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JP2561276B2 - AC electric car power supply - Google Patents

AC electric car power supply

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Publication number
JP2561276B2
JP2561276B2 JP62138757A JP13875787A JP2561276B2 JP 2561276 B2 JP2561276 B2 JP 2561276B2 JP 62138757 A JP62138757 A JP 62138757A JP 13875787 A JP13875787 A JP 13875787A JP 2561276 B2 JP2561276 B2 JP 2561276B2
Authority
JP
Japan
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circuit
voltage side
short
inverter
output
Prior art date
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JP62138757A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS63302702A (en
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▲吉▼雄 野崎
徹 高橋
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交流電気車の電源装置に係り、特にPWM
(パルス幅変調)コンバータを用いた電源装置に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power supply device for an AC electric vehicle, and particularly to a PWM
The present invention relates to a power supply device using a (pulse width modulation) converter.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

交流電気車の電源装置については「国鉄における無整
流子電動機による駆動方式の開発経緯」(1986 6月号
電気車の科学)に開示されている。この従来の装置は
上記公知文献に示すように、フイルタコンデンサへの充
電電流の抑制のために充電抵抗を短時間回路に直列に挿
入していた。上記文献は直流架線の一例を示すが、交流
架線の場合も直流架線の場合と同じように充電抵抗も直
流全電流側に入れる場合と交流側に入れる場合とが考え
られる。交流架線の場合、加圧器の2次巻線は高周波電
流を低減するために2〜4分割されるのが普通である。
一方、最近では力率改善を目的として自励コンバータで
あるPWMコンバータが用いられるようになつてきた。こ
のように2次巻線が多分割され、かつ、PWMコンバータ
が直流側からみて並列に接続されるものや、制御容量
(駆動電動機容量×台数)の大きさによつては充電抵抗
およびその短絡スイツチを直流全電流側に入れるよりも
交流側に入れるほうが短絡スイツチの単機容量が小さく
てすむことから、装置構成的に汎用性に優れている場合
がある。充電抵抗およびその短絡スイツチを交流側に入
れる場合にはPWMコンバータが直流側に対して並列給電
するようになるため、各2次回路に入れることが考えら
れる。
The power supply device of an AC electric vehicle is disclosed in "History of development of drive system by non-rectifier electric motor in JNR" (June 1986, Science of electric vehicles). In this conventional device, a charging resistor is inserted in series in a short-time circuit in order to suppress a charging current to a filter capacitor, as shown in the above-mentioned publicly known document. The above-mentioned document shows an example of a DC overhead wire, but in the case of an AC overhead wire, as in the case of a DC overhead wire, charging resistance may be placed on the DC full-current side or on the AC side. In the case of an AC overhead wire, the secondary winding of the pressurizer is usually divided into 2 to 4 to reduce high frequency current.
On the other hand, recently, PWM converters, which are self-excited converters, have been used for the purpose of power factor improvement. In this way, the secondary winding is multi-divided, and the PWM converter is connected in parallel as seen from the DC side, and depending on the size of the control capacity (drive motor capacity x number of units), the charging resistor and its short circuit Since the single-unit capacity of the short-circuit switch can be smaller by inserting the switch on the AC side than on the DC full-current side, the versatility of the device may be excellent in some cases. When the charging resistor and its short-circuit switch are placed on the AC side, the PWM converter will feed parallel power to the DC side, so it is possible to put them in each secondary circuit.

しかし、特に制御容量の大きいものにあつては充電抵
抗およびその短絡スイツチを直流全電流側に入れても交
流側に入れても装置構成的にはスペース的,重量的およ
びコスト的に問題となる。
However, especially for those having a large control capacity, whether the charging resistor and its short-circuit switch are placed on the DC full-current side or the AC side poses problems in terms of space, weight, and cost in terms of the device configuration. .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は、充電抵抗とその短絡スイツチが電気
車の速度制御用部品という意味において本質的な装置で
はないにもかかわらず、装置構成上大きなスペースなら
びに重量を占めるものになるという問題がある。そこ
で、本発明は始動時のフイルタコンデンサの充電に伴う
過電流の抑制手段を最小の装置構成としうるようにした
交流電気車の電源装置を提供することを目的とする。
The above-mentioned conventional technique has a problem in that the charging resistor and its short-circuiting switch occupy a large space and weight in terms of the device structure, although they are not essential devices in the sense of speed control parts of an electric vehicle. Therefore, it is an object of the present invention to provide a power supply device for an AC electric vehicle in which a means for suppressing an overcurrent due to charging of a filter capacitor at the time of start-up can have a minimum device configuration.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、充電抵抗の投入手段を一回路のコンバー
タだけでフイルタコンデンサの充電をおこなわせうるよ
うに構成することによつて達成される。
The above-mentioned object is achieved by arranging the charging resistance charging means so that the filter capacitor can be charged by only one circuit converter.

すなわち、1次巻線が架線(1)に接続され複数の2
次巻線(41,42)を有する変圧器(4)と、前記各2次
巻線にそれぞれ接続され入力交流電力を直流電力に変換
する複数のコンバータ(12,13)と、前記複数のコンバ
ータの各直流出力の入力を受けて、この直流出力を交流
出力に逆変換するインバータ(15)と、前記インバータ
の入力端の高圧側と低圧側との間に接続されたフイルタ
コンデンサ(14)と、を備えた交流電気車の電源装置に
おいて、前記複数のコンバータのうちいずれか一つのコ
ンバータの高圧側回路出力端と前記フィルタコンデンサ
の前記インバータの高圧側の入力端に接続された接続点
との間に、始動時に開成される一つの短絡スイツチ
(7)およびこれと並列な限流抵抗器(6)からなる回
路を直列に接続し、他のコンバータ(13)の高圧側回路
の出力端と前記フィルタコンデンサの前記インバータの
高圧側の入力端に接続された接続点との間に、始動時に
開成され、前記フィルタコンデンサの充電完了時に前記
一の短絡スイッチが開成された後に開成される他の短絡
スイツチ(8)を接続したことを特徴とするものであ
る。
That is, the primary winding is connected to the overhead wire (1) and
Transformer (4) having secondary windings (41, 42), a plurality of converters (12, 13) connected to each of the secondary windings and converting input AC power into DC power, and the plurality of converters An inverter (15) that receives the input of each DC output of the inverter and reversely converts this DC output into an AC output; and a filter capacitor (14) connected between the high voltage side and the low voltage side of the input end of the inverter. In a power supply device for an AC electric vehicle comprising :, a high voltage side circuit output end of any one of the plurality of converters and a connection point connected to a high voltage side input end of the inverter of the filter capacitor. In the meantime, a circuit consisting of one short-circuit switch (7) opened at the time of starting and a current limiting resistor (6) in parallel with this is connected in series, and is connected to the output end of the high-voltage side circuit of another converter (13). The filter capacitor The other short-circuit switch, which is opened at the time of start-up and is opened after the one short-circuit switch is opened when the charging of the filter capacitor is completed, between the connection point of the sensor and the input point on the high-voltage side of the inverter. It is characterized in that (8) is connected.

〔作用〕[Action]

上記本発明の構成によれば、短絡スイツチ(7)と充
電抵抗(6)の並列回路は、複数の数あるコンバータの
うち一つのコンバータ(12)にのみ投入され、その充電
期間中他のコンバータ(13)の出力は短絡スイツチ
(8)により停止され、したがつて充電抵抗にはその一
のコンバータの電流容量に見合う大きさのものでよいこ
とになり、その結果電源装置を小型軽量化しうることと
なる。
According to the above configuration of the present invention, the parallel circuit of the short-circuit switch (7) and the charging resistor (6) is applied to only one converter (12) among a plurality of converters, and the other converters are charged during the charging period. The output of (13) is stopped by the short-circuit switch (8), so that the charging resistor may be of a size commensurate with the current capacity of the converter, and as a result, the power supply device can be made compact and lightweight. It will be.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図は本発明に係る電源装置の回路図を示す。図におい
て交流架線1からの交流電力はパンタグラフ、交流遮断
器3を介して変圧器4に入力される。変圧器4は1次巻
線のほか2次巻線41,42を有しており、かつ3次巻線43
を有している。この変圧器は2次巻線を41および42の二
つを有しているため一般に2次2分割型とよばれてい
る。変圧器4の各2次巻線41,42にはそれぞれPWMコンバ
ータ12および13がそれぞれ2次回路として接続されてい
る。これらのPWMコンバータ12および13はGTO(ゲートタ
ーンオフサイリスタのブリツジ整流回路で構成されてお
り、交流電気車の加速時においては交流電力を直流電力
に変換し、減速時においては直流電力を交流電力に逆変
換して交流の回生をおこなう。このGTOによるPWM制御に
より常に1.0に近い高力率での運転が可能である。なおG
TOによるPWM制御の詳細は本発明に直接関係しないので
割愛する。
The figure shows a circuit diagram of a power supply device according to the invention. In the figure, AC power from an AC overhead wire 1 is input to a transformer 4 via a pantograph and an AC circuit breaker 3. The transformer 4 has a primary winding, secondary windings 41 and 42, and a tertiary winding 43.
have. Since this transformer has two secondary windings 41 and 42, it is generally called a secondary bisection type. The PWM converters 12 and 13 are connected as secondary circuits to the secondary windings 41 and 42 of the transformer 4, respectively. These PWM converters 12 and 13 are composed of a GTO (gate turn-off thyristor bridge rectifier circuit), convert AC power to DC power when the AC electric vehicle is accelerating, and convert DC power to AC power when decelerating. Reverse conversion is used to regenerate alternating current.This GTO PWM control enables operation at a high power factor close to 1.0.
Details of PWM control by TO are omitted because they are not directly related to the present invention.

コンバータ12の出力端の高圧側は短絡スイツチ7およ
び充電抵抗6の並列回路を直列に介してインバータ15の
入力に接続されており、コンバータ12の低圧側はインバ
ータ15の低圧側に接続されている。一方、コンバータ13
の高圧側出力端は短絡スイッチ7および充電抵抗6の並
列回路の出力端に短絡スイッチ8を介して接続され、低
圧側は同様にインバータの低圧側に入力端に接続されて
いる。インバータ15の入力端の高圧側と低圧側にはコン
バータの出力電圧のリツプル除去用のフイルタコンデン
サ14が接続されている。
The high-voltage side of the output end of the converter 12 is connected to the input of the inverter 15 via the parallel circuit of the short-circuit switch 7 and the charging resistor 6 in series, and the low-voltage side of the converter 12 is connected to the low-voltage side of the inverter 15. . Meanwhile, converter 13
The high voltage side output terminal of is connected to the output terminal of the parallel circuit of the short circuit switch 7 and the charging resistor 6 via the short circuit switch 8, and the low voltage side is similarly connected to the low voltage side of the inverter to the input terminal. A filter capacitor 14 for removing ripples in the output voltage of the converter is connected to the high voltage side and the low voltage side of the input terminal of the inverter 15.

インバータ15はコンバータ12あるいは13で直流に変換
された電力を再び所定の周波数の交流電圧に逆変換する
ものであり、一般に可変電圧可変周波数(VVVF)型のイ
ンバータで構成される。インバータ15の出力は三相電力
であり、交流電動機16に供給される。
The inverter 15 converts the electric power converted into the direct current by the converter 12 or 13 back into an alternating voltage having a predetermined frequency again, and is generally composed of a variable voltage variable frequency (VVVF) type inverter. The output of the inverter 15 is three-phase power and is supplied to the AC motor 16.

次に動作を説明する。 Next, the operation will be described.

以上の構成において図に示す電源装置の動作は次の通
りである。まず、パンタグラフ2は上昇して交流架線1
に接触した後、交流遮断器3が投入される。これによ
り、3次負荷11が駆動される。なお、この3次負荷回路
は通常電気機器の強制風冷用電動送風機や冷暖房装置お
よび補助電源装置が接触されてなる。したがつて、乗客
へのサービス低下を防止するため2次回路の故障に対し
て交流遮断器3を開放することなくそのまま作動を継続
するように構成することが好ましい。
The operation of the power supply device shown in the above configuration is as follows. First, the pantograph 2 rises and the AC overhead line 1
After making contact with, the AC breaker 3 is turned on. As a result, the tertiary load 11 is driven. The tertiary load circuit is usually formed by contacting an electric blower for forced air cooling of an electric device, a cooling / heating device, and an auxiliary power supply device. Therefore, in order to prevent service deterioration for passengers, it is preferable to continue the operation without opening the AC breaker 3 in case of a failure of the secondary circuit.

交流遮断器3が投入された時点では短絡スイツチ7お
よび短絡スイツチ8は開放されており、したがつてコン
バータ12により変換された直流電力は充電抵抗6を介し
てコンデンサ14に流入することになる。この場合にコン
バータ13の短絡スイツチ8は完全に開放状態にあるので
コンデンサ14に流入する充電電流はコンバータ12のみに
よるものでありしたがつて充電抵抗6の電流容量はコン
バータ12の電流容量に対応する大きさのものですむこと
になる。この場合のコンデンサ14の充電時定数は0.5秒
程度である。
When the AC breaker 3 is turned on, the short-circuit switch 7 and the short-circuit switch 8 are open, so that the DC power converted by the converter 12 flows into the capacitor 14 via the charging resistor 6. In this case, since the short-circuit switch 8 of the converter 13 is completely open, the charging current flowing into the capacitor 14 is due only to the converter 12, but the current capacity of the charging resistor 6 corresponds to the current capacity of the converter 12. The size is enough. In this case, the charging time constant of the capacitor 14 is about 0.5 seconds.

以上の動作によりコンデンサ14に充電が終了した場
合、短絡スイツチ8を閉じコンバータ13からの直流電力
をインバータ15に供給するようにする。
When the charging of the capacitor 14 is completed by the above operation, the short-circuit switch 8 is closed and the DC power from the converter 13 is supplied to the inverter 15.

このようにコンデンサ14の充電抵抗はコンバータ12の
出力側にのみ設けられており、コンデンサ14の充電に寄
与する充電抵抗は6のみであるから各コンバータ12,13
にそれぞれ対応して充電抵抗を設ける必要がなく、また
充電電流はコンバータ12のみによるものであるからその
場合の充電電流はコンバータ一つ分に相当する電流容量
があればよい。その結果、交流電気車の電源装置の装置
構成が簡素化され、また軽量化されることとなる。
As described above, the charging resistance of the capacitor 14 is provided only on the output side of the converter 12, and the charging resistance that contributes to the charging of the capacitor 14 is only 6.
It is not necessary to provide a charging resistor corresponding to each of the above, and since the charging current is due to only the converter 12, the charging current in that case may have a current capacity corresponding to one converter. As a result, the device configuration of the power supply device of the AC electric vehicle is simplified and the weight is reduced.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたごとく本発明によれば、本来交流電気車の
速度制御自体に本質的に要求されるものではない短絡ス
イツチおよび充電抵抗を最小の構成とすることができる
ので結局において交流電気車の小型軽量化を図ることが
できる。
As described above, according to the present invention, the short-circuit switch and the charging resistance, which are not essentially required for the speed control of the AC electric vehicle, can be minimized. The weight can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図は本発明の実施例を示す主回路構成図である。 4……変圧器、6……充電用抵抗器、7……短絡スイツ
チ、8……短絡スイツチ、12,13……コンバータ、14…
…フイルタコンデンサ、15……インバータ、16……駆動
用電動機。
FIG. 1 is a main circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 4 ... Transformer, 6 ... Charging resistor, 7 ... Short-circuit switch, 8 ... Short-circuit switch, 12, 13 ... Converter, 14 ...
… Filter capacitors, 15 …… Inverter, 16 …… Driving motor.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1次巻線が架線に接続され複数の2次巻線
を有する変圧器と、前記各2次巻線にそれぞれ接続され
入力交流電力を直流電力に変換する複数のコンバータ
と、前記複数のコンバータの各直流出力の入力を受け
て、該直流出力を交流出力に逆変換するインバータと、
該インバータの入力端の高圧側と低圧側との間に接続さ
れたフィルタコンデンサとを備えた交流電気車の電源装
置において、 前記複数のコンバータのうちいずれか一つのコンバータ
の高圧側回路出力端と前記フィルタコンデンサの前記イ
ンバータの高圧側の入力端に接続された接続点との間
に、始動時に開成される一の短絡スイッチおよびこれと
並列な限流抵抗器からなる回路を直列に接続し、 他のコンバータの高圧側回路の出力端と前記フィルタコ
ンデンサの前記インバータの高圧側の入力端に接続され
た接続点との間に、始動時に開成され、前記フィルタコ
ンデンサの充電完了時に前記一の短絡スイッチが開成さ
れた後に開成される他の短絡スイッチを接続したことを
特徴とする交流電気車の電源装置。
1. A transformer having a primary winding connected to an overhead wire and having a plurality of secondary windings, and a plurality of converters each connected to each of the secondary windings for converting input AC power into DC power. An inverter that receives the input of each DC output of the plurality of converters and inversely converts the DC output into an AC output,
In a power supply device for an AC electric vehicle comprising a filter capacitor connected between a high voltage side and a low voltage side of an input end of the inverter, a high voltage side circuit output end of any one of the plurality of converters, Between the connection point of the filter capacitor connected to the high-voltage side input terminal of the inverter, a short-circuit switch that is opened at the time of starting and a circuit including a current limiting resistor in parallel with the short-circuit switch are connected in series. Between the output terminal of the high voltage side circuit of another converter and the connection point of the filter capacitor connected to the high voltage side input terminal of the inverter, it is opened at the time of starting and the one short circuit is made when the charging of the filter capacitor is completed. A power supply device for an AC electric vehicle, to which another short-circuit switch that is opened after the switch is opened is connected.
JP62138757A 1987-06-02 1987-06-02 AC electric car power supply Expired - Lifetime JP2561276B2 (en)

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