は、入力電圧極性
検出器9の信号によりスイッチングタイミング制御回路
12が動作し、ゲート回路13を介してコンバータ4の
サイリスタが適当な位相で点弧される。
The detailed circuit will be described below with reference to FIG. When the AC voltage 3 is steady, the signal from the input voltage polarity detector 9 causes the switching timing control circuit 12 to operate, and the thyristor of the converter 4 is ignited at an appropriate phase via the gate circuit 13.

【0012】交流電圧3の交番周期が突然瞬時に増大し
た場合は、入力極性電圧検出器9がこれを検出し、極性
論理演算部10で入力極性電流検出器7との演算により
出力信号がゲート回路13の入力部の信号を遮断し、サ
イリスタのゲートをオフすることにより、直流出力電圧
の過電圧を防止できる。この状態は極性論理演算部10
で保持され、リセット信号14により解除する。
When the alternating period of the AC voltage 3 suddenly increases, the input polarity voltage detector 9 detects it, and the polarity logic operation unit 10 operates the input polarity current detector 7 to gate the output signal. By shutting off the signal of the input part of the circuit 13 and turning off the gate of the thyristor, it is possible to prevent the overvoltage of the DC output voltage. In this state, the polarity logic operation unit 10
It is held by and is released by the reset signal 14.

【0013】以上はスイッチング素子としてサイリスタ
を用いた場合の例であるが、GTOやトランジスタなど
他のスイッチング素子を用いた場合でも応用可能であ
る。又、極性検出器及び極性論理演算がコンピュータの
ソフトウエアでも実現可能であることは言うまでもな
い。
The above is an example of the case where a thyristor is used as a switching element, but the present invention can also be applied when another switching element such as a GTO or a transistor is used. Further, it goes without saying that the polarity detector and the polarity logic operation can be realized by software of a computer.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、交
流電気車に搭載された電力変換装置において、電車線の
給電区分間を通過して停電した際に、電力変換装置の入
力回路電圧の交番周期が突然瞬時に増大しても、直流出
力電圧が過電圧になることを防止することができ、実用
上、極めて有用性の高いものである。
As described above, according to the present invention, in the power converter installed in the AC electric vehicle, when the power is passed through between the power supply sections of the electric power line and the power is cut off, the input circuit voltage of the power converter is reduced. It is possible to prevent the DC output voltage from becoming an overvoltage even if the alternating period of suddenly increases, which is extremely useful in practice.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1はスイッチング素子としてサイリスタを用
いた場合の電力変換装置の実施例を示す過電圧防止回路
図である。
FIG. 1 is an overvoltage prevention circuit diagram showing an embodiment of a power conversion device when a thyristor is used as a switching element.

【図2】図2は図1の一実施例による各部の信号と論理
を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing signals and logic of each unit according to the embodiment of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電車線 2 変圧器 3 交流電圧 4 コンバータ 5 LCフィルタ 6 交流検出器 7 入力電流極性検出器 8 共振フィルタ 9 入力電圧極性検出器 10 極性論理演算部 11 ゲート制御回路 12 スイッチングタイミング制御回路 13 ゲート回路 14 リセット信号 1 train line 2 transformer 3 AC voltage 4 converter 5 LC filter 6 AC detector 7 Input current polarity detector 8 resonance filters 9 Input voltage polarity detector 10 Polarity logic operation unit 11 Gate control circuit 12 Switching timing control circuit 13 Gate circuit 14 Reset signal

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電車線から変圧器を介して取り入れた交
流電圧を所望の直流電圧に変換するスイッチング素子を
用いたコンバータと、このスイッチング素子に適当な導
通タイミングでオンオフ動作を与えるスイッチングタイ
ミング制御回路で構成された電気車用電力変換装置にお
いて、前記交流電圧の交番周期が定常時の場合はスイッ
チングタイミング制御回路でコンバータを動作せしめ、
交番周期が増大したときは、前記コンバータの入力電圧
波形から共振フィルタを介して接続した入力電圧極性検
出器と入力電流極性検出器により、これらの2つの検出
器の検出信号の極性を極性論理演算で論理演算し、前記
コインバータのスイッチング素子の導通タイミングを極
性論理演算部の出力信号によって制御するよう構成した
ことを特徴とする電気車用電力変換装置の過電圧防止回
路。
1. A converter using a switching element for converting an AC voltage taken from a power line via a transformer into a desired DC voltage, and a switching timing control circuit for giving an ON / OFF operation to the switching element at an appropriate conduction timing. In the electric vehicle power conversion device configured by, when the alternating period of the alternating voltage is in a steady state, operate the converter with the switching timing control circuit,
When the alternating period increases, the polarities of the detection signals of these two detectors are logically calculated by the input voltage polarity detector and the input current polarity detector connected via the resonance filter from the input voltage waveform of the converter. And a conduction timing of the switching element of the co-inverter is controlled by an output signal of a polarity logic operation unit.
【請求項2】 前記コンバータの入力電流極性が同極性
である場合は該コンバータのスイッチング素子が適当な
導通タイミングでオンオフし、逆極性となった場合は即
時刻コンバータのスイッチング素子を全てオフしてこの
状態を保持する請求項1記載の電気車用電力変換装置の
過電圧防止回路。
2. When the input current polarities of the converter are the same polarity, the switching elements of the converter are turned on and off at an appropriate conduction timing, and when the polarities are opposite, all the switching elements of the instant converter are turned off. The overvoltage prevention circuit for an electric vehicle power converter according to claim 1, which holds this state.
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