JPH02155401A

JPH02155401A - 電気車用補助電源装置

Info

Publication number: JPH02155401A
Application number: JP30749988A
Authority: JP
Inventors: Toru Aisaka; 亨逢坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1990-06-14
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JP2680385B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、複電圧入力式電気車用の補助電源装置、例え
ば６００ｖ架線区間と１５００Ｖ架線区間との両方を走
行し得る電気車においてバッテリ充電用等として備えら
れる補助電源装置に関する。

（従来の技術）電気車には架線電圧のいかんにかかわらず、バッテリを
一定の電圧に充電したりするために補助電源装置が設け
られる場合が多い。第３図は、その種の従来の電気車用
補助電源装置を示すものである。

第３図の補助電源装置においては、架線１からパンタグ
ラフ２を介して直流電力を受電し、それを遮断器３．２
組のりアクドル４Ａ、４Ｂおよび２組の転換器接点５Ａ
、５Ｂを介して２組のハーフブリッジ型のインバータ６
Ａ、６Ｂに導き、ここで直流電力を交流電力に変換する
。両インバータ６Ａ、６Ｂは、２組の転換器接点５Ｃ，
５Ｄによって相互結線される。架線１の定格電圧として
、以下の説明においては、６００Ｖと１５００Ｖを想定
する。各転換器接点５Ａ、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄは架線１の
定格電圧に応じて切り換えられ、架線１の定格電圧が相
対的に低い６００ｖの場合には２組のりアクドル４Ａ、
４Ｂおよび２組のインバータ６Ａ、６Ｂをそれぞれ並列
に接続し、相対的に高い１５００Ｖの場合には直列に接
続するように切り換え操作される。図には前者の並列接
続の状態が示されている。直列接続の場合には図示の接
点位置とは反対側に切り換えられる。インバータ６Ａ、
６Ｂはそれぞれ一方のアーム相を構成するコンデンサ６
１，６２、他方のアーム相を構成する逆並列ダイオード
付きスイッチング素子６３゜６４、および両アーム相聞
に直列に接続された限流回路６５からなっている。イン
バータ６Ａ、６Ｂの各交流出力端にはそれぞれ変圧器７
Ａ、７Ｂが接続されている。両度圧器７Ａ、７Ｂの二次
側は直列接続され、その両端が整流器８の交流入力端に
接続されている。整流器８の直流出力端はりアクドル９
およびコンデンサ１０からなる平滑回路を介して負荷１
１に接続されている。負荷１１は、例えばバッテリの充
電回路であり得る。

負荷１１に一定の直流電圧が供給されるようにインバー
タ６Ａ、６Ｂの各スイッチング素子６３゜６４の点弧位
相が位相制御回路２０によって制御される。この電圧制
御を全うするために４組の電圧検出器２１，２２Ａ、２
２Ｂ、２３が設けられている。電圧検出器２１は架線１
の定格電圧すなわち定格架線電圧を検出し、電圧検出器
２２Ａ。

２２Ｂはそれぞれインバータ６Ａ、６Ｂの入力電圧を検
出し、さらに電圧検出器２３は補助電源装置全体の出力
電圧すなわち負荷１１の入力電圧を検出する。電圧検出
器２１によって検出された定格架線電圧に従い、転換器
５を介して転換器接点５Ａ〜５Ｄがすでに述べたように
切り換えられる。

位相制御回路２０は、電圧検出器２３によって検出され
た負荷電圧が電圧検出器２２Ａ、２２Ｂによって検出さ
れたインバータ入力電圧の変動にもかかわらず一定にな
るように各スイッチング素子６３．６４の点弧位相を制
御する。また、定格架線電圧が変イ〕ってもインバータ
６Ａ、６Ｂの出力電圧が一定となるように、電圧検出器
２１によって検出された定格架線電圧に従い、位相制御
回路２０内のゲイン切換が行われる。

（発明が解決しようとする課題）以上述べた構成を有する従来の補助電源装置においては
、複電圧入力に対処するために、回路構成上、部品点数
が多くなっているのが欠点である。

すなわち、第３図の装置におおては、６００Ｖと１５０
０Ｖの両電圧の下で使用し得るようにするために、２組
のりアクドル４Ａ、４Ｂ、２組のインバータ６Ａ、６Ｂ
、２組の変圧器７Ａ、７Ｂ。

さらには４組の転換器接点５Ａ〜５Ｄを必要とするなど
、部品点数か多く、そのため装置が大型かつ大ｇ１ｆｌ
のものとなっていた。

またインバータ６Ａ、６Ｂは、ハーフブリッジ構成とし
ているため、変圧器７Ａ、７Ｂの一次電圧が架線電圧の
１／２となり、特に６００Ｖ架線電圧時にスイッチング
素子６３．６４に流れる電流のピーク値が大きくなる。

したがって本発明は、可及的に部品点数が少なく、小型
・軽量に構成し得る電気車用補助電源装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明の電気車用補助電源装
置は、定格電圧の異なる架線から受電して用いられ得る
電気車のパンタグラフを介して得られた直流電力を交流
電力に変換するフルブリッジ構成のインバータと、定格
電圧に応じたタップを有し前記インバータの交流出力端
に接続されたタップ付き変圧器と、このタップ付き変圧
器の出力端に接続された整流器と、架線の定格電圧を検
出する第１の電圧検出手段と、インバータの入力電圧を
検出する第２の電圧検出手段と、整流器の出力電圧も検
出する第３の電圧検出手段と、第１の電圧検出手段によ
って検出された架線の定格電圧に応じてタップ付き変圧
器のタップを定格出力電圧が一定となるように切り換え
るタップ切換手段と、タップ付き変圧器の出力電圧が一
定となるように第１の電圧検出手段によって検■された
架線の定格電圧に応じてゲインを切り換えるゲイン切換
手段を有し、第２の電圧検出手段の検出電圧の変動にも
かかわらず第３の電圧検出手段の検出電圧がほぼ一定と
なるようにインバータを位相制御する位相制御手段とを
備えたことを特徴とする。

（作　用）上記回路構成に従い、インバータをフルブリッジ構成の
ものとすることにより変圧器の一次電圧は架線電圧と同
一となり、スイッチング素子のピーク電圧もハーフブリ
ッジ構成の場合の２分の１となり、スイッチング素子の
電流定格を小さくすることができる。また多種の部品点
数をほぼ半減することができ、装置全体を小型・軽量に
構成することができる。

（実施例）以下、図を参照して、本発明の実施例をより詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

第１図においては、架線１からパンタグラフ２を介して
得られた直流電力は遮断器３、リアクトル４およびコン
デンサ１２からなる平滑回路、並びに限流回路１３を介
してフルブリッジ構成の電圧型インバータ１４に導かれ
、ここで交流電力に変換される。インバータ１４は、そ
れぞれ逆並列接続のダイオードを有する４組のスイッチ
ング素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ，１４Ｄをブリッジ結
線とすることによって構成されている。インバータ１４
の交流出力端には、−次側にタップを有する変圧器７が
接続されている。変圧器７のタップ切換は、転換器接点
５Ａによって行われる。この場合のタップ切換は、無負
荷状態で行われる。変圧器７の二次側から取出される交
流電力は整流″Ｗ８によって直流電力に変換され、さら
にこの直′ａ電力はりアクドル９およびコンデンサ１０
からなる゛ｌ乞滑回路を介して負荷１１に供給される。

架線電圧および負荷電圧は、それぞれ第１の電圧検出器
２１ないし第３の電圧検出器２３によって検出され、ま
たインバータ入力電圧としてコンデンサ１２の電圧が第
２の電圧検出器２２によって検出される。転換器接点５
Ａは、電圧検出器２１によって検出された定格架線電圧
に応じ、架線電圧が６００ｖの場合は変圧器７のタップ
を中間タップ側に、また１　５００Ｖの場合は巻線端側
に転換器５によって切換え操作される。図には、架！電
圧が６００Ｖである場合の接点状態が示されている。そ
の結果、変圧器７の二次側には定格架線電圧のいかんに
かかわらず常に一定の定格電圧が生じる。さらに、電圧
検出器２１によって検出された定格架線電圧に応じ、変
圧器７の二次側に同一定格二次電圧が生ずるように位相
制御回路２０のゲイン切換が行われる。各定格電圧の下
での電圧変動が、電圧検出器２３の検出電圧を位相制御
回路２０にフィードバックすることにより補償されるこ
とは、第３図の装置の場合と同様である。

以上のように構成された補助電源装置は従来装置に比べ
部品点数が大幅に削減されるのが特徴である。すなわち
、第１図の装置の場合、１組のりアクドル４．１組のコ
ンデンサ１２．１組の転換器接点５Ａ１１組の限流回路
１３、さらには１組の変圧器７を設けることによって所
望の電源装置が構成され、第３図の従来装置に比べ、個
々の部品点数は２分の１から４分の１に減少しているこ
とが分る。

また４組のスイッチング素子によってフルブリッジのイ
ンバータを構成することによって、入力フィルタ回路の
直並列切換が無く、回路構成が簡１１ｔになる。

第１図の装置においては、架線１から直流電力を受電す
るものとして説明したが、交ａｍ力を受電し整流器で直
流化してインバータに給電するものにも本発明は適用可
能である。第２図は、そのような交流受電式の要部を示
すものである。第２図においては、架線１からパンタグ
ラフ２を介して得られた交流電力は一旦、変圧器１５で
受電され、その二次側に接続された整流器１６によって
直流電力に変換される。このようにして直流化された後
は、第１図の場合のパンタグラフ２から取出される直流
電力と同様に遮断器３以下の各部品によって交流電力へ
の変換および直流電力への再変換が行われる。

なお、インバータ１４を構成するスイッチング素子とし
ては、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）等の自己
消弧型の素子のほかに、通常のサイリスタであってもよ
い。

さらに、架線電圧は、６００ｖおよび１５００■の定格
電圧からなる［圧に限られることはなく、他の値の複電
圧であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複電圧入ツノに対してフルブリッジ構
成のインバータを用いることにより、１組のインバータ
および１組の変圧器で足りることになり、主回路部品点
数を大幅に減少させ、回路構成を簡略化して、小型・軽
量の電気車用補助電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による電気車用補助電源装置
の直流受電の場合を示す結線図、第２図は交流受電の場
合の要部を示す結線図、ｍ３図は従来の電気車用補助電
源装置の結線図である。１・・・架線、２・・・パンタグラフ、３・・・遮断器
、４・・・リアクトル、５・・・転換器、５Ａ・・・転
換器接点、７・・・タップ付き変圧器、８・・・整流器
、９・・・リアクトル、１０・・・コンデンサ、１１・
・・負荷、１２・・・コンデンサ、１３・・・限流回路
、１４・・・フルブリッジ電圧形インバータ、２０・・
・位相制御回路、２１・・・第１の電圧検出器、２２・
・・第２の電圧検出器、２３・・・第３の電圧検出器。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims

【特許請求の範囲】

定格電圧の異なる架線から受電して用いられ得る電気車
のパンタグラフを介して得られた直流電力を交流電力に
変換するフルブリッジ構成のインバータと、前記各定格
電圧に応じたタップを有し前記インバータの交流出力端
に接続されたタップ付き変圧器と、このタップ付き変圧
器の出力端に接続された整流器と、前記架線の定格電圧
を検出する第１の電圧検出手段と、前記インバータの入
力電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前記整流器の
出力電圧を検出する第３の電圧検出手段と、前記第１の
電圧検出手段によって検出された架線の定格電圧に応じ
て前記タップ付き変圧器のタップを定格出力電圧が一定
となるように切り換えるタップ切換手段と、前記タップ
付き変圧器の出力電圧が一定となるように前記第１の電
圧検出手段によって検出された架線の定格電圧に応じて
ゲインを切り換えるゲイン切換手段を有し前記第２の電
圧検出手段の検出電圧の変動にもかかわらず前記第３の
電圧検出手段の検出電圧がほぼ一定値となるように前記
インバータを位相制御する位相制御手段とを備えた電気
車用補助電源装置。