JPH099412A - Power converter for ac electric rolling stock - Google Patents
Power converter for ac electric rolling stockInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、交流電気車用電力変換
装置、特に、車体などに漏えいする高調波電流を抑制す
る交流電気車用電力変換装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for an AC electric vehicle, and more particularly to a power converter for an AC electric vehicle that suppresses a harmonic current leaking to a vehicle body or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、GTOサイリスタ、IGBT等の
自己消弧形の高周波電力半導体素子が開発され、電気車
用駆動装置に多く用いられている。更に交流電気車にお
いても、一旦交流から直流に変換するコンバータ、コン
バータ出力を可変電圧・可変周波数に変換するインバー
タのいずれにも高周波電力半導体が用いられている。コ
ンバータ・インバータシステムを採用した主回路ツナギ
を図4に示す。この主回路ツナギは、交流架線からパン
タグラフ1を経由して、電力がスイッチ2を介して変圧
器3に供給され、フィルタコンデンサ6a、6bを通し
て3レベルコンバータ5、3レベルインバータ7の電力
変換器により、誘導電動機8を駆動する。ここで、交流
電気車の場合、車体への接地は3レベルコンバータ・イ
ンバータの中性点から接地リレー9を介して行う。とこ
ろで、コンバータ・インバータを形成するスイッチング
素子のスイッチングに起因して、高調波成分を含んだ電
流が主回路各部に流れる。この高調波電流が電車線ある
いはレール、車体などに漏えいすると、信号・通信設備
に誘導障害を与えるという不具合が発生する。また、高
調波成分を抑制する方法としては、特開昭58−191
69号公報に示されているように、コンデンサとリアク
トルによって構成されたフィルタをインバータの出力側
またはコンバータの入力側に設置することが有効である
ことが知られている。2. Description of the Related Art In recent years, self-extinguishing high-frequency power semiconductor devices such as GTO thyristors and IGBTs have been developed and are widely used in electric vehicle drive devices. Further, also in an AC electric vehicle, a high frequency power semiconductor is used for both a converter that once converts AC to DC and an inverter that converts the converter output into a variable voltage and a variable frequency. Fig. 4 shows the main circuit work that uses the converter / inverter system. Power is supplied to the transformer 3 via the switch 2 from the AC overhead wire via the pantograph 1 through the AC overhead wire and by the power converters of the three-level converter 5 and the three-level inverter 7 through the filter capacitors 6a and 6b. , Drive the induction motor 8. Here, in the case of an AC electric vehicle, grounding to the vehicle body is performed from the neutral point of the three-level converter / inverter via the grounding relay 9. By the way, due to the switching of the switching elements forming the converter / inverter, a current containing a harmonic component flows in each part of the main circuit. If this harmonic current leaks to train lines, rails, car bodies, etc., it causes a problem of inducing inductive interference in signal / communication equipment. Further, as a method for suppressing harmonic components, Japanese Patent Laid-Open No. 58-191
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 69, it is known that it is effective to install a filter composed of a capacitor and a reactor on the output side of the inverter or the input side of the converter.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、図4に示
す主回路ツナギにおいて、高調波電流が車体に漏えいす
ると、車上に設備されているATC、ATS等の保安機
器に悪影響を与えたり、車上の通信などに使われている
誘導無線装置の設備に対しても障害を与える、という問
題がある。また、特開昭58−19169号公報に記載
の技術は、高調波電流が車体に漏えいすることについ
て、何ら配慮されていない。すなわち、同公報において
はフィルタをインバータの出力側またはコンバータの入
力側のいずれかに設置するものであり、この構成では、
車体に漏えいする高調波電流を完全に抑制することがで
きない。As described above, in the main circuit jumper shown in FIG. 4, if a harmonic current leaks to the vehicle body, it may adversely affect safety equipment such as ATC and ATS installed on the vehicle. However, there is a problem that it also impairs the equipment of the inductive wireless device used for communication on the vehicle. Further, the technique described in JP-A-58-19169 does not consider leakage of harmonic current into the vehicle body. That is, in the publication, the filter is installed on either the output side of the inverter or the input side of the converter.
The harmonic current leaking to the vehicle body cannot be completely suppressed.
【0004】本発明の目的は、主回路素子のスイッチン
グにより発生する高調波成分を含んだ電流が車体に漏え
いすることを防止するに好適な交流電気車用電力変換装
置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a power conversion device for an AC electric vehicle suitable for preventing a current containing a harmonic component generated by switching of a main circuit element from leaking to a vehicle body.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、交流電気車用電力変換装置において、車体に漏えい
する高調波電流が流れる全ての経路、すなわち、コンバ
ータの入力側、インバータの出力側、接地回路の3箇所
にそれぞれ高調波電流抑制用のフィルタ回路を設ける。
また、コンバータの入力側、インバータの出力側、接地
回路の3箇所うち、いずれか2箇所に高調波電流抑制用
のフィルタ回路を設置する。In order to achieve the above object, in an AC electric vehicle power converter, all paths through which harmonic currents leaking to the vehicle body flow, that is, the input side of the converter and the output side of the inverter. A filter circuit for suppressing harmonic current is provided at each of the three locations of the ground circuit.
Further, a filter circuit for suppressing a harmonic current is installed at any two of the three positions of the input side of the converter, the output side of the inverter, and the ground circuit.
【0006】[0006]
【作用】本発明は、コンバータの入力側、インバータの
出力側、接地回路の3箇所にそれぞれフィルタ回路を設
ける、または、コンバータの入力側、インバータの出力
側、接地回路の3箇所うち、いずれか2箇所にフィルタ
回路を設置することにより、コンバータ、インバータま
たは接地回路から形成される全ての経路を介して車体に
流れる漏えい高調波電流を抑制することができる。According to the present invention, a filter circuit is provided at each of the input side of the converter, the output side of the inverter and the ground circuit, or any one of the input side of the converter, the output side of the inverter and the ground circuit is provided. By installing the filter circuits at two locations, it is possible to suppress leakage harmonic current flowing through the vehicle body through all paths formed by the converter, the inverter or the ground circuit.
【0007】[0007]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1は、本発明の一実施例を示す交流電気車用電力
変換装置である。図1において、1はパンタグラフ、2
はスイッチ、3は変圧器、4はアースブラシ、5は3レ
ベルPWMコンバータ、6a、6bはフィルタコンデン
サ、7は3レベルPWMインバータ、8は誘導電動機、
9は接地リレー、10、11はストレーキャパシタン
ス、13、14、15はフィルタ回路、12a、12
b、12cは高調波電流が流れる経路を示す。3レベル
PWMコンバータ、3レベルPWMインバータの各アー
ムは、スイッチング素子IGBTを4個直列接続とし、
クランピングダイオードで中性点電圧をクランプする。
なお、スイッチング素子として、GTOサイリスタまた
はトランジスタ等の半導体素子を使用してもよい。ま
た、本実施例では、電力変換装置として、3レベルPW
Mコンバータ、3レベルPWMインバータを示している
が、2レベルPWMコンバータ、2レベルPWMインバ
ータを用いてもよい。ここで、交流電気車の場合、変圧
器の2次側回路は大地(車体)から切り離されるため、
各機器にかかる対地電圧をある値に固定する必要があ
り、そのため、どこか1点で回路を接地する必要があ
る。この接地回路として、コンバータまたはインバータ
の一部を接地する。ここでは、3レベルコンバータ・イ
ンバータの中性点から接地リレー9を介して車体接地す
る。フィルタ回路13は3レベルPWMコンバータ5の
入力側、フィルタ回路14は3レベルPWMインバータ
7の出力側、フィルタ回路15は接地回路(接地リレ
ー)9に設け、各フィルタ回路には、図3(a)に示す
リアクトルだけで構成したフィルタ、図3(b)に示す
リアクトルとコンデンサにより構成したフィルタを用い
る。ストレーキャパシタンス10は変圧器と大地(車
体)間に存在するストレーキャパシタンスであり、スト
レーキャパシタンス11は誘導電動機と大地(車体)間
に存在するストレーキャパシタンスである。主回路の動
作としては、前述したと同様に、交流架線からパンタグ
ラフ1を経由して、集電し、スイッチ2を介して変圧器
3の1次側に電力を供給する。この電力は変圧器の2次
側から3レベルPWMコンバータ5を介して交流から直
流に変換され、フィルタコンデンサ6a、6bを通して
3レベルPWMインバータ7に入力される。3レベルP
WMインバータ7では、直流から可変電圧・可変周波数
の交流に変換し、誘導電動機8を駆動する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a power converter for an AC electric vehicle showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a pantograph, 2
Is a switch, 3 is a transformer, 4 is an earth brush, 5 is a 3-level PWM converter, 6a and 6b are filter capacitors, 7 is a 3-level PWM inverter, 8 is an induction motor,
9 is a ground relay, 10 and 11 are stray capacitances, 13, 14 and 15 are filter circuits, 12a and 12
Reference numerals b and 12c denote paths through which harmonic currents flow. Each arm of the 3-level PWM converter and 3-level PWM inverter has four switching elements IGBT connected in series,
Clamp the neutral voltage with a clamping diode.
A semiconductor element such as a GTO thyristor or a transistor may be used as the switching element. In addition, in this embodiment, as the power conversion device, a three-level PW is used.
Although an M converter and a 3-level PWM inverter are shown, a 2-level PWM converter and a 2-level PWM inverter may be used. Here, in the case of an AC electric vehicle, the secondary circuit of the transformer is disconnected from the ground (vehicle body),
It is necessary to fix the ground voltage applied to each device to a certain value, and therefore it is necessary to ground the circuit at one point. As this ground circuit, a part of the converter or the inverter is grounded. Here, the vehicle body is grounded via the ground relay 9 from the neutral point of the three-level converter / inverter. The filter circuit 13 is provided on the input side of the three-level PWM converter 5, the filter circuit 14 is provided on the output side of the three-level PWM inverter 7, and the filter circuit 15 is provided on the ground circuit (ground relay) 9. 3) is used, and the filter shown in FIG. 3B is used. The stray capacitance 10 is a stray capacitance existing between the transformer and the ground (vehicle body), and the stray capacitance 11 is a stray capacitance existing between the induction motor and the ground (vehicle body). As the operation of the main circuit, similarly to the above, power is collected from the AC overhead wire via the pantograph 1 and power is supplied to the primary side of the transformer 3 via the switch 2. This electric power is converted from AC to DC from the secondary side of the transformer through the three-level PWM converter 5, and is input to the three-level PWM inverter 7 through the filter capacitors 6a and 6b. 3 level P
The WM inverter 7 converts direct current into alternating current of variable voltage and variable frequency to drive the induction motor 8.
【0008】ここで、高周波電流が漏えいする経路につ
いて、図2に示す。主回路接続は図4と同じである。但
し、ストレーキャパシタンス10、ストレーキャパシタ
ンス11は、図1に示したように変圧器と大地(車体)
間、誘導電動機と大地(車体)間にそれぞれ存在するス
トレーキャパシタンスである。図2から明らかなよう
に、高調波電流が流れる経路としては、3経路ある。3
レベルPWMコンバータ5から変圧器3、ストレーキャ
パシタンス10を経由して、大地(車体)、接地リレー
9を介して3レベルPWMコンバータ5に戻る経路12
aと、3レベルPWMインバータ7から誘導電動機8を
通ってストレーキャパシタンス11を経由して、大地
(車体)、接地リレー9を介して3レベルPWMインバ
ータに戻る経路12bと、3レベルPWMコンバータ5
から変圧器3、ストレーキャパシタンス10を経由し
て、大地(車体)、トレーキャパシタンス11を通っ
て、誘導電動機8、3レベルPWMインバータ7を介し
てコンバータに戻る経路12cの経路である。Here, the path through which the high frequency current leaks is shown in FIG. The main circuit connection is the same as in FIG. However, as shown in FIG. 1, the stray capacitance 10 and the stray capacitance 11 are connected to the transformer and the ground (vehicle body).
The stray capacitance existing between the induction motor and the ground (vehicle body). As is clear from FIG. 2, there are three paths through which the harmonic current flows. 3
Path 12 from the level PWM converter 5 to the three-level PWM converter 5 via the transformer 3 and the stray capacitance 10 and the ground (vehicle body) and the ground relay 9.
a, a path 12b from the 3-level PWM inverter 7 through the induction motor 8 and the stray capacitance 11 to the ground (vehicle body) and the ground relay 9 to the 3-level PWM inverter, and a 3-level PWM converter 5
From the transformer 3, the stray capacitance 10, the ground (vehicle body), the tray capacitance 11, the induction motor 8, and the three-level PWM inverter 7 to the converter.
【0009】本実施例では、各経路12a、12b、1
2cの高調波電流を次のように抑制する。図1に示すフ
ィルタ回路13は、経路12a、12cの高調波電流を
抑制する。また、同じくフィルタ回路14は、経路12
b、12cの高調波電流を抑制する。さらに、フィルタ
回路15は、経路12a、12bの高調波電流を抑制す
る。ところで、本実施例では、3箇所にフィルタ回路1
3、14、15を設置したが、このうちの1回路分は設
置しなくても、本来の目的を達成する。すなわち、コン
バータ5の入力側とインバータ7の出力側の2箇所にフ
ィルタ回路13、フィルタ回路14を同時に設置した場
合は、フィルタ回路13により経路12a、12c、フ
ィルタ回路14により経路12b、12cの高調波電流
が抑制可能となり、結果的に、経路12a、12b、1
2cの3経路に流れる高調波電流を抑制する。また、コ
ンバータ5の入力側と接地回路9の2箇所に同時にフィ
ルタ回路13、フィルタ回路15を設置した場合、また
は、接地回路9とインバータ7の出力側の2箇所に同時
にフィルタ回路15、フィルタ回路14を設置した場
合、いずれも経路12a、12b、12cの3経路の高
調波電流の抑制が可能となる。因に、前述した公報のよ
うに、インバータの出力側にフィルタを設置したとき
は、図1の経路12bと12cに流れる高調波電流を抑
制できるが、経路12aに流れる高調波電流を抑制でき
ない。また、コンバータの入力側にフィルタを設置した
ときは、経路12a、12cに流れる高調波電流を抑制
できるが、経路12bに流れる高調波電流を抑制できな
い。このように、本実施例では、コンバータ、インバー
タのスイッチングにより発生する高調波成分を含んだ電
流の車体への漏えいを抑制する。また、一般に電流が車
体に漏えいすると、電動機や他の電気品等を電食する
が、本実施例では、車体に漏えいする電流を抑制するこ
とにより、電動機や他の電気品等の電食を防止する。In this embodiment, each of the routes 12a, 12b, 1
The harmonic current of 2c is suppressed as follows. The filter circuit 13 shown in FIG. 1 suppresses harmonic currents on the paths 12a and 12c. Similarly, the filter circuit 14 includes a path 12
The harmonic currents of b and 12c are suppressed. Further, the filter circuit 15 suppresses harmonic currents on the paths 12a and 12b. By the way, in this embodiment, the filter circuit 1 is provided at three locations.
Although 3, 14, and 15 are installed, the original purpose can be achieved without installing one circuit. That is, when the filter circuit 13 and the filter circuit 14 are simultaneously installed at two locations on the input side of the converter 5 and the output side of the inverter 7, the filter circuit 13 causes the harmonics of the paths 12a and 12c, and the filter circuit 14 causes the harmonics of the paths 12b and 12c. The wave current can be suppressed, and as a result, the paths 12a, 12b, 1
The harmonic currents flowing in the three paths 2c are suppressed. Further, when the filter circuit 13 and the filter circuit 15 are simultaneously installed at two points on the input side of the converter 5 and the ground circuit 9, or at the two points on the output side of the ground circuit 9 and the inverter 7 at the same time. When 14 is installed, it becomes possible to suppress the harmonic currents of the three paths 12a, 12b, and 12c. When a filter is installed on the output side of the inverter as in the above-mentioned publication, the harmonic current flowing in the paths 12b and 12c in FIG. 1 can be suppressed, but the harmonic current flowing in the path 12a cannot be suppressed. Further, when the filter is installed on the input side of the converter, the harmonic current flowing through the paths 12a and 12c can be suppressed, but the harmonic current flowing through the path 12b cannot be suppressed. As described above, in this embodiment, the leakage of the current containing the harmonic component generated by the switching of the converter and the inverter to the vehicle body is suppressed. Further, in general, when current leaks to the vehicle body, the electric motor and other electric components are electrolytically corroded, but in the present embodiment, by suppressing the electric current leaking to the vehicle body, electric corrosion of the electric motor and other electric components is prevented. To prevent.
【0010】[0010]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンバータ、インバータのスイッチングにより発生する
高調波成分を含んだ電流が車体に漏えいせず、車上に設
備されているATC、ATS等の保安機器や誘導無線装
置の設備に対して障害を与えない、という効果がある。
また、車体に漏えいする電流を抑制することにより、電
動機や他の電気品等への電食を防止することが可能であ
る。As described above, according to the present invention,
The current containing the harmonic component generated by the switching of the converter and the inverter does not leak to the vehicle body, and it does not hinder the safety equipment such as ATC and ATS installed on the vehicle and the equipment of the inductive wireless device. There is an effect.
Further, by suppressing the electric current leaking to the vehicle body, it is possible to prevent electrolytic corrosion to the electric motor and other electric components.
【図1】本発明の一実施例を示す交流電気車用電力変換
装置FIG. 1 is a power converter for an AC electric vehicle showing an embodiment of the present invention.
【図2】高調波電流が流れる経路を示す説明図FIG. 2 is an explanatory diagram showing a path through which a harmonic current flows.
【図3】本実施例に使用するフィルタ回路FIG. 3 is a filter circuit used in this embodiment.
【図4】従来の交流電気車の主回路ツナギ[Fig. 4] Main circuit work of a conventional AC electric vehicle
1 パンタグラフ 2 スイッチ 3 変圧器 4 アースブラシ 5 コンバータ 6a、6b フィルタコンデンサ 7 インバータ 8 誘導電動機 9 接地リレー 10、11 ストレーキャパシタンス 12a、12b、12c 高調波電流が流れる経路 13、14、15 フィルタ回路 1 Pantograph 2 Switch 3 Transformer 4 Ground Brush 5 Converter 6a, 6b Filter Capacitor 7 Inverter 8 Induction Motor 9 Grounding Relay 10, 11 Stray Capacitance 12a, 12b, 12c Paths for Harmonic Current 13, 14, 15 Filter Circuit
Claims (5)
と、この電力を直流に変換するコンバータ及びこの直流
を可変電圧・可変周波数に変換するインバータからなる
電力変換器と、この電力変換器の出力によって駆動され
る電動機を備え、前記コンバータまたは前記インバータ
の一部を接地した交流電気車用電力変換装置において、
車体に漏えいする高調波電流が流れる全ての経路にそれ
ぞれフィルタ回路を設けることを特徴とする交流電気車
用電力変換装置。1. A power converter comprising a transformer to which electric power is supplied from an AC overhead wire, a converter for converting this electric power into a direct current and an inverter for converting this direct current into a variable voltage / variable frequency, and a power converter of this power converter. In an AC electric vehicle power converter having an electric motor driven by an output, in which a part of the converter or the inverter is grounded,
A power converter for an AC electric vehicle, characterized in that a filter circuit is provided on each of all paths through which a harmonic current leaking to a vehicle body flows.
と、この電力を直流に変換するコンバータ及びこの直流
を可変電圧・可変周波数に変換するインバータからなる
電力変換器と、この電力変換器の出力によって駆動され
る電動機を備え、前記コンバータまたは前記インバータ
の一部を接地した交流電気車用電力変換装置において、
車体に漏えいする高調波電流が流れる前記コンバータの
入力部、前記インバータの出力部及び接地回路のそれぞ
れにフィルタ回路を設けることを特徴とする交流電気車
用電力変換装置。2. A power converter comprising a transformer to which electric power is supplied from an AC overhead wire, a converter for converting the electric power into a direct current and an inverter for converting the direct current into a variable voltage / variable frequency, and a power converter of the power converter. In an AC electric vehicle power converter having an electric motor driven by an output, in which a part of the converter or the inverter is grounded,
A power converter for an AC electric vehicle, wherein a filter circuit is provided in each of an input section of the converter, an output section of the inverter, and a ground circuit through which a harmonic current leaking to a vehicle body flows.
と、この電力を直流に変換するコンバータ及びこの直流
を可変電圧・可変周波数に変換するインバータからなる
電力変換器と、この電力変換器の出力によって駆動され
る電動機を備え、前記コンバータまたは前記インバータ
の一部を接地した交流電気車用電力変換装置において、
前記コンバータの入力部及び前記インバータの出力部、
または、前記コンバータの入力部及び接地回路、また
は、前記接地回路及び前記インバータの出力部にフィル
タ回路を設け、車体に漏えいする高調波電流を抑制する
ことを特徴とする交流電気車用電力変換装置。3. A power converter comprising a transformer to which electric power is supplied from an AC overhead wire, a converter for converting this electric power into a direct current and an inverter for converting this direct current into a variable voltage / variable frequency, and a power converter of this power converter. In an AC electric vehicle power converter having an electric motor driven by an output, in which a part of the converter or the inverter is grounded,
An input part of the converter and an output part of the inverter,
Alternatively, a filter circuit may be provided at the input section and the ground circuit of the converter or at the output section of the ground circuit and the inverter to suppress the harmonic current leaking to the vehicle body. .
と、この電力を直流に変換する3レベルコンバータ及び
この直流を可変電圧・可変周波数に変換する3レベルイ
ンバータからなる電力変換器と、この電力変換器の出力
によって駆動される電動機を備え、前記電力変換器の中
性点を接地した交流電気車用電力変換装置において、車
体に漏えいする高調波電流が流れる前記コンバータの入
力部、前記インバータの出力部及び接地回路のそれぞれ
にフィルタ回路を設けることを特徴とする交流電気車用
電力変換装置。4. A power converter comprising a transformer to which electric power is supplied from an AC overhead line, a three-level converter for converting this electric power into a direct current and a three-level inverter for converting this direct current into a variable voltage / variable frequency, and In an AC electric vehicle power converter having an electric motor driven by the output of a power converter, wherein a neutral point of the power converter is grounded, an input portion of the converter in which a harmonic current leaking to a vehicle body flows, and the inverter A power converter for an AC electric vehicle, characterized in that a filter circuit is provided in each of the output section and the ground circuit.
と、この電力を直流に変換する3レベルコンバータ及び
この直流を可変電圧・可変周波数に変換する3レベルイ
ンバータからなる電力変換器と、この電力変換器の出力
によって駆動される電動機を備え、前記電力変換器の中
性点を接地した交流電気車用電力変換装置において、前
記コンバータの入力部及び前記インバータの出力部、ま
たは、前記コンバータの入力部及び接地回路、または、
前記接地回路及び前記インバータの出力部にフィルタ回
路を設け、車体に漏えいする高調波電流を抑制すること
を特徴とする交流電気車用電力変換装置。5. A power converter comprising a transformer supplied with electric power from an AC overhead wire, a three-level converter for converting this electric power into direct current, and a three-level inverter for converting this direct current into a variable voltage / variable frequency, and An AC electric vehicle power converter having an electric motor driven by an output of a power converter, wherein a neutral point of the power converter is grounded, in an input section of the converter and an output section of the inverter, or of the converter. Input section and ground circuit, or
A power converter for an AC electric vehicle, characterized in that a filter circuit is provided at an output part of the ground circuit and the inverter to suppress a harmonic current leaking to a vehicle body.
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JP17565595A JP3211073B2 (en) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | Power converter for AC electric vehicles |
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