JP7289774B2 - RAIL VEHICLE DRIVING SYSTEM AND RAIL VEHICLE DRIVING METHOD - Google Patents

RAIL VEHICLE DRIVING SYSTEM AND RAIL VEHICLE DRIVING METHOD Download PDF

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Description

本発明は、鉄道車両用駆動システムおよび鉄道車両の駆動方法に関する。 The present invention relates to a railway vehicle drive system and a railway vehicle drive method.

鉄道車両用の駆動システムには、一般に、電流遮断器が設けられる。電流遮断器の一例として、例えば、特許文献1~2に開示の電流遮断器が知られている。 Drive systems for rail vehicles are commonly provided with current interrupters. As an example of current breakers, for example, current breakers disclosed in Patent Documents 1 and 2 are known.

特開2004-096877号公報JP 2004-096877 A 特開2006-067732号公報JP 2006-067732 A

本願発明者が、電流遮断器として半導体減流器を採用してフィルタリアクトルを小型化した鉄道車両用駆動システムの実用化について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。 The inventors of the present application have made intensive studies on the practical application of a railway vehicle drive system in which a semiconductor current reducer is used as a current breaker to downsize a filter reactor, and as a result, the following knowledge has been obtained.

鉄道車両用の駆動システムの主回路は、一般に、鉄道車両を駆動する電動機を負荷としたインバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタコンデンサおよびフィルタリアクトルを有する。フィルタリアクトルは、走行時に発生する電流および電圧の脈動の低減や、主回路中で高電位と低電位が短絡した際に大きな短絡電流が架線側から流れるのを抑える役割を担っている。このような役割に必要なインダクタンス値は、一般に、8mH~12mHであり、故に、フィルタリアクトルの体積や質量が大きい。例えば、フィルタリアクトルの体積や質量は、電動機を除けば、駆動システム全体の1/2から1/3程度を占める。 A main circuit of a railroad vehicle drive system generally has a filter capacitor and a filter reactor that suppress voltage pulsation generated when an inverter whose load is an electric motor that drives the railroad vehicle is operated. Filter reactors play a role in reducing current and voltage pulsations that occur during running, as well as suppressing large short-circuit currents from flowing from overhead lines when high and low potentials are short-circuited in the main circuit. The inductance value required for such a role is generally 8 mH to 12 mH, and therefore the volume and mass of the filter reactor are large. For example, the volume and mass of the filter reactor occupies about 1/2 to 1/3 of the entire drive system except for the electric motor.

このため、フィルタリアクトルの小型化が実現できると駆動システム全体の小型化に寄与する。 Therefore, if the size of the filter reactor can be reduced, it contributes to the size reduction of the entire drive system.

フィルタリアクトルを小型化するためには、インダクタンス値を小さく設定することが必要である。しかし、フィルタリアクトルを低インダクタンス化すると、フィルタコンデンサとフィルタリアクトルとを含んだフィルタの性能、すなわち、インバータから発生し帰線に出る高調波電圧である帰線電流ノイズの増加を抑える性能が低下してしまう。これによって、軌道回路上の信号機器の動作が不安定になる可能性がある。 In order to downsize the filter reactor, it is necessary to set a small inductance value. However, when the inductance of the filter reactor is reduced, the performance of the filter including the filter capacitor and the filter reactor, that is, the performance of suppressing an increase in retrace current noise, which is a harmonic voltage generated from the inverter and output to the retrace line, deteriorates. end up This can lead to erratic operation of signaling equipment on the track circuit.

そのため、フィルタリアクトルを低インダクタンス化した場合には、帰線電流ノイズを信号機器の動作に影響を与えない規定値以下に低減する手段を、駆動システムに実装する必要がある。その手段の一つとして、帰線電流ノイズの逆相の電流を注入することで帰線電流ノイズを低減するアクティブフィルタが挙げられる。 Therefore, when the inductance of the filter reactor is reduced, it is necessary to mount in the drive system means for reducing the retrace current noise to a specified value or less that does not affect the operation of the signal device. One of such means is an active filter that reduces the retrace current noise by injecting a current having the opposite phase of the retrace current noise.

フィルタリアクトルを低インダクタンス化した際の影響をアクティブフィルタで抑制するシステムでは、アクティブフィルタの正常動作によって、帰線電流ノイズを規定値以下に抑えることが必要である。このため、アクティブフィルタは、集電装置から帰線までの経路が導通している時には基本的に動作状態である必要がある。やむを得ずアクティブフィルタを停止する場合は、信号機器が誤動作を起こさない時素以内に停止時間を制限しなければならない。 In a system that uses an active filter to suppress the effects of a low-inductance filter reactor, it is necessary to keep the retrace current noise below a specified value through normal operation of the active filter. Therefore, the active filter should basically be in operation when the path from the current collector to the return line is conducting. If it is unavoidable to stop the active filter, the stop time must be limited to a period of time that does not cause malfunction of the signal equipment.

さらに、フィルタリアクトルの低インダクタンス化に伴い、駆動システムの故障もしくは地絡が生じたときに、架線から流入する単位時間当たりの電流変化量が増大する。通常、架線から流入する電流は、高速度遮断器など機械式の装置で遮断している。しかし、フィルタリアクトルの低インダクタンス化によって架線から流入する単位時間当たりの電流変化量が増大するため、機械式の遮断器の遮断速度では電流の遮断が間に合わず、架線から大電流を流入させてしまい、変電所の許容電流を超過することが懸念される。 Furthermore, as the inductance of the filter reactor is reduced, the amount of change in current per unit time flowing from the overhead wire increases when a failure or ground fault occurs in the drive system. Normally, the current flowing from overhead lines is interrupted by a mechanical device such as a high-speed circuit breaker. However, due to the low inductance of the filter reactor, the amount of change in the current flowing from the overhead wire per unit time increases, so the breaking speed of the mechanical circuit breaker is not enough to cut off the current in time, causing a large current to flow from the overhead wire. , there is concern that the allowable current of the substation will be exceeded.

そこで、半導体式の減流器と機械式の遮断器を組合せることで、機械式の遮断器単体に比べて遮断速度を高速化し、フィルタリアクトルのインダクタンス値の低減と遮断電流の低減を両立することができる。 Therefore, by combining a semiconductor type current reducer and a mechanical circuit breaker, the breaking speed can be increased compared to a single mechanical circuit breaker, reducing both the inductance value of the filter reactor and the breaking current. be able to.

以上の通り、フィルタリアクトルのインダクタンス低減を行うには、アクティブフィルタと半導体減流器を駆動システムに同時に実装することが必要である。 As described above, in order to reduce the inductance of the filter reactor, it is necessary to simultaneously mount the active filter and the semiconductor current reducer in the drive system.

このうちアクティブフィルタは、フィルタリアクトルの主巻線に磁気結合した2次巻線に接続し、2次巻線を介して帰線電流ノイズを低減するためのノイズ逆相電流を注入している。磁気結合は双方向にエネルギーの伝達を行うため、フィルタリアクトルの主巻線を流れる電流が時間変化すると、磁気結合を介してアクティブフィルタにも電流が流入し、アクティブフィルタを焼損する可能性がある。 Among them, the active filter is connected to a secondary winding magnetically coupled to the main winding of the filter reactor, and injects a noise reverse-phase current for reducing retrace current noise through the secondary winding. Since magnetic coupling transfers energy in both directions, if the current flowing through the main winding of the filter reactor changes over time, the current may also flow into the active filter via magnetic coupling, causing the active filter to burn out. .

ここで鉄道車両用主回路の動作シーケンスにおいて、フィルタコンデンサの充電時等のように、架線電流のサージが発生することが不可避な場合がある。また、集電装置が架線から離線した後の再着線時等で発生する架線電流の急変は、鉄道車両の運用上避けられない現象である。 In the operation sequence of the railway vehicle main circuit, there are cases where it is unavoidable that an overhead wire current surge occurs, such as when a filter capacitor is charged. Moreover, a sudden change in the overhead wire current that occurs when the current collector is reconnected to the overhead wire after being detached from the overhead wire is an unavoidable phenomenon in the operation of railway vehicles.

以上より、アクティブフィルタの動作を信号機器が誤動作を起こさない時素以上に停止することなく、架線電流変動によるアクティブフィルタへのサージ電流流入を抑制することが課題となる。 From the above, it is a problem to suppress the surge current flowing into the active filter due to the overhead wire current fluctuation without stopping the operation of the active filter more than the time when the signal equipment does not malfunction.

本発明は、上述の点を考慮してなされたものであり、アクティブフィルタの動作を信号機器が誤動作を起こさない時素以上に停止することなく、架線電流変動によるアクティブフィルタへのサージ電流流入を抑制する鉄道車両用駆動システムおよび鉄道車両の駆動方法を提供することを1つの目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and prevents surge currents from flowing into the active filter due to fluctuations in overhead line current without stopping the operation of the active filter for a period of time that does not cause signal equipment malfunction. It is an object to provide a rail vehicle drive system and a method for driving a rail vehicle with restraint.

かかる課題を解決するため本発明においては、一態様として、鉄道車両用駆動システムは、架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機へ前記直流電力を変換した交流電力を供給するインバータと、前記断流器と前記インバータとの間に介在し前記インバータが動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトルおよびフィルタコンデンサとを有する主回路と、前記断流器と前記インバータとに直列に接続された半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子に並列に接続された抵抗器とを有し前記主回路に設けられた半導体減流器と、前記インバータが発生する帰線電流ノイズを抑制するノイズ低減動作を行うアクティブフィルタ装置と、を有し、前記架線からの直流電流が所定閾値を超える時間傾きで変化した場合に、前記半導体スイッチ素子がオフ状態、かつ、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作の停止状態から、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始後、前記半導体スイッチ素子を定常的なオン状態にすることを特徴とする。 In order to solve such a problem, in one aspect of the present invention, a railway vehicle drive system includes a circuit breaker that cuts off DC power from an overhead wire, and an AC power that is converted from the DC power to an electric motor that drives the railway vehicle. a main circuit having an inverter that supplies the line breaker and a filter reactor and a filter capacitor that are interposed between the line breaker and the inverter to suppress voltage pulsation generated when the inverter operates; a semiconductor current reducer provided in the main circuit and having a semiconductor switch element connected in series with the inverter and a resistor connected in parallel with the semiconductor switch element; and a return current generated by the inverter. and an active filter device that performs a noise reduction operation to suppress noise, and when the DC current from the overhead wire changes with a time slope exceeding a predetermined threshold, the semiconductor switch element is in an off state and the active filter After starting the noise reduction operation of the active filter device from the stop state of the noise reduction operation of the device, the semiconductor switch element is brought into a steady ON state.

本発明によれば、例えば、アクティブフィルタの動作を信号機器が誤動作を起こさない時素以上に停止することなく、架線電流変動によるアクティブフィルタへのサージ電流流入を抑制することができる。すなわち、信号機器に対する妨害を抑制しつつアクティブフィルタの動作可能な時間を最大化することができる鉄道車両の駆動システムを提供することができる。また、架線電流の変動が原因でアクティブフィルタへ流入するサージ電流を抑制することができるため、アクティブフィルタのコストや質量、サイズを増大することなくアクティブフィルタを架線電流要因の外乱から保護することができる。 According to the present invention, for example, it is possible to suppress the inflow of surge current into the active filter due to fluctuations in overhead wire current without stopping the operation of the active filter for a period of time when signal equipment does not malfunction. That is, it is possible to provide a railway vehicle drive system capable of maximizing the operable time of the active filter while suppressing interference with signal equipment. In addition, since it is possible to suppress the surge current that flows into the active filter due to fluctuations in the overhead wire current, it is possible to protect the active filter from disturbances caused by the overhead wire current without increasing the cost, weight, or size of the active filter. can.

実施例1に係る鉄道車両(電気車)の駆動システムの構成の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a configuration of a drive system for a railway vehicle (electric vehicle) according to Embodiment 1; FIG. 実施例1における駆動システムを構成する各機器の制御(フィルタコンデンサの充電時)を表すタイミングチャートの一例を示す図である。4 is a diagram showing an example of a timing chart representing control of each device (at the time of charging a filter capacitor) that constitutes the drive system in the first embodiment; FIG. 実施例2における駆動システムを構成する各機器の制御(駆動システムのインバータ動作中の主回路入力電流(架線電流Is)の急変発生時)を表すタイミングチャートの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a timing chart representing control of each device constituting the drive system in Embodiment 2 (at the time of occurrence of a sudden change in main circuit input current (trolley current Is) during inverter operation of the drive system). 実施例3における駆動システムを構成する各機器の制御(駆動システムのインバータ動作中の主回路入力電流(架線電流Is)の急変発生時)を表すタイミングチャートの一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a timing chart representing control of each device constituting the drive system (at the time of sudden change in main circuit input current (trolley current Is) during inverter operation of the drive system) in Example 3; 実施例4に係る鉄道車両の駆動システムの構成の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a configuration of a drive system for a railway vehicle according to a fourth embodiment;

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。以下の説明において、同一または類似の要素および処理に同一の符号を付し、重複説明を省略する。また、後出の実施例では、既出の実施例との差異のみを説明し、重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or similar elements and processes are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, in the embodiments described later, only differences from the previously described embodiments will be described, and redundant description will be omitted.

以下の実施例の説明および各図で示す構成および処理は、本発明の理解および実施に必要な程度で実施例の概要を示すものであり、本発明に係る実施の態様を限定することを意図する趣旨ではない。また、各実施例および各変形例は、本発明の趣旨を逸脱せず、互いに整合する範囲内で、一部または全部を組合せることができる。 The following description of the embodiments and the configurations and processes shown in the respective drawings are intended to outline the embodiments to the extent necessary for understanding and implementing the present invention, and are intended to limit the embodiments according to the present invention. not intended to do so. Further, each embodiment and each modification can be combined in whole or in part without departing from the gist of the present invention and within a mutually compatible range.

以下、鉄道車両の駆動システム1が備えるフィルタコンデンサ6(FC)の充電時に、アクティブフィルタ51へのサージ電流流入を抑止しつつ、速やかにアクティブフィルタ51を動作開始させる実施例1について、図1および図2を用いて説明する。 Hereinafter, a first embodiment in which surge current flow into the active filter 51 is suppressed when the filter capacitor 6 (FC) included in the drive system 1 of the railway vehicle is charged, and the active filter 51 is quickly started to operate will be described with reference to FIGS. Description will be made with reference to FIG.

<実施例1の駆動システム1の構成>
図1は、実施例1に係る鉄道車両(電気車)の駆動システム1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、駆動システム1は、半導体減流器2(SHB)およびアクティブフィルタ51(AF)を含む。駆動システム1は、集電装置13(PAN)を介して架線から供給される電力によって1または複数の主電動機15(本実施例ではMM1~MM4を駆動する1C4M制御方式とするがこれに限らない)を駆動し、鉄道車両を走行させる。
<Configuration of Drive System 1 of Embodiment 1>
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a drive system 1 for a railway vehicle (electric vehicle) according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the drive system 1 includes a semiconductor current reducer 2 (SHB) and an active filter 51 (AF). The drive system 1 is a 1C4M control system that drives one or a plurality of main motors 15 (MM1 to MM4 in this embodiment) by power supplied from overhead wires via a current collector 13 (PAN), but is not limited to this. ) to drive the railway vehicle.

集電装置13を介して架線から供給された電力は、断流器7(LB1,LB2)、半導体減流器2、フィルタリアクトル5、およびフィルタコンデンサ6を経由し、パワーユニット4に入力される。パワーユニット4は、入力された直流電力を三相交流電力に変換し、主電動機15に供給する。フィルタリアクトル5およびフィルタコンデンサ6は、パワーユニット4のインバータが動作する際に発生する電圧の脈動を抑える。 Electric power supplied from the overhead wire via the current collector 13 is input to the power unit 4 via the current breaker 7 (LB1, LB2), the semiconductor current reducer 2, the filter reactor 5, and the filter capacitor 6. The power unit 4 converts the input DC power into three-phase AC power and supplies it to the main motor 15 . Filter reactor 5 and filter capacitor 6 suppress voltage pulsation that occurs when the inverter of power unit 4 operates.

一方、アース側については、駆動システム1は、電源の帰線と主回路のアースを電気的に切り離すための接地スイッチ8(GS)を有する。また、駆動システム1は、過電圧放電用素子(OVTr)、放電抵抗(OVRe)、および電圧計12(DCPT2)を含む過電圧防止回路3(OVT)と、直列接続された放電スイッチ(DS)9および放電抵抗(DCHRe)10と、電圧計11(DCPT1)とを有する。 On the other hand, on the ground side, the drive system 1 has a ground switch 8 (GS) for electrically disconnecting the return line of the power supply and the ground of the main circuit. The drive system 1 also includes an overvoltage protection circuit 3 (OVT) including an overvoltage discharge element (OVTr), a discharge resistor (OVRe), and a voltmeter 12 (DCPT2), a series-connected discharge switch (DS) 9 and It has a discharge resistor (DCHRe) 10 and a voltmeter 11 (DCPT1).

半導体減流器2は、パワーユニット4を構成する半導体スイッチ素子の短絡故障や、主回路内配線から主回路筐体への地絡事故が発生した際に、事故電流を高速に限流する目的で設けられる。半導体減流器2は、通常運転時の電流通流動作時には、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)、半導体スイッチ素子102(SHBTr2)を共にオン状態とし、半導体スイッチ素子101経由で架線電流を通流する。 The semiconductor current reducer 2 is for the purpose of limiting fault current at high speed in the event of a short-circuit fault in the semiconductor switch elements that make up the power unit 4 or a ground fault from the wiring in the main circuit to the main circuit housing. be provided. The semiconductor current reducer 2 turns on both the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) and the semiconductor switch element 102 (SHBTr2) during current conduction operation during normal operation, and conducts overhead line current via the semiconductor switch element 101. .

また半導体減流器2は、上述の事故電流が発生した場合には、半導体スイッチ素子101、半導体スイッチ素子102を共にオフ状態とすることで架線電流を抵抗器111(CHRe/DRe)に転流する。架線電流は抵抗器111を介して流れるようになるため、事故電流の増加は止まり、減少に転じる。断流器7の能力で十分に電流遮断可能なレベルまで架線電流が減衰した後に断流器7をオフすることで、架線電流が遮断される。 In addition, when the above-described fault current occurs, the semiconductor current reducer 2 commutates the overhead line current to the resistor 111 (CHRe/DRe) by turning off both the semiconductor switch element 101 and the semiconductor switch element 102. do. Since the overhead line current starts to flow through the resistor 111, the fault current stops increasing and begins to decrease. By turning off the current breaker 7 after the overhead wire current has attenuated to a level at which the current breaking capability of the current breaker 7 is sufficient, the overhead wire current is interrupted.

アクティブフィルタ51は、図示しない電流センサを用いて架線電流に含まれる帰線電流ノイズを検出し、これを打ち消すために必要な出力を演算し、この演算結果に基づく出力を、交流スイッチ53を介して、主回路のフィルタリアクトル5(FL1)に設けた2次巻線52(FL2)へ供給するノイズ低減動作を行う。アクティブフィルタ51の出力は、フィルタリアクトル5と2次巻線52間の磁気結合を介して架線電流の通過経路に注入され、帰線電流ノイズを低減する。 The active filter 51 uses a current sensor (not shown) to detect retrace line current noise contained in the overhead line current, calculates an output necessary to cancel this noise, and outputs the output based on the calculation result through an AC switch 53. Then, the noise reduction operation to supply the secondary winding 52 (FL2) provided in the filter reactor 5 (FL1) of the main circuit is performed. The output of the active filter 51 is injected into the trolley current path through the magnetic coupling between the filter reactor 5 and the secondary winding 52 to reduce retrace current noise.

架線電流の通過経路とアクティブフィルタ51の出力端子は、上述の通り、フィルタリアクトル5と2次巻線52間の磁気結合を介して結合されている。このため架線電流が急峻に変化すると、フィルタリアクトル5の通過電流が急峻に変化するため、アクティブフィルタ51の出力端子にサージ電圧・電流が流れ込み、アクティブフィルタ51の回路を破損する可能性がある。このため、アクティブフィルタ51へのサージ侵入を低減する手段が必要である。 The transmission path of the overhead line current and the output terminal of the active filter 51 are coupled via magnetic coupling between the filter reactor 5 and the secondary winding 52 as described above. Therefore, if the overhead wire current changes sharply, the current passing through the filter reactor 5 changes sharply, and a surge voltage/current flows into the output terminal of the active filter 51, possibly damaging the circuit of the active filter 51. Therefore, means for reducing the surge entering the active filter 51 is required.

サージの抑制には、複数の手段が考えられる。アクティブフィルタ51側で可能な対策は、次の手段が挙げられる。第一の手段は、アクティブフィルタ51で使用する素子の定格を大きくして耐電圧や耐電流特性を増強することである。第二の手段は、図1に示すように、アクティブフィルタ51の出力端子を2次巻線52から切り離す交流スイッチ53(ACSW)を設け、過電流発生時に交流スイッチ53をオフすることでサージの侵入経路を遮断することである。 Several means are conceivable for surge suppression. Possible countermeasures on the active filter 51 side include the following means. A first means is to increase the rating of the elements used in the active filter 51 to enhance the withstand voltage and withstand current characteristics. The second means, as shown in FIG. 1, is to provide an AC switch 53 (ACSW) that disconnects the output terminal of the active filter 51 from the secondary winding 52, and turn off the AC switch 53 when an overcurrent occurs to suppress the surge. It is to block the intrusion route.

なお、交流スイッチ53は、アクティブフィルタ減流抵抗54(AFDRe)が並列接続されることが望ましい。アクティブフィルタ減流抵抗54を接続することにより、交流スイッチ53がオフの状態で架線電流が急峻に変化した場合に、交流スイッチ53の両端に印可される電圧を抑制することができ、交流スイッチ53に必要な耐電圧仕様を軽減できる。 The AC switch 53 is desirably connected in parallel with an active filter current reducing resistor 54 (AFDRe). By connecting the active filter current reducing resistor 54, the voltage applied to both ends of the AC switch 53 can be suppressed when the overhead line current changes sharply while the AC switch 53 is off. can reduce the withstand voltage specification required for

アクティブフィルタ減流抵抗54の抵抗値が小さいほど交流スイッチ53の両端に印可される電圧が低減されるが、アクティブフィルタ51の出力端子に流入する電流値が大きくなり、交流スイッチ53のAF保護機能が低下する。このため、アクティブフィルタ減流抵抗54の抵抗値は、アクティブフィルタ51の過電流耐量と交流スイッチ53の過電圧耐量の両方を加味して決定する必要がある。 As the resistance value of the active filter current reducing resistor 54 decreases, the voltage applied to both ends of the AC switch 53 decreases, but the current value flowing into the output terminal of the active filter 51 increases, and the AC switch 53 has an AF protection function. decreases. Therefore, the resistance value of the active filter current reducing resistor 54 needs to be determined in consideration of both the overcurrent tolerance of the active filter 51 and the overvoltage tolerance of the AC switch 53 .

鉄道車両用の駆動システム1は、通常動作時においても1000Aオーダーの架線電流が流れる大電流のシステムであるため、架線電流Isの時間傾き(dIs/dt)が大きい。このため、上述の第一の手段では、アクティブフィルタ51の素子定格増大に伴う質量・コストの上昇が大きく、現実的ではない。 The railway vehicle drive system 1 is a large-current system in which an overhead wire current of the order of 1000 A flows even during normal operation, and therefore the time gradient (dIs/dt) of the overhead wire current Is is large. For this reason, the first means described above is not practical because the increase in the element rating of the active filter 51 causes a large increase in mass and cost.

また上述の第二の手段では、交流スイッチ53をオフしている期間中は、過電流からアクティブフィルタ51を保護できるものの、アクティブフィルタ51の本来の機能である帰線電流ノイズの低減が行えないという問題がある。帰線電流ノイズの強度を信号機器の妨害規定値以下に保つため、集電装置13から帰線までの電流経路が導通しているとき、つまり断流器7と、半導体減流器2を構成する半導体スイッチ素子101との両方がオンしているときには、基本的にアクティブフィルタ51が動作している必要がある。やむを得ずアクティブフィルタ51の動作を一時的に停止する場合には、信号機器に影響を与えない時素の時間内に、アクティブフィルタ51の動作を再開する必要がある。 In the above-described second means, while the AC switch 53 is turned off, the active filter 51 can be protected from overcurrent, but the original function of the active filter 51, which is the reduction of retrace current noise, cannot be performed. There is a problem. In order to keep the intensity of the return line current noise below the specified value of disturbance of the signal equipment, when the current path from the current collector 13 to the return line is conducting, that is, the current breaker 7 and the semiconductor current reducer 2 are configured. When both the semiconductor switch element 101 and the semiconductor switch element 101 are turned on, the active filter 51 basically needs to be in operation. When temporarily stopping the operation of the active filter 51 is unavoidable, it is necessary to restart the operation of the active filter 51 within a time period that does not affect the signal equipment.

一方で主回路側のサージ抑制手段としては、半導体減流器2を構成する半導体スイッチ素子の動作シーケンスにより、架線電流Isの時間傾き(dIs/dt)を小さくすることができる。急峻な架線電流の変化を検知した場合に、半導体スイッチ素子102がオンの状態で半導体スイッチ素子101をオフし、架線電流を抵抗器112に転流することで、電流変化を抑制することができる。結果としてフィルタリアクトル5の電流変化が抑制されるため、アクティブフィルタ51に流入する突入電圧・電流の強度も抑制される。 On the other hand, as surge suppressing means on the main circuit side, the operating sequence of the semiconductor switch elements constituting the semiconductor current reducer 2 can reduce the time gradient (dIs/dt) of the overhead line current Is. When a sudden change in overhead line current is detected, the semiconductor switch element 101 is turned off while the semiconductor switch element 102 is on, and the overhead line current is commutated to the resistor 112, thereby suppressing the current change. . As a result, the change in the current in the filter reactor 5 is suppressed, so the intensity of the inrush voltage/current flowing into the active filter 51 is also suppressed.

なお、半導体スイッチ素子101をチョッピング動作することで、抵抗器111、抵抗器112の並列合成抵抗と0Ωの中間の抵抗値を疑似的に作り出すことができる。架線電流の転流先の抵抗値を連続的に変化させることができ、半導体スイッチ素子101オン時の架線電流の変動を抑制できる。抵抗器112への架線電流転流後に半導体スイッチ素子101をオンすると、転流先の抵抗値が瞬間的に0Ωに変化するため、半導体スイッチ素子101オンの瞬間に電流が急変し、アクティブフィルタ51へのサージ原因となるが、チョッピング動作の通流率を段階的に時間変化させることで転流先の抵抗値を連続的に変化させ、電流の急変が無くサージの抑制が可能である。 By chopping the semiconductor switch element 101, an intermediate resistance value between the parallel combined resistance of the resistors 111 and 112 and 0Ω can be artificially created. The resistance value of the commutation destination of the overhead wire current can be continuously changed, and the fluctuation of the overhead wire current when the semiconductor switch element 101 is turned on can be suppressed. When the semiconductor switch element 101 is turned on after the commutation of the wire current to the resistor 112, the resistance value of the commutation destination instantaneously changes to 0Ω. However, by changing the duty ratio of the chopping operation stepwise with time, the resistance value of the commutation destination can be changed continuously, and the surge can be suppressed without sudden changes in the current.

<フィルタコンデンサの充電時の制御>
次に、図2を参照して、フィルタコンデンサ6(FC)の充電時における駆動システム1を構成する各機器の動作を説明する。図2は、実施例1における駆動システム1を構成する各機器の制御(フィルタコンデンサの充電時)を表すタイミングチャートの一例を示す図である。なお図示の横軸tは時刻を表わす。
<Control when charging the filter capacitor>
Next, with reference to FIG. 2, the operation of each device constituting the drive system 1 during charging of the filter capacitor 6 (FC) will be described. FIG. 2 is a diagram showing an example of a timing chart representing control of each device (at the time of charging the filter capacitor) constituting the drive system 1 according to the first embodiment. The horizontal axis t in the drawing represents time.

なお、図示を省略しているが、駆動システム1は、断流器7、半導体スイッチ素子101,102、アクティブフィルタ51、交流スイッチ53、パワーユニット4が有するインバータ(INV)のゲート、各種電流計、各種電圧計などの制御を行う制御論理部を有する。しかし、各機器の制御形態は、これに限らない。 Although not shown, the drive system 1 includes a current breaker 7, semiconductor switch elements 101 and 102, an active filter 51, an AC switch 53, an inverter (INV) gate of the power unit 4, various ammeters, It has a control logic unit that controls various voltmeters. However, the control form of each device is not limited to this.

図2に示すように、初期状態(t0)では、断流器7(LB1,LB2)と、半導体減流器2の半導体スイッチ素子101(SHBTr1)および半導体スイッチ素子102(SHBTr2)は、オフ状態である。また、初期状態(t0)では、交流スイッチ53はオフ、アクティブフィルタ51の出力ゲインは0%とされ、アクティブフィルタ51が保護されている。t1において、断流器7(LB1,LB2)がオンにされると、充電用の電流制限抵抗である抵抗器111(CHRe/DRe)を介してフィルタコンデンサ6(FC)の充電が開始され、以降フィルタコンデンサ6(FC)の電圧Ecfが上昇する。 As shown in FIG. 2, in the initial state (t0), the current breaker 7 (LB1, LB2) and the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) and semiconductor switch element 102 (SHBTr2) of the semiconductor current reducer 2 are in the off state. is. In the initial state (t0), the AC switch 53 is turned off, the output gain of the active filter 51 is set to 0%, and the active filter 51 is protected. At t1, when the line breaker 7 (LB1, LB2) is turned on, charging of the filter capacitor 6 (FC) is started via the resistor 111 (CHRe/DRe), which is a current limiting resistor for charging, After that, the voltage Ecf of the filter capacitor 6 (FC) rises.

フィルタコンデンサ6(FC)の充電開始からしばらくの間(t1~t2)は、充電電流による架線電流Isの時間傾き(dIs/dt)が大きい。このとき交流スイッチ53(ACSW)がオンにされると、フィルタリアクトル5(FL1)と2次巻線52(FL2)間の磁気結合を介して、アクティブフィルタ51(AF)へ過大な電流サージが流入するため、交流スイッチ53(ACSW)をオフ状態で保つ。 For a while (t1 to t2) from the start of charging the filter capacitor 6 (FC), the time gradient (dIs/dt) of the overhead wire current Is due to the charging current is large. At this time, when the AC switch 53 (ACSW) is turned on, an excessive current surge is applied to the active filter 51 (AF) via magnetic coupling between the filter reactor 5 (FL1) and the secondary winding 52 (FL2). Because of the inflow, the AC switch 53 (ACSW) is kept off.

また、アクティブフィルタ51(AF)のAF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)を0%に設定し、アクティブフィルタ51(AF)がフィルタリアクトル5(FL1)の2次巻線52(FL2)に向かって電流を出力しないようにする。このとき、交流スイッチ53(ACSW)はオフ状態であり、アクティブフィルタ51(AF)から2次巻線52(FL2)への電流経路が遮断されているため、この状態でアクティブフィルタ51(AF)が2次巻線52(FL2)に向かって電流を出力すると、アクティブフィルタ51(AF)に過電圧が生じてアクティブフィルタ51(AF)が破損する等の可能性がある。 Further, the AF control gain (AF CONTROL GAIN) of the active filter 51 (AF) is set to 0%, and the active filter 51 (AF) causes the current to flow toward the secondary winding 52 (FL2) of the filter reactor 5 (FL1). will not be output. At this time, the AC switch 53 (ACSW) is in the OFF state, and the current path from the active filter 51 (AF) to the secondary winding 52 (FL2) is blocked. outputs a current toward the secondary winding 52 (FL2), there is a possibility that an overvoltage will occur in the active filter 51 (AF) and the active filter 51 (AF) will be damaged.

そして、交流スイッチ53(ACSW)をオンしてもアクティブフィルタ51(AF)が損傷しないレベルの範囲内まで架線電流Isの時間傾き(dIs/dt)が収束したt2において、交流スイッチ53(ACSW)がオンにされる。t2以降、アクティブフィルタ51(AF)の出力を示すAF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)が徐々に上げられ、アクティブフィルタ51(AF)の帰線電流ノイズの削減動作が開始される。 Then, at t2 when the time slope (dIs/dt) of the overhead wire current Is converges to a level at which the active filter 51 (AF) is not damaged even if the AC switch 53 (ACSW) is turned on, the AC switch 53 (ACSW) is turned on. After t2, the AF control gain (AF CONTROL GAIN) indicating the output of the active filter 51 (AF) is gradually increased, and the retrace current noise reduction operation of the active filter 51 (AF) is started.

アクティブフィルタ51(AF)のAF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)が、信号機器に影響を与えないように帰線電流ノイズを低減するために必要な値まで上昇したt3に、半導体減流器2の半導体スイッチ素子101(SHBTr1)および半導体スイッチ素子102(SHBTr2)がオンにされる。半導体スイッチ素子101(SHBTr1)および半導体スイッチ素子102(SHBTr2)の両方がオンにされると、t4において主回路のインバータ(INV)がゲートスタート(INVERTER GATE START オン)され、鉄道車両が走行する。 At t3 when the AF control gain (AF CONTROL GAIN) of the active filter 51 (AF) has increased to the value necessary to reduce the retrace current noise so as not to affect the signal equipment, the semiconductor current reducer 2 Semiconductor switch element 101 (SHBTr1) and semiconductor switch element 102 (SHBTr2) are turned on. When both the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) and the semiconductor switch element 102 (SHBTr2) are turned on, the inverter (INV) of the main circuit is gate-started (INVERTER GATE START ON) at t4, and the railcar runs.

なお、架線電流Isの時間傾き(dIs/dt)は、アクティブフィルタ51の出力制御用の電流センサ出力、フィルタリアクトル5の両端電圧、フィルタリアクトル5の2次巻線52の両端電圧、フィルタコンデンサ6の電圧等の間接的な手段により検出してもよい。 The time slope (dIs/dt) of the overhead wire current Is is determined by the current sensor output for output control of the active filter 51, the voltage across the filter reactor 5, the voltage across the secondary winding 52 of the filter reactor 5, the voltage across the secondary winding 52 of the filter reactor 5, the filter capacitor 6 may be detected by indirect means such as the voltage of

本実施例によれば、図2に示すように、半導体減流器2(SHB)およびアクティブフィルタ51(AF)が制御されることで、フィルタコンデンサ6の充電開始からアクティブフィルタ51の動作開始までの時間を最小化することができる。 According to this embodiment, as shown in FIG. 2, by controlling the semiconductor current reducer 2 (SHB) and the active filter 51 (AF), from the start of charging of the filter capacitor 6 to the start of operation of the active filter 51 time can be minimized.

次に、架線電流の急変時に、アクティブフィルタ51へのサージ電流流入を回避するためにアクティブフィルタ51の動作を停止させた後、速やかにアクティブフィルタ51を動作再開させる実施例2について、図3を用いて説明する。図3は、実施例2における駆動システム1を構成する各機器の制御(駆動システム1のインバータ動作中の主回路入力電流(架線電流Is)の急変発生時)を表すタイミングチャートの一例を示す図である。実施例2では、実施例1との相違点を主に説明し、実施例1との共通点については説明を省略または簡略する。なお、実施例2の駆動システム1の構成は、実施例1と同様である。 Next, FIG. 3 shows a second embodiment in which the operation of the active filter 51 is stopped in order to avoid surge current flowing into the active filter 51 when the overhead wire current changes suddenly, and then the operation of the active filter 51 is restarted promptly. will be used for explanation. FIG. 3 is a diagram showing an example of a timing chart representing the control of each device constituting the drive system 1 in the second embodiment (when a sudden change occurs in the main circuit input current (trolley current Is) during inverter operation of the drive system 1). is. In the second embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and descriptions of common points with the first embodiment will be omitted or simplified. The configuration of the drive system 1 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.

図3に示すように、定常的な力行動作中(t10~t11)では架線電流Is>0であり、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)および半導体スイッチ素子102(SHBTr2)は共にオンである。t10~t11において、アクティブフィルタ51は、信号機器に影響を与えないように帰線電流ノイズを低減するために動作しており、交流スイッチ53(ACSW)はオン、AF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)は100%である。 As shown in FIG. 3, during steady power running operation (t10 to t11), overhead line current Is>0, and semiconductor switch element 101 (SHBTr1) and semiconductor switch element 102 (SHBTr2) are both on. From t10 to t11, the active filter 51 operates to reduce retrace current noise so as not to affect signal equipment, AC switch 53 (ACSW) is on, AF control gain (AF CONTROL GAIN) is 100%.

ここで、架線電圧の急変等が発生(t11)すると、架線電流Isが大きな時間変化(dIs/dt)で増加する(t11~t12)。この架線電流Isが所定閾値を超える時間傾きで時間変化したことが検知されると(t12)、交流スイッチ53(ACSW)がオフにされることでアクティブフィルタ51への突入電流経路が遮断され、アクティブフィルタ51のAF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)が0%にされることでアクティブフィルタ51は動作を停止し保護される。同時に半導体スイッチ素子101(SHBTr1)がオフにされ、架線電流Isを抵抗器112に転流する。ここで、抵抗値の大小関係は抵抗器111>抵抗器112であるため、転流される架線電流Isは抵抗器112を優先的に流れる。架線電流Isは、抵抗器112を介して流れるため、架線電流Isの時間傾きは所定範囲内へ収束してゆく。 Here, when a sudden change in the overhead line voltage occurs (t11), the overhead line current Is increases with a large time change (dIs/dt) (t11 to t12). When it is detected that the overhead wire current Is has changed with time with a time gradient exceeding a predetermined threshold (t12), the AC switch 53 (ACSW) is turned off to cut off the inrush current path to the active filter 51, By setting the AF control gain (AF CONTROL GAIN) of the active filter 51 to 0%, the active filter 51 stops operating and is protected. At the same time, the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is turned off to commutate the wire current Is to the resistor 112 . Here, since the magnitude relationship of the resistance values is resistor 111>resistor 112, the commutated overhead wire current Is preferentially flows through the resistor 112. FIG. Since the overhead wire current Is flows through the resistor 112, the time gradient of the overhead wire current Is converges within a predetermined range.

アクティブフィルタ51を動作させてもアクティブフィルタ51が破損しないレベルの範囲内まで架線電流Isの時間傾きが収束したことが検知されると(t13)、交流スイッチ53(ACSW)がオンにされる。t13以降、アクティブフィルタ51のAF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)が0%から徐々に上げられ、100%まで復帰する。 When it is detected that the time slope of the overhead wire current Is has converged to a level at which the active filter 51 is not damaged even if it is operated (t13), the AC switch 53 (ACSW) is turned on. After t13, the AF control gain (AF CONTROL GAIN) of the active filter 51 is gradually increased from 0% and returns to 100%.

t13からさらに時間経過し、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)をチョッピング動作させてもアクティブフィルタ51が破損しないレベルの範囲内まで架線電流Isの時間傾きが収束すると(t14)、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作を行う(t14~t15)。チョッピング動作開始後、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)の通流率(Duty(SHBTr1))は徐々に上昇され、100%つまり定常的なオン状態まで復帰される。 After t13, when the time slope of the overhead line current Is converges to a level at which the active filter 51 is not damaged even if the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is chopped (t14), the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) ) is performed (t14-t15). After the chopping operation starts, the duty ratio (Duty (SHBTr1)) of the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is gradually increased and returned to 100%, that is, the steady ON state.

半導体スイッチ素子101(SHBTr1)が定常オン状態に戻ると(t16)、駆動システム1は、t10と同一の状態に復帰したことになり、通常力行状態に復帰する。 When semiconductor switch element 101 (SHBTr1) returns to the steady ON state (t16), drive system 1 returns to the same state as t10, and returns to the normal power running state.

なお、図3に示すシーケンスにおいて、架線電流Isの時間傾き(dIs/dt)が所定閾値を超過したことが検知されると(t13)、直ちにチョッピング動作を行わず、抵抗器112への転流を先に行うのは、時間傾き(dIs/dt)が所定範囲内へ収束する前にチョッピング動作を行うと、チョッピング周波数の大振幅電流振動が架線電流Isとして流れ、アクティブフィルタ51を破損させる可能性があるためである。抵抗転流により架線電流Isの時間変化が十分に収束してから半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作を行うことで、アクティブフィルタ51を破損させることなく、滑らかに半導体スイッチ素子101(SHBTr1)を定常オン状態に戻すことができる。 In the sequence shown in FIG. 3, when it is detected that the time slope (dIs/dt) of the overhead wire current Is exceeds a predetermined threshold (t13), the chopping operation is not immediately performed, and commutation to the resistor 112 is performed. is performed first because if the chopping operation is performed before the time gradient (dIs/dt) converges within a predetermined range, a large-amplitude current oscillation at the chopping frequency flows as the overhead wire current Is, which can damage the active filter 51. This is because of the nature of By performing the chopping operation of the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) after the time change of the overhead line current Is has sufficiently converged by the resistive commutation, the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) can smoothly operate without damaging the active filter 51. can be returned to the steady-on state.

本実施例によれば、架線電流急変を検知した際に半導体減流器2(SHB)を動作状態としアクティブフィルタ51(AF)を停止状態としてから、アクティブフィルタ51の動作再開までの時間を、信号機器が誤動作を起こさない時素以上とすることなく、架線電流変動によるアクティブフィルタ51へのサージ電流流入を抑制することができる。 According to this embodiment, the time from when the semiconductor current reducer 2 (SHB) is activated and the active filter 51 (AF) is deactivated when a sudden change in overhead line current is detected until the active filter 51 resumes operation is Inflow of surge current to the active filter 51 due to fluctuations in overhead line current can be suppressed without increasing the time to prevent signal equipment from malfunctioning.

実施例2では、交流スイッチ53(ACSW)オンおよびAF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)の立ち上げ開始後に、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作を開始するとしたが、これに限らず、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作を開始後に、交流スイッチ53(ACSW)のオンおよびAF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)の立ち上げ開始を行ってもよい。この場合を実施例3として、図4を参照して説明する。 In the second embodiment, the chopping operation of the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is started after the AC switch 53 (ACSW) is turned on and the AF control gain (AF CONTROL GAIN) starts to rise. After starting the chopping operation of the element 101 (SHBTr1), the AC switch 53 (ACSW) may be turned on and the AF control gain (AF CONTROL GAIN) may be started to rise. This case will be described as Example 3 with reference to FIG.

図4は、実施例3における駆動システム1を構成する各機器の制御(駆動システムのインバータ動作中の主回路入力電流(架線電流Is)に急変発生時)を表すタイミングチャートの一例を示す図である。実施例3では、実施例2との相違点を主に説明し、実施例2との共通点については説明を省略または簡略する。なお、実施例3の駆動システム1の構成は、実施例1と同様である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a timing chart showing control of each device constituting the drive system 1 according to the third embodiment (when a sudden change occurs in the main circuit input current (trolley current Is) during inverter operation of the drive system). be. In the third embodiment, differences from the second embodiment will be mainly described, and descriptions of common points with the second embodiment will be omitted or simplified. The configuration of the drive system 1 of the third embodiment is the same as that of the first embodiment.

架線電流Isの急峻な時間傾き(dIs/dt)が発生し(t31)、この架線電流Isの時間傾きが所定閾値を超過したことが検知されると(t32)、交流スイッチ53(ACSW)がオフ、アクティブフィルタ51のAF制御ゲインが0%にされることで、アクティブフィルタ51が保護される。同時に半導体スイッチ素子101(SHBTr1)がオフにされ、架線電流Isを抵抗器112に転流する。 A steep time gradient (dIs/dt) of the overhead wire current Is occurs (t31), and when it is detected that the time gradient of this overhead wire current Is exceeds a predetermined threshold (t32), the AC switch 53 (ACSW) is turned on. The active filter 51 is protected by setting the AF control gain of the off/active filter 51 to 0%. At the same time, the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is turned off to commutate the wire current Is to the resistor 112 .

架線電流Isの時間傾きが、アクティブフィルタ51の動作を再開できる所定範囲内に収束していないが、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作を行ってもアクティブフィルタ51に影響を与えないレベルの範囲内まで収束すると、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作を開始する(t33)。アクティブフィルタ51の動作を再開してもアクティブフィルタ51に損傷を与えないレベルの範囲内まで架線電流Isの時間傾きが収束すると(t34)、交流スイッチ53(ACSW)をオンし、AF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)を100%に向かって徐々に戻してゆく。AF制御ゲイン(AF CONTROL GAIN)が100%まで上昇かつ半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作が終了し定常的なオン状態となった時点で(t35)、駆動システム1は、t30と同一の状態に復帰となる。 Although the time gradient of the overhead wire current Is has not converged within the predetermined range in which the operation of the active filter 51 can be resumed, the level is such that the active filter 51 is not affected even if the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is chopped. When it converges within the range, the chopping operation of semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is started (t33). When the time slope of the overhead line current Is converges to a level that does not damage the active filter 51 even if the operation of the active filter 51 is restarted (t34), the AC switch 53 (ACSW) is turned on, and the AF control gain ( AF CONTROL GAIN) is gradually returned toward 100%. When the AF control gain (AF CONTROL GAIN) rises to 100% and the chopping operation of the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) ends and the state becomes a steady ON state (t35), the drive system 1 changes to the same state as t30. state is restored.

半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作は、半導体減流器2(SHB)の両端から見た抵抗値を、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)オフにより架線電流Isを転流した抵抗器の抵抗値と0Ωとの間で連続的に変化させる効果を持つ。そのため、チョッピング動作中は、半導体減流器2(SHB)の結線位置に等価的に抵抗が挿入されている形となる。半導体スイッチ素子101(SHBTr1)の通流率(Duty(SHBTr1))が高い領域では、半導体減流器2(SHB)の等価的な抵抗値が下がるが、信号機器の時素よりも短くなる周期となるようにチョッピングの周波数を設定することで、信号機器への妨害を防止することができる。以上から、本シーケンスの通り、アクティブフィルタ51(AF)がオンになる前に半導体スイッチ素子101(SHBTr1)のチョッピング動作を行っても問題無い。 In the chopping operation of the semiconductor switch element 101 (SHBTr1), the resistance value seen from both ends of the semiconductor current reducer 2 (SHB) is changed to the resistance value of the resistor to which the overhead wire current Is is commutated by turning off the semiconductor switch element 101 (SHBTr1). and 0Ω continuously. Therefore, during the chopping operation, a resistance is equivalently inserted at the connection position of the semiconductor current reducer 2 (SHB). In the region where the duty ratio (Duty (SHBTr1)) of the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is high, the equivalent resistance value of the semiconductor current reducer 2 (SHB) decreases, but the period becomes shorter than the time element of the signal device. By setting the chopping frequency so that , it is possible to prevent interference with the signal equipment. From the above, there is no problem even if the chopping operation of the semiconductor switch element 101 (SHBTr1) is performed before the active filter 51 (AF) is turned on according to this sequence.

実施例1~3における半導体減流器2の構成方法の変形例として、図5に示す半導体減流器2Dの構成(第2の構成)が考えられる。図5は、実施例4に係る鉄道車両の駆動システム1Dの構成の一例を示す図である。 As a modification of the method of configuring the semiconductor current reducer 2 in Examples 1 to 3, the configuration (second configuration) of the semiconductor current reducer 2D shown in FIG. 5 is conceivable. FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a railroad vehicle drive system 1D according to the fourth embodiment.

駆動システム1Dが備える半導体減流器2Dは、図1に記載の半導体減流器2の構成(第1の構成)との差異として、半導体スイッチ素子101(SHBTr1)と並列に接続されている半導体スイッチ素子102(SHBTr2)と2つの抵抗器の配置が異なる。図1の形態では、半導体スイッチ素子102(SHBTr2)による抵抗器111,112の合成抵抗の切り替えが抵抗の並列接続により行われるのに対し、図5の形態では、直列接続された2つの抵抗器113,114のうち1つの抵抗器113の両端を短絡することで抵抗値の切り替えを行う。 The semiconductor current reducer 2D provided in the drive system 1D is different from the configuration (first configuration) of the semiconductor current reducer 2 shown in FIG. The arrangement of the switch element 102 (SHBTr2) and the two resistors is different. In the form of FIG. 1, switching of the combined resistance of the resistors 111 and 112 by the semiconductor switch element 102 (SHBTr2) is performed by connecting resistors in parallel, whereas in the form of FIG. By short-circuiting both ends of one resistor 113 out of 113 and 114, the resistance value is switched.

図5の形態においても、実施例1~3で示したタイミングチャートの通り各要素を動作させることで、実施例1~3で述べた同様の効果が得られる。 Also in the embodiment of FIG. 5, by operating each element according to the timing charts shown in Examples 1 to 3, the same effect as described in Examples 1 to 3 can be obtained.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、矛盾しない限りにおいて、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成で置き換え、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、構成の追加、削除、置換、統合、または分散をすることが可能である。また実施例で示した構成および処理は、処理効率または実装効率に基づいて適宜分散または統合することも可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Also, as long as there is no contradiction, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, replace, integrate, or distribute a part of the configuration of each embodiment. Also, the configuration and processing shown in the embodiments can be appropriately distributed or integrated based on processing efficiency or implementation efficiency.

1,1D:駆動システム、2,2D:半導体減流器、5:フィルタリアクトル、6:フィルタコンデンサ、7:断流器、13:集電装置、15:主電動機、51:アクティブフィルタ、52:2次巻線、53:交流スイッチ、54:アクティブフィルタ減流抵抗、101,102:半導体スイッチ素子、111,112,113,114:抵抗器
1, 1D: drive system, 2, 2D: semiconductor current reducer, 5: filter reactor, 6: filter capacitor, 7: current breaker, 13: current collector, 15: traction motor, 51: active filter, 52: Secondary winding 53: AC switch 54: Active filter current reducing resistor 101, 102: Semiconductor switch element 111, 112, 113, 114: Resistor

Claims (11)

架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機へ前記直流電力を変換した交流電力を供給するインバータと、前記断流器と前記インバータとの間に介在し前記インバータが動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトルおよびフィルタコンデンサとを有する主回路を含んだ鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記断流器と前記インバータとに直列に接続された半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子に並列に接続された抵抗器とを有し前記主回路に設けられた半導体減流器と、前記インバータが発生する帰線電流ノイズを抑制するノイズ低減動作を行うアクティブフィルタ装置と、を有し、
前記架線からの直流電流が所定閾値を超える時間傾きで変化した場合に、
前記半導体スイッチ素子がオフ状態、かつ、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作の停止状態から、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始後、前記半導体スイッチ素子を定常的なオン状態にする
ことを特徴とする鉄道車両用駆動システム。
A line breaker that cuts off DC power from overhead lines, an inverter that supplies AC power converted from the DC power to a motor that drives a railway vehicle, and the inverter that is interposed between the line breaker and the inverter. In a railway vehicle drive system including a main circuit having a filter reactor and a filter capacitor for suppressing voltage pulsation generated during operation,
a semiconductor current reducer provided in the main circuit and having a semiconductor switch element connected in series with the current breaker and the inverter; and a resistor connected in parallel with the semiconductor switch element; and the inverter. an active filter device that performs a noise reduction operation to suppress the generated retrace current noise,
When the DC current from the overhead wire changes with a time slope exceeding a predetermined threshold,
The semiconductor switch element is turned off, and the noise reduction operation of the active filter device is stopped, and after the noise reduction operation of the active filter device is started, the semiconductor switch element is brought into a steady on state. A drive system for railway vehicles.
前記架線からの直流電力で前記フィルタコンデンサを充電する際に、
前記半導体スイッチ素子がオフ状態、かつ、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作の停止状態から、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始後、前記半導体スイッチ素子を定常的なオン状態にする
ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用駆動システム。
When charging the filter capacitor with DC power from the overhead line,
The semiconductor switch element is turned off, and the noise reduction operation of the active filter device is stopped, and after the noise reduction operation of the active filter device is started, the semiconductor switch element is brought into a steady on state. The railway vehicle drive system according to claim 1 .
前記インバータの動作中において前記架線からの直流電流が前記所定閾値を超える時間傾きで変化した場合に、
前記半導体スイッチ素子をオフ状態、かつ、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を停止状態にし、
前記半導体スイッチ素子がオフ状態、かつ、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作の停止状態から、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始後、前記半導体スイッチ素子を定常的なオン状態にする
ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用駆動システム。
When the DC current from the overhead wire changes with a time slope exceeding the predetermined threshold during operation of the inverter,
turning off the semiconductor switch element and stopping the noise reduction operation of the active filter device;
The semiconductor switch element is turned off, and the noise reduction operation of the active filter device is stopped, and after the noise reduction operation of the active filter device is started, the semiconductor switch element is brought into a steady on state. The railway vehicle drive system according to claim 1 .
前記半導体スイッチ素子がオフ状態、かつ、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作の停止状態から、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始後、前記半導体スイッチ素子の通流率を段階的に時間変化させて増加させるチョッピング動作を行ったのちに前記半導体スイッチ素子を定常的なオン状態にする
ことを特徴とする請求項3に記載の鉄道車両用駆動システム。
After starting the noise reduction operation of the active filter device from a state in which the semiconductor switch device is off and the noise reduction operation of the active filter device is stopped, the duty ratio of the semiconductor switch device is changed stepwise with time. 4. The railway vehicle drive system according to claim 3, wherein the semiconductor switch element is brought into a steady ON state after performing a chopping operation in which the power is increased.
前記半導体スイッチ素子がオフ状態、かつ、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作の停止状態から、前記半導体スイッチ素子の通流率を段階的に時間変化させて増加させるチョッピング動作を開始後、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始したのちに前記半導体スイッチ素子を定常的なオン状態にする
ことを特徴とする請求項3に記載の鉄道車両用駆動システム。
After starting a chopping operation for increasing the duty ratio of the semiconductor switch element by changing stepwise with time from a state in which the semiconductor switch element is off and the noise reduction operation of the active filter device is stopped, the active filter 4. The railway vehicle drive system according to claim 3, wherein the semiconductor switch element is brought into a steady ON state after starting the noise reduction operation of the device.
前記アクティブフィルタ装置が破損しない範囲内に前記直流電流の時間傾きが収束したタイミングで、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始する
ことを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の鉄道車両用駆動システム。
6. The noise reduction operation of the active filter device is started at timing when the time gradient of the DC current converges within a range in which the active filter device is not damaged. of railway vehicle drive systems.
前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始後、信号機器に影響を与えない程度に帰線電流ノイズを低減するために必要な値まで前記アクティブフィルタ装置の出力制御ゲインが上昇したタイミングで、前記半導体スイッチ素子を定常的なオン状態にする
ことを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の鉄道車両用駆動システム。
After the noise reduction operation of the active filter device is started, at the timing when the output control gain of the active filter device increases to a value necessary for reducing retrace current noise to the extent that signal equipment is not affected, the semiconductor The railway vehicle drive system according to any one of claims 1 to 6, wherein the switch element is in a steady ON state.
前記半導体スイッチ素子を通流率を段階的に時間変化させて増加させるチョッピング動作させても前記アクティブフィルタ装置が破損しない範囲に前記直流電流の時間傾きが収束したタイミングで、前記半導体スイッチ素子のチョッピング動作を開始する
ことを特徴とする請求項4~7の何れか1項に記載の鉄道車両用駆動システム。
Chopping of the semiconductor switch element at the timing when the time gradient of the direct current converges within a range in which the active filter device is not damaged even if a chopping operation is performed to increase the conduction factor by changing the duty factor stepwise with time. The railway vehicle drive system according to any one of claims 4 to 7, characterized in that it starts to operate.
前記アクティブフィルタ装置は、その出力端子を前記フィルタリアクトルの2次巻線から切り離す交流スイッチを有し、
前記架線からの直流電流が前記所定閾値を超える時間傾きで変化した場合には、前記交流スイッチをオフ状態にすると共に、前記アクティブフィルタ装置の出力制御ゲインを0にし、
前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を行うときには、前記交流スイッチをオン状態にすると共に、前記出力制御ゲインを0から徐々に上昇させる
ことを特徴とする請求項1~8の何れか1項に記載の鉄道車両用駆動システム。
The active filter device has an AC switch that disconnects its output terminal from the secondary winding of the filter reactor,
When the DC current from the overhead wire changes with a time slope exceeding the predetermined threshold, the AC switch is turned off and the output control gain of the active filter device is set to 0,
9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein when the noise reduction operation of the active filter device is performed, the AC switch is turned on and the output control gain is gradually increased from 0. of railway vehicle drive systems.
前記交流スイッチには、抵抗器が並列接続されている
ことを特徴とする請求項9に記載の鉄道車両用駆動システム。
The railway vehicle drive system according to claim 9, wherein a resistor is connected in parallel with the AC switch.
架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機へ前記直流電力を変換した交流電力を供給するインバータと、前記断流器と前記インバータとの間に介在し前記インバータが動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトルおよびフィルタコンデンサとを有する主回路を含んだ鉄道車両用駆動システムが行う鉄道車両の駆動方法であって、
前記鉄道車両用駆動システムが、
前記断流器と前記インバータとに直列に接続された半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子に並列に接続された抵抗器とを有し前記主回路に設けられた半導体減流器と、前記インバータが発生する帰線電流ノイズを抑制するノイズ低減動作を行うアクティブフィルタ装置と、を有し、
前記架線からの直流電流が所定閾値を超える時間傾きで変化した場合に、
前記半導体スイッチ素子がオフ状態、かつ、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作の停止状態から、前記アクティブフィルタ装置のノイズ低減動作を開始後、前記半導体スイッチ素子を定常的なオン状態にする
ことを特徴とする鉄道車両の駆動方法。
A line breaker that cuts off DC power from overhead lines, an inverter that supplies AC power converted from the DC power to a motor that drives a railway vehicle, and the inverter that is interposed between the line breaker and the inverter. A railway vehicle driving method performed by a railway vehicle drive system including a main circuit having a filter reactor and a filter capacitor for suppressing voltage pulsation generated during operation,
The railway vehicle drive system comprises:
a semiconductor current reducer provided in the main circuit and having a semiconductor switch element connected in series with the current breaker and the inverter, and a resistor connected in parallel with the semiconductor switch element; and the inverter. an active filter device that performs a noise reduction operation to suppress the generated retrace current noise,
When the DC current from the overhead wire changes with a time slope exceeding a predetermined threshold,
The semiconductor switch element is turned off and the noise reduction operation of the active filter device is stopped, and after the noise reduction operation of the active filter device is started, the semiconductor switch element is brought into a steady on state. A method of driving a railway vehicle.
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