JP5918788B2 - 鉄道車両用駆動システムおよびこれを搭載した編成列車 - Google Patents
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Description
図1に示すように本実施例の駆動システムは、単相交流電源である変電所と接続される架線(図示しない)から単相交流電力を取り込む集電装置1と、架線電圧を降圧する主変圧器11とを備え、主変圧器11の低圧側には巻線が二つ配置されており、各巻線には単相交流が供給される。また、駆動システムは、自己消弧能力を有する半導体素子(例えばIGBT)とダイオードとが逆並列に接続された接続体を二個直列接続して構成されたスイッチング回路を二相分備えた交流電力を直流電力に変換する電源用電力変換回路21および電源用電力変換回路22と、前記主変圧器11と前記電源用電力変換回路21,22の間に接続された接触器12と、前記電源用電力変換回路21、22の直流側に接続され直流電圧を平滑する平滑コンデンサ3と、前記平滑コンデンサ3の両端の電圧を電圧源として、半導体素子の組合せにより構成され主電動機5を駆動する電動機駆動用変換回路4と、エンジンおよび該エンジンと連結した発電機からなり三相交流電源を供給する発電ユニット6と、前記主変圧器11と前記電源用電力変換回路21,22の接続点(前記電源用電力変換回路21,22の交流側)と、前記発電ユニット6の三相交流出力との間に接続された接触器13と、を有する鉄道車両用駆動システムである。
次に、図2を用いて別の実施例について説明する。図2は主変圧器11の低圧側の一巻線に対して一つの駆動システムが接続される場合の例である。図2の例では、主変圧器11の低圧側の一巻線に電源用電力変換装置21が接続されており、低圧側の一巻線と電源用電力変換装置21との間には、接触器14が接続されている。つまり、図1における接触器12に替わって、一相分(二相)タイプの接触器14が接続されている。さらに、図1における電源用電力変換回路22に替わり、電力変換回路一相分の電源用電力変換回路23を備える。つまり、発電ユニット6から供給される三相交流の二相分は前記電源用電力変換回路21の交流側に接続され、残る一相分は前記電源用電力変換回路23の交流側に接続されている。他の部分の構成および動作は、実施例1と同じである。
次に、図3を用いて別の実施例について説明する。図3は主変圧器11の低圧側の一巻線に対して一つの駆動システムが接続される場合の実施例であり、図2とは異なる実施例である。
次に、実施例1〜3の各実施例で説明した駆動システムを、複数車両が連結された編成列車に適用した際の一実施例について、図7、8、9を用いて説明する。
3 直流フィルタコンデンサ
4 電動機駆動用変換回路(モータ駆動用インバータ回路)
5 主電動機
6 発電ユニット
11 主変圧器
12,13,14 接触器
21,22 電源用電力変換回路
23 電源用電力変換回路一相分
24 ダイオードからなる電力変換回路
61 三相電源用電力変換回路
221,222 電源用電力変換回路22を構成する変換回路一相分
Claims (12)
- 単相交流電源と接続された架線から単相交流電力を集電するパンタグラフと、
集電した前記単相交流電力を降圧する主変圧器と、
エンジンと三相交流発電機を有して三相交流電力を出力する発電ユニットと、
交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換装置と、
前記第一の電力変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動する第二の電力変換装置と、を備えた鉄道車両用駆動システムであって、
前記主変圧器及び前記発電ユニットと前記第一の電力変換装置との間に位置し、前記主変圧器及び前記発電ユニットのいずれか一方を接続先として前記第一の電力変換装置と接続させる切替え手段を備え、
前記第一の電力変換装置は、自己消弧能力を有する半導体素子とダイオードとが逆並列に接続された接続体を二個直列接続して構成される電力変換回路を三相分備え、
前記電力変換回路の三相分は前記切替え手段を介して前記発電ユニットと接続され、
前記電力変換回路の二相分は前記切替え手段を介して前記主変圧器と接続され、
前記第一の電力変換装置は、前記切替え手段により接続される交流電力の相数に応じて、当該交流電力を直流電力へ変換する動作を行い、
前記切替え手段は、車両が架線設置区間を走行するか、前記架線の無い区間または異常状態である架線区間を走行するかに基づいて前記接続先を切り替えること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項1に記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記切替え手段は、前記第一の電力変換装置の交流側を、前記主変圧器の低圧側の巻線と前記発電ユニットの出力のいずれか一方に接続し、他方を開放して前記接続先の切り替えを行い、
前記車両が前記架線設置区間を走行している場合には、前記切替え手段により、前記主変圧器の低圧側の巻線と二相分の前記電力変換回路とを接続して、前記単相交流電力を前記第一の電力変換装置に供給し、
前記車両が前記架線の無い区間または異常状態である架線区間を走行している場合には、前記切替え手段により、前記発電ユニットの三相交流出力と三相分の前記電力変換回路とを接続して、前記三相交流電力を前記第一の電力変換装置に供給すること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項1または請求項2に記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記車両が前記架線設置区間を走行している場合には、前記電力変換回路の三相分の内、前記切替え手段を介して前記主変圧器の低圧側の巻線と接続されていない一相分の前記電力変換回路を構成する前記半導体素子を非導通状態に保つこと
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記切替え手段を介して前記主変圧器の低圧側の巻線および前記発電ユニットと接続可能な二相分の前記電力変換回路は、前記主変圧器から供給される最大電力と前記発電ユニットから供給される最大電力の大きい方に合わせた電流容量を有すること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記主変圧器の低圧側の巻線には接続されておらず、前記切替え手段を介して前記発電ユニットと接続可能な一相分の前記電力変換回路は、前記発電ユニットの最大電力に合わせた電流容量を有すること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 単相交流電源と接続された架線から単相交流電力を集電するパンタグラフと、
集電した前記単相交流電力を降圧する主変圧器と、
エンジンと三相交流発電機を有して三相交流電力を出力する発電ユニットと、
交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換装置と、
前記第一の電力変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換して電動機を駆動する第二の電力変換装置と、を備えた鉄道車両用駆動システムであって、
前記主変圧器及び前記発電ユニットと前記第一の電力変換装置との間に位置し、前記主変圧器及び前記発電ユニットのいずれか一方を接続先として前記第一の電力変換装置を接続させる切替え手段を備え、
前記第一の電力変換装置は、自己消弧能力を有する半導体素子とダイオードとが逆並列に接続された接続体を二個直列接続して構成される電力変換回路を二相分と、二つのダイオードを直列接続して構成される一相分の整流回路を備え、
前記電力変換回路の二相分及び前記一相分の整流回路は前記切替え手段を介して前記発電ユニットと接続され、
前記電力変換回路の二相分は前記切替え手段を介して前記主変圧器と接続され、
前記第一の電力変換装置は、前記切替え手段により接続される交流電力の相数に応じて、当該交流電力を直流電力へ変換する動作を行い、
前記切替え手段は、車両が架線設置区間を走行するか、前記架線の無い区間または異常状態である架線区間を走行するかに基づいて前記接続先を切り替えること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項6に記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記切替え手段は、前記第一の電力変換装置の交流側を、前記主変圧器の低圧側の巻線と前記発電ユニットの出力のいずれか一方に接続し、他方を開放して前記接続先の切り替えを行い、
前記車両が前記架線設置区間を走行している場合には、前記切替え手段により、前記主変圧器の低圧側の巻線と二相分の前記電力変換回路とを接続して、前記単相交流電力を前記第一の電力変換装置に供給し、
前記車両が前記架線の無い区間または異常状態である架線区間を走行している場合には、前記切替え手段により、前記発電ユニットの三相交流出力と二相分の前記電力変換回路及び一相分の前記整流回路を接続して、前記三相交流電力を前記第一の電力変換装置に供給すること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項6または請求項7に記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記車両が前記架線の無い区間または異常状態である架線区間を走行している場合には、前記切替え手段により前記発電ユニットと接続された二相分の前記電力変換回路および一相分の前記整流回路へ三相交流電力を供給し、二相分の前記電力変換回路を構成する全ての前記半導体素子を非導通状態に保ち、前記半導体素子に逆並列接続された前記ダイオードおよび一相分の前記整流回路により、前記発電ユニットから出力される三相交流電力を整流して直流電力を得ること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記切替え手段を介して前記主変圧器の低圧側の巻線および前記発電ユニットと接続可能な二相分の前記電力変換回路は、前記主変圧器から供給される最大電力と前記発電ユニットから供給される最大電力の大きい方に合わせた電流容量を有すること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項6乃至請求項9のいずれかに記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記主変圧器の低圧側の巻線には接続されておらず、前記切替え手段を介して前記発電ユニットと接続可能な一相分の前記整流回路は、前記発電ユニットの最大電力に合わせた電流容量を有すること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の鉄道車両用駆動システムにおいて、
車上の電気機器に電力を供給する補助電源装置を前記第一の電力変換装置の直流側に接続し、前記補助電源装置に直流電力を供給すること
を特徴とする鉄道車両用駆動システム。 - 請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の鉄道車両用駆動システムを搭載した鉄道車両を複数連結して構成される編成列車。
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