JPH11252706A - Power converter - Google Patents
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- JPH11252706A JPH11252706A JP10045164A JP4516498A JPH11252706A JP H11252706 A JPH11252706 A JP H11252706A JP 10045164 A JP10045164 A JP 10045164A JP 4516498 A JP4516498 A JP 4516498A JP H11252706 A JPH11252706 A JP H11252706A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電鉄車両用の永久
磁石界磁同期電動機を駆動する電力変換装置に関し、特
に車両惰行時に永久磁石界磁同期電動機に発生した誘導
起電圧に起因する過電流の流入を阻止する機能を備えた
電力変換装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for driving a permanent magnet field synchronous motor for electric railway vehicles, and more particularly, to an overcurrent caused by an induced electromotive force generated in the permanent magnet field synchronous motor during vehicle coasting. The present invention relates to a power conversion device having a function of preventing inflow of air.
【0002】[0002]
【従来の技術】図8は従来の電力変換装置を示す図であ
る。図において、1は直流電圧を3相交流電力に変換し
て電気車両駆動用の誘導電動機8に供給する電力変換装
置の本体である。電力変換装置1は、自己ターンオフ機
能を有した3組みの電力用半導体スイッチング素子(例
えば、GTO)Qを3相ブリッジ回路に組んだインバー
タ2、インバータ2に直流電圧を供給するフィルタコン
デンサ3、フィルタコンデンサ3の過充電を抑制する過
電圧抑制回路4、過電圧抑制回路4の一部でフィルタコ
ンデンサ3に過充電された電荷を放電させる抵抗器5
(以下、過電圧抑制抵抗と呼ぶ)と、後段の回路を切り
離すための主回路遮断器8より構成される。6は架線よ
り直流電力を車両に取り込みフィルタコンデンサ3に供
給するパンタグラフ6である。尚、各電力用半導体スイ
ッチング素子QにはフライホイールダイオードDが並列
に接続されている。FIG. 8 is a diagram showing a conventional power converter. In the figure, reference numeral 1 denotes a main body of a power conversion device that converts a DC voltage into three-phase AC power and supplies the power to an induction motor 8 for driving an electric vehicle. The power converter 1 includes an inverter 2 in which three sets of power semiconductor switching elements (for example, GTO) Q having a self-turn-off function are assembled in a three-phase bridge circuit, a filter capacitor 3 that supplies a DC voltage to the inverter 2, and a filter. An overvoltage suppressing circuit for suppressing overcharging of the capacitor, a resistor for discharging an overcharged charge of the filter capacitor in a part of the overvoltage suppressing circuit;
(Hereinafter, referred to as an overvoltage suppression resistor) and a main circuit breaker 8 for disconnecting a circuit at a subsequent stage. Reference numeral 6 denotes a pantograph 6 which takes in DC power from the overhead line and supplies it to the filter capacitor 3. A flywheel diode D is connected to each power semiconductor switching element Q in parallel.
【0003】次に、従来の電力変換装置の動作について
説明する。ここで説明する電力変換装置とは、パンタグ
ラフ6から取り込んだ直流電圧をインバータ2によって
3相交流電圧に変換して誘導電動機8に供給して駆動さ
せる装置である。インバータ2は、自己ターンオフ機能
を有した電力用半導体スイッチング素子(例えばGT
O)Qとこの素子に並列接続され電流を転流させるため
のフライホイールダイオードDで構成する。Next, the operation of the conventional power converter will be described. The power converter described here is a device that converts a DC voltage taken from a pantograph 6 into a three-phase AC voltage by an inverter 2 and supplies the three-phase AC voltage to an induction motor 8 for driving. The inverter 2 includes a power semiconductor switching element (for example, GT) having a self-turn-off function.
O) A flywheel diode D is connected in parallel with the element Q and commutates the current.
【0004】インバータ2は3組みの電力用半導体スイ
ッチング素子で3相ブリッジを構成する。この3相ブリ
ッジは直流回路の高電位と低電位間に電力用半導体スイ
ッチング素子QとフライホイールダイオードDとの並列
回路が2回路づつ各相対応に直列に接続される。そして
各並列回路の接続点より各相毎のインバータ出力が誘導
電動機8に供給される。インバータ2の直流入力側に接
続されたフィルタコンデンサ3にはパンタグラフ6を通
して架線より直流電圧が蓄電される。The inverter 2 forms a three-phase bridge with three sets of power semiconductor switching elements. In this three-phase bridge, two parallel circuits each comprising a power semiconductor switching element Q and a flywheel diode D are connected in series between the high potential and the low potential of the DC circuit for each phase. The inverter output for each phase is supplied to the induction motor 8 from the connection point of each parallel circuit. A DC voltage is stored in the filter capacitor 3 connected to the DC input side of the inverter 2 from the overhead wire through the pantograph 6.
【0005】また、電力変換装置1内の過電圧抑制回路
4は、図9に示すように誘導電動機8からの回生電力や
架線から供給される直流電圧の異常上昇でフィルタコン
デンサ3に蓄積される電荷の異常上昇を図示しない検知
手段で検知すると、主回路遮断器8を開放して直流回路
の高電位と低電位間を図示しない短絡手段で短絡、即ち
フィルタコンデンサ3の両端を短絡手段と過電圧抑制抵
抗5で短絡することでフィルタコンデンサ3に蓄電され
た電荷は過電圧抑制抵抗5を通して放電される。[0005] As shown in FIG. 9, the overvoltage suppression circuit 4 in the power conversion device 1 stores the electric charge stored in the filter capacitor 3 due to the regenerative power from the induction motor 8 or the abnormal rise in the DC voltage supplied from the overhead wire. When the abnormal rise of the DC voltage is detected by the detecting means (not shown), the main circuit breaker 8 is opened and the high potential and the low potential of the DC circuit are short-circuited by the short-circuiting means (not shown). The electric charge stored in the filter capacitor 3 by short-circuiting with the resistor 5 is discharged through the overvoltage suppression resistor 5.
【0006】現在、電鉄車両の駆動用電動機としては構
造が簡単で堅牢であることから多くの利点をもっている
誘導電動機が使用されているが、誘導電動機に比べて力
率、効率が良くなる等の特徴をもつ永久磁石界磁同期電
動機の採用が検討されている。永久磁石界磁同期電動機
はブラシレス構造であるから省メンテナンス化に寄与で
きものと期待される。At present, an induction motor, which has many advantages due to its simple structure and robustness, is used as a motor for driving electric railway vehicles. However, the power factor and efficiency are improved as compared with the induction motor. The adoption of a permanent magnet field synchronous motor having features is being studied. Since the permanent magnet field synchronous motor has a brushless structure, it is expected to contribute to maintenance saving.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】以上のように現在、電
鉄車両の駆動用電動機として誘導電動機に替えて永久磁
石界磁同期電動機の採用が検討されているが、現在のよ
うに誘導電動機を用いた電鉄車両用の電動機制御装置
は、電鉄車両の惰行(フリーラン)時に電動機から誘導
起電圧が発生しないことを前提に設計されている。As described above, the use of a permanent magnet field synchronous motor instead of an induction motor as a driving motor for an electric railway vehicle is currently being studied. The electric motor control device for an electric railway vehicle is designed on the assumption that no induced electromotive voltage is generated from the electric motor when the electric railway vehicle coasts (free-runs).
【0008】また、従来の過電圧抑制回路は、フリーラ
ン状態で誘導起電圧が発生しない誘導電動機を基本に設
計されるいるため、フィルタコンデンサに蓄積された電
荷のみを過電圧抑制抵抗5を通して放出することを基準
に設計される。Further, since the conventional overvoltage suppression circuit is designed based on an induction motor which does not generate an induced electromotive voltage in a free-run state, only the electric charge accumulated in the filter capacitor is discharged through the overvoltage suppression resistor 5. Designed based on
【0009】しかしながら、永久磁石である回転子で回
転界磁をつくる永久磁石界磁同期電動機7であると、イ
ンバータを停止して電動機をフリーランさせると誘導起
電圧が発生するため電力変換装置からみれば永久磁石界
磁同期電動機の誘導起電圧は外部的な電源となる[0009] However, in the case of the permanent magnet field synchronous motor 7 in which the rotating field is created by the rotor, which is a permanent magnet, when the inverter is stopped and the motor coasts, an induced electromotive voltage is generated. If you look at, the induced electromotive voltage of the permanent magnet field synchronous motor becomes the external power source
【0010】従って、永久磁石界磁同期電動機を電鉄車
両駆動用に使用した場合に、インバータ2を停止をさせ
ると、電動機の誘導起電圧Vacはインバータ2を構成
する電力用半導体スイッチグ素子Qに並列接続されて実
装されているフライホイールダイオードDによって整流
され、フィルタコンデンサ3に連続的に印加される。Therefore, when the inverter 2 is stopped when the permanent magnet field synchronous motor is used for driving the electric railway vehicle, the induced electromotive voltage Vac of the motor is parallel to the power semiconductor switching element Q constituting the inverter 2. The current is rectified by the connected and mounted flywheel diode D, and is continuously applied to the filter capacitor 3.
【0011】しかしながら、従来の過電圧抑制回路は、
上述したような事柄を基本に設計されるいるため、イン
バータの停止中に永久磁石界磁同期電動機の誘導起電圧
に対するフィルタコンデンサの過電圧保護が起こると、
永久磁石界磁同期電動機からインバータを通して供給さ
れる電力は過電圧抑制抵抗で消費され、過電圧抑制抵抗
を焼損する可能性がある。このような問題点を解決する
ためには電力容量のより大きい過電圧抑制抵抗を設けた
り、放熱部材を揃えたりすると装置全体が大規模化する
と共に高価なものになってしまうという問題が起こる。However, the conventional overvoltage suppression circuit is
Because it is designed based on the above-mentioned matter, if overvoltage protection of the filter capacitor against the induced electromotive voltage of the permanent magnet field synchronous motor occurs while the inverter is stopped,
Electric power supplied from the permanent magnet field synchronous motor through the inverter is consumed by the overvoltage suppression resistor, and may burn out the overvoltage suppression resistor. In order to solve such a problem, if an overvoltage suppression resistor having a larger power capacity is provided, or if heat radiating members are arranged, a problem arises in that the entire device becomes large-scale and expensive.
【0012】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電鉄用同期電動機に永久磁石界
磁同期電動機を使用した場合に、電動機のフリーラン状
態時に発生した誘導起電圧の影響をインバータの直流入
力側に及ぼさない電力変換装置を得ることを目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. In the case where a permanent magnet field synchronous motor is used as an electric synchronous motor for an electric railway, an induced electromotive force generated during a free-run state of the electric motor is provided. It is an object of the present invention to obtain a power converter that does not affect the DC input side of the inverter.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る電
力変換装置は、架線よりパンタグラフを通して入力され
た直流電圧を充電するフィルタコンデンサと、このフィ
ルタコンデンサに充電された直流電圧を交流電力に変換
して電鉄車両駆動用の永久磁石界磁同期電動機に出力す
るインバータと、前記永久磁石界磁同期電動機の惰行時
に発生する誘動起電圧が前記インバータの直流入力側に
影響を及ぼすのを阻止する阻止手段とを備えたものであ
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a power conversion device, comprising: a filter capacitor for charging a DC voltage input from a wire through a pantograph; and a DC voltage charged in the filter capacitor to AC power. Inverter that converts and outputs to a permanent magnet field synchronous motor for driving a railway vehicle, and prevents an induced electromotive voltage generated during coasting of the permanent magnet field synchronous motor from affecting the DC input side of the inverter And blocking means for performing the operation.
【0014】請求項2の発明の電力変換装置における阻
止手段は、インバータの運転停止時に前記インバータの
出力端子と永久磁石界磁同期電動機の入力端子間の接続
を遮断する遮断機器である。The blocking means in the power converter according to the second aspect of the present invention is a blocking device that cuts off a connection between an output terminal of the inverter and an input terminal of the permanent magnet field synchronous motor when the operation of the inverter is stopped.
【0015】請求項3の発明の電力変換装置における阻
止手段は、インバータの運転停止時に前記インバータの
入力端子とフィルタコンデンサの高電位端子間の接続を
遮断する遮断機器である。The blocking means in the power converter according to the third aspect of the present invention is a blocking device that cuts off a connection between an input terminal of the inverter and a high potential terminal of the filter capacitor when the operation of the inverter is stopped.
【0016】請求項4の発明の電力変換装置における遮
断機器は、電力用半導体スイッチング素子である。According to a fourth aspect of the present invention, the shutoff device in the power converter is a power semiconductor switching element.
【0017】請求項5の発明の電力変換装置における阻
止手段は、永久磁石界磁同期電動機の惰行検出時にイン
バータの交流出力電圧を、前記永久磁石界磁同期電動機
の惰行時に発生する誘動起電圧レベルにして出力する。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus, wherein the blocking means generates an AC output voltage of the inverter upon detection of coasting of the permanent magnet field synchronous motor, and an induced electromotive force generated upon coasting of the permanent magnet field synchronous motor. Output to level.
【0018】請求項6に係る電力変換装置は、架線より
パンタグラフを通して入力された直流電圧を充電するフ
ィルタコンデンサと、このフィルタコンデンサに充電さ
れた直流電圧を交流電力に変換して電鉄車両駆動用の永
久磁石界磁同期電動機に出力するインバータと、前記フ
ィルタコンデンサの充電電圧の値が予め設定された過充
電判定レベルを超えた時に、前記フィルタコンデンサの
両端を抵抗器により短絡して放電させ、また前前記イン
バータの運転停止検出時に過充電判定レベルを誘動起電
圧レベル以上に高める過電圧防止手段とを備えている。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a power conversion device for charging a DC voltage input from an overhead wire through a pantograph, and for converting a DC voltage charged in the filter capacitor into AC power to drive an electric railway vehicle. An inverter that outputs to the permanent magnet field synchronous motor, and when the value of the charging voltage of the filter capacitor exceeds a preset overcharge determination level, both ends of the filter capacitor are short-circuited by a resistor and discharged, And an overvoltage prevention means for increasing an overcharge determination level to be equal to or higher than an induced electromotive voltage level when the operation stop of the inverter is detected.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
一実施の形態を図1について説明する。尚、図中、図7
と同一符号は同一または相当部分を示す。本実施の形態
では永久磁石界磁同期電動機(以下、同期電動機と記載
する)7の入力端子とインバータ2Aにおける各相の出
力端子は、インバータ運転時に閉成状態を維持している
電力遮断スイッチ(遮断機器)Cu,Cv,Cwを介して
接続されている。また、本実施の形態におけるインバー
タ2Aは図7に示す通常の構成の外、インバータ運転停
止検出時に電力遮断スイッチCu,Cv,Cwを開放する
手段(阻止手段)を備えている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, FIG.
The same reference numerals indicate the same or corresponding parts. In the present embodiment, an input terminal of a permanent magnet field synchronous motor (hereinafter, referred to as a synchronous motor) 7 and an output terminal of each phase of the inverter 2A are connected to a power cutoff switch ( (Cutoff device) Connected via Cu, Cv, Cw. In addition to the normal configuration shown in FIG. 7, the inverter 2A according to the present embodiment includes a means (blocking means) for opening the power cutoff switches Cu, Cv, and Cw when the inverter operation stop is detected.
【0020】次に本実施の形態の動作について説明す
る。通常、インバータ運転時には閉成状態となっている
電力遮断スイッチCu,Cv,Cwを通してインバータ2
Aより同期電動機7に交流電力を供給して電鉄車両を運
転をする。しかし、たとえば電鉄車両が下がり勾配にさ
しかかり惰性運転に移行するとき、インバータ2Aは運
転停止に切り替わる。そして、インバータ2Aは運転停
止切り替えに伴い電力遮断スイッチCu,Cv,Cwを開
放する。この結果、同期電動機7に発生した誘導起電圧
が電力変換装置1Aにおけるインバータ2Aを通して過
電圧抑制回路(過電圧防止手段)4に印加されるのが抑
制される。Next, the operation of this embodiment will be described. Normally, during the inverter operation, the inverter 2 is closed through the power cut-off switches Cu, Cv, and Cw that are closed.
AC power is supplied from A to the synchronous motor 7 to drive the electric train. However, for example, when the electric railway vehicle approaches a downhill slope and shifts to the coasting operation, the inverter 2A switches to the operation stop. Then, the inverter 2A opens the power cutoff switches Cu, Cv, and Cw in accordance with the operation stop switching. As a result, application of the induced electromotive voltage generated in the synchronous motor 7 to the overvoltage suppression circuit (overvoltage prevention means) 4 through the inverter 2A in the power conversion device 1A is suppressed.
【0021】実施の形態2.上記実施の形態1では電力
変換装置1Aに対する誘導起電圧遮断用スイッチに機械
式の電力遮断スイッチを用いたが、本実施の形態では電
力遮断スイッチに替えてダイオードDu,Dv,Dwに
自己ターンオフ型の電力用半導体スイッチング素子であ
るGTO Su,Sv,Swを逆並列接続した並列回路
を、同期電動機7の入力端子とインバータ2Aにおける
各相の出力端子間に挿入する。Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, a mechanical power cutoff switch is used as an induced electromotive force cutoff switch for the power conversion device 1A. However, in the present embodiment, a self-turn-off type diode Du, Dv, Dw is used instead of the power cutoff switch. Is inserted between the input terminal of the synchronous motor 7 and the output terminal of each phase in the inverter 2A.
【0022】以下、本実施の形態を図2について説明す
る。尚、図中、図7と同一符号は同一または相当部分を
示す。本実施の形態では同期電動機7の入力端子とイン
バータ2Bにおける各相の出力端子間には、アノードを
インバータ2Bにおける各相の出力端子に、カソードを
同期電動機7の入力端子に接続したダイオードDu,D
v,Dwにインバータ運転時にオン状態を維持している
GTO Su,Sv,Swをそれぞれ逆並列接続して構
成した並列回路が直列に接続されている。また、本実施
の形態におけるインバータ2Bは図7に示す通常の構成
の外、インバータ運転停止検出時にGTO Su,S
v,Swにゲートターンオフ信号を出力する手段(阻止
手段)を備えている。Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIG. In the drawing, the same reference numerals as those in FIG. 7 indicate the same or corresponding parts. In the present embodiment, between the input terminal of the synchronous motor 7 and the output terminal of each phase of the inverter 2B, a diode Du, whose anode is connected to the output terminal of each phase of the inverter 2B and whose cathode is connected to the input terminal of the synchronous motor 7, is provided. D
Parallel circuits formed by connecting GTO Su, Sv, and Sw, which are kept on during inverter operation, in antiparallel to v and Dw, respectively, are connected in series. In addition, the inverter 2B according to the present embodiment is different from the normal configuration shown in FIG.
Means (blocking means) for outputting a gate turn-off signal to v and Sw are provided.
【0023】次に本実施の形態の動作について説明す
る。通常、インバータ運転時にはゲートターンオンとな
っているGTO Su,Sv,SwおよびダイオードD
u,Dv,Dwを通してインバータ2Bより同期電動機
7に交流電力を供給して電鉄車両を運転する。しかし、
たとえば電鉄車両が下がり勾配にさしかかり惰性運転に
移行するとき、インバータ2Bは運転停止に切り替わ
る。そして、インバータ2Bは運転停止切り替えに伴い
GTO Su,Sv,Swにゲートターンオフ信号を出
力してGTO Su,Sv,Swをオフ動作する。この
結果、同期電動機7に発生した誘導起電圧はインバータ
2への入力はGTO Su,Sv,Swにより遮断され
る共に、ダイオードDu,Dv,Dwによって電力変換
装置1Aの過電圧抑制回路4への印加は速やかに阻止さ
れ,またインバータ運転再開時におけるオン動作の立ち
上げを速やかに行うことができる。Next, the operation of this embodiment will be described. Normally, GTO Su, Sv, Sw and the diode D
AC electric power is supplied from the inverter 2B to the synchronous motor 7 through u, Dv, and Dw to drive the electric railway vehicle. But,
For example, when the electric railway vehicle approaches the downhill and shifts to the coasting operation, the inverter 2B switches to the stop operation. Then, the inverter 2B outputs a gate turn-off signal to the GTO Su, Sv, Sw with the switching of the operation stop to turn off the GTO Su, Sv, Sw. As a result, the induced electromotive voltage generated in the synchronous motor 7 is interrupted by the GTO Su, Sv, and Sw, and is applied to the overvoltage suppression circuit 4 of the power converter 1A by the diodes Du, Dv, and Dw. Is quickly prevented, and the on-operation can be quickly started when the inverter operation is restarted.
【0024】実施の形態3.上記実施の形態では、各G
TO Su,Sv,Swに対してダイオードDu,D
v,Dwをそれぞれ逆並列接続したが、ダイオードD
u,Dv,Dwの替わりに他のGTOを逆並列接続して
インバータ2Bの運転時は全てのGTOにゲートターン
オン信号を出力し、運転停止時は全てのGTOにゲート
ターンオフ信号を出力することで電力変換装置1Aに対
する誘導起電圧の印加を阻止してもよい。Embodiment 3 FIG. In the above embodiment, each G
Diodes Du, D for TO Su, Sv, Sw
v and Dw are connected in anti-parallel, respectively.
Instead of u, Dv, and Dw, another GTO is connected in anti-parallel, and a gate turn-on signal is output to all GTOs when the inverter 2B is operating, and a gate turn-off signal is output to all GTOs when the inverter 2B is stopped. The application of the induced electromotive voltage to the power converter 1A may be blocked.
【0025】実施の形態4.なお、上記実施の形態3で
は、同期電動機7と電鉄用電力変換装置のインバータ2
Bの間に電力用半導体素子であるGTOを設けることに
ついて示したが、GTO以外の自己ターンオフ型の電力
用半導体素子(例えばIGBT)を適用しても上記実施
の形態と同様の効果を奏する。Embodiment 4 In the third embodiment, the synchronous motor 7 and the inverter 2 of the electric power conversion device are used.
Although the case where the GTO as the power semiconductor element is provided between B and B is shown, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained by applying a self-turn-off type power semiconductor element (for example, IGBT) other than the GTO.
【0026】実施の形態5.上記実施の形態1〜4で
は、インバータ2A,2Bの運転停止時に同期電動機7
を機械式あるいは半導体強式スイッチによりインバータ
2A,2Bより切り離し、過電圧抑制回路4に対する誘
導起電圧の影響を阻止した。Embodiment 5 In the first to fourth embodiments, when the operation of the inverters 2A and 2B is stopped, the synchronous motor 7
Is separated from the inverters 2A and 2B by a mechanical or semiconductor strong switch to prevent the influence of the induced electromotive voltage on the overvoltage suppression circuit 4.
【0027】しかし、本実施の形態では、図3のフロー
チャートに示すように。インバータは内蔵したマイクロ
コンピュータによりインバータが運転中か否かを判定す
る。そして、インバータが運転中であることが判断され
たならば、過電圧抑制回路4に対してインバータの運転
に支障のない最大値を直流過電圧保護セット値としてセ
ットする。そしてインバータの運転中にフィルタコンデ
ンサ3に充電された電荷がセットされた最大値を超える
ようであれば、過電圧抑制回路4は過電圧抑制抵抗5と
共にフィルタコンデンサ3を短絡して電荷を過電圧抑制
抵抗5に放電させる。However, in the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. The inverter determines whether or not the inverter is operating by a built-in microcomputer. If it is determined that the inverter is in operation, the maximum value that does not hinder the operation of the inverter is set to the overvoltage suppression circuit 4 as the DC overvoltage protection set value. If the electric charge charged in the filter capacitor 3 exceeds the set maximum value during the operation of the inverter, the overvoltage suppression circuit 4 short-circuits the filter capacitor 3 together with the overvoltage suppression resistor 5 to reduce the electric charge. Discharge.
【0028】しかし、インバータの運転停止が判断され
たならば、過電圧抑制回路4に対し、同期電動機7に発
生する誘導起電圧より高めの電圧値を直流過電圧保護セ
ット値としてセットする。この結果、過電圧抑制回路4
は同期電動機7より誘導起電圧が印加されても、その値
はセットされた直流過電圧保護セット値より低いためフ
ィルタコンデンサ3の短絡動作は行わない。従って、過
電圧抑制抵抗5は誘導起電圧による過電流の影響を受け
て焼損することはない。However, if it is determined that the operation of the inverter is stopped, a voltage value higher than the induced electromotive voltage generated in the synchronous motor 7 is set to the overvoltage suppression circuit 4 as a DC overvoltage protection set value. As a result, the overvoltage suppression circuit 4
Even if an induced electromotive voltage is applied from the synchronous motor 7, its value is lower than the set DC overvoltage protection set value, so that the short-circuit operation of the filter capacitor 3 is not performed. Therefore, the overvoltage suppression resistor 5 is not burned under the influence of the overcurrent due to the induced electromotive force.
【0029】実施の形態6.上記実施の形態1〜5は電
鉄車両の惰行に伴いインバータを停止すると共に、惰行
時に発生する同期電動機7の誘導起電圧を過電圧抑制回
路4に対して影響を及ぼさないようにした。Embodiment 6 FIG. In the first to fifth embodiments, the inverter is stopped along with the coasting of the railway vehicle, and the induced electromotive voltage of the synchronous motor 7 generated at the time of coasting is not affected on the overvoltage suppression circuit 4.
【0030】しかし、本実施の形態は同期電動機7の力
行運転へ立ち上げを速やかにすると共に、誘導起電圧遮
断機構を不要とし、且つ、電鉄車両の惰行に伴うインバ
ータ2Cの停止は行わない。惰行運転にさしかかると、
インバータ2Cは同期電動機7に発生する誘導起電圧V
acを打ち消すようなインバータ出力電圧VIVN(VI VN
=Vac)を生成する。その結果、誘導起電圧Vacと
インバータ出力電圧VIVNとが等しくなって電位差が生
じず、同期電動機7よりインバータ2Cに三相交流電流
Iacが流れない状態となる。However, in the present embodiment, the synchronous motor 7 is quickly started up to the power running operation, the induction electromotive voltage cut-off mechanism is not required, and the inverter 2C is not stopped due to the coasting of the electric railway vehicle. When coasting starts,
Inverter 2C generates induced electromotive voltage V generated in synchronous motor 7
Inverter output voltage V IVN (V I VN
= Vac). As a result, the induced electromotive voltage Vac becomes equal to the inverter output voltage V IVN , causing no potential difference, and the three-phase AC current Iac does not flow from the synchronous motor 7 to the inverter 2C.
【0031】実施の形態7.上記実施の形態1、2は同
期電動機の入力端子とインバータの出力端子の間のライ
ン間に遮断手段を設けたが、本実施の形態はインバータ
の高電位側とフィルタコンデンサ3の高電位側を接続す
るライン間に遮断手段を備える。Embodiment 7 In the first and second embodiments, the breaking means is provided between the line between the input terminal of the synchronous motor and the output terminal of the inverter. In this embodiment, the high potential side of the inverter and the high potential side of the filter capacitor 3 are connected. A disconnecting means is provided between the connecting lines.
【0032】図5は本実施の形態に係る電力変換装置1
Dである。この電力変換装置1Dは、インバータ2Dの
高電位側とフィルタコンデンサ3の高電位側とを接続す
るライン間に、同期電動機7を通常運転している場合は
閉成状態を維持する電力遮断スイッチCに直列接続して
いる。また、本実施の形態におけるインバータ2Dは図
7に示す通常の構成の外、インバータ運転停止検出時に
電力遮断スイッチCを開放する手段(阻止手段)を備え
ている。FIG. 5 shows a power converter 1 according to the present embodiment.
D. The power conversion device 1D includes a power cutoff switch C that maintains a closed state between the line connecting the high potential side of the inverter 2D and the high potential side of the filter capacitor 3 when the synchronous motor 7 is normally operated. Are connected in series. In addition, the inverter 2D in the present embodiment includes a means (blocking means) for opening the power cutoff switch C when the inverter operation stop is detected, in addition to the normal configuration shown in FIG.
【0033】次に本実施の形態の動作について説明す
る。通常、インバータ運転時には閉成状態となっている
電力遮断スイッチCを通してフィルタコンデンサ3より
インバータ2Dに直流電力が入力され、そこで交流電力
に変換されて同期電動機7に供給されて電鉄車両を運転
する。Next, the operation of this embodiment will be described. Normally, during inverter operation, DC power is input from the filter capacitor 3 to the inverter 2D through the power cutoff switch C which is in a closed state, where it is converted into AC power and supplied to the synchronous motor 7 to operate the electric railway vehicle.
【0034】しかし、たとえば電鉄車両が下がり勾配に
さしかかり惰性運転に移行するとき、インバータ2Dは
運転停止に切り替わる。そして、インバータ2Aは運転
停止切り替えに伴い電力遮断スイッチCを開放する。こ
の結果、同期電動機7に発生した誘導起電圧がインバー
タ2Dで直流電圧に変換されても過電圧抑制回路4に印
加されることが阻止される。However, for example, when the electric railway vehicle approaches a downhill slope and shifts to the coasting operation, the inverter 2D switches to the stop operation. Then, the inverter 2A opens the power cutoff switch C with the switching of the operation stop. As a result, even if the induced electromotive voltage generated in the synchronous motor 7 is converted into a DC voltage by the inverter 2D, it is prevented from being applied to the overvoltage suppression circuit 4.
【0035】実施の形態8.上記実施の形態は同期電動
機の入力端子とインバータの出力端子の間のライン間に
機械式の遮断機構を設けたが、本実施の形態はインバー
タの高電位側とフィルタコンデンサ3の高電位側を接続
するライン間に電力用半導体スイッチング素子を備え
る。Embodiment 8 FIG. In the above embodiment, a mechanical shut-off mechanism is provided between the line between the input terminal of the synchronous motor and the output terminal of the inverter, but in the present embodiment, the high potential side of the inverter and the high potential side of the filter capacitor 3 are connected. A power semiconductor switching element is provided between connected lines.
【0036】図6は本実施の形態に係る電力変換装置1
Eである。この電力変換装置1Eは、インバータ2Eの
高電位側とフィルタコンデンサ3の高電位側とを接続す
るライン間に、同期電動機7を通常運転している場合は
オフ状態を維持する自己ターンオフ型の電力用半導体ス
イッチング素子(例えばGTO)S1とダイオードD1
との逆並列回路を直列接続している。ダイオードD1は
フィルタコンデンサ3よりインバータ2Eに流れる直流
電流の方向に順方向接続されている。そして電力用半導
体スイッチング素子S1はダイオードD1に対して逆方
向に並列接続されている。FIG. 6 shows a power converter 1 according to the present embodiment.
E. This power conversion device 1E is a self-turn-off type of power that maintains an off state when the synchronous motor 7 is operating normally between a line connecting the high potential side of the inverter 2E and the high potential side of the filter capacitor 3. Semiconductor switching element (for example, GTO) S1 and diode D1
Are connected in series. The diode D1 is connected in the forward direction in the direction of the direct current flowing from the filter capacitor 3 to the inverter 2E. The power semiconductor switching element S1 is connected in parallel to the diode D1 in the reverse direction.
【0037】本実施の形態におけるインバータ2Eは図
7に示す通常の構成の外、インバータ運転停止検出時に
電力用半導体スイッチング素子S1にゲートオフ信号を
出力する手段を備えている。次に本実施の形態の動作に
ついて説明する。電力用半導体スイッチング素子S1は
インバータ運転中はオン状態となっているため、同期電
動機7の回生電力はインバータ2Eのフライホイールダ
イオードで整流された後に電力用半導体スイッチング素
子S1を通してパンタグラフ6に送られ、そこから架線
に戻される。また、力行運転時にはダイオードD1を通
してフィルタコンデンサ3よりインバータ2Eに直流電
力が入力され、そこで交流電力に変換されて同期電動機
7に供給される。The inverter 2E according to the present embodiment is provided with a means for outputting a gate-off signal to the power semiconductor switching element S1 when the inverter operation stop is detected, in addition to the normal configuration shown in FIG. Next, the operation of the present embodiment will be described. Since the power semiconductor switching device S1 is in the ON state during the inverter operation, the regenerative power of the synchronous motor 7 is rectified by the flywheel diode of the inverter 2E and then sent to the pantograph 6 through the power semiconductor switching device S1. From there it is returned to the overhead line. During power running operation, DC power is input from the filter capacitor 3 to the inverter 2E through the diode D1, where it is converted into AC power and supplied to the synchronous motor 7.
【0038】しかし、たとえば電鉄車両が下がり勾配に
さしかかり惰性運転に移行するとき、インバータ2Eは
運転停止に切り替わる。そして、インバータ2Eは運転
停止切り替えに伴い電力用半導体スイッチング素子S1
にゲートターンフ信号を出力してオフ状態にする。この
結果、同期電動機7に発生した誘導起電圧がインバータ
2Eのフライホイールダイオードにより直流電圧に変換
されても過電圧抑制回路4に印加されることが阻止され
る。However, for example, when the railway vehicle approaches a downhill slope and shifts to the coasting operation, the inverter 2E switches to the stop operation. Then, the inverter 2E switches the power semiconductor switching element S1 with the operation stop switching.
And output a gate turn signal to turn off. As a result, even if the induced electromotive voltage generated in the synchronous motor 7 is converted into a DC voltage by the flywheel diode of the inverter 2E, it is prevented from being applied to the overvoltage suppression circuit 4.
【0039】実施の形態9.なお、上記実施の形態7で
は、インバータ2Eとフィルタコンデンサ3の間に電力
用半導体スイッチング素子であるGTOを設けることに
ついて示したが、自己ターンオフ型の電力用半導体素
子、たとえばIGBTを適用してもよく、上記実施の形
態と同様の効果を奏する。更に、並列接続されたダイオ
ードの替わりに電力用半導体素子(GTO,MOSFE
T,IGBT)を用いても同様の効果を奏する。Embodiment 9 Although the seventh embodiment has described the case where the power semiconductor switching element GTO is provided between the inverter 2E and the filter capacitor 3, the self-turn-off type power semiconductor element, for example, an IGBT may be applied. Often, the same effects as those of the above embodiment can be obtained. Furthermore, instead of diodes connected in parallel, power semiconductor elements (GTO, MOSFE)
(T, IGBT) has the same effect.
【0040】実施の形態10.上記全ての実施の形態に
おいて、パンタグラフ6を通して架線から供給される電
源電圧が交流電圧あり、その交流電圧供給源と電力変換
装置との間に交流/直流電力変換装置があっても、電力
変換装置の入力が直流電力であれば、上記各実施の形態
をこの電力変換装置に適用できることは勿論であり、各
実施の形態と同様の効果を奏する。Embodiment 10 FIG. In all of the above embodiments, even if the power supply voltage supplied from the overhead wire through the pantograph 6 is an AC voltage, and the AC / DC power converter is provided between the AC voltage source and the power converter, the power converter is If the input is DC power, it is needless to say that each of the above embodiments can be applied to this power converter, and the same effects as those of the embodiments can be obtained.
【0041】実施の形態11.尚、上記各実施の形態で
は電力変換装置に適用よりインバータを図8、9に示し
た2レベルのインバータの外、図7に示す3レベルの中
性点クランプ式インバータに使用できることは無論であ
る。この様なインバータ回路の場合、直列接続された2
つのフィルタコンデンサに過電圧抑制回路4と過電圧抑
制抵抗5との直列回路を並列接続する。従って、過電圧
抑制動作に関しては上記各実施の形態の動作と変わりは
ない。Embodiment 11 FIG. In each of the above embodiments, it is obvious that the inverter can be used not only for the two-level inverter shown in FIGS. 8 and 9 but also for the three-level neutral point clamp type inverter shown in FIG. . In the case of such an inverter circuit, 2 connected in series
A series circuit of an overvoltage suppression circuit 4 and an overvoltage suppression resistor 5 is connected in parallel to one filter capacitor. Therefore, the operation of the overvoltage suppression operation is not different from the operation of each of the above embodiments.
【0042】[0042]
【発明の効果】請求項1の発明によれば、架線よりパン
タグラフを通して入力された直流電圧を充電するフィル
タコンデンサと、このフィルタコンデンサに充電された
直流電圧を交流電力に変換して電鉄車両駆動用の永久磁
石界磁同期電動機に出力するインバータと、前記永久磁
石界磁同期電動機の惰行時に発生する誘動起電圧が前記
インバータの直流入力側に影響を及ぼすのを阻止する阻
止手段とを備えたので、誘導電動機を駆動制御する従来
の電力変換装置による永久磁石界磁同期電動機の駆動制
御が可能となる効果がある。According to the first aspect of the present invention, a filter capacitor for charging a DC voltage input through a pantograph from an overhead wire, and a DC voltage charged in the filter capacitor is converted to AC power to drive an electric vehicle. An inverter that outputs to the permanent magnet field synchronous motor, and blocking means that prevents an induced electromotive voltage generated when the permanent magnet field synchronous motor coasts from affecting the DC input side of the inverter. Therefore, there is an effect that the drive control of the permanent magnet field synchronous motor can be performed by the conventional power converter that drives and controls the induction motor.
【0043】請求項2の発明によれば、阻止手段をイン
バータの運転停止時に前記インバータの出力端子と永久
磁石界磁同期電動機の入力端子間の接続を遮断する遮断
機器としたので、誘動起電圧がインバータの直流入力側
に影響を及ぼすのを阻止することができるという効果が
ある。According to the second aspect of the present invention, the blocking means is a breaking device for breaking the connection between the output terminal of the inverter and the input terminal of the permanent magnet field synchronous motor when the operation of the inverter is stopped. There is an effect that the voltage can be prevented from affecting the DC input side of the inverter.
【0044】請求項3の発明によれば、阻止手段をイン
バータの運転停止時に前記インバータの入力端子とフィ
ルタコンデンサの高電位端子間の接続を遮断する遮断機
器としたので、インバータの各出力相毎に遮断機器を設
ける必要がないため装置を小型化できるという効果があ
る。According to the third aspect of the present invention, the blocking means is a breaking device for breaking the connection between the input terminal of the inverter and the high potential terminal of the filter capacitor when the operation of the inverter is stopped. Since there is no need to provide a shut-off device, the device can be downsized.
【0045】請求項4の発明によれば、遮断機器を電力
用半導体スイッチング素子としたので、誘動起電圧印加
の遮断動作を高速化できるという効果がある。According to the fourth aspect of the present invention, since the shutoff device is a power semiconductor switching element, there is an effect that the shutoff operation for applying the induced electromotive voltage can be accelerated.
【0046】請求項5の発明によれば、阻止手段はを永
久磁石界磁同期電動機の惰行検出時に、インバータの交
流出力電圧を前記永久磁石界磁同期電動機の惰行時に発
生する誘動起電圧レベルにして出力するようにしたの
で、惰行検出時にインバータの運転を停止する必要がな
いため永久磁石界磁同期電動機の運転再開を速やかに行
えるという効果がある。According to the fifth aspect of the present invention, the blocking means sets the induced voltage level at which the AC output voltage of the inverter is generated during coasting of the permanent magnet field synchronous motor when the coasting of the permanent magnet field synchronous motor is detected. Since the output is performed in this manner, there is no need to stop the operation of the inverter when the coasting is detected, so that there is an effect that the operation of the permanent magnet field synchronous motor can be quickly restarted.
【0047】請求項6の発明によれば、架線よりパンタ
グラフを通して入力された直流電圧を充電するフィルタ
コンデンサと、このフィルタコンデンサに充電された直
流電圧を交流電力に変換して電鉄車両駆動用の永久磁石
界磁同期電動機に出力するインバータと、前記フィルタ
コンデンサの充電電圧の値が予め設定された過充電判定
レベルを超えた時に、前記フィルタコンデンサの両端を
抵抗器により短絡して放電させ、また前前記インバータ
の運転停止検出時に過充電判定レベルを誘動起電圧レベ
ル以上に高める過電圧防止手段とを備えたので、誘動起
電圧による過電圧防止手段に対する影響を阻止すること
ができるという効果ある。According to the sixth aspect of the present invention, a filter capacitor for charging a DC voltage input through a pantograph from an overhead wire, and a DC voltage charged in the filter capacitor is converted into AC power to be used for driving a railway vehicle. An inverter that outputs to the magnet field synchronous motor and, when the value of the charging voltage of the filter capacitor exceeds a preset overcharge determination level, short-circuits both ends of the filter capacitor with a resistor to discharge; Since the overvoltage preventing means for increasing the overcharge determination level to the level of the induced electromotive voltage at the time of detecting the stoppage of the inverter is provided, the effect of the induced electromotive voltage on the overvoltage preventing means can be prevented.
【図1】 この発明の実施の形態1による同期電動機と
インバータの間に電力遮断スイッチを設けたことを説明
する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating that a power cutoff switch is provided between a synchronous motor and an inverter according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 この発明の実施の形態2による同期電動機と
インバータの間に電力用半導体素子を設けたことを説明
する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating that a power semiconductor element is provided between a synchronous motor and an inverter according to a second embodiment of the present invention.
【図3】 この発明の実施の形態4による直流過電圧保
護セット値の切り替えを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating switching of a DC overvoltage protection set value according to a fourth embodiment of the present invention.
【図4】 この発明の実施の形態5によるインバータの
停止をおこなわず、Vinv=Vacを保持することで
電鉄車両の惰行としたことを説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining that an inverter is coasted by maintaining Vinv = Vac without stopping an inverter according to Embodiment 5 of the present invention.
【図5】 この発明の実施の形態6によるインバータと
フィルタコンデンサの間に電力遮断スイッチを設けたこ
とを説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating that a power cutoff switch is provided between an inverter and a filter capacitor according to a sixth embodiment of the present invention.
【図6】 この発明の実施の形態7によるインバータと
フィルタコンデンサの間に電力用半導体素子を設けたこ
とを説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating that a power semiconductor element is provided between an inverter and a filter capacitor according to a seventh embodiment of the present invention.
【図7】 上記各実施の形態において適用可能な3レベ
ルのインバータ(中性点クランプ式インバータ)の回路
構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of a three-level inverter (neutral point clamp type inverter) applicable in each of the above embodiments.
【図8】 従来の電力変換装置を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional power converter.
【図9】 同期電動機の誘導起電圧がダイオード整流さ
れてフィルタコンデンサに印加され、過電圧保護によっ
て電力が過電圧抑制抵抗で消費されることを説明する図
である。FIG. 9 is a diagram illustrating that an induced electromotive voltage of the synchronous motor is diode-rectified and applied to a filter capacitor, and power is consumed by an overvoltage suppression resistor due to overvoltage protection.
1A〜1E 電力変換装置、2A〜2E インバータ、
3 フィルタコンデンサ、4 過電圧抑制回路、5 過
電圧抑制抵抗、6 パンタグラフ、7 永久磁石界磁同
期電動機、C,CU〜CW 電力遮断機、D1,DU〜DW
ダイオード、S1,SU〜SW 電力用半導体スイッチ
ング素子(GTO)。1A to 1E power conversion device, 2A to 2E inverter,
3 Filter capacitor, 4 Overvoltage suppression circuit, 5 Overvoltage suppression resistor, 6 Pantograph, 7 Permanent magnet field synchronous motor, C, C U to C W power cutoff, D1, D U to D W
Diodes, S1, S U -S W power semiconductor switching elements (GTO).
Claims (6)
た直流電圧を充電するフィルタコンデンサと、このフィ
ルタコンデンサに充電された直流電圧を交流電力に変換
して電鉄車両駆動用の永久磁石界磁同期電動機に出力す
るインバータと、前記永久磁石界磁同期電動機の惰行時
に発生する誘動起電圧が前記インバータの直流入力側に
影響を及ぼすのを阻止する阻止手段とを備えたことを特
徴とする電力変換装置。1. A filter capacitor for charging a DC voltage input through a pantograph from an overhead wire, and a DC voltage charged in the filter capacitor is converted into AC power and output to a permanent magnet field synchronous motor for driving an electric vehicle. And an inverter for preventing an induced electromotive voltage generated during coasting of the permanent magnet field synchronous motor from affecting the DC input side of the inverter.
記インバータの出力端子と永久磁石界磁同期電動機の入
力端子間の接続を遮断する遮断機器であることを特徴と
する請求項1に記載の電力変換装置。2. The electric power according to claim 1, wherein the blocking means is a breaking device for breaking a connection between an output terminal of the inverter and an input terminal of the permanent magnet field synchronous motor when the operation of the inverter is stopped. Conversion device.
記インバータの入力端子とフィルタコンデンサの高電位
端子間の接続を遮断する遮断機器であることを特徴とす
る請求項1に記載の電力変換装置。3. The power converter according to claim 1, wherein the blocking means is a breaking device that cuts off a connection between an input terminal of the inverter and a high potential terminal of the filter capacitor when the operation of the inverter is stopped.
子であることを特徴とする請求項2または3に記載の電
力変換装置。4. The power converter according to claim 2, wherein the shut-off device is a power semiconductor switching element.
惰行検出時にインバータの交流出力電圧を、前記永久磁
石界磁同期電動機の惰行時に発生する誘動起電圧レベル
にして出力することを特徴とする請求項1に記載の電力
変換装置。5. The blocking means outputs the AC output voltage of the inverter when the coasting of the permanent magnet field synchronous motor is detected as an induced electromotive voltage level generated when the permanent magnet field synchronous motor coasts. The power conversion device according to claim 1.
た直流電圧を充電するフィルタコンデンサと、このフィ
ルタコンデンサに充電された直流電圧を交流電力に変換
して電鉄車両駆動用の永久磁石界磁同期電動機に出力す
るインバータと、前記フィルタコンデンサの充電電圧の
値が予め設定された過充電判定レベルを超えた時に、前
記フィルタコンデンサの両端を抵抗器により短絡して放
電させ、また前記インバータの運転停止検出時に過充電
判定レベルを誘動起電圧レベル以上に高める過電圧防止
手段とを備えことを特徴とする電力変換装置。6. A filter capacitor for charging a DC voltage input through a pantograph from an overhead wire, and a DC voltage charged in the filter capacitor is converted into AC power and output to a permanent magnet field synchronous motor for driving an electric vehicle. When the value of the charging voltage of the inverter and the filter capacitor exceeds a preset overcharge determination level, both ends of the filter capacitor are short-circuited by a resistor to discharge, and when the operation stop of the inverter is detected, An electric power converter, comprising: an overvoltage prevention unit that increases a charge determination level to a level equal to or higher than an induced electromotive voltage level.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10045164A JPH11252706A (en) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | Power converter |
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JP10045164A JPH11252706A (en) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | Power converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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