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JPH05199607A - Power converter for electric vehicle - Google Patents

Power converter for electric vehicle

Info

Publication number
JPH05199607A
JPH05199607A JP4139114A JP13911492A JPH05199607A JP H05199607 A JPH05199607 A JP H05199607A JP 4139114 A JP4139114 A JP 4139114A JP 13911492 A JP13911492 A JP 13911492A JP H05199607 A JPH05199607 A JP H05199607A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
filter capacitor
voltage
capacitor bank
inverter circuit
external filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4139114A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3071944B2 (en
Inventor
Shiroji Yamamoto
城二 山本
Nozomi Furusawa
のぞみ 古澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4139114A priority Critical patent/JP3071944B2/en
Publication of JPH05199607A publication Critical patent/JPH05199607A/en
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Publication of JP3071944B2 publication Critical patent/JP3071944B2/en
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  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prolong the operation sustaining time of inverter through a capacitor having low withstand voltage upon contact loss of pantograph and to protect elements positively against short circuit fault of inverter by ON/OFF controlling the voltage across an external filter capacitor bank which is interruptible from the inverter. CONSTITUTION:Trolley voltage detected through a voltage detecting element 32 is compared with a reference value and a gate drive circuit 34 performs switching control of a GTO thyristor 16 to charge an external filter capacitor bank 14 with a constant voltage lower than the rated voltage of a trolley 1. When a voltage detected through the voltage detecting element 32 drops below a set level, a rectifying element 15 is turned ON to feed power to an inverter circuit 7. Upon occurrence of short circuit fault between upper and lower arms of the inverter circuit 7, an abnormal quick discharge detecting circuit 23 and a gate drive circuit 24 interrupt the operation of a GTO thyristor 20. Consequently, the external filter capacitor bank can be constituted of capacitors having low capacity and low withstand voltage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、架線または第3軌条
から直流電源の供給を受ける電気車において、パンタグ
ラフの離線により一時的に電流の供給が停止する時間に
も、インバータ回路を継続して動作させ、負荷への電力
供給を続けることができる電気車の電力変換装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle which receives a DC power supply from an overhead line or a third rail, and continues the inverter circuit even when the current supply is temporarily stopped due to the disconnection of the pantograph. The present invention relates to a power conversion device for an electric vehicle that can be operated and can continue to supply power to a load.

【0002】[0002]

【従来の技術】直流架線または第3軌条から直流電源の
供給を受ける電気車において、その空調装置や照明装置
など各種の負荷に対して電源を与えるために備えられて
いる電力変換装置として、従来一般に、インバータ回路
が広く用いられている。
2. Description of the Related Art In an electric vehicle which receives a DC power supply from a DC overhead wire or a third rail, it has been conventionally used as a power converter provided for supplying power to various loads such as an air conditioner and a lighting device. Generally, an inverter circuit is widely used.

【0003】この従来のインバータ回路を用いた電気車
の電力変換装置は、図7に示すような構成であり、架線
または第3軌条1を流れる直流電力がパンタグラフ2に
より集電され、単位スイッチ3を通し、直流フィルタリ
アクトル4、GTO遮断器5を介してフィルタコンデン
サ6を充電し、これと並列に接続されるインバータ回路
7に直流電力を供給するようになっている。フィルタコ
ンデンサ6に並列に電圧検出器8が接続され、これによ
ってフィルタコンデンサ6の電圧を検出するようになっ
ている。また、GTO遮断器5と並列に設けられた充電
抵抗9は起動時にフィルタコンデンサ6を充電するため
のもので、充電後にはGTO遮断器5によって短絡され
る。
A conventional electric power converter for an electric vehicle using an inverter circuit has a structure as shown in FIG. 7, in which DC power flowing through an overhead wire or a third rail 1 is collected by a pantograph 2 and a unit switch 3 is connected. Through which the filter capacitor 6 is charged via the DC filter reactor 4 and the GTO circuit breaker 5, and DC power is supplied to the inverter circuit 7 connected in parallel with the filter capacitor 6. A voltage detector 8 is connected in parallel with the filter capacitor 6 so that the voltage of the filter capacitor 6 is detected. Further, the charging resistor 9 provided in parallel with the GTO circuit breaker 5 is for charging the filter capacitor 6 at the time of starting, and is short-circuited by the GTO circuit breaker 5 after charging.

【0004】インバータ回路7は三相で構成され、各ア
ームには図7に示すようなIGBTあるいはGTOその
他のスイッチング素子71〜76が配置されて構成され
ている。
The inverter circuit 7 is formed of three phases, and each arm is formed by arranging switching elements 71 to 76 such as IGBT or GTO as shown in FIG.

【0005】さらに、フィルタコンデンサ6とインバー
タ回路7との間には、インバータ回路内のスイッチング
素子71〜76のいずれかが破壊して上下アームが短絡
した場合にフィルタコンデンサ6からの放電電流を検出
し、GTO遮断器5をオフさせて単位スイッチ3を遮断
し、架線または第3軌条1から電流が流れ込まないよう
にするための電流検出器10が配置されている。
Further, between the filter capacitor 6 and the inverter circuit 7, when any of the switching elements 71 to 76 in the inverter circuit is broken and the upper and lower arms are short-circuited, the discharge current from the filter capacitor 6 is detected. However, a current detector 10 is arranged to turn off the GTO circuit breaker 5 to cut off the unit switch 3 and prevent current from flowing from the overhead wire or the third rail 1.

【0006】インバータ回路7の出力側には交流フィル
タ11を介して変圧器12が接続され、変圧器12の出
力が電気車の各種負荷に供給されるようになっている。
A transformer 12 is connected to the output side of the inverter circuit 7 via an AC filter 11, and the output of the transformer 12 is supplied to various loads of the electric vehicle.

【0007】そして、このような従来の電気車の電力変
換装置では、走行する電気車にとって、特に、パンタグ
ラフ2が1つしかないような場合には、走行中にパンタ
グラフ2と架線または第3軌条1が離れるという離線現
象が起きると、一時的にインバータ回路7への直流電力
の供給が断たれることになる。この離線時間は線区によ
り異なるものであるが、図7に示す従来の電気車の電力
変換装置では、離線時におけるインバータ回路7の動作
継続時間が一般に数ms〜10数msである。ところ
が、この動作継続時間は理想的には離線が解消するまで
延長できることが望ましい。そこで、離線時のインバー
タ回路の動作継続時間を延長するために、従来から出力
パワーを低減し、あるいは図8に示すように莫大な量の
コンデンサバンク13をフィルタコンデンサ6と並列に
なるように外付けで追加設置し、離線時における電圧の
低下に対応するようにしていた。
[0007] In such a conventional electric vehicle power converter, for a traveling electric vehicle, particularly when there is only one pantograph 2, the pantograph 2 and the overhead line or the third rail during traveling. When the disconnection phenomenon that 1 is separated occurs, the supply of DC power to the inverter circuit 7 is temporarily cut off. Although this derailment time differs depending on the line segment, in the conventional electric vehicle power converter shown in FIG. 7, the operation duration of the inverter circuit 7 at the time of derailment is generally several ms to several tens ms. However, it is desirable that this operation duration can ideally be extended until the disconnection is resolved. Therefore, in order to extend the operation continuation time of the inverter circuit at the time of disconnection, the output power is conventionally reduced, or as shown in FIG. It was additionally installed to cope with the voltage drop at the time of disconnection.

【0008】ところが、このように外付けでフィルタコ
ンデンサバンク13を追加設置する場合には、次のよう
な問題点があった。
However, when the filter capacitor bank 13 is additionally installed externally as described above, there are the following problems.

【0009】いま、インバータ回路7の入力電流をiと
すると、 i=インバータ回路の容量×力率/(効率×直流入力電圧) …(1) iΔt=CΔV …(2) の関係がある。
Now, assuming that the input current of the inverter circuit 7 is i, i = capacity of inverter circuit × power factor / (efficiency × DC input voltage) (1) iΔt = CΔV (2)

【0010】電気車の場合、電力の供給元である架線ま
たは第3軌条1が定格の±50%以上変動する。そのた
め、フィルタコンデンサを構成する場合、定格の+50
%以上の耐圧がコンデンサに要求される。例えば、架線
電圧が1500Vとして、400V−3300μFのコ
ンデンサによってフィルタコンデンサを構成する場合、
マージンを考慮して、8S〜9S(Sは、シリーズ接続
を意味している)となる。
In the case of an electric vehicle, the overhead wire or the third rail 1 which is a power supply source fluctuates by ± 50% or more of the rating. Therefore, when configuring a filter capacitor, the rating is +50
The withstand voltage of more than% is required for the capacitor. For example, when the overhead wire voltage is 1500 V and the filter capacitor is configured by a capacitor of 400 V-3300 μF,
Considering the margin, it becomes 8S to 9S (S means series connection).

【0011】そこで、図8に示す電気車の電力変換装置
において、図9に示すようにDC1500Vの時に容量
が200kVAで60msの離線が生じたとすると、力
率0.85、効率0.9(一般的に用いられる数値であ
る)として、コンデンサバンク13に必要なコンデンサ
容量は、上記の(1)式、(2)式および図9のグラフ
より、 i=200×103 VA×0.85/(0.9×1500V) =約126A 126A×60ms=C×(1500V−900V) したがって、 C=約12600μF となる。なお、この図9は、インバータ回路7の入力が
DC900Vで低電圧検知を行ない、インバータ回路を
停止させるという条件で、離線時のインバータ入力電圧
の動きを表したものである。
Therefore, in the electric power converter for an electric vehicle shown in FIG. 8, assuming that a disconnection of 60 ms occurs at a capacity of 200 kVA at DC 1500 V as shown in FIG. 9, a power factor of 0.85 and an efficiency of 0.9 (general) The value of the capacitor capacity required for the capacitor bank 13 is i = 200 × 10 3 VA × 0.85 / from the equations (1) and (2) and the graph of FIG. (0.9 × 1500V) = about 126A 126A × 60 ms = C × (1500V-900V) Therefore, C = about 12600 μF. It should be noted that FIG. 9 shows the movement of the inverter input voltage at the time of disconnection under the condition that the input of the inverter circuit 7 is 900V DC and the low voltage is detected to stop the inverter circuit.

【0012】このため、フィルタコンデンサ6は通常、
9S9P(Pは、パラレル数を意味する)の構成のもの
を用いるので、外付けフィルタコンデンサバンク13に
は、9S25P(9167μF、225個)という膨大
な数のコンデンサで構成されるコンデンサバンクが必要
であった。
Therefore, the filter capacitor 6 is usually
Since a 9S9P (P means parallel number) configuration is used, the external filter capacitor bank 13 requires a capacitor bank composed of a huge number of capacitors of 9S25P (9167 μF, 225). there were.

【0013】ところで、このような外付けフィルタコン
デンサバンクによりパンタグラフの離線時のインバータ
回路の動作継続時間を長くしようとすると、上述のよう
に多数のコンデンサで構成される外付けフィルタコンデ
ンサバンクを用いなければならないが、このような大容
量の外付けフィルタコンデンサバンクを用いる場合に
は、インバータ回路のアームの短絡事故が発生したとき
に、外付けフィルタコンデンサバンクに充電されている
大電流が急激に放電され、インバータ回路のスイッチン
グ素子が破壊されてしまう問題点が発生する恐れがあ
る。
By the way, in order to extend the operation duration of the inverter circuit when the pantograph is disconnected by using such an external filter capacitor bank, an external filter capacitor bank composed of a large number of capacitors as described above must be used. However, if an external filter capacitor bank with such a large capacity is used, the large current charged in the external filter capacitor bank will be rapidly discharged when a short circuit occurs in the arm of the inverter circuit. Therefore, there is a possibility that the switching element of the inverter circuit may be destroyed.

【0014】例えば、図8の従来の電力変換装置におい
て、インバータ回路7のスイッチング素子71,76が
オン状態であるときに、スイッチング素子72が破壊す
ると、スイッチング素子71,72の間が短絡された状
態となる。この場合、図7に示したような外付けフィル
タコンデンサバンク13がない装置では、架線または第
3軌条1からの直流電流とフィルタコンデンサ6からの
放電電流がインバータ回路7に流れ込もうとするが、電
流検出器8がこの電流値を検出し、GTO遮断器5をオ
フすると共に、単位スイッチ3を遮断すれば、架線また
は第3軌条1からの直流電流が遮断され、フィルタコン
デンサ6からの放電電流のみがインバータ回路7に流れ
ることになり、スイッチング素子の破損度は少なくて済
む。
For example, in the conventional power converter of FIG. 8, when the switching element 72 is destroyed while the switching elements 71 and 76 of the inverter circuit 7 are in the ON state, the switching elements 71 and 72 are short-circuited. It becomes a state. In this case, in the device without the external filter capacitor bank 13 as shown in FIG. 7, the DC current from the overhead wire or the third rail 1 and the discharge current from the filter capacitor 6 try to flow into the inverter circuit 7. If the current detector 8 detects this current value and turns off the GTO circuit breaker 5 and cuts off the unit switch 3, the direct current from the overhead wire or the third rail 1 is cut off, and the discharge from the filter capacitor 6 is caused. Only current flows through the inverter circuit 7, and the degree of damage to the switching element can be small.

【0015】しかしながら、外付けフィルタコンデンサ
バンク13を備えた図8に示すような電力変換装置で
は、GTO遮断器5をオフし、単位スイッチ3を遮断し
たとしても、外付けフィルタコンデンサバンク13から
過電流が放出されることになるので、場合によってはス
イッチング素子が破壊され、素子周辺の部品まで被害を
受ける恐れがある問題点があった。
However, in the power conversion device having the external filter capacitor bank 13 as shown in FIG. 8, even if the GTO circuit breaker 5 is turned off and the unit switch 3 is cut off, the external filter capacitor bank 13 is overloaded. Since a current is emitted, the switching element may be destroyed in some cases, and there is a problem that parts around the element may be damaged.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
電気車の電力変換装置では、離線時のインバータ回路の
動作継続時間を延長するためには、フィルタコンデンサ
に対して莫大な量のコンデンサで成る高耐圧の外付けフ
ィルタコンデンサバンクを追加するか、性能を制限する
かしなければならない問題点があった。
As described above, in the conventional electric vehicle power conversion device, in order to extend the operation duration of the inverter circuit when the line is disconnected, a huge amount of the capacitor is used with respect to the filter capacitor. There is a problem that it is necessary to add an external filter capacitor bank of high withstand voltage consisting of or to limit the performance.

【0017】また外付けフィルタコンデンサバンクを追
加設置する場合には、インバータ回路のスイッチング素
子の短絡事故が発生したときに、外付けフィルタコンデ
ンサバンクから急激に放電電流が短絡したスイッチング
素子の部分に流れ込み、スイッチング素子が大規模に破
壊されてしまう恐れがある問題点があった。
When an external filter capacitor bank is additionally installed, when a short circuit accident occurs in the switching element of the inverter circuit, the discharge current from the external filter capacitor bank suddenly flows into the part of the switching element where the short circuit occurs. However, there is a problem that the switching element may be destroyed on a large scale.

【0018】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、比較的少量の低耐圧のコンデンサで
構成される外付けフィルタコンデンサバンクと、簡単な
周辺回路の追加によって、パンタグラフの離線に対して
インバータ回路の動作継続時間を長くすることができる
電気車の電力変換装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and by adding an external filter capacitor bank composed of a relatively small amount of low withstand voltage capacitors and a simple peripheral circuit, a pantograph can be provided. An object of the present invention is to provide a power conversion device for an electric vehicle that can extend the operation duration of an inverter circuit with respect to a disconnection.

【0019】この発明はまた、インバータ回路のスイッ
チング素子の短絡事故発生時において、インバータ回路
の素子破壊などの被害を最小限にくい止めることができ
る電気車の電力変換装置を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a power conversion device for an electric vehicle which can prevent damage such as element destruction of an inverter circuit with a minimum when a short circuit accident occurs in a switching element of an inverter circuit. ..

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
架線または第3軌条から直流電力をパンタグラフを介し
て取り込み、フィルタコンデンサを介してこれに並列に
接続されたインバータ回路に供給し、直流・交流電力変
換して電気車の各種負荷に供給する電気車の電力変換装
置において、フィルタコンデンサに並列に、自己消弧型
半導体素子と、この自己消弧型半導体素子を介して充電
される複数のコンデンサから成る外付けフィルタコンデ
ンサバンクと、この外付けフィルタコンデンサバンクか
ら前記インバータ回路の直流入力側への放電のみを許可
する整流素子と、前記外付けフィルタコンデンサバンク
の両端電圧を検出し、この両端電圧が前記インバータ回
路の入力直流電圧の定格値よりも低い所定の設定電圧を
維持するように前記自己消弧型半導体素子のオンオフ動
作を制御する手段とを備えたものである。
The invention according to claim 1 is
An electric vehicle that receives DC power from an overhead wire or a third railroad track via a pantograph, supplies it to an inverter circuit connected in parallel via a filter capacitor, converts DC / AC power, and supplies it to various loads of an electric car. In this power converter, an external filter capacitor bank including a self-extinguishing semiconductor element and a plurality of capacitors charged through the self-extinguishing semiconductor element in parallel with the filter capacitor, and the external filter capacitor A rectifying element that permits only discharge from the bank to the DC input side of the inverter circuit and the voltage across the external filter capacitor bank are detected, and the voltage across this bank is lower than the rated value of the input DC voltage of the inverter circuit. Means for controlling on / off operation of the self-arc-extinguishing semiconductor device so as to maintain a predetermined set voltage It is those with a.

【0021】また請求項2記載の発明は、上記電気車の
電力変換装置において、フィルタコンデンサに並列に接
続され、パンタグラフの瞬時離線時においてもインバー
タ回路に直流電力を供給するための複数のコンデンサか
ら成る外付けフィルタコンデンサバンクと、この外付け
フィルタコンデンサバンクからの放電電流値を検出し、
前記インバータ回路のアーム短絡事故時に前記インバー
タ回路と前記外付けフィルタコンデンサバンクとの間を
電気的に遮断する手段とを備えたものである。
According to a second aspect of the present invention, in the electric power converter of the electric vehicle, a plurality of capacitors are connected in parallel to the filter capacitor and supply DC power to the inverter circuit even when the pantograph is momentarily disconnected. The external filter capacitor bank consisting of and the discharge current value from this external filter capacitor bank is detected,
A means for electrically disconnecting the inverter circuit and the external filter capacitor bank is provided when an arm short circuit accident of the inverter circuit occurs.

【0022】また請求項3記載の発明は、上記電気車の
電力変換装置において、フィルタコンデンサに並列に、
自己消弧型半導体素子と、この自己消弧型半導体素子を
介して充電される複数のコンデンサから成る外付けフィ
ルタコンデンサバンクと、前記外付けフィルタコンデン
サバンクから前記インバータ回路の直流入力側への放電
のみを許可する整流素子と、前記外付けフィルタコンデ
ンサバンクの両端電圧を検出し、この両端電圧が前記イ
ンバータ回路の入力直流電圧の定格値よりも低い所定の
設定電圧を維持するように前記自己消弧型半導体素子の
オンオフ動作を制御する手段と、前記外付けフィルタコ
ンデンサバンクからの放電電流値を検出し、前記インバ
ータ回路のアーム短絡事故時に前記インバータ回路と前
記外付けフィルタコンデンサバンクとを電気的に遮断す
る手段とを備えたものである。
According to a third aspect of the present invention, in the electric vehicle power conversion device, the filter capacitor is connected in parallel with the electric power conversion device.
Self-extinguishing semiconductor element, external filter capacitor bank consisting of a plurality of capacitors charged through the self-extinguishing semiconductor element, and discharge from the external filter capacitor bank to the DC input side of the inverter circuit Rectifying element that permits only the above, and the voltage across the external filter capacitor bank is detected. A means for controlling the on / off operation of the arc-shaped semiconductor element and a discharge current value from the external filter capacitor bank are detected, and the inverter circuit and the external filter capacitor bank are electrically connected to each other when the arm short circuit of the inverter circuit occurs. And means for shutting off.

【0023】[0023]

【作用】請求項1記載の発明の電気車の電力変換装置で
は、通常動作時に、電圧検出手段の制御により、外付け
フィルタコンデンサバンクに対して、自己消弧型半導体
素子を介して定格電圧よりも低い所定の電圧を維持する
ように充電しておく。
In the electric power converter for an electric vehicle according to the first aspect of the present invention, during normal operation, the voltage detection means controls the external filter capacitor bank to cause the voltage to exceed the rated voltage via the self-extinguishing semiconductor element. The battery is charged to maintain a low predetermined voltage.

【0024】そして、パンタグラフの離線時には、イン
バータ回路が継続動作している間に直流入力電圧が所定
値まで低下してきて外付けフィルタコンデンサバンクの
両端電圧と等しくなると、整流素子が動作してこの外付
けフィルタコンデンサバンクに充電されていた電流をイ
ンバータ回路に放電し、インバータ回路の動作をさらに
長い時間継続させる。
When the pantograph is disconnected, when the DC input voltage drops to a predetermined value during the continuous operation of the inverter circuit and becomes equal to the voltage across the external filter capacitor bank, the rectifying element operates and this The current charged in the attached filter capacitor bank is discharged to the inverter circuit, and the operation of the inverter circuit is continued for a longer time.

【0025】こうして、定格電圧よりも低い設定電圧下
での外付けフィルタコンデンサバンクの放電によりイン
バータ回路の動作を継続させることにより、その動作継
続時間を長くとることができる。
Thus, by continuing the operation of the inverter circuit by discharging the external filter capacitor bank under the set voltage lower than the rated voltage, it is possible to lengthen the operation continuation time.

【0026】また請求項2記載の発明の電気車の電力変
換装置では、インバータ回路のスイッチング素子が破壊
されて上下アームの短絡事故が起きた場合には、外付け
フィルタコンデンサバンクから過電流が放出されたこと
を検出し、インバータ回路と外付けフィルタコンデンサ
バンクとを電気的に遮断し、外付けフィルタコンデンサ
バンクから過大な放電電流が急激にインバータ回路内に
流れ込まないようにして、インバータ回路の素子破壊を
最小限に止めることができる。
Further, in the electric power converter for an electric vehicle according to a second aspect of the present invention, when the switching element of the inverter circuit is destroyed and a short circuit of the upper and lower arms occurs, an overcurrent is discharged from the external filter capacitor bank. Is detected, the inverter circuit is electrically cut off from the external filter capacitor bank, and an excessive discharge current does not suddenly flow into the inverter circuit from the external filter capacitor bank. The destruction can be minimized.

【0027】さらに請求項3記載の発明の電気車の電力
変換装置では、通常動作時に、電圧検出手段の制御によ
り、外付けフィルタコンデンサバンクに対して、自己消
弧型半導体素子を介して定格電圧よりも低い所定の電圧
を維持するように充電しておき、パンタグラフの離線時
には、インバータ回路が継続動作している間に直流入力
電圧が所定値まで低下してきて外付けフィルタコンデン
サバンクの両端電圧と等しくなると、整流素子が動作し
てこの外付けフィルタコンデンサバンクに充電されてい
た電流をインバータ回路に放電し、インバータ回路の動
作をさらに長い時間継続させることにより、定格電圧よ
りも低い設定電圧下での外付けフィルタコンデンサバン
クの放電によりインバータ回路の動作を継続させること
ができる。
Further, in the electric power converter for an electric vehicle according to a third aspect of the present invention, during normal operation, the rated voltage is applied to the external filter capacitor bank through the self-extinguishing type semiconductor element under the control of the voltage detecting means. It is charged to maintain a predetermined voltage lower than the above, and when the pantograph is disconnected, the DC input voltage decreases to a predetermined value during continuous operation of the inverter circuit, and the voltage across the external filter capacitor bank becomes When they become equal, the rectifying element operates to discharge the current charged in this external filter capacitor bank to the inverter circuit, and the operation of the inverter circuit is continued for a longer time, so that the voltage is set below the rated voltage. The operation of the inverter circuit can be continued by discharging the external filter capacitor bank.

【0028】そしてこれと共に、インバータ回路のスイ
ッチング素子が破壊されて上下アームの短絡事故が起き
た場合には、外付けフィルタコンデンサバンクから過電
流が放出されたことを検出し、インバータ回路と外付け
フィルタコンデンサバンクとを電気的に遮断し、外付け
フィルタコンデンサバンクから過大な放電電流が急激に
インバータ回路内に流れ込まないようにして、インバー
タ回路の素子破壊を最小限に止めることができる。
At the same time, when the switching element of the inverter circuit is destroyed to cause a short circuit of the upper and lower arms, it is detected that an overcurrent has been discharged from the external filter capacitor bank, and the inverter circuit and the external circuit are connected. It is possible to electrically cut off the filter capacitor bank and prevent an excessive discharge current from suddenly flowing into the inverter circuit from the external filter capacitor bank, thereby minimizing damage to the elements of the inverter circuit.

【0029】[0029]

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0030】図1は請求項1記載の発明の一実施例の回
路ブロック図であり、従来例として示した図7および図
8の回路構成要素と共通する部分については、同一の符
号を付して示してある。
FIG. 1 is a circuit block diagram of an embodiment of the invention described in claim 1. The parts common to the circuit components of FIGS. 7 and 8 shown as a conventional example are designated by the same reference numerals. Is shown.

【0031】この実施例の特徴として、従来例に新たに
付加された要素は、フィルコンデンサ6に並列に設けら
れた外付けフィルタコンデンサバンク14、フィルタコ
ンデンサ6の両端電圧が定格電圧である1500Vより
も低い所定の設定電圧、例えば1100V以下になった
ときに外付けフィルタコンデンサバンク14の放電のみ
を許可する整流素子15である。
As a feature of this embodiment, the elements newly added to the conventional example are that the external filter capacitor bank 14 provided in parallel with the fill capacitor 6 and the voltage across the filter capacitor 6 are 1500V, which is the rated voltage. Is a rectifying element 15 that permits only discharge of the external filter capacitor bank 14 when the voltage reaches a predetermined low voltage, for example, 1100 V or less.

【0032】また、自己消弧型整流素子としてのGTO
サイリスタ16、外付けフィルタコンデンサバンク14
の両端電圧を常時検出していて、所定の設定電圧以下に
なった時にGTOサイリスタ16のゲートをオンする手
段としての電圧検出器17、そして、これらのGTOサ
イリスタ16、電圧検出器17各々に対する電流制限を
行なうための制限抵抗18,19を備えている。
Further, the GTO as a self-extinguishing rectifier
Thyristor 16, External filter capacitor bank 14
The voltage detector 17 as a means for turning on the gate of the GTO thyristor 16 when the voltage between both ends of the GTO thyristor 16 and the voltage detector 17 is detected at a predetermined set voltage or less. Limiting resistors 18 and 19 for limiting are provided.

【0033】次に、上記の構成の電気車の電力変換装置
の動作について説明する。
Next, the operation of the electric vehicle power converter having the above-described structure will be described.

【0034】架線または第3軌条1にパンタグラフ2が
接触して集電しながら電気車を走行させている定格時に
は、パンタグラフ2が集電した定格電圧1500Vの直
流電力がフィルタリアクトル4およびフィルタコンデン
サ6を介してインバータ回路7に入力され、ここで直流
・交流変換されて、所定の電圧の交流として各種負荷に
出力されていく。
When the electric car is running while the pantograph 2 is in contact with the overhead line or the third rail 1 to collect current, the DC power having a rated voltage of 1500 V collected by the pantograph 2 is the filter reactor 4 and the filter capacitor 6. It is input to the inverter circuit 7 via the, is converted into direct current and alternating current here, and is output to various loads as alternating current of a predetermined voltage.

【0035】この定格時には、外付けフィルタコンデン
サバンク14が所定の設定電圧にまで充電されるまで
は、電圧検出器17が外付けフィルタコンデンサバンク
14の両端電圧を検出していて、設定電圧である110
0VになるまでGTOサイリスタ16のゲートをオンさ
せて充電を行なう。
At this rating, the voltage detector 17 detects the voltage across the external filter capacitor bank 14 and is the set voltage until the external filter capacitor bank 14 is charged to a predetermined set voltage. 110
The gate of the GTO thyristor 16 is turned on until the voltage reaches 0V, and charging is performed.

【0036】そして、外付けフィルタコンデンサバンク
14の両端電圧が設定電圧1100Vに達すると、電圧
検出器17がこれを検出してGTOサイリスタ16のゲ
ートをオフし、充電を停止する。
When the voltage across the external filter capacitor bank 14 reaches the set voltage 1100V, the voltage detector 17 detects this and turns off the gate of the GTO thyristor 16 to stop charging.

【0037】以降も、電圧検出器17は常に外付けフィ
ルタコンデンサバンク14の両端電圧を検出していて、
放電により両端電圧が設定電圧1100V以下になるた
びに、GTOサイリスタ16のゲートをオンにして再充
電を繰り返し行なう。
After that, the voltage detector 17 always detects the voltage across the external filter capacitor bank 14,
Every time the voltage between both ends becomes 1100 V or less due to discharge, the gate of the GTO thyristor 16 is turned on and recharge is repeated.

【0038】そこで、定格電圧1500Vで動作中にパ
ンタグラフ2が架線または第3軌条1から離線した時に
は、図2に示すようにこの定格電圧1500Vよりも低
い所定の設定電圧1100Vになる約10msまでの間
は、インバータ回路7が継続して動作する。
Therefore, when the pantograph 2 is separated from the overhead line or the third rail 1 while operating at a rated voltage of 1500 V, as shown in FIG. 2, a predetermined set voltage 1100 V lower than the rated voltage 1500 V is reached until about 10 ms. In the meantime, the inverter circuit 7 continues to operate.

【0039】そして、設定電圧1100Vにまで低下す
ると、外付けフィルタコンデンサバンク14の両端電圧
がフィルタコンデンサ6の両端電圧に等しくなり、整流
素子15がオンとなってこの外付けフィルタコンデンサ
バンク14に充電されていた電流がインバータ回路7に
対して放電出力されるようになる。そしてその後、イン
バータ回路7の停止電圧900Vに達する約60msま
で、この外付けフィルタコンデンサバンク14の放電電
流によりインバータ回路7の動作が継続される。
When the set voltage drops to 1100V, the voltage across the external filter capacitor bank 14 becomes equal to the voltage across the filter capacitor 6, the rectifying element 15 turns on, and the external filter capacitor bank 14 is charged. The generated current is discharged and output to the inverter circuit 7. Then, thereafter, the operation of the inverter circuit 7 is continued by the discharge current of the external filter capacitor bank 14 until about 60 ms when the stop voltage of the inverter circuit 7 reaches 900V.

【0040】ここで、1500V架線の200kVAの
インバータ回路によって60ms離線した場合、図9の
ようなフィルタコンデンサ電圧にするためには、従来例
では12600μFの容量のコンデンサバンクが必要で
あって、当初配置している9S9Pのフィルタコンデン
サ6の他に、さらに容量9167μFのコンデンサを9
S25Pに225個接続した外付けフィルタコンデンサ
バンクを追加する必要があった。
Here, when a 1500 k overhead wire 200 kVA inverter circuit separates for 60 ms, a capacitor bank with a capacity of 12600 μF is required in the conventional example to obtain the filter capacitor voltage as shown in FIG. In addition to the 9S9P filter capacitor 6 that is being
It was necessary to add 225 external filter capacitor banks connected to S25P.

【0041】これに対して、上記の実施例では、図2に
示すように離線時の架線電圧がDC1500Vから11
00Vまで低下する間は、外付けフィルタコンデンサバ
ンク14から電力は供給されず、設定電圧1100Vか
ら保護電圧の設定値である900Vまでの間に追加した
外付けフィルタコンデンサバンク14から電力を供給す
るようにしている。このため、1100Vに下がるまで
にかかる時間Δtは式(2)によって、 126A×Δt=3300μF×(1500V−1100V) から、 Δt=約10ms である。
On the other hand, in the above embodiment, as shown in FIG. 2, the overhead line voltage at the time of disconnection is from DC 1500V to 11V.
Power is not supplied from the external filter capacitor bank 14 while the voltage drops to 00V, and power is supplied from the external filter capacitor bank 14 added between the set voltage 1100V and the set value of the protection voltage 900V. I have to. Therefore, the time Δt required for the voltage to drop to 1100 V is 126 A × Δt = 3300 μF × (1500 V-1100 V) according to the equation (2), and Δt = about 10 ms.

【0042】また、1100Vから900Vまでの電圧
が低下する時に必要な外付けフィルタコンデンサバンク
14の容量Cは、前述の(1),(2)式から、 i=200×103 VA×0.85/(0.9×1100V) =約172A 172A×(60ms−10ms)=C×(1100V−900V) となり、 C=約43000μF である。そして、このとき、外付けフィルタコンデンサ
バンク14にかかる電圧は最大でも1100Vであるの
で、定格電圧400Vのコンデンサであれば、3S(シ
リーズ)の接続として3S40Pの120個のコンデン
サで実現できる。このように、コンデンサの耐圧を低く
することによって、従来例と比較して、100個以上の
コンデンサが削減できることになる。
The capacitance C of the external filter capacitor bank 14 required when the voltage from 1100 V to 900 V drops is i = 200 × 10 3 VA × 0..3 from the above equations (1) and (2). 85 / (0.9 * 1100V) = about 172A 172A * (60ms-10ms) = C * (1100V-900V) and C = about 43000 [mu] F. At this time, the voltage applied to the external filter capacitor bank 14 is 1100 V at the maximum, so that a capacitor having a rated voltage of 400 V can be realized by 120 capacitors of 3S40P for 3S (series) connection. As described above, by lowering the withstand voltage of the capacitors, 100 or more capacitors can be reduced as compared with the conventional example.

【0043】また、従来例では、外付けフィルタコンデ
ンサバンクの体積はおよそ0.276m3 、重量は約1
60kgとなるが、この実施例で付加する回路は、外付
けフィルタコンデンサバンク14の他に整流素子15、
GTOサイリスタ16、電圧検出器17、抵抗18,1
9を含めてもおよそ0.117m3 、重量は約50kg
となる。つまり、体積は従来例に比べて約2/5、重量
は約1/3と大幅に小形、軽量化されることにもなる。
しかも、外付けフィルタコンデンサバンク14を構成す
るコンデンサは低圧時のみ動作するので、コンデンサの
寿命が従来例よりも長くなり、一般の電解コンデンサを
使用できるようになり、安価に構成できるようになる。
Further, in the conventional example, the volume of the external filter capacitor bank is about 0.276 m 3 , and the weight is about 1.
Although the weight is 60 kg, the circuit added in this embodiment includes a rectifying element 15 in addition to the external filter capacitor bank 14.
GTO thyristor 16, voltage detector 17, resistors 18, 1
Approximately 0.117 m 3 including 9 and weight of about 50 kg
Becomes That is, the volume is about 2/5 and the weight is about 1/3 of that of the conventional example, which means that the size and weight can be greatly reduced.
In addition, since the capacitors forming the external filter capacitor bank 14 operate only when the voltage is low, the life of the capacitors is longer than that of the conventional example, a general electrolytic capacitor can be used, and the cost can be reduced.

【0044】なお、この発明は上記の実施例に限定され
ず、自己消弧型半導体素子として、GTOサイリスタに
代えてGTR(Giant Transistor)、IGBT(Insula
tedGate Bipolar Transistor )素子などを利用するこ
ともできる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but as a self-arc-extinguishing type semiconductor device, a GTR (Giant Transistor) or an IGBT (Insula) is used instead of the GTO thyristor.
A tedGate Bipolar Transistor) element can also be used.

【0045】次に、請求項2記載の発明の実施例を図3
〜図5に基づいて説明する。
Next, the embodiment of the invention described in claim 2 is shown in FIG.
~ It demonstrates based on FIG.

【0046】図3に示す実施例において、図7および図
8に示した従来の電力変換装置と異なる点は、フィルタ
コンデンサ6に並列に外付けフィルタコンデンサ装置2
5を接続したことである。この外付けフィルタコンデン
サ装置25は、図1の実施例と同様の外付けフィルタコ
ンデンサバンク14と直列に外付けフィルタコンデンサ
バンク14の放電方向を順方向として接続された通常時
にオンするGTOサイリスタ20と、このGTOサイリ
スタ20と逆並列に接続された整流素子としてのダイオ
ード21と、GTOサイリスタ20と直列に接続された
外付けフィルタコンデンサバンク14の放電電流を検出
する電流検出器22と、この電流検出器22によって検
出された放電電流値を監視し、外付けフィルタコンデン
サバンク14から過電流が放電されたことを検知したと
きにGTOサイリスタ20をオフさせる信号を送る異常
急放電検出回路23と、この信号を受けてGTOサイリ
スタ20をオフするゲートドライブ回路24から構成さ
れている。
The embodiment shown in FIG. 3 differs from the conventional power conversion device shown in FIGS. 7 and 8 in that the filter capacitor 6 is connected in parallel with the external filter capacitor device 2
5 is connected. This external filter capacitor device 25 is connected to the external filter capacitor bank 14 similar to that of the embodiment of FIG. , A diode 21 as a rectifying element connected in anti-parallel with the GTO thyristor 20, a current detector 22 for detecting a discharge current of the external filter capacitor bank 14 connected in series with the GTO thyristor 20, and this current detection. An abnormal rapid discharge detection circuit 23 that sends a signal to turn off the GTO thyristor 20 when the discharge current value detected by the device 22 is monitored and when it is detected that the overcurrent is discharged from the external filter capacitor bank 14. A gate drive circuit 24 that receives a signal and turns off the GTO thyristor 20. Are al configuration.

【0047】次に、上記構成の電気車の電力変換装置の
動作について説明する。
Next, the operation of the electric vehicle power converter having the above-described structure will be described.

【0048】パンタグラフ2から集電した直流電流は、
フィルタコンデンサ6を充電すると共に、ダイオード2
1を介して外付けフィルタコンデンサバンク14をも充
電する。インバータ回路7には、パンタグラフ2から集
電した直流電流と、フィルタコンデンサ6からの放電電
流と、外付けフィルタコンデンサバンク14からの放電
電流が供給され、三相交流に変換されて出力される。こ
のインバータ回路7の動作中、外付けフィルタコンデン
サバンク14は、ダイオード21を介して充電され、G
TOサイリスタ20を介して放電する動作を繰り返す。
The direct current collected from the pantograph 2 is
While charging the filter capacitor 6, the diode 2
The external filter capacitor bank 14 is also charged via 1. The DC current collected from the pantograph 2, the discharge current from the filter capacitor 6, and the discharge current from the external filter capacitor bank 14 are supplied to the inverter circuit 7, and are converted into three-phase AC and output. During operation of the inverter circuit 7, the external filter capacitor bank 14 is charged through the diode 21 and G
The operation of discharging through the TO thyristor 20 is repeated.

【0049】上記構成の電気車の電力変換装置におい
て、従来問題となっていたインバータ回路7の上下アー
ムが短絡事故を起こしたときの保護動作について説明す
ると、外付けフィルタコンデンサバンク14から放出さ
れる過電流はGTOサイリスタ20を介してインバータ
回路7に流れ込もうとするが、GTOサイリスタ20に
直列に接続された電流検出器22が過電流を検出し、異
常急放電検出回路23がGTOサイリスタ20をオフさ
せる信号をゲートドライブ回路24に送り、GTOサイ
リスタ20をオフさせ、外付けフィルタコンデンサバン
ク14から過電流が放出されてインバータ回路7に流れ
込むのを阻止する。
In the power conversion device for an electric vehicle having the above-described structure, the protection operation when the upper and lower arms of the inverter circuit 7, which has been a problem in the past, causes a short circuit accident will be described. The overcurrent tries to flow into the inverter circuit 7 via the GTO thyristor 20, but the current detector 22 connected in series to the GTO thyristor 20 detects the overcurrent, and the abnormal rapid discharge detection circuit 23 causes the GTO thyristor 20 to detect. Is sent to the gate drive circuit 24 to turn off the GTO thyristor 20 to prevent an overcurrent from being discharged from the external filter capacitor bank 14 and flowing into the inverter circuit 7.

【0050】次に、異常急放電検出回路23の動作を図
4を用いてさらに詳しく説明すると、電流検出器22が
検出した外付けフィルタコンデンサバンク14の放電電
流値iについて、2つの方法で正常、異常の判断が行な
われる。その1つは、放電電流値iの時間的変化(di
/dt)を監視する方法で、放電電流値iがサンプリン
グホールド回路(SH)26を介して1サンプリング分
保持され、この1サンプリング前の電流値と現在の電流
値との差を減算回路27を通して出力し、この差を比較
器28で基準値C1と比較し、基準値C1よりも大なら
ば“H”、小ならば“L”信号を出力する。他の1つは
放電電流値iの大きさを監視する方法で、放電電流値i
を比較器29で基準値C2と比較し、基準値C2より大
ならば“H”、小ならば“L”信号を出力する。そし
て、これらの比較器28,29の出力信号はORゲート
30に通され、この出力が“H”であればGTOサイリ
スタオフ信号がゲートドライブ回路24に送られる。つ
まり、上記のいずれかの方法で基準値C1またはC2よ
りも大きな値を示せば、ORゲート30から“H”信号
が出力され、GTOサイリスタ20がオフされ、インバ
ータ回路7の短絡事故発生時に、外付けフィルタコンデ
ンサバンク14から急放電による過電流がインバータ回
路7に流れ込むのを阻止するのである。
Next, the operation of the abnormal rapid discharge detection circuit 23 will be described in more detail with reference to FIG. 4. Regarding the discharge current value i of the external filter capacitor bank 14 detected by the current detector 22, normal operation is performed by two methods. , Abnormality is judged. One of them is a temporal change (di) of the discharge current value i.
/ Dt), the discharge current value i is held for one sampling via the sampling and holding circuit (SH) 26, and the difference between the current value one sampling before and the current value is passed through the subtraction circuit 27. Then, the difference is compared with the reference value C1 by the comparator 28. If the difference is larger than the reference value C1, the "H" signal is output, and if the difference is smaller than the reference value C1, the "L" signal is output. The other one is a method of monitoring the magnitude of the discharge current value i.
Is compared with a reference value C2 by a comparator 29. If it is larger than the reference value C2, an "H" signal is output, and if it is smaller than the reference value C2, an "L" signal is output. The output signals of these comparators 28 and 29 are passed through the OR gate 30, and if this output is "H", the GTO thyristor off signal is sent to the gate drive circuit 24. That is, if a value larger than the reference value C1 or C2 is shown by any of the above methods, the "H" signal is output from the OR gate 30, the GTO thyristor 20 is turned off, and when the short circuit accident of the inverter circuit 7 occurs, This prevents an overcurrent due to a rapid discharge from flowing into the inverter circuit 7 from the external filter capacitor bank 14.

【0051】上記のように2つの方法で過電流の放出を
阻止するのは、インバータ回路7の上下アームが短絡
し、外付けフィルタコンデンサバンク14から過電流が
発生したことを直ちに検知し、GTOサイリスタ20を
オフさせるためである。なお、基準値C1,C2は、正
常時とインバータ回路7の上下アームが短絡した異常時
とでは電流値そのものにも、また電流の時間的変化にも
非常に大きな差があるために、容易に決定することがで
きる。
As described above, the two methods are used to prevent the release of the overcurrent by immediately detecting that the upper and lower arms of the inverter circuit 7 are short-circuited and the external filter capacitor bank 14 has generated the overcurrent. This is to turn off the thyristor 20. It should be noted that the reference values C1 and C2 are easily different because there is a very large difference between the current value itself and the time change of the current between the normal time and the abnormal time when the upper and lower arms of the inverter circuit 7 are short-circuited. You can decide.

【0052】このようにして、この請求項2記載の発明
の実施例の電気車の電力変換装置では、インバータ回路
7の上下アームが短絡した場合においても、外付けフィ
ルタコンデンサバンク14から放出した過電流を検出
し、異常急放電検出回路23およびゲートドライブ回路
24の働きによってGTOサイリスタ20をオフするの
で、インバータ回路7に過電流が流れるのを防止し、イ
ンバータ回路7のスイッチング素子の破壊を最小限にく
い止めることができる。
As described above, in the electric vehicle power converter according to the second embodiment of the present invention, even if the upper and lower arms of the inverter circuit 7 are short-circuited, the excess discharge from the external filter capacitor bank 14 is caused. Since the current is detected and the GTO thyristor 20 is turned off by the functions of the abnormal rapid discharge detection circuit 23 and the gate drive circuit 24, overcurrent is prevented from flowing in the inverter circuit 7 and the destruction of the switching element of the inverter circuit 7 is minimized. It's hard to stop.

【0053】次に、図5および図6に基づき、請求項3
記載の発明の実施例について説明する。
Next, based on FIG. 5 and FIG.
Examples of the described invention will be described.

【0054】図5に示す実施例は、図1に示した請求項
1記載の発明の実施例と図3に示した請求項2記載の発
明の実施例とを組み合わせた構成のものであり、図7お
よび図8に示した従来例と異なる点は、フィルタコンデ
ンサ6に並列に外付けフィルタコンデンサ装置31を接
続したことにある。
The embodiment shown in FIG. 5 is a combination of the embodiment of the invention of claim 1 shown in FIG. 1 and the embodiment of the invention of claim 2 shown in FIG. The difference from the conventional example shown in FIGS. 7 and 8 is that an external filter capacitor device 31 is connected in parallel with the filter capacitor 6.

【0055】この外付けフィルタコンデンサ装置31
は、図1の実施例と共通する要素として、フィルコンデ
ンサ6に並列に設けられた外付けフィルタコンデンサバ
ンク14と、フィルタコンデンサ6の両端電圧が定格電
圧である1500Vよりも低い所定の設定電圧、例えば
1100V以下になったときに外付けフィルタコンデン
サバンク14の放電のみを許可する整流素子15と、自
己消弧形整流素子としてのGTOサイリスタ16と、外
付けフィルタコンデンサバンク14の両端電圧を常時検
出していて、所定の設定電圧以下になった時にGTOサ
イリスタ16のゲートをオンする手段としての電圧検出
器17と、これらのGTOサイリスタ16、電圧検出器
17各々に対する電流制限を行なうための制限抵抗1
8,19を備えている。
This external filter capacitor device 31
The same elements as those of the embodiment of FIG. 1 include an external filter capacitor bank 14 provided in parallel with the fill capacitor 6 and a predetermined set voltage whose voltage across the filter capacitor 6 is lower than the rated voltage of 1500V, For example, the rectifying element 15 that allows only the discharge of the external filter capacitor bank 14 when the voltage becomes 1100 V or less, the GTO thyristor 16 as a self-extinguishing rectifier element, and the voltage across the external filter capacitor bank 14 is constantly detected. In addition, the voltage detector 17 as a means for turning on the gate of the GTO thyristor 16 when the voltage becomes equal to or lower than a predetermined set voltage, and the limiting resistance for limiting the current to each of the GTO thyristor 16 and the voltage detector 17. 1
8 and 19 are provided.

【0056】そして、前記電圧検出器17は、外付けフ
ィルタコンデンサバンク14の電圧を検出する電圧検出
素子32と、この電圧検出素子32の電圧検出値が比較
値以上になればGTOサイリスタ16をオフとし、比較
値以下になればGTOサイリスタ16をオンとするオン
オフ指令信号を出力する架線電圧検出回路33と、この
架線電圧検出回路33からのオンオフ指令信号に基づ
き、GTOサイリスタ16のオンオフ制御を行なうゲー
トドライブ回路34から構成される。
Then, the voltage detector 17 turns off the GTO thyristor 16 when the voltage detection element 32 for detecting the voltage of the external filter capacitor bank 14 and the voltage detection value of the voltage detection element 32 become the comparison value or more. Then, if it becomes less than or equal to the comparison value, an overhead wire voltage detection circuit 33 that outputs an on / off command signal for turning on the GTO thyristor 16, and on / off control of the GTO thyristor 16 is performed based on the on / off command signal from the overhead wire voltage detection circuit 33. It is composed of a gate drive circuit 34.

【0057】外付けフィルタコンデンサ装置31はま
た、図3に示した実施例と共通する要素として、外付け
フィルタコンデンサバンク14と直列に外付けフィルタ
コンデンサバンク14の放電方向を順方向として接続さ
れた通常時にオンするGTOサイリスタ20と、このG
TOサイリスタ20と逆並列に接続された整流素子とし
てのダイオード21と、GTOサイリスタ20と直列に
接続された外付けフィルタコンデンサバンク14の放電
電流を検出する電流検出器22と、この電流検出器22
によって検出された放電電流値を監視し、外付けフィル
タコンデンサバンク14から過電流が放電されたことを
検知したときにGTOサイリスタ20をオフさせる信号
を送る異常急放電検出回路23と、この信号を受けてG
TOサイリスタ20をオフするゲートドライブ回路24
を備えている。
The external filter capacitor device 31 is also connected in series to the external filter capacitor bank 14 with the discharge direction of the external filter capacitor bank 14 as the forward direction, as a common element with the embodiment shown in FIG. GTO thyristor 20 that is normally turned on and this G
A diode 21 as a rectifying element connected in antiparallel with the TO thyristor 20, a current detector 22 for detecting a discharge current of the external filter capacitor bank 14 connected in series with the GTO thyristor 20, and this current detector 22.
The abnormal rapid discharge detection circuit 23 that sends a signal to turn off the GTO thyristor 20 when the discharge current value detected by the external filter capacitor bank 14 is detected and the overcurrent is discharged from the external filter capacitor bank 14, and this signal. Receiving G
Gate drive circuit 24 for turning off the TO thyristor 20
Is equipped with.

【0058】次に、上記構成の請求項3記載の発明の実
施例の電気車の電力変換装置の動作について説明する。
Next, the operation of the electric power converter for an electric vehicle according to the third embodiment of the invention having the above-described structure will be described.

【0059】定格時には、架線電圧を電圧検出器17の
電圧検出素子32で検出しながら、架線電圧検出回路3
3およびゲートドライブ回路34によりGTOサイリス
タ16をスイッチング制御することにより、離線用外付
けフィルタコンデンサバンク14に低電圧保護電圧(こ
こでは、900V)より少し高めのほぼ一定の電圧値
(ここでは、1100Vに設定される)になるように充
電する。
At the rated time, the overhead line voltage detection circuit 3 detects the overhead line voltage with the voltage detecting element 32 of the voltage detector 17.
3 and the gate drive circuit 34 perform switching control of the GTO thyristor 16, so that the external filter capacitor bank 14 for disconnection has a substantially constant voltage value (here, 1100V) slightly higher than the low voltage protection voltage (here, 900V). Set to)) to charge.

【0060】この電圧検出器17の架線電圧検出回路3
3の制御機能について、図6のブロック図に基づいて説
明すると、電圧検出素子32で検出した架線電圧値vを
2つの比較器35,36に与え、ここで基準値D1(こ
こでは1100V)よりも電圧値vが高いときにはGT
Oサイリスタ16のオフ信号を出力し、基準値D2(こ
こでは1100V)よりも電圧値vが低いときにはGT
Oサイリスタ16のオン信号を出力し、ゲートドライブ
回路34がこのオンオフ信号を受けて、GTOサイリス
タ16のスイッチング制御を行ない、外付けフィルタコ
ンデンサバンク14に架線または第3軌条1の定格電圧
1500Vより低いほぼ一定の設定電圧1100Vに充
電され、維持される。
The overhead wire voltage detection circuit 3 of the voltage detector 17
The control function of No. 3 will be described based on the block diagram of FIG. 6. The overhead wire voltage value v detected by the voltage detection element 32 is given to the two comparators 35 and 36, where the reference value D1 (here, 1100V) is used. When the voltage value v is high, GT
When the OFF signal of the O thyristor 16 is output and the voltage value v is lower than the reference value D2 (here, 1100V), GT
The ON signal of the O thyristor 16 is output, and the gate drive circuit 34 receives this ON / OFF signal to control the switching of the GTO thyristor 16, and the external filter capacitor bank 14 is lower than the rated voltage 1500V of the overhead line or the third rail 1 It is charged and maintained at a substantially constant set voltage of 1100V.

【0061】そして、電圧検出素子32の検出する電圧
が1100Vよりも高いときには、離線用外付けフィル
タコンデンサバンク14からは整流素子15によってブ
ロックされて放電がなされず、パンタグラフ2の離線が
起こり、フィルタコンデンサ6の電圧が1100V以下
になれば整流素子15がオンし、外付けフィルタコンデ
ンサバンク14の電力をインバータ回路7に供給する。
このときのインバータ回路7の入力電圧の変化は、図2
に示したものとなる。そして、この第3実施例において
も、図1に示した請求項1記載の発明の実施例と同様
に、外付けフィルタコンデンサバンク14にかかる電圧
は最大でも1100Vであるので、定格電圧400Vの
コンデンサであれば、3S(シリーズ)の接続として3
S40Pの120個のコンデンサで実現できる。このよ
うに、コンデンサの耐圧を低くすることによって、従来
例と比較して、100個以上のコンデンサが削減できる
ことになる。
When the voltage detected by the voltage detecting element 32 is higher than 1100 V, the external filter capacitor bank for disconnection 14 is blocked by the rectifying element 15 and is not discharged, and the disconnection of the pantograph 2 occurs. When the voltage of the capacitor 6 becomes 1100 V or less, the rectifying element 15 is turned on and the power of the external filter capacitor bank 14 is supplied to the inverter circuit 7.
The change in the input voltage of the inverter circuit 7 at this time is shown in FIG.
It becomes the one shown in. Also in this third embodiment, the voltage applied to the external filter capacitor bank 14 is 1100V at maximum, as in the embodiment of the invention described in claim 1 shown in FIG. If so, 3 as a 3S (series) connection
It can be realized with 120 capacitors of S40P. As described above, by lowering the withstand voltage of the capacitors, 100 or more capacitors can be reduced as compared with the conventional example.

【0062】また、外付けフィルタコンデンサバンク1
4を付加することにはパンタグラフ2の離線時間の延長
に効果があるが、同時にインバータ回路7にアーム短絡
が生じると、この外付けフィルタコンデンサバンク14
から大電流が流れ込み、素子破壊やさらには周辺の回路
部品にまで被害を与える恐れがあるが、これを防ぐため
に、インバータ回路7の上下アームの短絡事故の発生時
には、異常急放電検出回路23およびゲートドライブ回
路24によるGTOサイリスタ20の遮断動作がなされ
る。
Also, the external filter capacitor bank 1
Although adding 4 is effective in extending the disconnection time of the pantograph 2, if an arm short circuit occurs in the inverter circuit 7 at the same time, the external filter capacitor bank 14
There is a risk that a large current will flow from the device to damage the elements and even the surrounding circuit components. To prevent this, when a short circuit accident occurs between the upper and lower arms of the inverter circuit 7, the abnormal rapid discharge detection circuit 23 and The gate drive circuit 24 shuts off the GTO thyristor 20.

【0063】すなわち、請求項2記載の発明の実施例の
動作として図4に基づいて説明したように、外付けフィ
ルタコンデンサバンク14から放出される過電流はGT
Oサイリスタ20を介してインバータ回路7に流れ込も
うとするが、GTOサイリスタ20に直列に接続された
電流検出器22が過電流を検出し、異常急放電検出回路
23がGTOサイリスタ20をオフさせる信号をゲート
ドライブ回路24に送り、GTOサイリスタ20をオフ
させ、外付けフィルタコンデンサバンク14から放出さ
れた過電流がインバータ回路7に流れ込むのを阻止す
る。
That is, as described with reference to FIG. 4 as the operation of the embodiment of the invention described in claim 2, the overcurrent emitted from the external filter capacitor bank 14 is GT.
Although it tries to flow into the inverter circuit 7 through the O thyristor 20, the current detector 22 connected in series to the GTO thyristor 20 detects an overcurrent, and the abnormal rapid discharge detection circuit 23 turns off the GTO thyristor 20. A signal is sent to the gate drive circuit 24 to turn off the GTO thyristor 20 and prevent the overcurrent emitted from the external filter capacitor bank 14 from flowing into the inverter circuit 7.

【0064】こうして、この請求項3記載の発明の実施
例の電気車の電力変換装置では、パンタグラフの離線時
間を延長するための外付けフィルタコンデンサ装置を比
較的小形に構成することができ、しかも、インバータ回
路の上下アームの短絡事故発生時に、外付けフィルタコ
ンデンサ装置の存在により過電流がインバータ回路のス
イッチング素子に流れ込むのを防止することができる。
Thus, in the electric vehicle power converter of the embodiment of the present invention as defined in claim 3, the external filter capacitor device for extending the disconnection time of the pantograph can be constructed in a relatively small size. It is possible to prevent an overcurrent from flowing into the switching element of the inverter circuit due to the presence of the external filter capacitor device when a short circuit of the upper and lower arms of the inverter circuit occurs.

【0065】なお、上記各実施例において、外付けフィ
ルタコンデンサバンクの容量、構成、比較基準値C1,
C2、D1,D2などは限定されるものではなく、必要
に応じて変更できるものである。
In each of the above embodiments, the capacity, configuration, and comparison reference value C1 of the external filter capacitor bank are set.
C2, D1, D2, etc. are not limited and can be changed as necessary.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上のように請求項1記載の発明によれ
ば、パンタグラフの離線時のインバータ回路を長い時間
継続動作させることができ、しかも比較的低い電圧で外
付けフィルタコンデンサバンクが充電されるようにして
いるために、このコンデンサバンクの構成のためコンデ
ンサを耐圧の低いもので構成することができ、小形化、
低コスト化が図れる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the inverter circuit when the pantograph is disconnected can be continuously operated for a long time, and the external filter capacitor bank is charged with a relatively low voltage. Because of this, because of the configuration of this capacitor bank, it is possible to configure the capacitor with a low withstand voltage, downsizing,
Cost reduction can be achieved.

【0067】また請求項2記載の発明によれば、インバ
ータ回路のスイッチング素子が破壊されて上下アームの
短絡事故が起きた場合には、外付けフィルタコンデンサ
バンクから過大な放電電流が急激にインバータ回路内に
流れ込むことを防止し、インバータ回路の短絡事故時の
素子破壊を最小限にくい止めることができる。
According to the second aspect of the present invention, when the switching element of the inverter circuit is destroyed and a short circuit of the upper and lower arms occurs, an excessive discharge current from the external filter capacitor bank is suddenly generated. It is possible to prevent the element from flowing into the inside and to prevent the destruction of the element at the time of a short circuit accident of the inverter circuit.

【0068】さらに請求項3記載の発明によれば、外付
けフィルタコンデンサバンクの小形化、低コスト化が図
れ、同時に、外付けフィルタコンデンサバンクが付加さ
れていても、インバータ回路の短絡事故時に外付けフィ
ルタコンデンサバンクから過電流がインバータ回路に流
入するのを確実に防止し、素子破壊を最小限にくい止め
ることができる。
Further, according to the third aspect of the present invention, the external filter capacitor bank can be downsized and the cost can be reduced, and at the same time, even if the external filter capacitor bank is added, the external filter capacitor bank can be externally operated in the event of a short circuit of the inverter circuit. It is possible to surely prevent an overcurrent from flowing into the inverter circuit from the attached filter capacitor bank, and to prevent element destruction to a minimum.

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

【図1】請求項1記載の発明の実施例の回路ブロック
図。
FIG. 1 is a circuit block diagram of an embodiment of the invention described in claim 1.

【図2】上記実施例の動作を示すタイミングチャート。FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the above embodiment.

【図3】請求項2記載の発明の実施例の回路ブロック
図。
FIG. 3 is a circuit block diagram of an embodiment of the invention described in claim 2.

【図4】上記実施例における異常急放電検出回路の制御
機能を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a control function of an abnormal rapid discharge detection circuit in the above embodiment.

【図5】請求項3記載の発明の実施例の回路ブロック
図。
FIG. 5 is a circuit block diagram of an embodiment of the invention according to claim 3;

【図6】上記実施例における架線電圧検出回路の制御機
能を示すブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing a control function of an overhead line voltage detection circuit in the above embodiment.

【図7】従来例の回路ブロック図。FIG. 7 is a circuit block diagram of a conventional example.

【図8】他の従来例の回路ブロック図。FIG. 8 is a circuit block diagram of another conventional example.

【図9】従来例の動作を示すタイミングチャート。FIG. 9 is a timing chart showing the operation of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 架線または第3軌条 2 パンタグラフ 6 フィルタコンデンサ 7 インバータ回路 14 外付けフィルタコンデンサバンク 15 整流素子 16 GTOサイリスタ 17 電圧検出器 20 GTOサイリスタ 21 ダイオード 22 電流検出器 23 異常急放電検出回路 24 ゲートドライブ回路 25 外付けフィルタコンデンサ装置 32 電圧検出素子 33 架線電圧検出回路 34 ゲートドライブ回路 1 Overhead line or 3rd rail 2 Pantograph 6 Filter capacitor 7 Inverter circuit 14 External filter capacitor bank 15 Rectifier element 16 GTO thyristor 17 Voltage detector 20 GTO thyristor 21 Diode 22 Current detector 23 Abnormal sudden discharge detection circuit 24 Gate drive circuit 25 External filter capacitor device 32 Voltage detection element 33 Overhead line voltage detection circuit 34 Gate drive circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 架線または第3軌条から直流電力をパン
タグラフを介して取り込み、フィルタコンデンサを介し
てこれに並列に接続されたインバータ回路に供給し、直
流・交流電力変換して電気車の各種負荷に供給する電気
車の電力変換装置において、 前記フィルタコンデンサに並列に、自己消弧型半導体素
子と、この自己消弧型半導体素子を介して充電される複
数のコンデンサから成る外付けフィルタコンデンサバン
クと、前記外付けフィルタコンデンサバンクから前記イ
ンバータ回路の直流入力側への放電のみを許可する整流
素子と、前記外付けフィルタコンデンサバンクの両端電
圧を検出し、この両端電圧が前記インバータ回路の入力
直流電圧の定格値よりも低い所定の設定電圧を維持する
ように前記自己消弧型半導体素子のオンオフ動作を制御
する手段とを備えて成る電気車の電力変換装置。
1. A variety of loads of an electric vehicle that receives DC power from an overhead wire or a third rail via a pantograph and supplies it to an inverter circuit connected in parallel via a filter capacitor to convert DC / AC power. In the power conversion device for an electric vehicle that supplies the self-extinguishing type semiconductor element in parallel with the filter capacitor, and an external filter capacitor bank including a plurality of capacitors charged through the self-extinguishing type semiconductor element. A rectifying element that allows only discharge from the external filter capacitor bank to the DC input side of the inverter circuit, and a voltage across the external filter capacitor bank is detected, and the voltage across the rectifier element is the input DC voltage of the inverter circuit. ON / OFF of the self-extinguishing type semiconductor device so as to maintain a predetermined set voltage lower than the rated value of Power conversion apparatus for an electric vehicle comprising a means for controlling the work.
【請求項2】 架線または第3軌条から直流電力をパン
タグラフを介して取り込み、フィルタコンデンサを介し
てこれに並列に接続されたインバータ回路に供給し、直
流・交流電力変換して電気車の各種負荷に供給する電気
車の電力変換装置において、 前記フィルタコンデンサに並列に接続され、前記パンタ
グラフの瞬時離線時においても前記インバータ回路に直
流電力を供給するための複数のコンデンサから成る外付
けフィルタコンデンサバンクと、前記外付けフィルタコ
ンデンサバンクからの放電電流値を検出し、前記インバ
ータ回路のアーム短絡事故時に前記インバータ回路と前
記外付けフィルタコンデンサバンクとを電気的に遮断す
る手段とを備えて成る電気車の電力変換装置。
2. Various loads of an electric vehicle by taking in DC power from an overhead wire or a third rail via a pantograph and supplying it to an inverter circuit connected in parallel via a filter capacitor to convert DC / AC power. In the power conversion device for an electric vehicle to be supplied to an external filter capacitor bank, which is connected in parallel to the filter capacitor and comprises a plurality of capacitors for supplying DC power to the inverter circuit even when the pantograph is momentarily disconnected, An electric vehicle comprising means for detecting a discharge current value from the external filter capacitor bank and electrically disconnecting the inverter circuit and the external filter capacitor bank in the event of an arm short circuit of the inverter circuit. Power converter.
【請求項3】 架線または第3軌条から直流電力をパン
タグラフを介して取り込み、フィルタコンデンサを介し
てこれに並列に接続されたインバータ回路に供給し、直
流・交流電力変換して電気車の各種負荷に供給する電気
車の電力変換装置において、 前記フィルタコンデンサに並列に、自己消弧型半導体素
子と、この自己消弧型半導体素子を介して充電される複
数のコンデンサから成る外付けフィルタコンデンサバン
クと、前記外付けフィルタコンデンサバンクから前記イ
ンバータ回路の直流入力側への放電のみを許可する整流
素子と、前記外付けフィルタコンデンサバンクの両端電
圧を検出し、この両端電圧が前記インバータ回路の入力
直流電圧の定格値よりも低い所定の設定電圧を維持する
ように前記自己消弧型半導体素子のオンオフ動作を制御
する手段と、前記外付けフィルタコンデンサバンクから
の放電電流値を検出し、前記インバータ回路のアーム短
絡事故時に前記インバータ回路と前記外付けフィルタコ
ンデンサバンクとを電気的に遮断する手段とを備えて成
る電気車の電力変換装置。
3. Various loads of an electric vehicle by taking in DC power from an overhead wire or a third rail via a pantograph and supplying it to an inverter circuit connected in parallel via a filter capacitor to convert DC / AC power. In the power conversion device for an electric vehicle that supplies the self-extinguishing type semiconductor element in parallel with the filter capacitor, and an external filter capacitor bank including a plurality of capacitors charged through the self-extinguishing type semiconductor element. A rectifying element that allows only discharge from the external filter capacitor bank to the DC input side of the inverter circuit, and a voltage across the external filter capacitor bank is detected, and the voltage across the rectifier element is the input DC voltage of the inverter circuit. ON / OFF of the self-extinguishing type semiconductor device so as to maintain a predetermined set voltage lower than the rated value of A means for controlling the operation, and a means for detecting the discharge current value from the external filter capacitor bank, and electrically disconnecting the inverter circuit and the external filter capacitor bank at the time of an arm short circuit accident of the inverter circuit. An electric vehicle power conversion device provided.
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