JP6154674B2 - 蓄電装置を搭載した電力変換装置 - Google Patents
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Description
例えば、先行技術文献として掲げる特許文献1、2には、インバータ装置の入力側に蓄電装置を並列に接続し、回生エネルギーを蓄電して有効利用することにより、車両を高効率に運転する技術が開示されている。
図6において、1は直流電車線、2は集電装置、3は接触器、4はリアクトル、5および8はキャパシタ、6はインバータ回路、7は電動機、9はDC−DC変換回路、11は蓄電装置、21はインバータ回路ユニット、22はDC−DC変換回路ユニット、31は抵抗、32はスイッチング素子である。
一つ目に、インバータ回路とDC−DC変換回路との間の接続は、ユニット間の接続となるため、一般的には電線を使用して行われる。このため、特許文献1に示される構成では、インバータ回路とDC−DC変換回路とを接続する電線の配線インダクタンスと、DC−DC変換回路に並列接続されるキャパシタとの間で共振現象を起こす可能性がある。特に、鉄道車両用で用いられるキャパシタの容量は数千μFのオーダーであり、インバータ回路とDC−DC変換回路との間を電線で接続すると、このキャパシタの静電容量および配線(電線)のインダクタンスによって決まる共振周波数が、インバータやDC−DC変換回路のスイッチング動作周波数に接近し、インバータ回路とDC−DC変換回路とを接続する直流部の電流、電圧が共振する場合がある。この共振動作が発生すると、直流ステージで過電流・過電圧となる可能性、および、インバータ回路またはDC−DC変換回路の出力側で過電流となる可能性、がある。
また、外部に給電設備を設けて蓄電装置を充電するような方式を用いる場合には、充電効率が低下したり安定した制御が困難になる場合がある。
また、配線インダクタンスを小さくするために、バスバー構成により第1の電力変換手段、第2の電力変換手段および第1のキャパシタンスを同一ユニット内で組み、第1のキャパシタと第1および第2の電力変換手段とをバスバーにより最短経路で接続し、正極電源用バスバーおよび負極電源用バスバーは、絶縁を確保した上で均一距離で重ね合わされていることが望ましい。
さらには、第1のリアクトルと蓄電手段との間に遮断器を設け、蓄電手段および遮断器の直列回路を第2のキャパシタと並列に接続し、第2のキャパシタと並列に第1の抵抗を接続し、第1のキャパシタの放電を、第2の電力変換手段および第1の抵抗を介して行うようにしてもよい。
また、第1のキャパシタと並列に接続したスイッチ手段および抵抗の直列回路から成る放電回路を上記同一ユニット内に設けるように構成してもよい。
さらには、第1の電力変換手段の交流側に、交流負荷および外部給電設備を切り替え接続する切替器を設け、この切替器の切替えにより第1の電力変換手段の交流側に外部給電設備が接続される場合には、この外部給電設備から給電される電力が第1の電力変換手段および第2の電力変換手段を介して蓄電手段を充電するように構成してもよい。
また、インバータ回路およびDC−DC変換回路の配線インダクタンスを小さく構成することで、スイッチング素子の動作時のサージ電圧を抑制することや相間アンバランスを低減することができる。
そしてまた、キャパシタの台数削減、冷却器の小型化によって、システム全体の装置小型化ができ経済的である。さらに、キャパシタの共通化によって、故障時の緊急運転においてもインバータの制御電圧の相間アンバランスを防ぐことができ、信頼性のあるシステムとすることができる。
図1の電力変換装置において、1は直流電車線、2は集電装置、3は接触器、4はリアクトル、20はインバータ回路6とDC−DC変換回路9との一体ユニット、7は電動機、11は蓄電装置、12は蓄電装置11と並列に接続されるキャパシタ、13はリアクトルである。インバータ回路6とDC−DC変換回路9との一体ユニット20内(図中で、点線枠で囲った部分)にあって、5はキャパシタ、10a、10bはDC−DC変換を行うためのスイッチング素子である。また、インバータ回路6およびDC−DC変換回路9の配線に含まれるインダクタンスを配線インダクタンス23として示している。31は抵抗、32はスイッチング素子であり、キャパシタ5およびキャパシタ12の電荷を放電させるための放電回路を構成する。
回生ブレーキにより電動機7から発生する回生電力は、インバータ回路6とキャパシタ5、リアクトル4、接触器3を介して集電装置2から直流電車線1に出力される。しかし、例えば、変電所がこの回生電力を吸収できない場合や同一軌道上に力行車両が存在せずこの回生電力を消費できない場合などには、この回生電力は、インバータ回路6およびキャパシタ5からDC−DC変換回路9、リアクトル13、キャパシタ12を介して蓄電装置11に充電される。
図3の電力変換装置において、図1の実施例1にて示した構成と異なる部分を以下に説明する。
図4の電力変換装置において、図1の実施例1にて示した構成と異なる部分を以下に説明する。
図5の電力変換装置において、図1の実施例1にて示した構成と異なる部分を以下に説明する。
2…集電装置
3…接触器
4、13…リアクトル
5、8、12、101…キャパシタ
6…インバータ回路
7…電動機
9…DC−DC変換回路
10a、10b、32…スイッチング素子
11…蓄電装置
14…遮断器
15、31…抵抗
20…キャパシタを含むインバータ回路とDC−DC変換回路との一体ユニット
21…インバータ回路ユニット
22…DC−DC変換回路ユニット
23…配線インダクタンス
41…切替器
42…外部給電結線部
43…外部給電設備
102…スイッチング素子を取り付けた基板
103、104…バスバー
Claims (3)
- 第1の直流電力を交流電力に変換する第1の電力変換手段と、
前記第1の電力変換手段の交流側に接続される交流負荷と、
前記第1の直流電力をその電圧レベルと異なる電圧レベルの第2の直流電力に変換する第2の電力変換手段と、
前記第1の電力変換手段および前記第2の電力変換手段が前記第1の直流電力を受ける側に共通に接続される第1のキャパシタと、
前記第2の電力変換手段により変換される前記第2の直流電力を蓄電する蓄電手段と、
前記第2の電力変換手段と前記蓄電手段との間に設けられるリアクトルと、
前記リアクトルと前記蓄電手段との間に設けられる遮断器と、
前記蓄電手段および前記遮断器の直列回路にそれぞれ並列接続される第2のキャパシタおよび抵抗と
を備え、
前記第1の電力変換手段、前記第2の電力変換手段および前記第1のキャパシタを同一ユニット内で一体構成に集約して、前記第1の電力変換手段と前記第2の電力変換手段との間の配線インダクタンスを小さくし、
前記第1のキャパシタの放電を、前記第2の電力変換手段および前記抵抗を介して行う
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、
前記第1の電力変換手段、前記第2の電力変換手段および前記第1のキャパシタを、バスバー接続により前記同一ユニット内で一体構成に集約する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項2に記載の電力変換装置において、
前記バスバー接続により前記第1の電力変換手段、前記第2の電力変換手段および前記第1のキャパシタを最短経路で接続し、
正極電源用バスバーおよび負極電源用バスバーを、絶縁を確保した上で均一距離で重ね合わせて構成する
ことを特徴とする電力変換装置。
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