JPH0556661A - 交流電気車制御装置 - Google Patents

交流電気車制御装置

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JPH0556661A
JPH0556661A JP3211803A JP21180391A JPH0556661A JP H0556661 A JPH0556661 A JP H0556661A JP 3211803 A JP3211803 A JP 3211803A JP 21180391 A JP21180391 A JP 21180391A JP H0556661 A JPH0556661 A JP H0556661A
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charging
charging circuit
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semiconductor switch
electric vehicle
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Tomoyoshi Makino
友由 牧野
Atsushi Yajima
敦 矢島
Ikuo Yasuoka
育雄 安岡
Rei Miyazaki
玲 宮崎
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Toshiba Transport Engineering Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流電気車制御装置の主回路のメンテナンス
フリー化を図る。 【構成】 起動時に平滑コンデンサを充電する際には、
第1の充電回路、第2の充電回路各々において、無接点
スイッチである逆阻止形半導体スイッチのオンオフ制御
により平滑コンデンサに流れる電流量を制御し、大電流
がこの平滑コンデンサに流れるのを防止することができ
る。また、各充電回路において、逆阻止形半導体スイッ
チと共に充電抵抗器を挿入することによって、この半導
体スイッチのオン時に流れる大電流をさらに抑制するこ
とができ、平滑コンデンサ充電時の大電流の流れをいっ
そう確実に抑制することができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、交流電気車制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】交流架線から交流電力を取り込み、直流
に変換して電気車両を駆動する交流電気車制御装置とし
て、従来、図4に示す構成のものが知られている。
【0003】この従来の交流電気車制御装置は、PWM
コンバータ・VVVFインバータシステムを備えたもの
であり、パンタグラフ1、このパンタグラフ1によって
受電された高圧交流を変圧するためにパンタグラフ1と
車輪3との間に設けられた主変圧器3、有接点の交流接
触器4−1,4−2;5−1,5−2、大容量平滑コン
デンサの充電時の過電流を防止するための充電抵抗6−
1,6−2、単相入力PWMコンバータ6−1,6−
2、大容量の平滑コンデンサ7−1,7−2、3相出力
VVVFインバータ9−1〜9−4、およびこれらのV
VVFインバータによって駆動される誘導電動機10−
1〜10−4から構成されている。
【0004】ここで、平滑コンデンサ7−1,7−2の
充電用の接触器5−1,5−2および抵抗器6−1,6
−2の作用について説明すると、一般に、コンデンサを
直流電圧で充電する際、充電電源とコンデンサとの間に
インピーダンスがなければ充電開始時に大電流が流れ、
各機器に損傷を与える恐れがある。ところが、装置の起
動時には大容量の平滑コンデンサ7−1,7−2を充電
する必要があるために、大電流が流れる恐れがある。そ
こで、平滑コンデンサ7−1,7−2を充電する際に
は、充電電流抑制用の充電抵抗6−1,6−2を接続し
たコンデンサ充電用の接触器5−1,5−2を閉じて平
滑コンデンサ7−1,7−2に充電を開始し、平滑コン
デンサ7−1,7−2の両端電圧がある一定値に達した
後に、接触器4−1,4−2を閉じ、コンバータ8−
1,8−2とインバータ9−1〜9−4の制御を開始す
るのである。
【0005】そして、PWMコンバータ6−1,6−2
は平滑コンデンサ7−1,7−2それぞれの電圧が一定
となるようにコンバータ入力電流を制御し、VVVFイ
ンバータ9−1〜9−4それぞれは、誘導電動機10−
1〜10−4を可変電圧可変周波数出力でトルク制御す
る。
【0006】なお、コンバータ、インバータを2群に分
け、それぞれ独立に制御するようにしているのは、一方
の群に属する装置の一部分が故障した場合に、故障した
群のみを開放し、正常な群に属する電動機によって引き
続き運転を続行するようにして、故障発生時の電動機出
力の低減を最小限に抑えるためである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の交流電気車制御装置では、主変圧器の2次巻き線
側に接続する接触器を有接点のものとしているため、そ
のメンテナンスに労力と手間がかかる問題点があった。
【0008】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、主変圧器の2次巻き線側に接続する
充電抵抗用の交流接触器を無接点化することによってメ
ンテナンスフリー化が図れる交流電気車制御装置を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、単相交流電
力を入力し、少なくとも2次側に2巻き線を有する主変
圧器に対して、その巻き線各々にスイッチング素子と逆
並列ダイオードをブリッジ接続したコンバータを介して
大容量平滑コンデンサを接続した交流−直流変換器を有
する交流電気車制御装置において、前記主変圧器の2次
巻き線出力の少なくとも1つに、有接点スイッチと逆阻
止形半導体スイッチを並列に接続した前記平滑コンデン
サの第1の充電回路を挿入し、前記主変圧器の2次巻き
線出力の残りのうち前記第1の充電回路が挿入されてい
る巻き線と同数だけの巻き線出力に対して、有接点スイ
ッチと逆阻止形半導体スイッチを並列に接続した前記平
滑コンデンサの第2の充電回路を前記第1の充電回路と
極性が逆になるようにして挿入したものである。
【0010】また、上記の交流電気車制御装置におい
て、第1の充電回路、第2の充電回路各々の逆阻止形半
導体スイッチ側に前記平滑コンデンサ各々に対する充電
抵抗器を直列に挿入することができる。
【0011】
【作用】この発明の交流電気車制御装置では、起動時に
平滑コンデンサを充電する際には、第1の充電回路、第
2の充電回路各々において、無接点スイッチである逆阻
止形半導体スイッチのオンオフ制御により平滑コンデン
サに流れる電流量を制御し、大電流がこの平滑コンデン
サに流れるのを防止することができる。
【0012】また、各充電回路において、逆阻止形半導
体スイッチと共に充電抵抗器を挿入することによって、
この半導体スイッチのオン時に流れる大電流をさらに抑
制することができ、平滑コンデンサ充電時の大電流の流
れをいっそう確実に抑制することができるようになる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。
【0014】図1はこの発明の一実施例を示しており、
この実施例においては、図4に示した従来例の回路構成
と共通する部分には同一の符号を付して示してある。こ
の実施例の交流電気車制御装置は、従来例と同様に、パ
ンタグラフ1によって受電する高圧交流電源を主変圧器
3によって変圧し、この主変圧器3の2つの2次巻き線
の一方に、第1の充電回路を構成するように有接点スイ
ッチとしての交流接触器4−1と、これに並列になるよ
うに充電抵抗用交流接触器の役割をなすためにサイリス
タのような逆阻止形半導体スイッチ11−1が挿入され
ている。
【0015】そして、主変圧器3の他方の2次巻き線
に、第2の充電回路を構成するように有接点スイッチと
しての交流接触器4−2と、これに並列になるようにサ
イリスタのような逆阻止形半導体スイッチ11−2が挿
入されており、この第2の充電回路の逆阻止形半導体ス
イッチ11−2は、平滑コンデンサ7−1,7−2の偏
磁を防止するために、第1の充電回路の逆阻止形半導体
スイッチ11−1に対して逆極性となるように接続され
ている。
【0016】そして、これらの逆阻止形半導体スイッチ
11−1,11−2各々のゲートは、ゲート制御回路1
2によって位相制御され、平滑コンデンサ7−1,7−
2各々に与える電流量を制御するようになっている。
【0017】次に、上記の構成の交流電気車制御装置の
動作について説明する。
【0018】図2に示すように、平滑コンデンサ7−
1,7−2各々を充電する時には、主回路の起動時Aよ
り、逆阻止形半導体スイッチ11−1,11−2をゲー
ト制御回路12によって交流入力電源に同期した位相制
御を行なう。この位相制御は、徐々に位相角を広げてゆ
き、平滑コンデンサ7−1,7−2の両端にかかる電圧
の瞬時的変化を制限しながら充電を行なう。この制御に
よって、平滑コンデンサ7−1,7−2の充電開始時の
瞬間的な大電流を防止し、装置を保護する。
【0019】そして、平滑コンデンサ7−1,7−2の
両端電圧が所定の値に達し、充電が完了するB点になれ
ば、逆阻止形半導体スイッチ11−1,11−2の位相
制御を中止すると同時に、有接点スイッチである交流接
触器4−1,4−2を共に閉じ、VVVFインバータ9
−1〜9−4の動作準備に入る。
【0020】以後、PWMコンバータ8−1,8−2、
VVVFインバータ9−1〜9−4は制御を開始し、主
変圧器3より入力された交流電源は、コンバータ8−
1,8−2およびインバータ9−1〜9−4によって3
相交流電力に変換され、誘導電動機10−1〜10−4
を駆動する。
【0021】ここで、コンデンサ充電用の逆阻止形半導
体スイッチ11−1,11−2を逆極性にすることによ
って、主変圧器3の偏磁現象が防止される。つまり、第
1の充電回路の半導体スイッチ11−1による平滑コン
デンサ7−1の充電は、主変圧器3より入力される交流
電源の正の半波整流による充電であるために、主変圧器
3に偏磁現象を与えてしまう場合があるが、第2の充電
回路の半導体スイッチ11−2を第1の充電回路の半導
体スイッチ11−1と逆極性とし、負の半波整流により
充電することにより、主変圧器3の偏磁を抑えることが
できるのである。
【0022】なお、コンデンサ充電用の逆阻止形半導体
スイッチ11−1,11−2により制御する電流は、平
滑コンデンサ7−1,7−2の充電開始時には通常運転
中の電流値を上回ることがあるが、充電に要する短時間
の間のみの通電であるために高熱を持つことがなく、こ
のため、半導体スイッチ11−1,11−2の定格はコ
ンバータまたはインバータを構成する素子の定格と比べ
て小さなものを使用することができ、大がかりな素子冷
却機構が不要となる。
【0023】図3は、この発明の他の実施例の回路構成
を示している。この第2の実施例は、第1の充電回路、
第2の充電回路それぞれに、逆素子形半導体スイッチ1
1−1,11−2と共に、これと直列になるように充電
抵抗13−1,13−2を設けたことを特徴とする。な
お、この実施例の場合には、平滑コンデンサ7を1つに
し、VVVFインバータ9も1つにして回路構成を簡単
にしているが、これを第1実施例と同様の構成とするこ
とも可能である。
【0024】そして、このようにして充電抵抗13−
1,13−2を挿入することにより、平滑コンデンサ7
の充電開始時に半導体スイッチ11−1,11−2のゲ
ートが開かれた際に瞬間的に流れる電流をさらに確実に
抑制することができるようになり、主回路の安全性が向
上することになる。
【0025】なお、この発明は上記の実施例に限定され
ることはなく、特に主変圧器3の2次巻き線が3以上の
複数個ある場合には、第1の充電回路と第2の充電回路
とを同数ずつ挿入することによって同様の作用効果を得
ることができる。また、逆素子形半導体スイッチはサイ
リスタに限定されることはなく、同様の特性を備えた他
の半導体スイッチ素子を利用することもできる。
【0026】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、主変圧
器の2次側の2次巻き線各々に主回路起動時の平滑コン
デンサの充電回路に無接点スイッチである逆素子形半導
体スイッチを挿入し、この半導体スイッチのゲートを制
御することによって平滑コンデンサへの充電電流を制御
するようにしているため、従来のように有接点スイッチ
によって平滑コンデンサ充電時の電流制御を行なうよう
にしたものに比べて装置の小型化が図れ、メンテナンス
フリー化が可能となる。
【0027】また、各充電回路の逆素子形半導体スイッ
チと直列に充電抵抗器を挿入することによって、平滑コ
ンデンサの充電時に流れる電流が過大になることをさら
に確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の回路ブロック図。
【図2】上記実施例における逆素子形半導体スイッチの
動作を示す波形図。
【図3】この発明の他の実施例の回路ブロック図。
【図4】従来例の回路ブロック図。
【符号の説明】
1 パンタグラフ 2 車輪 3 主変圧器 4−1,4−2 交流接触器 7,7−1,7−2 平滑コンデンサ 8,8−1,8−2 PWMコンバータ 9,9−1〜9−4 VVVFインバータ 10−1〜10−4 誘導電動機 11−1,11−2 逆素子形半導体スイッチ 12 ゲート制御回路 13−1,13−2 充電抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢島 敦 東京都府中市東芝町1番地 東芝トランス ポートエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 安岡 育雄 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 宮崎 玲 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単相交流電力を入力し、少なくとも2次
    側に2巻き線を有する主変圧器に対して、その巻き線各
    々にスイッチング素子と逆並列ダイオードをブリッジ接
    続したコンバータを介して大容量平滑コンデンサを接続
    した交流−直流変換器を有する交流電気車制御装置にお
    いて、 前記主変圧器の2次巻き線出力の少なくとも1つに、有
    接点スイッチと逆阻止形半導体スイッチを並列に接続し
    た前記平滑コンデンサの第1の充電回路を挿入し、 前記主変圧器の2次巻き線出力の残りのうち前記第1の
    充電回路が挿入されている巻き線と同数だけの巻き線出
    力に対して、有接点スイッチと逆阻止形半導体スイッチ
    を並列に接続した前記平滑コンデンサの第2の充電回路
    を前記第1の充電回路と極性が逆になるようにして挿入
    して成ることを特徴とする交流電気車制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の交流電気車制御装置に
    おいて、 第1の充電回路、第2の充電回路各々の逆阻止形半導体
    スイッチ側に前記平滑コンデンサ各々に対する充電抵抗
    器を直列に挿入したことを特徴とする交流電気車制御装
    置。
JP3211803A 1991-08-23 1991-08-23 交流電気車制御装置 Expired - Lifetime JP2980426B2 (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5751050A (en) * 1995-10-25 1998-05-12 Nec Corporation Semiconductor device having a polysilicon resistor element with increased stability and method of fabricating same
JP2003199394A (ja) * 1994-03-09 2003-07-11 Hitachi Koki Co Ltd 遠心機用モータの制御装置
JP2014222956A (ja) * 2013-05-13 2014-11-27 パナソニック株式会社 パワーコンディショナ
KR101478081B1 (ko) * 2013-02-27 2014-12-31 현대로템 주식회사 Ac/dc 겸용 전동차의 추진제어시스템 및 이를 포함하는 전동차
KR20160003906A (ko) * 2014-07-01 2016-01-12 현대중공업 주식회사 개별 견인력 제어를 위한 고속 전철용 1c1m 추진 제어 장치

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