JPH02146901A - Power supply system for dc electric vehicle - Google Patents

Power supply system for dc electric vehicle

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JPH02146901A
JPH02146901A JP29698388A JP29698388A JPH02146901A JP H02146901 A JPH02146901 A JP H02146901A JP 29698388 A JP29698388 A JP 29698388A JP 29698388 A JP29698388 A JP 29698388A JP H02146901 A JPH02146901 A JP H02146901A
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JP
Japan
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chopper
voltage
quadrant
power supply
circuit
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Application number
JP29698388A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigenori Kinoshita
木下 繁則
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02146901A publication Critical patent/JPH02146901A/en
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Abstract

PURPOSE:To set DC output voltage to a level lower than a specific level by decreasing the chopping frequency if the DC output voltage produced through a two-quadrant step-down chopper mounted on a DC electric vehicle is higher than the specific level. CONSTITUTION:A two-quadrant chopper 23 is formed of a step-down chopper 231, a step-up chopper 232, a reactor 233 and a capacitor 234, then DC voltage is subjected to conversion and fed to various facilities in a car. Chopper output voltage detected through a voltage detector 235 comprising a resistor and a CT and the voltage to be set through an output voltage setter 237 are fed to a control circuit 236 and a chopper frequency command circuit 239. The chopper frequency command circuit 239 provides the set frequency to the control circuit 236 through a chopper frequency setting circuit 238. When the voltage detected through the detector 235 is higher than the voltage set through the output voltage setter 237, the control circuit 236 lowers the chopper frequency thus lowering the chopper output voltage. By such arrangement, facilities in the car are protected against overvoltage.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、二象限チョッパを搭載した車両を含む複数車
両により編成される直流電気車の給電方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a power supply system for a DC electric car formed by a plurality of vehicles including a vehicle equipped with a two-quadrant chopper.

(従来の技術) 電気車用給電システム全体の簡略化、低価格化を図るこ
とを目的として、例えば特願昭62−225364号に
提案されている給電方式がある。
(Prior Art) For the purpose of simplifying and reducing the cost of the entire power supply system for electric vehicles, there is a power supply system proposed in, for example, Japanese Patent Application No. 62-225364.

この方式の基本原理を以下に簡単に説明する。The basic principle of this method will be briefly explained below.

まず、直流電気車に二象限動作が可能なチョッパ等の直
流−直流変換装置を設け、電車線の高電圧を所望の電圧
に降圧させる。次に、この降圧した直流電圧を、各車両
に引通された引通し線(以下、「低電圧直流給電線」と
いう)を介して電動機駆動用電力変換装置に給電すると
共に、照明、空調設備を含む各種設備のための補助電源
装置にも給電する。
First, a DC-DC converter such as a chopper capable of two-quadrant operation is installed in a DC electric car to step down the high voltage of the overhead contact line to a desired voltage. Next, this stepped-down DC voltage is supplied to a power converter for driving the electric motor via a lead-in line (hereinafter referred to as a "low-voltage DC power supply line") connected to each vehicle, as well as lighting and air conditioning equipment. It also supplies power to auxiliary power supplies for various equipment including.

第5図は、この方式を示す具体的な回路図である。電車
線1からパンタグラフ20により車両2内に、遮断器2
1及び入力フィルタ22を介して取り込まれた高電圧の
直流電力は、直流−直流変換装置23に入力される。こ
の直流−直流変換装置23は、直流入力電圧を降圧し、
この降圧した直流電力を低電圧直流給電線25.26を
介し、車両2,3に設けられた電動機駆動用電力変換装
置27 、37及び補助電源装置28.38並びに車両
4に設けられた補助電源装置48に供給している。
FIG. 5 is a specific circuit diagram showing this method. The circuit breaker 2 is inserted into the vehicle 2 from the overhead contact line 1 by the pantograph 20.
1 and the high voltage DC power taken in through the input filter 22 is input to the DC-DC converter 23. This DC-DC converter 23 steps down the DC input voltage,
This step-down DC power is transmitted to the motor drive power converters 27 and 37 provided in the vehicles 2 and 3, the auxiliary power supply devices 28 and 38, and the auxiliary power supply provided in the vehicle 4 via the low voltage DC power supply lines 25 and 26. 48.

ここで、電動機駆動用電力変換装置27はインバータ2
71とフィルタコンデンサ272とから、電動機駆動用
電力変換装置37はインバータ371とフィルタコンデ
ンサ372とからそれぞれ構成され、各電力変換装[2
7,37は直流入力電力を交流電力に変換して車両駆動
用誘導電動機(IM)29a〜29d、39a〜39d
にそれぞれ供給し、補助電源装置28,38゜48は照
明等の各種設備への電力供給をそれぞれ行っている。
Here, the electric motor drive power conversion device 27 is the inverter 2
71 and a filter capacitor 272, the motor drive power conversion device 37 is constructed from an inverter 371 and a filter capacitor 372, respectively, and each power conversion device [2
7, 37 are induction motors (IM) 29a-29d, 39a-39d for converting DC input power into AC power and driving the vehicle.
The auxiliary power supply devices 28, 38 and 48 respectively supply power to various equipment such as lighting.

第6図は、上記直流−直流変換装置23の具体例を示す
回路図である。この直流−直流変換装置23はいわゆる
二象限チョッパ(電流可逆チョッパ)であり、この二象
限チョッパはそれぞれRCGTO(逆導通ゲートターン
オフサイリスタ)からなる降圧用チョッパ231.昇圧
用チョッパ232及びリアクトル233とコンデンサ2
34とからなるフィルタにより構成されている。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a specific example of the DC-DC converter 23. This DC-DC converter 23 is a so-called two-quadrant chopper (reversible current chopper), and each of the two-quadrant choppers is a step-down chopper 231. Boosting chopper 232, reactor 233 and capacitor 2
It is composed of a filter consisting of 34.

このような直流−直流変換装置23は、よく知られてい
るように、電流が第6図に示す矢印A1の方向のときは
降圧チョッパとして動作し、電流が矢印A、の方向のと
きには昇圧チョッパとして動作する。そして、その出力
電圧は、一般産業用装置が適用可能な電圧レベル、例え
ば600v程度となるように制御される。
As is well known, such a DC-DC converter 23 operates as a step-down chopper when the current is in the direction of arrow A1 shown in FIG. 6, and operates as a step-up chopper when the current is in the direction of arrow A. It works as. The output voltage is controlled to a voltage level applicable to general industrial equipment, for example, about 600V.

この制御により、例えば、車両2では、電動機駆動用電
力変換装置27に低電圧直流給電線25.26から60
0 V程度の電圧が供給される。したがって、前記イン
バータ271としてVVVFインバータを採用した場合
には、このVVVFインバータのスイッチング素子に一
般産業用のトランジスタを使用することができる。
With this control, for example, in the vehicle 2, the low voltage DC power supply line 25, 26 to 60
A voltage of about 0 V is supplied. Therefore, when a VVVF inverter is employed as the inverter 271, general industrial transistors can be used as switching elements of the VVVF inverter.

第7図はこのようなインバータ271の一例を示す回路
図である。同図において、インバータ271はトランジ
スタにより構成された3相ブリッジ回路273を備えて
いる。また、このブリッジ回路273の入力端子間には
、各トランジスタに対して一括して作用するスナバ回路
274が設けられている。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of such an inverter 271. In the figure, an inverter 271 includes a three-phase bridge circuit 273 made up of transistors. Furthermore, a snubber circuit 274 is provided between the input terminals of this bridge circuit 273, which acts on each transistor at once.

一方、上記車両2の補助電源装置28へも低電圧直流給
電線25.26を介して給電が行われるが、この場合に
もこの補助電源装置28として一般産業用機器により構
成したものが使用可能となる。第8図はこのような補助
電源装置28の一例を示す回路図である。同図において
、直流電力は、低電圧直流給電線25.26を介しイン
バータエアコン281〜283及びトランジスタ式の補
助電源284に供給される。
On the other hand, power is also supplied to the auxiliary power supply device 28 of the vehicle 2 via the low voltage DC power supply lines 25 and 26, but in this case as well, it is possible to use a device constructed from general industrial equipment as the auxiliary power supply device 28. becomes. FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of such an auxiliary power supply device 28. In the figure, DC power is supplied to inverter air conditioners 281 to 283 and a transistor-type auxiliary power supply 284 via low-voltage DC power supply lines 25 and 26.

そして補助電源284は、三相負荷285.照明器28
6等の負荷に給電を行っている。
The auxiliary power supply 284 then connects the three-phase load 285 . Illuminator 28
It supplies power to loads such as No. 6.

以上、第5図の車両2における給電システムについて説
明したが、車両3についての給電システムについても同
様である。すなわち、車両3には。
Although the power supply system for the vehicle 2 in FIG. 5 has been described above, the same applies to the power supply system for the vehicle 3. That is, for vehicle 3.

低電圧直流給電線25.26を介して直流電力が供給さ
れ、車両2の場合と同様に、電動機駆動用電力変換装置
37を介し車両駆動用誘導電動機39a〜39dへの給
電が行われる。また、補助電源装置38へも同じ低電圧
直流給電線25.26から給電が行われる。さらに、第
5図において非電動車両として示されている車両4へも
低電圧直流給電線25.26を介して車両2の直流−直
流変換装置23から直流電力が給電され、補助電源装置
48が駆動される。
DC power is supplied via the low voltage DC power supply lines 25 and 26, and as in the case of the vehicle 2, power is supplied to the vehicle drive induction motors 39a to 39d via the motor drive power conversion device 37. Further, power is also supplied to the auxiliary power supply device 38 from the same low voltage DC power supply lines 25 and 26. Furthermore, DC power is also supplied to the vehicle 4 shown as a non-electric vehicle in FIG. Driven.

なお、従来、第6図に示した二象限チョッパ(直流−直
流変換装置23)は、電車線側の特定高調波を抑制する
ために一定周波数可変オン時間で動作させており、可変
周波数制御は行われていない。
Conventionally, the two-quadrant chopper (DC-DC converter 23) shown in FIG. Not done.

(発明が解決しようとする課M) ところで、上記直流−直流変換装置23としての二象限
チョッパの降圧側(非電車線側)の電圧(以下、「出力
電圧」という)は、チョッパの導通率の制御により規定
値に保たれる。ところが、前述のように二象限チョッパ
の出力側には電動機駆動用電力変換装置や補助電源装置
が並列的に接続されており、これらの各装置の動作によ
って二象限チョッパの負荷は無負荷に近い軽負荷から最
大負荷まで大きく変化する。さらにこの負荷の変化を事
前に知ることは困難である。同時に、二象限チョッパは
電車線側の高電圧(以下、「入力電圧」という)を導通
率の制御によって低い電圧に変換するものであり、この
二象限チョッパでは負荷が小さくなると出力電圧を規定
値に保てなくなり、出力電圧が規定値を上回ってしまう
ことになる。
(Problem M to be solved by the invention) By the way, the voltage on the step-down side (non-contact line side) of the two-quadrant chopper as the DC-DC converter 23 (hereinafter referred to as "output voltage") is determined by the conductivity of the chopper. is maintained at the specified value by control. However, as mentioned above, the motor drive power converter and auxiliary power supply are connected in parallel to the output side of the two-quadrant chopper, and due to the operation of these devices, the load on the two-quadrant chopper is close to no load. It varies greatly from light load to maximum load. Furthermore, it is difficult to know this change in load in advance. At the same time, the two-quadrant chopper converts the high voltage on the contact line side (hereinafter referred to as "input voltage") to a lower voltage by controlling the conductivity, and when the load decreases, the two-quadrant chopper lowers the output voltage to the specified value. The output voltage will exceed the specified value.

このため、従来では以下に掲げる問題が生じていた。For this reason, the following problems have conventionally occurred.

(1)一般に半導体スイッチング素子として用いられる
GTOサイリスタやパワトランジスタを二象限チョッパ
のスイッチング素子として使用する場合は最小導通時間
が決められており、これを無限に小さくすることができ
ない、従って、負荷が小さいときには、負荷が要求する
所望、の電力を供給しようとしても出力電圧は所望値以
上となる。
(1) When using a GTO thyristor or power transistor, which is generally used as a semiconductor switching element, as a switching element in a two-quadrant chopper, a minimum conduction time is determined, and this cannot be made infinitely small. When the voltage is small, the output voltage will exceed the desired value even if an attempt is made to supply the desired power required by the load.

第9図は、第6図の二象限チョッパが動作周波数fでか
つ最小導通時間で動作している場合のりアクドル233
を流れる電流icと二象限チョッパの出力電圧v雪の変
化の様子を示す波形図である。
FIG. 9 shows the glue handle 233 when the two-quadrant chopper of FIG. 6 is operating at the operating frequency f and the minimum conduction time.
FIG. 3 is a waveform diagram showing how the current IC flowing through the two-quadrant chopper and the output voltage v of the two-quadrant chopper change.

第9図の電流icの波形図では、最小導通時間Tosm
inでitがピーク電流値I、まで増加し、チョッパが
オフする。とiLが減少して次のオンまでに零となって
いる様子が示されている。この結果リアクトル203に
は平均電流Itが流れることになる。ここで、負荷電流
工dが平均電流ILより小さいと両電流工dとILとが
バランスするまでコンデンサ234は充電され、その端
子電圧が上昇する。
In the waveform diagram of the current IC in FIG. 9, the minimum conduction time Tosm
When it is in, it increases to the peak current value I, and the chopper is turned off. It is shown that iL decreases and reaches zero before the next turn on. As a result, an average current It flows through the reactor 203. Here, if the load current d is smaller than the average current IL, the capacitor 234 is charged until the two currents d and IL are balanced, and the terminal voltage thereof increases.

そして、このコンデンサ234が充電されるに従ってI
+、が減少する。
As this capacitor 234 is charged, I
+, decreases.

また、第9図の電圧v2の波形図においては。Also, in the waveform diagram of voltage v2 in FIG.

二象限チョッパの出力電圧v2が規定値vdより大きく
なっている場合が示されている。ここでvlは二象限チ
ョッパの入力側の電圧である。出力電圧Vzが規定値■
dより大きくなると、二象限チョッパの高力側に接続さ
れている小容量の機器(例えば第8図の補助電源284
.負荷285.照明器286等)の入力が過電圧となり
、これらの機器が制御不能または故障に到ってしまう。
A case is shown in which the output voltage v2 of the two-quadrant chopper is larger than the specified value vd. Here, vl is the voltage on the input side of the two-quadrant chopper. Output voltage Vz is specified value■
If it is larger than d, the small-capacity equipment connected to the high-power side of the two-quadrant chopper (for example, the auxiliary power supply 284 in Fig. 8)
.. Load 285. (e.g., illuminator 286) may become overvoltage, causing these devices to become uncontrollable or malfunction.

(2)さらに、上述の如く低電圧直流給電線25.26
に電動機駆動用電力変換装置や補助電源装置等を接続す
る給電システムでは、これらの各種装置は低電圧に対応
した設計となっている。このため二象限チョッパに動作
異常または故障が発生すると低電圧直流給電線25.2
6に電車線1の高電圧が加わり、上記給電線25.26
に接続されている各種機器や装置に危険な過電圧が印加
されるという大きな問題があった。
(2) Furthermore, as mentioned above, the low voltage DC power supply line 25.26
In a power supply system in which a power conversion device for driving a motor, an auxiliary power supply device, etc. are connected to a power supply system, these various devices are designed to handle low voltage. Therefore, if an abnormal operation or failure occurs in the two-quadrant chopper, the low voltage DC power supply line 25.2
The high voltage of overhead contact line 1 is added to 6, and the above feeder line 25.26
A major problem was that dangerous overvoltage was applied to various equipment and equipment connected to the equipment.

このため従来方式では直流−直流変換装置23としての
二象限チョッパの信頼性を高めたり、低電圧直流給電線
25.26にギャップレスアレスタを接続するなどして
低電圧直流給電線25.26に過電圧が発生することを
防止していた。しかし、これらの防止策は何れも装置の
価格や重量、大きさの増加を招く等、給電システムを実
現する上で大きな障害となっていた。
For this reason, in the conventional system, the reliability of the two-quadrant chopper as the DC-DC converter 23 is increased, or a gapless arrester is connected to the low-voltage DC power supply line 25.26, so that the low-voltage DC power supply line 25.26 is exposed to overvoltage. was prevented from occurring. However, all of these preventive measures have been major obstacles to realizing a power supply system, such as increasing the price, weight, and size of the device.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、軽負荷となっても出力側電圧が規定値以上に増加する
ことがなく、また5二象限チヨツパの出力側に過電圧が
生じたときは、速やかに前記二象限チョッパを高圧入力
側から開放するようにした直流電気車の給電方式を提供
することを目的とする。
The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and the output side voltage does not increase beyond the specified value even under light load, and overvoltage occurs on the output side of the 52-quadrant chopper. It is an object of the present invention to provide a power supply system for a DC electric vehicle that promptly opens the two-quadrant chopper from the high-voltage input side.

(il1頭を解決するための手段) 上記問題点は、降圧動作においても、昇圧用チョッパを
オフとしたままで降圧用チョッパを一定周波数で動作さ
せているため、軽負荷時にこの動作を行うと、降圧用チ
ョッパの半導体スイッチング素子の最小導通時間の制限
により二象限チョッパの出力電圧を規定値に保てないと
いう点、及び、負荷の変化を予め予測できず、二象限チ
ョッパに動作異常または故障が発生した場合には、事後
的にギャップレスアレスタ等により低電圧直流給電線の
過電圧発生を防止していたという事実によるものである
。なお、従来、軽負荷時においてチョッピング周波数を
変更し、或いはチョッパ出力側を入力側から開放すると
いうことも考えられていなかった。
(Means for solving il1 head) The above problem is that even in buck operation, the buck chopper is operated at a constant frequency while the boost chopper is turned off, so if this operation is performed at a light load, , The output voltage of the two-quadrant chopper cannot be maintained at the specified value due to the minimum conduction time of the semiconductor switching element of the step-down chopper, and changes in the load cannot be predicted in advance, resulting in abnormal operation or failure of the two-quadrant chopper. This is due to the fact that when this occurs, the occurrence of overvoltage in the low-voltage DC power supply line is prevented after the fact by using a gapless arrester or the like. Note that, conventionally, it has not been considered to change the chopping frequency or to open the chopper output side from the input side when the load is light.

従って、本発明者は、上記最小導通時間またはこれに近
い導通時間で動作させたために出力電圧を規定値に保て
ないときには、二象限チョッパの出力の導通率を小さく
した状況と等価な状況を作ればよく、このためにはチョ
ッピング周波数を低減すれば二象限チョッパの出力電圧
を規定値に保つことができ、また、二象限チョッパの出
力側電圧(低圧側)を監視してこれが規定の過電圧にな
ったときに昇圧チョッパ用半導体スイッチング素子を強
制的にオンさせ、降圧チョッパの回路を開いて入力側(
高圧側)から開放すれば低電圧直流給電線の過電圧発生
を未然に防止することができるとの知見を得た。
Therefore, when the output voltage cannot be maintained at the specified value due to operation at the minimum conduction time or a conduction time close to the minimum conduction time, the inventors believe that the situation is equivalent to the situation in which the conduction rate of the output of a two-quadrant chopper is reduced. For this purpose, the output voltage of the two-quadrant chopper can be maintained at the specified value by reducing the chopping frequency, and the output voltage (low voltage side) of the two-quadrant chopper can be monitored to ensure that it does not exceed the specified overvoltage. , the semiconductor switching element for the step-up chopper is forcibly turned on, the step-down chopper circuit is opened, and the input side (
It was discovered that overvoltage in low-voltage DC power lines can be prevented by opening the line from the high-voltage side.

すなわち、第1の発明は、二象限チョッパの出力電圧が
規定値を越えるときは、二象限チョッパのチョッピング
周波数を低減させて前記出力電圧を前記規定値以下にす
ることを特徴とし、また第2の発明は、二象限チョッパ
の出力側に設けられた検出器により出力側電圧を検出し
、前記出方側電圧が規定の過電圧値を越えるときは、二
象限チョッパを構成する昇圧用半導体スイッチング素子
をオンして出力側を短絡すると共に、二象限チョッパの
入力側に設けたヒユーズ等の入力開放手段により入力側
から前記昇圧用半導体スイッチング素子に流れる短絡電
流を遮断することを特徴とする。
That is, the first invention is characterized in that when the output voltage of the two-quadrant chopper exceeds a specified value, the chopping frequency of the two-quadrant chopper is reduced to make the output voltage below the specified value; The invention detects the output side voltage by a detector provided on the output side of the two-quadrant chopper, and when the output side voltage exceeds a specified overvoltage value, the step-up semiconductor switching element constituting the two-quadrant chopper detects the output side voltage. is turned on to short-circuit the output side, and the short-circuit current flowing from the input side to the step-up semiconductor switching element is cut off by input opening means such as a fuse provided on the input side of the two-quadrant chopper.

(作用) 第1の発明において、二象限チョッパの負荷が減少して
その出力電圧を規定値に保てないときは、出力電圧の増
大に応じてチョッピング周波数を下げ、等価的に負荷に
応じた導通率にする。この結果、軽負荷になっても二象
限チョッパに接続された機器等の入力側が過電圧になる
ことがない。この時、負荷が小さいことから、チョッピ
ング周波数が低下した高調波電流が発生しても、電車線
に対する影響は小さく問題とならない。
(Function) In the first invention, when the load of the two-quadrant chopper decreases and the output voltage cannot be maintained at the specified value, the chopping frequency is lowered in accordance with the increase in the output voltage, and the chopping frequency is reduced equivalently in accordance with the load. Make it conductive. As a result, even if the load is light, the input side of devices connected to the two-quadrant chopper will not become overvoltage. At this time, since the load is small, even if a harmonic current with a reduced chopping frequency occurs, the effect on the overhead contact line is small and does not pose a problem.

第2の発明においては、入力側の降圧用チョッパの短絡
故障等により低圧直流給電線に過電圧が発生すると、二
象限チョッパの出力側の昇圧用チョッパを速やかにかつ
強制的にオンさせて電源が短絡される。これにより、低
圧直流給電線の危険な過電圧が抑制されると共に、二象
限チョッパの入力側に設けられた入力開放手段としての
ヒユーズの溶断により、昇圧用チョッパに過大電流が流
れるのを防止する。また、前記入力開放手段として遮断
器を設けたときは、昇圧用チョッパのオンと共に二象限
チョッパの入力側の遮断器を開にし。
In the second invention, when an overvoltage occurs in the low-voltage DC power supply line due to a short-circuit failure of the step-down chopper on the input side, the step-up chopper on the output side of the two-quadrant chopper is quickly and forcibly turned on, and the power is turned off. Short circuited. This suppresses dangerous overvoltage in the low-voltage DC power supply line, and prevents excessive current from flowing into the boost chopper by blowing out the fuse, which serves as an input opening means provided on the input side of the two-quadrant chopper. Further, when a circuit breaker is provided as the input opening means, the circuit breaker on the input side of the two-quadrant chopper is opened at the same time as the boost chopper is turned on.

電源側から流れ込む短絡電流を遮断して昇圧用チョッパ
に過大な電流が流れるのを抑制する。
This prevents excessive current from flowing into the boost chopper by cutting off short-circuit current flowing from the power supply side.

(実施例) 以下1本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings.

まず、第1の発明の一実施例を第1図の回路図により説
明する。なお、同図に示す直流−直流変換装置23は、
第6図において説明した二象限チョッパと同様の構成を
しているが、第1図では、第6図で便宜上図示を省略し
た抵抗及び変流器から成るチョッパ出力電圧検出器23
5が図示しである。
First, an embodiment of the first invention will be described with reference to the circuit diagram shown in FIG. Note that the DC-DC converter 23 shown in the figure is as follows:
Although it has the same configuration as the two-quadrant chopper explained in FIG. 6, in FIG.
5 is shown.

なお、本発明は直流−直流変換装”置23として二象限
チョッパを用いる給電方式であるため、以下。
Note that since the present invention is a power feeding system using a two-quadrant chopper as the DC-DC converter 23, the following description will be given.

直流−直流変換装置23を二象限チョッパ23として説
明する。
The DC-DC converter 23 will be described as a two-quadrant chopper 23.

チョッパ出力電圧検出器235は制御回路236に接続
されており、この制御回路236には、出力電圧設定回
路237及びチョッパ周波数設定回路238が接続され
ている。そして、制御回路236は、各設定回路237
及び238からの設定信号に応じて降圧用。
The chopper output voltage detector 235 is connected to a control circuit 236, and the control circuit 236 is connected to an output voltage setting circuit 237 and a chopper frequency setting circuit 238. The control circuit 236 controls each setting circuit 237
and for step-down according to the setting signal from 238.

昇圧用チョッパ231 、232のオン/オフを制御し
て二象限チョッパ23の出力電圧を規定値に保つように
各導通率を制御する。
The boost choppers 231 and 232 are turned on and off to control each conductivity so as to maintain the output voltage of the two-quadrant chopper 23 at a specified value.

ここまでの構成は、従来方式に用いる回路と同様である
が、本発明が適用される第1図の回路では、更に、チョ
ッパ周波数指令回路239を設けである。
The configuration up to this point is similar to the circuit used in the conventional system, but the circuit shown in FIG. 1 to which the present invention is applied is further provided with a chopper frequency command circuit 239.

このチョッパ周波数指令回路239は、出力電圧設定回
路237.チョッパ出力電圧検出器235及びチョッパ
周波数設定回路238に接続されており、設定回路23
7及び検出器235からの信号を入力し、チョッパ周波
数指令を上記設定回路238に出力する。
This chopper frequency command circuit 239 includes an output voltage setting circuit 237. It is connected to the chopper output voltage detector 235 and the chopper frequency setting circuit 238, and the setting circuit 23
7 and the detector 235, and outputs a chopper frequency command to the setting circuit 238.

すなわち、チョッパ周波数指令回路239は二象限チョ
ッパ23の出力電圧を監視しており、該出力電圧が規定
電圧vdを超えたときには、低減したチョッパ周波数指
令信号をチョッパ周波数設定回路238に出力し、チョ
ッパ周波数設定回路238は前記指令信号に応じた出力
周波数信号を制御回路236に出力するものである。
That is, the chopper frequency command circuit 239 monitors the output voltage of the two-quadrant chopper 23, and when the output voltage exceeds the specified voltage vd, it outputs a reduced chopper frequency command signal to the chopper frequency setting circuit 238, and the chopper The frequency setting circuit 238 outputs an output frequency signal according to the command signal to the control circuit 236.

次に、チョッパ周波数指令回路239の動作を第2図に
示す特性図により説明する。ここで、チョッパ出力電圧
が規定値Vdの前後ではチョッパ周波数はfであり、負
荷が減少し、チョッパ出力電圧がvdを超えてVzに達
するとチョッパ周波数をfからfiに下げる。さらに負
荷が減少して電圧がv2まで上昇するとチョッパ周波数
をさらにf2まで下げる。
Next, the operation of the chopper frequency command circuit 239 will be explained with reference to the characteristic diagram shown in FIG. Here, when the chopper output voltage is around the specified value Vd, the chopper frequency is f, and when the load decreases and the chopper output voltage exceeds vd and reaches Vz, the chopper frequency is lowered from f to fi. When the load further decreases and the voltage rises to v2, the chopper frequency is further lowered to f2.

このような動作を行わせることにより、1500V程度
の高い電車線電圧を二象限チ目ツバ23により400v
配ffi網に相当する直流電圧にまで降圧させることが
でき、かつ、二象限チョッパ23の出力電圧が過電圧に
なることはない、このため、VVVFインバータ、CV
CFインバータ等のインバータ(第5図における271
 、371参照)や補助電源装置(同28,38.48
参照)を規定値を越えた耐圧設計とする必要がない、ま
た、これらの装置や機塁の小型、軽量化が可能となるほ
か、It造ココスト低減を図ることができる。
By performing such an operation, a high overhead line voltage of about 1500V is reduced to 400V by the second quadrant tip collar 23.
The voltage can be stepped down to the DC voltage corresponding to the distribution network, and the output voltage of the two-quadrant chopper 23 will not become an overvoltage. Therefore, the VVVF inverter, CV
Inverter such as CF inverter (271 in Figure 5)
, 371) and auxiliary power supply equipment (see 28, 38.48)
There is no need to design pressures that exceed the specified values (reference), and it is possible to make these devices and bases smaller and lighter, and it is possible to reduce the cost of IT construction.

次に、第2の発明の一実施例を第3yAの回路図により
説明する。
Next, an embodiment of the second invention will be described with reference to a circuit diagram of the third yA.

同図に示す各回路構成要素のうち、第1図及び第5図の
回路構成要素と同一の要素には同一の符号を付しである
。本実施例では、二象限チョッパ23の出力側電圧の過
電圧を検出する過電圧検出器241がコンデンサ234
の両端に設けられている。この検出器241の2つの出
力端子は、降圧用チョッパ231.昇圧用チョッパ23
2をそれぞれオン/オフさせるゲート回路242,24
3に接続されており、これらのゲート回路242,24
3には制御回路236′が接続されている。
Among the circuit components shown in the figure, the same elements as those in FIGS. 1 and 5 are given the same reference numerals. In this embodiment, the overvoltage detector 241 that detects the overvoltage of the output side voltage of the two-quadrant chopper 23 is connected to the capacitor 234.
are provided at both ends. The two output terminals of this detector 241 are connected to the step-down chopper 231. Boosting chopper 23
Gate circuits 242 and 24 that turn on and off 2, respectively.
3, and these gate circuits 242, 24
3 is connected to a control circuit 236'.

通常の動作においては、各ゲート回路242,243は
制御回路236′により駆動され、ゲート回路242は
降圧チョッパ動作時に降圧用チョッパ231を動作させ
、ゲート回路243は昇圧チョッパ動作時に昇圧用チョ
ッパ232を動作させる。また、過電圧検出器241が
、二象限チョッパ23の出力側電圧が規定値を超えたこ
とを検出した場合には、過電圧検出器241からの一方
の検出信号により昇圧用チョッパ232を強制的にオン
させ、他方の検出信号により降圧用チョッパ231を強
制的にオフさせるようになっている。
In normal operation, each gate circuit 242, 243 is driven by the control circuit 236', the gate circuit 242 operates the step-down chopper 231 when the step-down chopper is operating, and the gate circuit 243 operates the step-up chopper 232 when the step-up chopper is operating. make it work. In addition, when the overvoltage detector 241 detects that the output side voltage of the two-quadrant chopper 23 exceeds a specified value, the boost chopper 232 is forcibly turned on by one detection signal from the overvoltage detector 241. and the step-down chopper 231 is forcibly turned off by the other detection signal.

また、入力フィルタ22.降圧用チョッパ231間には
、ヒユーズ、遮断器等からなる入力開放手段(第3図に
おいてはヒユーズ244)が設けられている。このヒユ
ーズ244は、降圧用チョッパ231の短絡故障時にお
いて昇圧用チョッパ232を強制的にオンさせたとき、
入力フィルタ22のコンデンサの過大な放電電流が昇圧
用チョッパ232を介して流れることを防止するため、
上記放電電流を有効に遮断するべく溶断するものである
In addition, the input filter 22. An input opening means (fuse 244 in FIG. 3) consisting of a fuse, a circuit breaker, etc. is provided between the step-down choppers 231. This fuse 244 operates when the step-up chopper 232 is forcibly turned on in the event of a short-circuit failure of the step-down chopper 231.
In order to prevent excessive discharge current of the capacitor of the input filter 22 from flowing through the boost chopper 232,
It is fused to effectively cut off the discharge current.

第4図は、第3図に示す回路において降圧用チョッパ2
31が短絡故障した場合の、コンデンサ234の電圧、
過電圧検出器241の検出信号、ゲート回路243の出
力信号、昇圧用チョッパ232の電流及びヒユーズ24
4の電流の変化の様子を示す動作波形図である。
FIG. 4 shows the step-down chopper 2 in the circuit shown in FIG.
The voltage of capacitor 234 when 31 is short-circuited,
Detection signal of overvoltage detector 241, output signal of gate circuit 243, current of boost chopper 232 and fuse 24
FIG. 4 is an operation waveform diagram showing how the current changes in No. 4;

まず、時刻T0で降圧用チョッパ231が短絡故障する
と、二象限チョッパ23の入力側の高電圧が短絡故障し
た降圧用チョッパ231を介して出力側(低圧側)に印
加される。すると、出力側のコンデンサ234の端子電
圧が正常値Vd、から上昇する。そして、この低圧側電
圧が過電圧規定値Vdpに達すると(時刻T工)、検出
器241が過電圧を検出し、検出信号をゲート回路24
3に出力する。ゲート回路243は、昇圧用チョッパ2
32にゲート信号を出力し昇圧用チョッパ232をオン
する(時刻T2)、この後。
First, when the step-down chopper 231 has a short-circuit failure at time T0, the high voltage on the input side of the two-quadrant chopper 23 is applied to the output side (low voltage side) via the step-down chopper 231 that has the short-circuit failure. Then, the terminal voltage of the output side capacitor 234 increases from the normal value Vd. When this low voltage side voltage reaches the specified overvoltage value Vdp (time T), the detector 241 detects the overvoltage and sends the detection signal to the gate circuit 24.
Output to 3. The gate circuit 243 is a boost chopper 2
32 and turns on the boost chopper 232 (time T2), after this.

昇圧用チョッパ232の両端電圧はほぼ零となるのでコ
ンデンサ234の端子電圧は減少していく。
Since the voltage across the boosting chopper 232 becomes approximately zero, the terminal voltage of the capacitor 234 decreases.

このとき、入力フィルタ22のフィルタコンデンサは、
降圧用チョッパ231.昇圧用チョッパ232を介して
短絡されることになるので、ヒユーズ244には上記フ
ィルタコンデンサの短絡電流が流れる。
At this time, the filter capacitor of the input filter 22 is
Step-down chopper 231. Since it is short-circuited via the boosting chopper 232, the short-circuit current of the filter capacitor flows through the fuse 244.

そして、この短絡電流により時刻T、でヒユーズ244
が溶断し、上記短絡電流が遮断されることになる。なお
、第4図におけるコンデンサ234の電圧を示す波形中
、点線で示す曲線は、降圧用チョッパ231の短絡故障
時に昇圧用チョッパ232をオンさせない場合の電圧変
化を示している。
This short circuit current causes the fuse 244 to open at time T.
is fused, and the short circuit current is cut off. In the waveform showing the voltage of the capacitor 234 in FIG. 4, the dotted curve shows the voltage change when the step-up chopper 232 is not turned on when the step-down chopper 231 is short-circuited.

なお、上記各発明の実施例においては、二象限チョッパ
23を構成するスイッチング素子としてRCGTOを用
いて説明したが、半導体スイッチング素子であれば、ト
ランジスタ等の他の種類の素子を用いてもよい。
Note that in the embodiments of each of the inventions described above, the RCGTO is used as the switching element constituting the two-quadrant chopper 23, but other types of elements such as transistors may be used as long as they are semiconductor switching elements.

(発明の効果) 以上のように第1の発明によれば、特に二象限チョッパ
の軽負荷時にチョッパの出力側電圧が規定値以上に増加
するときは、チョッピング周波数を低減させるようにし
たので、二象限チョッパの出力電圧が過電圧になること
はない。これにより、チョッパの出力側に接続されてい
る各種機器の入力電圧が過電圧になることがなく、これ
らの制御不能や故障等の事態を招くおそれがないと共に
、各種機器は規定値の耐圧設計でよく、絶縁が容易とな
り、小型軽量化及び低価格化を図ることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the first invention, when the output side voltage of the chopper increases above a specified value especially when the two-quadrant chopper is under a light load, the chopping frequency is reduced. The output voltage of the two-quadrant chopper never becomes an overvoltage. As a result, the input voltage of various devices connected to the output side of the chopper will not become overvoltage, and there is no risk of situations such as loss of control or failure of these devices, and various devices are designed to withstand the specified voltage. Insulation is easy, and it is possible to achieve reductions in size, weight, and cost.

また、第2の発明によれば、二象限チョッパの出力側の
過電圧を検出し、該過電圧が生じたときは昇圧用チョッ
パをオンして前記出力側を短絡すると共に入力側を開放
するため、やはりチョッパの出力側の各種機器に過電圧
による悪影響を与えるおそれがない等の効果がある。更
に、降圧用チョッパの短絡故障が発生した場合、ヒユー
ズ等によって昇圧用チョッパの短絡電流を制限すること
ができるため、確実にかつ経済的にチョッパの過電流保
護を行うことができる。
According to the second invention, an overvoltage on the output side of the two-quadrant chopper is detected, and when the overvoltage occurs, the step-up chopper is turned on to short-circuit the output side and open the input side. This also has the advantage that there is no risk of overvoltage having an adverse effect on various devices on the output side of the chopper. Further, when a short-circuit failure occurs in the step-down chopper, the short-circuit current of the step-up chopper can be limited by a fuse or the like, so that overcurrent protection of the chopper can be performed reliably and economically.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第1の発明の一実施例を説明するための二象限
チョッパ及びその制御系を示す回路図。 第2図は第1図の回路図におけるチョッパ出力電圧とチ
ョッパ周波数との関係を示す特性図、第3図は第2の発
明の一実施例を説明するための二象限チョッパ及びその
制御系を示す回路図、第4図は第3図の回路図における
各部の動作を説明するための波形図、第5図は直流電気
車用給電システムを示す構成図、第6図は従来技術を説
明するための二象限チョッパの回路図、第7図は第5図
で用いられる電動機駆動用電力変換装置の一例を示す回
路図、第8図は第5図で用いられる補助電源装置の一例
を示す構成図、第9図は第6図の二象限チョッパの動作
説明図である。 235・・・チョッパ出力電圧検出器 236、236’・・・制御回路 237・・・出力電
圧設定回路238・・・チョッパ周波数設定回路 239・・・チョッパ周波数指令回路 241・・・過電圧検出器   242,243・・・
ゲート回路244・・・ヒユーズ
FIG. 1 is a circuit diagram showing a two-quadrant chopper and its control system for explaining an embodiment of the first invention. Fig. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the chopper output voltage and chopper frequency in the circuit diagram of Fig. 1, and Fig. 3 shows a two-quadrant chopper and its control system for explaining an embodiment of the second invention. FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of each part in the circuit diagram of FIG. 3, FIG. 5 is a configuration diagram showing a power supply system for a DC electric vehicle, and FIG. 6 explains a conventional technology. 7 is a circuit diagram showing an example of a power conversion device for driving a motor used in FIG. 5, and FIG. 8 is a configuration showing an example of an auxiliary power supply device used in FIG. 5. FIG. 9 is an explanatory diagram of the operation of the two-quadrant chopper shown in FIG. 6. 235...Chopper output voltage detector 236, 236'...Control circuit 237...Output voltage setting circuit 238...Chopper frequency setting circuit 239...Chopper frequency command circuit 241...Overvoltage detector 242 ,243...
Gate circuit 244...fuse

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)直流電気車に搭載した二象限チョッパを一定のチ
ョッピング周波数で動作させて電車線電圧を直流−直流
変換して降圧し、前記二象限チョッパの出力パルスの導
通率を変化させて、前記二象限チョッパの出力電圧を規
定値に保つべく制御して直流電力を供給する直流電気車
の給電方式において、前記二象限チョッパの出力電圧が
前記規定値を越えるときは、前記チョッピング周波数を
低減させて前記出力電圧を前記規定値以下にすることを
特徴とする直流電気車の給電方式。
(1) A two-quadrant chopper mounted on a DC electric car is operated at a constant chopping frequency to convert the contact line voltage from DC to DC to step down the voltage, change the conductivity of the output pulse of the two-quadrant chopper, and In a DC electric vehicle power supply system that supplies DC power while controlling the output voltage of a two-quadrant chopper to maintain it at a specified value, when the output voltage of the two-quadrant chopper exceeds the specified value, the chopping frequency is reduced. A power supply method for a DC electric vehicle, characterized in that the output voltage is lowered to the specified value or less by
(2)直流電気車に搭載した二象限チョッパを一定のチ
ョッピング周波数で動作させて電車線電圧を直流−直流
変換して降圧し、前記二象限チョッパの出力パルスの導
通率を変化させて、前記二象限チョッパの出力電圧を規
定値に保つべく制御して直流電力を供給する直流電気車
の給電方式において、前記二象限チョッパの出力側に設
けられた検出器により出力側電圧を検出し、前記出力側
電圧が規定の過電圧値を越えるときは、前記二象限チョ
ッパを構成する昇圧用半導体スイッチング素子をオンし
て出力側を短絡すると共に、前記二象限チョッパの入力
側に設けた入力開放手段により入力側から前記昇圧用半
導体スイッチング素子に流れる短絡電流を遮断すること
を特徴とする直流電気車の給電方式。
(2) A two-quadrant chopper mounted on a DC electric car is operated at a constant chopping frequency to convert the contact line voltage from DC to DC and step down, and the conductivity of the output pulse of the two-quadrant chopper is changed, In a power supply system for a DC electric vehicle that supplies DC power while controlling the output voltage of a two-quadrant chopper to maintain it at a specified value, the output side voltage is detected by a detector provided on the output side of the two-quadrant chopper; When the output side voltage exceeds a specified overvoltage value, the step-up semiconductor switching element constituting the two-quadrant chopper is turned on to short-circuit the output side, and the input opening means provided on the input side of the two-quadrant chopper A power supply system for a DC electric vehicle, characterized in that a short circuit current flowing from an input side to the step-up semiconductor switching element is cut off.
JP29698388A 1988-11-24 1988-11-24 Power supply system for dc electric vehicle Pending JPH02146901A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016226102A (en) * 2015-05-28 2016-12-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Backup power supply device and vehicle having the same mounted thereon

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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