JP3211071B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、交流電気車に用いる交
流、直流間の変換を行う電力変換装置に関する。
流、直流間の変換を行う電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】交流を電源とし、誘導電動機を駆動する
交流電気車の電力変換器としては、図６に示すＰＷＭコ
ンバータ、インバータ電気車がある。１は交流電源、２
は変圧器１次巻線、３は変圧器２次巻線、４はＰＷＭコ
ンバータ、５は平滑コンデンサ、６はＰＷＭインバー
タ、７は誘導電動機、８、９は回路を入切する交流接触
器、１０は充電抵抗を示す。ＰＷＭコンバータ４及びＰ
ＷＭインバータ６はＧＴＯ、ＩＧＢＴなど自己消弧形素
子とそれに逆並列に接続したダイオードから構成されて
いる。この構成により、電気車の力行時には、ＰＷＭコ
ンバータ４が電源側の単相交流を直流に変換し、ＰＷＭ
インバータ６が直流を３相交流に変換し、３相交流を誘
導電動機７に供給することにより、誘導電動機７は駆動
され、電気車が走行する。また、回生時には、誘導電動
機７を電源とし、ＰＷＭインバータ６で直流に変換し、
ＰＷＭコンバータ４で単相交流に変換して交流電源１に
電力を返すことにより回生ブレーキをかける。力行及び
回生時には、交流接触器８は閉じておき、交流接触器９
は開いておく。図６において、電気車を最初に起動する
とき、あるいは、惰行状態から力行、回生状態に移ると
き、平滑コンデンサ５が充電されていない場合には、力
行時には交流電源１から、また、回生時には誘導電動機
７を電源として、平滑コンデンサ５に大きな突入電流が
流れ、機器や素子を破壊する恐れがあり、また、平滑コ
ンデンサ５を過充電し、過電圧が発生してしまう。これ
を防ぐには、ＰＷＭインバータ６を起動する前に直流電
源に相当する平滑コンデンサ５を初期充電する必要があ
る。その場合には、交流接触器８を開いて、交流接触器
９を閉じることにより、交流電源１から変圧器３を経て
充電抵抗１０、ＰＷＭコンバータ４のダイオードを通し
て平滑コンデンサ５を充電する。充電が終了すると、交
流接触器９を開いて、交流接触器８を閉じることにより
力行または回生状態に移ることができる。このように交
流接触器８、９を切り替えて充電抵抗１０を通して充電
することで、突入電流を流すことなく、平滑コンデンサ
５を充電することができる。図７は、別の交流電車の電
力変換器の構成を示す。図６と同じ働きをするものに
は、同じ番号をつけてある。図７において、１１はダイ
オードと自己消弧能力のないサイリスタを用いた混合ブ
リッジ回路、１２は平滑リアクトルである。この回路で
平滑コンデンサ５を初期充電するには、混合ブリッジ回
路１１のサイリスタの点弧角を調整して徐々に電圧を発
生させることにより行う。これにより図６の交流接触器
９、充電抵抗１０のような初期充電回路を用いなくて
も、突入電流を流すことなく充電することができる。但
し、この構成では、回生ブレーキを掛けることができな
いので、発電ブレーキ回路など他のブレーキ回路（図７
には、図示せず。）が必要になる。図８は、また別の交
流電車の電力変換器の構成を示す。１３は均一ブリッジ
回路、１４は力行、回生で回路を切り替えるＰＢ転換
器、１５は変圧器３次巻線、１６は混合ブリッジ回路で
ある。これは図７に示した構成で回生を行うために混合
ブリッジ回路を全てサイリスタとした均一ブリッジ回路
とし、力行時（Ｐ）と回生時（Ｂ）で回路を切り替える
ＰＢ転換器１４を設けたものである。しかしながら、こ
の場合には、ＰＢ転換器１４を回生（Ｂ）側にしたとき
には、均一ブリッジ回路１３に対して平滑コンデンサ５
の極性が逆になるため、平滑コンデンサ５を初期充電す
ることができない。そこで、変圧器３次巻線１５から混
合ブリッジ回路１６によって初期充電を行なう回路が追
加されている。また、特開昭６３−１８６５６８号公報
には、交流電源に接触器を介して変圧器の一次巻線を接
続し、変圧器の二次巻線から交直変換器を介して直流回
路部の大容量のコンデンサに電力を供給する電力変換器
において、蓄電池と補助インバータからなる別電源を設
け、接触器を開放した状態で別電源からコンデンサを初
期充電することが記載されている。
交流電気車の電力変換器としては、図６に示すＰＷＭコ
ンバータ、インバータ電気車がある。１は交流電源、２
は変圧器１次巻線、３は変圧器２次巻線、４はＰＷＭコ
ンバータ、５は平滑コンデンサ、６はＰＷＭインバー
タ、７は誘導電動機、８、９は回路を入切する交流接触
器、１０は充電抵抗を示す。ＰＷＭコンバータ４及びＰ
ＷＭインバータ６はＧＴＯ、ＩＧＢＴなど自己消弧形素
子とそれに逆並列に接続したダイオードから構成されて
いる。この構成により、電気車の力行時には、ＰＷＭコ
ンバータ４が電源側の単相交流を直流に変換し、ＰＷＭ
インバータ６が直流を３相交流に変換し、３相交流を誘
導電動機７に供給することにより、誘導電動機７は駆動
され、電気車が走行する。また、回生時には、誘導電動
機７を電源とし、ＰＷＭインバータ６で直流に変換し、
ＰＷＭコンバータ４で単相交流に変換して交流電源１に
電力を返すことにより回生ブレーキをかける。力行及び
回生時には、交流接触器８は閉じておき、交流接触器９
は開いておく。図６において、電気車を最初に起動する
とき、あるいは、惰行状態から力行、回生状態に移ると
き、平滑コンデンサ５が充電されていない場合には、力
行時には交流電源１から、また、回生時には誘導電動機
７を電源として、平滑コンデンサ５に大きな突入電流が
流れ、機器や素子を破壊する恐れがあり、また、平滑コ
ンデンサ５を過充電し、過電圧が発生してしまう。これ
を防ぐには、ＰＷＭインバータ６を起動する前に直流電
源に相当する平滑コンデンサ５を初期充電する必要があ
る。その場合には、交流接触器８を開いて、交流接触器
９を閉じることにより、交流電源１から変圧器３を経て
充電抵抗１０、ＰＷＭコンバータ４のダイオードを通し
て平滑コンデンサ５を充電する。充電が終了すると、交
流接触器９を開いて、交流接触器８を閉じることにより
力行または回生状態に移ることができる。このように交
流接触器８、９を切り替えて充電抵抗１０を通して充電
することで、突入電流を流すことなく、平滑コンデンサ
５を充電することができる。図７は、別の交流電車の電
力変換器の構成を示す。図６と同じ働きをするものに
は、同じ番号をつけてある。図７において、１１はダイ
オードと自己消弧能力のないサイリスタを用いた混合ブ
リッジ回路、１２は平滑リアクトルである。この回路で
平滑コンデンサ５を初期充電するには、混合ブリッジ回
路１１のサイリスタの点弧角を調整して徐々に電圧を発
生させることにより行う。これにより図６の交流接触器
９、充電抵抗１０のような初期充電回路を用いなくて
も、突入電流を流すことなく充電することができる。但
し、この構成では、回生ブレーキを掛けることができな
いので、発電ブレーキ回路など他のブレーキ回路（図７
には、図示せず。）が必要になる。図８は、また別の交
流電車の電力変換器の構成を示す。１３は均一ブリッジ
回路、１４は力行、回生で回路を切り替えるＰＢ転換
器、１５は変圧器３次巻線、１６は混合ブリッジ回路で
ある。これは図７に示した構成で回生を行うために混合
ブリッジ回路を全てサイリスタとした均一ブリッジ回路
とし、力行時（Ｐ）と回生時（Ｂ）で回路を切り替える
ＰＢ転換器１４を設けたものである。しかしながら、こ
の場合には、ＰＢ転換器１４を回生（Ｂ）側にしたとき
には、均一ブリッジ回路１３に対して平滑コンデンサ５
の極性が逆になるため、平滑コンデンサ５を初期充電す
ることができない。そこで、変圧器３次巻線１５から混
合ブリッジ回路１６によって初期充電を行なう回路が追
加されている。また、特開昭６３−１８６５６８号公報
には、交流電源に接触器を介して変圧器の一次巻線を接
続し、変圧器の二次巻線から交直変換器を介して直流回
路部の大容量のコンデンサに電力を供給する電力変換器
において、蓄電池と補助インバータからなる別電源を設
け、接触器を開放した状態で別電源からコンデンサを初
期充電することが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す構成の初期
充電回路では、交流接触器９及び充電抵抗１０が高電圧
回路中にある（例えば、変圧器２次巻線３の電圧は１０
００Ｖといった値になる。）ので、絶縁距離を大きく取
る必要があり、装置が大形化するという問題があった。
また、図７に示すサイリスタコンバータによる構成で
は、初期充電回路は不要となるが、回生ができないとい
う問題があった。また、図８に示すサイリスタからなる
均一ブリッジ回路構成では、回生を行なうためにＰＢ転
換器１４、混合ブリッジ回路１６を追加する必要がある
という問題があった。さらに、特開昭６３−１８６５６
８号公報に記載された電力変換器では、接触器を交流電
源と変圧器の一次巻線の間に接続しているため、この変
圧器から初期充電用の電源を確保することができず、そ
のため蓄電池と補助インバータからなる別電源を設ける
ことが必要となり、別電源としての装置が大形化し、ま
た、初期充電回路が複雑になるという問題があった。本
発明の目的は、ＰＷＭコンバータ、ＰＷＭインバータ電
気車において、初期充電回路の簡単化及び装置の小形
化、低コスト化するに好適な電力変換装置を提供するこ
とにある。
充電回路では、交流接触器９及び充電抵抗１０が高電圧
回路中にある（例えば、変圧器２次巻線３の電圧は１０
００Ｖといった値になる。）ので、絶縁距離を大きく取
る必要があり、装置が大形化するという問題があった。
また、図７に示すサイリスタコンバータによる構成で
は、初期充電回路は不要となるが、回生ができないとい
う問題があった。また、図８に示すサイリスタからなる
均一ブリッジ回路構成では、回生を行なうためにＰＢ転
換器１４、混合ブリッジ回路１６を追加する必要がある
という問題があった。さらに、特開昭６３−１８６５６
８号公報に記載された電力変換器では、接触器を交流電
源と変圧器の一次巻線の間に接続しているため、この変
圧器から初期充電用の電源を確保することができず、そ
のため蓄電池と補助インバータからなる別電源を設ける
ことが必要となり、別電源としての装置が大形化し、ま
た、初期充電回路が複雑になるという問題があった。本
発明の目的は、ＰＷＭコンバータ、ＰＷＭインバータ電
気車において、初期充電回路の簡単化及び装置の小形
化、低コスト化するに好適な電力変換装置を提供するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、１次巻線が
交流電源に接続される変圧器の２次巻線に第一の接触器
を介して交流側が接続されるコンバータと、直流平滑コ
ンデンサと、電気車を駆動する交流電動機に続されるＰ
ＷＭインバータとからなる交流電気車の電力変換装置に
おいて、前記コンバータは、ダイオードが逆極性で並列
接続された自己消弧形素子を複数用いて交流を直流に変
換又はその逆変換するＰＷＭコンバータであって、変圧
器に設けられ、２次巻線より低い電圧を出力する３次巻
線と、３次巻線の出力に第二の接触器を介して接続さ
れ、３次巻線出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、昇圧
トランスの昇圧側の出力を整流して直流平滑コンデンサ
を充電する整流回路とを備え、電気車の力行の始動時に
第二の接触器を閉じてＰＷＭコンバータのダイオードで
整流される２次巻線の整流電圧よりも低い所定値の電圧
まで直流平滑コンデンサを初期充電し、その後第一の接
触器を閉じて２次巻線の整流電圧まで直流平滑コンデン
サを予備充電することにより、達成される。
交流電源に接続される変圧器の２次巻線に第一の接触器
を介して交流側が接続されるコンバータと、直流平滑コ
ンデンサと、電気車を駆動する交流電動機に続されるＰ
ＷＭインバータとからなる交流電気車の電力変換装置に
おいて、前記コンバータは、ダイオードが逆極性で並列
接続された自己消弧形素子を複数用いて交流を直流に変
換又はその逆変換するＰＷＭコンバータであって、変圧
器に設けられ、２次巻線より低い電圧を出力する３次巻
線と、３次巻線の出力に第二の接触器を介して接続さ
れ、３次巻線出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、昇圧
トランスの昇圧側の出力を整流して直流平滑コンデンサ
を充電する整流回路とを備え、電気車の力行の始動時に
第二の接触器を閉じてＰＷＭコンバータのダイオードで
整流される２次巻線の整流電圧よりも低い所定値の電圧
まで直流平滑コンデンサを初期充電し、その後第一の接
触器を閉じて２次巻線の整流電圧まで直流平滑コンデン
サを予備充電することにより、達成される。
【０００５】
【作用】本発明は、主回路の電源を形成する変圧器に３
次巻線を設け、この３次巻線の電圧を、主回路の電源を
形成する変圧器２次巻線の電圧（例えば、１０００Ｖ）
に比べて、例えば５００Ｖ程度に低くすると、変圧器３
次巻線側には耐圧の低い交流接触器、充電抵抗を用いる
ことができ、ダイオードブリッジ回路を追加しても初期
充電回路としての装置の大きさは小形化でき、また、コ
ストも下げることができる。また、この変圧器３次巻線
側の初期充電回路により、平滑コンデンサを初期充電す
ると、初期充電電圧は、変圧器３次巻線電圧を５００Ｖ
（実効値）とすると、そのルート２倍の７０７Ｖにな
る。その後、変圧器２次巻線側の交流接触器を閉じてさ
らに予備充電することにより、初期充電しなかった場合
に比べ、突入電流を小さくでき、過充電の発生を防ぐこ
とができる。
次巻線を設け、この３次巻線の電圧を、主回路の電源を
形成する変圧器２次巻線の電圧（例えば、１０００Ｖ）
に比べて、例えば５００Ｖ程度に低くすると、変圧器３
次巻線側には耐圧の低い交流接触器、充電抵抗を用いる
ことができ、ダイオードブリッジ回路を追加しても初期
充電回路としての装置の大きさは小形化でき、また、コ
ストも下げることができる。また、この変圧器３次巻線
側の初期充電回路により、平滑コンデンサを初期充電す
ると、初期充電電圧は、変圧器３次巻線電圧を５００Ｖ
（実効値）とすると、そのルート２倍の７０７Ｖにな
る。その後、変圧器２次巻線側の交流接触器を閉じてさ
らに予備充電することにより、初期充電しなかった場合
に比べ、突入電流を小さくでき、過充電の発生を防ぐこ
とができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。図１は、本発明の一実施例を示す回路構成図
である。図１において、１は交流電源であり、例えば新
幹線の場合では２５０００Ｖ、２は変圧器１次巻線、３
は１０００Ｖ程度に降圧する変圧器２次巻線、４はＰＷ
Ｍコンバータ、５は平滑コンデンサ、６はＰＷＭインバ
ータ、７は誘導電動機、８は交流接触器、１５は変圧器
２次巻線３より低い電圧（例えば、５００Ｖ）を発生す
る変圧器３次巻線、１７は交流接触器、１８は充電抵
抗、１９はダイオードブリッジ回路を示す。変圧器３次
巻線１５、交流接触器１７、充電抵抗１８及びダイオー
ドブリッジ回路１９から初期充電回路を構成する。ＰＷ
Ｍコンバータ４及びＰＷＭインバータ６は、ＧＴＯなど
自己消弧形素子とそれに逆並列に接続したダイオードか
ら成る回路を２直列接続し、これを１相としている。
説明する。図１は、本発明の一実施例を示す回路構成図
である。図１において、１は交流電源であり、例えば新
幹線の場合では２５０００Ｖ、２は変圧器１次巻線、３
は１０００Ｖ程度に降圧する変圧器２次巻線、４はＰＷ
Ｍコンバータ、５は平滑コンデンサ、６はＰＷＭインバ
ータ、７は誘導電動機、８は交流接触器、１５は変圧器
２次巻線３より低い電圧（例えば、５００Ｖ）を発生す
る変圧器３次巻線、１７は交流接触器、１８は充電抵
抗、１９はダイオードブリッジ回路を示す。変圧器３次
巻線１５、交流接触器１７、充電抵抗１８及びダイオー
ドブリッジ回路１９から初期充電回路を構成する。ＰＷ
Ｍコンバータ４及びＰＷＭインバータ６は、ＧＴＯなど
自己消弧形素子とそれに逆並列に接続したダイオードか
ら成る回路を２直列接続し、これを１相としている。
【０００７】この構成により、電気車の力行時には、交
流電源１の単相交流が変圧器１次巻線２、２次巻線３を
介して、交流接触器８を通してＰＷＭコンバータ４に供
給され、ＰＷＭコンバータ４においてダイオードから成
る回路を介して電源側の単相交流を直流に変換し、ＰＷ
Ｍインバータ６においてＧＴＯなど自己消弧形素子を点
弧制御して直流を３相交流に変換し、この３相交流を誘
導電動機７に供給して誘導電動機７を駆動し、電気車は
走行する。また、回生時には、誘導電動機７を電源と
し、３相交流をＰＷＭインバータ６でダイオードから成
る回路を介して直流に変換し、ＰＷＭコンバータ４でＧ
ＴＯなど自己消弧形素子を点弧制御して単相交流に変換
し、交流接触器８と変圧器１次巻線２、２次巻線３を介
して交流電源１に電力を返し、回生ブレーキをかける。
ここで、力行及び回生時には、交流接触器８は閉じてお
き、交流接触器１７は開いておく。
流電源１の単相交流が変圧器１次巻線２、２次巻線３を
介して、交流接触器８を通してＰＷＭコンバータ４に供
給され、ＰＷＭコンバータ４においてダイオードから成
る回路を介して電源側の単相交流を直流に変換し、ＰＷ
Ｍインバータ６においてＧＴＯなど自己消弧形素子を点
弧制御して直流を３相交流に変換し、この３相交流を誘
導電動機７に供給して誘導電動機７を駆動し、電気車は
走行する。また、回生時には、誘導電動機７を電源と
し、３相交流をＰＷＭインバータ６でダイオードから成
る回路を介して直流に変換し、ＰＷＭコンバータ４でＧ
ＴＯなど自己消弧形素子を点弧制御して単相交流に変換
し、交流接触器８と変圧器１次巻線２、２次巻線３を介
して交流電源１に電力を返し、回生ブレーキをかける。
ここで、力行及び回生時には、交流接触器８は閉じてお
き、交流接触器１７は開いておく。
【０００８】電気車の始動時や回生ブレーキ時など平滑
コンデンサ５が充電されていない場合には、交流接触器
８を開き、交流接触器１７を閉じ、変圧器３次巻線１５
から充電抵抗１８、ダイオードブリッジ回路１９を通し
て変圧器３次巻線電圧のルート２倍の電圧まで初期充電
する。例えば、変圧器３次巻線電圧を５００Ｖ（実効
値）とすると、平滑コンデンサ５の初期充電電圧は、そ
のルート２倍の７０７Ｖになる。その後交流接触器１７
を開いて、変圧器２次巻線３側の交流接触器８を閉じる
と、この場合変圧器２次巻線電圧１０００Ｖ（実効値）
とすると、ＰＷＭコンバータ４のダイオードブリッジ回
路を介してさらに平滑コンデンサ５を充電する。このと
きすでに平滑コンデンサ５は初期充電されているので、
突入電流も小さく、過充電することもなく、平滑コンデ
ンサ５は充電される。
コンデンサ５が充電されていない場合には、交流接触器
８を開き、交流接触器１７を閉じ、変圧器３次巻線１５
から充電抵抗１８、ダイオードブリッジ回路１９を通し
て変圧器３次巻線電圧のルート２倍の電圧まで初期充電
する。例えば、変圧器３次巻線電圧を５００Ｖ（実効
値）とすると、平滑コンデンサ５の初期充電電圧は、そ
のルート２倍の７０７Ｖになる。その後交流接触器１７
を開いて、変圧器２次巻線３側の交流接触器８を閉じる
と、この場合変圧器２次巻線電圧１０００Ｖ（実効値）
とすると、ＰＷＭコンバータ４のダイオードブリッジ回
路を介してさらに平滑コンデンサ５を充電する。このと
きすでに平滑コンデンサ５は初期充電されているので、
突入電流も小さく、過充電することもなく、平滑コンデ
ンサ５は充電される。
【０００９】ここで、初期充電回路１９により初期充電
した後に、交流接触器８を閉じて変圧器２次巻線３から
さらに充電したときの予備充電電圧と平滑コンデンサ５
に流れる突入電流及び平滑コンデンサ充電電圧の関係を
計算した結果を図９に示す。ここでの計算条件は、変圧
器２次電圧１０００Ｖ（実効値）、平滑コンデンサ容量
２４ｍＦ、回路インダクタンス１ｍＨとした。図９よ
り、予備充電電圧が５００Ｖ以上になると、充電抵抗１
８を通すことなく、直接交流接触器８を閉じても平滑コ
ンデンサ５は過充電しなくなり、平滑コンデンサ充電電
圧は変圧器２次電圧１０００Ｖのルート２倍で１４１４
Ｖとなる。また、突入電流についても予備充電をしない
場合には、６０００Ａもの突入電流が流れるが、予備充
電電圧を例えば７０７Ｖにすると、２５００Ａ程度にま
で抑えることができる。このように、本実施例では、電
気車の始動時や回生ブレーキ時など平滑コンデンサ５が
充電されていない場合に、平滑コンデンサの突入電流及
び過充電を抑えるので、初期充電回路は低圧の機器で構
成でき、ダイオードブリッジ回路１９の電流容量も充電
電流を流すだけの小さいものですむので、装置の大きさ
は、従来の主回路の変圧器２次巻線側に初期充電回路を
設ける場合に比べて、小形にでき、また、コストも低く
でき、さらに、回路を簡単化することができる。
した後に、交流接触器８を閉じて変圧器２次巻線３から
さらに充電したときの予備充電電圧と平滑コンデンサ５
に流れる突入電流及び平滑コンデンサ充電電圧の関係を
計算した結果を図９に示す。ここでの計算条件は、変圧
器２次電圧１０００Ｖ（実効値）、平滑コンデンサ容量
２４ｍＦ、回路インダクタンス１ｍＨとした。図９よ
り、予備充電電圧が５００Ｖ以上になると、充電抵抗１
８を通すことなく、直接交流接触器８を閉じても平滑コ
ンデンサ５は過充電しなくなり、平滑コンデンサ充電電
圧は変圧器２次電圧１０００Ｖのルート２倍で１４１４
Ｖとなる。また、突入電流についても予備充電をしない
場合には、６０００Ａもの突入電流が流れるが、予備充
電電圧を例えば７０７Ｖにすると、２５００Ａ程度にま
で抑えることができる。このように、本実施例では、電
気車の始動時や回生ブレーキ時など平滑コンデンサ５が
充電されていない場合に、平滑コンデンサの突入電流及
び過充電を抑えるので、初期充電回路は低圧の機器で構
成でき、ダイオードブリッジ回路１９の電流容量も充電
電流を流すだけの小さいものですむので、装置の大きさ
は、従来の主回路の変圧器２次巻線側に初期充電回路を
設ける場合に比べて、小形にでき、また、コストも低く
でき、さらに、回路を簡単化することができる。
【００１０】図２に、本発明の他の実施例を示す。本実
施例は、図１のＰＷＭコンバータ４、ＰＷＭインバータ
６の代わりに３レベルＰＷＭコンバータ２２、３レベル
ＰＷＭインバータ２３としたものである。このとき平滑
コンデンサは５ａ，５ｂのように２つのコンデンサを直
列接続したものになる。この場合でも図１と同様平滑コ
ンデンサ５ａ，５ｂの両端に初期充電回路を接続すれば
よく、初期充電回路の動作も図１と同じである。
施例は、図１のＰＷＭコンバータ４、ＰＷＭインバータ
６の代わりに３レベルＰＷＭコンバータ２２、３レベル
ＰＷＭインバータ２３としたものである。このとき平滑
コンデンサは５ａ，５ｂのように２つのコンデンサを直
列接続したものになる。この場合でも図１と同様平滑コ
ンデンサ５ａ，５ｂの両端に初期充電回路を接続すれば
よく、初期充電回路の動作も図１と同じである。
【００１１】図３に、本発明のさらに他の実施例を示
す。本実施例は、電気車の力行時及び回生時の動作は図
１と同様であり、図１の交流接触器１７、充電抵抗１
８、ダイオードブリッジ回路１９からなる初期充電回路
の代わりに混合ブリッジ回路１６を初期充電回路として
用いたものである。この場合、初期充電は、混合ブリッ
ジ回路１６のサイリスタの点弧角を調整する回路（図示
せず）を用い、サイリスタの点弧角を調整して徐々に電
圧を発生させることにより行う。本実施例では、電気車
に回生ブレーキを掛けることができると共に、初期充電
回路として混合ブリッジ回路１６を用いることにより、
交流接触器１７、充電抵抗１８を省略でき、初期充電回
路の簡単化及び装置としての小形化、低コスト化が可能
となる。
す。本実施例は、電気車の力行時及び回生時の動作は図
１と同様であり、図１の交流接触器１７、充電抵抗１
８、ダイオードブリッジ回路１９からなる初期充電回路
の代わりに混合ブリッジ回路１６を初期充電回路として
用いたものである。この場合、初期充電は、混合ブリッ
ジ回路１６のサイリスタの点弧角を調整する回路（図示
せず）を用い、サイリスタの点弧角を調整して徐々に電
圧を発生させることにより行う。本実施例では、電気車
に回生ブレーキを掛けることができると共に、初期充電
回路として混合ブリッジ回路１６を用いることにより、
交流接触器１７、充電抵抗１８を省略でき、初期充電回
路の簡単化及び装置としての小形化、低コスト化が可能
となる。
【００１２】図４に、本発明のさらに他の実施例を示
す。図１から図３の初期充電回路の電源としては、変圧
器３次巻線１５を用いていたが、本実施例は、電池など
直流電源を用いる。この場合には、図４に示すように電
池２０から接触器１７、充電抵抗１８を通して平滑コン
デンサ５を充電する。また、電気車の力行時及び回生時
の動作は図１と同様である。本実施例では、電源が直流
なので、図１に示すダイオードブリッジ回路１９及び図
３に示す混合ブリッジ回路１６などの整流回路が不要に
なり、初期充電回路の簡単化及び装置としての小形化、
低コスト化が可能となる。また、電気車に回生ブレーキ
を掛けることができる。
す。図１から図３の初期充電回路の電源としては、変圧
器３次巻線１５を用いていたが、本実施例は、電池など
直流電源を用いる。この場合には、図４に示すように電
池２０から接触器１７、充電抵抗１８を通して平滑コン
デンサ５を充電する。また、電気車の力行時及び回生時
の動作は図１と同様である。本実施例では、電源が直流
なので、図１に示すダイオードブリッジ回路１９及び図
３に示す混合ブリッジ回路１６などの整流回路が不要に
なり、初期充電回路の簡単化及び装置としての小形化、
低コスト化が可能となる。また、電気車に回生ブレーキ
を掛けることができる。
【００１３】図５に、本発明を実際のＰＷＭコンバー
タ、ＰＷＭインバータ電気車に適用した場合の他の実施
例を示す。図１と同じ働きをするものには同じ番号をつ
けてある。２１は変圧器を表す。ここで、変圧器２次巻
線３ａ，３ｂ、交流接触器８ａ，８ｂ、ＰＷＭコンバー
タ４ａ，４ｂは、図１の変圧器２次巻線３、交流接触器
８、ＰＷＭコンバータ４を２つ並列接続しているが、こ
れはＰＷＭコンバータの自己消弧形素子の電流容量の関
係によるものであり、本発明の初期充電回路の構成には
影響しない。また、誘導電動機７は図５では１台として
いるが、複数台並列接続することもある。初期充電回路
については、電気車の補機の電源として使われている変
圧器３次巻線１５を電源とするので、３次巻線電圧は４
００Ｖ程度である。したがって、初期充電回路に用いる
交流接触器１７、充電抵抗１８も４００Ｖ程度の低圧の
機器を使用できる。初期充電回路の構成は、交流接触器
１７、充電抵抗１８を通して変圧器２１で４００Ｖから
８００Ｖに昇圧してダイオードブリッジ１９で整流して
平滑コンデンサ５に接続する。変圧器２１の昇圧は、平
滑コンデンサ５の初期充電電圧を高くセットして、交流
接触器８を閉じたときの突入電流をできるだけ減らすた
めに行なう。このように構成して、初期充電を行う場合
には、交流接触器８ａ，８ｂを開き、交流接触器１７を
閉じ、充電抵抗１８を通して変圧器３次巻線電圧を変圧
器２１により昇圧し、ダイオードブリッジ１９で整流し
て平滑コンデンサ５を初期充電する。このときの初期充
電電圧は、８００Ｖのルート２倍で１１３１Ｖとなる。
その後、交流接触器１７を開いて交流接触器８ａ，８ｂ
を閉じ、さらに変圧器２次巻線３ａ，３ｂ側から平滑コ
ンデンサ５を充電する。このときの突入電流は、図９よ
り１０００Ａ以下となり、過充電することもない。本実
施例では、初期充電回路の電源として、従来のように蓄
電池と補助インバータからなる大形化した別電源を設け
る必要がなく、既設の電源変圧器を用い、また、この電
源変圧器の電圧が低いとき、初期充電回路に変圧器を設
け、昇圧するので、初期充電回路の簡単化及び装置とし
ての小形化、低コスト化が可能となり、また、予備充電
時における平滑コンデンサの突入電流及び過充電を抑え
ることができる。なお、図３〜図５に示した初期充電回
路を図２に示す３レベルＰＷＭコンバータ２２、３レベ
ルＰＷＭインバータ２３からなる電力変換装置に適用で
きることは云うまでもない。
タ、ＰＷＭインバータ電気車に適用した場合の他の実施
例を示す。図１と同じ働きをするものには同じ番号をつ
けてある。２１は変圧器を表す。ここで、変圧器２次巻
線３ａ，３ｂ、交流接触器８ａ，８ｂ、ＰＷＭコンバー
タ４ａ，４ｂは、図１の変圧器２次巻線３、交流接触器
８、ＰＷＭコンバータ４を２つ並列接続しているが、こ
れはＰＷＭコンバータの自己消弧形素子の電流容量の関
係によるものであり、本発明の初期充電回路の構成には
影響しない。また、誘導電動機７は図５では１台として
いるが、複数台並列接続することもある。初期充電回路
については、電気車の補機の電源として使われている変
圧器３次巻線１５を電源とするので、３次巻線電圧は４
００Ｖ程度である。したがって、初期充電回路に用いる
交流接触器１７、充電抵抗１８も４００Ｖ程度の低圧の
機器を使用できる。初期充電回路の構成は、交流接触器
１７、充電抵抗１８を通して変圧器２１で４００Ｖから
８００Ｖに昇圧してダイオードブリッジ１９で整流して
平滑コンデンサ５に接続する。変圧器２１の昇圧は、平
滑コンデンサ５の初期充電電圧を高くセットして、交流
接触器８を閉じたときの突入電流をできるだけ減らすた
めに行なう。このように構成して、初期充電を行う場合
には、交流接触器８ａ，８ｂを開き、交流接触器１７を
閉じ、充電抵抗１８を通して変圧器３次巻線電圧を変圧
器２１により昇圧し、ダイオードブリッジ１９で整流し
て平滑コンデンサ５を初期充電する。このときの初期充
電電圧は、８００Ｖのルート２倍で１１３１Ｖとなる。
その後、交流接触器１７を開いて交流接触器８ａ，８ｂ
を閉じ、さらに変圧器２次巻線３ａ，３ｂ側から平滑コ
ンデンサ５を充電する。このときの突入電流は、図９よ
り１０００Ａ以下となり、過充電することもない。本実
施例では、初期充電回路の電源として、従来のように蓄
電池と補助インバータからなる大形化した別電源を設け
る必要がなく、既設の電源変圧器を用い、また、この電
源変圧器の電圧が低いとき、初期充電回路に変圧器を設
け、昇圧するので、初期充電回路の簡単化及び装置とし
ての小形化、低コスト化が可能となり、また、予備充電
時における平滑コンデンサの突入電流及び過充電を抑え
ることができる。なお、図３〜図５に示した初期充電回
路を図２に示す３レベルＰＷＭコンバータ２２、３レベ
ルＰＷＭインバータ２３からなる電力変換装置に適用で
きることは云うまでもない。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、主回路の電源を形成す
る変圧器に３次巻線を設け、この３次巻線の電圧を主回
路の電源を形成する変圧器２次巻線の電圧に比べて低く
するので、初期充電回路を構成する変圧器３次巻線側に
用いる交流接触器、充電抵抗などの機器の耐圧を小さく
することができ、ダイオードブリッジ回路の電流容量も
初期充電電流を流すだけの小さいものですむので、従来
の初期充電回路に比べ、初期充電回路の簡単化及び装置
としての小形化、低コスト化が可能となる。また、初期
充電回路の電源として、従来のように大形化した別電源
を設ける必要がなく、既設の電源変圧器を用い、また、
初期充電回路に昇圧変圧器を設け、昇圧するので、初期
充電回路の簡単化及び装置としての小形化、低コスト化
が可能となり、また、直流平滑コンデンサの突入電流及
び過充電を抑えることができる。
る変圧器に３次巻線を設け、この３次巻線の電圧を主回
路の電源を形成する変圧器２次巻線の電圧に比べて低く
するので、初期充電回路を構成する変圧器３次巻線側に
用いる交流接触器、充電抵抗などの機器の耐圧を小さく
することができ、ダイオードブリッジ回路の電流容量も
初期充電電流を流すだけの小さいものですむので、従来
の初期充電回路に比べ、初期充電回路の簡単化及び装置
としての小形化、低コスト化が可能となる。また、初期
充電回路の電源として、従来のように大形化した別電源
を設ける必要がなく、既設の電源変圧器を用い、また、
初期充電回路に昇圧変圧器を設け、昇圧するので、初期
充電回路の簡単化及び装置としての小形化、低コスト化
が可能となり、また、直流平滑コンデンサの突入電流及
び過充電を抑えることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図
【図２】本発明の他の実施例を示す回路構成図
【図３】本発明の他の実施例を示す回路構成図
【図４】本発明の他の実施例を示す回路構成図
【図５】本発明の他の実施例を示す回路構成図
【図６】従来の交流電気車の電力変換器及び初期充電回
路の構成を示す図
路の構成を示す図
【図７】従来の他の交流電気車の電力変換器及び初期充
電回路の構成を示す図
電回路の構成を示す図
【図８】従来の他の交流電気車の電力変換器及び初期充
電回路の構成を示す図
電回路の構成を示す図
【図９】予備充電電圧と平滑コンデンサの突入電流及び
充電電圧の関係を示す図
充電電圧の関係を示す図
１ 交流電源 ２ 変圧器１次巻線 ３ 変圧器２次巻線 ４ ＰＷＭコンバータ ５ 平滑コンデンサ ６ ＰＷＭインバータ ７ 誘導電動機 ８，９，１７ 交流接触器 １０，１８ 充電抵抗 １１，１６ 混合ブリッジ回路 １２ 平滑リアクトル １３ 均一ブリッジ回路 １４ ＰＢ転換器 １５ 変圧器３次巻線 １９ ダイオードブリッジ回路 ２０ 直流電源 ２１ 変圧器 ２２ ３レベルＰＷＭコンバータ ２３ ３レベルＰＷＭインバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/48 B60L 9/24
Claims (1)
- 【請求項１】 １次巻線が交流電源に接続される変圧器
の２次巻線に第一の接触器を介して交流側が接続される
コンバータと、該コンバータの直流側に接続される直流
平滑コンデンサと、該直流平滑コンデンサに直流側が接
続され、交流側が電気車を駆動する交流電動機に続され
るＰＷＭインバータとからなる交流電気車の電力変換装
置において、 前記コンバータは、ダイオードが逆極性で並列接続され
た自己消弧形素子を複数用いて交流を直流に変換又はそ
の逆変換するＰＷＭコンバータであって、前記変圧器に
設けられ、前記２次巻線より低い電圧を出力する３次巻
線と、該３次巻線の出力に第二の接触器を介して接続さ
れ、該３次巻線出力電圧を昇圧する昇圧トランスと、該
昇圧トランスの昇圧側の出力を整流して前記直流平滑コ
ンデンサを充電する整流回路とを備え、前記電気車の力
行の始動時に前記第二の接触器を閉じて前記ＰＷＭコン
バータの前記ダイオードで整流される前記２次巻線の整
流電圧よりも低い所定値の電圧まで前記直流平滑コンデ
ンサを初期充電し、その後前記第一の接触器を閉じて前
記２次巻線の整流電圧まで前記直流平滑コンデンサを予
備充電するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08224794A JP3211071B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08224794A JP3211071B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07274529A JPH07274529A (ja) | 1995-10-20 |
| JP3211071B2 true JP3211071B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=13769111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08224794A Expired - Lifetime JP3211071B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-03-29 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3211071B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3496532B2 (ja) * | 1998-08-18 | 2004-02-16 | 日立工機株式会社 | 遠心機用モータの制御装置 |
| DE19930880A1 (de) * | 1999-07-05 | 2001-01-18 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung |
| WO2006112002A1 (ja) * | 2005-04-12 | 2006-10-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 電気車制御装置 |
| JP5089975B2 (ja) * | 2006-12-27 | 2012-12-05 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 半導体電力変換装置 |
| EP2164159B1 (en) * | 2008-09-12 | 2019-02-20 | Vestas Wind Systems A/S | Low-voltage harmonic filter for full-scale converter systems |
| JP5588774B2 (ja) * | 2010-07-29 | 2014-09-10 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置の保護装置 |
| WO2013102960A1 (ja) * | 2012-01-05 | 2013-07-11 | 株式会社 東芝 | 電気車制御装置及び電気車 |
| DE102012203103B4 (de) * | 2012-02-29 | 2018-01-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Spannungsumwandlungsvorrichtung und Schienenfahrzeug mit einer Spannungsumwandlungsvorrichtung |
| JP6240405B2 (ja) * | 2013-05-10 | 2017-11-29 | 株式会社日立製作所 | 自励式変換器充電方法および電力変換システム |
| JP2020039221A (ja) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置及び電気車 |
| WO2020085007A1 (ja) | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置 |
| JP2021197807A (ja) * | 2020-06-12 | 2021-12-27 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置 |
-
1994
- 1994-03-29 JP JP08224794A patent/JP3211071B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07274529A (ja) | 1995-10-20 |
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