JP2022047389A - Auxiliary power unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、補助電源装置に関するものである。 The present invention relates to an auxiliary power supply device.
従来、交流架線から入力した電力をコンバータ及びインバータにより電力変換し、フィルタリアクトル及びフィルタコンデンサを介して三相電圧を供給する補助電源装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、絶縁トランスとしてリーケージトランスを採用した補助電源装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, there is known an auxiliary power supply device that converts electric power input from an AC overhead wire by a converter and an inverter and supplies a three-phase voltage via a filter reactor and a filter capacitor (see, for example, Patent Document 1). Further, an auxiliary power supply device that employs a leakage transformer as an isolation transformer is known (see, for example, Patent Document 2).
しかし、従来の交流電力を変換して単相交流出力を行う補助電源装置は、装置が大型化してしまうという問題があった。 However, the conventional auxiliary power supply device that converts AC power to perform single-phase AC output has a problem that the device becomes large.
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、小型・軽量化が可能な補助電源装置を提供することにある。 An object of the present invention made in view of such circumstances is to provide an auxiliary power supply device capable of being compact and lightweight.
上記課題を解決するため、本発明に係る補助電源装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を平滑化するフィルタコンデンサと、前記フィルタコンデンサにより平滑化された直流電力を単相交流電力に変換するインバータと、前記インバータの出力電圧を直接1次側に入力するリーケージトランスと、前記リーケージトランスの2次側に配置される乾式コンデンサと、を備える。 In order to solve the above problems, the auxiliary power supply device according to the present invention simply converts AC power into DC power, a filter capacitor that smoothes the DC power, and DC power smoothed by the filter capacitor. It includes an inverter that converts to phase AC power, a leakage transformer that directly inputs the output voltage of the inverter to the primary side, and a dry capacitor arranged on the secondary side of the leakage transformer.
さらに、本発明に係る補助電源装置において、前記インバータは、スイッチング素子としてSiC素子を有してもよい。 Further, in the auxiliary power supply device according to the present invention, the inverter may have a SiC element as a switching element.
さらに、本発明に係る補助電源装置において、前記コンバータは、昇圧制御を行い、前記インバータは、降圧制御を行ってもよい。 Further, in the auxiliary power supply device according to the present invention, the converter may perform step-up control and the inverter may perform step-down control.
さらに、本発明に係る補助電源装置において、前記フィルタコンデンサは、フィルムコンデンサであってもよい。 Further, in the auxiliary power supply device according to the present invention, the filter capacitor may be a film capacitor.
本発明によれば、補助電源装置を小型・軽量化することができるようになる。 According to the present invention, the auxiliary power supply device can be made smaller and lighter.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明に係る補助電源装置との比較のために従来の補助電源装置について説明する。図2は、従来の補助電源装置の構成例を示すブロック図である。図2に示す例では、従来の補助電源装置2は、フィルタリアクトル12と、コンバータ13’と、充電回路21と、放電回路14と、フィルタコンデンサ15’と、インバータ16’と、出力側フィルタリアクトル22と、オイルコンデンサ23と、絶縁トランス24と、を備える。
First, a conventional auxiliary power supply device will be described for comparison with the auxiliary power supply device according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a conventional auxiliary power supply device. In the example shown in FIG. 2, the conventional auxiliary power supply device 2 includes a
フィルタリアクトル12は、補助電源装置2に入力された交流電圧(例えば、400V)の高調波ノイズを抑制し、コンバータ13’に出力する。
The
コンバータ13’は、補助電源装置2に入力された交流電力をダイオード整流し、直流電力に変換する。 The converter 13'diode rectifies the AC power input to the auxiliary power supply device 2 and converts it into DC power.
充電回路21は、サイリスタ211及び充電抵抗212を並列接続した回路である。充電回路21は、フィルタコンデンサ15’に充電する場合には、サイリスタ211をオフにし、充電抵抗212を介して充電するため、突入電流を抑制することができる。
The
放電回路14は、スイッチ141及び放電抵抗142を直列接続した回路である。放電回路14は、スイッチ141をオンすることで、放電抵抗142を介して、フィルタコンデンサ15’に蓄積された電荷を放電させる。
The
フィルタコンデンサ15’は、インバータ16’の入力側に並列接続され、インバータ16’に入力される直流電圧を平滑化し、一定に保つ。 The filter capacitor 15'is connected in parallel to the input side of the inverter 16', smoothes the DC voltage input to the inverter 16', and keeps it constant.
インバータ16’は、複数のスイッチング素子(例えば、IGBT)を有し、フィルタコンデンサ15’により平滑化された直流電力をPWM方式により単相交流電力に変換し、絶縁トランス24に出力する。インバータ16’のスイッチング周波数は、例えば2.25kHzである。
The inverter 16'has a plurality of switching elements (for example, IGBTs), converts the DC power smoothed by the filter capacitor 15'to single-phase AC power by the PWM method, and outputs the DC power to the
出力側フィルタリアクトル22及びオイルコンデンサ23はLCフィルタ回路を構成し、インバータ16’から入力された交流電圧の高調波ノイズを抑制し、絶縁トランス24に出力する。
The output
絶縁トランス24は、インバータ16’から入力された交流電圧を所定の変圧比で変圧する。例えば、絶縁トランス24は、100V50Hzの交流電圧を出力する。 The isolation transformer 24 transforms the AC voltage input from the inverter 16'at a predetermined transformation ratio. For example, the isolation transformer 24 outputs an AC voltage of 100 V50 Hz.
図1は、本発明の一実施形態に係る補助電源装置の構成例を示すブロック図である。図1に示す例では、補助電源装置1は、充電回路11と、フィルタリアクトル12と、コンバータ13と、放電回路14と、フィルタコンデンサ15と、インバータ16と、リーケージトランス17と、乾式コンデンサ18と、を備える。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an auxiliary power supply device according to an embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 1, the auxiliary power supply device 1 includes a charging circuit 11, a
補助電源装置1は、例えば新幹線に搭載され、架線から集電した交流電力を安定した単相交流電力に変換する。そして、補助電源装置1は、単相交流電力を例えば新幹線の車両内の補助機器に供給する。 The auxiliary power supply device 1 is mounted on a Shinkansen, for example, and converts AC power collected from an overhead line into stable single-phase AC power. Then, the auxiliary power supply device 1 supplies single-phase AC power to, for example, an auxiliary device in a Shinkansen train.
充電回路11は、接触器111及び充電抵抗112を並列接続した回路である。充電回路11は、フィルタコンデンサ15に充電する場合には、接触器111を開放し、充電抵抗112を介して充電するため、突入電流を抑制することができる。
The charging circuit 11 is a circuit in which the
フィルタリアクトル12は、充電回路11と直列接続され、補助電源装置1に入力された交流電圧の高調波ノイズを抑制し、コンバータ13に出力する。
The
コンバータ13は、補助電源装置1に入力された交流電力を直流電力に変換する。
The
コンバータ13は、複数のスイッチング素子を有して昇圧制御を行ってもよい。例えば、コンバータ13は、補助電源装置1に入力された400Vの交流電圧を750Vの直流電圧に変換且つ昇圧する。コンバータ13で昇圧制御を行うことにより、入力電圧の変動により出力電圧が変動することを抑制し、直流リンクを安定させることができる。また、昇圧することによりコンバータ13の出力電流を小さくすることができるので、フィルタコンデンサ15を小型・軽量化することが可能となる。例えば、図2に示したフィルタコンデンサ15’はオイルコンデンサであるが、フィルタコンデンサ15はフィルムコンデンサとすることが可能となる。
The
放電回路14は、スイッチ141及び放電抵抗142を直列接続した回路である。放電回路14は、スイッチ141をオンすることで、放電抵抗142を介して、フィルタコンデンサ15に蓄積された電荷を放電させる。
The
フィルタコンデンサ15は、インバータ16の入力側に並列接続され、インバータ16に入力される直流電圧を平滑化し、一定に保つ。
The
インバータ16は、複数のスイッチング素子を有し、フィルタコンデンサ15により平滑化された直流電力をPWM方式により単相交流電力に変換し、リーケージトランス17に出力する。コンバータ13が昇圧制御を行っていた場合には、インバータ16は降圧制御を行う。例えば、インバータ16は、コンバータ13から入力された750Vの直流電圧を300Vの交流電圧に変換且つ降圧する。
The
また、インバータ16はスイッチング素子としてSiC(シリコンカーバイド)素子を有することが好適である。これにより、インバータ16のスイッチング周波数を従来よりも高くすることができる。この場合のインバータ16のスイッチング周波数は、例えば7.5kHzである。また、SiC素子を用いることで、インバータ16を小型・軽量化することができる。さらに、インバータ16はSiC素子を用いてスイッチング周波数を高くすることで、フィルタ回路の時定数を小さくすることができるため、従来の絶縁トランスをリーケージトランス17に置き換えることが容易となる。
Further, it is preferable that the
リーケージトランス17は、インバータ16が出力する交流電圧を直接1次側に入力し、該交流電圧を所定の変圧比で変圧する。ここで、直接1次側に入力するとは、1次側にフィルタ回路を配置しないことを意味する。リーケージトランス17はインダクタを有するため、1次側に図2に示すような出力側フィルタリアクトル22を配置する必要がなくなる。そのため、補助電源装置1を小型・軽量化することができる。リーケージトランス17の2次側には、変圧後の電圧が出力される。例えば、インバータ16から入力された電圧が300Vの交流電圧であり、変圧比が3:1である場合、リーケージトランス17の2次側には100Vの交流電圧が出力される。
The
乾式コンデンサ18は、リーケージトランス17の2次側に配置され、リーケージトランス17の2次側の出力電圧の高調波ノイズを抑制する。
The
乾式コンデンサ18は、オイルコンデンサに比べて小型・軽量であるが、オイルコンデンサに比べて定格電圧が低い。図2に示すように、従来、単相交流出力電圧のLCフィルタ回路は、絶縁トランス24の1次側に用いられていた。1次側の電圧は高いので、LCフィルタ回路には定格電圧が高いオイルコンデンサ23が使用されていた。一方、補助電源装置1においては、絶縁トランスとしてリーケージトランス17を使用し、コンデンサを2次側に配置することで、定格電圧が低い乾式コンデンサ18を用いることが可能となる。これにより、単相交流出力電圧のフィルタ回路が小型・軽量化されるため、補助電源装置1を小型・軽量化することが可能となる。
The
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。 Although the above embodiments have been described as typical examples, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions can be made within the spirit and scope of the present invention. Therefore, the invention should not be construed as limiting by the embodiments described above, and various modifications or modifications can be made without departing from the claims.
1 補助電源装置
11 充電回路
12 フィルタリアクトル
13 コンバータ
14 放電回路
15 フィルタコンデンサ
16 インバータ
17 リーケージトランス
18 乾式コンデンサ
111 接触器
112 充電抵抗
141 スイッチ
142 放電抵抗
1 Auxiliary power supply 11
Claims (4)
前記直流電力を平滑化するフィルタコンデンサと、
前記フィルタコンデンサにより平滑化された直流電力を単相交流電力に変換するインバータと、
前記インバータの出力電圧を直接1次側に入力するリーケージトランスと、
前記リーケージトランスの2次側に配置される乾式コンデンサと、
を備える補助電源装置。 A converter that converts AC power to DC power,
The filter capacitor that smoothes the DC power and
An inverter that converts DC power smoothed by the filter capacitor into single-phase AC power, and
A leakage transformer that directly inputs the output voltage of the inverter to the primary side,
A dry capacitor arranged on the secondary side of the leakage transformer,
Auxiliary power supply equipped with.
請求項1に記載の補助電源装置。 The inverter has a SiC element as a switching element.
The auxiliary power supply according to claim 1.
前記インバータは、降圧制御を行う、
請求項1又は2に記載の補助電源装置。 The converter performs boost control and
The inverter performs step-down control.
The auxiliary power supply according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の補助電源装置。
The filter capacitor is a film capacitor.
The auxiliary power supply according to claim 3.
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JPH10162987A (en) * | 1996-11-26 | 1998-06-19 | Matsushita Electric Works Ltd | Inverter device |
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