JPS62501659A - 交流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 交流電源装置 本発明は交流電源装置に関するものであり、更に詳細に述べれば、単相電鉄電源 装置に利用する交流電源装置に関するものである。

単相交流電鉄装置は、特に２５　ｋＶで適切に構成される。

この比較的低い電圧は、高圧装置から発生された電圧が変電所で変圧されて供給 されるものである。電流は、２５ｋＶの主電源線（カテナリー線）から供給され 、軌道と該軌道に間隔を置いて取シ付けられた導線とを介してアース電位に戻る が、その場合軌道と軌道に取り付けられた導線とは共にアース帰線を構成する。

２５ｋＶの電源装置におけるインピーダンスは、比較的高く、よって電圧の調整 が問題となるが、機関車の動作に対しては、通常。

＋１０−３０チ、すなわち２７．５〜１７．５ｋＶの範囲で設計がなされる。そ のような場合でも、特に重い負荷条件（例えば鉱石輸送列車の場合）では、給電 所間の距離を比較的短かくしなければならない。その場合、２５ｋＶの汽関車を 使用していても供給電圧の低下を低減するため５０ｋＶの電源装置を利用した方 が良いことが時折ある。前記電鉄装置のカテナｖ−ｆｆＡは、前記５０　ｋＶの 電源装置の一方の端子から給電されており、かつ補助給電線ｉｊ、そのもう一方 の端子から給電されている。５０／２５ｋＶの自動変圧器は、前記カテナリー線 と給電線との間に間隔を置いて接続されているが、その場合それらのタップはア ースされ、電鉄帰路線に接続されている。よって、前記カテナリー線および給電 線の双方共アースに対して２５　ｋＶで作動するが、−Ｆ：の場合位相を１８０ ’変位する。

前記電鉄電源装置には、その他にも軽減手段を必要とするいくつかの特徴がある 。前記汽関車は、正弦波電流を流さず、搭載した変換器の整流作用によって、前 記電鉄装置の固有共振が励起されている。過度なレベルの高調波電流が電源装置 に流れ込、まないように、また、２５ｋＶの電鉄装置にかかる電圧のひずみが汽 関車それ自体を含む他の装置を損傷する程のレベルに達しないようにするため、 高調波フィルタおよび／あるいけ制動回路を必要とする場合もある。

前記単相電鉄負荷によって、負の位相電流がＨＶ　（高圧）電源装置に流れるよ うになる。このＨＶ装置が強力でない場合（すなわち低インピーダンスを有する 場合）、結果的な負の位相電圧が、他の装置、特に前記ＨＶ装置から給電される 機械装置を損傷しうる程のレベルに達することがある。この不平衡レベルを低減 するため、所与の電鉄変電所における電鉄電源はＨＶ電源装置の異なる相から給 電されるように構成されている場合もあるが％Ｙ急な動作条件では、通常、全最 大負荷を一つの位相のみからも給電できることが要求される。ＨＶ装置にがかる 逆相電圧が高すぎる場合、高速の可制御相平衡装置を取装置に接続して逆相電圧 を制限する場合もある。

添付の図面の第１図には、平衡用装置に対してリアクタンス素子のみを用いてい がなる力率を有する単相負荷も単位力率を有する平衡三相負荷に変換する場合に よく利用される周知の基本構成が示しである。

位相Ａ−Ｂの単相負荷１１＃−ｔ、誘導性の場合（無効電力を吸収する場合）Ｐ −ＩＱと表示され、容量性の場合（無効電力を発生する場合）Ｐ＋ｊＱと表示さ れる負荷定格を有する。位相Ａ−Ｂの単相負荷１１と並列に、負荷の遅れ無効電 力Ｑのバランスをとるのに十分な無効電力の発生、すなわち容量性電力の定格十 Ｑを与える装置１３（ｉたは負荷力率が進んでいる場合、負荷の進み無効電力の バランスをとるのに十分な無効電力の吸収、すなわち誘導性電力の定格−Ｑを与 える１点線で図示された装ｒ１ｔ１５）が接続されている。よって、単相負荷は 。

単位力率Ｐに変換される。位相Ｂ−ＣおよびＣ−ＡＫは。

他の、値十ｊ　Ｐ／にを有するリアクタンス装置１９と、および値−ｊＰ／ｖ’ Ｔを有するリアクタンス装置１７とが接続されている。

正の位相順序がＡ−Ｂ−Ｃとなっている装置に対して。

位相Ｂ−Ｃの補償負荷は容量性となっておシ１位相Ｃ−人の補償負荷は誘導性に なっていなければならない。

位相Ａ−Ｂの負荷が可変負荷の場合、三相の位相平衡回路素子１５／１５　、１ ７および１９け、大きさが可変であるにも拘わらず電源装置が単位力率の負荷と みなされる負荷を維持するために、ＰおよびＱに比例した態様で変化しなければ なら欧い。

電鉄負荷は、一定していない。それらは、軌道の勾配や発車、停車ならびに転轍 による影響、および信号に対する運転手の応答等によって変化する。更に、電鉄 電源装置の異なる部分を隔絶するのに利用される中性部分に汽関車が入る時とそ こを離れる時には１．電力が即時遮断され１次いで迅速に回復される。そのよう な変化は、ＨＶ装置に対応する電圧の変動を生じ１次いで該変動は、他の利用者 に対しても妨害を生ずるため許容レベルへ減衰させる必要がある。

場合によっては、電鉄負荷の力率が低く、力率補正装置の適用が望ましいことも ある。

これら電鉄装置の不都合な点を取り除くための技術は。

様々に確立されており、既に周知のものであるが、一般にそれらを独立して応用 しても、副次的な影響により材料をあまシ節約することができない。従って、電 源の高調波および不平衡の影響に対して満足できない場合に、単相高調波フィル タを電鉄給電装置へ接続することによって、付加的な固定された負の位相負荷が 与えられるが。

該負荷は、それ自体補償されなければならない。通常。

位相平衡装置によって発生された過度の高調波は全て、付加的なフィルタによっ て別々に吸収されなければならない。すなわち１位相平衡装置は、一般にＨＶ装 置から逓降変圧器を介して給電されるが、その場合前記付加的フィルタは１通常 そのＬＶ（低圧）側に接続される。扉装置に直接接続された共通の高調波フィル タセットを使用して電鉄装置の高調波および位相平衡装置の高調波双方を吸収す る方が利点が多いように見える１通常は何らの利点もない。その理由は、効果的 にするためには、これらのフィルタに、ＬＭ装置と比較してＨＶ装置に接続され た際、より高いアドミタンス（よってより高い基本定格）を持たせなければなら ない（ＨＶ装置の高調波インピーダンスが小さいため）。また、位相平衡装置の ＬＶ側からＨＶ側へ容量性の電力を送ることによって、平衡装置の逓降変圧器の 定格が通常増夫されると共に、前記電鉄装置に対して、前記ＨＶフィルタは、カ テナリー装置自体の高調波電圧のひずみをもはや適切に低減することができない 。

よって１本発明の目的は、少なくとも上記問題、特に単相電鉄装置に生ずる問題 のいくつかを解決したり軽減するものである。

本発明によれば、高圧三相装置が各単相負荷を給電するように接続された低圧装 置の一つ以上の位相を与えるように変圧される又流電源装置において、変圧され た電源から発生された。三つの単相の夫々に対して、各位相平衡回路が設けられ ており、高圧装置の負の位相順序電流を低減するように前記位相平衡回路が制御 される。

各位相平衡回路を、負荷によって発生される高調波電流を吸収する各高調波フィ ルタと関連させてもよいが。

前記各高調波フィルタは、更に関連する位相平衡回路によって発生された高調波 電流を吸収するようになっている。

前記低電圧装置は、それぞれの負荷位相に対して、主電源線と、アースθ線と、 および補助電源線とによって構成されており、前記主電源線および補助電源線は １作動している低電圧よシも高い電圧の電源変圧器の二次巻線に接続されてお９ ．前記よシ高い電圧所要の比率は。

主電源線および補助電源線間に接続された自動変圧器によって主電源線およびア ース帰線間に印加される。各位相平衡回路は、主電源線および補助電源線間に接 続し、各高調波フィルタは、主電源線およびアース帰線間に接続することができ る。

二つの単相変圧器を接続して単相負荷を給電する場合、第３の単相変圧器を設け て前記位相平衡回路を給電してもよい。

二つの単相変圧器を接続して単相負荷と各位相平衡回路とを給電する場合、前記 単相変圧器の一方の二次巻線に自動変圧器を接続して該二次巻線の電圧と逆相の 電圧を発生してもよいが、もう一方の二次巻線と自動変圧器とを接続して第３の 位相平衡回路を給電するための第３の位相電圧を発生することもできる。

二つの単相変圧器を接続して単相負荷と各位相平衡回路とを給電する場合、前記 二つの単相変圧器の二次巻線は、一端が適当な位相関係で共に接続されるように して。

それらの他端間の電圧によって第３の位相平衡回路を給電するように第３の位相 電圧を与えるようにする。

二つの単相変圧器を接続して主電源線、補助電源線およびアース帰線によシ二つ の単相負荷を夫々給電する場合、前記二つの単相負荷の適当な導線間に第３の位 相平衡回路を接続して第３の位相電圧を発生することもできる。

前記電源装置が二りの単相負荷を給電する二つの単相給電変圧器を備えている場 合、Δ接続−次巻線を有する三相逓降変圧器を設けてもよいが、その巻線の１つ が前記単相負荷の各々の適当な導線間に接続され、第５の位相電圧を発生するよ うにし、＠記Δ接続−次巻線の接続点をアースして前記Δ接続巻線に三相電流を 与え、かつ前記三相変圧器の二次巻線は、各位相平衡回路に接続される。この構 成では、二つの前記高調波フィルタは各主Ｎ原線およびその関連するアース帰線 間に接続され、かつ第５の高調波フィルタはΔ接続−次巻線の一つと並列に接続 されるようにしてもよい。

次に、単相電鉄装置用主電源装置について、添付の図面を参照しなからい（つか の実施例を説明する。

第１図は単相負荷を平衡三相負荷に変換する周知の回路であシ。

第２図は三つの別個の単相電鉄負荷を給電する本発明による電源装置の一実施例 の回路図であシ。

第３図は三つの２５ｋＶの単相電鉄装置に対して５０に■の電源を使用した同様 な装置を示すものであり。

第４図は別個の単相負荷に対して二相装置で平衡をと第５（ａ）図は二相装置に 第６の位相を発生する第４図に対する別の実施例の装置を示す図であり、第５（ ｂ）図１”を第５（ａ）図の回路に対するベクトル図であシ。

第６図は二相装置で平衡をとるため第３の位相を発生する、更に別の構成を示す 図であり。

第７（ａ）図は補助給電装置の同様な構成を示すと共に。

第７（ｂ）図は対応する位相図を示すものであｐ、かつ第８図は二相電鉄装置の 第３の位相および個々の位相平衡回路の構成を示すものである。

不平衡、電圧の変動、および高調波ひずみに対する必要な補正手段の全てを組み 合わせてＶ（接それらを電鉄装置に適用することは、著しく潜在的な利点がある 。しかしながら１位相の平衡には三相の電源が必要であり、しかも電鉄装置は、 普通、単相、または二相のみである。

そのような場合、後に説明するように、一つ以上の電鉄および／あるいけその他 の変圧器を付加して全体的な補償装置に対して、効果的な三相電源を供給するこ とが必要であシ、またげ望ましいことである。

三つの単相変圧器を利用できる電鉄変電所に対して、そのいずれもが他と独立し て電鉄負荷を給電することができる。第２図はその構成を示す。第２図の変圧器 は。

三相変圧器であってもよいし、三つの単相変圧器であってもよい。各ｚｓｋＶの 軌道部分１，２および３には、それ自体の高調波フィルタＦを備えてもよいが、 その場合。

前記高調波フィルタＦけ１図示のように軌道部分、補償装置、電鉄変圧器％また はそれらのいずれの組合わせとも別個に接続するか、または直接関連させること ができる。位相平衡装［Ｂけ、インダクタおよび／あるいは０加コンデンサによ って構成されているが、前記インダクタおよび／あるいけ付加コンデンサは、図 示の如く直接接続されるか、または補間変圧器２介して給電されてもよく、また 図示の如く固定接続されるか、またはスイッチで切換えるか、さもなければポイ ントオンウェーブ制御および／あるいは強制整流方法もしくけ装置によるサイリ スタスイッチを用いて靜バール補償器等により変化されるかしてもよい。前記位 相平衡装置の出力は、負荷電流もしくはインピーダンスおよび／あるいは装置の 電圧、またはこれらのどの組合わせ機能を監視し、かつ位相平衡装置Ｂのインピ ーダンスの大きさならびに位相を制御する装置２１によって制御され、ＨＶ電源 装置に課せられる全体的な負荷の負の位相シーケンス分が許容値に制限されるよ うにする。前記負荷の全体的な力率、したがって正の位相γ−ケンスの乱れの大 きさけ、各位相の無効電力の発生または吸収の同じ調整手段によって制御されて もよい。

上記構成は、５０ｋＶの電源装置の場合に、有効とみなされた電圧の２　ｓ　ｋ Ｖまたは５０ｋＶのいずれか一方、あるいはそれら双方に接続された装置を使用 するのに適合することができる。

第３図は、５０ｋＶの位相平衡装置Ｂと２５ｋＶ高調波フイルタＦとを利用した 通常の装置を示したものである。

二つの変圧器（ＡＣ／ａ　ｃまたはＢＣ／ｂｃ）のみを備えた変電所では、平衡 装置に対して第３の位相が利用できるように、いくつかの変更例が考えられる。

第４図には、別設の無負荷の位相対人ＴＢに第５の変圧器ＡＢ／ａｂを付加する ことによシ１通常の態様で、いかに前記の変更例が達成されるのかを示しである 。前記第３の変圧器は、標準化するために他の二つの変圧器と同じものであって もよく、また、それに接続される位相平衡装＠Ｂ　（ＡＢ　）に対して更に最適 な定格および比率を与えるよう選択することができる。ある場合には、第３の変 圧器を省いて位相Ａ−Ｈに対する位相平衡成分Ｂ（ＡＢ）をＨＶ装置に直接接続 することもできる。

第５（ａ）図には、電鉄変圧器の二次巻線の一方（ｂｃ）に接続された自動変圧 器２５をどのように利用して第３の位相を得るのかが示されており、第５（ｂ） にはそのベクトルが示しである。位相平衡装置Ｂけ、任意のフィルタＦと並列に 第３の位相ＡＢに接続される。

第６図には、二つの電鉄変圧器の二次巻線ａＣおよびｂｃの整相をどのように再 構成して第５の変圧器を必要とせずに位相平衡用装置の第３の位相に対して適当 な電源（ａｃ）を与えるかが示されている。この方法は、変圧器を節約するばか りでなく使用される二つの変圧器への装荷２著しく低減するため、非常に望まし い方法である。

第７（＝０図は、同様に、５０ｋＶの電源変圧器が２５ｋＶの電鉄装置と共に利 用される場合に、第６図に示した原理がどのよう゛に応用されるかを示したもの である。第７（ｂ）図は、この場合のベクトルを示したものである。この構成に よっても、二つの既設の電鉄変圧器への装荷、を低減でき、かつ位相平衡装置す べてを２５ｋＶで直接接続でき、または、第８図に図示の如く、三相の２５　ｋ Ｖ　／ＬＶ変圧器を介して接続することができる。

いくつかの上記実施例においては、このために特別に設計されたフィルタを用い るよりも、平衡装置の第３の位相と並列に２５　ｋＶの電鉄装置に用いられる型 式のフィルタへ接続する方が利点がある場合もある。第５図、第６図、ならびに 第７図では点線で、第８図では実線で、この点が図示されている。

単相電鉄変圧器を一つしか備えていないが位相平衡装置を必要とするほど大きな 負荷を供給する変電所に対しては、適当な形式ならびに定格から成る単一の変圧 器を付加して、変電所のレイアウトを第６１または第７図の適当な構成に変更し さえすればよい。

電鉄装置の電圧レベルでの位相平衡および力率補正装置を仁のように応用する付 加的な利点としては、電源装置の電圧調整が電鉄変電所の２５ｋＶ（また１ｊｓ ｏｋＶ）の端子で実際に省略できる点である。従って、平衡電鉄負荷によってＨ Ｖ装置に誘起される電圧の変動けほとんどない。位相平衡装置に十分な制御可能 な電力が与えられている場合には、ＨＶｇ源装置の通常の変動に際して。

２５ｋＶまたは５０ｋＶの電鉄電源電圧を安定化させるのに利用することもでき る。

進み力率負荷が許容可能な場合にけ、カテナ１ノーおよび軌道給電装置において 、軌道上のある間隔での電圧降下の影響に対処するために若干の過補償を与える ようにし、よってより大なる軌道長が給電可能になシ、かつ必要とされる給電変 電所の数を減らすことができるｏ更に。

電鉄装置の位相平衡装置は、ＨＶ装匁の平衡および／あるいｉｊ電圧制御を改善 するために意図的に制御することができる。

手 国際調青報告 ＡＮＮＥＸＴＯＴＨＥ工ＮＴＥ？！）＋ＡＴ：ＣＮＡＬＳＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲ ＴＣＮ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）各単相負荷を給電するように接続された低圧装置の１相以上の位相を与え るように、高圧三相装置が変圧される交流電源装置において、変圧された電源か ら発生される三つの単相のそれぞれに対して各位相平衡回路が設けられ、該位相 平衡回路はすべて、前記高圧装置において負の位相電流を低減するように制御可 能であることを特徴とする交流電源装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記各位相平衡回路は、負荷 により発生される高調波電流を吸収すると共に、関連する前記相平衡回路によつ て発生された高調波電流をも吸収するようになつている各高調波フィルタと関連 していることを特徴とする上記交流電源装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置において、前記低圧装置は 各装荷位相に対し電源線、アース帰線、ならびに補助電源線とによつて構成され ており、前記電源線ならびに前記補助電源線は動作低圧より高い電圧を有する給 電変圧器の二次巻線に接続され、前記動作低圧より高い電圧の必要な比率は前記 電源線および前記補助電源線間に接続された自動変圧器によつて前記電源線なら びに前記アース帰線間に印加されることを特徴とする上記交流電源装置。
4. （４）特許請求の範囲第３項記載の装置において、前記各位相平衡回路は前記電 源線ならびに前記補助電源線間に接続され、かつ前記各高調波フィルタは前記電 源線ならびに前記アース帰線間に接続されることを特徴とする上記交流電源装置 。
5. （５）特許請求の範囲の前記いずれか一項に記載の装置において、前記装置には 二つの単相変圧器が単相負荷を給電するように接続されていると共に第３の単相 変圧器が前記位相平衡回路を給電するように設けられていることを特徴とする上 記交流電源装置。
6. （６）特許請求の範囲第１項から第４項の前記いずれか一項に記載の装置におい て、前記装置には二つの単相変圧器が単相負荷と個々の前記位相平衡回路とを給 電するように接続されていると共に自動変圧器が前記単相変圧器のうちの一つの 二次巻線に接続されており、該二次巻線の電圧と逆相の電圧を発生するが、別の 二次巻線と前記自動変圧器との接続によつて第３の相平衡回路を給電するための 第３の位相電圧が供給されることを特徴とする上記交流電源装置。
7. （７）特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の装置において、 前記装置には、二つの単相変圧器が単相負荷と前記各位相平衡回路とを給電する ように接続されており、かつ前記二つの単相変圧器の二次巻線は適当な位相関係 で一端が共に接続されており、それらの別の端部間の電圧によつて第３の位相平 衡回路を給電するための第３の位相電圧が供給されるようになつていることを特 徴とする上記交流電源装置。
8. （８）特許請求の範囲第３項または第４項記載の装置において、前記二つの単相 変圧器は夫々電源線、補助電源線およびアース帰線によつて二つの単相負荷を給 電するように接続されており、かつ第３の位相平衡回路は前記二つの単相負荷の 適当な導線間に接続されて第３の位相電圧を発生することを特徴とする上記交流 電源装置。
9. （９）特許請求の範囲第３項記載の装置において、前記装置は二つの単相負荷を 給電する二つの単相給電変圧器と、そのうちの一つが前記各単相負荷の適当な導 線間に接続される４接続一次巻線を有する三相逓降変圧器と、および前記各位相 平衡回路に接続された三相変圧器の二次巻線とを備えており、前記４巻線の残り の接続部は前記デルタ巻線の三相電流を発生するようアースされることを特徴と する上記交流電源装置。
10. （１０）特許請求の範囲第９項記載の装置において、前記高調波フィルタのうち の二つのフイルタは各電源線とその関連するアース帰線間に接続され、かつ第３ の高調波フイルタは前記４接続一次巻線の一つと並列に接続されることを特徴と する上記交流電源装置。
11. （１１）特許請求の範囲の前記いずれか一項に記載の装置において、前記装置は 前記各位相平衡回路と関連する可制御力率補正回路を具備していることを特徴と する上記交流電源装置。
12. （１２）特許請求の範囲の前記いずれか一項に記載の装置において、前記装置は 単相電鉄電源装置に利用されることを特徴とする上記交流電源装置。