JPS63302702A - 交流電気車の電源装置 - Google Patents

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】 〔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ｆｌ電源装置関す
る。

〔従来の技術〕

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」（１９８６６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、フィ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を直
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、変圧器の２次巻線は高調波電
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−タが用いられるようになってきた。

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）の大きさによっては充電抵
抗およびその短絡スイッ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ッ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ッチを交流側に
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。

しかし、特に制御容量の大きいものにあっては充電抵抗
およびその短絡スイッ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９重量的および
コスト的に問題となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、充電抵抗とその短絡スイッチが電気車
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１
本発明は始動時のフィ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。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、充電抵抗の投入手段を一回路のコンバータ
だけでフィ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って達成される。

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て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、前記コン
バータ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に接続されたフィル
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
の高圧側回路出力端と前記フィルタコンデンサの接続点
との間に、始動時に開成される一つの短絡スイッチ（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接続点との間に始動
時に開成され前記一の短絡スイッチに同期して閉成され
る他の短絡スイッチ（８）を接続したことを特徴とする
ものである。

〔作用〕

上記本発明の構成によれば、短絡スイッチ（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）の出力は短絡スイッチ（
８）により停止され、したがっ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ろこととな
る。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

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を介して変換器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）のブリッジ整
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ＧＴＯ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。

コンバータ１２の出力端の高圧側は短絡スイツチアおよ
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の出力端に接続され、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ッ
プル除去用のフィルタコンデンサ１４が接続されている
。

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。

次に動作を説明する。

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続されて
なる。したがって、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。

交流遮断器３が投入された時点では短絡スイッチ７およ
び短絡スイッチ８は開放されており、したがってコンバ
ータが変換された直流電動は充電抵抗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の短絡スイッチ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って充電抵抗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。

以上の動作によりコンデンサ１４に充電が終了した場合
、短絡スイッチ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。

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１
２，１３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。

〔発明の効果〕

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
ッ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。

【図面の簡単な説明】

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
スイッチ、８・・・短絡スイッチ、１２，１３・・・コ
ンバータ、１４・・・フィルタコンデンサ、１５・・・
インバータ。 １６・・・駆動用電動機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、前記コンバータ
   の直流出力を交流出力に逆変換するインバータと、前記
   インバータの入力端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
   ンデンサの接続点との間に始動時に開成され、前記一の
   短絡スイッチに同期して閉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。