KR20050115950A - Main power converting device for high speed train - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주전력 변환장치, 특히 고속전철용 주전력 변환장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 주전력 변환장치는 IGCT 소자로 이루어지는 수개의 펄스폭 변조 컨버터로 구성되며 PWM 변조에 의해 교류전류를 직류로 변환하는 컨버터 회로부; 수개의 인버터로 이루어지며 상기 컨버터 회로부의 출력에 병렬 접속되어 직류를 교류로 변환하는 인버터 회로부; 및 상기 인버터 회로부의 출력에 접속된 유도전동기를 구비하며, 상기 컨버터 회로부는 평활콘덴서를 구비함으로써, 액티브 필터의 기능을 행한다. 이에 의해, 컨버터 회로부는 평활콘덴서에 의해 정류 및 필터링이 이루어지기 때문에, 종래와 같이 스너브 회로부가 필요없어, 주전력변환장치의 구성이 간단해지고, 설치장소를 절약할 수 있으며, 이러한 주전력 변환장치를 냉각하는데 있어, 인버터 회로에 사용하는 스위칭 소자로서 종래의 GTO 에 대신하여, IGCT 소자를 사용하기 때문에, 종래 부피가 큰 비등냉각방식 대신 자연풍 냉각방식을 채택할 수 있어, 주전력 변환장치의 부피를 줄일 수 있다. The present invention relates to a main power converter, in particular a main power converter for high speed trains. The main power converter according to the present invention comprises a converter circuit unit consisting of several pulse width modulation converters consisting of IGCT elements for converting an alternating current into direct current by PWM modulation; An inverter circuit portion composed of several inverters and connected in parallel to the output of the converter circuit portion to convert direct current into alternating current; And an induction motor connected to the output of the inverter circuit section, wherein the converter circuit section has a smoothing capacitor to perform the function of an active filter. As a result, since the converter circuit part is rectified and filtered by a smoothing capacitor, there is no need for a snub circuit part as in the prior art, so that the configuration of the main power converter can be simplified and the installation place can be saved. In cooling the device, since the IGCT element is used instead of the conventional GTO as the switching element used in the inverter circuit, the natural wind cooling method can be adopted instead of the bulky boiling cooling method. The volume can be reduced.
Description
본 발명은 주전력 변환장치, 특히 고속전철용 주전력 변환장치에 관한 것이다. The present invention relates to a main power converter, in particular a main power converter for high speed trains.
20세기에 들어서면서 산업구조의 실질적인 분업화와 교역량의 양적인 증대로 인하여 물류수송의 중요성 및 대량 수송과 수송수단의 고속화는 날로 비중을 더해 가고 있는 실정이다. 특히, 전기철도는 세계 무역통로의 글로벌화에 힘입어 최근 가장 각광받는 교통수단으로 부각되어 대량, 고속수송이라는 철도고유의 장점을 발휘하고 있고, 프랑스, 독일, 일본, 영국 등의 선진국에서는 전기철도의 고속화를 위하여, 경쟁적으로 연구개발에 투자를 아끼지 않고 있다. At the beginning of the 20th century, the importance of logistics transportation, mass transportation, and the speed of transportation are increasing in importance due to the actual division of labor and quantitative increase in trade volume. In particular, electric rail has emerged as the most prominent means of transportation in recent years thanks to the globalization of world trade routes, showing the advantages of railway's unique characteristics such as mass and high speed transportation.In advanced countries such as France, Germany, Japan, and the UK, In order to speed up, it is competitively investing in R & D.
철도 차량용 주전력변환장치는 반도체 소자의 개발로 급격히 발전해 왔으며, 따라서 철도 차량용 견인전동기도 유도전동기가 사용되면서 판타그라프로부터 교류가선 전압 25,000V 를 받아서, 직류로 변환하는 장치인 컨버터와 견인 전동기를 구동하는 인버터 장치로 구성된 전력변환장치가 필요하게 되었다. The main power converter for railway vehicles has been rapidly developed by the development of semiconductor devices. Therefore, the traction motors for railway vehicles also receive 25,000V of AC line voltage from the fantagraph and convert them into direct current. There is a need for a power converter consisting of a drive inverter device.
고속 전철용 주전력변환장치의 VVVF (Variable-Voltage Variable-Frequency) 인버터는 견인전동기에 가변전압 가변주파수의 전압을 공급하여 요구하는 구동력을 발생하기 위한 교류가변속 장치를 말한다. 이는 기존에 적용되어온 직류전동기와 쵸퍼 및 저항제어장치로 이루어진 직류 가변속 장치에 비해 고속 운전성 및 유지보수성이 뛰어나고 소형 경량화할 수 있다. 또한, 전력전자 제어기술의 발달로 제어성이 향상됨에 따라 우수한 견인력 특성을 얻을 수 있다. Variable-Voltage Variable-Frequency (VVVF) Inverter of the main power converter for high speed trains is an AC variable speed device for generating the driving force required by supplying a variable voltage variable frequency voltage to the traction motor. This is excellent in high speed operation and maintainability and small size and light weight compared to the DC variable speed device composed of a DC motor, a chopper, and a resistance control device that has been conventionally applied. In addition, as the controllability is improved by the development of the power electronic control technology, excellent traction characteristics can be obtained.
전력용 반도체의 발달에 힘입어 컨버터 및 인버터에 사용된 스위칭 소자 역시 싸이리스터 대신 자기 소호 능력이 있는 대용량의 GTO (Gate Turn-off Thyristor), IGCT, IGBT 등을 사용하게 되었다. GTO, IGCT 및 IGBT 를 사용하여 종래의 싸이리스터 컨버터의 위상제어방식 대신 펄스폭 변조방식 (PWM) 을 채택하여 전력계통에 문제시 되는 고조파나 역율 문제 등을 해결할 수 있다. Thanks to the development of power semiconductors, switching devices used in converters and inverters also use large-capacity gate turn-off thyristor (GTO), IGCT, and IGBT instead of thyristors. By using GTO, IGCT and IGBT, the pulse width modulation method (PWM) is adopted instead of the phase control method of the conventional thyristor converter to solve the harmonics and power factor problems that are a problem in the power system.
그러나, 국내의 철도차량에서 일정용량의 반도체 소자 및 전력변환장치는 산업응용분야에 적용한 경험은 있으나, 고속전철용 주전력변환장치에 적용한 예가 전무하며, 특히 대용량 소자의 냉각장치 및 대용량 소자구동에 대한 국내의 경험은 매우 취약한 편이다. However, although the semiconductor devices and power converters of a certain capacity have been applied to industrial applications in domestic railway vehicles, there are no examples of applying them to the main power converters for high-speed trains. Domestic experience is very weak.
도 1 은 종래 GTO 를 이용한 고속전철용 주전력 변환장치의 구성을 나타낸 도면이다. 1 is a view showing the configuration of a main power converter for a high-speed train using a conventional GTO.
도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 GTO 를 이용한 고속전철용 주전력 변환장치는, 2개의 직류전동기 (21; 22) 를 구동하도록 구성되어 있으며, 상하 각각의 구동부분은 2개의 컨버터부 (1,2; 3,4) 에 각각 2개의 스너버 (snubber) 회로부 (5,6,7,8; 9,10,11,12) 를 접속하고 필터회로부 (13; 15), 정류부 (14; 16), 인버터부 (17,18; 19,20) 를 순차 접속하여 견인전동기인 하나의 직류전동기 (21; 22) 를 구동하도록 구성되어 있다. As shown in FIG. 1, the conventional main power converter for high speed trains using GTO is configured to drive two DC motors 21 and 22, and each driving part of each of the upper and lower parts includes two converter parts (1). 2 snubber circuits 5,6,7,8; 9,10,11,12, respectively, to the filter circuits 13 and 15 and the rectifiers 14 and 16, respectively. ) And inverter units 17, 18; 19, 20 are sequentially connected to drive one DC motor 21, 22 serving as a traction motor.
여기서, 컨버터부 (1, 2, 3, 4) 는 통상 25kV, 50Hz 에 직렬로 접속된 혼합 브릿지 회로로 구성되며, AC-DC 변환을 행하며, GTO 소자가 발열량이 많아 그 열용량을 고려하여 큰 비등냉각방식의 회로를 사용하고, 또, 4개의 모듈로서 분할하여 사용된다. Here, the converter sections 1, 2, 3, and 4 are usually composed of a mixed bridge circuit connected in series at 25 kV and 50 Hz, perform AC-DC conversion, and have a large amount of heat generated by the GTO element, so that a large boiling point is considered in consideration of its heat capacity. A cooling circuit is used, and it is divided and used as four modules.
또, 스너버 회로부 (5,6,7,8; 9,10,11,12) 는 컨버터부 (1,2; 3,4) 의 GTO 소자가 온오프 스위칭시에 발생하는 전류변화율 (di/dt) 과 전압변화율 (dv/dt) 이 크므로, 이러한 변화율을 제거하는 회로이다. The snubber circuit sections 5, 6, 7, 8; 9, 10, 11, and 12 have a current change rate (di /) generated when the GTO elements of the converter sections 1, 2, 3, and 4 are switched on and off. dt) and the voltage change rate (dv / dt) are large, so this circuit eliminates this change rate.
또, 필터 회로부 (13; 14) 와 정류부 (14; 16) 는 스너브 회로부로부터 출력된 전류를 정류한다. The filter circuits 13 and 14 and the rectifiers 14 and 16 rectify the current output from the snub circuit.
다음으로, 인버터부 (17,18; 19,20) 는 필터회로부와 정류부에 의해 정류한 직류전압을 교류로 변환하는 회로부로서, 스너버회로도 같이 구성되어 있다. Next, the inverter sections 17, 18; 19, 20 are circuit sections for converting the DC voltage rectified by the filter circuit section and the rectifying section into alternating current, and the snubber circuit is also configured.
이러한 종래의 GTO 를 이용한 고속전철용 주전력 변환장치에서는, 컨버터 회로부를 구성하는 전력반도체인 GTO 소자가 발열이 많아 냉각회로가 커야 되며, GTO 소자의 스위칭 특성으로 인해 반드시 스너버 회로부도 필요하므로, 결국 컨버터 회로부가 커져 많은 설치공간을 요하는 문제점이 있다. 또, 견인력을 2개의 전동기에 의해 획득하는, 즉 2개의 전동기를 따로 제어하는, 불균등 제어방식이므로, 차량 시스템의 불안정을 초래하는 문제점이 있다. In the conventional high speed train main power converter using the GTO, because the GTO element, which is the power semiconductor constituting the converter circuit portion generates a lot of heat, the cooling circuit must be large, and the snubber circuit portion is also necessary due to the switching characteristics of the GTO element, As a result, the converter circuit portion is large, which requires a lot of installation space. In addition, since the unequal control method of obtaining the traction force by two electric motors, that is, controlling the two electric motors separately, there is a problem that causes instability of the vehicle system.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 간단하며 균등제어가 가능한 고속 전철용 주전력 변환장치를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a main power converter for a high-speed train having a simple structure and equality control.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 고속 전철용 주전력 변환장치는, In order to achieve the above object, the main power converter for a high-speed train of the present invention,
IGCT 소자로 이루어지는 수개의 펄스폭 변조 컨버터로 구성되며 PWM 변조에 의해 교류전류를 직류로 변환하는 컨버터 회로부; A converter circuit portion composed of several pulse width modulation converters composed of IGCT elements and converting an alternating current into direct current by PWM modulation;
수개의 인버터로 이루어지며 상기 컨버터 회로부의 출력에 병렬 접속되어 직류를 교류로 변환하는 인버터 회로부; 및 An inverter circuit portion composed of several inverters and connected in parallel to the output of the converter circuit portion to convert direct current into alternating current; And
상기 인버터 회로부의 출력에 접속된 유도전동기를 구비하며, An induction motor connected to an output of said inverter circuit section,
상기 컨버터 회로부는 평활콘덴서를 구비함으로써, 액티브 필터의 기능을 행하는 것을 특징으로 한다. The converter circuit portion is provided with a smoothing capacitor to perform the function of an active filter.
이하, 본 발명에 따른 고속전철용 주전력 변환장치에 대하여, 첨부도면을 참조하여, 자세히 설명한다. Hereinafter, a main power converter for a high speed train according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[실시형태] Embodiment
도 2 는 본 발명의 IGCT 를 이용한 고속전철용 주전력 변환장치를 나타낸 도면이다. 2 is a view showing the main power converter for high-speed train using the IGCT of the present invention.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고속전철용 주전력 변환장치는, 컨버터 회로부 (101, 102), 인버터 회로부 (103, 104, 105), 및 유도전동기 (106) 로 구성된다. As shown in Fig. 2, the main power converter for the high speed train according to the present invention includes a converter circuit section 101, 102, an inverter circuit section 103, 104, 105, and an induction motor 106.
컨버터 회로부 (101, 102) 는 IGCT 소자에 의해 스위칭 되는 2개의 펄스폭 변조 인버터로 이루어지며, 25kV, 60Hz 에 직렬로 연결되어 교류를 직류로 변환한다. The converter circuits 101 and 102 consist of two pulse width modulation inverters switched by IGCT elements, and are connected in series at 25 kV and 60 Hz to convert AC into direct current.
또, 컨버터 회로부 (101, 102) 에는 평활콘덴서를 접속하여 정류 및 필터링 기능을 행하도록 구성된다. The converter circuits 101 and 102 are configured to connect a smoothing capacitor to perform rectification and filtering functions.
또, 인버터 회로부 (103, 104, 105) 는 3개의 인버터 103, 104, 105가 병렬로 접속되어 있으며, 가변전압 가변주파수 (vvvf) 방식으로 제어되어, 직류를 교류를 변환하여 출력한다. Inverter circuit sections 103, 104, and 105 are connected in parallel with three inverters 103, 104, and 105, and are controlled by a variable voltage variable frequency (vvvf) system to convert direct current to output alternating current.
유도전동기 (106) 는 견인전동기로서 고속전철에 동력을 제공한다. Induction motor 106 is a traction motor that provides power to a high-speed train.
이상과 같은 구성에 의하면, 컨버터 회로부는 평활콘덴서에 의해 정류 및 필터링이 이루어지기 때문에, 종래와 같이 스너브 회로부가 필요없어, 주전력 변환장치의 구성이 간단해 지고, 설치장소를 줄일 수 있게 된다. According to the above configuration, since the converter circuit section is rectified and filtered by the smoothing capacitor, the snub circuit section is not required as in the prior art, so that the configuration of the main power converter can be simplified, and the installation place can be reduced. .
또, 주전력 변환장치를 냉각하는데 있어, 인버터 회로에 사용하는 스위칭 소자로서 종래의 GTO 에 대신하여, IGCT 소자를 사용하기 때문에, 종래 부피가 큰 비등냉각방식 대신에 자연풍 냉각방식을 채택할 수 있어, 주전력 변환장치의 부피를 줄일 수 있다. In addition, since the IGCT element is used in place of the conventional GTO as the switching element used for the inverter circuit in cooling the main power converter, the natural wind cooling method can be adopted instead of the conventional bulky boiling cooling method. Therefore, the volume of the main power converter can be reduced.
이상 설명한 본 발명에 따르면, 종래와 같이, 스너브 회로부가 필요없어, 주전력 변환장치의 구성이 간편해지고, 설치장소를 절약할 수 있어, 주전력 변환장치의 부피를 줄일 수 있다. According to the present invention described above, the snub circuit portion is not required as in the prior art, the configuration of the main power converter can be simplified, the installation place can be saved, and the volume of the main power converter can be reduced.
도 1 은 종래의 IGCT 를 이용한 고속전철용 주전력 변환장치를 나타낸 도면. 1 is a view showing a main power converter for a high-speed train using a conventional IGCT.
도 2 는 본 발명의 IGCT 를 이용한 고속전철용 주전력 변환장치를 나타낸 도면. 2 is a view showing a main power converter for high-speed train using the IGCT of the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※ Explanation of code for main part of drawing
101, 102 : 컨버터 101, 102: Converter
103, 104, 105 : 인버터 103, 104, 105: Inverter
106 : 유도전동기 106: induction motor
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040040693A KR20050115950A (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Main power converting device for high speed train |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040040693A KR20050115950A (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Main power converting device for high speed train |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20050115950A true KR20050115950A (en) | 2005-12-08 |
Family
ID=37289708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040040693A KR20050115950A (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Main power converting device for high speed train |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20050115950A (en) |
-
2004
- 2004-06-04 KR KR1020040040693A patent/KR20050115950A/en not_active Application Discontinuation
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