JPS63112233A - Regenerative power absorbing device - Google Patents

Regenerative power absorbing device

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Publication number
JPS63112233A
JPS63112233A JP25750286A JP25750286A JPS63112233A JP S63112233 A JPS63112233 A JP S63112233A JP 25750286 A JP25750286 A JP 25750286A JP 25750286 A JP25750286 A JP 25750286A JP S63112233 A JPS63112233 A JP S63112233A
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JP
Japan
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voltage
capacitor
current
chopper
choppers
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Application number
JP25750286A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruki Yoshikawa
春樹 吉川
Shigenori Kinoshita
木下 繁則
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63112233A publication Critical patent/JPS63112233A/en
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Abstract

PURPOSE:To absorb the excessive regenerative power with an inexpensive device by connecting a serial circuit of multiple capacitors between a feeder line and the ground to divide the line voltage and connecting serial circuits of current interrupting means and resistors in parallel with individual capacitors. CONSTITUTION:A serial circuit of an upper capacitor 30A and a lower capacitor 30B as input capacitors is connected between a feeder line of the high voltage, e.g., 1,500V, and the ground to divide the line voltage into two. Load resistors 31-34 are connected in series with choppers 41-44 as four pairs of current interrupting means respectively, two pairs out of these four pairs of the serial circuits are connected in parallel with the upper capacitor 30A and the other two pairs are connected in parallel with the lower capacitor 30B respectively. The two pairs of the choppers 41, 42 are operated with a phase difference of 180 deg., and the two pairs of the choppers 43, 44 with a phase difference of 180 deg. respectively. A phase difference of 90 deg. is set between the upper chopper 41 and the lower chopper 43.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、直流電気車が回生運転するときに発生する
余剰な回生電力を吸収する装置であって。
[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] The present invention is a device for absorbing surplus regenerative power generated when a DC electric vehicle performs regenerative operation.

特に高電圧の回路に適した回生電力吸収装置に関する。In particular, the present invention relates to a regenerative power absorption device suitable for high voltage circuits.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

近年の直流電気車は、給電線路から取入れる直流電力を
チョッパで変換して直流電動機を回転させ、あるいはイ
ンバータで可変電圧拳可変周波数の交流電力に変換して
交流電動機を回転させることが多くなっているので、こ
の直流電気車を減速させたり、下り坂を走行したりする
ときに、当該直流電気車が保有しているエネルギーを電
気エネ゛ルギーに変換して電源側へ返還する回生制動運
転が容易になった。
In recent years, DC electric vehicles have increasingly used a chopper to convert the DC power taken in from the feed line to rotate the DC motor, or an inverter to convert it to variable voltage and variable frequency AC power to rotate the AC motor. Therefore, when this DC electric car decelerates or runs downhill, regenerative braking operation converts the energy held by the DC electric car into electrical energy and returns it to the power source. has become easier.

第4図は直流電気車の回生制動システムをあられした説
明図である。この第4図において、変電所2は変圧器と
整流器とで構成されていて、この変電所2から出力され
る直流電力を給電線路4を介して直流電気車5と6へ供
給している。従ってこれら直流電気車5,6はこの直流
′1カをパンタグラフ5P、6Pから取りこみ、スイッ
チ58.68を経て直流電動機5M、6Mを回転させた
のち、車輪とレ−ルを介して大地へ放流させることで当
該電気車を駆動している。ただし直流電動機5M、 5
Mを制御するためのチョッパなどの図示は省略している
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a regenerative braking system for a DC electric vehicle. In FIG. 4, a substation 2 is comprised of a transformer and a rectifier, and supplies DC power output from the substation 2 to DC electric cars 5 and 6 via a power supply line 4. Therefore, these DC electric cars 5, 6 take in this DC'1 power from pantographs 5P, 6P, rotate DC motors 5M, 6M via switches 58, 68, and then discharge it to the ground via wheels and rails. The electric car is driven by However, DC motor 5M, 5
The illustration of a chopper and the like for controlling M is omitted.

この第4図において、一方の直流電気車5がカ行運転中
でちゃ、他方の直流電気車6は回生運転中であるとする
と、カ行中の1気車5は、変電所2からの工2なる電流
と、電気車6から回生されてくる■6なる電流との合計
でカ行運転することになるので、変電所2が出力する電
力は電気車6から回生される電力を差引いた値でよいこ
とになるので、省エネルギーを図ることができる。
In FIG. 4, if one of the DC electric cars 5 is in the 2nd line operation and the other DC electric car 6 is in the regenerative operation, the 1st electric car 5 in the 1st line is connected to the substation 2. Since the sum of the current 2 and the current 6 regenerated from the electric car 6 results in continuous operation, the power output by the substation 2 is calculated by subtracting the power regenerated from the electric car 6. Since the value is sufficient, it is possible to save energy.

しかしながら、上述のようにカ行運転している電気車5
が必要とする電力が減少し、あるいは回生運転中の電気
車6から回生される電力が増大すると、これに見合って
変電所2から出力される電流■2が減少し、遂には零と
なる。変電所2の出力が零になっても電気車6から回生
される電力を力行中の1気車5で消費しきれないと、こ
の余剰な回生電力が給電線路4の電圧を上昇させるなど
の不具合を生じるので、これを防止するために、給電線
路4には回生電力吸収装置3を接続しておき。
However, as mentioned above, the electric car 5
When the electric power required by the substation 2 decreases or the electric power regenerated from the electric vehicle 6 during regenerative operation increases, the current 2 outputted from the substation 2 decreases correspondingly and finally becomes zero. Even if the output of the substation 2 becomes zero, if the electric power regenerated from the electric car 6 is not consumed by the running 1st electric car 5, this surplus regenerated power will cause an increase in the voltage of the feed line 4, etc. In order to prevent this from occurring, a regenerative power absorption device 3 is connected to the power supply line 4.

回生電力に余剰を生じれば、この回生電力吸収装置3へ
吸収させる。すなわち第4図において、変電所2からの
出力電流工2は零であし、直流電気車5は直流電気車6
から回生される電流工6によりカ行運転し、さらに直流
電気車6から回生される余剰分の電流I3が回生電力吸
収装置3へ吸収されることで1図示の回生制動システム
はバランスしながら運転を継続できる、 直流電気車の回路電圧としては、相対的に低圧のもの、
たとえばDC600ボルトあるいはDC750ボルトを
用いるものと、相対的に高圧のもの、たとえばDC15
00ボルト以上のものとがある。。
If there is a surplus in the regenerative power, it is absorbed into the regenerative power absorption device 3. That is, in FIG. 4, the output current 2 from the substation 2 is zero, and the DC electric car 5 is the DC electric car 6.
The regenerative braking system shown in Figure 1 operates in a balanced manner as the electric current I3 regenerated from the DC electric car 6 is further absorbed into the regenerative power absorption device 3. The circuit voltage of a DC electric car that can continue to operate is relatively low voltage.
For example, there are those that use DC600 volts or DC750 volts, and those that use relatively high voltage, such as DC15
There are some that are over 00 volts. .

第5図は低電圧回路に用いられている回生電力吸収装置
の従来例を示す回路図であって、この装置の主回路は、
給電線路4と大地との間に接続された入力コンデンサ9
と、この入力コンデンサ9に並列接続された複数組の抵
抗器と電流断続手段との直列回路であって、この第5図
においては4組の直列回路で構成されている。すなわち
符号11〜14がそれぞれ負荷抵抗、符号15〜18が
それぞれ電流断続手段としてのチョッパである。また、
入力コンデンサ9の電圧Vcと電圧設定器10で設定さ
れる電圧Vsとの偏差を入力する電圧調節器8と。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional example of a regenerative power absorption device used in a low voltage circuit, and the main circuit of this device is as follows:
Input capacitor 9 connected between feed line 4 and ground
This is a series circuit of a plurality of sets of resistors connected in parallel to the input capacitor 9 and a current interrupting means, and in FIG. 5, it is composed of four sets of series circuits. That is, numerals 11 to 14 are load resistors, respectively, and numerals 15 to 18 are choppers as current intermittent means, respectively. Also,
a voltage regulator 8 that inputs the deviation between the voltage Vc of the input capacitor 9 and the voltage Vs set by the voltage setter 10;

この電圧調節器8の出力信号v8を入力して4組のチョ
ッパ15〜18へ別個の動作信号B1〜B4を出力する
移相器7とで当該回生′成力吸収装置の制御回路が形成
されている。
A control circuit for the regenerative force absorbing device is formed by the phase shifter 7 which inputs the output signal v8 of the voltage regulator 8 and outputs separate operation signals B1 to B4 to the four choppers 15 to 18. ing.

第5図に示す従来例回路において、給電線路4から回生
電流I3が流入することにより入力コンデンサ9の電圧
Vcが上昇して設定電圧Vsよりも高くなると、電圧調
節器8はこの電圧Vcと電圧Vsとの偏差を入力し、こ
の入力偏差が零となるような制(財)信号■8を移相器
7へ送出するので、移相器7はこの制御信号V8に対応
した別個のオン・オフ信号B1〜B4を各チョッパ15
〜18へ送出するので、各チョッパ15〜18を構成し
ているスイッチ素子がオン・オフ動作することで回生電
力が負荷抵抗11〜14で消耗する量を調節し、給電線
路4の電圧が設定値Vsになるよう制御している。ここ
で設定値VSは。
In the conventional circuit shown in FIG. 5, when the voltage Vc of the input capacitor 9 rises due to the inflow of the regenerative current I3 from the power supply line 4 and becomes higher than the set voltage Vs, the voltage regulator 8 Since the deviation from Vs is inputted and a control signal 8 that makes this input deviation zero is sent to the phase shifter 7, the phase shifter 7 generates a separate on/off signal corresponding to this control signal V8. The off signals B1 to B4 are sent to each chopper 15.
~ 18, the switch elements that make up each chopper 15-18 turn on and off to adjust the amount of regenerated power consumed by the load resistors 11-14, and set the voltage of the feed line 4. It is controlled to be the value Vs. Here, the set value VS is.

通常は変電所2からの送出電圧よりもやや高い値が選択
される。
Usually, a value slightly higher than the sending voltage from the substation 2 is selected.

移相器7の内部には4組のチ確ツバ15〜18 K対応
した数の3角波基準信号A1〜A4を出力する4組の基
準信号発生回路と、この3角波基準信号A1〜A4と電
圧調節器8から出力される制御信号V8との大小関係を
比較して、各チ四ツバの通流率を別個に決定する4組の
コンパレータが備えられていて。
Inside the phase shifter 7, there are four sets of reference signal generating circuits that output triangular wave reference signals A1 to A4 corresponding to the number of chisel waves 15 to 18K, and the triangular wave reference signals A1 to A4. Four sets of comparators are provided which compare the magnitude relationship between A4 and the control signal V8 outputted from the voltage regulator 8, and determine the conductivity of each circuit separately.

これらのコンパレータから出力される信号B1〜B4が
チョッパ15〜18に与えられて、これらチョッパ15
〜1Bの動作により電流を断続するようになっている。
Signals B1 to B4 output from these comparators are given to choppers 15 to 18, and these choppers 15
The current is intermittent by the operation of ~1B.

第5図の従来例回路においては、4組のチョッパ15〜
18が使用されているので、これら4組のチョッパ同士
がそれぞれ等しい位相差をもって運転するように(4組
の場合はそれぞれ1/4周期ずつ動作がずれるように、
すなわち電気角で90度の位相差を持たせる)、3角波
基準信号A1〜A4にはそれぞれ90度の位相差を持た
せている。
In the conventional example circuit shown in FIG.
18 is used, so that these four sets of choppers operate with the same phase difference (in the case of four sets, the operations are shifted by 1/4 cycle,
That is, the triangular wave reference signals A1 to A4 are each given a phase difference of 90 degrees in electrical angle.

第6図は第5図に示す従来例回路の各部の動作を示す動
作波形図であって、第6図(イ)、(ロ)、(ハ)、に
)は相互に90度ずつ位相がずれている3角波基準信号
A1〜A40波形を、第6図(ホ)、(へ)、())、
(イ)は移相器7から出力されてチョッパを動作させる
信号B1〜B4の波形を、第6図(男は回生電力吸収装
置へ流入する回生電流工3の変化を、第6図体)は入力
コンデンサ9の電圧Vcの波形をそれぞれがあられして
いる。
FIG. 6 is an operation waveform diagram showing the operation of each part of the conventional circuit shown in FIG. The shifted triangular wave reference signal A1 to A40 waveforms are shown in Fig. 6 (E), (E), ()),
(a) shows the waveforms of the signals B1 to B4 output from the phase shifter 7 to operate the chopper, and Fig. 6 shows the changes in the regenerative current generator 3 flowing into the regenerative power absorption device. Each waveform of the voltage Vc of the input capacitor 9 is shown.

この第6図であきらかなように、4組の3角波基準信号
A1〜A4は相互に174周期すなわち90度の位相差
を有しており、従って移相器7からそれぞれのチョッパ
15〜18へ与えられる動作信号B1〜B4もそれぞれ
90度の位相差を有している。
As is clear from FIG. 6, the four sets of triangular wave reference signals A1 to A4 have a phase difference of 174 periods, that is, 90 degrees, and therefore the phase shifter 7 sends them to the respective choppers 15 to 18. The operating signals B1 to B4 applied to the respective terminals also have a phase difference of 90 degrees.

チョッパ15〜18に与えられる動作信号B1〜B4に
対応して当該チョッパが遅滞なく電流を断続するものと
するならば、チ1ツバ15を流れる゛電流115の波形
はこのチョッパ15を動作させる信号B1と同じ波形と
なる。同様に他のチョッパ16,17.18を流れる電
流116 +117 yllgとこれに対応する動作信
号B2゜83、B4とは同じ波形である。それ故当該回
生電力吸収装置へ流入する回生電流I3の波形は電流1
15〜118を合成したもの、すなわち動作信号B1〜
B4を合成したもの(第6図(1乃参照)となり、電流
リップルが小となっている。さらに入力コンデンサ9の
電圧Vcは第6図体)の実線で示した波形となって。
If it is assumed that the choppers 15 to 18 intermittent the current without delay in response to the operation signals B1 to B4 given to the choppers 15 to 18, the waveform of the current 115 flowing through the chip 15 is the signal that operates the choppers 15. It has the same waveform as B1. Similarly, the current 116 +117 yllg flowing through the other choppers 16, 17, 18 and the corresponding operation signals B2, 83, B4 have the same waveform. Therefore, the waveform of the regenerative current I3 flowing into the regenerative power absorption device is current 1
15 to 118, that is, the operation signal B1 to
B4 is synthesized (see Fig. 6 (1)), and the current ripple is small.Furthermore, the voltage Vc of the input capacitor 9 has the waveform shown by the solid line (see Fig. 6).

位相差運転をしないとき、すなわち同相運転のとき(第
6図体)の破線で図示)K<らべ、電圧リップルも僅か
でよい利点を有する。
When the phase difference operation is not performed, that is, when the in-phase operation is performed (indicated by the broken line in Fig. 6), the voltage ripple has the advantage of being small.

第7図はチョッパを構成するスイッチング素子の例を示
す回路図であって、ゲートターンオフサイリスタ(以下
ではGTOサイリスタと略記する)がスイッチング素子
として用いられている場合を図示してbる3、すなわち
符号151がGTOサイリスタであって、符号152は
スナバダイオード、符号153はスナバ抵抗で、符号1
54がスナバコンデンサである。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a switching element constituting a chopper, and shows a case where a gate turn-off thyristor (hereinafter abbreviated as a GTO thyristor) is used as a switching element. 151 is a GTO thyristor, 152 is a snubber diode, 153 is a snubber resistor, and 1
54 is a snubber capacitor.

給″電線路40回路電圧が低圧、たとえば750ボルト
の場合、 GTOサイリスタとして2500ボルト耐圧
のものが用いられるが1回路電圧が高圧、たとえば15
00ボルトであるならば、 4500ボルト耐圧のGT
Oサイリスタを選定することとなる。回生電力吸収装置
3の容量が回路電圧には関係なく同一であるとするなら
ば、当該回生電力吸収装置3へ流入する回生電流工3の
値は、 1500ボルト系統では750ボルト系統の場
合の半分でよいことから、スイッチング素子としてのG
TOサイリスタ151の電流容量が耐電圧値には関係な
く等しいとすれば、入力コンデンサに並列させるチョッ
パの台数を半減できる。
When the circuit voltage of the feed line 40 is low, for example 750 volts, a GTO thyristor with a withstand voltage of 2500 volts is used, but if the circuit voltage is high, for example 15
If it is 00 volts, then GT with 4500 volts withstand voltage.
An O thyristor will be selected. Assuming that the capacity of the regenerative power absorption device 3 is the same regardless of the circuit voltage, the value of the regenerative current flow 3 flowing into the regenerative power absorption device 3 is half of that in the 750 volt system for a 1500 volt system. Since G is sufficient as a switching element,
If the current capacity of the TO thyristor 151 is the same regardless of the withstand voltage value, the number of choppers connected in parallel with the input capacitor can be halved.

第8図は高電圧回路に用いられている回生電力吸収装置
の従来例を示す主回路接続図であって。
FIG. 8 is a main circuit connection diagram showing a conventional example of a regenerative power absorption device used in a high voltage circuit.

給電線路4と大地との間に接続された入力コンデンサ2
0に、負荷抵抗21と電流断続手段としてのチョツィク
23との直列回路ならびに負荷抵抗22と電流断続手段
としてのチョッパ24との直列回路がそれぞれ並列に接
続されており、第5図に示す従来例回路に比して、チョ
ッパ台数が1/2になっているにも拘らず、同一の回生
電力を吸収することができる。なおこの回生電力吸収装
置を制御するための回路は、第5図において既述したも
のと同じであることから、この制御回路の図示ならびに
動作説明は省略する。
Input capacitor 2 connected between feed line 4 and ground
A series circuit of a load resistor 21 and a chopper 23 as a current intermittent means and a series circuit of a load resistor 22 and a chopper 24 as a current intermittent means are connected in parallel to the conventional example shown in FIG. Although the number of choppers is 1/2 that of the circuit, it is possible to absorb the same regenerative power. Note that since the circuit for controlling this regenerative power absorption device is the same as that already described in FIG. 5, illustration and operation description of this control circuit will be omitted.

第5図と第8図とを比較してあきらかなように。As is clear by comparing Figures 5 and 8.

1500ボルト回路では耐圧が4500ボルトのGTO
サイリスタを使用することでチ3ツバの並列数を半減で
きるのであるが、このようにすると、下記に記述する各
種の問題点を生じる。すなわち。
For 1500 volt circuits, GTO has a withstand voltage of 4500 volts.
By using a thyristor, the number of parallel chips can be halved, but doing so causes various problems as described below. Namely.

イ)、チョッパの並列数が少なくなるため、これらチョ
ッパの動作位相をずらして運転することによる高調波電
流抑制効果が小さくなる。電気鉄道システムでは、軌道
に流れる高調波電流の太さを抑制しないと、信号制御装
置や踏切り制御装置が誤動作するおそれがあり、大事故
を生じる危険があるにも拘らず、高調波電流が増大する
欠点がある。
b) Since the number of choppers in parallel is reduced, the effect of suppressing harmonic current by operating these choppers with shifted operating phases is reduced. In electric railway systems, if the thickness of the harmonic current flowing through the tracks is not suppressed, there is a risk that signal control equipment and level crossing control equipment will malfunction, and there is a risk of a major accident.However, the harmonic current increases. There are drawbacks to doing so.

口)、現在のGTOサイリスタは、電流容量が同一であ
れば、耐圧2500ボルトのものでも、耐圧4500ボ
ルトのものでも、スナバコンデンサ154は同じものを
使用することになる1、いまスナバコンデンサ154の
静電容量をC1回路電圧を■、チヲッパの動作周波数を
fとすると、スナバ抵抗153で発生する損失Pは(1
)式で示される。
In the current GTO thyristors, if the current capacity is the same, the same snubber capacitor 154 is used regardless of whether the withstand voltage is 2,500 volts or the withstand voltage is 4,500 volts1. Assuming that the capacitance is the C1 circuit voltage and f is the operating frequency of the chopper, the loss P generated in the snubber resistor 153 is (1
) is shown by the formula.

P=IC・■2・f・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・曲・・(1)この(11式から
あきらかなように、チョッパ周波数fとスナバコンデン
サ容量Cが同一であっても。
P=IC・■2・f・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・Song... (1) As is clear from this equation (11), even if the chopper frequency f and the snubber capacitor capacity C are the same.

回路電圧が750ボルトから2倍の1500ボルトに上
昇することで、スナバ抵抗損失Pは4倍になる。
As the circuit voltage doubles from 750 volts to 1500 volts, the snubber resistance loss P quadruples.

並列数が半分であることから、結局装置全体でのスナバ
抵抗損失Pは2倍となり、装置効率の低下や、この損失
を放散させるために装置を大形化する必要があり、コス
トが上昇する。
Since the number of parallel devices is halved, the snubber resistance loss P in the entire device ends up being doubled, resulting in a decrease in device efficiency and the need to increase the size of the device to dissipate this loss, which increases cost. .

ハ)、チョッパ台数の減少にも拘らず高調波電流の増大
を抑制させるために(前述(イ)項の対策)は。
c) In order to suppress the increase in harmonic current despite the decrease in the number of choppers (measures mentioned in item (a) above).

チョッパ周波数fを2倍にしなければならないが。The chopper frequency f must be doubled.

これKよりω℃サイリスタ151のスイッチング損失が
増大する。またこのチョッパ周波数fの上昇により、ス
ナバ抵抗損失Pがさらに増大することになり、ますます
装置の効率が低下するし、発生損失処理のために装置を
大形化しなければならず。
This K increases the switching loss of the ω°C thyristor 151. Furthermore, due to the increase in the chopper frequency f, the snubber resistance loss P further increases, further reducing the efficiency of the device, and the device must be enlarged to deal with the generated loss.

コスト上昇を招く欠点がある。It has the disadvantage of increasing costs.

二)、現状では、耐圧4500ボルトのGTOサイリス
タは、耐圧2500ボルトのものにくらべてその価格が
大幅に高いので、装置のコストが上昇する欠点がある。
2) Currently, GTO thyristors with a withstand voltage of 4,500 volts are much more expensive than those with a withstand voltage of 2,500 volts, so they have the disadvantage of increasing the cost of the device.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は、給電滞路の電圧が相対的に高い場合の電気
鉄道システムにおいて、装置の損失増大や高調波電流の
増大をもたらすことなく1回生運転によシ生じる余剰な
回生電力を安価に吸収することができる回生電力吸収装
置を提供することを目的とする。
This invention is designed to inexpensively absorb surplus regenerative power generated by regenerative operation in electric railway systems where the voltage of the power supply line is relatively high, without increasing equipment loss or harmonic current. The purpose of the present invention is to provide a regenerative power absorption device that can perform the following tasks.

°〔発明の要点〕 この発明は1回生電力吸収装置を構成している電流断続
手段の運転台数を多くするとともに、これら電流断続手
段の動作位相を相互にずらして運転するならば、′当該
電流断続手段の運転周波数を高くしなくても高調波電流
を抑制できることに着目したものであって1回路電圧が
高ければ複数のコンデンサを直列接続したものを給電線
路と大地との間に接続することで線路電圧を分割し、低
い耐電圧特性のスイッチング素子で構成された電流断続
手段と抵抗との直列回路を前述の各コンデンサに対して
それぞれ複数組を並列に接続し、これら複数の電流断続
手段を相互に等しい位相差でかつ比較的低い周波数で動
作させることにより、スイッチング損失やスナバ抵抗損
失を低いレベルに抑制して装置の小形形量化を図るとと
もに、各種制御装置の誤動作の原因となる高調波電流の
レベルも抑制しようとするものである1、 〔発明の実施例〕 第1図は本発明の実施例を示す主回路接続図であり、こ
の第1図により本発明の詳細を以下に説明する。なおこ
の第1図における給電線路の電圧は高電圧、たとえば1
500ボルトとし、これに対して4組の電流断続手段と
してのチ3ツバ41〜44に使用しているスイッチング
素子としてのGTOサイリスタは耐圧2500ボルト(
これは回路電圧750ボルトに使用するものである)の
ものである。
° [Summary of the Invention] This invention provides that if the number of operating current intermittent means constituting a regenerative power absorption device is increased and the operating phases of these current intermittent means are shifted from each other, the current This method focuses on the fact that harmonic currents can be suppressed without increasing the operating frequency of the intermittent means, and if the voltage of one circuit is high, multiple capacitors connected in series can be connected between the power supply line and the ground. A plurality of series circuits consisting of a current intermittent means composed of a switching element with a low withstand voltage characteristic and a resistor are connected in parallel to each of the above-mentioned capacitors. By operating them at a relatively low frequency and with an equal phase difference, switching loss and snubber resistance loss are suppressed to low levels, making the device more compact, and reducing harmonics that can cause malfunctions in various control devices. [Embodiment of the Invention] Figure 1 is a main circuit connection diagram showing an embodiment of the present invention, and the details of the present invention will be explained below using this Figure. explain. Note that the voltage of the feeder line in FIG. 1 is a high voltage, for example 1
500 volts, whereas the GTO thyristors as switching elements used in the four sets of chips 41 to 44 as current intermittent means have a withstand voltage of 2500 volts (
This is used for a circuit voltage of 750 volts).

第1図において、 1500ボルトの給電線路と大地と
の間には入力コンデンサとして上段コンデンサ30Aと
下段コンデンサ30Bとの直列回路を接続することによ
り、線路電圧を2分割している。j4組の電流断続手段
としてのチ摺ツバ41〜44 Kはそれぞれ負荷抵抗3
1〜34が直列に接続されており、このようにして構成
された4組の直列回路のうちの2組が上段コンデンサ3
0Aに並列接続され、残余の2組は下段コンデンサ30
Bに並列接続されている。なお、これらチョッパ41〜
44を制御するための回路は第5図に図示の従来例回路
と同じであるから、その制御回路の図示と動作説明は省
略する。
In FIG. 1, the line voltage is divided into two by connecting a series circuit of an upper stage capacitor 30A and a lower stage capacitor 30B as an input capacitor between the 1500 volt power supply line and the ground. j 4 sets of current intermittent means 41 to 44 K each have a load resistance of 3
1 to 34 are connected in series, and two of the four series circuits configured in this way are connected to the upper stage capacitor 3.
0A in parallel, and the remaining two sets are lower stage capacitors 30
B is connected in parallel. In addition, these choppers 41~
Since the circuit for controlling 44 is the same as the conventional circuit shown in FIG. 5, illustration and operation description of the control circuit will be omitted.

第1図に示す4組のチョッパ41〜44は下記により運
転される。すなわち上段コンデンサ30AK並列接続さ
れた2組のチ確ツバ41.42は2相運転すなわち18
0度の位相差で運転される。また下段コンデンサ30B
に接続された2組のチョッパ43.44も相互に180
度の位相差で運転するのであるが。
The four sets of choppers 41 to 44 shown in FIG. 1 are operated as follows. In other words, the two sets of capacitors 41 and 42 connected in parallel with the upper stage capacitor 30AK are in two-phase operation, that is, 18
It operates with a phase difference of 0 degrees. Also, lower stage capacitor 30B
The two sets of choppers 43 and 44 connected to the
It operates with a phase difference of degrees.

このとき上段のチョッパ41と下段のチ運ツバ43との
間には90度の位相差があるようKする。かくして4組
のチョッパ41〜44は相互に等しい90度の位相差で
運転することとなる。
At this time, K is set so that there is a phase difference of 90 degrees between the upper chopper 41 and the lower chopper collar 43. In this way, the four choppers 41 to 44 operate with a mutually equal phase difference of 90 degrees.

第2図は第1図に示す実施例回路の動作例をあられした
動作波形図であって、上記の動作をした場合である。す
なわち第2図(イ)はチョッパ41を流れる電流I41
の変化を、第2図(ロ)はチョッパ42を流れる電流I
42の変化を、第2図(ハ)は上段チョッパに流れる合
成電流I41+I42の変化を、第2図に)は上段コン
デンサ30Aの電圧Vムを、第2図(ホ)はチョッパ4
3を流れる電流I43の変化を、第2図(へ)はチョッ
パ44を流れる電流I44の変化を、第2図(ト)は下
段チョッパに流れる合成電流I43+I44の変化を、
第2図(ト)は下段コンデンサ30Bの電圧VBの変化
を、第2図(す)は入力電圧(すなわち上段コンデンサ
30Aと下段コンデンサ30Bの電圧)Vcの変化をそ
れぞれがあられしている。
FIG. 2 is an operational waveform diagram illustrating an example of the operation of the embodiment circuit shown in FIG. 1, and shows the case where the above operation is performed. In other words, FIG. 2(a) shows the current I41 flowing through the chopper 41.
Figure 2 (b) shows the change in the current I flowing through the chopper 42.
Figure 2 (C) shows the change in the combined current I41 + I42 flowing to the upper chopper, Figure 2 (E) shows the voltage Vm of the upper stage capacitor 30A, and Figure 2 (E) shows the change in the combined current I41 + I42 flowing to the upper chopper.
2(g) shows the change in the current I44 flowing through the chopper 44, and FIG. 2(g) shows the change in the combined current I43+I44 flowing through the lower chopper.
FIG. 2(G) shows the change in the voltage VB of the lower stage capacitor 30B, and FIG. 2(S) shows the change in the input voltage (that is, the voltage of the upper stage capacitor 30A and the lower stage capacitor 30B) Vc.

この第2図であきらかなように、上段コンデンサ30人
と下段コンデンサ30Bの電圧リップルは各チョッパの
周波数の2倍の周波数であるが入力電圧Vcの電圧リッ
プル周波数はチョッパ周波数の4倍であり、かつ電圧リ
ップル値が小となる(第2図(男の実線を参照)。なお
この第2図(男に図示の破線は、第8図に示す従来例回
路でチョッパを2相運転した場合の入力電圧の変化をあ
られしたものであって、この図の実線と破線との比較で
もあきらかなように、スイッチング素子として4500
ボルト耐圧のGTOサイリスタを使用した2組のチョッ
パにくらべて、電圧リップル周波数は2倍、電圧リップ
ルはl/4となる。
As is clear from Fig. 2, the voltage ripple of the 30 upper stage capacitors and the lower stage capacitor 30B is twice the frequency of each chopper, but the voltage ripple frequency of the input voltage Vc is four times the chopper frequency. At the same time, the voltage ripple value becomes small (see the solid line in Figure 2).The broken line in Figure 2 (see the solid line in Figure 2) indicates the voltage ripple when the chopper is operated in two phases using the conventional circuit shown in Figure 8. This is a change in input voltage, and as is clear from the comparison between the solid line and the broken line in this figure, the switching element is 4500 mm.
Compared to two sets of choppers using volt-resistant GTO thyristors, the voltage ripple frequency is twice as high and the voltage ripple is 1/4.

第1図に示す実施例回路において、4組のチョッパ41
〜44を下記に記載の第2動作例のように運転させるこ
ともできる。すなわち上段コンデンサ30Aに並列接続
されているチョッパ41とチi ツバ42とは90度の
位相差で運転させ、下段コンデンサ30B Ic並列接
続されているチョッパ43とチョッパ44とを90度の
位相差で運転させるとともに、上段側のチョッパ41と
下段側のチクツバ43とは180度の位相差で運転させ
ることで、結局4組のチ3フパ41〜44は等しい90
度なる位相差で運転することとなる。
In the embodiment circuit shown in FIG.
-44 can also be operated as in the second example of operation described below. In other words, the chopper 41 and chip 42 connected in parallel to the upper capacitor 30A are operated with a phase difference of 90 degrees, and the chopper 43 and chopper 44 connected in parallel to the lower capacitor 30B are operated with a phase difference of 90 degrees. At the same time, the chopper 41 on the upper stage and the chopper 43 on the lower stage are operated with a phase difference of 180 degrees, so that the four sets of choppers 41 to 44 have an equal 90
It will operate with a degree of phase difference.

第3図は第1図に示す実施例回路の第2の動作例をあら
れした動作波形図であって、第3図(イ)、(ロ)は上
段側のチョッパ41.42を流れる電流I41とI42
の変化を、@3図(ハ)は上段チョッパの合成電流I4
1+工42の変化を、第3図に)は上段コンデンサ30
Aの電圧7人の変化を、第3図(ホ)、(へ)は下段側
のチョッパ43.44を流れる電流I43とI44の変
化を、第3図例は下段チョッパの合成電流I43+1.
44の変化を、第3図(1)は下段コンデンサ30Bの
電圧VBの変化を、第3図(す)は入力電圧Vcの変化
をそれぞれがあられしている。
FIG. 3 is an operation waveform diagram showing a second operation example of the embodiment circuit shown in FIG. and I42
Figure 3 (c) shows the change in the composite current I4 of the upper chopper.
1 + engineering 42 (see Figure 3) is the upper stage capacitor 30
Figures 3(e) and 3(f) show the changes in the currents I43 and I44 flowing through the choppers 43 and 44 on the lower stage, and the example in Figure 3 shows the combined current I43+1.
44, FIG. 3(1) shows the change in the voltage VB of the lower stage capacitor 30B, and FIG. 3(S) shows the change in the input voltage Vc.

第3図に示される第2の動作例では、上段コンデンサ3
0Aと下段コンデンサ30Bの電圧リップルは第2図に
示した動作例の場合にくらべて大であることから、コン
デンサ容量を大きくする必要があるが、入力電圧Vcは
第2図に示した動作例の場合と同じであり、従って高調
波電流も同様に抑制できる。
In the second operation example shown in FIG.
Since the voltage ripples of 0A and lower stage capacitor 30B are larger than in the case of the operation example shown in Fig. 2, it is necessary to increase the capacitor capacity, but the input voltage Vc is lower than the case of the operation example shown in Fig. 2. This is the same as in the case of , and therefore harmonic currents can be similarly suppressed.

上述の説明は4組のチョッパを使用した場合であるが、
N組のチ確ツバを上下に分けて相互に位相差を設けて運
転する場合であっても、また入力コンデンサをよシ多数
直列接続して電圧を分割する場合でも本発明を適用でき
ることは勿論である。
The above explanation is for the case where four sets of choppers are used,
Of course, the present invention can be applied even when N sets of capacitors are divided into upper and lower sections and operated with a phase difference between them, or when a large number of input capacitors are connected in series to divide the voltage. It is.

さらにスイッチング素子として他の半導体素子を使用し
ても本発明の趣旨を損うものでないことも勿論である。
Furthermore, it goes without saying that the purpose of the present invention will not be diminished even if other semiconductor elements are used as switching elements.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明によれば、複数のコンデンサの直列接続回路を
高電圧の給電線路と大地との間に接続することで線路電
圧をこのコンデンサで分割し、低い耐電圧特性のスイッ
チング素子で構成された電流断続手段と抵抗との直列回
路を、前記の各コンデンサととに複数組づつ並列に接続
して回生電力吸収装置を構成する。直流電気車の回生運
転により回生電力に余剰を生じたとき、これら電流断続
手段を相互に等しい位相差で運転するならば、その運転
周波数が低い値であっても、この回生電力吸収装置への
入力電圧のリップル周波数は高くなり、電圧リップルも
小さくなることから、高調波電流も抑制され、電気鉄道
システムの各種制御装置が高調波電流で誤動作する危険
を回避できる。
According to this invention, by connecting a series connection circuit of a plurality of capacitors between a high-voltage power supply line and the ground, the line voltage is divided by the capacitor, and the current generated by switching elements with low withstand voltage characteristics is divided. A regenerative power absorption device is constructed by connecting a plurality of series circuits of an interrupting means and a resistor in parallel to each of the above-mentioned capacitors. When there is a surplus of regenerative power due to regenerative operation of a DC electric vehicle, if these current intermittent means are operated with the same phase difference, even if the operating frequency is low, the regenerative power absorption device Since the ripple frequency of the input voltage becomes higher and the voltage ripple becomes smaller, harmonic currents are also suppressed, and it is possible to avoid the risk of various control devices of the electric railway system malfunctioning due to harmonic currents.

さらに電流断続手段の運転周波数が低いことから。Furthermore, the operating frequency of the current intermittent means is low.

スイッチング素子のスイッチング損失やスナバ損失も小
さく抑制できて装置の効率向上と小形化・低コスト化に
貢献できる。またスイッチング素子として低耐圧のもの
が使用できるので、これにより更に装置の低コスト化を
図ることができる効果も合わせて有する。
Switching loss and snubber loss of switching elements can also be suppressed to a low level, contributing to improved efficiency, miniaturization, and cost reduction of devices. Furthermore, since low breakdown voltage switching elements can be used, this also has the effect of further reducing the cost of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の主回路接続図であり、第2図は第1図
に示す実施例回路の動作例をあられした動作波形図、第
3図は第1図に示す実施例回路の第2の動作例をあられ
した動作波形図である。第4図は直流電気車の回生制動
システムをあられした説明図であり、第5図は低電圧回
路に用いられている回生成力吸収装置の従来例を示す回
路図。 第6図は第5図に示す従来例回路の各部の動作を示す動
作波形図であって、第7図はチョッパを構成するスイッ
チング素子の例を示す回路図、第8図は高電圧回路に用
いられている回生電力吸収装置の従来例を示す主回路接
続図である。 2・・・変電所、3・・・回生電力吸収装置、4・・・
給電線路、5,6・・・直流電気車、  5M、5M・
・・直流電動機。 5P 、6P・・・パンタグラフ、  58.58・・
・スイッチ、7・・・移相器、8・・・電圧調節器、 
9.20・・・入力コンデンサ。 10・・・電圧設定器、11〜14,21,22.31
〜34・・・負荷抵抗。 15〜1B、23,24.41〜44・・・電流断続手
段としてのチョッパ、30A・・・上段コンデンサ、3
0B・・・下段コンデンサ、151・・・スイッチング
素子としてのGTOサイリスタ、152・・・スナバダ
イオード、153・・・スナバ抵抗、154・・・スナ
バコンデンサ。 可入弁理士山 口   p6、  : ゛ 九〆 第1図 第2図 T:開明 第3図 第5図 第6図
FIG. 1 is a main circuit connection diagram of the present invention, FIG. 2 is an operation waveform diagram showing an example of the operation of the embodiment circuit shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is an operation waveform diagram showing the second operation example. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a regenerative braking system for a DC electric vehicle, and FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional example of a regenerative force absorption device used in a low voltage circuit. FIG. 6 is an operation waveform diagram showing the operation of each part of the conventional circuit shown in FIG. 5, FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a switching element constituting a chopper, and FIG. FIG. 2 is a main circuit connection diagram showing a conventional example of a regenerative power absorption device used. 2... Substation, 3... Regenerative power absorption device, 4...
Power supply line, 5, 6...DC electric car, 5M, 5M・
...DC motor. 5P, 6P... Pantograph, 58.58...
・Switch, 7... Phase shifter, 8... Voltage regulator,
9.20...Input capacitor. 10... Voltage setting device, 11 to 14, 21, 22.31
~34...Load resistance. 15-1B, 23, 24. 41-44... Chopper as current intermittent means, 30A... Upper stage capacitor, 3
0B... lower stage capacitor, 151... GTO thyristor as a switching element, 152... snubber diode, 153... snubber resistor, 154... snubber capacitor. Yamaguchi, a patent attorney, p6: ゛ Kuji Figure 1 Figure 2 T: Kaimei Figure 3 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1)電気車へ直流電力を供給する給電線路と大地との間
にコンデンサを接続し、電流断続手段と抵抗器との直列
回路の複数組をそれぞれこのコンデンサに並列に接続し
、前記各電流断続手段の動作位相をあらかじめ定められ
た値だけ相互にずらして運転することで、前記電気車が
回生運転するときの余剰電力を前記抵抗器へ吸収させる
回生電力吸収装置において、前記給電線路と大地との間
には複数のコンデンサを直列接続したものを接続し、動
作位相の差がそれぞれ相互に等しくなっている電流断続
手段を備えた前記直列回路を前記各コンデンサごとに必
要数を並列に接続していることを特徴とする回生電力吸
収装置。
1) A capacitor is connected between the power supply line that supplies DC power to the electric car and the earth, and multiple sets of series circuits each including a current interrupting means and a resistor are connected in parallel to this capacitor, and each of the current intermittent In the regenerative power absorption device which absorbs surplus power into the resistor when the electric vehicle performs regenerative operation by operating the means with operating phases shifted from each other by a predetermined value, the power supply line and the ground are connected to each other. A plurality of capacitors connected in series are connected between the two capacitors, and the necessary number of series circuits each equipped with a current interrupting means having mutually equal operating phase differences are connected in parallel for each capacitor. A regenerative power absorption device characterized by:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013248930A (en) * 2012-05-31 2013-12-12 Hitachi Ltd Power storage type regenerative power absorber, and control device and control method therefor

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JPS513968A (en) * 1974-07-09 1976-01-13 Kubota Ltd DATSUKOKUKI
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