JPH07236202A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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- JPH07236202A JPH07236202A JP6023949A JP2394994A JPH07236202A JP H07236202 A JPH07236202 A JP H07236202A JP 6023949 A JP6023949 A JP 6023949A JP 2394994 A JP2394994 A JP 2394994A JP H07236202 A JPH07236202 A JP H07236202A
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- JP
- Japan
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- reactor
- converter
- power
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】交流・直流切換スイッチ２により、交流区間で
は、パンタグラフ１および車輪３の間に供給される交流
電圧を、変圧器４で降圧し、順変換器５で整流を行い、
力行・回生切換スイッチ６を介して、フィルタリアクト
ル７１およびフィルタコンデンサ７２で構成されるフィ
ルタ回路７に直流電圧を供給する。一方、直流区間で
は、パンタグラフ１および車輪３の間に供給される直流
電圧は、補助リアクトル１１を介してフィルタ回路７に
供給する。 【効果】フィルタリアクトルのインダクタンス値を、交
流区間では高調波を最も低減する値、直流区間では軌道
回路との非干渉化に適した値と、目的に適合した値にそ
れぞれ独立に設定できる。
は、パンタグラフ１および車輪３の間に供給される交流
電圧を、変圧器４で降圧し、順変換器５で整流を行い、
力行・回生切換スイッチ６を介して、フィルタリアクト
ル７１およびフィルタコンデンサ７２で構成されるフィ
ルタ回路７に直流電圧を供給する。一方、直流区間で
は、パンタグラフ１および車輪３の間に供給される直流
電圧は、補助リアクトル１１を介してフィルタ回路７に
供給する。 【効果】フィルタリアクトルのインダクタンス値を、交
流区間では高調波を最も低減する値、直流区間では軌道
回路との非干渉化に適した値と、目的に適合した値にそ
れぞれ独立に設定できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気車両を駆動する電力
変換装置に関する。
変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術は、特開平3−89844号公報の
図２に記載の交直両用電気車の電力変換装置があげられ
る。コンバータとインバータが接続され、交流区間では
コンバータがインバータに電力を供給する。また、直流
区間では架線からリアクトル等を介して、直接インバー
タに電力が与えられる。
図２に記載の交直両用電気車の電力変換装置があげられ
る。コンバータとインバータが接続され、交流区間では
コンバータがインバータに電力を供給する。また、直流
区間では架線からリアクトル等を介して、直接インバー
タに電力が与えられる。
【０００３】本公報では、コンバータに使用する素子を
特定してはいないが、サイリスタやダイオードのような
自己消弧能力のない素子を使う場合、コンバータとコン
デンサの間にリアクトルがないため、重なり期間やバイ
パス期間で直流側回路に過大電流が発生するという問題
が発生する。また、ＧＯＴやＩＧＢＴ等の自己消弧素子
を使用する場合、素子の最大電圧，最大電流に上限があ
り、かつこれらが自己消弧能力のない素子に比べ一般に
小さいために、十分な電力を得ることができないという
問題が発生する。また、コンバータを多重構成とするこ
とにより出力電力を増大することまできるが、重量およ
び価格の上昇という問題が発生する。
特定してはいないが、サイリスタやダイオードのような
自己消弧能力のない素子を使う場合、コンバータとコン
デンサの間にリアクトルがないため、重なり期間やバイ
パス期間で直流側回路に過大電流が発生するという問題
が発生する。また、ＧＯＴやＩＧＢＴ等の自己消弧素子
を使用する場合、素子の最大電圧，最大電流に上限があ
り、かつこれらが自己消弧能力のない素子に比べ一般に
小さいために、十分な電力を得ることができないという
問題が発生する。また、コンバータを多重構成とするこ
とにより出力電力を増大することまできるが、重量およ
び価格の上昇という問題が発生する。
【０００４】これを解決する技術として、特開平4−271
204 号公報の図２に記載の交直両用電気車の電力変換装
置があげられる。ここで、コンバータは自己消弧能力の
ない素子で構成されるため、比較的大容量を実現しやす
い。コンバータとコンデンサの間にリアクトルを設けて
いるために、直流側回路の短絡のような問題も生じな
い。この技術では、直流区間と交流区間の両方で前述の
リアクトルを使用する。
204 号公報の図２に記載の交直両用電気車の電力変換装
置があげられる。ここで、コンバータは自己消弧能力の
ない素子で構成されるため、比較的大容量を実現しやす
い。コンバータとコンデンサの間にリアクトルを設けて
いるために、直流側回路の短絡のような問題も生じな
い。この技術では、直流区間と交流区間の両方で前述の
リアクトルを使用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図４に、特開平4−271
204 号公報の図２に記載の技術と同様に、直流区間と交
流区間の両方でフィルタリアクトルを使用する交直両用
電気車の電力変換装置を示す。図４において、パンタグ
ラフ１および車輪３から供給される電力を、交流・直流
切換スイッチ２により、交流区間では、変圧器４，サイ
リスタ５１，５２，５３，５４で構成される順変換器
（コンバータ）５、および力行・回生切換スイッチ６を
介して、フィルタリアクトル７１およびフィルタコンデ
ンサ７２で構成されるフィルタ回路７に供給する。一
方、直流区間では、交流・直流切換スイッチ２から直接
フィルタ回路７に電力を供給する。逆変換器（インバー
タ）８は、フィルタコンデンサ７２の直流電圧を可変周
波数，可変電圧の交流電圧に変換し、電動機９を所定の
速度，トルクで駆動する。
204 号公報の図２に記載の技術と同様に、直流区間と交
流区間の両方でフィルタリアクトルを使用する交直両用
電気車の電力変換装置を示す。図４において、パンタグ
ラフ１および車輪３から供給される電力を、交流・直流
切換スイッチ２により、交流区間では、変圧器４，サイ
リスタ５１，５２，５３，５４で構成される順変換器
（コンバータ）５、および力行・回生切換スイッチ６を
介して、フィルタリアクトル７１およびフィルタコンデ
ンサ７２で構成されるフィルタ回路７に供給する。一
方、直流区間では、交流・直流切換スイッチ２から直接
フィルタ回路７に電力を供給する。逆変換器（インバー
タ）８は、フィルタコンデンサ７２の直流電圧を可変周
波数，可変電圧の交流電圧に変換し、電動機９を所定の
速度，トルクで駆動する。
【０００６】図４の構成において、交流区間にて直流電
流Ｉｄを一定としたときの、フィルタリアクトル７１の
インダクタンス値と、入力電流Ｉｐに含まれる高調波電
流Ｉｐｈの関係を図２に示す。
流Ｉｄを一定としたときの、フィルタリアクトル７１の
インダクタンス値と、入力電流Ｉｐに含まれる高調波電
流Ｉｐｈの関係を図２に示す。
【０００７】高調波電流Ｉｐｈの傾向は、フィルタリア
クトル７１のインダクタンス値Ｌに大きく依存する。イ
ンダクタンス値Ｌが比較的小さく、直流電流Ｉｄが断続
状態となる場合には、インダクタンス値Ｌが大きいほ
ど、高調波電流Ｉｐｈは減少する。また、インダクタン
ス値Ｌが比較的大きく、直流電流Ｉｄが連続状態となる
場合には、インダクタンス値Ｌが大きいほど、高調波電
流Ｉｐｈは増加する。従って、直流電流Ｉｄが連続状態
と断続状態の境界になるような値(図２のＬｄ１)にフィ
ルタリアクトル７１のインダクタンス値を設定すると、
高調波を最も低減することができる。
クトル７１のインダクタンス値Ｌに大きく依存する。イ
ンダクタンス値Ｌが比較的小さく、直流電流Ｉｄが断続
状態となる場合には、インダクタンス値Ｌが大きいほ
ど、高調波電流Ｉｐｈは減少する。また、インダクタン
ス値Ｌが比較的大きく、直流電流Ｉｄが連続状態となる
場合には、インダクタンス値Ｌが大きいほど、高調波電
流Ｉｐｈは増加する。従って、直流電流Ｉｄが連続状態
と断続状態の境界になるような値(図２のＬｄ１)にフィ
ルタリアクトル７１のインダクタンス値を設定すると、
高調波を最も低減することができる。
【０００８】フィルタ回路７の共振周波数は次式で表せ
る。
る。
【０００９】
【数１】
【００１０】フィルタコンデンサ７２の容量Ｃｄを一定
とした場合の、フィルタ回路７の共振周波数Ｆｒを図３
に示す。インダクタンス値Ｌが増加すると、共振周波数
Ｆｒは低下する。
とした場合の、フィルタ回路７の共振周波数Ｆｒを図３
に示す。インダクタンス値Ｌが増加すると、共振周波数
Ｆｒは低下する。
【００１１】フィルタ回路７の共振周波数は、直流区間
の軌道回路に干渉しないように、軌道回路信号の周波数
から十分離れた周波数Ｆｒ０以下に設定する必要がある
ため、フィルタリアクトル７１のインダクタンス値を図
示のＬｄ′以上とする必要がある。
の軌道回路に干渉しないように、軌道回路信号の周波数
から十分離れた周波数Ｆｒ０以下に設定する必要がある
ため、フィルタリアクトル７１のインダクタンス値を図
示のＬｄ′以上とする必要がある。
【００１２】このため、回路定数にも依存するが、図２
及び図３の特性になる場合、入力電流高調波Ｉｐｈを図
２中のＩｐｈ０以下に低減できないといった問題が生じ
た。
及び図３の特性になる場合、入力電流高調波Ｉｐｈを図
２中のＩｐｈ０以下に低減できないといった問題が生じ
た。
【００１３】
【課題を解決するための手段】直流区間と交流区間で、
フィルタリアクトルのインダクタンス値を変える手段を
設ける。
フィルタリアクトルのインダクタンス値を変える手段を
設ける。
【００１４】
【作用】フィルタリアクトルのインダクタンス値を、交
流区間では入力電流高調波を低減するように、直流区間
ではフィルタ共振周波数が一定値以下となるように独立
に設定できる。
流区間では入力電流高調波を低減するように、直流区間
ではフィルタ共振周波数が一定値以下となるように独立
に設定できる。
【００１５】
【実施例】本発明の代表的な実施例を図１に示す。
【００１６】交流・直流切換スイッチ２は、交流区間で
はＡＣ側、直流区間ではＤＣ側に接続される。これによ
り、交流区間では、パンタグラフ１および車輪３の間に
供給される交流電圧を、変圧器４で降圧し、サイリスタ
５１，５２，５３，５４で構成される順変換器５で整流
を行い、力行・回生切換スイッチ６を介して、フィルタ
リアクトル７１およびフィルタコンデンサ７２で構成さ
れるフィルタ回路７に直流電圧を供給する。力行・回生
切換スイッチ６は、交流区間で回生運転を行わない場
合、省略することができる。
はＡＣ側、直流区間ではＤＣ側に接続される。これによ
り、交流区間では、パンタグラフ１および車輪３の間に
供給される交流電圧を、変圧器４で降圧し、サイリスタ
５１，５２，５３，５４で構成される順変換器５で整流
を行い、力行・回生切換スイッチ６を介して、フィルタ
リアクトル７１およびフィルタコンデンサ７２で構成さ
れるフィルタ回路７に直流電圧を供給する。力行・回生
切換スイッチ６は、交流区間で回生運転を行わない場
合、省略することができる。
【００１７】一方、直流区間では、パンタグラフ１およ
び車輪３の間に供給される直流電圧は、補助リアクトル
１１を介してフィルタ回路７に供給される。逆変換器８
は、フィルタコンデンサ７２の直流電圧を可変周波数，
可変電圧の交流電圧に変換し、電動機９を所定の速度，
トルクで駆動する。
び車輪３の間に供給される直流電圧は、補助リアクトル
１１を介してフィルタ回路７に供給される。逆変換器８
は、フィルタコンデンサ７２の直流電圧を可変周波数，
可変電圧の交流電圧に変換し、電動機９を所定の速度，
トルクで駆動する。
【００１８】ここで交流区間でのインダクタンス値をＬ
ａｃ，直流区間でのインダクタンス値をＬｄｃ，フィル
タリアクトルのインダクタンス値をＬｄ，補助リアクト
ルのインダクタンス値をＬｂとすると、次式のようにな
る。
ａｃ，直流区間でのインダクタンス値をＬｄｃ，フィル
タリアクトルのインダクタンス値をＬｄ，補助リアクト
ルのインダクタンス値をＬｂとすると、次式のようにな
る。
【００１９】
【数２】 Ｌａｃ＝Ｌｄ …（数２）
【００２０】
【数３】 Ｌｄｃ＝Ｌｄ＋Ｌｂ …（数３） 従って、交流区間でのインダクタンス値Ｌａｃを、Ｌｄ
１に等しくなるように設定すると、高調波を最も低減で
きる。また、直流区間でのインダクタンス値ＬｄｃをＬ
ｄ０となるように設定すると、軌道回路への干渉を防
ぎ、フィルタ回路の軽量化を図ることができる。
１に等しくなるように設定すると、高調波を最も低減で
きる。また、直流区間でのインダクタンス値ＬｄｃをＬ
ｄ０となるように設定すると、軌道回路への干渉を防
ぎ、フィルタ回路の軽量化を図ることができる。
【００２１】以上から、フィルタリアクトル７１の最適
なインダクタンス値Ｌｄ、および補助リアクトル１１の
最適なインダクタンス値Ｌｂは、それぞれ次式で表すこ
とができる。
なインダクタンス値Ｌｄ、および補助リアクトル１１の
最適なインダクタンス値Ｌｂは、それぞれ次式で表すこ
とができる。
【００２２】
【数４】 Ｌｄ＝Ｌｄ１ …（数４）
【００２３】
【数５】 Ｌｂ＝Ｌｄ０−Ｌｄ１ …（数５） このようにして、交流区間での高調波低減と、直流区間
での軌道回路への非干渉化の両方を実現できる。
での軌道回路への非干渉化の両方を実現できる。
【００２４】本発明の第二の実施例を図５に示す。ここ
では、補助リアクトルが設置されず、また通常のフィル
タリアクトルの代わりにタップ付きリアクトル７３を用
いている。タップ付きリアクトル７３のタップ端子と、
一方の出力端子間は短絡スイッチ１２で短絡されてい
る。交流区間ではこの短絡スイッチ１２を閉じ、直流区
間では開いて、それぞれの状態におけるインダクタンス
値を数２，数３におけるＬａｃおよびＬｄｃに等しくな
るよう設定すると、図１の実施例と同じ効果が得られ
る。
では、補助リアクトルが設置されず、また通常のフィル
タリアクトルの代わりにタップ付きリアクトル７３を用
いている。タップ付きリアクトル７３のタップ端子と、
一方の出力端子間は短絡スイッチ１２で短絡されてい
る。交流区間ではこの短絡スイッチ１２を閉じ、直流区
間では開いて、それぞれの状態におけるインダクタンス
値を数２，数３におけるＬａｃおよびＬｄｃに等しくな
るよう設定すると、図１の実施例と同じ効果が得られ
る。
【００２５】本発明の第三の実施例を図６に示す。図５
と同様の構成であるが、短絡スイッチはない。タップ付
きリアクトル７３のタップ端子が力行・回生切換スイッ
チ６を介し順変換器５に、また、一方の端子が交流・直
流切換スイッチ２の直流側端子に接続される。タップ付
きリアクトル７３のインダクタンス値を図５の場合と同
様に設定することにより、図５と同様の効果が得られ
る。また、短絡スイッチを省略できるため、機器重量，
コストの低下にも役立つ。
と同様の構成であるが、短絡スイッチはない。タップ付
きリアクトル７３のタップ端子が力行・回生切換スイッ
チ６を介し順変換器５に、また、一方の端子が交流・直
流切換スイッチ２の直流側端子に接続される。タップ付
きリアクトル７３のインダクタンス値を図５の場合と同
様に設定することにより、図５と同様の効果が得られ
る。また、短絡スイッチを省略できるため、機器重量，
コストの低下にも役立つ。
【００２６】以上の説明では、順変換器５はサイリスタ
５１，５２，５３，５４で構成される純ブリッジとした
が、これらの一部、あるいは全部をダイオードとした混
合ブリッジ構成としても本発明の技術を適用できる。ま
た、順変換器５を一段構成として記述したが、これを多
段構成としても本発明の技術を適用できる。
５１，５２，５３，５４で構成される純ブリッジとした
が、これらの一部、あるいは全部をダイオードとした混
合ブリッジ構成としても本発明の技術を適用できる。ま
た、順変換器５を一段構成として記述したが、これを多
段構成としても本発明の技術を適用できる。
【００２７】
【発明の効果】フィルタリアクトルのインダクタンス値
を交流区間と直流区間で独立に設定可能なため、交流区
間での入力電流高調波の低減と、直流区間での軌道回路
信号への非干渉化の両方を実現できる。
を交流区間と直流区間で独立に設定可能なため、交流区
間での入力電流高調波の低減と、直流区間での軌道回路
信号への非干渉化の両方を実現できる。
【図１】本発明の一実施例を示す回路図。
【図２】フィルタリアクトルのインダクタンス値と交流
電流高調波成分の関係を示す特性図。
電流高調波成分の関係を示す特性図。
【図３】フィルタリアクトルのインダクタンス値とフィ
ルタ共振周波数の関係を示す特性図。
ルタ共振周波数の関係を示す特性図。
【図４】直流区間と交流区間で同一のフィルタリアクト
ルを用いる回路図。
ルを用いる回路図。
【図５】本発明の第二の実施例を示す回路図。
【図６】本発明の第三の実施例を示す回路図。
１…パンタグラフ、２…交流・直流切換スイッチ、３…
車輪、４…変圧器、５…順変換器、６…力行・回生切換
スイッチ、７…フィルタ回路、８…逆変換器、９…電動
機、１１…補助リアクトル、５１〜５４…サイリスタ、
７１…フィルタリアクトル、７２…フィルタコンデン
サ。
車輪、４…変圧器、５…順変換器、６…力行・回生切換
スイッチ、７…フィルタ回路、８…逆変換器、９…電動
機、１１…補助リアクトル、５１〜５４…サイリスタ、
７１…フィルタリアクトル、７２…フィルタコンデン
サ。
Claims (4)
- 【請求項１】直流・交流切換スイッチと，交流から直流
に電力を変換する順変換器と，フィルタリアクトルと，
フィルタコンデンサと，直流から交流に電力を変換する
逆変換器と，電動機とを含む電気車用電力変換装置にお
いて、直流区間と交流区間でフィルタリアクトルの値を
変える手段を設けたことを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項２】直流・交流切換スイッチと，交流から直流
に電力を変換する順変換器と，フィルタリアクトルと，
フィルタコンデンサと，直流から交流に電力を変換する
逆変換器と，電動機とを含む電気車用電力変換装置にお
いて、前記直流・交流切換スイッチと前記フィルタリア
クトルの間にリアクトルを挿入したことを特徴とする電
力変換装置。 - 【請求項３】直流・交流切換スイッチと，交流から直流
に電力を変換する順変換器と，フィルタリアクトルと，
フィルタコンデンサと，直流から交流に電力を変換する
逆変換器と，電動機とを含む電気車用電力変換装置にお
いて、前記フィルタリアクトルにタップを設け、前記タ
ップと前記フィルタリアクトルの端子のうちの一つの間
に短絡スイッチを設けたことを特徴とする電力変換装
置。 - 【請求項４】直流・交流切換スイッチと，交流から直流
に電力を変換する順変換器と，フィルタリアクトルと，
フィルタコンデンサと，直流から交流に電力を変換する
逆変換器と，電動機とを含む電気車用電力変換装置にお
いて、前記フィルタリアクトルにタップを設け、前記フ
ィルタリアクトルの端子を前記直流・交流切換スイッチ
に接続し、前記タップを前記順変換器に接続したことを
特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023949A JPH07236202A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023949A JPH07236202A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07236202A true JPH07236202A (ja) | 1995-09-05 |
Family
ID=12124808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6023949A Pending JPH07236202A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07236202A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1052136A1 (de) * | 1999-05-11 | 2000-11-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Einspeiseschaltung für Mehrsystemtriebzüge |
| CN103754123A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-04-30 | 湖南大学 | 基于单相多绕组牵引变压器的多流制牵引供电系统及方法 |
| EP3913791A1 (de) * | 2020-05-20 | 2021-11-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Mehrsystemmotor für die verbindung mit einem wechselspannungs- oder gleichspannungsnetz |
-
1994
- 1994-02-22 JP JP6023949A patent/JPH07236202A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1052136A1 (de) * | 1999-05-11 | 2000-11-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Einspeiseschaltung für Mehrsystemtriebzüge |
| CN103754123A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-04-30 | 湖南大学 | 基于单相多绕组牵引变压器的多流制牵引供电系统及方法 |
| CN103754123B (zh) * | 2014-01-21 | 2016-03-30 | 湖南大学 | 基于单相多绕组牵引变压器的多流制牵引供电系统及方法 |
| EP3913791A1 (de) * | 2020-05-20 | 2021-11-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Mehrsystemmotor für die verbindung mit einem wechselspannungs- oder gleichspannungsnetz |
| WO2021233611A1 (de) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Mehrsystemmotor für die verbindung mit einem wechselspannungs- oder gleichspannungsnetz |
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