JPH08126101A - 車両用電力変換装置の過電圧保護装置 - Google Patents
車両用電力変換装置の過電圧保護装置Info
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- JPH08126101A JPH08126101A JP6254044A JP25404494A JPH08126101A JP H08126101 A JPH08126101 A JP H08126101A JP 6254044 A JP6254044 A JP 6254044A JP 25404494 A JP25404494 A JP 25404494A JP H08126101 A JPH08126101 A JP H08126101A
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【目的】車両の電源電圧上昇の際はフィルタコンデンサ
を短絡して電力変換装置の運転を中断するが、電源電圧
が復帰したときの運転再開までの時間を短縮すると共
に、フィルタコンデンサ短絡時のエネルギー損失を低減
することにある。 【構成】制限抵抗器１１と短絡用自己消弧形半導体スイ
ッチ素子２１との直列回路を、電力変換装置の入力側に
設けたフィルタコンデンサ７に並列に接続し、電源電圧
が過電圧レベルまで上昇すれば、この短絡用自己消弧形
半導体スイッチ素子２１をオンにしてインバータ１０を
停止させ且つフィルタコンデンサ７を放電させ、その電
圧が規定値まで低下すれば前記短絡用自己消弧形半導体
スイッチ素子２１をオフにする。これにより制限抵抗器
１１での消費電力が大幅に減少するし、インバータ１０
が運転を中断している時間も短縮できる。更に、インバ
ータが複数で、各電圧の検出に差異があっても、最初に
動作する電圧検出信号を指令信号にして全ての装置を動
作させることで、無用の共振振動を抑制することができ
る。
を短絡して電力変換装置の運転を中断するが、電源電圧
が復帰したときの運転再開までの時間を短縮すると共
に、フィルタコンデンサ短絡時のエネルギー損失を低減
することにある。 【構成】制限抵抗器１１と短絡用自己消弧形半導体スイ
ッチ素子２１との直列回路を、電力変換装置の入力側に
設けたフィルタコンデンサ７に並列に接続し、電源電圧
が過電圧レベルまで上昇すれば、この短絡用自己消弧形
半導体スイッチ素子２１をオンにしてインバータ１０を
停止させ且つフィルタコンデンサ７を放電させ、その電
圧が規定値まで低下すれば前記短絡用自己消弧形半導体
スイッチ素子２１をオフにする。これにより制限抵抗器
１１での消費電力が大幅に減少するし、インバータ１０
が運転を中断している時間も短縮できる。更に、インバ
ータが複数で、各電圧の検出に差異があっても、最初に
動作する電圧検出信号を指令信号にして全ての装置を動
作させることで、無用の共振振動を抑制することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、車両に搭載している
電力変換装置を直流過電流圧から保護する車両用電力変
換装置の過電圧保護装置に関する。
電力変換装置を直流過電流圧から保護する車両用電力変
換装置の過電圧保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は車両用電力変換装置の従来の主回
路を示した主回路接続図である。この図６の従来例回路
において、電車や電気機関車の走行用電動機へ電力を供
給し、或いは車内の照明・通信・空気調和装置等に電力
を供給するために、これらの車両に電力変換装置として
のインバータ１０を搭載する。地上の変電所から架線１
とパンタグラフ２とを介して車両へ送りこまれる電力
は、高速度遮断器３と電磁接触器４、及びフィルタリア
クトル６とフィルタコンデンサ７とで構成しているＬＣ
フィルタとを介してインバータ１０へ与えられ、その後
車輪８とレール９とを経て大地へ放流される。
路を示した主回路接続図である。この図６の従来例回路
において、電車や電気機関車の走行用電動機へ電力を供
給し、或いは車内の照明・通信・空気調和装置等に電力
を供給するために、これらの車両に電力変換装置として
のインバータ１０を搭載する。地上の変電所から架線１
とパンタグラフ２とを介して車両へ送りこまれる電力
は、高速度遮断器３と電磁接触器４、及びフィルタリア
クトル６とフィルタコンデンサ７とで構成しているＬＣ
フィルタとを介してインバータ１０へ与えられ、その後
車輪８とレール９とを経て大地へ放流される。
【０００３】ところで架線１は他の車両にも電力を供給
しているから、他車の遮断器や電磁接触器の動作の際に
発生する開閉サージ電圧や、長大な架線１に誘導される
雷サージ電圧などの過大なサージ電圧が当該車両に印加
される。又インバータ１０が例えば可変電圧可変周波数
の交流電力を出力するＶＶＶＦインバータであって、こ
のＶＶＶＦインバータが走行用電動機を駆動している場
合は、回生ブレーキを使って車両を減速させる際に発生
する回生エネルギーを受け取る負荷（例えば力行運転中
の電気車）が無いと、この回生エネルギーが架線１の電
圧を上昇させるので、フィルタコンデンサ７には過電圧
が印加されることになる。
しているから、他車の遮断器や電磁接触器の動作の際に
発生する開閉サージ電圧や、長大な架線１に誘導される
雷サージ電圧などの過大なサージ電圧が当該車両に印加
される。又インバータ１０が例えば可変電圧可変周波数
の交流電力を出力するＶＶＶＦインバータであって、こ
のＶＶＶＦインバータが走行用電動機を駆動している場
合は、回生ブレーキを使って車両を減速させる際に発生
する回生エネルギーを受け取る負荷（例えば力行運転中
の電気車）が無いと、この回生エネルギーが架線１の電
圧を上昇させるので、フィルタコンデンサ７には過電圧
が印加されることになる。
【０００４】車両に搭載しているインバータ１０には前
述した理由で頻繁に過電圧が印加されるが、過電圧が印
加されるたびに当該インバータ１０の運転を中断すると
同時にフィルタコンデンサ７の電荷を放電して過電圧状
態を解消させることにより、装置を構成する各機器や各
素子を過電圧から保護する。ところで走行用電動機へ電
力を供給するインバータ１０の場合は、車両を減速させ
る際に発生する回生エネルギーが非常に大きいので、回
生エネルギーを消費する抵抗器を車両に設置して、架線
１に回生エネルギーを受け止める負荷が接続されていな
いために架線１の電圧が上昇してしまうのを回避しよう
とすると、この抵抗器の寸法と重量を極めて大きする必
要がある。或いは抵抗器を冷却する適切な装置を付加し
なければならなくなって、車両に搭載するのが困難にな
る。そこで回生エネルギーを吸収する装置は設けずに、
回生エネルギーにより電源が過電圧になれば、インバー
タ１０やＬＣフィルタを回路から切り離して、各機器や
各素子が損傷するのを予防するようにしている。
述した理由で頻繁に過電圧が印加されるが、過電圧が印
加されるたびに当該インバータ１０の運転を中断すると
同時にフィルタコンデンサ７の電荷を放電して過電圧状
態を解消させることにより、装置を構成する各機器や各
素子を過電圧から保護する。ところで走行用電動機へ電
力を供給するインバータ１０の場合は、車両を減速させ
る際に発生する回生エネルギーが非常に大きいので、回
生エネルギーを消費する抵抗器を車両に設置して、架線
１に回生エネルギーを受け止める負荷が接続されていな
いために架線１の電圧が上昇してしまうのを回避しよう
とすると、この抵抗器の寸法と重量を極めて大きする必
要がある。或いは抵抗器を冷却する適切な装置を付加し
なければならなくなって、車両に搭載するのが困難にな
る。そこで回生エネルギーを吸収する装置は設けずに、
回生エネルギーにより電源が過電圧になれば、インバー
タ１０やＬＣフィルタを回路から切り離して、各機器や
各素子が損傷するのを予防するようにしている。
【０００５】即ち図６の従来例回路では、フィルタコン
デンサ７の電圧を電圧検出器１３で監視して、その値が
過電圧レベルを越えたことを過電圧検出器１４が検出す
れば、短絡用サイリスタ１２へ点弧信号を送ってこれを
ターンオンさせると共に、図示はしていないがインバー
タ１０へ動作停止を指令する。このとき高速度遮断器３
と電磁接触器４もオフにする。その結果フィルタコンデ
ンサ７は制限抵抗器１１を介して短絡されるので、フィ
ルタコンデンサ７の静電容量と制限抵抗器１１の抵抗値
とで定まる時定数に従ってフィルタコンデンサ７の電荷
は放電され、その電圧は低下する。
デンサ７の電圧を電圧検出器１３で監視して、その値が
過電圧レベルを越えたことを過電圧検出器１４が検出す
れば、短絡用サイリスタ１２へ点弧信号を送ってこれを
ターンオンさせると共に、図示はしていないがインバー
タ１０へ動作停止を指令する。このとき高速度遮断器３
と電磁接触器４もオフにする。その結果フィルタコンデ
ンサ７は制限抵抗器１１を介して短絡されるので、フィ
ルタコンデンサ７の静電容量と制限抵抗器１１の抵抗値
とで定まる時定数に従ってフィルタコンデンサ７の電荷
は放電され、その電圧は低下する。
【０００６】図７は図６の従来例回路の各部の動作を示
したタイムチャートであって、図７はフィルタコンデ
ンサ７の電圧の変化、図７はインバータ１０の動作状
態の変化、図７は高速度遮断器３の動作、図７は電
磁接触器４の動作、図７は短絡用サイリスタ１２の動
作をそれぞれが表している。この図７において、フィル
タコンデンサ７の電圧がｔ0 の時点で過電圧レベルＶH
に達するとインバータ１０は停止となり、高速度遮断器
３と電磁接触器４はオフとなり、且つ短絡用サイリスタ
１２はオンになるから、フィルタコンデンサ７は制限抵
抗器１１を介して短絡されてその電圧は低下し、遂には
零となる。ここで短絡用サイリスタ１２はオフとなリ、
フィルタコンデンサ７の短絡状態は解除になる。
したタイムチャートであって、図７はフィルタコンデ
ンサ７の電圧の変化、図７はインバータ１０の動作状
態の変化、図７は高速度遮断器３の動作、図７は電
磁接触器４の動作、図７は短絡用サイリスタ１２の動
作をそれぞれが表している。この図７において、フィル
タコンデンサ７の電圧がｔ0 の時点で過電圧レベルＶH
に達するとインバータ１０は停止となり、高速度遮断器
３と電磁接触器４はオフとなり、且つ短絡用サイリスタ
１２はオンになるから、フィルタコンデンサ７は制限抵
抗器１１を介して短絡されてその電圧は低下し、遂には
零となる。ここで短絡用サイリスタ１２はオフとなリ、
フィルタコンデンサ７の短絡状態は解除になる。
【０００７】次いでｔ1 時点で電磁接触器４がオフ状態
のままで高速度遮断器３をオンにするので、架線１から
の電力は充電抵抗器５を経てフィルタコンデンサ７へ与
えられる。よってフィルタコンデンサ７の電圧は、当該
フィルタコンデンサ７の静電容量と充電抵抗器５の抵抗
値とで決まる時定数に従って上昇する。この電圧が所定
値まで上昇したｔ2 時点で電磁接触器４をオンにして充
電抵抗器５を短絡すると共にインバータ１０の運転を再
開する。
のままで高速度遮断器３をオンにするので、架線１から
の電力は充電抵抗器５を経てフィルタコンデンサ７へ与
えられる。よってフィルタコンデンサ７の電圧は、当該
フィルタコンデンサ７の静電容量と充電抵抗器５の抵抗
値とで決まる時定数に従って上昇する。この電圧が所定
値まで上昇したｔ2 時点で電磁接触器４をオンにして充
電抵抗器５を短絡すると共にインバータ１０の運転を再
開する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで図６に図示の
従来例回路では、フィルタコンデンサ７の電圧が過電圧
レベルＶH に達したときに当該フィルタコンデンサ７に
蓄えられているエネルギーをＥ1 とすると、このエネル
ギーＥ1 は下記の数式１で表される。但しＣはフィルタ
コンデンサ７の静電容量である。
従来例回路では、フィルタコンデンサ７の電圧が過電圧
レベルＶH に達したときに当該フィルタコンデンサ７に
蓄えられているエネルギーをＥ1 とすると、このエネル
ギーＥ1 は下記の数式１で表される。但しＣはフィルタ
コンデンサ７の静電容量である。
【０００９】
【数１】Ｅ1 ＝（Ｃ・ＶH 2 ）／２ 制限抵抗器１１はこのエネルギーＥ1 を消費するが、そ
の際の発熱で高温になるのを防ぐために、当該制限抵抗
器１１の寸法・重量を大きくしなければならない欠点が
ある。
の際の発熱で高温になるのを防ぐために、当該制限抵抗
器１１の寸法・重量を大きくしなければならない欠点が
ある。
【００１０】更に、短絡用サイリスタ１２はその通流電
流が保持電流値以下に低下しないと消弧しない。よって
当該短絡用サイリスタ１２にまだ保持電流程度の小電流
が流れているにもかかわらず、インバータ１０の運転を
再開しようとして高速度遮断器３と電磁接触器４とをオ
ンにすると、架線１→パンタグラフ２→高速度遮断器３
→電磁接触器４→フィルタリアクトル６→制限抵抗器１
１→短絡用サイリスタ１２→車輪８→レール９の経路で
電源を短絡することになるので、このときの短絡電流で
制限抵抗器１１を焼損してしまう。それ故短絡用サイリ
スタ１２が点弧した後は、サイリスタ電流が保持電流以
下に低下するのに十分な時間を経過した後に電源側開閉
器をオンにして再起動状態にしなければならない。即
ち、フィルタコンデンサ７の電圧が過電圧レベルを越え
てインバータ１０の運転を中断してから再起動状態まで
に時間が必要である。この再起動状態になってからフィ
ルタコンデンサ７の充電が完了するまでに更に時間が必
要になる。即ち過電圧でインバータ１０が停止してから
運転を再開するまでに長い時間が必要になる欠点を有す
る。
流が保持電流値以下に低下しないと消弧しない。よって
当該短絡用サイリスタ１２にまだ保持電流程度の小電流
が流れているにもかかわらず、インバータ１０の運転を
再開しようとして高速度遮断器３と電磁接触器４とをオ
ンにすると、架線１→パンタグラフ２→高速度遮断器３
→電磁接触器４→フィルタリアクトル６→制限抵抗器１
１→短絡用サイリスタ１２→車輪８→レール９の経路で
電源を短絡することになるので、このときの短絡電流で
制限抵抗器１１を焼損してしまう。それ故短絡用サイリ
スタ１２が点弧した後は、サイリスタ電流が保持電流以
下に低下するのに十分な時間を経過した後に電源側開閉
器をオンにして再起動状態にしなければならない。即
ち、フィルタコンデンサ７の電圧が過電圧レベルを越え
てインバータ１０の運転を中断してから再起動状態まで
に時間が必要である。この再起動状態になってからフィ
ルタコンデンサ７の充電が完了するまでに更に時間が必
要になる。即ち過電圧でインバータ１０が停止してから
運転を再開するまでに長い時間が必要になる欠点を有す
る。
【００１１】そこでこの発明の目的は、車両の電源電圧
上昇の際はフィルタコンデンサを短絡して電力変換装置
の運転を中断するが、電源電圧が復帰したときの運転再
開までの時間を短縮すると共に、フィルタコンデンサ短
絡時のエネルギー損失を低減することにある。
上昇の際はフィルタコンデンサを短絡して電力変換装置
の運転を中断するが、電源電圧が復帰したときの運転再
開までの時間を短縮すると共に、フィルタコンデンサ短
絡時のエネルギー損失を低減することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めにこの発明の車両用電力変換装置の過電圧保護装置
は、開閉器と、フィルタコンデンサとフィルタリアクト
ルとで構成したＬＣフィルタ及び電力変換装置とを車両
に搭載し、給電線から供給される直流電力を前記開閉器
とＬＣフィルタとを介して前記電力変換装置へ供給する
構成の車両用電力変換装置において、抵抗器と自己消弧
形半導体スイッチ素子との直列回路を前記フィルタコン
デンサに並列に接続し、当該フィルタコンデンサの電圧
が予め定めた過電圧設定値を越えれば前記自己消弧形半
導体スイッチ素子をオンにすると共に前記電力変換装置
の動作を停止させ、前記フィルタコンデンサの電圧が予
め定めた復帰電圧設定値を下回れば、前記自己消弧形半
導体スイッチ素子をオフにするものとする。
めにこの発明の車両用電力変換装置の過電圧保護装置
は、開閉器と、フィルタコンデンサとフィルタリアクト
ルとで構成したＬＣフィルタ及び電力変換装置とを車両
に搭載し、給電線から供給される直流電力を前記開閉器
とＬＣフィルタとを介して前記電力変換装置へ供給する
構成の車両用電力変換装置において、抵抗器と自己消弧
形半導体スイッチ素子との直列回路を前記フィルタコン
デンサに並列に接続し、当該フィルタコンデンサの電圧
が予め定めた過電圧設定値を越えれば前記自己消弧形半
導体スイッチ素子をオンにすると共に前記電力変換装置
の動作を停止させ、前記フィルタコンデンサの電圧が予
め定めた復帰電圧設定値を下回れば、前記自己消弧形半
導体スイッチ素子をオフにするものとする。
【００１３】
【作用】車両搭載用電力変換装置の入力側に設けたＬＣ
フィルタを構成するフィルタコンデンサの電圧が過電圧
レベルを越えれば、当該フィルタコンデンサを制限抵抗
器を介して短絡させるが、この短絡用として自己消弧形
半導体スイッチ素子を使用し、フィルタコンデンサ電圧
が過電圧レベルよりも下側に設けた復帰電圧設定値まで
低下すれば前記自己消弧形半導体スイッチ素子をオフに
する。
フィルタを構成するフィルタコンデンサの電圧が過電圧
レベルを越えれば、当該フィルタコンデンサを制限抵抗
器を介して短絡させるが、この短絡用として自己消弧形
半導体スイッチ素子を使用し、フィルタコンデンサ電圧
が過電圧レベルよりも下側に設けた復帰電圧設定値まで
低下すれば前記自己消弧形半導体スイッチ素子をオフに
する。
【００１４】
【実施例】図１は本発明の第１実施例を表した主回路接
続図であるが、この図１の第１実施例回路に図示してい
る架線１，パンタグラフ２，高速度遮断器３，電磁接触
器４，充電抵抗器５，フィルタリアクトル６，フィルタ
コンデンサ７，車輪８，レール９，インバータ１０，制
限抵抗器１１，及び電圧検出器１３の名称・用途・機能
は、図６で既述の従来例回路の場合と同じであるから、
これらの説明は省略する。
続図であるが、この図１の第１実施例回路に図示してい
る架線１，パンタグラフ２，高速度遮断器３，電磁接触
器４，充電抵抗器５，フィルタリアクトル６，フィルタ
コンデンサ７，車輪８，レール９，インバータ１０，制
限抵抗器１１，及び電圧検出器１３の名称・用途・機能
は、図６で既述の従来例回路の場合と同じであるから、
これらの説明は省略する。
【００１５】この第１実施例回路では、過電圧状態時に
は自己消弧形半導体スイッチ素子としての短絡用ＩＧＢ
Ｔ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）２１を使っ
て、フィルタコンデンサ７を短絡する。短絡用ＩＧＢＴ
２１などの自己消弧形半導体スイッチ素子は、制御回路
２２からの指令に基づいて、任意の時点でのターンオン
・ターンオフが可能であるから、電圧検出器１３で検出
する電圧が過電圧レベルＶH まで上昇すれば、制御回路
２２が短絡用ＩＧＢＴ２１へオン信号を出力し、フィル
タコンデンサ７の電圧がこの過電圧レベルＶH より下側
に設定した適切な復帰電圧ＶL まで低下すれば、短絡用
ＩＧＢＴ２１へオフ信号を与える。このとき制限抵抗器
１１で消費されるエネルギーをＥ2 とすると、このＥ2
は下記の数式２で表される。
は自己消弧形半導体スイッチ素子としての短絡用ＩＧＢ
Ｔ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）２１を使っ
て、フィルタコンデンサ７を短絡する。短絡用ＩＧＢＴ
２１などの自己消弧形半導体スイッチ素子は、制御回路
２２からの指令に基づいて、任意の時点でのターンオン
・ターンオフが可能であるから、電圧検出器１３で検出
する電圧が過電圧レベルＶH まで上昇すれば、制御回路
２２が短絡用ＩＧＢＴ２１へオン信号を出力し、フィル
タコンデンサ７の電圧がこの過電圧レベルＶH より下側
に設定した適切な復帰電圧ＶL まで低下すれば、短絡用
ＩＧＢＴ２１へオフ信号を与える。このとき制限抵抗器
１１で消費されるエネルギーをＥ2 とすると、このＥ2
は下記の数式２で表される。
【００１６】
【数２】Ｅ2 ＝｛Ｃ・（ＶH −ＶL ）2 ｝／２ この数式２で表されるエネルギーＥ2 は、前述した従来
例回路で制限抵抗器１１が消費するエネルギーＥ1 （数
式１で表示）よりも遙かに少ない。図２は図１の第１実
施例回路の各部の動作を示したタイムチャートであっ
て、図２はフィルタコンデンサ７の電圧の変化、図２
はインバータ１０の動作状態の変化、図２は高速度
遮断器３の動作、図２は電磁接触器４の動作、図２
は短絡用ＩＧＢＴ２１の動作をそれぞれが表している。
例回路で制限抵抗器１１が消費するエネルギーＥ1 （数
式１で表示）よりも遙かに少ない。図２は図１の第１実
施例回路の各部の動作を示したタイムチャートであっ
て、図２はフィルタコンデンサ７の電圧の変化、図２
はインバータ１０の動作状態の変化、図２は高速度
遮断器３の動作、図２は電磁接触器４の動作、図２
は短絡用ＩＧＢＴ２１の動作をそれぞれが表している。
【００１７】この図２において、フィルタコンデンサ７
の電圧がｔ0 の時点で過電圧レベルＶH に達すると、イ
ンバータ１０は停止となり高速度遮断器３と電磁接触器
４はオフとなり、且つ短絡用ＩＧＢＴ２１はオンにな
る。よってフィルタコンデンサ７の電圧は急激に減少
し、ｔ3 時点には復帰電圧値ＶL まで低下し、このｔ3
時点で短絡用ＩＧＢＴ２１はオフとなる。
の電圧がｔ0 の時点で過電圧レベルＶH に達すると、イ
ンバータ１０は停止となり高速度遮断器３と電磁接触器
４はオフとなり、且つ短絡用ＩＧＢＴ２１はオンにな
る。よってフィルタコンデンサ７の電圧は急激に減少
し、ｔ3 時点には復帰電圧値ＶL まで低下し、このｔ3
時点で短絡用ＩＧＢＴ２１はオフとなる。
【００１８】短絡用ＩＧＢＴ２１がオフしたことを確認
する時間が経過した後のｔ4 時点で、高速度遮断器３と
電磁接触器４とを同時にオンにし、且つインバータ１０
の運転も同時に再開させる。フィルタコンデンサ７の電
圧値がＶL まで低下したときに短絡用ＩＧＢＴ２１をオ
フにするが、このＶL なる値は正常電圧付近の値である
から、充電抵抗器５を介してフィルタコンデンサ７を所
定電圧まで充電する時間は不必要であり、インバータ１
０も直ちに運転を再開できる。
する時間が経過した後のｔ4 時点で、高速度遮断器３と
電磁接触器４とを同時にオンにし、且つインバータ１０
の運転も同時に再開させる。フィルタコンデンサ７の電
圧値がＶL まで低下したときに短絡用ＩＧＢＴ２１をオ
フにするが、このＶL なる値は正常電圧付近の値である
から、充電抵抗器５を介してフィルタコンデンサ７を所
定電圧まで充電する時間は不必要であり、インバータ１
０も直ちに運転を再開できる。
【００１９】図３は本発明の第２実施例を表した制御回
路の構成図であって、図１の第１実施例回路に図示の制
御回路２２の構成を表している。図３の第２実施例回路
に図示の制御回路２２はオフ電圧検知回路２３と過電圧
検知回路２４とで構成し、電圧検出器１３が検出したフ
ィルタコンデンサ７の電圧が過電圧レベルＶH に達すれ
ば、過電圧検知回路２４がインバータ１０へゲートオフ
信号を与えると共に、短絡用ＩＧＢＴ２１へオン信号を
与える。その結果フィルタコンデンサ７の電圧が復帰電
圧ＶL まで低下すれば、オフ電圧検知回路２３が短絡用
ＩＧＢＴ２１へオフ信号を与えるので、フィルタコンデ
ンサ７の短絡は解除になり、インバータ１０は直ちに運
転を再開することができる。
路の構成図であって、図１の第１実施例回路に図示の制
御回路２２の構成を表している。図３の第２実施例回路
に図示の制御回路２２はオフ電圧検知回路２３と過電圧
検知回路２４とで構成し、電圧検出器１３が検出したフ
ィルタコンデンサ７の電圧が過電圧レベルＶH に達すれ
ば、過電圧検知回路２４がインバータ１０へゲートオフ
信号を与えると共に、短絡用ＩＧＢＴ２１へオン信号を
与える。その結果フィルタコンデンサ７の電圧が復帰電
圧ＶL まで低下すれば、オフ電圧検知回路２３が短絡用
ＩＧＢＴ２１へオフ信号を与えるので、フィルタコンデ
ンサ７の短絡は解除になり、インバータ１０は直ちに運
転を再開することができる。
【００２０】図４は本発明の第３実施例を表した制御回
路の構成図であって、図１の第１実施例回路に図示の制
御回路２２の構成を表している。図４の第３実施例回路
に図示の制御回路２２は過電圧検知回路２４とパルス発
生器２５とで構成し、電圧検出器１３が検出したフィル
タコンデンサ７の電圧が過電圧レベルＶH に達すれば、
過電圧検知回路２４がインバータ１０へゲートオフ信号
を与えると共に、パルス発生器２５へ信号を出力する。
この信号を受けて、パルス発生器２５は予め定めていた
時間幅のパルス信号を短絡用ＩＧＢＴ２１へ出力してこ
れをオンにする。一方、フィルタコンデンサ７の静電容
量と制限抵抗器１１の抵抗値とで定まる時定数に基づい
て、フィルタコンデンサ７の電圧が復帰値ＶL に低下す
るまでの時間を計算することができるから、パルス発生
器２５が出力するパルスの時間幅をこの計算値に定め、
高レベルだったパルスがこの時間経過後に低レベルに切
り換われば、短絡用ＩＧＢＴ２１はオフとなる。
路の構成図であって、図１の第１実施例回路に図示の制
御回路２２の構成を表している。図４の第３実施例回路
に図示の制御回路２２は過電圧検知回路２４とパルス発
生器２５とで構成し、電圧検出器１３が検出したフィル
タコンデンサ７の電圧が過電圧レベルＶH に達すれば、
過電圧検知回路２４がインバータ１０へゲートオフ信号
を与えると共に、パルス発生器２５へ信号を出力する。
この信号を受けて、パルス発生器２５は予め定めていた
時間幅のパルス信号を短絡用ＩＧＢＴ２１へ出力してこ
れをオンにする。一方、フィルタコンデンサ７の静電容
量と制限抵抗器１１の抵抗値とで定まる時定数に基づい
て、フィルタコンデンサ７の電圧が復帰値ＶL に低下す
るまでの時間を計算することができるから、パルス発生
器２５が出力するパルスの時間幅をこの計算値に定め、
高レベルだったパルスがこの時間経過後に低レベルに切
り換われば、短絡用ＩＧＢＴ２１はオフとなる。
【００２１】図５は本発明の第４実施例を表した主回路
接続図であって、複数（この図５では２組）のインバー
タを共通の電源に接続する場合を表しているが、図５の
第４実施例回路に図示の架線１，パンタグラフ２，高速
度遮断器３，電磁接触器４，充電抵抗器５，フィルタリ
アクトル６，フィルタコンデンサ７，車輪８，レール
９，インバータ１０，制限抵抗器１１，短絡用ＩＧＢＴ
２１，及び制御回路２２の名称・用途・機能は、図１で
既述の第１実施例回路の場合と同じであるから、これら
の説明は省略する。更に、本発明ではフィルタリアクト
ル３６，フィルタコンデンサ３７，インバータ４０，制
限抵抗器４１，電圧検出器４３，及び制御回路５２が２
組目の装置として新たに付加されているが、これらは既
に説明済みの各装置と同じ機能を有するから、その説明
は省略する。
接続図であって、複数（この図５では２組）のインバー
タを共通の電源に接続する場合を表しているが、図５の
第４実施例回路に図示の架線１，パンタグラフ２，高速
度遮断器３，電磁接触器４，充電抵抗器５，フィルタリ
アクトル６，フィルタコンデンサ７，車輪８，レール
９，インバータ１０，制限抵抗器１１，短絡用ＩＧＢＴ
２１，及び制御回路２２の名称・用途・機能は、図１で
既述の第１実施例回路の場合と同じであるから、これら
の説明は省略する。更に、本発明ではフィルタリアクト
ル３６，フィルタコンデンサ３７，インバータ４０，制
限抵抗器４１，電圧検出器４３，及び制御回路５２が２
組目の装置として新たに付加されているが、これらは既
に説明済みの各装置と同じ機能を有するから、その説明
は省略する。
【００２２】本発明では、一方の装置の構成要素である
短絡用ＩＧＢＴ２１へオン・オフ信号を与える制御回路
２２の出力信号と、他方の装置を構成している短絡用Ｉ
ＧＢＴ５１へオン・オフ信号を与える制御回路５２の出
力信号とを、論理和素子５３へ入力させ、当該論理和素
子５３の出力信号を、短絡用ＩＧＢＴ２１と短絡用ＩＧ
ＢＴ５１とへ与える回路構成にしている。これにより、
検出電圧にばらつきがあっても、両短絡用ＩＧＢＴ２１
と５１とを同時にオン・オフさせることができる。
短絡用ＩＧＢＴ２１へオン・オフ信号を与える制御回路
２２の出力信号と、他方の装置を構成している短絡用Ｉ
ＧＢＴ５１へオン・オフ信号を与える制御回路５２の出
力信号とを、論理和素子５３へ入力させ、当該論理和素
子５３の出力信号を、短絡用ＩＧＢＴ２１と短絡用ＩＧ
ＢＴ５１とへ与える回路構成にしている。これにより、
検出電圧にばらつきがあっても、両短絡用ＩＧＢＴ２１
と５１とを同時にオン・オフさせることができる。
【００２３】
【発明の効果】この発明によれば、走行中の車両が減速
する際に生じる回生エネルギーや、長大な架線に誘導さ
れる雷サージなどが原因で、車両用電力変換装置に規定
値以上の高電圧が印加されると、当該電力変換装置の運
転を中断させると共に、自己消弧形半導体スイッチ素子
をターンオンさせて電力変換装置の入力側に設けたフィ
ルタコンデンサを制限抵抗器を介して短絡状態にする。
次いで電圧が規定値まで低下すればこの自己消弧形半導
体スイッチ素子をターンオフさせる。この動作のときの
制限抵抗器で消費するエネルギーを、従来よりも大幅に
低減できるので、当該制限抵抗器の寸法と重量を抑制で
きる効果が得られる。又フィルタコンデンサ電圧が規定
値まで低下したときに電力変換装置の運転が再開できる
状態になるので、運転中断期間が従来よりも大幅に短縮
できる効果も得られる。更に、複数の電力変換装置を共
通の電源に接続して運転中に、各フィルタコンデンサの
短絡開始電圧或いは短絡解除電圧にばらつきがあって
も、全装置を同時にオン・オフ動作させることができる
ので、各ＬＣフィルタ間に横流が流れて無用の共振振動
が発生するのを回避できる効果も得られる。
する際に生じる回生エネルギーや、長大な架線に誘導さ
れる雷サージなどが原因で、車両用電力変換装置に規定
値以上の高電圧が印加されると、当該電力変換装置の運
転を中断させると共に、自己消弧形半導体スイッチ素子
をターンオンさせて電力変換装置の入力側に設けたフィ
ルタコンデンサを制限抵抗器を介して短絡状態にする。
次いで電圧が規定値まで低下すればこの自己消弧形半導
体スイッチ素子をターンオフさせる。この動作のときの
制限抵抗器で消費するエネルギーを、従来よりも大幅に
低減できるので、当該制限抵抗器の寸法と重量を抑制で
きる効果が得られる。又フィルタコンデンサ電圧が規定
値まで低下したときに電力変換装置の運転が再開できる
状態になるので、運転中断期間が従来よりも大幅に短縮
できる効果も得られる。更に、複数の電力変換装置を共
通の電源に接続して運転中に、各フィルタコンデンサの
短絡開始電圧或いは短絡解除電圧にばらつきがあって
も、全装置を同時にオン・オフ動作させることができる
ので、各ＬＣフィルタ間に横流が流れて無用の共振振動
が発生するのを回避できる効果も得られる。
【図１】本発明の第１実施例を表した主回路接続図
【図２】図１の第１実施例回路の各部の動作を示したタ
イムチャート
イムチャート
【図３】本発明の第２実施例を表した制御回路の構成図
【図４】本発明の第３実施例を表した制御回路の構成図
【図５】本発明の第４実施例を表した主回路接続図
【図６】車両用電力変換装置の従来の主回路を示した主
回路接続図
回路接続図
【図７】図６の従来例回路の各部の動作を示したタイム
チャート
チャート
１ 架線 ３ 高速度遮断器 ４ 電磁接触器 ５ 充電抵抗器 ６，３６ フィルタリアクトル ７，３７ フィルタコンデンサ １０，４０ 電力変換装置としてのインバータ １１，４１ 制限抵抗器 １２ 短絡用サイリスタ １３，４３ 電圧検出器 １４ 過電圧検出器 ２１，５１ 自己消弧形半導体スイッチ素子としての短
絡用ＩＧＢＴ ２２，５２ 制御回路 ２３ オフ電圧検知回路 ２４ 過電圧検知回路 ２５ パルス発生器 ５３ 論理和素子
絡用ＩＧＢＴ ２２，５２ 制御回路 ２３ オフ電圧検知回路 ２４ 過電圧検知回路 ２５ パルス発生器 ５３ 論理和素子
フロントページの続き (72)発明者 千崎 文雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】開閉器と、フィルタコンデンサとフィルタ
リアクトルとで構成したＬＣフィルタ及び電力変換装置
とを車両に搭載し、給電線から供給される直流電力を前
記開閉器とＬＣフィルタとを介して前記電力変換装置へ
供給する構成の車両用電力変換装置において、 抵抗器と自己消弧形半導体スイッチ素子との直列回路を
前記フィルタコンデンサに並列に接続し、当該フィルタ
コンデンサの電圧が予め定めた過電圧設定値を越えれば
前記自己消弧形半導体スイッチ素子をオンにすると共に
前記電力変換装置の動作を停止させ、前記フィルタコン
デンサの電圧が予め定めた復帰電圧設定値を下回れば、
前記自己消弧形半導体スイッチ素子をオフにすることを
特徴とする車両用電力変換装置の過電圧保護装置。 - 【請求項２】開閉器と、フィルタコンデンサとフィルタ
リアクトルとで構成したＬＣフィルタ及び電力変換装置
とを車両に搭載し、給電線から供給される直流電力を前
記開閉器とＬＣフィルタとを介して前記電力変換装置へ
供給する構成の車両用電力変換装置において、 抵抗器と自己消弧形半導体スイッチ素子との直列回路を
前記フィルタコンデンサに並列に接続し、前記自己消弧
形半導体スイッチ素子の制御回路には過電圧検出回路と
復帰電圧検出回路とを備え、前記フィルタコンデンサの
電圧が前記過電圧検出値を越えれば前記自己消弧形半導
体スイッチ素子へオン信号を出力し、且つフィルタコン
デンサの電圧が前記復帰電圧検出値を下回れば、前記自
己消弧形半導体スイッチ素子へオフ信号を出力すること
を特徴とする車両用電力変換装置の過電圧保護装置。 - 【請求項３】開閉器と、フィルタコンデンサとフィルタ
リアクトルとで構成したＬＣフィルタ及び電力変換装置
とを車両に搭載し、給電線から供給される直流電力を前
記開閉器とＬＣフィルタとを介して前記電力変換装置へ
供給する構成の車両用電力変換装置において、 抵抗器と自己消弧形半導体スイッチ素子との直列回路を
前記フィルタコンデンサに並列に接続し、前記自己消弧
形半導体スイッチ素子の制御回路には過電圧検出回路と
オンパルス発生回路とを備え、前記フィルタコンデンサ
の電圧が前記過電圧検出値を越えれば、前記オンパルス
発生回路は前記自己消弧形半導体スイッチ素子をオンに
する所定の幅のパルス信号を出力することを特徴とする
車両用電力変換装置の過電圧保護装置。 - 【請求項４】開閉器と、フィルタコンデンサとフィルタ
リアクトルとで構成した複数のＬＣフィルタ及び複数の
電力変換装置を車両に搭載し、給電線から前記開閉器を
介して供給される直流電力を、それぞれが入力側にＬＣ
フィルタを備えている複数の電力変換装置へ供給する構
成の車両用電力変換装置において、 抵抗器と自己消弧形半導体スイッチ素子との直列回路を
前記の各フィルタコンデンサに別個に並列接続し、いず
れかのフィルタコンデンサ電圧が予め定めた過電圧設定
値を越えれば全ての前記自己消弧形半導体スイッチ素子
を同時にオンにすると共に全ての前記電力変換装置の動
作を停止させることを特徴とする車両用電力変換装置の
過電圧保護装置。 - 【請求項５】開閉器と、フィルタコンデンサとフィルタ
リアクトルとで構成した複数のＬＣフィルタ及び複数の
電力変換装置を車両に搭載し、給電線から前記開閉器を
介して供給される直流電力を、それぞれが入力側にＬＣ
フィルタを備えている複数の電力変換装置へ供給する構
成の車両用電力変換装置において、 抵抗器と自己消弧形半導体スイッチ素子との直列回路を
前記の各フィルタコンデンサに別個に並列接続し、各フ
ィルタコンデンサにはその電圧が予め定めた過電圧設定
値を越たことを別個に検出する過電圧検出回路と、各過
電圧検出回路が出力する過電圧検出信号を共通して入力
する論理和回路とを備え、この論理和回路の論理演算結
果に従って全ての前記自己消弧形半導体スイッチ素子を
同時にオンさせることを特徴とする車両用電力変換装置
の過電圧保護装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25404494A JP3540843B2 (ja) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | 車両用電力変換装置の過電圧保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25404494A JP3540843B2 (ja) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | 車両用電力変換装置の過電圧保護装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08126101A true JPH08126101A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3540843B2 JP3540843B2 (ja) | 2004-07-07 |
Family
ID=17259460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25404494A Expired - Lifetime JP3540843B2 (ja) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | 車両用電力変換装置の過電圧保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3540843B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008167616A (ja) * | 2007-01-04 | 2008-07-17 | Toyota Motor Corp | 負荷装置の制御装置、および車両 |
| JP2010110099A (ja) * | 2008-10-30 | 2010-05-13 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 自動車用電力変換装置の保護装置 |
| JP2019106785A (ja) * | 2017-12-12 | 2019-06-27 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置 |
| WO2020008572A1 (ja) * | 2018-07-04 | 2020-01-09 | 三菱電機株式会社 | 鉄道車両用制御装置 |
| JP2021052550A (ja) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 | 株式会社日立製作所 | 電力変換システム、および電力変換システムにおける電流制御方法 |
-
1994
- 1994-10-20 JP JP25404494A patent/JP3540843B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008167616A (ja) * | 2007-01-04 | 2008-07-17 | Toyota Motor Corp | 負荷装置の制御装置、および車両 |
| JP4678374B2 (ja) * | 2007-01-04 | 2011-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | 負荷装置の制御装置、および車両 |
| US7952236B2 (en) | 2007-01-04 | 2011-05-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus for load device, and vehicle |
| JP2010110099A (ja) * | 2008-10-30 | 2010-05-13 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 自動車用電力変換装置の保護装置 |
| JP2019106785A (ja) * | 2017-12-12 | 2019-06-27 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置 |
| WO2020008572A1 (ja) * | 2018-07-04 | 2020-01-09 | 三菱電機株式会社 | 鉄道車両用制御装置 |
| JPWO2020008572A1 (ja) * | 2018-07-04 | 2021-04-08 | 三菱電機株式会社 | 鉄道車両用制御装置 |
| JP2021052550A (ja) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 | 株式会社日立製作所 | 電力変換システム、および電力変換システムにおける電流制御方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3540843B2 (ja) | 2004-07-07 |
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