JP7301686B2 - power conversion system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電力変換システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to power conversion systems.
架線に電力が供給されてない無電区間を電気車が通過する場合に、電気車には、架線からの電力が供給されない。また、停電が発生したときには、架線からの電力供給が停止する。 When an electric train passes through a no-power section in which power is not supplied to the overhead wire, the electric train is not supplied with power from the overhead wire. Also, when a power outage occurs, power supply from overhead lines is stopped.
また、例えば電気車が車庫内にて移動する際に、架線から電力が得られない状況にあっても動力源を確保して移動可能とすることにより、メンテナンスの作業等の効率が向上することが期待される。 In addition, for example, when an electric car moves in a garage, the efficiency of maintenance work can be improved by securing a power source and making it possible to move even when power is not available from overhead wires. There is expected.
架線から電力が供給されないときの電源として、バッテリ装置を電気車に搭載することが検討されている。
しかしながら、バッテリ装置を使用したいタイミングで、バッテリ装置が十分に充電されていなければ、電気車に想定した動作をさせることができない可能性がある。
BACKGROUND ART Mounting a battery device on an electric car as a power supply when power is not supplied from an overhead line is under study.
However, if the battery device is not sufficiently charged at the timing when the user wants to use the battery device, there is a possibility that the electric vehicle cannot operate as expected.
また、架線から電力が供給されないタイミングにて、外部電源から補機や種々の負荷へ電源を供給することができれば、バッテリ装置に蓄えられたエネルギーを減らすことなく、作業を行うことが可能となる。 In addition, if power can be supplied from the external power supply to the auxiliary equipment and various loads at the timing when power is not supplied from the overhead wire, it is possible to perform work without reducing the energy stored in the battery device. .
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、架線以外の外部電源から供給される電力を利用可能とする電力変換システムを提供することを目的とする。 The embodiments of the present invention have been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a power conversion system that can utilize power supplied from an external power source other than overhead wires.
実施形態による電力変換システムは、架線からの電力を降圧する変圧器と、前記変圧器の二次巻線を介して供給された交流電力を変換して出力する走行用交流-直流電力変換部と、前記走行用交流-直流電力変換部から出力された直流電力を走行用モータの駆動電力に変換する走行用直流-交流電力変換部と、を備えた走行用電力変換装置と、前記変圧器の三次巻線を介して供給された交流電力を直流電力に変換する負荷用交流-直流電力変換部と、前記負荷用交流-直流電力変換部により変換された直流電力を交流電力に変換して出力する負荷用直流-交流電力変換部と、トランスおよび整流器を介して前記負荷用直流-交流電力変換部から出力された電力が供給される直流負荷と、を有する補助電源用電力変換装置と、前記負荷用交流-直流電力変換部と前記負荷用直流-交流電力変換部とを接続する電力線、および、前記走行用交流-直流電力変換部と前記走行用直流-交流電力変換部とを接続する電力線に接続されたバッテリ装置と、前記補助電源用電力変換装置と前記バッテリ装置とを接続する電力線に接続され、前記バッテリ装置から供給された電力によって動作可能な補機と、を備え、前記補助電源用電力変換装置は、外部電源が接続されたことを検知する外部電源接続検知部と、前記負荷用交流-直流電力変換部と前記負荷用直流-交流電力変換部とを接続する電力線から得られる直流電力の電圧を所定の値に変換して前記バッテリ装置へ出力するチョッパ回路と、前記外部電源接続検知部により前記外部電源の接続が検知されたときに、前記負荷用交流-直流電力変換部と前記チョッパ回路を動作させて、前記外部電源から供給された電力により前記バッテリ装置を充電可能に制御する負荷電力制御部と、を備える。 A power conversion system according to an embodiment includes a transformer that steps down power from an overhead line, and an AC-DC power converter for running that converts and outputs AC power supplied via a secondary winding of the transformer. , a driving DC-AC power conversion unit for converting the DC power output from the driving AC-DC power conversion unit into driving power for a driving motor; A load AC-DC power converter that converts AC power supplied through a tertiary winding into DC power, and the DC power converted by the load AC-DC power converter is converted into AC power and output. and a DC load supplied with power output from the load DC-AC power conversion unit via a transformer and a rectifier; A power line connecting the load AC-DC power conversion unit and the load DC-AC power conversion unit, and a power line connecting the running AC-DC power conversion unit and the running DC-AC power conversion unit. and an auxiliary machine connected to a power line connecting the auxiliary power conversion device and the battery device and operable by power supplied from the battery device, wherein the auxiliary power supply The power conversion device for the load is obtained from an external power supply connection detection unit that detects that an external power supply is connected, and a power line that connects the AC-DC power conversion unit for the load and the DC-AC power conversion unit for the load. a chopper circuit that converts the voltage of DC power into a predetermined value and outputs the voltage to the battery device; and a load power control unit that operates the chopper circuit and controls the battery device to be charged by the power supplied from the external power supply.
以下、実施形態の電力変換システムについて、図面を参照して説明する。
図1は、実施形態の電力変換システムが搭載される鉄道車両の概略側面図である。
本実施形態の鉄道車両1は、車体2と、2つの台車3と、外部から電力を変換する電力変換システム10と、を備えている。
A power conversion system according to an embodiment will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic side view of a railway vehicle equipped with a power conversion system according to an embodiment.
A railway vehicle 1 of this embodiment includes a vehicle body 2, two
車体2は、鉄道車両1の想定走行方向に長い直方体形状に形成されている。車体2の内部には、乗客を収容可能な空間が形成されている。車体2の天井には、上方に向けて集電装置400が突設されている。集電装置400は架線に接触可能となるように構成されている。
The vehicle body 2 is formed in a rectangular parallelepiped shape elongated in the assumed running direction of the railroad vehicle 1 . A space capable of accommodating passengers is formed inside the vehicle body 2 . A
台車3は、例えば空気ばね等の台車ばねを介して、車体2の床下にそれぞれ取付けられている。台車3には、幅方向(走行想定方向および上下方向と略直交する方向)に延びる一対の車軸11が回転可能に支持されている。これら車軸11には、車輪12がそれぞれ取付けられている(一方の車輪12は不図示)。
The
台車3の各々には、各車軸11をそれぞれ回転させる主電動機Mが搭載されている。すなわち、鉄道車両1には4つの走行用モータM(図2に示す走行用モータM1~M4)が搭載される。
電力変換システム10は、例えば、車体2の床下において一対の台車3の間に位置する部分に搭載されている。
Each of the
The
図2は、実施形態の電力変換システムの一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換システム10は、架線から供給される高圧交流電力を利用して、走行用モータM1~M4、補機装置620~640、直流負荷装置LDC、および、交流負荷装置LACへ所定の電力を供給することができる。
Drawing 2 is a figure showing roughly one example of composition of a power conversion system of an embodiment.
The
実施形態において、走行用モータM1~M4は、例えば、誘導電動機である。
実施形態において、交流負荷LACは、走行用モータM1~M4を除く鉄道車両1の負荷であって、例えば、100ボルトの交流電圧で動作する電子機器などである。
また、実施形態において、直流負荷LDCは、走行用モータM1~M4を除く鉄道車両の負荷であって、例えば、直流電圧で動作する電子機器やバッテリなどである。
In the embodiment, the running motors M1 to M4 are, for example, induction motors.
In the embodiment, the AC load LAC is a load of the railway vehicle 1 excluding the traction motors M1 to M4, and is, for example, an electronic device that operates with an AC voltage of 100 volts.
Further, in the embodiment, the DC load LDC is a load of the railway vehicle other than the running motors M1 to M4, and is, for example, an electronic device or a battery that operates on a DC voltage.
本実施形態の電力変換システム10は、例えば、補助電源用電力変換装置100と、バッテリ装置200と、走行用電力変換装置300と、を備えている。
The
走行用電力変換装置300には、集電装置400およびメイントランスの走行用巻線(一次巻線500および二次巻線302)を介して、架線から高圧交流電力が供給される。
走行用電力変換装置300は、変圧器により降圧された高圧交流電力を走行用交流電力に変換して、走行用モータM1~M4に供給する。これにより走行用電力変換装置300は、走行用モータM1~M4に走行トルクを発生させ、鉄道車両を走行させる。
走行用電力変換装置300は、例えば、接触器312と、抵抗器314と、走行用交流-直流電力変換部320と、走行用直流-交流電力変換部330と、コンデンサC1、C2と、走行電力制御部310と、第1端子T31と、第2端子T32と、を含む。
The power conversion device for running 300 includes, for example, a
接触器312は正極線に接続され、抵抗器314に対して並列に接続されている。また、走行用電力変換装置300は、接触器312を電磁的に動作させるためのコイル(図示せず)などを備える。
走行用充電回路は、走行電力制御部310の制御に従って、接触器312の遮断状態と導通状態とを切り替える。高圧交流電力の供給が開始されるとき、接触器312は遮断状態であり、その後、導通状態へと切り替えられる。
The charging circuit for running switches the
走行用交流-直流電力変換部320は、高圧交流電力が供給される高電位側の電力線および低電位側の電力線間に接続された複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路(図示せず)を備える。走行用交流-直流電力変換部320は、コンバータとも称される。なお、走行用交流-直流電力変換部320は、昇圧コンバータまたは降圧コンバータ、昇降圧コンバータのいずれかであればよい。スイッチング回路に含まれるスイッチング素子は例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であるが、これに限定されず、他の種類のスイッチング素子を使用してもよい。
Traveling AC-DC
走行用交流-直流電力変換部320は、走行電力制御部310による制御に従って、スイッチング素子を導通状態と遮断状態との間で切り替えることで、供給された高圧交流電力を直流電力に変換することができる。
Traveling AC-DC
走行用交流-直流電力変換部320と走行用直流-交流電力変換部330とは、高電位側の電力線と、低電位側の電力線とにより電気的に接続している。高電位側の電力線は、第1端子T31を介してバッテリ装置200の第1端子T21と電気的に接続されている。低電位側の電力線は、第2端子T32を介してバッテリ装置200の第2端子T22と電気的に接続されている。
また、走行用交流-直流電力変換部320と走行用直流-交流電力変換部330とは、共通の接地線を備えている。接地線は、第3端子T33を介して接地されている。
Driving AC-DC
In addition, traveling AC-DC
コンデンサC1は、高電位側の電力線と接地線との間に接続されている。
コンデンサC2は、接地線と低電位側の電力線との間に接続されている。
すなわち、コンデンサC1、C2は、走行用直流-交流電力変換部330の直流入力端に接続されている。
The capacitor C1 is connected between the power line on the high potential side and the ground line.
The capacitor C2 is connected between the ground line and the power line on the low potential side.
That is, capacitors C1 and C2 are connected to the DC input terminal of DC-AC
走行用直流-交流電力変換部330は、高電位側の電力線と低電位側の電力線との間にブリッジ接続された複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路(図示せず)を備えている。なお、走行用直流-交流電力変換部330は、インバータとも称される。走行用直流-交流電力変換部330は、走行用モータM1~M4の3相のそれぞれに対応した上ブリッジ側のスイッチング素子と下ブリッジ側のスイッチング素子との組を3つ備える。各スイッチング素子は、例えばIGBTであるが、これに限定されず、他の種類のスイッチング素子を使用してもよい。
Driving DC-AC
走行用直流-交流電力変換部330は、走行電力制御部310の制御に従って、走行用モータMにおける各相のスイッチング素子を導通状態と遮断状態との間で切り替えることで、直流電力を走行用交流電力に変換する。
Running DC-AC
走行電力制御部310は、例えばCPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアにより実現されてもよい。走行電力制御部310は、例えば、補助電源用電力変換装置100において変換された100Vの動作電力により動作可能である。
走行電力制御部310は、接触器312、走行用交流-直流電力変換部320、および走行用直流-交流電力変換部330を制御する。
The running
Running
補助電源用電力変換装置100には、集電装置400およびメイントランスの負荷用巻線(一次巻線500および三次巻線102)を介して、架線から高圧交流電力が供給される。メイントランスの負荷用巻線(一次巻線500および三次巻線102)から供給される交流電力は、メイントランスの走行用巻線(一次巻線500および二次巻線302)から供給される交流電力よりも低い電圧となっている。
補助電源用電力変換装置100は、変圧器により高圧交流電力を降圧した低圧交流電力を負荷用交流電力に変換して、交流負荷LACに供給する。すなわち、補助電源用電力変換装置100は、負荷用交流電力により交流負荷LACを駆動させる。
The
また、補助電源用電力変換装置100は、変圧器により高圧交流電力を降圧した低圧交流電力を負荷用直流電力に変換して、直流負荷LDCに供給する。すなわち、補助電源用電力変換装置100は、負荷用直流電力により直流負荷LDCを駆動させる。
In addition, the auxiliary
また、補助電源用電力変換装置100は、高圧交流電力を所定の直流電力に変換して、バッテリ装置200へ供給することが可能である。すなわち、補助電源用電力変換装置100は、バッテリ装置200の充電電力を供給することができる。
Further, the auxiliary
補助電源用電力変換装置100は、例えば、負荷用交流-直流電力変換部110と、負荷用直流-交流電力変換部120と、交流負荷用直流-交流電力変換部130と、チョッパ回路150と、第1端子T11と、第2端子T12と、コンデンサC3と、負荷用トランス(一次巻線122、二次巻線124、および、三次巻線140)と、外部電源接続検出部160と、負荷電力制御部170と、を含む。
The
負荷用交流-直流電力変換部110は、集電装置400からメイントランスの負荷用巻線(一次巻線500および三次巻線102)を介して供給された低圧交流電力を直流電力に変換する。
The load AC-
負荷用交流-直流電力変換部110は、例えば、高電位側の電力線と低電位側の電力線との間に接続された複数のスイッチング素子を備えたスイッチング回路(図示せず)を備える。複数のスイッチング素子は、例えば逆並列に接続されたダイオードを内蔵したIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であるが、他の種類のスイッチング素子であってもよい。
なお、負荷用交流-直流電力変換部110は、例えば、昇圧コンバータまたは降圧コンバータ、昇降圧コンバータのいずれかの回路を備えていてもよい。
The load AC-
Note that the load AC-DC
チョッパ回路150は、第1端子T11および第2端子T12を介してバッテリ装置200の第5端子T25および第6端子T26と電気的に接続し、負荷用交流-直流電力変換部110から出力された直流電力を所定の電圧に変換してバッテリ装置200へ供給する。チョッパ回路150は、バッテリ装置200から供給された直流電力を所定の電圧に変換して、負荷用交流-直流電力変換部110の直流側へ供給する。
負荷用直流-交流電力変換部120は、高電位側の電力線および低電位側の電力線間にブリッジ接続された複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路(図示せず)を備えている。
The load DC-AC
なお、負荷用直流-交流電力変換部120は、インバータとも称される。各スイッチング素子は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)である。なお、スイッチング素子として、他の種類のスイッチング素子を使用してもよい。負荷用直流-交流電力変換部120は、負荷電力制御部170の制御に従って、スイッチング素子を任意に導通状態と遮断状態との間で切り替えることで、直流電力を負荷用交流電力に変換する。
Note that the load DC-AC
負荷用直流-交流電力変換部120の負荷用交流-直流電力変換部110側には、負荷用交流-直流電力変換部110および負荷用直流-交流電力変換部120に並列して、コンデンサC3が接続されている。すなわち、コンデンサC3は、負荷用直流-交流電力変換部120の直流入力端に接続されている。
On the load AC-DC
コンデンサC3は、負荷用直流-交流電力変換部120において安定した電力を交流負荷LACおよび直流負荷LDC側に供給することができる容量に設定されている。すなわち、コンデンサC3の容量は、集電装置400から供給される交流電力が停止する無電区間(セクションとも称される)を鉄道車両が走行している場合や停電時に、交流負荷LACおよび直流負荷LDCへ負荷用交流電力の供給を補償するような高い容量でなくてよい。
Capacitor C3 is set to have a capacity capable of supplying stable power to AC load LAC and DC load LDC in load DC-AC
負荷用直流-交流電力変換部120により変換された負荷用交流電力は、負荷用トランスの一次巻線122、三次巻線140および整流器を介して直流負荷LDCに供給される。
また、負荷用直流-交流電力変換部120により変換された負荷用交流電力は、負荷用トランスの一次巻線122、二次巻線124、整流器、および交流負荷用直流-交流電力変換部130を介して交流負荷LACに供給される。
The load AC power converted by the load DC-
The load AC power converted by the load DC-
交流負荷用直流-交流電力変換部130は、上述した負荷用直流-交流電力変換部120と同様に、高電位側の電力線および低電位側の電力線間にブリッジ接続された複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路(図示せず)を備えている。交流負荷用直流-交流電力変換部130は、スイッチング素子を導通状態と遮断状態との間で切り替えることで、直流電力を交流電力に変換する。
The AC load DC-AC
外部電源700は、例えば440Vの交流電源であって、変圧器が接続する補助電源用電力変換装置100の端子T13、T14と電気的に接続される。したがって、外部電源700から供給される交流電力は、負荷用交流-直流電力変換部110へ供給され、変圧器からの交流電力と同様に、直流負荷LDC、交流負荷LAC、および、バッテリ装置200へ供給され得る。
The
外部電源接続検出部160は、外部電源700が接続されたことにより電流が流れるコイルと、コイルに電流が流れることにより生じる磁力により経路を閉じる(導通させる)スイッチング素子と、を含むリレー回路と、リレー回路のスイッチング素子により経路が閉じられたことを検出する検出器と、を備える。なお、検出器は負荷電力制御部170に含まれていても構わない。
The external power supply
負荷電力制御部170は、例えばCPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアにより実現されてもよい。負荷電力制御部170は、例えば、補助電源用電力変換装置100において変換された100Vの動作電力が供給されることで動作可能に構成されている。
The load
負荷電力制御部170は、負荷用交流-直流電力変換部110と、負荷用直流-交流電力変換部120と、交流負荷用直流-交流電力変換部130と、チョッパ回路150と、を制御する。
Load
バッテリ装置200は、第1端子T21乃至第6端子T26を備えている。
第1端子T21と第2端子T22とは、走行用電力変換装置300と電気的に接続される。第3端子T23と第4端子T24とは、補器群600と電気的に接続される。第5端子T25と第6端子T26とは、補助電源用電力変換装置100と電気的に接続される。
The
First terminal T21 and second terminal T22 are electrically connected to
バッテリ装置200は、例えば、絶縁区分が低圧のバッテリである。バッテリ装置200は、例えば、リチウムイオン電池などの蓄電池セルが直列または並列に接続された組電池BTと、複数の接触器BLB1、BLB2、BatDK1、BatDK2、BatCK1、BatCK2、CHKと、抵抗器CHReと、複数の接触器BLB1、BLB2、BatDK1、BatDK2、BatCK1、BatCK2、CHKの動作を制御するバッテリ制御部210と、を備えている。
The
接触器BLB1は、組電池BTの正極端子と正側主回路との電気的接続を切替える。接触器BLB2は、組電池BTの負極端子と負側主回路との電気的接続を切替える。すなわち、接触器BLB1と接触器BLB2とは、組電池BTと第1電力線(主回路)との電気的接続状態を切替える接触器(第4接触器)である。 The contactor BLB1 switches electrical connection between the positive terminal of the assembled battery BT and the positive side main circuit. The contactor BLB2 switches electrical connection between the negative terminal of the assembled battery BT and the negative main circuit. That is, the contactor BLB1 and the contactor BLB2 are contactors (fourth contactor) that switch the electrical connection state between the assembled battery BT and the first power line (main circuit).
接触器BatDK1は、正側主回路と第1端子T21との電気的接続を切替える。接触器BatDK2は、負側主回路と第2端子T22との電気的接続を切替える。すなわち、接触器BatDK1と接触器BatDK2とは、組電池BTから走行用直流-交流電力変換部330へ電力を供給する電力線の電気的接続状態を切替える接触器(第2接触器)である。
The contactor BatDK1 switches electrical connection between the positive side main circuit and the first terminal T21. The contactor BatDK2 switches electrical connection between the negative side main circuit and the second terminal T22. That is, the contactor BatDK1 and the contactor BatDK2 are contactors (second contactors) that switch the electrical connection state of the power line that supplies power from the assembled battery BT to the running DC-
接触器BatCK1は、正側主回路と第5端子T25との電気的接続を切替える。接触器BatCK2は、負側主回路と第6端子T26との電気的接続を切替える。すなわち、接触器BatCK1と接触器BatCK2とは、組電池BTから負荷用直流-交流電力変換部120へ電力を供給する電力線の電気的接続状態を切替える接触器(第3接触器)である。
The contactor BatCK1 switches electrical connection between the positive side main circuit and the fifth terminal T25. The contactor BatCK2 switches electrical connection between the negative main circuit and the sixth terminal T26. That is, the contactor BatCK1 and the contactor BatCK2 are contactors (third contactors) that switch the electrical connection state of the power line that supplies power from the assembled battery BT to the DC-AC
接触器CHKと抵抗器CHReとは並列に接続している。接触器(第1接触器)CHKは、組電池BTの正極端子と、第1端子T21、第3端子T23、および、第5端子T25との間に延びた正側主回路(正側の第1電力線)において、第1電力線と並列に接続した抵抗器CHReを介して接続する第2電力線と、抵抗器CHReを介さずに接続する経路(第1電力線)とを切替える。 Contactor CHK and resistor CHRe are connected in parallel. The contactor (first contactor) CHK connects the positive main circuit (positive side main circuit) extending between the positive terminal of the assembled battery BT, the first terminal T21, the third terminal T23, and the fifth terminal T25. 1 power line) is switched between a second power line connected through a resistor CHRe connected in parallel with the first power line and a path (first power line) connected without the resistor CHRe.
組電池BTから補機群600へ電力を供給する電力線は、接触器BatCK1、(第3接触器)と接触器BLB1、BLB2(第4接触器)との間にて主回路(電力線)から分岐している。
A power line that supplies power from the assembled battery BT to the
なお、バッテリ制御部210は、例えばCPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアにより実現されてもよい。バッテリ制御部210は、例えば、組電池BTからの放電電力が所定の値に変換された動作電力が供給されることで動作可能に構成されている。
Note that the
バッテリ制御部210は、組電池BTに流れる電流、蓄電池セルの電圧、および、蓄電池セルの温度を周期的に取得して監視するとともに、例えば組電池BTのSOC(state of charge)を演算してバッテリ装置200の充電および放電の制御を行う。
The
補機群600は、バッテリ装置200の第3端子T23および第4端子T24と電気的に接続される。
補機群600には、バッテリ装置200から直流電力が供給される。補機群600には、バッテリ装置200の組電池BTから放電された直流電力が供給されてよいが、これに限定されず、負荷用交流-直流電力変換部110により変換された直流電力が供給されてよい。さらに、補機群600には、バッテリ装置200の組電池BTから放電された直流電力と負荷用交流-直流電力変換部110により変換された直流電力とが合成された電力が供給されてよい。
補機群600は、例えば、鉄道車両に搭載されるコンプレッサ640やブロアモータ620、630を備える。
ブロアモータ620、630は、鉄道車両の台車3に搭載された走行用モータM1~M4を冷却する送風機のモータであり、インバータと、インバータの直流入力端に接続されたコンデンサ(第3コンデンサ)C4、C5と、を備えている。インバータは、例えば、バッテリ装置200から供給された電力を三相交流電力に変換して負荷に供給する補機用電力変換装置である。
The
The
コンプレッサ640は、ブレーキコンプレッサであり、インバータと、インバータの直流入力端に接続されたコンデンサ(第3コンデンサ)C6と、を備えている。インバータは、例えば、バッテリ装置200から供給された電力を三相交流電力に変換して負荷に供給する補機用電力変換装置である。
上記電力変換システムにおいて、バッテリ装置200は、補機群600の電源として機能することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、CHKが閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatDK1、BatDK2、BatCK1、BatCK2が開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第3端子T23と電気的に接続され、負極端子は第4端子T24と電気的に接続される。これにより、バッテリ装置200は、第3端子T23および第4端子T24に接続された補機群600へ直流電力を供給することができる。
In the power conversion system described above, the
For example, when the contactors BLB1, BLB2, and CHK are in a closed state (conducting state) and the contactors BatDK1, BatDK2, BatCK1, and BatCK2 are in an open state (interrupting state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the third terminal. It is electrically connected to the terminal T23, and the negative terminal is electrically connected to the fourth terminal T24. Thereby,
また、バッテリ装置200は、直流負荷LDCおよび交流負荷LACの電源として機能することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、BatCK1、BatCK2、CHKが閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatDK1、BatDK2が開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第5端子T25と電気的に接続され、負極端子は第6端子T26と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置200は、第5端子T25および第6端子T26を介して補助電源用電力変換装置100のチョッパ回路150へ直流電力を供給することができる。チョッパ回路150は、バッテリ装置200から供給された直流電力の電圧を所定の値に変換し、負荷用直流-交流電力変換部120へ直流電力を供給する。これにより、バッテリ装置200から出力された直流電力が変換され、直流負荷LDCおよび交流負荷LACへ電源を供給することができる。
Moreover, the
For example, when the contactors BLB1, BLB2, BatCK1, BatCK2 and CHK are closed (conducting state) and the contactors BatDK1 and BatDK2 are open (interrupting state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the fifth terminal. It is electrically connected to the terminal T25, and the negative terminal is electrically connected to the sixth terminal T26. That is, the
また、バッテリ装置200は、走行用モータM1~M4の電源として機能することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、BatDK1、BatDK2、CHKが閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatCK1、BatCK2が開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第1端子T21を介して走行用電力変換装置300の第1端子T31と電気的に接続され、負極端子は第2端子T22を介して走行用電力変換装置300の第2端子T32と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置200は、第1端子T21および第2端子T22を介して、走行用電力変換装置300の走行用直流-交流電力変換部330へ直流電力を供給することができる。これにより、バッテリ装置200から出力された直流電力が変換され、走行用モータM1~M4へ電源を供給することができる。
In addition,
For example, when the contactors BLB1, BLB2, BatDK1, BatDK2, and CHK are closed (conducting state) and the contactors BatCK1 and BatCK2 are open (interrupting state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the first terminal. The terminal T21 is electrically connected to the first terminal T31 of the running
上記のように、バッテリ装置200は、例えば鉄道車両が無電区間を走行している場合や停電時などに非常走行を行うときなどに、走行用直流-交流電力変換部330、負荷用直流-交流電力変換部120および補機群600へ、組電池BTの放電電力を供給することが可能である。
As described above, the
次に、上記電力変換システムにおいて、外部電源700が接続されたときの動作の一例について説明する。
外部電源700が補助電源用電力変換装置100の端子T13、T14と電気的に接続すると、外部電源接続検出部160にて、外部電源700が接続したことが検出される。
Next, an example of the operation when the
When the
例えば、外部電源700から供給される電力によりバッテリ装置200を充電するときには、バッテリ装置200のバッテリ制御部210は、接触器BatCK1、BatCK2、BLB1、BLB2を閉じた状態とし、接触器BatDK1、BatDK2を開いた状態とする。
For example, when charging the
また、バッテリ制御部210は、接触器CHKを開いた状態として、充電開始後、例えば組電池BTの電圧が所定の閾値以上となったとき(若しくは所定時間が経過したとき)に接触器CHKを閉じた状態とする。なお、チョッパ回路150により充電電力の電圧を組電池BTの電圧に合わせて制御可能であれば、充電開始時から接触器CHKを閉じた状態としても構わない。
In addition, the
補助電源用電力変換装置100の負荷電力制御部170は、負荷用交流-直流電力変換部110とチョッパ回路150とを動作させる。
負荷用交流-直流電力変換部110は、外部電源700から供給された交流電力を直流電力に変換し、チョッパ回路150へ出力する。
チョッパ回路150は、負荷用交流-直流電力変換部110から出力された直流電力の電圧を所定の値に変換してバッテリ装置200へ出力する。
The load
Load AC-
このとき、補機群600がバッテリ装置200と接続された状態であると、チョッパ回路150から出力された直流電力は、組電池BTと補機群600との両方に供給される。例えば、組電池BTの充電に要する時間を短縮したいときや、外部電源700の容量が限られているときには、補機群600をバッテリ装置200から電気的に切り離して、組電池BTへのみ直流電力が供給されるようにすることができる。
At this time, if
また例えば、外部電源700から供給される電力により直流負荷LDCを充電するときには、バッテリ装置200のバッテリ制御部210は、接触器BatCK1、BatCK2を開いた状態とし、バッテリ装置200と補助電源用電力変換装置100とを電気的に切り離す。
Further, for example, when charging the DC load LDC with power supplied from the
補助電源用電力変換装置100の負荷電力制御部170は、負荷用交流-直流電力変換部110と負荷用直流-交流電力変換部120とを動作させる。
負荷用交流-直流電力変換部110は、外部電源700から供給された交流電力を直流電力に変換し、負荷用直流-交流電力変換部120へ出力する。
The load
Load AC-DC
負荷用直流-交流電力変換部120は、負荷用交流-直流電力変換部110から出力された直流電力を交流電力に変換して、負荷用トランスの一次巻線122、三次巻線140および整流器を介して直流負荷LDCへ出力させる。
このとき、交流負荷LACへの電力供給を行う必要がないため、交流負荷LACは補助電源用電力変換装置100から電気的に切り離された状態であってもよい。
The load DC-AC
At this time, since it is not necessary to supply power to the AC load LAC, the AC load LAC may be electrically disconnected from the
また、上記動作を組み合わせて、外部電源700から供給される電力により、バッテリ装置200と直流負荷LDCとの両方を充電することも可能である。
例えば、外部電源700の容量が限られているときや、充電時間を短縮したいときには、運転台からの指令に基づいて、直流負荷LDCのみを充電するように選択可能としてもよく、バッテリ装置200のみを充電するように選択可能としてもよい。
It is also possible to combine the above operations and charge both the
For example, when the capacity of the
また、状況に応じて、外部電源700から供給される電力を、走行用電力変換装置300や、交流負荷LACや、補機群600へ供給可能としてもよい。
Further, depending on the situation, the electric power supplied from the
上記のように、本実施形態によれば、架線以外の外部電源から供給される電力を利用可能とする電力変換システムを提供することができる。
図3は、実施形態の電力変換システムの他の構成例を概略的に示す図である。
図3に示す電力変換システム10は、バッテリ装置200の構成が図2に示す構成と異なっている。
図3に示すバッテリ装置200では、接触器BLB1と並列に接続した経路において、接触器CHKと抵抗器CHReとが直列に接続されている。すなわち、組電池BTの正極端子と第1端子T21との間、組電池BTの正極端子と第3端子T23との間、および、組電池BTの正極端子と第5端子T25との間には、それぞれ、接触器BLB1を介して接続される経路(第1電力線)と、接触器CHKおよび抵抗器CHReを介して接続される経路(第2電力線)とが設けられている。接触器CHKおよび接触器BLB1により、電力供給経路を第1電力線と前記第2電力線とで切り替えることが可能である。
上記バッテリ装置200の構成以外は、図3に示す電力変換システム10は図2に示す電力変換システム10と同様の構成である。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power conversion system that can use power supplied from an external power source other than an overhead wire.
FIG. 3 is a diagram schematically showing another configuration example of the power conversion system of the embodiment.
The
In the
Except for the configuration of the
図3に示す電力変換システム10において、バッテリ装置200は、補機群600の電源として機能することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2が閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatDK1、BatDK2、BatCK1、BatCK2、CHKが開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第3端子T23と電気的に接続され、負極端子は第4端子T24と電気的に接続される。これにより、バッテリ装置200は、第3端子T23および第4端子T24に接続された補機群600へ直流電力を供給することができる。
In
For example, when the contactors BLB1 and BLB2 are in a closed state (conducting state) and the contactors BatDK1, BatDK2, BatCK1, BatCK2 and CHK are in an open state (interrupting state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the third terminal. It is electrically connected to the terminal T23, and the negative terminal is electrically connected to the fourth terminal T24. Thereby,
また、バッテリ装置200は、直流負荷LDCおよび交流負荷LACの電源として機能することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、BatCK1、BatCK2が閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatDK1、BatDK2、CHKが開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第5端子T25と電気的に接続され、負極端子は第6端子T26と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置200は、第5端子T25および第6端子T26を介して補助電源用電力変換装置100のチョッパ回路150へ直流電力を供給することができる。チョッパ回路150は、バッテリ装置200から供給された直流電力の電圧を所定の値に変換し、負荷用直流-交流電力変換部120へ直流電力を供給する。これにより、バッテリ装置200から出力された直流電力が変換され、直流負荷LDCおよび交流負荷LACへ電源を供給することができる。
Moreover, the
For example, when the contactors BLB1, BLB2, BatCK1, and BatCK2 are in a closed state (conduction state) and the contactors BatDK1, BatDK2, and CHK are in an open state (interruption state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the fifth terminal. It is electrically connected to the terminal T25, and the negative terminal is electrically connected to the sixth terminal T26. That is, the
また、バッテリ装置200は、走行用モータM1~M4の電源として機能することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、BatDK1、BatDK2が閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatCK1、BatCK2、CHKが開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第1端子T21を介して走行用電力変換装置300の第1端子T31と電気的に接続され、負極端子は第2端子T22を介して走行用電力変換装置300の第2端子T32と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置200は、第1端子T21および第2端子T22を介して、走行用電力変換装置300の走行用直流-交流電力変換部330へ直流電力を供給することができる。これにより、バッテリ装置200から出力された直流電力が変換され、走行用モータM1~M4へ電源を供給することができる。
In addition,
For example, when the contactors BLB1, BLB2, BatDK1, and BatDK2 are in a closed state (conduction state) and the contactors BatCK1, BatCK2, and CHK are in an open state (interruption state), the positive terminal of the assembled battery BT is connected to the first terminal. The terminal T21 is electrically connected to the first terminal T31 of the running
上記のように、バッテリ装置200は、例えば鉄道車両が無電区間を走行している場合や停電時などに非常走行を行うときなどに、走行用直流-交流電力変換部330、負荷用直流-交流電力変換部120および補機群600に組電池BTの放電電力を供給することが可能である。
As described above, the
バッテリ装置200は、例えば、走行用モータM1~M4と補機群600との両方の電源として機能することができる。
例えば、停電時などに鉄道車両が非常走行を行うとき、バッテリ装置200は、走行用モータM1~M4と補機群600とに電力を供給して、鉄道車両を安全な場所まで移動させることができる。
For example, when the railway vehicle is in emergency running due to a power outage or the like, the
次に、上記電力変換システムにおいて、外部電源700が接続されたときの動作の一例について説明する。
外部電源700が補助電源用電力変換装置100の端子T13、T14と電気的に接続すると、外部電源接続検出部160にて、外部電源700が接続したことが検出される。
Next, an example of the operation when the
When the
例えば、外部電源700から供給される電力によりバッテリ装置200を充電するときには、バッテリ装置200のバッテリ制御部210は、接触器BatCK1、BatCK2、BLB1、BLB2を閉じた状態とし、接触器BatDK1、BatDK2を開いた状態とする。
For example, when charging the
また、バッテリ制御部210は、接触器CHKを閉じた状態とし、接触器BLB1を開いた状態として、充電開始後、例えば組電池BTの電圧が所定の閾値以上となったとき(若しくは所定時間が経過したとき)に接触器BLB1を閉じた状態とし、接触器CHKを開いた状態としても良い。なお、チョッパ回路150により充電電力の電圧を組電池BTの電圧に合わせて制御可能であれば、充電開始時から接触器BLB1を閉じた状態としても構わない。
Further, the
補助電源用電力変換装置100の負荷電力制御部170は、負荷用交流-直流電力変換部110とチョッパ回路150とを動作させる。
負荷用交流-直流電力変換部110は、外部電源700から供給された交流電力を直流電力に変換し、チョッパ回路150へ出力する。
チョッパ回路150は、負荷用交流-直流電力変換部110から出力された直流電力の電圧を所定の値に変換してバッテリ装置200へ出力する。
The load
Load AC-
このとき、補機群600がバッテリ装置200と接続された状態であると、チョッパ回路150から出力された直流電力は、組電池BTと補機群600との両方に供給される。例えば、組電池BTの充電に要する時間を短縮したいときや、外部電源700の容量が限られているときには、補機群600をバッテリ装置200から電気的に切り離して、組電池BTへのみ直流電力が供給されるようにすることができる。
At this time, if
また例えば、外部電源700から供給される電力により直流負荷LDCを充電するときには、バッテリ装置200のバッテリ制御部210は、接触器BatCK1、BatCK2を開いた状態とし、バッテリ装置200と補助電源用電力変換装置100とを電気的に切り離す。
Further, for example, when charging the DC load LDC with power supplied from the
補助電源用電力変換装置100の負荷電力制御部170は、負荷用交流-直流電力変換部110と負荷用直流-交流電力変換部120とを動作させる。
負荷用交流-直流電力変換部110は、外部電源700から供給された交流電力を直流電力に変換し、負荷用直流-交流電力変換部120へ出力する。
The load
Load AC-DC
負荷用直流-交流電力変換部120は、負荷用交流-直流電力変換部110から出力された直流電力を交流電力に変換して、負荷用トランスの一次巻線122、三次巻線140および整流器を介して直流負荷LDCへ出力させる。
このとき、交流負荷LACへの電力供給を行う必要がないため、交流負荷LACは補助電源用電力変換装置100から電気的に切り離された状態であってもよい。
The load DC-AC
At this time, since it is not necessary to supply power to the AC load LAC, the AC load LAC may be electrically disconnected from the
また、上記動作を組み合わせて、外部電源700から供給される電力により、バッテリ装置200と直流負荷LDCとの両方を充電することも可能である。
例えば、外部電源700の容量が限られているときや、充電時間を短縮したいときには、運転台からの指令に基づいて、直流負荷LDCのみを充電するように選択可能としてもよく、バッテリ装置200のみを充電するように選択可能としてもよい。
It is also possible to combine the above operations and charge both the
For example, when the capacity of the
また、状況に応じて、外部電源700から供給される電力を、走行用電力変換装置300や、交流負荷LACや、補機群600へ供給可能としてもよい。
Further, depending on the situation, the electric power supplied from the
上記のように、本実施形態によれば、架線以外の外部電源から供給される電力を利用可能とする電力変換システムを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power conversion system that can use power supplied from an external power source other than an overhead wire.
また、負荷用交流-直流電力変換部110と交流負荷用直流-交流電力変換部120との間にバッテリ装置200を接続し、バッテリ装置200に補機群600を接続することで、バッテリ装置200を補機群600の電源として機能させることができる。したがって、電力変換システム10によれば、鉄道車両が無電区間を走行している場合や停電時において、集電装置400から電力が供給されなくても、バッテリ装置200から補機群600に電力を供給し続けることができる。この結果、電力変換システム10によれば、補機群600に供給される電力の低下を抑制することができる。
Further, by connecting the
さらに、電力変換システム10によれば、負荷用交流-直流電力変換部110と負荷用直流-交流電力変換部120との間にバッテリ装置200を接続することで、メイントランスの負荷用巻線から負荷用交流-直流電力変換部110に供給される電力が低下した場合に、電力の低下に対応した電力をバッテリ装置200から放電することでバッテリ装置200から負荷用直流-交流電力変換部120に放電電力を供給することができる。これにより、電力変換システム10によれば、鉄道車両の交流負荷LACおよび直流負荷LDCに供給される電力の低下を抑制することができる。
Furthermore, according to the
また、電力変換システム10によれば、負荷用交流-直流電力変換部110は複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路を含むので、負荷用交流-直流電力変換部110から出力される直流電力を安定化させることができる。すなわち、負荷用交流-直流電力変換部110によれば、ダイオードを用いた整流器よりも時間変化が少ない直流電力に変換することができる。これにより、電力変換システム10によれば、負荷用交流-直流電力変換部110から負荷用直流-交流電力変換部120への直流電力が低下した場合に、バッテリ装置200から負荷用直流-交流電力変換部120に速やかに放電電力を供給することができる。
Further, according to the
さらに、電力変換システム10によれば、バッテリ装置200から放電電力を供給することができるので、コンデンサC3の容量を、鉄道車両が無電区間を通過する際に交流負荷LACおよび直流負荷LDCに供給する電力を補償するための容量を考慮して大容量化する必要がない。
Furthermore, according to the
さらに、電力変換システム10によれば、負荷用交流-直流電力変換部110から出力される直流電力をチョッパ回路150により制御することで安定化させ、負荷用交流-直流電力変換部110から出力された電力をバッテリ装置200に供給することで、バッテリ装置200における充電抵抗に大きな負荷を与えることなく、バッテリ装置200を充電することができる。
Furthermore, according to the
さらに、電力変換システム10によれば、非常時においてバッテリ装置200を放電させて、直流電力を走行用直流-交流電力変換部330に供給することができる。これにより、電力変換システム10によれば、非常時に、バッテリ装置200の放電電力を使用して走行用モータM1~M4を駆動させることで、鉄道車両を走行させることができる。
Furthermore, according to the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
M1~M4…走行用モータ、C1-C6…コンデンサ、CHK…第1接触器、CHRe…抵抗器、100…補助電源用電力変換装置、102、302、500…メイントランス、110…負荷用交流-直流電力変換部、120…負荷用直流-交流電力変換部、130…交流負荷用直流-交流電力変換部、150…チョッパ回路、160…外部電源接続検知部、200…バッテリ装置、BT…組電池、300…走行用電力変換装置、320…走行用交流-直流電力変換部、330…走行用直流-交流電力変換部、400…集電装置、600…補機群、700…外部電源。
M1 to M4... Running motor, C1-C6... Capacitor, CHK... First contactor, CHRe... Resistor, 100... Power conversion device for auxiliary power supply, 102, 302, 500... Main transformer, 110... AC for load -
Claims (2)
前記変圧器の二次巻線を介して供給された交流電力を変換して出力する走行用交流-直流電力変換部と、前記走行用交流-直流電力変換部から出力された直流電力を走行用モータの駆動電力に変換する走行用直流-交流電力変換部と、を備えた走行用電力変換装置と、
前記変圧器の三次巻線を介して供給された交流電力を直流電力に変換する負荷用交流-直流電力変換部と、前記負荷用交流-直流電力変換部により変換された直流電力を交流電力に変換して出力する負荷用直流-交流電力変換部と、トランスおよび整流器を介して前記負荷用直流-交流電力変換部から出力された電力が供給される直流負荷と、を有する補助電源用電力変換装置と、
前記負荷用交流-直流電力変換部と前記負荷用直流-交流電力変換部とを接続する電力線、および、前記走行用交流-直流電力変換部と前記走行用直流-交流電力変換部とを接続する電力線に接続されたバッテリ装置と、
前記補助電源用電力変換装置と前記バッテリ装置とを接続する電力線に接続され、前記バッテリ装置から供給された電力によって動作可能な補機と、を備え、
前記補助電源用電力変換装置は、外部電源が接続されたことを検知する外部電源接続検知部と、前記負荷用交流-直流電力変換部と前記負荷用直流-交流電力変換部とを接続する電力線から得られる直流電力の電圧を所定の値に変換して前記バッテリ装置へ出力するチョッパ回路と、前記外部電源接続検知部により前記外部電源の接続が検知されたときに、前記負荷用交流-直流電力変換部と前記チョッパ回路を動作させて、前記外部電源から供給された電力により前記バッテリ装置を充電可能に制御する負荷電力制御部と、を備えた電力変換システム。 a transformer for stepping down power from overhead lines;
an AC-DC power converter for running that converts and outputs AC power supplied through the secondary winding of the transformer; and a DC power for running that is output from the AC-DC power converter for running. a running power conversion device comprising a running DC-AC power converter that converts power to drive a motor;
A load AC-DC power converter for converting AC power supplied through the tertiary winding of the transformer into DC power, and a DC power converted by the load AC-DC power converter into AC power. Auxiliary power supply power converter comprising: a load DC-AC power conversion section for converting and outputting; and a DC load supplied with the power output from the load DC-AC power conversion section via a transformer and a rectifier. a device;
A power line connecting the load AC-DC power conversion unit and the load DC-AC power conversion unit, and a power line connecting the running AC-DC power conversion unit and the running DC-AC power conversion unit a battery device connected to a power line;
an auxiliary machine connected to a power line connecting the auxiliary power converter and the battery device and operable by power supplied from the battery device,
The power conversion device for auxiliary power supply includes an external power supply connection detection unit that detects that an external power supply is connected, and a power line that connects the AC-DC power conversion unit for load and the DC-AC power conversion unit for load. A chopper circuit that converts the voltage of DC power obtained from to a predetermined value and outputs it to the battery device, and when the connection of the external power supply is detected by the external power supply connection detection unit, the load AC-DC A power conversion system comprising: a power conversion section; and a load power control section that operates the chopper circuit and controls the battery device to be charged with power supplied from the external power supply.
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