JP5570839B2 - Electric car main circuit - Google Patents

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Description

本発明は、電気車に適用される主回路に関する。   The present invention relates to a main circuit applied to an electric vehicle.

一般的に、電化区間と比較的長い非電化区間が混在する路線が知られている。このような路線に適用されるシステムに、非電化区間では、車両を車両搭載のバッテリで走行させるシステムがある。   Generally, a route in which electrified sections and relatively long non-electrified sections are mixed is known. As a system applied to such a route, there is a system in which a vehicle is driven by a vehicle-mounted battery in a non-electrified section.

このような車両には、次のような充電方法が取られる。非電化区間の路線が長い場合は、バッテリの容量に限度があるため、車両が停車する特定の駅などの地上に直流電源を設置する。車両は、地上に設置された直流電源によりバッテリを充電する。   The following charging methods are taken for such vehicles. When the route of the non-electrified section is long, the capacity of the battery is limited, so a DC power supply is installed on the ground such as a specific station where the vehicle stops. The vehicle charges the battery with a DC power supply installed on the ground.

地上側の直流電源は、車両のパンタグラフ、入力フィルタ、昇降圧チョッパを順次に介して、車両搭載のバッテリを充電する。駅停車の充電では、地上側の直流電源は、車両搭載のＳＩＶ(static inverter)等の主要な機器にも電力供給をする。よって、ＳＩＶは、駅停車中においても、動作を継続することができる。つまり、非電化区間での駅停車では、車両は、バッテリを充電し、かつ、車両の蛍光灯や冷暖房装置への電力供給を継続して行う（例えば、特許文献１参照）。   The DC power supply on the ground side sequentially charges the battery mounted on the vehicle through the vehicle pantograph, the input filter, and the step-up / down chopper. When charging at a station stop, the ground-side DC power supply also supplies power to major equipment such as SIV (static inverter) mounted on the vehicle. Thus, the SIV can continue to operate even when the station is stopped. In other words, when the station stops in a non-electrified section, the vehicle charges the battery and continuously supplies power to the fluorescent lamps and the air conditioner of the vehicle (see, for example, Patent Document 1).

一方、電化区間を走行している場合、車両は、架線からパンタグラフを介して受電し、ＶＶＶＦ（variable voltage variable frequency）インバータ及びＳＩＶを動作させる。このとき、車両は、架線からバッテリに供給される電力を遮断するための遮断器を開放する。また、非電化区間を走行している場合、車両は、バッテリから供給される直流電圧を昇圧チョッパで昇圧し、ＶＶＶＦインバータ及びＳＩＶに印加する。このとき、車両は、架線からＶＶＶＦインバータ等に供給される電力を遮断するために、該当する遮断器を開放する。   On the other hand, when traveling in the electrified section, the vehicle receives power from the overhead line via the pantograph, and operates a VVVF (variable voltage variable frequency) inverter and SIV. At this time, the vehicle opens a circuit breaker for cutting off power supplied from the overhead wire to the battery. Further, when traveling in a non-electrified section, the vehicle boosts the DC voltage supplied from the battery with the boost chopper and applies it to the VVVF inverter and SIV. At this time, the vehicle opens the corresponding circuit breaker in order to cut off the power supplied from the overhead wire to the VVVF inverter or the like.

特開平９−１６８２０４号公報JP-A-9-168204

しかしながら、上述のような電気車の主回路は、大きなスペースを必要とし、大型化及び重量化する。これは、架線から受電した電力により運転するための回路に加え、バッテリを充電及び放電するための回路を備える必要があるからである。   However, the main circuit of the electric vehicle as described above requires a large space and is increased in size and weight. This is because it is necessary to provide a circuit for charging and discharging the battery in addition to a circuit for operating with the power received from the overhead line.

そこで、本発明の目的は、バッテリを充電及び放電するための回路を備え、小型化又は軽量化することのできる電気車の主回路を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a main circuit of an electric vehicle that includes a circuit for charging and discharging a battery and can be reduced in size or weight.

本発明の観点に従った電気車の主回路は、電気車が走行するための誘導電動機と、直流架線から直流電力を受電する受電手段と、前記受電手段により受電した直流電力を、前記誘導電動機に供給するために交流電力に変換する可変電圧可変周波数のインバータと、前記受電手段から前記インバータに直流電力を供給するための電気経路に設けられた第１の遮断器と、前記インバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記インバータの直流側に接続され、電気エネルギーを蓄える蓄電手段と、前記受電手段により受電した直流電力の電圧を、前記蓄電手段に充電するために降圧する降圧チョッパと、前記受電手段から前記降圧チョッパに直流電力を供給するための電気経路に設けられた第２の遮断器と、前記フィルタコンデンサと共に高調波を抑制するフィルタを構成し、前記降圧チョッパによる降圧に用いられる平滑リアクトルとして機能するフィルタリアクトルとを備え、前記フィルタリアクトルは、前記蓄電手段の充電時における回路では、前記蓄電手段と前記降圧チョッパとの間に位置し、前記電気車の力行時における回路では、前記受電手段と前記インバータとの間に位置する箇所に設けられる。 An electric vehicle main circuit according to an aspect of the present invention includes an induction motor for running an electric vehicle , power receiving means for receiving DC power from a DC overhead line, and DC power received by the power receiving means. An inverter having a variable voltage and a variable frequency to be converted into AC power for supplying to the power supply, a first circuit breaker provided in an electric path for supplying DC power from the power receiving means to the inverter, and a DC side of the inverter A filter capacitor connected to the inverter, a power storage means connected to the DC side of the inverter, and a step-down chopper for stepping down the voltage of the DC power received by the power receiving means to charge the power storage means A second circuit breaker provided in an electric path for supplying DC power from the power receiving means to the step-down chopper, the filter capacitor, And a filter reactor functioning as a smoothing reactor used for step-down by the step-down chopper. The filter reactor is a circuit at the time of charging the power storage means, and the power storage means and the filter reactor It is located between the step-down chopper and provided at a location located between the power receiving means and the inverter in the circuit during powering of the electric vehicle .

本発明によれば、バッテリを充電及び放電するための回路を備え、小型化又は軽量化することのできる電気車の主回路を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the circuit for charging and discharging a battery is provided, and the main circuit of the electric vehicle which can be reduced in size or weight can be provided.

本発明の第１の実施形態に係る電気車の主回路システムの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the main circuit system of the electric vehicle which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第１の実施形態に係る電気車の主回路システムの動作に対する状態を示す対応図。FIG. 5 is a correspondence diagram showing a state with respect to an operation of the main circuit system of the electric vehicle according to the first embodiment. 本発明の第２の実施形態に係る電気車の主回路システムの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the main circuit system of the electric vehicle which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第２の実施形態に係る電気車の主回路システムの動作に対する状態を示す対応図。FIG. 9 is a correspondence diagram showing a state with respect to an operation of the main circuit system of the electric vehicle according to the second embodiment.

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気車の主回路システム１０の構成を示すブロック図である。なお、各図における同一部分には、同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。 (First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main circuit system 10 for an electric vehicle according to the first embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part in each figure, the detailed description is abbreviate | omitted, and a different part is mainly described. In the following embodiments, the same description is omitted.

電気車の主回路システム１０は、主電動機１と、ＶＶＶＦインバータ２と、蓄電装置３と、昇降圧チョッパ４と、集電装置５と、フィルタコンデンサＦＣと、フィルタリアクトルＦＬと、充電抵抗器ＣｈＲと、ブロッキングダイオードＢＤと、高速度遮断器ＨＢと、遮断器ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ１１，ＬＢ１２，ＬＢ１３とを備えている。   An electric vehicle main circuit system 10 includes a main motor 1, a VVVF inverter 2, a power storage device 3, a step-up / step-down chopper 4, a current collecting device 5, a filter capacitor FC, a filter reactor FL, and a charging resistor ChR. And a blocking diode BD, a high-speed circuit breaker HB, and circuit breakers LB1, LB2, LB11, LB12, LB13.

集電装置５は、直流架線１１と電気的に接触するように電気車に設けられている。集電装置５は、高速度遮断器ＨＢ、フィルタリアクトルＦＬ、遮断器ＬＢ１、遮断器ＬＢ２を順次に介して、ＶＶＶＦインバータ２の直流側の正極に接続されている。ＶＶＶＦインバータ２の直流側の負極は、レールに接触する車輪に接続（接地）されている。充電抵抗器ＣｈＲは、遮断器ＬＢ２と並列に接続されている。フィルタコンデンサＦＣの両端は、ＶＶＶＦインバータ２の直流側の正極と負極にそれぞれ接続されている。主電動機１は、ＶＶＶＦインバータ２の交流側に接続されている。   The current collector 5 is provided in the electric vehicle so as to be in electrical contact with the DC overhead wire 11. The current collector 5 is connected to the positive electrode on the DC side of the VVVF inverter 2 through the high-speed circuit breaker HB, the filter reactor FL, the circuit breaker LB1, and the circuit breaker LB2 in this order. The negative electrode on the DC side of the VVVF inverter 2 is connected (grounded) to a wheel that contacts the rail. The charging resistor ChR is connected in parallel with the circuit breaker LB2. Both ends of the filter capacitor FC are connected to the positive and negative electrodes on the DC side of the VVVF inverter 2, respectively. The main motor 1 is connected to the AC side of the VVVF inverter 2.

昇降圧チョッパ４の中性点は、遮断器ＬＢ１１を介して、フィルタリアクトルＦＬと遮断器ＬＢ１との間のＶＶＶＦインバータ２の直流側の正極に接続されている。昇降圧チョッパ４の正極は、蓄電装置３の正極と接続されている。昇降圧チョッパ４の負極は、蓄電装置３の負極と接続されている。   The neutral point of the step-up / down chopper 4 is connected to the positive pole on the DC side of the VVVF inverter 2 between the filter reactor FL and the circuit breaker LB1 via the circuit breaker LB11. The positive electrode of the step-up / down chopper 4 is connected to the positive electrode of the power storage device 3. The negative electrode of the step-up / down chopper 4 is connected to the negative electrode of the power storage device 3.

蓄電装置３の正極は、ブロッキングダイオードＢＤのアノードと接続されている。ブロッキングダイオードＢＤのカソードは、遮断器ＬＢ１３を介して、遮断器ＬＢ１３と遮断器ＬＢ２との間のＶＶＶＦインバータ２の直流側の正極に接続されている。遮断器ＬＢ１２は、ブロッキングダイオードＢＤと並列に接続されている。蓄電装置３の負極は、ＶＶＶＦインバータ２の直流側の負極に接続されている。   The positive electrode of the power storage device 3 is connected to the anode of the blocking diode BD. The cathode of the blocking diode BD is connected to the positive electrode on the DC side of the VVVF inverter 2 between the circuit breaker LB13 and the circuit breaker LB2 via the circuit breaker LB13. The circuit breaker LB12 is connected in parallel with the blocking diode BD. The negative electrode of the power storage device 3 is connected to the negative electrode on the DC side of the VVVF inverter 2.

主電動機１は、電気車を走行させる動力源となる誘導電動機である。電気車の力行時では、主電動機１は、ＶＶＶＦインバータ２から供給される三相交流電力により駆動する。電気車の回生時では、主電動機１は、発生させた三相交流電力（回生電力）をＶＶＶＦインバータ２に供給（返還）する。   The main motor 1 is an induction motor serving as a power source for running an electric vehicle. When the electric vehicle is powered, the main motor 1 is driven by three-phase AC power supplied from the VVVF inverter 2. During regeneration of the electric vehicle, the main motor 1 supplies (returns) the generated three-phase AC power (regenerative power) to the VVVF inverter 2.

次に、主回路システム１０を構成する各機器について説明する。   Next, each device constituting the main circuit system 10 will be described.

集電装置５は、直流架線１１から直流電力を受電する。集電装置５は、受電した直流電力を、フィルタリアクトルＦＬ等を介して、ＶＶＶＦインバータ２に供給する。集電装置５は、例えばパンタグラフである。   The current collector 5 receives DC power from the DC overhead wire 11. The current collector 5 supplies the received DC power to the VVVF inverter 2 via the filter reactor FL or the like. The current collector 5 is, for example, a pantograph.

ＶＶＶＦインバータ２は、可変電圧可変周波数のインバータである。ＶＶＶＦインバータ２は、電気車の力行時では、集電装置５により受電した直流電力を三相交流電力に変換する。ＶＶＶＦインバータ２は、変換した三相交流電力を主電動機１に供給する。ＶＶＶＦインバータ２は、交流電力を主電動機１に供給することにより、主電動機１を駆動する。ＶＶＶＦインバータ２は、電気車の回生時では、主電動機１から供給された三相交流電力を直流電力に変換する。ＶＶＶＦインバータ２は、変換した直流電力を直流側から出力する。ＶＶＶＦインバータ２から出力された直流電力は、直流架線１１又は蓄電装置３に供給される。   The VVVF inverter 2 is a variable voltage variable frequency inverter. The VVVF inverter 2 converts the DC power received by the current collector 5 into three-phase AC power during powering of the electric vehicle. The VVVF inverter 2 supplies the converted three-phase AC power to the main motor 1. The VVVF inverter 2 drives the main motor 1 by supplying AC power to the main motor 1. The VVVF inverter 2 converts the three-phase AC power supplied from the main motor 1 into DC power during regeneration of the electric vehicle. The VVVF inverter 2 outputs the converted DC power from the DC side. The DC power output from the VVVF inverter 2 is supplied to the DC overhead wire 11 or the power storage device 3.

蓄電装置３は、電気エネルギーを蓄える装置である。蓄電装置３は、車両に搭載されている。蓄電装置３は、非電化区間では、主電動機１を駆動するための電源となる。蓄電装置３は、電気車の駅停車時に、地上に設置された直流電源により充電される。   The power storage device 3 is a device that stores electrical energy. The power storage device 3 is mounted on a vehicle. The power storage device 3 serves as a power source for driving the main motor 1 in the non-electrified section. The power storage device 3 is charged by a DC power source installed on the ground when the electric vehicle stops at the station.

高速度遮断器ＨＢは、異常な直流電流を高速度で検知し、故障電流を遮断する遮断器である。   The high-speed circuit breaker HB is a circuit breaker that detects an abnormal direct current at a high speed and interrupts a fault current.

充電抵抗器ＣｈＲは、遮断器ＬＢ２の両端を短絡するように設けられている。充電抵抗器ＣｈＲは、遮断器ＬＢ２を投入した時に、フィルタコンデンサＦＣに急激に過大な電流が流れ込まないようにするために設けられている。   The charging resistor ChR is provided so as to short-circuit both ends of the circuit breaker LB2. The charging resistor ChR is provided in order to prevent an excessive current from flowing into the filter capacitor FC suddenly when the circuit breaker LB2 is turned on.

フィルタリアクトルＦＬは、電化区間においては、フィルタコンデンサＦＣと共に、逆Ｌ形のフィルタ回路を構成する。電気車と変電所の位置関係は、電気車が走行することにより変化する。フィルタリアクトルＦＬ及びフィルタコンデンサＦＣによるフィルタ回路は、電気車と変電所の位置関係がどのように変化しても、高調波を増幅させないようにする。フィルタリアクトルＦＬは、非電化区間において、蓄電装置３の充電時は、昇降圧チョッパ４の平滑リアクトルとして機能する。   The filter reactor FL constitutes an inverted L-type filter circuit together with the filter capacitor FC in the electrification section. The positional relationship between the electric vehicle and the substation changes as the electric vehicle travels. The filter circuit including the filter reactor FL and the filter capacitor FC prevents harmonics from being amplified regardless of how the positional relationship between the electric vehicle and the substation changes. The filter reactor FL functions as a smoothing reactor for the step-up / step-down chopper 4 when the power storage device 3 is charged in the non-electrified section.

ブロッキングダイオードＢＤは、直流架線１１又はＶＶＶＦインバータ２から蓄電装置３に流れ込む電流を阻止するための素子である。   The blocking diode BD is an element for blocking current flowing from the DC overhead wire 11 or the VVVF inverter 2 into the power storage device 3.

昇降圧チョッパ４は、蓄電装置３の充電時に、地上に設置された直流電源（充電スタンド）から直流架線１１を介して受電した直流電力の電圧を昇圧する。昇降圧チョッパ４は、昇圧した直流電力により、蓄電装置３を充電する。   The step-up / step-down chopper 4 boosts the voltage of DC power received via the DC overhead wire 11 from a DC power supply (charging station) installed on the ground when the power storage device 3 is charged. The step-up / down chopper 4 charges the power storage device 3 with the boosted DC power.

昇降圧チョッパ４は、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２及びダイオードＤ１，Ｄ２を含む回路である。   The step-up / down chopper 4 is a circuit including switching elements T1 and T2 and diodes D1 and D2.

スイッチング素子Ｔ１のコレクタは、昇降圧チョッパ４の正極となる。スイッチング素子Ｔ１のエミッタは、スイッチング素子Ｔ２のコレクタに接続されている。即ち、スイッチング素子Ｔ１とスイッチング素子Ｔ２は、直列に接続されている。スイッチング素子Ｔ２のエミッタは、昇降圧チョッパ４の負極となる。   The collector of the switching element T <b> 1 becomes the positive electrode of the step-up / step-down chopper 4. The emitter of the switching element T1 is connected to the collector of the switching element T2. That is, the switching element T1 and the switching element T2 are connected in series. The emitter of the switching element T2 becomes the negative electrode of the step-up / step-down chopper 4.

ダイオードＤ１のカソードは、スイッチング素子Ｔ１のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。即ち、ダイオードＤ１とダイオードＤ２は、直列に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、スイッチング素子Ｔ２のエミッタに接続されている。   The cathode of the diode D1 is connected to the collector of the switching element T1. The anode of the diode D1 is connected to the cathode of the diode D2. That is, the diode D1 and the diode D2 are connected in series. The anode of the diode D2 is connected to the emitter of the switching element T2.

ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードとの接続点は、スイッチング素子Ｔ１のエミッタとスイッチング素子Ｔ２のコレクタとの接続点と接続されている。即ち、直列に接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２の中点と、直列に接続された２つのスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２の中点が接続されている。これらの２つの中点の接続点が昇降圧チョッパ４の中性点となる。   A connection point between the anode of the diode D1 and the cathode of the diode D2 is connected to a connection point between the emitter of the switching element T1 and the collector of the switching element T2. That is, the midpoint of the two diodes D1 and D2 connected in series and the midpoint of the two switching elements T1 and T2 connected in series are connected. The connection point between these two middle points is the neutral point of the step-up / down chopper 4.

図２は、本実施形態に係る電気車の主回路システム１０の動作に対する状態を示す対応図である。図中において、遮断器ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ１１，ＬＢ１２，ＬＢ１３については、「○」は投入状態を、無印は開放状態をそれぞれ示している。昇降圧チョッパ４については、「○」はスイッチング動作状態を、無印は停止状態をそれぞれ示している。   FIG. 2 is a correspondence diagram showing a state with respect to the operation of the main circuit system 10 of the electric vehicle according to the present embodiment. In the figure, for the circuit breakers LB1, LB2, LB11, LB12, and LB13, “◯” indicates an on state, and no mark indicates an open state. Regarding the step-up / down chopper 4, “◯” indicates a switching operation state, and no mark indicates a stop state.

主回路システム１０は、電化区間を走行中は、遮断器ＬＢ１，ＬＢ２を投入し、遮断器ＬＢ１１，ＬＢ１２，ＬＢ１３を開放する（図２の「通常動作」）。   During traveling in the electrified section, the main circuit system 10 turns on the circuit breakers LB1 and LB2 and opens the circuit breakers LB11, LB12, and LB13 ("normal operation" in FIG. 2).

主回路システム１０は、電化区間を走行中に、電源として、直流架線１１から供給される直流電力に、蓄電装置３から出力される直流電力を加えて走行する場合、通常動作から遮断器ＬＢ１３を投入する（図２の「バッテリ入り」）。   When the main circuit system 10 travels by adding the DC power output from the power storage device 3 to the DC power supplied from the DC overhead line 11 as the power source while traveling in the electrified section, the main circuit system 10 starts the circuit breaker LB13 from the normal operation. The battery is inserted (“Battery” in FIG. 2).

主回路システム１０は、非電化区間の手前の電化区間で、通常動作から遮断器ＬＢ１を開放し、遮断器ＬＢ１３を投入する。この場合、遮断器ＬＢ１を開放した時点で、ＶＶＶＦインバータ２には、蓄電装置３から直流電力が供給される（図２の「架線と分離」）。   The main circuit system 10 opens the circuit breaker LB1 from the normal operation and turns on the circuit breaker LB13 in the electrification section before the non-electrification section. In this case, when the circuit breaker LB1 is opened, DC power is supplied from the power storage device 3 to the VVVF inverter 2 (“separate from overhead line” in FIG. 2).

主回路システム１０は、非電化区間の充電スタンドでの蓄電装置３の充電中は、遮断器ＬＢ２，ＬＢ１１，ＬＢ１３を投入し、遮断器ＬＢ１，ＬＢ１２を開放し、昇降圧チョッパ４を昇圧動作させる（図２の「充電期間」）。昇降圧チョッパ４は、スイッチング素子Ｔ２及びダイオードＤ１の組合せによる回路により、昇圧動作をする。これにより、蓄電装置３は、充電スタンドからの出力電圧よりも高い電圧で、充電される。このとき、フィルタリアクトルＦＬは、平滑リアクトルとして機能する。また、昇降圧チョッパ４により昇圧された電力は、ＶＶＶＦインバータ２にも供給される。   The main circuit system 10 turns on the circuit breakers LB2, LB11, LB13, opens the circuit breakers LB1, LB12, and boosts the step-up / step-down chopper 4 during charging of the power storage device 3 at the charging station in the non-electrified section. ("Charging period" in FIG. 2). The step-up / step-down chopper 4 performs a boosting operation by a circuit comprising a combination of the switching element T2 and the diode D1. Thereby, the electrical storage apparatus 3 is charged with a voltage higher than the output voltage from a charging stand. At this time, the filter reactor FL functions as a smoothing reactor. The electric power boosted by the step-up / down chopper 4 is also supplied to the VVVF inverter 2.

主回路システム１０は、非電化区間での蓄電装置３による走行中は、遮断器ＬＢ２，ＬＢ１２，ＬＢ１３を投入し、遮断器ＬＢ１，ＬＢ１１を開放する。これにより、蓄電装置３は、ＶＶＶＦインバータ２と直結した状態になる（図２の「バッテリ走行」）。   During traveling by the power storage device 3 in the non-electrified section, the main circuit system 10 turns on the circuit breakers LB2, LB12, LB13 and opens the circuit breakers LB1, LB11. As a result, the power storage device 3 is directly connected to the VVVF inverter 2 (“battery running” in FIG. 2).

主回路システム１０は、非電化区間で電源を落としてから再起動する場合は、遮断器ＬＢ１３を投入後、遮断器ＬＢ２を投入する（図２の「再起動シーケンス」）。このシーケンスにより、充電抵抗器ＣｈＲは、フィルタコンデンサＦＣへの突入電流を抑制する。   When the main circuit system 10 restarts after turning off the power in the non-electrified section, the circuit breaker LB13 is turned on and then the circuit breaker LB2 is turned on ("restart sequence" in FIG. 2). By this sequence, the charging resistor ChR suppresses the inrush current to the filter capacitor FC.

本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。   According to this embodiment, the following effects can be obtained.

電化区間では、フィルタリアクトルＦＬは、高調波を抑制するための本来のフィルタとして機能する。非電化区間において、蓄電装置３を電源として、昇降圧チョッパ４が動作する場合は、フィルタリアクトルＦＬは、平滑リアクトルとして機能する。これにより、主回路システム１０には、フィルタリアクトルＦＬとは別に、平滑リアクトルを設ける必要がない。   In the electrified section, the filter reactor FL functions as an original filter for suppressing harmonics. In the non-electrified section, when the buck-boost chopper 4 operates using the power storage device 3 as a power source, the filter reactor FL functions as a smoothing reactor. Thereby, it is not necessary to provide the main circuit system 10 with a smoothing reactor separately from the filter reactor FL.

従って、電気車の主回路システム１０は、フィルタリアクトルＦＬを平滑リアクトルとしても機能させることにより、小型化及び軽量化をすることができる。   Therefore, the main circuit system 10 of the electric vehicle can be reduced in size and weight by causing the filter reactor FL to function as a smoothing reactor.

また、主回路システム１０は、昇降圧チョッパ４により、充電スタンドからの出力電圧よりも高い電圧で、蓄電装置３を充電するため、充電スタンドからの出力電圧が蓄電装置３のバッテリ電圧よりも低い場合に適している。   Further, since the main circuit system 10 charges the power storage device 3 with a voltage higher than the output voltage from the charging stand by the step-up / down chopper 4, the output voltage from the charging stand is lower than the battery voltage of the power storage device 3. Suitable for cases.

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電気車の主回路システム１０Ａの構成を示すブロック図である。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an electric vehicle main circuit system 10A according to the second embodiment of the present invention.

電気車の主回路システム１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電力系統システム１０において、昇降圧チョッパ４、遮断器ＬＢ１１、及びフィルタリアクトルＦＬの回路での配置を、昇降圧チョッパ４Ａ、遮断器ＬＢ１１Ａ、及びフィルタリアクトルＦＬＡにそれぞれ変えている。その他の点は、主回路システム１０Ａは、第１の実施形態に係る主回路システム１０と同様である。   A main circuit system 10A for an electric vehicle includes a step-up / step-down chopper 4A arranged in the circuit of the step-up / step-down chopper 4, the circuit breaker LB11, and the filter reactor FL in the power system 10 according to the first embodiment shown in FIG. , Circuit breaker LB11A, and filter reactor FLA. In other respects, the main circuit system 10A is the same as the main circuit system 10 according to the first embodiment.

フィルタリアクトルＦＬＡは、遮断器ＬＢ１と遮断器ＬＢ２との間に接続されている。フィルタリアクトルＦＬＡは、電化区間においては、フィルタコンデンサＦＣと共に、逆Ｌ形のフィルタ回路を構成する。フィルタリアクトルＦＬＡは、非電化区間において、蓄電装置３の充電時は、昇降圧チョッパ４Ａの平滑リアクトルとして機能する。   The filter reactor FLA is connected between the circuit breaker LB1 and the circuit breaker LB2. The filter reactor FLA constitutes an inverted L-type filter circuit together with the filter capacitor FC in the electrification section. The filter reactor FLA functions as a smoothing reactor for the step-up / step-down chopper 4A when the power storage device 3 is charged in the non-electrified section.

昇降圧チョッパ４Ａの正極は、高速度遮断器ＨＢと遮断器ＬＢ１との間に接続されている。昇降圧チョッパ４Ａの負極は、蓄電装置３の負極と接続されている。昇降圧チョッパ４Ａの中性点は、遮断器ＬＢ１１Ａを介して、遮断器ＬＢ１とフィルタリアクトルＦＬＡとの間に接続されている。   The positive electrode of the step-up / down chopper 4A is connected between the high-speed circuit breaker HB and the circuit breaker LB1. The negative electrode of the step-up / down chopper 4 </ b> A is connected to the negative electrode of the power storage device 3. The neutral point of the step-up / down chopper 4A is connected between the circuit breaker LB1 and the filter reactor FLA via the circuit breaker LB11A.

昇降圧チョッパ４Ａ、遮断器ＬＢ１１Ａ、及びフィルタリアクトルＦＬＡは、回路における配置が異なる点以外は、第１の実施形態に係る昇降圧チョッパ４、遮断器ＬＢ１１、及びフィルタリアクトルＦＬとそれぞれ同様である。   The step-up / down chopper 4A, the circuit breaker LB11A, and the filter reactor FLA are the same as the step-up / step-down chopper 4, the circuit breaker LB11, and the filter reactor FL according to the first embodiment, respectively, except that the arrangement in the circuit is different.

図４は、本実施形態に係る電気車の主回路システム１０Ａの動作に対する状態を示す対応図である。図中において、遮断器ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ１１Ａ，ＬＢ１２，ＬＢ１３については、「○」は投入状態を、無印は開放状態をそれぞれ示している。昇降圧チョッパ４Ａについては、「○」はスイッチング動作状態を、無印は停止状態をそれぞれ示している。   FIG. 4 is a correspondence diagram showing a state with respect to the operation of the main circuit system 10A of the electric vehicle according to the present embodiment. In the figure, for the circuit breakers LB1, LB2, LB11A, LB12, and LB13, “◯” indicates an on state, and no mark indicates an open state. Regarding the step-up / down chopper 4A, “◯” indicates a switching operation state, and no symbol indicates a stop state.

主回路システム１０Ａは、電化区間を走行中は、遮断器ＬＢ１，ＬＢ２を投入し、遮断器ＬＢ１１Ａ，ＬＢ１２，ＬＢ１３を開放する（図４の「通常動作」）。   While traveling in the electrified section, the main circuit system 10A turns on the circuit breakers LB1 and LB2 and opens the circuit breakers LB11A, LB12, and LB13 ("normal operation" in FIG. 4).

主回路システム１０Ａは、電化区間を走行中に、電源として、直流架線１１から供給される直流電力に、蓄電装置３から出力される直流電力を加えて走行する場合、通常動作からさらに遮断器ＬＢ１３を投入する（図４の「バッテリ入り」）。   When the main circuit system 10A travels by adding the DC power output from the power storage device 3 to the DC power supplied from the DC overhead line 11 as a power source while traveling in the electrified section, the circuit breaker LB13 is further removed from the normal operation. ("Battery inserted" in FIG. 4).

主回路システム１０Ａは、非電化区間の手前の電化区間で、通常動作から遮断器ＬＢ１を開放し、遮断器ＬＢ１３を投入する。この場合、遮断器ＬＢ１を開放した時点で、ＶＶＶＦインバータ２には、蓄電装置３から直流電力が供給される（図４の「架線と分離」）。   The main circuit system 10A opens the circuit breaker LB1 from the normal operation and turns on the circuit breaker LB13 in the electrification section before the non-electrification section. In this case, when the circuit breaker LB1 is opened, DC power is supplied to the VVVF inverter 2 from the power storage device 3 ("separate from overhead line" in FIG. 4).

主回路システム１０Ａは、非電化区間の充電スタンドでの蓄電装置３の充電中は、遮断器ＬＢ２，ＬＢ１１Ａ，ＬＢ１２，ＬＢ１３を投入し、遮断器ＬＢ１を開放し、昇降圧チョッパ４を降圧動作させる（図４の「充電期間」）。昇降圧チョッパ４は、スイッチング素子Ｔ１及びダイオードＤ２の組合せによる回路により、降圧動作をする。これにより、蓄電装置３は、充電スタンドからの出力電圧（例えば、１５００ボルト）よりも低い電圧（例えば、７５０ボルト）で、充電される。このとき、フィルタリアクトルＦＬは、平滑リアクトルとして機能する。   The main circuit system 10A turns on the circuit breakers LB2, LB11A, LB12, and LB13, opens the circuit breaker LB1, and lowers the step-up / step-down chopper 4 while charging the power storage device 3 at the charging station in the non-electrified section. ("Charging period" in FIG. 4). The step-up / step-down chopper 4 performs a step-down operation by a circuit formed by a combination of the switching element T1 and the diode D2. Thereby, the power storage device 3 is charged with a voltage (for example, 750 volts) lower than an output voltage (for example, 1500 volts) from the charging stand. At this time, the filter reactor FL functions as a smoothing reactor.

主回路システム１０Ａは、非電化区間での蓄電装置３による走行中は、遮断器ＬＢ２，ＬＢ１２，ＬＢ１３を投入し、遮断器ＬＢ１，ＬＢ１１Ａを開放する。これにより、蓄電装置３は、ＶＶＶＦインバータ２と直結した状態になる（図４の「バッテリ走行」）。   During traveling by the power storage device 3 in the non-electrified section, the main circuit system 10A turns on the circuit breakers LB2, LB12, LB13 and opens the circuit breakers LB1, LB11A. As a result, the power storage device 3 is directly connected to the VVVF inverter 2 (“battery running” in FIG. 4).

主回路システム１０Ａは、非電化区間で電源を落としてから再起動する場合は、遮断器ＬＢ１３を投入後、遮断器ＬＢ２を投入する（図４の「再起動シーケンス」）。このシーケンスにより、充電抵抗器ＣｈＲは、フィルタコンデンサＦＣへの突入電流を抑制する。   When restarting the main circuit system 10A after turning off the power in the non-electrified section, the circuit breaker LB13 is turned on and then the circuit breaker LB2 is turned on ("restart sequence" in FIG. 4). By this sequence, the charging resistor ChR suppresses the inrush current to the filter capacitor FC.

本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。   According to this embodiment, the following effects can be obtained.

フィルタリアクトルＦＬＡは、電化区間では、高調波を抑制するための本来のフィルタとして機能する。フィルタリアクトルＦＬＡは、非電化区間では、蓄電装置３を電源として、昇降圧チョッパ４Ａが動作する場合は、平滑リアクトルとして機能する。これにより、主回路システム１０Ａには、フィルタリアクトルＦＬＡとは別に、平滑リアクトルを設ける必要がない。   The filter reactor FLA functions as an original filter for suppressing harmonics in the electrified section. In the non-electrified section, the filter reactor FLA functions as a smoothing reactor when the step-up / step-down chopper 4A operates using the power storage device 3 as a power source. Thereby, it is not necessary to provide a smooth reactor in the main circuit system 10A separately from the filter reactor FLA.

従って、電気車の主回路システム１０Ａは、フィルタリアクトルＦＬＡを平滑リアクトルとしても機能させることにより、小型化及び軽量化することができる。   Therefore, the electric vehicle main circuit system 10A can be reduced in size and weight by causing the filter reactor FLA to function as a smoothing reactor.

また、主回路システム１０Ａは、昇降圧チョッパ４Ａにより、充電スタンドからの出力電圧よりも低い電圧で、蓄電装置３を充電するため、充電スタンドからの出力電圧が蓄電装置３のバッテリ電圧よりも高い場合に適している。   Further, the main circuit system 10A charges the power storage device 3 with a voltage lower than the output voltage from the charging stand by the step-up / step-down chopper 4A, so that the output voltage from the charging stand is higher than the battery voltage of the power storage device 3 Suitable for cases.

充電スタンドの出力電圧を高くすることで、集電装置５に流れる電流を抑えることができる。電気車の蓄電装置３は、駅停車位置に合せて設置された充電スタンドにより、短時間で充電されることが多い。この場合、充電電圧が低い場合は、直流架線１１と集電装置５の接線部に大電流が流れることになる。この結果、接触部を溶損する恐れがある。充電電圧が高ければ、同じ電力でも、この接触部を流れる電流は小さくなる。このため、このような溶損を避けることができる。   By increasing the output voltage of the charging stand, the current flowing through the current collector 5 can be suppressed. The electric vehicle power storage device 3 is often charged in a short time by a charging stand installed at the station stop position. In this case, when the charging voltage is low, a large current flows through the tangential portion of the DC overhead wire 11 and the current collector 5. As a result, the contact portion may be melted. If the charging voltage is high, the current flowing through this contact portion becomes small even with the same power. For this reason, such melting damage can be avoided.

なお、各実施形態では、主回路システム１０Ａは、主電動機１を駆動するためのＶＶＶＦインバータ２に直流電力を供給する構成について説明したが、これに限らない。主回路システム１０Ａは、ＶＶＶＦインバータ２とともに、ＳＩＶに直流電力を供給する構成としてもよい。この場合において、ＳＩＶは、供給された直流電力を電力変換して、車両負荷に電力供給することができる。   In each embodiment, the main circuit system 10A has been described with respect to the configuration for supplying DC power to the VVVF inverter 2 for driving the main motor 1. However, the present invention is not limited to this. The main circuit system 10 </ b> A may be configured to supply DC power to the SIV together with the VVVF inverter 2. In this case, the SIV can convert the supplied DC power into electric power and supply electric power to the vehicle load.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

１…主電動機、２…ＶＶＶＦインバータ、３…蓄電装置、４…昇降圧チョッパ、５…集電装置、１０…電気車の主回路システム、１１…直流架線、ＢＤ…ブロッキングダイオード、ＣｈＲ…充電抵抗器、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、ＦＣ…フィルタコンデンサ、ＦＬ…フィルタリアクトル、ＨＢ…高速度遮断器、ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ１１，ＬＢ１２，ＬＢ１３…遮断器、Ｔ１，Ｔ２…スイッチング素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main motor, 2 ... VVVF inverter, 3 ... Power storage device, 4 ... Buck-boost chopper, 5 ... Current collector, 10 ... Main circuit system of electric vehicle, 11 ... DC overhead wire, BD ... Blocking diode, ChR ... Charging resistance D1, D2 ... diode, FC ... filter capacitor, FL ... filter reactor, HB ... high speed circuit breaker, LB1, LB2, LB11, LB12, LB13 ... circuit breaker, T1, T2 ... switching element.

Claims (4)

電気車が走行するための誘導電動機と、
直流架線から直流電力を受電する受電手段と、
前記受電手段により受電した直流電力を、前記誘導電動機に供給するために交流電力に変換する可変電圧可変周波数のインバータと、
前記受電手段から前記インバータに直流電力を供給するための電気経路に設けられた第１の遮断器と、
前記インバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、
前記インバータの直流側に接続され、電気エネルギーを蓄える蓄電手段と、
前記受電手段により受電した直流電力の電圧を、前記蓄電手段を充電するために降圧する降圧チョッパと、
前記受電手段から前記降圧チョッパに直流電力を供給するための電気経路に設けられた第２の遮断器と、
前記フィルタコンデンサと共に高調波を抑制するフィルタを構成し、前記降圧チョッパによる降圧に用いられる平滑リアクトルとして機能するフィルタリアクトルとを備え、
前記フィルタリアクトルは、前記蓄電手段の充電時における回路では、前記蓄電手段と前記降圧チョッパとの間に位置し、前記電気車の力行時における回路では、前記受電手段と前記インバータとの間に位置する箇所に設けられたことを特徴とする電気車の主回路システム。 An induction motor for running an electric car;
Power receiving means for receiving DC power from a DC overhead line;
A variable voltage variable frequency inverter that converts the DC power received by the power receiving means into AC power to be supplied to the induction motor;
A first circuit breaker provided in an electrical path for supplying DC power from the power receiving means to the inverter;
A filter capacitor connected to the DC side of the inverter;
Power storage means connected to the DC side of the inverter and storing electrical energy;
A step-down chopper for stepping down the voltage of the DC power received by the power receiving means to charge the power storage means;
A second circuit breaker provided in an electric path for supplying DC power from the power receiving means to the step-down chopper;
A filter that suppresses harmonics together with the filter capacitor is configured, and a filter reactor that functions as a smoothing reactor used for step-down by the step-down chopper ,
The filter reactor is positioned between the power storage unit and the step-down chopper in a circuit when the power storage unit is charged, and is positioned between the power reception unit and the inverter in a circuit during power running of the electric vehicle. A main circuit system for an electric vehicle, characterized in that the main circuit system is provided in a place to be operated . 前記第１の遮断器は、前記蓄電手段が前記直流架線から供給された直流電力を蓄電する場合、開放状態であり、前記電気車の力行時の場合、投入状態であり、
前記第２の遮断器は、前記蓄電手段が前記直流架線から供給された直流電力を蓄電する場合、投入状態であり、前記電気車の力行時の場合、開放状態であることを特徴とする請求項１に記載の電気車の主回路システム。 The first circuit breaker is in an open state when the power storage means stores DC power supplied from the DC overhead line, and is in an on state when the electric vehicle is powered.
The second circuit breaker is in a turned-on state when the power storage means stores DC power supplied from the DC overhead line, and is in an open state when the electric vehicle is powered. Item 2. The main circuit system for an electric vehicle according to Item 1 . 前記蓄電手段から前記インバータに直流電力を供給するための電気経路に設けられた第３の遮断器と、
前記蓄電手段から前記インバータに直流電力を供給するための電気経路に、前記第３の遮断器と並列に接続され、フィルタコンデンサに流れ込む電流を抑制するための充電抵抗とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気車の主回路システム。 A third circuit breaker provided in an electrical path for supplying DC power from the power storage means to the inverter;
An electric path for supplying DC power from the power storage means to the inverter includes a charging resistor connected in parallel with the third circuit breaker and for suppressing a current flowing into the filter capacitor. The main circuit system of the electric vehicle according to claim 1 or 2 . 前記蓄電手段から前記インバータに直流電力を供給するための電気経路に設けられ、前記蓄電手段から前記インバータに流れる電流を通し、前記インバータから前記蓄電手段に流れる電流を阻止するダイオードと、
前記蓄電手段から前記インバータに直流電力を供給するための電気経路に設けられ、前記ダイオードと並列に接続されたダイオード接続遮断器とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気車の主回路システム。 A diode provided in an electrical path for supplying DC power from the power storage means to the inverter, passing a current flowing from the power storage means to the inverter, and blocking a current flowing from the inverter to the power storage means;
Provided an electrical path for supplying DC power to the inverter from the storage means, any of claims 1 to 3, characterized in that a diode connected connected breaker in parallel with the diode An electric vehicle main circuit system according to claim 1.
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