JPH02211003A - Main circuit system of ac electric vehicle driven by ac motor - Google Patents

Main circuit system of ac electric vehicle driven by ac motor

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JPH02211003A
JPH02211003A JP2719089A JP2719089A JPH02211003A JP H02211003 A JPH02211003 A JP H02211003A JP 2719089 A JP2719089 A JP 2719089A JP 2719089 A JP2719089 A JP 2719089A JP H02211003 A JPH02211003 A JP H02211003A
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JP
Japan
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converter
power
motor
transistor
voltage
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JP2719089A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigenori Kinoshita
木下 繁則
Yukinobu Morohoshi
諸星 幸信
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To contrive to make the performance of a DC-AC converter higher by using a GTO thyristor as the switching element of a nonmultiple AC-DC converter and a transistor as the switching element of the DC-AC converter and by increasing the breakdown strength of the GTO thyristor 1.3 times or more than that of the transistor. CONSTITUTION:In a nonmultiple PWM control-type AC-DC converter 4, a high- frequency GTO thyristor is adopted as a switching element so that a ripple generated in a supply current is small. Also, an inverter using a transistor as a switching element is adopted in a DC-AC converter 6 so that a PWM control signal can be made into a high frequency. Further, even if a surge voltage such as direct lightning is generated in an electric overhead line 1, the surge voltage does not bring about the destruction of the switching elements because the breakdown strength of the GTO thyristor is increased 1.3 times or more than that of the transistor. Thus, it is possible to make the performance of a DC-AC converter 6 higher.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、電車線からの交流電力を変圧器を介してPW
M制御形交流−直流変換器により直流電力に変換し、こ
の直流電力をPWM制御形直流流変換器により交流電力
に変換して車両駆動用交流電動機を駆動する交流電気車
主回路システムに関し、特に電源側への高調波を低減し
、かつ装置の低価格化を図ることができる交流電動機駆
動交流電気車主回路システムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention provides a method for converting AC power from overhead contact lines to PW via a transformer.
Regarding an AC electric vehicle main circuit system that converts into DC power by an M-controlled AC-DC converter, and converts this DC power into AC power by a PWM-controlled DC converter to drive a vehicle drive AC motor, it is particularly suitable for power supplies. The present invention relates to an AC motor-driven AC electric vehicle main circuit system that can reduce harmonics to the side and reduce the cost of the device.

(従来の技術) 電車線から交流電力の供給を受けて運転される交流電気
車であって車両駆動に交流電動機を用いた電力変換シス
テム(以下、r主回路システム」という)では1次のよ
うな方式により電動機の駆動が行われる。すなわち、電
車線から供給される交流電力を交流−直流変換器により
直流電力に一旦変換し、この直流電力を直流−交流変換
器によりVVVF(可変電圧可変周波数)の交流電力に
再び変換して誘導電動機(IM)を駆動する。上記直流
−交流変換器としては通常、電圧形インバータが一般的
に用いられている。
(Prior art) In a power conversion system (hereinafter referred to as "r main circuit system") that uses an AC motor to drive an AC electric car that is operated by receiving AC power from a contact line, the first-order system is used. The electric motor is driven by this method. That is, the AC power supplied from the overhead contact line is first converted to DC power by an AC-DC converter, and then this DC power is converted back to VVVF (variable voltage variable frequency) AC power by the DC-AC converter, and then induced. Drives the electric motor (IM). A voltage source inverter is generally used as the DC-AC converter.

このような主回路システムの場合、交流−直流変換器と
しては、■2象限動作ができること、■電車線側から見
た力率が良いこと、■電車線に流れる高調波が少ないこ
と等が必要とされる。
In the case of such a main circuit system, the AC-DC converter must be able to operate in two quadrants, have a good power factor as seen from the overhead contact line, and have few harmonics flowing through the overhead contact line. It is said that

第3図は従来から知られている主回路システムであり、
電車線1、パンタグラフ2.変圧器13゜交流−直流変
換器群14、平滑コンデンサ15.インバータ16.電
動機群17により構成される。ここで、交流−直流変換
器群14は交流−直流変換器14a〜14dを並列多重
接続して構成され、電動機群17は誘導電動機17a〜
17dにより構成されている。
Figure 3 shows a conventionally known main circuit system.
Tram line 1, pantograph 2. Transformer 13° AC-DC converter group 14, smoothing capacitor 15. Inverter 16. It is composed of a group of electric motors 17. Here, the AC-DC converter group 14 is configured by multiple-connecting AC-DC converters 14a to 14d in parallel, and the motor group 17 is constituted by induction motors 17a to 14d.
17d.

実際の交流電気車では主回路システムの変換容量を大き
くしなければならないので、上記変換器群14.インバ
ータ16に使用するスイッチング素子はGTOサイリス
タである。このGTOサイリスタのスイッチング周波数
は数百上程度のためリプル電流も比較的大きい、そこで
、このりプルによる変圧器13の一次側の電流波形の歪
をより少なくするために変圧器13の二次巻線を複数個
(第3図では4個)設ける。そして、各二次巻線の直流
側を多重並列接続し、1台のインバータ16に接続する
In an actual AC electric vehicle, the conversion capacity of the main circuit system must be increased, so the converter group 14. The switching element used in the inverter 16 is a GTO thyristor. Since the switching frequency of this GTO thyristor is several hundred or more, the ripple current is also relatively large.Therefore, in order to further reduce the distortion of the current waveform on the primary side of the transformer 13 due to this ripple, the secondary winding of the transformer 13 is A plurality of lines (four in FIG. 3) are provided. Then, the DC side of each secondary winding is connected in parallel in multiple ways and connected to one inverter 16.

上記主回路システムでは、一般にインバータ16はPW
M制御形であり、直流中間回路の電圧(平滑コンデンサ
15の端子間電圧)はほぼ一定としである。なお、交流
−直流変換器14a〜14dとしては電車線1の高調波
低減と電流波形の正弦波化及び力率向上を図る必要があ
る場合にはPWM制御形変換器が一般に用いられる。
In the above main circuit system, the inverter 16 generally has a PW
It is an M control type, and the voltage of the DC intermediate circuit (the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 15) is almost constant. As the AC-DC converters 14a to 14d, PWM control type converters are generally used when it is necessary to reduce harmonics of the overhead contact line 1, change the current waveform to a sine wave, and improve the power factor.

第4図は電車線電圧及びカ行時・回生時における交流−
直流変換器14a”14dのうちの−の変換器の交流電
流並びに電車線電流を示す波形図である。各変換器14
a〜14dはその制御信号を正弦波としたPWM制御形
であるので、電源の電流波形は正弦波に対しPWM制御
による電流リプルが重畳されたものとなっている。上記
のようにPWM制御を採用する主回路システムでは電流
位相を自由に制御できるので、同図に示すようにカ行時
・回生時共に力率を1.0とする制御も可能である。
Figure 4 shows contact line voltage and alternating current during power travel and regeneration.
It is a waveform diagram showing the alternating current and overhead line current of the - converter among the DC converters 14a" and 14d. Each converter 14
Since the control signals a to 14d are of the PWM control type in which the control signal is a sine wave, the current waveform of the power supply is a sine wave with a current ripple due to PWM control superimposed. As described above, in the main circuit system that employs PWM control, the current phase can be controlled freely, so it is also possible to control the power factor to 1.0 during both traveling and regeneration, as shown in the figure.

第5図は、第3図の主回路システムに対応した一般産業
分野で多用されている電力変換システムを示す図である
。電力供給系統は第3図の電気車の場合単相であったが
、第5図においては三相の配電系統21となっている。
FIG. 5 is a diagram showing a power conversion system frequently used in the general industrial field, which corresponds to the main circuit system of FIG. 3. Although the electric power supply system was single-phase in the case of the electric car shown in FIG. 3, it is a three-phase power distribution system 21 in FIG.

この動電系統21としては200v系、 400V系が
多く用いられている。このシステムは、交流−直流変換
器22、平滑コンデンサ23.インバータ24、誘導電
動機25により構成される。
As this electrodynamic system 21, a 200V system or a 400V system is often used. This system includes an AC-DC converter 22, a smoothing capacitor 23. It is composed of an inverter 24 and an induction motor 25.

200V、 400V系の配電系統に接続されるシステ
ムにおいては、電力用の交流−直流変換器22及び誘導
電動機25の可変速用のインバータ24としては、図示
のようにトランジスタ式のものが一般に用いられている
。これは、■誘導電動機25の容量が数百KW以下であ
ること、■配電系統21からのサージ電圧を考慮しても
交流−直流変換@22のスイッチング素子耐圧は120
0 V程度あればよいこと、■配電系統21への高調波
の影響から交流−直流変換器22の各素子のスイッチン
グ周波数はIKHz以上の仕様のものが必要であること
、■トランジスタ式のスイッチング素子は価格が安いこ
と等の理由によるものである。トランジスタ式の場合の
配電系統21側の電流波形は第4図の場合と同じく、高
力率で波形歪のより少ないものとなる。
In a system connected to a 200V or 400V power distribution system, transistor type ones are generally used as the AC-DC converter 22 for power and the variable speed inverter 24 of the induction motor 25, as shown in the figure. ing. This is because: ■ The capacity of the induction motor 25 is several hundred kilowatts or less; ■ Even considering the surge voltage from the distribution system 21, the switching element breakdown voltage of the AC-DC converter @ 22 is 120 KW or less.
0 V is sufficient; ■ Due to the influence of harmonics on the power distribution system 21, the switching frequency of each element of the AC-DC converter 22 must be IKHz or higher; ■ Transistor-type switching elements This is due to reasons such as low price. In the case of the transistor type, the current waveform on the power distribution system 21 side has a high power factor and less waveform distortion, as in the case of FIG.

ところで、上記の産業用電力変換システムでは交流−直
流変換器22については一般に、配電系統21では直撃
雷は考慮する必要がなく、系統に生ずる異常電圧として
は開閉サージ等の比較的小さなサージの異常電圧につい
て考慮すればよい、従って、例え1ズ、440 V配電
系統に電力変換システムを接続しても電源側の交流−直
流変換器22の素子耐圧は1200 V程度であり、(
素子耐圧)/(交流電圧実効値)は2.7程度あればよ
いものとされている。
By the way, in the above-mentioned industrial power conversion system, there is no need to consider direct lightning strikes in the distribution system 21 for the AC-DC converter 22, and relatively small surge abnormalities such as switching surges are considered as abnormal voltages occurring in the system. Therefore, even if the power conversion system is connected to a 440 V power distribution system, the element withstand voltage of the AC-DC converter 22 on the power supply side is about 1200 V.
It is considered that the ratio (device breakdown voltage)/(effective value of AC voltage) should be about 2.7.

これに対し、交流電気車のスイッチング素子の耐圧は以
下のように考察される。
On the other hand, the withstand voltage of switching elements of AC electric vehicles is considered as follows.

第3図に示す電車I/IA1は、数Km或いは数十Km
にわたって設置され、かつ郊外に設置される場合が多い
ので直撃雷サージをも考慮する必要がある。この場合、
(雷サージ電圧)/(交流電圧実効値)は3.6程度に
なるため素子耐圧もこれに合ったものにする必要がある
。すなわち、電源側交流−直流変換器14の素子耐圧は
電動機側変換WI(インバータ)16の3.6/2.7
倍(=1.3(3倍)高いことが必要となる。従って、
第3図の交流−直流変換器14a〜14dのスイッチン
グ素子としてはGTOサイリスタを用いている。
The train I/IA1 shown in Figure 3 has a distance of several kilometers or tens of kilometers.
Since they are often installed in suburban areas, direct lightning surges must also be considered. in this case,
(Lightning surge voltage)/(AC voltage effective value) is approximately 3.6, so the element withstand voltage must also be adjusted to match this value. That is, the element withstand voltage of the power supply side AC-DC converter 14 is 3.6/2.7 of the motor side conversion WI (inverter) 16.
It needs to be 1.3 times (3 times) higher. Therefore,
GTO thyristors are used as the switching elements of the AC-DC converters 14a to 14d in FIG. 3.

(発明が解決しようとする課題) (1)交流電気車ではレール8の軌道回路に信号電流を
流し、各種の列車制御を行っている。新幹線電車などで
はこの信号周波数は商用周波数付近から4KHz程度ま
である。スイッチング周波数はPWMキャリア周波数が
電源側の許容高調波周波数の少なくとも1/2必要であ
る。
(Problems to be Solved by the Invention) (1) In an AC electric vehicle, a signal current is passed through the track circuit of the rail 8 to perform various train controls. In Shinkansen trains and the like, this signal frequency ranges from around the commercial frequency to about 4 KHz. As for the switching frequency, the PWM carrier frequency must be at least 1/2 of the allowable harmonic frequency on the power supply side.

このようなことから電源側の交流−直流変換器14とし
てPWM制御形のものを用いる場合、高周波電流による
等価妨害電流を許容値以下にすると共にPWM制御のキ
ャリア周波数による高調波電流がこの信号周波数に影響
を与えないようにしなければならない、しかし、現在の
大容量GTOサイリスタは許容スイッチング周波数が5
00七程度であるため、等価妨害電流の低減と高調波電
流の低減の要請から、電源側から見た等価キャリア周波
数を高めるべく複数の交流−直流変換器14a〜14d
を多重接続して各変換器14a〜14dの制御装置のP
WMキャリア信号に位相差を持たせる必要がある。この
ため従来の主回路システムでは重量が増大するという不
都合があった。
For this reason, when using a PWM control type AC-DC converter 14 on the power supply side, the equivalent interference current due to high frequency current is kept below the allowable value, and the harmonic current due to the carrier frequency of PWM control is However, current high-capacity GTO thyristors have a permissible switching frequency of 5
Therefore, in order to reduce the equivalent interference current and harmonic current, a plurality of AC-DC converters 14a to 14d are installed to increase the equivalent carrier frequency as seen from the power supply side.
P of the control device of each converter 14a to 14d by multiple-connecting
It is necessary to provide a phase difference to the WM carrier signal. For this reason, the conventional main circuit system had the disadvantage of increased weight.

(2)また、誘導電動機側の直流−交流変換器では交流
電源側からのサージは平滑コンデンサ15で吸収される
ので考慮する必要がない、したがって、使用電圧と素子
耐圧は直流−交流変換器の動作電圧によって決まる。
(2) Also, in the DC-AC converter on the induction motor side, there is no need to consider surges from the AC power supply side because they are absorbed by the smoothing capacitor 15. Therefore, the working voltage and element withstand voltage are the same as those of the DC-AC converter. Determined by operating voltage.

例えば、産業用のトランジスタにより構成されている第
5図のインバータ24の場合、直流中間回路電圧が60
0V〜700v、交流電圧実効値が440Vのとき該ト
ランジスタの耐圧は1200Vあれば充分である。この
場合、(素子耐圧)へ交流電圧実効値)は2.7である
For example, in the case of the inverter 24 shown in FIG. 5, which is made up of industrial transistors, the DC intermediate circuit voltage is 60
When the voltage is 0V to 700V and the effective value of the AC voltage is 440V, it is sufficient that the transistor has a breakdown voltage of 1200V. In this case, (device breakdown voltage) to AC voltage effective value) is 2.7.

しかし、トランジスタ形の変換装置は前述のようにGT
Oサイリスタ形の変換装置に比べ低価格。
However, as mentioned above, the transistor type converter
Lower cost than O-thyristor type converter.

小型・軽量であるにもかかわらず、使用電圧(交流電圧
換算)には限界があり(サージ電圧を考慮しても、素子
耐圧の1/2.7倍まで)、変換装置をサージ電圧が使
用電圧の3.6倍まで加わる電源側′変換装置として使
用することはできない、従って、従来では、第3図に示
すようにインバータ16のスイッチング素子には一般産
業用に使用している安価なトランジスタを用いることが
できず高価なGTOサイリスタを用いなければならず、
主回路システム全体として製造コストが高いものとなっ
ていた。
Despite being small and lightweight, there is a limit to the voltage that can be used (converted to AC voltage) (up to 1/2.7 times the element withstand voltage even when surge voltage is taken into account), and the surge voltage is used by the converter. It cannot be used as a converter on the power supply side, which applies up to 3.6 times the voltage. Therefore, conventionally, as shown in FIG. cannot use the GTO thyristor, which is expensive.
The manufacturing cost of the main circuit system as a whole is high.

(3)このように、交流電動機駆動交流電気車主回路シ
ステムの場合、その実用化にあたっては低価格化は勿論
のこと装置の小型化も重要な課題であり、更に、電源側
変換器に用いるスイッチング素子は、電源電流の高調波
低減の要請から許容スイッチング周波数をできるだけ高
めることが大きな課題となっている。
(3) In this way, in the case of AC motor-driven AC electric vehicle main circuit systems, in order to put them into practical use, it is important to reduce the cost as well as the size of the equipment. In order to reduce harmonics of the power supply current, a major challenge for devices is to increase the allowable switching frequency as much as possible.

本発明は、上記問題点を解決するために提案されたもの
であって、装置の低価格化、軽量化を図り、電源電流の
高調波低減を実現でき、かつ、電動機側変換器の性能向
上を図ることができる交流電動機駆動交流電気車主回路
システムを提供することを目的とする。
The present invention was proposed in order to solve the above problems, and it is possible to reduce the cost and weight of the device, reduce harmonics of the power supply current, and improve the performance of the converter on the motor side. The purpose of the present invention is to provide an AC motor-driven AC electric vehicle main circuit system that can achieve the following.

(課題を解決するための手段) 発明者らは、インバータの性能低下の原因は電動機側電
力変換器としてGTOサイリスタ形インバータを採用し
ているためであり、また装置の大型化、高価格化の原因
の一つは電源側変換器を多重化しているためであるとい
う点、更に、トランジスタは素子が3層構造であること
から経済的な耐圧は1200V程度であり、これより耐
圧を高めると素子価格は飛躍的に増大するが、GTOサ
イリスタは4層構造であることから4500V程度の高
耐圧化は容易であることに着目した。
(Means for Solving the Problems) The inventors believe that the cause of the performance deterioration of the inverter is that a GTO thyristor type inverter is used as the power converter on the motor side, and that the increase in size and price of the device One of the reasons is that the converters on the power supply side are multiplexed.Furthermore, since the transistor element has a three-layer structure, the economical breakdown voltage is about 1200V, and if the breakdown voltage is raised higher than this, the element Although the price will increase dramatically, we focused on the fact that since the GTO thyristor has a four-layer structure, it is easy to increase the breakdown voltage to around 4500V.

そして、これらの不都合を解決するためには、■電源側
変換器のスイッチング素子には従来通りGTOサイリス
タを用いるが、電動機側変換器のスイッチング素子には
トランジスタを用いて主回路システムを構成し、■また
。電源側変換器のスイツチング周波数を高めることによ
りPWMキャリア周波数を電源側の許容高調波周波数の
少なくとも172以上とし、キャリア周波数を高めて該
電源側変換器を非多重とすればよいとの知見を得た。
In order to solve these inconveniences, ① GTO thyristors are used as the switching elements of the power supply side converter as before, but transistors are used as the switching elements of the motor side converter to configure the main circuit system. ■Also. Obtained the knowledge that by increasing the switching frequency of the power supply side converter, the PWM carrier frequency can be made at least 172 times higher than the allowable harmonic frequency of the power supply side, and by increasing the carrier frequency, the power supply side converter can be made non-multiplexed. Ta.

すなわち本発明は、交流電力を電車線を介して電気車に
取り込み、この交流電力を変圧器を介してPWM制御形
交流−直流変換器により直流電力に変換し、この直流電
力を直流中間回路を介した後PWM制御形直流−交流変
換器り交流電力に変換し、この交流電力により交流電動
機を駆動する交流電動機駆動交流電気車主回路システム
において、前記交流−直流変換器のスイッチング素子を
GTOサイリスタとすると共に、前記直流−交流変換器
のスイッチング素子をトランジスタとし、前記GTOサ
イリスタの耐圧を前記トランジスタの耐圧の1.3倍以
上とし、かつ前記交流−直流変換器を非多重とすること
を特徴とする。
That is, the present invention takes AC power into an electric car via an overhead contact line, converts this AC power into DC power by a PWM controlled AC-DC converter via a transformer, and converts this DC power into a DC intermediate circuit. In an AC motor-driven AC electric vehicle main circuit system in which the AC power is converted into AC power by a PWM control type DC-AC converter and the AC motor is driven by this AC power, the switching element of the AC-DC converter is replaced with a GTO thyristor. In addition, the switching element of the DC-AC converter is a transistor, the withstand voltage of the GTO thyristor is 1.3 times or more the withstand voltage of the transistor, and the AC-DC converter is non-multiplexed. do.

(作用) 電車線を介して電気車に取り込まれれた交流電力は変圧
器を介した後、非多重のPWM制御形交流−直流変換器
により直流電力に変換され、この後、PWM制御形直流
流変換器により交流電力に変換された後、電車駆動用の
交流電動機に供給される。
(Function) After passing through a transformer, the AC power taken into the electric car via the overhead contact line is converted into DC power by a non-multiplexed PWM controlled AC-DC converter, and then converted into DC power. After being converted into AC power by a converter, it is supplied to the AC motor for driving the train.

上記交流−直流変換器は、スイッチング素子として高周
波GTOサイリスタを採用しているので。
The above AC-DC converter employs a high frequency GTO thyristor as a switching element.

非多重であっても電源電流に生ずるリプルは従来の多重
PWM形交流−直流変換器を採用した場合と同様に小さ
なものとなる。また、前記直流−交流変換器は、スイッ
チング素子としてトランジスタを用いたインバータを採
用しているので、PWM制御信号を高周波とすることが
できる。ここで。
Even if it is not multiplexed, the ripple generated in the power supply current will be as small as in the case where a conventional multiplex PWM type AC-DC converter is employed. Further, since the DC-AC converter employs an inverter using a transistor as a switching element, the PWM control signal can be of high frequency. here.

前記電動機を直流−交流変換器(インバータ)1台につ
きに1台とした場合には、インバータの負担が軽減され
る。
When one electric motor is provided for each DC-AC converter (inverter), the load on the inverter is reduced.

また、直撃雷等のサージ電圧が電車線に生じたとしても
、前記GTOサイリスタの耐圧を前記トランジスタの耐
圧の1.3倍以上としであるので、スイッチング素子破
壊にはつながらない。
Further, even if a surge voltage such as a direct lightning strike occurs on the overhead contact line, the withstand voltage of the GTO thyristor is set to be 1.3 times or more the withstand voltage of the transistor, so this will not lead to destruction of the switching element.

(実施例) 第1図に本発明の一実施例を示す、同図において電車線
1からパンタグラフ2を介して電気車に取り込まれた交
流電力は、変圧器3により降圧される。この変圧器3の
二次巻線は単相交流−直流変換器4に接続されている。
(Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, AC power taken into an electric car from an overhead contact line 1 via a pantograph 2 is stepped down by a transformer 3. The secondary winding of this transformer 3 is connected to a single-phase AC-DC converter 4.

この交流−直流変換器4を構成するスイッチング素子は
耐圧の高いGTOサイリスタであり、同図では逆導通形
のもので示しである。なお、交流−直流変換器4に用い
るGTOサイリスタは電車線1からのサージ電圧を考慮
して、後述する直流−交流変換器68〜6dを構成する
トランジスタの1.3倍以上の耐圧のものが使用される
The switching element constituting this AC-DC converter 4 is a GTO thyristor with high withstand voltage, and is shown as a reverse conduction type in the figure. In addition, the GTO thyristor used in the AC-DC converter 4 should have a withstand voltage 1.3 times or more that of the transistors constituting the DC-AC converters 68 to 6d, which will be described later, in consideration of the surge voltage from the overhead contact line 1. used.

上記交流−直流変換器4の直流側には、平滑コンデンサ
5を介して直流−交流変換器群6が接続されている。こ
の直流−交流変換器群6は直流−交流変換器6a〜6d
を並列接続して構成しである。
A DC-AC converter group 6 is connected to the DC side of the AC-DC converter 4 via a smoothing capacitor 5 . This DC-AC converter group 6 includes DC-AC converters 6a to 6d.
It is configured by connecting them in parallel.

直流−交流変換器68〜6dのスイッチング素子にはト
ランジスタを用い、各直流−交流変換器6a〜6dの負
荷側にはそれぞれ1台づつの誘導電動機(IM)7a〜
7dが接続されている。
Transistors are used as switching elements of the DC-AC converters 68-6d, and one induction motor (IM) 7a-7 is provided on the load side of each DC-AC converter 6a-6d.
7d is connected.

なお、交流−直流変換器4.直流−交流変換器68〜6
dは共に従来と同じ<PWM制御形のものを採用する。
Note that the AC-DC converter 4. DC-AC converter 68-6
d is the same as the conventional <PWM control type.

以下、上記実施例の作用を説明する。The operation of the above embodiment will be explained below.

まず、カ行時においては、電車線1からパンタグラフ2
を介して変圧器3の一次巻線に交流正弦波電圧が印加さ
れて正弦波電流が流れ、変圧器3の二次巻線には交流電
圧が誘導される。交流−直流変換器4はこの交流電力(
交流電圧)をPWM制御して直流電力に変換し、出力す
る。このとき、交流電源側の正弦波電流にはりプルが生
じるが。
First, when going to Ka, from tram line 1 to pantograph 2
An AC sinusoidal voltage is applied to the primary winding of the transformer 3 through the transformer 3, causing a sinusoidal current to flow, and an AC voltage is induced in the secondary winding of the transformer 3. The AC-DC converter 4 converts this AC power (
AC voltage) is PWM controlled, converted to DC power, and output. At this time, a pull occurs in the sine wave current on the AC power supply side.

交流−直流変換器4の各GTOサイリスタのスイッチン
グ周波数は2KHz以上としであるので、該リプルはわ
ずかであり、新幹線電車などのレール8の軌道回路を流
れる信号に影響を与えることはない。
Since the switching frequency of each GTO thyristor of the AC-DC converter 4 is 2 KHz or more, the ripple is slight and does not affect the signal flowing through the track circuit of the rail 8 such as a Shinkansen train.

一方、上記交流−直流変換器4からの直流電圧はコンデ
ンサ5により平滑されて直流−交流変換器68〜6dに
入力され、これら各変換器68〜6dは誘導電動機7a
〜7dを駆動する。ここで直流−交流変換器68〜6d
は、第3図に示した従来の直流−交流変換器16と同様
にPWM制御されるが、直流−交流変換器6a〜6dは
トランジスタによりそれぞれ構成されているので、従来
のGTOサイリスタにより構成された直流−交流変換器
に比較して高速のスイッチングを行うことかで゛きる。
On the other hand, the DC voltage from the AC-DC converter 4 is smoothed by the capacitor 5 and input to the DC-AC converters 68 to 6d, and each of these converters 68 to 6d is connected to the induction motor 7a.
~7d is driven. Here, DC-AC converters 68 to 6d
are PWM-controlled in the same way as the conventional DC-AC converter 16 shown in FIG. It is possible to perform high-speed switching compared to a conventional DC-AC converter.

これにより、PWMキャリアの周波数を従来に比べて高
くでき、直流−交流変換器68〜6dの高性能化を図る
ことができる。
Thereby, the frequency of the PWM carrier can be made higher than in the past, and the performance of the DC-AC converters 68 to 6d can be improved.

回生時においては、誘導電動機7a〜7dから回生され
る三相交流電力を先の直流−交流変換器である交流−直
流変換器6a〜6dにより直流電力に変換し、これらの
直流電力を先の交流−直流変換器である直流−交流変換
器4に逆変換動作させて単相交流に変換する。この逆変
換動作時においてもPWM制御が行われるので、電源側
の正弦波電流に生ずるリプルはわずかなものとなり、電
車線電流の高調波を許容値以内にすることが可能である
During regeneration, the three-phase AC power regenerated from the induction motors 7a-7d is converted into DC power by the AC-DC converters 6a-6d, which are the DC-AC converters, and these DC powers are converted into DC power. The DC-AC converter 4, which is an AC-DC converter, performs a reverse conversion operation to convert into single-phase AC. Since PWM control is performed even during this inverse conversion operation, the ripples generated in the sine wave current on the power supply side are slight, and it is possible to keep the harmonics of the overhead contact line current within a permissible value.

第2図は電車線電圧及びカ行時及び回生時における交流
−直流変換器4の交流電流(電車線電流と同様)を示す
波形図であり、電車線電流の高調波電流が低減されてい
る様子が示されている。
Fig. 2 is a waveform diagram showing the overhead line voltage and the alternating current (same as the overhead line current) of the AC-DC converter 4 during power running and regeneration, and the harmonic current of the overhead line current is reduced. The situation is shown.

なお、ここで直流−交流変換器68〜6dの負荷として
誘導電動機7を各々1台として示しであるが、直流−交
流変換器6a〜6dのトランジスタの電流容量の範囲内
であれば誘導電動機を複数台接続してもよい。
Although one induction motor 7 is shown here as the load for each of the DC-AC converters 68-6d, the induction motor can be used as long as it is within the current capacity of the transistors of the DC-AC converters 6a-6d. Multiple units may be connected.

また、上記実施例では交流−直流変換器として1台の交
流−直流変換器4を設け、これにより直流−交流変換器
6a〜6dを駆動することとしたが、直流−交流変換器
の台数に応じた台数(第1図の場合には、4台)の交流
−直流変換器を変圧器3の共通の二次巻線に並列に接続
し、各交流−直流変換器に各平滑コンデンサをそれぞれ
介して直流−交流変換器68〜6dに接続して誘導電動
機7a〜7dを駆動してもよい。
Further, in the above embodiment, one AC-DC converter 4 is provided as an AC-DC converter, and this drives the DC-AC converters 6a to 6d. The corresponding number of AC-DC converters (four in the case of Figure 1) are connected in parallel to the common secondary winding of the transformer 3, and each smoothing capacitor is connected to each AC-DC converter. The induction motors 7a to 7d may be driven by connecting to the DC-AC converters 68 to 6d via the DC/AC converters 68 to 6d.

更にご上記実施例では交流−直流変換器4として逆導通
形のもので説明したが、これを非可逆導通形とし、直流
中間回路に極性切換えスイッチを設けてもよい。
Further, in the above embodiment, the AC-DC converter 4 is of a reverse conduction type, but it may be of an irreversible conduction type, and a polarity changeover switch may be provided in the DC intermediate circuit.

(発明の効果) 本発明では、電車線側のPWM制御形交流−直流変換器
のスイッチング素子として高周波GTOサイリスタを、
電動機側のPWM制御形直流流変換器のスイッチング素
子としてトランジスタを採用すると共に、前記GTOサ
イリスタの耐圧を前記トランジスタの耐圧の1.3倍以
上としたので。
(Effects of the Invention) In the present invention, a high frequency GTO thyristor is used as a switching element of a PWM controlled AC-DC converter on the overhead contact line side.
A transistor is used as the switching element of the PWM control DC converter on the motor side, and the breakdown voltage of the GTO thyristor is set to be 1.3 times or more the breakdown voltage of the transistor.

1)GTOサイリスタ形に比べて低価格のトランジスタ
式直流−交流変換器を採用できるため、主回路システム
全体のコストを低下させることができる 2)電動機側の直流−交流変換器としてGTOサイリス
タに比べてスイッチング周波数が数倍高いトランジスタ
形のものを採用できるので、PWM周波数を従来に比べ
て高くすることができ、直流−交流変換器の高性能化が
図れる 3)電車線側の交流−直流変換器、電動機側の直流−交
流変換器が共にGTOサイリスタ形である従来の主回路
システムと同様に、電車線に有害な高調波が発生するこ
とがない 等の効果を有する。
1) It is possible to use a transistor-type DC-AC converter that is lower in price than the GTO thyristor type, which reduces the cost of the entire main circuit system. 2) It is possible to use a transistor-type DC-AC converter that is lower in price than the GTO thyristor type, reducing the cost of the entire main circuit system. 2) Compared to the GTO thyristor as a DC-AC converter on the motor side 3) AC-DC conversion on the contact line side Similar to the conventional main circuit system in which both the DC-AC converter on the power line and the motor side are of the GTO thyristor type, this system has the advantage that harmful harmonics are not generated on the overhead contact line.

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

第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は第1
図の実施例における電車線電圧及び電車線電流(交流−
直流変換器の交流電流波形)を示す波形図、第3図は従
来例を示す回路図、第4図は第3図の回路における電車
線電圧・電流及び各交流−直流変換器の交流電流を示す
波形図、第5図は第313!の主回路に対応した一般産
業用の電力変換システムを示す回路図である。 1・・・電車線、2・・・パンタグラフ、3・・・変圧
器、4・・・交流−直流変換器、5・・・平滑コンデン
サ、6・・・直流−交流変換器群、 6a〜6a・・・直流−交流変換器、 78〜7d・・・誘導電動機
Fig. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
The overhead line voltage and overhead line current (AC-
Figure 3 is a circuit diagram showing a conventional example, and Figure 4 shows the overhead line voltage and current in the circuit of Figure 3 and the AC current of each AC-DC converter. The waveform diagram shown in Figure 5 is 313! 1 is a circuit diagram showing a general industrial power conversion system compatible with the main circuit of FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Tramway line, 2... Pantograph, 3... Transformer, 4... AC-DC converter, 5... Smoothing capacitor, 6... DC-AC converter group, 6a~ 6a...DC-AC converter, 78-7d...Induction motor

Claims (1)

【特許請求の範囲】 交流電力を電車線を介して電気車に取り込み、この交流
電力を変圧器を介してPWM制御形交流−直流変換器に
より直流電力に変換し、この直流電力を直流中間回路を
介した後PWM制御形直流−交流変換器により交流電力
に変換し、この交流電力により交流電動機を駆動する交
流電動機駆動交流電気車主回路システムにおいて、 前記交流−直流変換器のスイッチング素子をGTOサイ
リスタとすると共に、前記直流−交流変換器のスイッチ
ング素子をトランジスタとし、前記GTOサイリスタの
耐圧を前記トランジスタの耐圧の1.3倍以上とし、か
つ前記交流−直流変換器を非多重とすることを特徴とす
る交流電動機駆動交流電気車主回路システム。
[Scope of Claims] AC power is taken into an electric car via an overhead contact line, this AC power is converted to DC power by a PWM controlled AC-DC converter via a transformer, and this DC power is transferred to a DC intermediate circuit. In an AC motor drive AC electric vehicle main circuit system in which the AC power is converted into AC power by a PWM controlled DC-AC converter and the AC motor is driven by the AC motor, the switching element of the AC-DC converter is replaced with a GTO thyristor. In addition, the switching element of the DC-AC converter is a transistor, the withstand voltage of the GTO thyristor is 1.3 times or more the withstand voltage of the transistor, and the AC-DC converter is non-multiplexed. An AC electric vehicle main circuit system driven by an AC motor.
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