JPH0993701A

JPH0993701A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH0993701A
Application number: JP7252415A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ito; 知伊東; Satoshi Inarida; 聡稲荷田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】電力変換装置の高力率化，高調波低減と同時
に、信頼性向上を実現することにある。【解決手段】主コンバータ（４１，４２）と駆動用イン
バータ（６１，６２）間にあるフィルタコンデンサ（５
１〜５４）と、補助コンバータ８２と補助インバータ９
および直流負荷９０１，９０２間のフィルタコンデンサ
（５５，５６）は直流ブス１０で接続する。また、補助
コンバータ８２はスイッチ８１で変圧器との接続を開閉
する。通常時は駆動用インバータ（６１，６２）だけで
なく、補助インバータ９および直流負荷（９０１，９０
２）にも主コンバータ（４１，４２）より給電する。万
一、主コンバータ（４１，４２）が壊れて動作できない
場合には、スイッチ８１を閉じ補助コンバータ８２で給
電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流架線から電力
を供給する鉄道車両用電力変換器に関わる。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、「電気車の科学」１９９０年
１１月号第３３頁から第３８頁「ＪＲ東海新幹線３００
系（下）」記載の電力変換器のように、車両駆動用のイ
ンバータに電力を供給する、交流を直流に変換する電力
変換器（以下、主コンバータと称する）においては、力
率向上、高調波低減のため、ＧＴＯなどの自己消弧能力
を持った素子によるＰＷＭコンバータが用いられる場合
が、近年多くなっている。

【０００３】しかしながら、上記のように、制御装置の
電源，冷暖房，照明などの旅客用の設備の電源（以下、
簡単のため、総称して補助電源と称する）に電力を供給
するため、交流を直流に変換する電力変換器（以下、補
助コンバータと称する）においては、低コスト、小形軽
量化の観点から、サイリスタ，ダイオード等の自己消弧
能力を持たない素子（以下、サイリスタ等と称する）が
用いられるのが普通である。これは、自己消弧素子の方
がサイリスタ等に比べ壊れやすいことから、電力変換器
の信頼性向上にも好ましい。

【０００４】また、駆動用電力変換器と補助電力変換装
置の構成を示した例として、「第３０回鉄道におけるサ
イバネティクス利用国内シンポジウム論文集」第３１０
頁から第３１４頁「韓国鉄道庁果川線用主回路システ
ム」や、特開昭64−69201号公報に記載の技術があげら
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで交流車両に関
しては、近年、高調波をさらに低減するため、主コンバ
ータにＩＧＢＴなどの高周波素子が使用され始めてい
る。これに対し、冷暖房能力向上によるサービス向上等
のため、補助電源容量は増加傾向を呈するが、低コスト
化、小形軽量化の観点から、補助コンバータには依然と
してサイリスタ等の自己消弧能力を持たない素子が用い
られている。

【０００６】以上のような傾向のため、補助電源の発生
する高調波による誘導障害、あるいは無効分電流による
力率低下が問題となるケースが発生している。

【０００７】この問題解決のため、補助コンバータもＰ
ＷＭコンバータとすることも考えられるが、装置のコス
トおよび重量増大、大形化を招く。また、一般に主コン
バータと出力電力が一致しないので、スイッチング周波
数近傍の高調波の相殺は期待できず、これらの高調波が
残留するという問題が考えられる。したがって、総合的
に見て、得策ではない。

【０００８】さらに、主コンバータと補助コンバータの
他に、高調波補償のみを行う、いわゆるアクティブフィ
ルタを設けることも考えられる。この場合も、上記同様
装置のコストおよび重量増大、大形化を招くと考えら
れ、車両用電力変換器としては、適用に問題があるとい
わざるを得ない。

【０００９】「第３０回鉄道におけるサイバネティクス
利用国内シンポジウム論文集」第３１０頁から第３１４
頁「韓国鉄道庁果川線用主回路システム」では、補助
電源用インバータが主コンバータから給電される技術が
記載されている。本技術においては、補助コンバータが
ないので、これによる高調波の発生、力率の低下は起こ
らないという利点がある。しかしながら、主コンバータ
の自己消弧素子が壊れた際には、補助電源も給電できな
いと言う問題がある。この場合、制御装置や保護装置も
動作できないので、システムとしての信頼性が十分では
ない。

【００１０】特開昭64−69201 号公報には、直流電車の
列車全体において、駆動用電力変換器と補助電力変換装
置の構成が記載されている。しかしながらこれらは、高
速大量輸送に適した交流電化区間で用いられる、いわゆ
る交流電気車に適用できないだけでなく、電源側に発生
する高調波の低減に関しては、いっさい考慮されていな
いという問題がある。

【００１１】本発明の目的は、電力変換装置の高力率
化、高調波低減と同時に、信頼性向上を実現することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】交流電源に接続される変
圧器と、この変圧器の巻線に接続されており、自己消弧
能力を持つ素子で構成され、交流を直流に変換する第１
の電力変換器と、第１の電力変換器の直流側に接続さ
れ、少なくともフィルタコンデンサにより構成される直
流ステージ回路と、直流ステージ回路に接続され、直流
を交流に変換する第２の電力変換器と、第２の電力変換
器に接続される駆動用交流電動機と、上記変圧器の別の
巻線に接続され、交流を直流に変換する第３の電力変換
器で構成される電力変換装置において、上記第３の電力
変換器はサイリスタ、ダイオード等の自己消弧能力を持
たない素子で構成され、また上記第１の電力変換器と第
３の電力変換器の直流側を互いに接続したことを特徴と
する。

【００１３】主コンバータと補助コンバータの直流ステ
ージを接続する。また、補助コンバータを停止する手段
を設ける。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施例を示す。

【００１５】交流電源１から、集電器２，変圧器３を介
し交流を直流に変換する電力変換器（以下、主コンバー
タと称する）４１および４２にそれぞれ給電し、フィル
タコンデンサ５１および５２にそれぞれ直流電圧を与え
る。さらにこれらにそれぞれ接続されたフィルタコンデ
ンサ５３および５４を介し、直流を交流に変換する電力
変換器（以下、駆動用インバータと称する）６１および
６２により、駆動用電動機７１と７２、および７３と７
４をそれぞれ駆動し、列車を走行させる。

【００１６】変圧器３の別の巻線から、スイッチ８１を
介し、サイリスタ、ダイオード等の自己消弧能力を持た
ない素子で構成され、交流を直流に変換する電力変換器
（以下、補助コンバータと称する）８２、フィルタリア
クトル８３を介し、フィルタリアクトル５５に直流電圧
を供給する。フィルタリアクトル５５から、別のフィル
タリアクトル５６を介し、補助インバータ９に給電し、
交流負荷９１から９３に所定の大きさ、周波数の交流電
圧を供給する。さらにフィルタリアクトル５５から、直
流負荷９０１，９０２に直流電力を供給する。交流負荷
９１から９３および直流負荷９０１，９０２は、具体的
には電力変換器制御器，保護装置，冷暖房などの接客設
備など、車両に搭載されるあらゆる機器である。

【００１７】また、主コンバータ側のフィルタコンデン
サ５１から５４と、補助コンバータ側のフィルタコンデ
ンサ５５、５６との間は、直流ブス１０により接続され
る。以上のように、すべてのフィルタコンデンサの端子
間電圧は、直流ブス１０により、配線インピーダンスの
僅かな影響を除くと、常に同電位に保たれる。

【００１８】この様な構成にすることにより、補助イン
バータ９と直流負荷９０１，９０２には、主コンバータ
４１、４２から給電でき、高調波、力率低下の原因とな
る補助コンバータ８２を通常は動作させなくてもよい。

【００１９】次に、図２の制御回路の構成を使用し、図
１の実施例の動作を説明する。

【００２０】まず起動時は、フィルタコンデンサ５１か
ら５６の電圧が確立しておらず、ＰＷＭ動作をする主コ
ンバータ４１，４２を動作させることはできないので、
主コンバータゲートスタート信号はＯＦＦであり、主コ
ンバータ制御器１１１は動作しない。主コンバータゲー
トスタート信号はＯＦＦであるので、反転器１１２の出
力はＯＮ、またＡＮＤ回路１１３の出力もＯＮであるの
で、スイッチ８１をＯＮして補助コンバータ８３と変圧
器３を接続する。また、補助コンバータ制御器１１４を
動作させ、ゲート信号を出力して補助コンバータ８２を
運転し、フィルタコンデンサ５１から５６の電圧を所定
値まで上昇するよう、制御する。

【００２１】フィルタコンデンサ５１から５６の電圧
が、主コンバータ４１、４２を運転するのに十分な所定
値まで上昇すると、主コンバータゲートスタート信号を
ＯＮし、主コンバータ制御器１１１を動作させ、パルス
信号を主コンバータ４１，４２にあたえて、フィルタコ
ンデンサ５１から５６の電圧を一定に制御する。その
際、反転器１１２の出力はＯＦＦとなり、ＡＮＤ回路１
１３の他の入力がＯＦＦと仮定すると、この出力もＯＦ
Ｆとなるので、補助コンバータ制御器１１４を停止し、
また補助コンバータも停止、スイッチ８１もＯＦＦとな
る。通常はこの様に補助コンバータを動作させないの
で、高調波の発生，力率の低下を防止することができ
る。

【００２２】また、主コンバータ４１，４２が故障した
際、あるいは出力が不足するような場合には、主コンバ
ータ制御器１１１から、故障信号あるいは出力不足信号
を出力する。この場合、ＡＮＤ回路１１４の出力はＯＮ
となるので、スイッチ８１が投入され、補助コンバータ
制御器１１４が起動して、補助コンバータ８２を運転す
る。これにより、補助コンバータ８２の容量が許す範囲
で運転を継続できるので、電力変換装置全体が停止する
ことはなく、信頼性が向上する。

【００２３】

【発明の効果】通常は、主コンバータのみで運転を行う
ので、電力変換装置の高力率化、高調波低減が実現でき
る。また、主コンバータの故障の際や、出力が不足する
際には補助コンバータを動作させるので、電力変換器の
信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１の実施例における制御装置の構成を示した
図である。

【符号の説明】

１…交流電源、２…集電器、３…変圧器、９…補助イン
バータ、１０…直流ブス、４１，４２…主コンバータ、
５１〜５６…フィルタコンデンサ、６１，６２…駆動用
インバータ、７１〜７４…駆動用電動機、８１…スイッ
チ、８２…補助コンバータ、８３…フィルタリアクト
ル、９１〜９３…交流負荷、１１１…主コンバータ制御
器、１１２…反転器、１１３…ＡＮＤ回路、１１４…補
助コンバータ制御器、９０１〜９０２…直流負荷。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源に接続される変圧器と、この変圧
器の巻線に接続されており、自己消弧能力を持つ素子で
構成され、交流を直流に変換する第１の電力変換器と、
第１の電力変換器の直流側に接続され、少なくともフィ
ルタコンデンサにより構成される直流ステージ回路と、
直流ステージ回路に接続され、直流を交流に変換する第
２の電力変換器と、第２の電力変換器に接続される駆動
用交流電動機と、上記変圧器の別の巻線に接続され、交
流を直流に変換する第３の電力変換器で構成される電力
変換装置において、上記第３の電力変換器はサイリスタ、ダイオード等の自
己消弧能力を持たない素子で構成され、また上記第１の
電力変換器と第３の電力変換器の直流側を互いに接続し
たことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】請求項１において、前記変圧器と第３の電
力変換器のあいだに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３】請求項１又は２において、前記第１の電力
変換器が動作する間は前記第３の電力変換器を停止する
手段を設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】請求項１又は２において、前記第１の電力
変換器が停止する間は前記第３の電力変換器を運転する
手段を設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】請求項１又は２において、前記第１の電力
変換器の出力が不足する場合に、前記第３の電力変換器
を運転する手段を設けたことを特徴とする電力変換装
置。