JP2020171156A - 電力変換装置、鉄道車両、および鉄道車両の生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型化に適した電力変換装置の構成を提供することを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するために、代表的な本発明の電力変換装置の一つは、入力される交流電流を流す一次巻線と、複数の二次巻線とを有する変圧器と、前記変圧器の二次巻線それぞれに接続されて交流−直流電力変換を行う複数のコンバータと、複数の前記コンバータの直流出力を直列接続して直流電圧を出力する接続回路と、前記接続回路により生成された前記直流電圧を直流−交流電力変換し、交流電力を出力するインバータとを備える。なお、接続回路からコンバータの複数の直列段数に応じた複数の直流電圧を出力し、インバータを複数の前記直流電圧をそれぞれ直流−交流電力変換する複数のインバータとすることにより、複数系統の交流電力を出力してもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置、鉄道車両、および鉄道車両の生産方法に関する。

新幹線などの車両には、交流架線から電力供給を受けるため、電力変換装置などの電機品が設けられる。

この電力変換装置は、車両推進用の電動機に電力供給するための主電力変換装置と、車両内のコンプレッサーや照明その他に電力供給するための補助電力変換装置との少なくとも二系統を備えて構成される。

特許文献１の図１には、『交流架線から受電する変圧器に２つの二次巻線を設け、一方の二次巻線に主電力変換装置を接続し、他方の二次巻線に補助電力変換装置を接続する』旨の構成が開示される。

特開２０１５−８４６２１号公報

近年、車両編成の自由度を向上させるため、車両の標準化が要望される。このような車両の標準化では、車両ごとに電機品を搭載し、電機品の配置をなるべく１種類に共通化することが望ましい。

しかしながら、電機品が艤装される車両床下はスペースが限られる。そのため、標準車両の実現には電機品の小型化が重要になる。

そこで、本発明は、小型化に適した電力変換装置の構成を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の電力変換装置の一つは、入力される交流電流を流す一次巻線と、複数の二次巻線とを有する変圧器と、前記変圧器の二次巻線それぞれに接続されて交流−直流電力変換を行う複数のコンバータと、複数の前記コンバータの直流出力を直列接続して直流電圧を出力する接続回路と、前記接続回路により生成された前記直流電圧を直流−交流電力変換し、交流電力を出力するインバータとを備える。

本発明は、小型化に適した電力変換装置の構成を提供する。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、実施例１における鉄道車両の概略構成を示す図である。 図２は、実施例１における電力変換装置のシステム構成を示す図である。 図３は、コンバータ７１ａ〜７１ｄに共通する回路構成を示す図である。 図４は、補助インバータ８１の回路構成を示す図である。 図５は、実施例２における電力変換装置のシステム構成を示す図である。 図６は、実施例３における電力変換装置のシステム構成を示す図である。 図７は、実施例４における電力変換装置のシステム構成を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は、実施例１における鉄道車両の概略構成を示す図である。

同図において、車両１０の電力系統は、変電所において交流電圧が印加される架線２０と、架線２０から集電する集電装置３０と、集電装置３０から入力される交流電流を一次側に流す変圧器４０と、変圧器４０を流れた交流電流を変電所に返すレール５０と、変圧器４０で変圧された交流電力を電力変換して電動機６０を駆動する主電力変換装置７０と、変圧器４０で変圧された交流電力を電力変換して車両内に補助電源として供給する補助電力変換装置８０とから構成される。

これらの変圧器４０、主電力変換装置７０および補助電力変換装置８０を備えた電力変換装置のシステムは、車両１０の床下に艤装される。さらに、車両１０は、車輪１１を軸支する台車１０Ａと、車輪１１を回転駆動する推進機構である電動機６０を備える。

図２は、実施例１における電力変換装置のシステム構成を示す図である。
同図において、電力変換装置は、変圧器４０、主電力変換装置７０、および補助電力変換装置８０を備える。

変圧器４０は、架線２０（集電装置３０）とレール５０との間に接続される一次巻線４０ｚと、一次巻線４０ｚにかかる高圧電圧をそれぞれ降圧する４つの二次巻線４０ａ〜４０ｄとを備える。
主電力変換装置７０は、主コンバータ７１、接続回路７２、および主インバータ７３を備える。

主コンバータ７１は、４つの二次巻線４０ａ〜４０ｄそれぞれに接続され、交流−直流電力変換を行うコンバータ７１ａ〜７１ｄを備える。ここで、変圧器４０と複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄとは互いに接近させて一体接続された状態で、車両１０の床下に設置される。

接続回路７２は、複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄの直流出力の端子を電圧加算する方向に直列接続する。この直列接続の中間接続点Ｃは車両筐体のグラウンド電位ＧＮＤに接続される。この中間接続点Ｃにグラウンド電位ＧＮＤを与えることにより、接続回路７２は車両筐体に対して正負対称な直流電圧を出力する。

主インバータ７３は、コンバータ７１ａ〜７１ｄの４段分の直列電圧±Ｖｍを直流−交流電力変換する。主インバータ７３が電力変換した三相交流電力は電動機６０を駆動する。駆動する電動機６０の台数は複数でもよい。

一方、補助電力変換装置８０は、補助インバータ８１、およびフィルタ装置８２を備える。
補助インバータ８１は、コンバータ７１ｂ〜７１ｃの２段分の直列電圧±Ｖａを直流−交流電力変換し、補助用の三相交流電力として出力する。

フィルタ装置８２は、補助インバータ８１が出力する三相交流から高調波成分を低減する。フィルタ装置８２で歪み低減された三相交流電力は、車両１０内のコンプレッサーや照明その他の負荷９０を駆動する。

なお、主コンバータ７１および補助電力変換装置８０が動作を開始するための制御電圧は電池等（不図示）から供給される。

図３は、コンバータ７１ａ〜７１ｄに共通する回路構成を示す図である。
同図において、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は直列接続されてＵ相を構成する。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は直列接続されてＶ相を構成する。

スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点とには、交流入力の端子が設けられる。

スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３の接続点と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４の接続点とには、直流出力の端子が設けられる。直流出力の端子には、キャパシタＣ１が接続される。

なお、コンバータ７１ｂ，７１ｃには、補助系統への電流がさらに流れる分だけリップル変動がコンバータ７１ａ，７１ｄよりも大きくなる。そこで、コンバータ７１ｂ，７１ｃについては、補助系統へ流れる電流を補う分だけ、コンバータ７１ａ，７１ｄよりもキャパシタＣ１のキャパシタンスを大きくする。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４それぞれに対し、ダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列接続される。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がＩＧＢＴの場合にはダイオードＤ１〜Ｄ４が必要になるが、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がＭＯＳＦＥＴの場合はダイオードＤ１〜Ｄ４を接続せずにＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを使用してもよい。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの電圧制御型のスイッチング素子や、サイリスタなどの電流制御型のスイッチング素子である。ダイオードＤ１〜Ｄ４はＰＮダイオードやショットキーバリアダイオードなどである。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４の半導体材料の母材はＳｉ（シリコン）に限らず、Ｓｉよりもバンドギャップが広いＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）などを用いることで、損失を低減して小型化する。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の電圧定格には、コンバータ７１ａ〜７１ｄの直流側電圧の２倍程度の余裕を与える。図２においてコンバータ７１ａ〜７１ｄの各直流電圧が７５０Ｖの場合、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の電圧定格は１７００Ｖ程度となる。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、論理部（不図示）により公知のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が行われることで、交流電力を直流電力に変換する。

そのＰＷＭ制御に起因して、架線２０に高調波電流が漏れる。この高調波電流は、架線２０を介して外部機器まで流れる恐れがある。そこで、コンバータ７１ａ〜７１ｄそれぞれのＰＷＭ制御において、スイッチングのキャリア波形に位相差を設ける。この位相差により、スイッチング周波数を高くすることなく、架線２０に生じる高調波電流は相殺ないし低減される。

なお、図３のコンバータ７１ａ〜７１ｄは２レベルの回路構成を一例として挙げたが、架線２０の高調波を低減できる公知の３レベルの回路構成でもよい。

図４は、補助インバータ８１の回路構成を示す図である。
同図において、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６は、直列接続されて、Ｕ相を構成する。
スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は、直列接続されて、Ｖ相を構成する。
スイッチング素子Ｑ９、Ｑ１０は、直列接続されて、Ｗ相を構成する。

スイッチング素子Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９の接続点と、スイッチング素子Ｑ６、Ｑ８、Ｑ１０の接続点とには、直流入力の端子が設けられる。直流入力の端子には、キャパシタＣ２が接続される。

スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の接続点には、三相交流のＵ相の出力端子が設けられる。
スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の接続点には、三相交流のＶ相の出力端子が設けられる。
スイッチング素子Ｑ９、Ｑ１０の接続点には、三相交流のＷ相の出力端子が設けられる。

これらのスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ１０それぞれには、ダイオードＤ５〜Ｄ１０が逆並列接続される。
なお、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ１０がＩＧＢＴの場合にはダイオードＤ５〜Ｄ１０を接続する必要があるが、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ１０がＭＯＳＦＥＴの場合はダイオードＤ５〜Ｄ１０を接続せずにＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを使用してもよい。

スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ１０は、論理部（不図示）によりＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御されることで、直流電力を三相交流の電力に変換する。

スイッチング素子Ｑ5〜Ｑ１０はＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの電圧制御型のスイッチング素子や、サイリスタなどの電流制御型のスイッチング素子である。ダイオードＤ５〜Ｄ１０はＰＮダイオードやショットキーバリアダイオードなどである。また、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ１０およびダイオードＤ５〜Ｄ１０の半導体材料の母材はＳｉ（シリコン）に限らず、Ｓｉよりもバンドギャップが広いＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）などを用いることで、損失を低減して小型化する。

なお、補助インバータ８１は一例として２レベルの回路構成を上げたが、交流側の高調波を低減できる公知の３レベルの回路構成でもよい。

（実施例１の効果）
上述した実施例１は、次の効果を奏する。

（１）実施例１では、接続回路７２は、複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄの直流出力を直列接続して、直流電圧を出力する。この接続回路７２により、複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄの直列段数に応じて、多様な種類の直列電圧を一括して生成することが可能になる。

（２）実施例１では、接続回路７２の直列段数に応じて、電動機６０を駆動する主系統の直流電圧±Ｖｍ（例えば端子間電圧３０００Ｖ）と、補助系統の直流電圧±Ｖａ（例えば端子間電圧１５００Ｖ）を一括して生成する。
そのため、主電力変換装置７０と補助電力変換装置８０とにおいて、変圧器４０およびコンバータ７１とを共有することが可能になる。

したがって、実施例１は、特許文献１（特に図１）と比較すると、補助電力変換装置に専用に設けられていた変圧器の二次巻線やコンバータが不要になり、これら部品の削減分だけ電力変換装置を小型化および軽量化することが可能になる。

（３）実施例１では、コンバータ７１ａ〜７１ｄは、４段直列により必要な直流電圧（例えば３０００Ｖ）を生成する。そのため、個々のコンバータ７１ａ〜７１ｄが分担する直流電圧は１／４程度の低い電圧（３０００Ｖ／４段＝７５０Ｖ）になる。

したがって、個々のコンバータ７１ａ〜７１ｄにおいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４やキャパシタＣ１などに要求される電圧定格が低くなる。その分だけ部品を小型化できるので、コンバータ７１ａ〜７１ｄを小型化および軽量化することが可能になる。

（４）実施例１では、接続回路７２は、複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄの直列接続の中間接続点Ｃを車両筐体のグラウンド電位ＧＮＤに接続する。そのため、接続回路７２はグラウンド電位ＧＮＤを中心に正負対称の電圧±Ｖｍ（例えば±１５００Ｖ）を生成する。したがって、対地電圧の最大値は端子間電圧（３０００Ｖ）の半値Ｖｍ（１５００Ｖ）になり、絶縁設計が容易になる。

（５）実施例１では、個々のコンバータ７１ａ〜７１ｄにおいて、スイッチングのキャリア波形に位相差を設ける。この位相差により、スイッチングに起因して架線２０に漏れる不要電流をコンバータ７１ａ〜７１ｄの間に生じるキャリア波形の位相差により相殺ないし低減することが可能になる。

（６）実施例１では、コンバータ７１ｂ，７１ｃは、主電力変換装置７０および補助電力変換装置８０の双方に共用される。一方、コンバータ７１ａ，７１ｄは、主電力変換装置７０のみに使用される。そのため、コンバータ７１ｂ，７１ｃは共用の分だけ通過する電流が若干大きく、リップル電圧やリップル電流も若干大きくなる。そこで、コンバータ７１ｂ，７１ｃでは、コンバータ７１ａ，７１ｄよりもキャパシタＣ１のキャパシタンスをこの電流の増加分に応じて大きくすることにより、リップル電圧やリップル電流の増加を抑制する。このような回路定数の設定により、コンバータ７１ｂ，７１ｃにおける共用の影響を軽減することが可能になる。

（７）実施例１では、変圧器４０と複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄとは一体接続された状態で、車両１０の床下に配置される。仮に、変圧器４０と複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄとの距離を離した場合、コンバータ７１ａ〜７１ｄの数が多い分だけ配線を大量に引き回す必要があり、配線スペースが大きくなる、配線重量が重くなる、などの問題が生じる。そこで、実施例１では、変圧器４０と複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄとを互いに接近するよう一体接続することにより、両者間の配線の引き回しを少なくし、配線スペースが小さく、かつ、配線重量を軽量化することが可能になる。

（８）ここで、新幹線の場合について電力容量の具体的な数字を挙げて説明する。
新幹線の場合、１台の主インバータ７３で３００ｋＷの電動機６０を４台駆動するため、主インバータ７３の電力容量は１２００ｋＷ程度となる。一方、補助インバータ８１の電力容量は１３０ｋＷ程度である。

主インバータ７３と補助インバータ８１の双方に電力供給を行う主コンバータ７１の電力容量は、その和である１３３０ｋＷ程度となる。この主コンバータ７１の電力容量１３３０ｋＷの内、主インバータ７３に使用する電力容量１２００ｋＷが９割方を占める。したがって、この主コンバータ７１から補助インバータ８１にさらに電力供給を行っても、主コンバータ７１の電力容量が１割ほど増える程度であり、もともと電力容量に余裕がある主コンバータ７１は大型化しない。

さらに、従来の特許文献１において必要であった補助電力変換装置の専用コンバータを削除することが可能になり、部品点数の削減による小型化および軽量化が可能となる。

（９）次に、新幹線の場合について直流電圧の具体的な数字を挙げて説明する。
新幹線の場合、主インバータ７３に必要な直流電圧は３０００Ｖであり、と補助インバータ８１に必要な直流電圧は１５００Ｖである。

実施例１では、主インバータ７３に必要な３０００Ｖを、コンバータ７１ａ〜７１ｄの４段直列で構成するため、１段当たりの直流電圧は７５０Ｖ（＝３０００Ｖ／４段）となる。したがって、補助インバータ８１に必要な１５００Ｖも、コンバータ７１ｂ，７１ｃの２段直列で賄うことが可能になる。

この場合の４段直列および２段直列は、どちらも偶数の直列段数である。そのため、４段直列および２段直列に共通する中間接続点Ｃを電気的なグラウンドに接続することにより、どちらも正負対称な直流電圧を出力することが可能になる。その結果、４段直列および２段直列のどちらにおいても対地電圧が下がり、鉄道車両としての絶縁対策が容易になる。

次に、接続回路７２に対して、補助の電力系統を新たに増設する実施例について説明する。
図５は、実施例２における電力変換装置のシステム構成を示す図である。
同図において、補助電力変換装置８０ｘが、新たに増設される電力系統である。
この補助電力変換装置８０ｘは、補助インバータ８１ｘ、およびフィルタ装置８２ｘを備える。

補助インバータ８１ｘは、コンバータ７１ｂの１段分の電圧（例えば７５０Ｖ）を直流−交流電力変換し、補助用の三相交流電力として出力する。なお、コンバータ７１ｂは、補助インバータ８１ｘの分だけ出力電流が若干増えるため、その分だけコンバータ７１ｂのキャパシタＣ１のキャパシタンスを若干増やして、コンバータ７１ｂのリップル変動を抑制する。

フィルタ装置８２ｘは、補助インバータ８１が出力する三相交流から高調波成分を低減する。フィルタ装置８２ｘで歪み低減された三相交流電力は、車両１０内の負荷９０ｘに電力を供給する。
なお、その他の構成および動作は、実施例１と同じため、重複説明を省略する。

（実施例２の効果）
実施例２は、実施例１の効果に加えて、次の効果を奏する。

実施例２では、複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄの直列段数１，２，４に応じて、３種類の直流電圧７５０Ｖ、１５００Ｖ、および３０００Ｖを一括して生成することが可能になる。

なお、図示しないが、複数のコンバータ７１ａ〜７１ｄの直列段数１，２，３，４に応じて、４種類の直流電圧７５０Ｖ、１５００Ｖ、２２５０Ｖ、および３０００Ｖを一括して生成することも可能である。

このように、３種類以上の電力系統を設けても、主コンバータ７１を共用するため、補助の電力系統から専用コンバータを削除することが可能になる。その結果、部品点数の削減による電力変換装置の小型化および軽量化が可能になる。

次に、変圧器４０の二次巻線に対して、補助の電力系統を追加する実施例について説明する。
図６は、実施例３における電力変換装置のシステム構成を示す図である。
同図において、補助電力変換装置８０ｙが、新たに増設される電力系統である。

補助電力変換装置８０ｙは、変圧器４０の二次巻線４０ｄに接続される補助コンバータ８３ｙと、補助インバータ８１ｙと、フィルタ装置８２ｙを備える。フィルタ装置８２ｙから出力される三相交流電力は負荷９０ｙに供給される。

なお、実施例１と同じ構成については、同じ参照番号を付与して示し、ここでの重複説明を省略する。

実施例３では、二次巻線４０ｄの交流電力を、コンバータ７１ｄと補助コンバータ８３ｙで共用する。そのため、交流−直流変換時のスイッチングが互いに影響しないよう、コンバータ７１ｄおよび補助コンバータ８３ｙのスイッチングを同期させることが好ましい。

（実施例３の効果）
実施例３では、変圧器４０の二次巻線４０ｄを、主電力変換装置７０と補助電力変換装置８０ｙで共有することにより、電力変換装置のシステム構成を小型化および軽量化することができる。

次に、コンバータを２段直列にする実施例について説明する。
図７は、実施例４における電力変換装置のシステム構成を示す図である。
同図において、電力変換装置は、変圧器４０Ａ、主電力変換装置７０Ａ、および補助電力変換装置８０ｚを備える。

なお、実施例１と同じ構成については、同じ参照番号を付与して示し、ここでの重複説明を省略する。

変圧器４０Ａは、架線２０（集電装置３０）とレール５０との間に接続される一次巻線４０ｚと、一次巻線４０ｚにかかる高圧電圧をそれぞれ降圧する２つの二次巻線４０ｅ，４０ｆとを備える。
主電力変換装置７０Ａは、主コンバータ７１Ａ、接続回路７２Ａ、および主インバータ７３を備える。

主コンバータ７１Ａは、２つの二次巻線４０ｅ，４０ｆそれぞれに接続されて交流−直流電力変換を行う複数のコンバータ７１ｅ，７１ｆを備える。ここで、変圧器４０Ａと複数のコンバータ７１ｅ，７１ｆとは一体接続された状態で、車両１０の床下に配置される。

接続回路７２Ａは、複数のコンバータ７１ｅ，７１ｆの直流出力の端子を電圧加算する方向に直列接続する。この直列接続の中間接続点Ｃは車両筐体のグラウンド電位ＧＮＤに接続される。この中間接続点Ｃにグラウンド電位ＧＮＤを与えることにより、接続回路７２は車両筐体に対して正負対称な直流電圧±Ｖｍを出力する。

主インバータ７３は、コンバータ７１ｅ，７１ｆの２段分の直列電圧±Ｖｍを直流−交流電力変換する。主インバータ７３が電力変換した三相交流電力は電動機６０を駆動する。駆動する電動機６０の台数は複数でもよい。

一方、補助電力変換装置８０ｚは、補助インバータ８１ｚ、およびフィルタ装置８２ｚを備える。
補助インバータ８１ｚは、コンバータ７１ｅの１段分の正の直列電圧Ｖｍを直流−交流電力変換し、補助用の三相交流電力として出力する。

フィルタ装置８２ｚは、補助インバータ８１ｚが出力する三相交流から高調波成分を低減する。フィルタ装置８２ｚで歪み低減された三相交流電力は、車両１０内のコンプレッサーや照明その他の負荷９０を駆動する。

なお、中間接続点Ｃをグラウンド電位ＧＮＤに接続せずに、変圧器４０Ａの二次側以降を電圧的にフローティング状態としてもよい。

（実施例４の効果）
実施例４は、実施例１の効果に加えて、次の効果を奏する。

実施例４では、２つの二次巻線４０ｅ，４０ｆと、２つのコンバータ７１ｅ，７１ｆとを備える。そのため、実施例１に比べても部品点数が少なく、配線数も少ない。そのため、電力変換装置のシステムを小型化および軽量化することが可能になる。

［実施形態の補足事項］
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例１〜４は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を組み合わせることも可能である。

さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…車両、１０Ａ…台車、１１…車輪、２０…架線、３０…集電装置、４０…変圧器、４０Ａ…変圧器、４０ａ〜４０ｄ…二次巻線、４０ｅ〜４０ｆ…二次巻線、４０ｚ…一次巻線、５０…レール、６０…電動機、７０…主電力変換装置、７０Ａ…主電力変換装置、７１…主コンバータ、７１Ａ…主コンバータ、７１ａ〜７１ｄ…コンバータ、７１ｅ〜７１ｆ…コンバータ、７２…接続回路、７２Ａ…接続回路、７３…主インバータ、８０…補助電力変換装置、８０ｘ…補助電力変換装置、８０ｙ…補助電力変換装置、８０ｚ…補助電力変換装置、８１…補助インバータ、８１ｘ…補助インバータ、８１ｙ…補助インバータ、８１ｚ…補助インバータ、８２…フィルタ装置、８２ｘ…フィルタ装置、８２ｙ…フィルタ装置、８２ｚ…フィルタ装置、８３ｙ…補助コンバータ、９０…負荷、９０ｘ…負荷、９０ｙ…負荷、Ｃ…中間接続点、Ｃ１…キャパシタ、Ｃ２…キャパシタ、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、Ｄ５〜Ｄ１０…ダイオード、Ｑ１〜Ｑ４…スイッチング素子、Ｑ５〜Ｑ１０…スイッチング素子

Claims (12)

1. 入力される交流電流を流す一次巻線と、複数の二次巻線とを有する変圧器と、
   前記変圧器の二次巻線それぞれに接続され、交流−直流電力変換を行う複数のコンバータと、
   複数の前記コンバータの直流出力を直列接続して、直流電圧を出力する接続回路と、
   前記接続回路により生成された前記直流電圧を直流−交流電力変換し、交流電力を出力するインバータと、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記接続回路は、前記コンバータの複数の直列段数に応じて複数の前記直流電圧を出力し、
   前記インバータは、複数の前記直流電圧をそれぞれ直流−交流電力変換する複数のインバータであり、
   複数の前記インバータによって、複数系統の交流電力を出力する
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   複数の前記コンバータの一つと、前記二次巻線の一つを共有し、交流−直流電力変換を行う補助コンバータと、
   前記補助コンバータが出力する直流電力を直流−交流電力変換し、補助系統の交流電力を出力する補助インバータと、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   前記接続回路は、複数の前記コンバータの直列接続の中間接続点を電気的なグラウンドに接続する
   ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   複数の前記コンバータは２レベル回路または３レベル回路である
   ことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   複数の前記コンバータは、スイッチングのキャリア波形の位相が異なる
   ことを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   直列接続される複数の前記コンバータの一部は、直流出力に備えるキャパシタのキャパシタンスが異なる
   ことを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   前記インバータは２レベル回路または３レベル回路である
   ことを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
   前記電力変換装置に搭載されるスイッチング素子は、シリコン又はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材とする
   ことを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
    前記電力変換装置に搭載されるスイッチング素子はＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴの電圧駆動型素子である
    ことを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載された電力変換装置と、
    前記電力変換装置が変換出力する交流電力を動力源とする推進機構と、
    を備えたことを特徴とする鉄道車両。
12. 請求項１１に記載の鉄道車両の生産方法であって、
    前記変圧器と複数の前記コンバータとを一体接続した状態で、前記鉄道車両に設置する
    ことを特徴とする鉄道車両の生産方法。

Images