WO2013088497A1 - 電気車駆動システム - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P3/08Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a DC motor
    • H02P3/12Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a DC motor by short-circuit or resistive braking
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle drive system.
  • the electric vehicle power converter operates with power supplied from the overhead line. Since the overhead line voltage is very high (for example, DC 1500 V), even if the power supply from the overhead line is cut off, a large amount of charge is accumulated in the filter capacitor in the main circuit. There is sex.
  • the electric vehicle control device disclosed in Patent Document 1 below has a series circuit composed of a plurality of contactors and resistors connected between a converter and an inverter, and is used for inspection and maintenance of an electric vehicle.
  • the contactor control unit discharges the charge of the filter capacitor through a resistor by putting a plurality of contactors into a predetermined time.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide an electric vehicle drive system capable of easily and reliably discharging a filter capacitor while suppressing an increase in circuit scale and circuit cost. Objective.
  • the present invention converts a DC power or an AC power supplied from an overhead line into a desired AC power and drives a motor as a load to drive the electric vehicle.
  • An electric vehicle drive system comprising: a first circuit breaker that interrupts a current flowing between the overhead wire and the electric vehicle power converter; and a ground switch that grounds the first circuit breaker.
  • the electric vehicle power converter includes a smoothing circuit unit including a filter capacitor that receives and accumulates power supplied from the overhead wire, and converts a DC voltage of the smoothing circuit unit into an AC voltage to load.
  • a main circuit unit including at least an inverter for driving the electric motor, and a second circuit breaker for cutting off a power supply path between the first circuit breaker and the inverter, and the ground switch Open more than 3 poles
  • a single-throw type switch having a contact, and a predetermined resistor as one of circuit elements constituting the main circuit unit when the switching contact of the ground switch is closed is connected to the positive electrode of the filter capacitor It is connected to the switching contact of the ground switch so as to be electrically connected to the negative electrode.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system different from FIG. 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of an electric vehicle drive system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an electric vehicle drive system according to Embodiment 1 includes a pantograph 1, a high speed breaker (hereinafter referred to as “HB”) 2 as a first circuit breaker, and an earth as a ground switch.
  • HB high speed breaker
  • GSS Earth Ground Switch
  • the electric vehicle power converter 11 includes a line breaker (hereinafter referred to as “LB”) 3 as a second circuit breaker 3 provided in the apparatus, a pantograph 1, HB 2, and LB 3 through an overhead line 50.
  • a smoothing circuit unit 16 having a filter capacitor 16a for receiving and storing the DC power supplied from the inverter, and an inverter (hereinafter referred to as “INV") that converts the DC voltage of the smoothing circuit unit 16 into an AC voltage and drives the motor 7 as a load.
  • a brake chopper (Brake CHopper: hereinafter referred to as “BCH”) circuit 14 that consumes surplus power that cannot be regenerated to the overhead wire 50 side when the motor 7 operates as a generator.
  • the smoothing circuit unit 16, the INV 12, the BCH circuit 14 and the like constitute a main circuit unit of the electric vehicle power converter 11.
  • the electric vehicle power converter 11 is mounted on the lower floor of the vehicle 6 as shown in the figure, for example, and the HB 2 and EGS 4 are mounted on the upper part of the vehicle 6 as shown in the figure. This is performed by using an outfitting wiring disposed in the vehicle 6.
  • one end of the electric vehicle power converter 11 is connected to the overhead line 50 via the pantograph 1, HB2 and LB3, and the other end is connected to the rail 54 having the same potential as the ground potential via the wheel 9.
  • the DC power supplied from the overhead line 50 is accumulated in the filter capacitor 16a and becomes the operating power of the INV 12.
  • the INV 12 generates a desired AC power (AC voltage) and drives the motor 7 based on a control signal output from a control unit (not shown) (a signal for PWM controlling a switching element (not shown)).
  • the electric motor 7 is connected to the wheel 8 and transmits driving force to the wheel 8.
  • HB2 is a switch that cuts off the current flowing between the overhead wire 50 and the electric vehicle power converter 11.
  • the EGS 4 is configured as a three-pole single-throw switch having the switching contact portions 4a, 4b, and 5, and is a switch controlled manually.
  • the switching contacts 4a, 4b, 5 are conventional switching contacts, whereas the switching contact 5 is provided to solve the problems of the present invention. It is a switching contact part.
  • One end of the switching contact portion 4a is connected to one end of the HB 2 (connection end on the pantograph 1 side), and the other end is grounded.
  • One end of the switching contact portion 4b is connected to the other end of the HB 2 (connection end on the electric vehicle power converter 11 side), and the other end is grounded.
  • one end of the switching contact portion 5 is connected to the positive DC bus 30A (which may be the same potential as the positive DC bus 30A) in the electric vehicle power converter 11, and the other end of the switching contact 5 is
  • the BCH circuit 14 is connected to a connection end 32A between the switching element 15a and the brake resistor 15b.
  • HB2 and LB3 are opened and the pantograph 1 is disconnected from the overhead line 50 at the time of inspection or maintenance of the electric vehicle.
  • each contact of EGS 4 is closed by manual control.
  • both ends of the HB 2 are grounded and become a ground potential.
  • the conventional EGS does not have the switching contact portion 5, and the object is achieved by performing an operation in which both end portions of the HB 2 are grounded.
  • the positive DC bus 30A and the connection end 32A between the switching element 15a and the brake resistor 15b are further electrically connected by the switching contact portion 5. .
  • the positive electrode and the negative electrode of the filter capacitor 16a are electrically connected via the brake resistor 15b, so that a discharge circuit for discharging the accumulated charge of the filter capacitor 16a is formed.
  • the accumulated charge in the filter capacitor 16a is discharged with a discharge curve according to a time constant determined by the product of the capacitance of the filter capacitor 16a and the resistance value of the brake resistor 15b.
  • a discharge control circuit is separately configured as in Patent Document 1 described above, and a special control means is constructed to perform the discharge control. For this reason, in the conventional method, a circuit and control means for discharge control are separately required, and the circuit scale and circuit cost are increased.
  • the electric vehicle drive system according to Embodiment 1 does not require a special control circuit and special control means for discharge control.
  • the gist of the electric vehicle drive system according to the first embodiment is that the EGS configured as a two-pole single-throw switch is configured as a three-pole single-throw switch, and an additionally provided switching contact portion 5 is electrically connected to the BCH circuit 14 through the equipment wiring.
  • the BCH circuit 14 is a circuit part provided in most electric vehicle power converters 11.
  • the charge discharge of the filter capacitor 16a can be performed in conjunction with the EGS 3, so that no special operation for the charge discharge is necessary, and the burden on the operator is reduced. Can be reduced.
  • the portion depending on the circuit operation is extremely small, the reliability related to charge discharge control can be improved, and the sense of security of the operator can be enhanced. can get.
  • any one BCH circuit may be selected from a plurality of BCH circuits and connected to the switching contact portion 5.
  • the BCH circuit 14a is selected from the two BCH circuits 14a and 14b, and one end of the switching contact portion 5 is connected to the positive DC bus 30A to which the BCH circuit 14a is connected. What is necessary is just to connect the other end of the switching contact part 5 to the connection end of the switching element 15aa and the brake resistor 15ba in the BCH circuit 14a.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the second embodiment.
  • FIG. 3 shows a vehicle 6A equipped with the pantograph 1 and a vehicle 6B not equipped with the pantograph 1.
  • Electric vehicle power conversion device 11A is mounted on vehicle 6A
  • electric vehicle power conversion device 11B is mounted on vehicle 6B.
  • the individual configurations of these electric vehicle power converters 11A and 11B and the connection configuration with the overhead wire 50 are the same as those in the first embodiment, and a part A related to the vehicle 6A is given a subscript A, Relevant parts are indicated with a suffix B.
  • the EGS 4 is configured as a four-pole single-throw switch having the switching contact portions 4a, 4b, 5A, and 5B. That is, in the EGS 4 of the second embodiment, the switching contact portion 5B is added to the EGS 4 of the first embodiment.
  • the switching contact portion 5A corresponds to the switching contact portion 5 in FIG. 1, and the connection destination is the same as in FIG. More specifically, one end of the switching contact portion 5A is connected to the positive DC bus 30A (or the same potential end as the positive DC bus 30A) in the electric vehicle power converter 11A. The end is connected to a connection end 32A between the switching element 15aA and the brake resistor 15bA in the BCH circuit 14A. On the other hand, one end of the switching contact 5B is connected to the positive DC bus 30B (or the same potential as the positive DC bus 30B) in the electric vehicle power converter 11B, and the other end of the switching contact 5B is BCH. The circuit 14B is connected to a connection end 32B between the switching element 15aB and the brake resistor 15bB.
  • the contacts of the switching contacts 5A and 5B are simultaneously closed together with the contacts of the switching contacts 4a and 4b.
  • the positive side DC bus 30A and the connection end 32A are electrically connected.
  • the positive electrode and the negative electrode of the filter capacitor 16aA are electrically connected via the brake resistor 15bA, and the accumulated charge of the filter capacitor 16aA is quickly discharged.
  • the positive side DC bus 30B and the connection end 32B are electrically connected.
  • the positive electrode and the negative electrode of the filter capacitor 16aB are electrically connected via the brake resistor 15bB, and the accumulated charge of the filter capacitor 16aB is quickly discharged.
  • the electric vehicle drive system according to Embodiment 2 also does not require a special control circuit for discharge control.
  • the gist of the electric vehicle drive system according to the second embodiment is that the EGS configured as a two-pole single-throw switch is configured as at least a four-pole single-throw switch, and additionally provided switching contacts. This can be realized by electrically connecting the contacts of the sections 5A and 5B to the BCH circuits 14A and 14B through the equipment wiring, respectively.
  • two additional switching contact portions are additionally provided in the EGS provided in the vehicle equipped with the pantograph, and one of them is the switching contact portion. Is electrically connected to the BCH circuit of the electric vehicle power converter mounted on the vehicle not equipped with the pantograph, so that the electric vehicle electric power is supplied to the vehicle not equipped with the pantograph. Even in the case where vehicles of a form in which conversion devices are mounted are mixed, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the third embodiment.
  • the same or equivalent components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the charging circuit 22 is a circuit that controls charging of the filter capacitor 16a, and includes a charging resistor 22a and a contactor 22b for separating the charging circuit 22 from the circuit.
  • the description relating to the operation is omitted.
  • the EGS 4 according to the third embodiment is configured as a three-pole single-throw switch having switching contact portions 4a, 4b, and 5 as in the first embodiment.
  • One end of the switching contact portion 5 is connected to the connection end 36 of the charging circuit 22 between the charging resistor 22a and the contactor 22b, and the other end of the switching contact portion 5 is grounded to the ground potential.
  • connection end 36 between the charging resistor 22a and the contactor 22b is grounded to the ground potential.
  • the positive electrode and the negative electrode of the filter capacitor 16a are electrically connected via the charging resistor 22a and the rail 54, and the accumulated charge in the filter capacitor 16a is quickly discharged.
  • the electric vehicle drive system according to Embodiment 3 also does not require a special control circuit for discharge control.
  • the gist of the electric vehicle drive system according to the third embodiment is that the EGS configured as a two-pole single-throw switch is configured as at least a three-pole single-throw switch, and additionally provided switching contacts. This can be realized by grounding one end of the part 5 and electrically connecting the other end of the switching contact part 5 to the charging resistor 22a through the fitting wiring.
  • one additional switching contact portion is additionally provided in the EGS provided in the vehicle equipped with the pantograph, and one end of the switching contact portion is grounded. Since the other end is electrically connected to the charging resistor provided in the charging circuit in the apparatus, the same effect as in the case of using the BCH circuit described in the first embodiment can be obtained.
  • an example of a mode in which an opening / closing contact part newly provided in EGS and a charging circuit of a power conversion device for an electric vehicle mounted on a vehicle equipped with a pantograph is electrically connected is electrically connected.
  • the present invention can also be applied to a case where the electric vehicle power conversion device is mounted on a vehicle not equipped with a pantograph, as in the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the fourth embodiment.
  • the same or equivalent components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • a transformer 20 is provided on the input side of the electric vehicle power converter 11, and the electric vehicle power converter 11 has an AC voltage. Is applied. For this reason, the electric vehicle power converter 11 is provided with a converter (hereinafter referred to as “CNV”) 18 that converts the AC voltage stepped down by the transformer 20 into a DC voltage on the input side of the INV 12.
  • CNV converter
  • a low-side filter capacitor 16a and a high-side filter capacitor 16b are connected in series and connected between the DC buses.
  • an overvoltage suppression circuit 26 in which a suppression thyristor 26a and an overvoltage suppression resistor 26b are connected in series is provided. Since the operation of the overvoltage suppression circuit 26 is publicly known, the description relating to the operation is omitted.
  • the EGS 4 according to the fourth embodiment is configured as a four-pole single-throw switch having switching contact portions 4a, 4b, 5a, and 5b.
  • the connection of the switching contact portions 4a and 4b is the same as in the first to third embodiments.
  • one end of the switching contact portion 5a is connected to the negative side DC bus 40 (or the end having the same potential as the negative side DC bus 40), and the other end of the switching contact portion 5a is one end of the grounding resistor 28 (the ground side end). ).
  • One end of the switching contact 5b is connected to the midpoint of the filter capacitors 16a and 16b (or the other end of the ground resistor 28), and the other end of the switching contact 5b is connected to the overvoltage suppression thyristor 26a in the overvoltage suppression circuit 26. It is connected to the connection end with the overvoltage suppression resistor 26b.
  • the negative DC bus 40 and one end (ground side end) of the ground resistor 28 are electrically connected. Is done.
  • the positive electrode and the negative electrode of the filter capacitor 16a which is the first filter capacitor, are electrically connected via the ground resistor 28, and the accumulated charge in the filter capacitor 16a is quickly discharged.
  • the contact of the switching contact portion 5b is closed, the midpoint of the filter capacitors 16a and 16b and the connection end of the overvoltage suppression thyristor 26a and the overvoltage suppression resistor 26b are electrically connected.
  • the positive electrode and the negative electrode of the filter capacitor 16b which is the second filter capacitor, are electrically connected via the overvoltage suppression resistor 26b, and the accumulated charge in the filter capacitor 16b is quickly discharged.
  • the electric vehicle drive system according to Embodiment 4 also does not require a special control circuit for discharge control.
  • the gist of the electric vehicle drive system according to the fourth embodiment is the first filter capacitor while the EGS configured as a two-pole single-throw switch is configured as at least a four-pole single-throw switch.
  • the positive and negative electrodes of the filter capacitor 16b which is a second filter capacitor, are connected to the additional switching contact 5a provided so that the positive and negative electrodes of the filter capacitor 16a are electrically connected to both ends of the ground resistor 28.
  • two additional switching contact portions are additionally provided in the EGS provided in the vehicle equipped with the pantograph, and one of the switching contact portions is provided.
  • the positive and negative electrodes of the first filter capacitor are electrically connected to the ground resistance by the closing operation of the second filter capacitor, and the positive and negative electrodes of the second filter capacitor are overvoltaged by the closing operation of the other switching contact portion. Since it is configured to be electrically connected to the suppression resistor, even if the electric vehicle is an AC electric vehicle, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the filter capacitor of the smoothing circuit unit is divided into the first and second filter capacitors has been described as an example, but the midpoint of the first and second filter capacitors is not grounded. If it is configured as a single filter capacitor, only one switching contact point may be added to the EGS. In this case, the positive and negative electrodes of the single filter capacitor are connected to ground resistance or overvoltage. What is necessary is just to comprise so that it may be connected to any one of the suppression resistors.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the electric vehicle drive system according to the fifth embodiment.
  • the same or equivalent components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • a three-level INV 12 a is provided as a converter that drives the electric motor 7.
  • filter capacitors 16c and 16d are connected in series and connected between the DC buses.
  • the BCH circuits 14c and 14d are connected in series and connected between the DC buses. Since the operation of the three-level INV 12a is known, the description relating to the operation is omitted.
  • the EGS 4 according to the fifth embodiment is configured as a three-pole single-throw switch having switching contact portions 4a, 4b, and 5 as in the first embodiment.
  • the connection of the switching contact portions 4a and 4b is the same as in the first to fourth embodiments.
  • one end of the switching contact 5 is connected to the positive DC bus 30A (or the same potential as the positive DC bus 30A), and the other end of the switching contact 5 is switched in the BCH circuit 14c on the low side. It is connected to the connection end between the element 15ac and the brake resistor 15bc.
  • the electric vehicle drive system according to Embodiment 5 also does not require a special control circuit for discharge control.
  • the gist of the electric vehicle drive system according to the fifth embodiment is that the EGS configured as a two-pole single-throw switch is configured as at least a three-pole single-throw switch, and the positive electrode of the smoothing circuit unit 16 This can be realized by connecting to the switching contact portion 5 additionally provided so that the negative electrode is electrically connected to both ends of the brake resistor 15bc.
  • one open / close contact portion is additionally provided in the EGS provided in the vehicle equipped with the pantograph, and smoothed by the closing operation of the open / close contact portion. Since the positive electrode and the negative electrode of the circuit unit are configured to be electrically connected to one of the brake resistors, the same configuration as in the first embodiment can be used even in a configuration using 3 level INV instead of 2 level INV. An effect can be obtained.
  • the present invention is useful as an electric vehicle drive system that can easily and reliably discharge a filter capacitor.

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Abstract

 電気車駆動システムは、電気車用電力変換装置11、架線50と電気車用電力変換装置11との間に流れる電流を遮断するHB2およびHB2を接地するEGS4を備える。電気車用電力変換装置11には、架線50からの供給電力を受電して蓄積するフィルタコンデンサ16aを具備する平滑回路部16、平滑回路部16の直流電圧を交流電圧に変換して負荷である電動機7を駆動するINV12、HB2とINV12との間の電力供給経路を遮断するLB3および架線50側に回生できない余剰電力を消費するBCH回路14が設けられる。EGS4は3極単投型の開閉器として構成され、EGS4の開閉接点が閉路する際にBCH回路14に具備されるブレーキ抵抗15bがフィルタコンデンサ16aの正極と負極との間に電気的に接続されるようにEGS4の開閉接点部5に繋ぎ込まれている。

Description

電気車駆動システム
 本発明は、電気車駆動システムに関する。
 電気車用電力変換装置は、架線からの電力供給を受けて動作する。架線電圧は、非常に高圧(例えば、DC1500V)であるため、架線からの電力供給を遮断したとしても、主回路内にあるフィルタコンデンサなどには大きな電荷が蓄積されており、そのままでは感電の危険性がある。
 そこで、例えば下記特許文献1に示される電気車制御装置では、コンバータとインバータとの間に接続される複数の接触器と抵抗器とからなる直列回路を有し、電気車の点検時やメンテナンス時においては、接触器制御部によって複数の接触器を所定時間投入することでフィルタコンデンサの電荷を抵抗器を介して放電するようにしている。このような制御を行うことにより、電気車の点検時やメンテナンス時等において、作業者が導電部に触れても感電しないように配慮している。
特開平08-019101号公報
 しかしながら、上記従来の技術によれば、放電用の抵抗器に直列接続される複数の接触器を制御するためのロジック回路が必要になるのと共に、ロジック回路を制御するための電源も別途必要となる。このため、電気車の点検時やメンテナンス時等において、フィルタコンデンサの電荷放電を確実に行うためには、回路構成やシステム構成に種々の工夫を凝らす必要があり、回路規模や回路コストが増加するという課題が存在する。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模や回路コストの増加を抑制しつつ、フィルタコンデンサの電荷放電を簡易且つ確実に行うことができる電気車駆動システムを提供することを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、架線から供給される直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して負荷である電動機を駆動する電気車用電力変換装置と、前記架線と前記電気車用電力変換装置との間に流れる電流を遮断する第1の遮断器と、この第1の遮断器を接地する接地開閉器と、を備えた電気車駆動システムであって、前記電気車用電力変換装置には、前記架線からの供給電力を受電して蓄積するフィルタコンデンサを具備する平滑回路部と、この平滑回路部の直流電圧を交流電圧に変換して負荷である電動機を駆動するインバータと、を少なくとも含む主回路部と、第1の遮断器と前記インバータとの間の電力供給経路を遮断する第2の遮断器と、が設けられ、前記接地開閉器は、3極以上の開閉接点を有する単投型の開閉器として構成され、前記接地開閉器の開閉接点が閉路する際に前記主回路部を構成する回路要素の1つである所定の抵抗器が前記フィルタコンデンサの正極と負極との間に電気的に接続されるように前記接地開閉器の開閉接点に繋ぎ込まれていることを特徴とする。
 本発明によれば、回路規模や回路コストの増加を抑制しつつ、フィルタコンデンサの電荷放電を簡易且つ確実に行うことができるという効果を奏する。
図1は、実施の形態1に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。 図2は、実施の形態1に係る図1とは異なる電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。 図3は、実施の形態2に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。 図4は、実施の形態3に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。 図5は、実施の形態4に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。 図6は、実施の形態5に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。
 以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電気車駆動システムについて説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。実施の形態1に係る電気車駆動システムは、図示のように、パンタグラフ1、第1の遮断器としてのハイスピードブレーカ(High speed Breaker:以下「HB」と表記)2、接地開閉器としてのアースグラウンドスイッチ(Earth Ground Switch:以下「EGS」と表記)4、電気車用電力変換装置11および電動機7を備えて構成される。また、電気車用電力変換装置11は、この装置内に設けられる第2の遮断器としてのラインブレーカ(Line Breaker:以下「LB」と表記)3、パンタグラフ1、HB2およびLB3を介して架線50から供給される直流電力を受電して蓄積するフィルタコンデンサ16aを具備する平滑回路部16、平滑回路部16の直流電圧を交流電圧に変換して負荷である電動機7を駆動するインバータ(以下「INV」と表記)12および、電動機7が発電機として動作するときに架線50側に回生できない余剰電力を消費するブレーキチョッパ(Brake CHopper:以下「BCH」と表記)回路14を備えて構成される。なお、これら平滑回路部16、INV12、BCH回路14などは、電気車用電力変換装置11の主回路部を構成する。
 電気車用電力変換装置11は、例えば図示のように車両6の床下部に搭載され、HB2およびEGS4は、例えば図示のように車両6の上部に搭載され、これら各部間の電気的接続は、車両6内に配設される艤装配線を用いて行われる。
 また、図1において、電気車用電力変換装置11の一端はパンタグラフ1、HB2およびLB3を介して架線50に接続され、他端は車輪9を介して大地電位と同電位にあるレール54に接続されている。架線50から供給される直流電力は、フィルタコンデンサ16aに蓄積されてINV12の動作電力となる。
 INV12は、図示を省略した制御部から出力される制御信号(図示を省略したスイッチング素子をPWM制御する信号)に基づき、所望の交流電力(交流電圧)を発生して電動機7を駆動する。電動機7は車輪8に連結され、駆動力を車輪8に伝達する。
 HB2は、架線50と電気車用電力変換装置11との間に流れる電流を遮断する開閉器である。また、EGS4は、開閉接点部4a,4b,5を有する3極単投の開閉器として構成され、手動によって制御される開閉器である。開閉接点部4a,4b,5のうち、開閉接点部4a,4bは、従来から存在する開閉接点部であるのに対し、開閉接点部5は、本発明の課題を解決するために設けられた開閉接点部である。
 開閉接点部4aの一端はHB2の一端(パンタタグラフ1側の接続端)に接続され、他端は接地される。開閉接点部4bの一端はHB2の他端(電気車用電力変換装置11側の接続端)に接続され、他端は接地される。一方、開閉接点部5の一端は、電気車用電力変換装置11における正側直流母線30A(正側直流母線30Aと同電位の端でも可)に接続され、開閉接点部5の他端は、BCH回路14におけるスイッチング素子15aとブレーキ抵抗15bとの接続端32Aに接続される。
 つぎに、実施の形態1に係る電気車駆動システムの要部動作について図1を参照して説明する。
 電気車の点検時やメンテナンス時等において、HB2およびLB3は開放され、パンタタグラフ1は架線50から切り離される。これらの操作または制御後に、EGS4は手動制御により各接点が閉じられる。EGS4に対する手動制御により、HB2の両端部は接地されて大地電位となる。なお、従来のEGSは、開閉接点部5を有しておらず、HB2の両端部を接地電位とする動作が行われることで目的が達成される。
 一方、実施の形態1の電気車駆動システムでは、さらに、開閉接点部5によって、正側直流母線30Aと、スイッチング素子15aとブレーキ抵抗15bとの接続端32Aとの間が電気的に接続される。この動作により、フィルタコンデンサ16aの正極と負極とはブレーキ抵抗15bを介して電気的に接続されるため、フィルタコンデンサ16aの蓄積電荷を放電するための放電回路が形成される。フィルタコンデンサ16aの蓄積電荷は、フィルタコンデンサ16aのキャパシタンスと、ブレーキ抵抗15bの抵抗値との積で決まる時定数に従う放電カーブで放電される。
 なお、従来の放電制御では、上述した特許文献1のように、放電制御用の回路を別途構成すると共に、特別な制御手段を構築して放電制御を行っていた。このため、従来の手法では、放電制御用の回路や制御手段が別途必要であり、回路規模や回路コストが増加していた。
 これに対し、実施の形態1に係る電気車駆動システムでは、放電制御のための特別な制御回路と特別な制御手段は不要である。また、実施の形態1に係る電気車駆動システムの要旨は、2極単投の開閉器として構成されていたEGSを3極単投の開閉器として構成すると共に、追加して設けた開閉接点部5の接点を艤装配線を通じてBCH回路14に電気的に接続することで実現することができる。なお、BCH回路14は、大概の電気車用電力変換装置11には設けられている回路部である。
 このように、実施の形態1に係る電気車駆動システムによれば、回路規模や回路コストの増加を抑制しつつ、フィルタコンデンサ16aの電荷放電を簡易且つ確実に行うことが可能となる。
 また、実施の形態1に係る電気車駆動システムによれば、フィルタコンデンサ16aの電荷放電をEGS3に連動させて行うことができるので、電荷放電のための特別な操作は必要なく、作業者の負担を軽減することが可能となる。
 さらに、実施の形態1に係る電気車駆動システムによれば、回路動作に依存する部分が極めて少ないため、電荷放電の制御に関する信頼性が向上でき、作業者が持つ安心感を高揚できるという効果も得られる。
 なお、図1に示すBCH回路14が、複数個並列に接続される構成もある。このような場合には、複数個のBCH回路の中から何れか1つのBCH回路を選択して開閉接点部5に繋ぎ込めばよい。例えば、図2に示すような構成の場合、2個のBCH回路14a,14bの中からBCH回路14aを選択し、BCH回路14aが接続される正側直流母線30Aに開閉接点部5の一端を接続し、BCH回路14aにおけるスイッチング素子15aaとブレーキ抵抗15baとの接続端に開閉接点部5の他端を接続させればよい。
実施の形態2.
 実施の形態1では、パンタグラフを装備している車両に電気車用電力変換装置が搭載される場合を一例として示したが、実施の形態2では、パンタグラフを装備していない車両に電気車用電力変換装置が搭載される場合について、図3を参照して説明する。図3は、実施の形態2に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。
 図3では、パンタグラフ1を装備している車両6Aと、パンタグラフ1を装備していない車両6Bとが示されている。車両6Aには、電気車用電力変換装置11Aが搭載され、車両6Bには、電気車用電力変換装置11Bが搭載されている。これらの電気車用電力変換装置11A,11Bの個別の構成および架線50との接続構成は、実施の形態1と同様であり、車両6Aに関連する部位には添字Aを付し、車両6Bに関連する部位には添字Bを付して示している。
 一方、実施の形態2では、EGS4は、開閉接点部4a,4b,5A,5Bを有する4極単投の開閉器として構成されている。すなわち、実施の形態2のEGS4では、実施の形態1のEGS4に対し開閉接点部5Bが追加されている。
 図3において、開閉接点部5Aは、図1の開閉接点部5に対応し、その接続先は図1の場合と同様である。具体的に説明すると、開閉接点部5Aの一端は、電気車用電力変換装置11Aにおける正側直流母線30A(もしくは正側直流母線30Aと同電位の端)に接続され、開閉接点部5Aの他端は、BCH回路14Aにおけるスイッチング素子15aAとブレーキ抵抗15bAとの接続端32Aに接続される。一方、開閉接点部5Bの一端は、電気車用電力変換装置11Bにおける正側直流母線30B(もしくは正側直流母線30Bと同電位の端)に接続され、開閉接点部5Bの他端は、BCH回路14Bにおけるスイッチング素子15aBとブレーキ抵抗15bBとの接続端32Bに接続される。
 上記の接続により、EGS4が手動制御されると開閉接点部4a,4bの各接点と共に、開閉接点部5A,5Bの各接点も同時に閉じられる。開閉接点部5Aの接点が閉じられると、正側直流母線30Aと接続端32Aとの間が電気的に接続される。この動作により、フィルタコンデンサ16aAの正極と負極とがブレーキ抵抗15bAを介して電気的に接続され、フィルタコンデンサ16aAの蓄積電荷は速やかに放電される。また、開閉接点部5Bの接点が閉じられると、正側直流母線30Bと接続端32Bとの間が電気的に接続される。この動作により、フィルタコンデンサ16aBの正極と負極とがブレーキ抵抗15bBを介して電気的に接続され、フィルタコンデンサ16aBの蓄積電荷は速やかに放電される。
 このように、実施の形態2に係る電気車駆動システムにおいても、放電制御のための特別な制御回路は不要である。また、実施の形態2に係る電気車駆動システムの要旨は、2極単投の開閉器として構成されていたEGSを少なくとも4極単投の開閉器として構成すると共に、追加して設けた開閉接点部5A,5Bの各接点を艤装配線を通じてそれぞれBCH回路14A,14Bに電気的に接続することで実現することができる。
 以上のように、実施の形態2に係る電気車駆動システムによれば、パンタグラフを装備している車両に設けられるEGSに2つの開閉接点部を追加で設け、それらのうちの1つの開閉接点部の接点と、パンタグラフを装備していない車両に搭載される電気車用電力変換装置のBCH回路との間を電気的に接続するようにしたので、パンタグラフを装備していない車両に電気車用電力変換装置が搭載されるような形態の車両が混在している場合であっても、実施の形態1と同様な効果を得ることができる。
実施の形態3.
 実施の形態1では、EGSに新たに設けた開閉接点部と電気車用電力変換装置のBCH回路との間を電気的に接続する場合について説明したが、実施の形態3では、BCH回路以外の他の回路の一例として充電回路を用いる場合について、図4を参照して説明する。図4は、実施の形態3に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。なお、図4において、図1と同一または同等の構成部については同一符号を付し、重複する説明については省略する。
 実施の形態3では、図4に示すように、リアクトル21と充電回路22との直列回路が、LB3に並列に、且つ、HB2とINV12との間に直列に接続される構成が示されている。充電回路22は、フィルタコンデンサ16aの充電を制御する回路であり、充電抵抗22aと、充電回路22を回路から切り離すための接触器22bとを備えて構成される。なお、充電回路22の動作は公知であるため、当該動作に係る説明は省略する。
 また、図4において、実施の形態3に係るEGS4は、実施の形態1と同様に、開閉接点部4a,4b,5を有する3極単投の開閉器として構成されている。開閉接点部5の一端は、充電回路22における充電抵抗22aと接触器22bとの接続端36に接続され、開閉接点部5の他端は、大地電位に接地される。
 上記の接続により、EGS4が手動制御されて開閉接点部5の接点が閉じられると、充電抵抗22aと接触器22bとの接続端36は、大地電位に接地される。このとき、フィルタコンデンサ16aの正極と負極とは、充電抵抗22aおよびレール54を介して電気的に接続され、フィルタコンデンサ16aの蓄積電荷は速やかに放電される。
 このように、実施の形態3に係る電気車駆動システムにおいても、放電制御のための特別な制御回路は不要である。また、実施の形態3に係る電気車駆動システムの要旨は、2極単投の開閉器として構成されていたEGSを少なくとも3極単投の開閉器として構成すると共に、追加して設けた開閉接点部5の一端を接地すると共に、開閉接点部5の他端を艤装配線を通じて充電抵抗22aに電気的に接続することで実現することができる。
 以上のように、実施の形態3に係る電気車駆動システムによれば、パンタグラフを装備している車両に設けられるEGSに1つの開閉接点部を追加で設け、当該開閉接点部の一端を接地し、他端を装置内の充電回路に具備される充電抵抗に電気的に接続するようにしたので、実施の形態1で説明したBCH回路を用いる場合と同様な効果を得ることができる。
 なお、実施の形態3では、EGSに新たに設けた開閉接点部とパンタグラフを装備している車両に搭載される電気車用電力変換装置の充電回路との間を電気的に接続する形態を一例として説明したが、実施の形態2と同様に、パンタグラフを装備していない車両に電気車用電力変換装置が搭載される場合に対しても適用できることは言うまでもない。
実施の形態4.
 実施の形態1~3では、電気車が直流電気車の場合について説明したが、実施の形態4では、電気車が交流電気車の場合の実施形態について、図5を参照して説明する。図5は、実施の形態4に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。なお、図5において、図1と同一または同等の構成部については同一符号を付し、重複する説明については省略する。
 交流電力を受電して動作する電気車駆動システムでは、図5に示すように、電気車用電力変換装置11の入力側に変圧器20が設けられ、電気車用電力変換装置11には交流電圧が印加される。このため、電気車用電力変換装置11では、INV12の入力側に変圧器20が降圧した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ(以下「CNV」と表記)18が設けられる。なお、図5に示す平滑回路部16では、ローサイドのフィルタコンデンサ16aとハイサイドのフィルタコンデンサ16bとを直列に接続して直流母線間に接続している。
 また、交流電気車の場合、図示のように、直列接続されているフィルタコンデンサ16a,16bの中点は、接地抵抗28を介して接地されると共に、平滑回路部16とINV12との間に過電圧抑制サイリスタ26aと過電圧抑制抵抗26bとを直列接続した過電圧抑制回路26が設けられることが一般的である。なお、過電圧抑制回路26の動作は公知であるため、当該動作に係る説明は省略する。
 また、図5において、実施の形態4に係るEGS4は、開閉接点部4a,4b,5a,5bを有する4極単投の開閉器として構成されている。ここで、開閉接点部4a,4bの接続は実施の形態1~3と同一である。一方、開閉接点部5aの一端は、負側直流母線40(もしくは負側直流母線40と同電位の端)に接続され、開閉接点部5aの他端は、接地抵抗28の一端(接地側端)に接続される。また、開閉接点部5bの一端は、フィルタコンデンサ16a,16bの中点(もしくは接地抵抗28の他端)に接続され、開閉接点部5bの他端は、過電圧抑制回路26における過電圧抑制サイリスタ26aと過電圧抑制抵抗26bとの接続端に接続される。
 上記の接続により、EGS4が手動制御されて開閉接点部5a,5bの各接点が同時に閉じられると、負側直流母線40と接地抵抗28の一端(接地側端)との間が電気的に接続される。この動作により、第1のフィルタコンデンサであるフィルタコンデンサ16aの正極と負極とが接地抵抗28を介して電気的に接続され、フィルタコンデンサ16aの蓄積電荷は速やかに放電される。また、開閉接点部5bの接点が閉じられると、フィルタコンデンサ16a,16bの中点と過電圧抑制サイリスタ26aと過電圧抑制抵抗26bとの接続端とが電気的に接続される。この動作により、第2のフィルタコンデンサであるフィルタコンデンサ16bの正極と負極とが過電圧抑制抵抗26bを介して電気的に接続され、フィルタコンデンサ16bの蓄積電荷は速やかに放電される。
 このように、実施の形態4に係る電気車駆動システムにおいても、放電制御のための特別な制御回路は不要である。また、実施の形態4に係る電気車駆動システムの要旨は、2極単投の開閉器として構成されていたEGSを少なくとも4極単投の開閉器として構成すると共に、第1のフィルタコンデンサであるフィルタコンデンサ16aの正極と負極とが接地抵抗28の両端に電気的に接続されるように追加して設けた開閉接点部5aに接続し、第2のフィルタコンデンサであるフィルタコンデンサ16bの正極と負極とが過電圧抑制抵抗26bの両端に電気的に接続されるように追加して設けた開閉接点部5bに接続することで実現することができる。
 以上のように、実施の形態4に係る電気車駆動システムによれば、パンタグラフを装備している車両に設けられるEGSに2つの開閉接点部を追加で設け、それらのうちの一方の開閉接点部の閉路動作によって第1のフィルタコンデンサの正極と負極とが接地抵抗に電気的に接続されるように構成し、他方の開閉接点部の閉路動作によって第2のフィルタコンデンサの正極と負極とが過電圧抑制抵抗に電気的に接続されるように構成したので、電気車が交流電気車であっても、実施の形態1と同様な効果を得ることができる。
 なお、実施の形態4では、平滑回路部のフィルタコンデンサが第1、第2のフィルタコンデンサに分割されている場合を一例として説明したが、第1、第2のフィルタコンデンサの中点が接地されない単一のフィルタコンデンサとして構成されている場合であれば、EGSに追加される開閉接点部は1つでよく、また、この場合、単一のフィルタコンデンサの正極と負極とが、接地抵抗もしくは過電圧抑制抵抗のうちの何れか1つに接続されるように構成すればよい。
実施の形態5.
 実施の形態1~4では、電動機を駆動するINVが2レベルINVの場合について説明したが、実施の形態5では、電動機を駆動するINVが3レベルINVの場合について、図6を参照して説明する。図6は、実施の形態5に係る電気車駆動システムの主要部の構成を示す図である。なお、図6において、図1と同一または同等の構成部については同一符号を付し、重複する説明については省略する。
 実施の形態5では、図6に示すように、電動機7を駆動する変換器として3レベルINV12aが設けられている。この構成に合わせ、平滑回路部16では、フィルタコンデンサ16c,16dが直列に接続されて直流母線間に接続されている。また、平滑回路部16の構成に合わせ、BCH回路14では、BCH回路14c,14dが直列に接続されて直流母線間に接続されている。なお、3レベルINV12aの動作は公知であるため、当該動作に係る説明は省略する。
 また、図6において、実施の形態5に係るEGS4は、実施の形態1と同様に、開閉接点部4a,4b,5を有する3極単投の開閉器として構成されている。ここで、開閉接点部4a,4bの接続は実施の形態1~4と同一である。一方、開閉接点部5の一端は、正側直流母線30A(もしくは正側直流母線30Aと同電位の端)に接続され、開閉接点部5の他端は、ローサイド側にあるBCH回路14cにおけるスイッチング素子15acとブレーキ抵抗15bcとの接続端に接続される。
 上記の接続により、EGS4が手動制御されて開閉接点部5の接点が閉じられると、平滑回路部16の正極と負極とがブレーキ抵抗15bcを介して電気的に接続され、フィルタコンデンサ16c,16dの蓄積電荷は速やかに放電される。
 このように、実施の形態5に係る電気車駆動システムにおいても、放電制御のための特別な制御回路は不要である。また、実施の形態5に係る電気車駆動システムの要旨は、2極単投の開閉器として構成されていたEGSを少なくとも3極単投の開閉器として構成すると共に、平滑回路部16の正極と負極とがブレーキ抵抗15bcの両端に電気的に接続されるように追加して設けた開閉接点部5に接続することで実現することができる。
 以上のように、実施の形態5に係る電気車駆動システムによれば、パンタグラフを装備している車両に設けられるEGSに1つの開閉接点部を追加で設け、当該開閉接点部の閉路動作によって平滑回路部の正極と負極とがブレーキ抵抗の1つに電気的に接続されるように構成したので、2レベルINVに代えて3レベルINVを用いる構成であっても、実施の形態1と同様な効果を得ることができる。
 以上のように、本発明は、フィルタコンデンサの電荷放電を簡易且つ確実に行うことができる電気車駆動システムとして有用である。
 1 パンタグラフ
 2 ハイスピードブレーカ(HB)
 3 ラインブレーカ(LB)
 4 アースグラウンドスイッチ(EGS)
 4a,4b,5,5A,5B,5a,5b 開閉接点部
 6,6A,6B 車両
 7 電動機
 8,9 車輪
 11,11A,11B 電気車用電力変換装置
 12 インバータ(INV)
 12a 3レベルインバータ(3レベルINV)
 14,14a~14d,14A,14B ブレーキチョッパ回路(BCH回路)
 15a,15aa,15ac,15aA,15aB スイッチング素子
 15b,15ba,15bc,15bA,15bB ブレーキ抵抗
 16 平滑回路部
 16a~16d,16aA,16aB フィルタコンデンサ
 20 変圧器
 21 リアクトル
 22 充電回路
 22a 充電抵抗
 22b 接触器
 26 過電圧抑制回路
 26a 過電圧抑制サイリスタ
 26b 過電圧抑制抵抗
 28 接地抵抗
 30A,30B 正側直流母線
 40 負側直流母線
 50 架線
 54 レール

Claims (8)

  1.  架線から供給される直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して負荷である電動機を駆動する電気車用電力変換装置と、前記架線と前記電気車用電力変換装置との間に流れる電流を遮断する第1の遮断器と、この第1の遮断器を接地する接地開閉器と、を備えた電気車駆動システムであって、
     前記電気車用電力変換装置には、前記架線からの供給電力を受電して蓄積するフィルタコンデンサを具備する平滑回路部と、この平滑回路部の直流電圧を交流電圧に変換して負荷である電動機を駆動するインバータと、を少なくとも含む主回路部と、第1の遮断器と前記インバータとの間の電力供給経路を遮断する第2の遮断器と、が設けられ、
     前記接地開閉器は、3極以上の開閉接点を有する単投型の開閉器として構成され、
     前記接地開閉器の開閉接点が閉路する際に前記主回路部を構成する回路要素の1つである所定の抵抗器が前記フィルタコンデンサの正極と負極との間に電気的に接続されるように前記接地開閉器の開閉接点に繋ぎ込まれていることを特徴とする電気車駆動システム。
  2.  前記主回路部は、前記電動機が発電機として動作するときに前記架線側に回生できない余剰電力を消費するブレーキチョッパ回路を有してなり、
     前記所定の抵抗器として前記ブレーキチョッパ回路に具備されるブレーキ抵抗を用いることを特徴とする請求項1に記載の電気車駆動システム。
  3.  前記ブレーキチョッパ回路は、並列に接続される複数のブレーキチョッパ回路を有してなり、
     前記所定の抵抗器として前記複数のブレーキチョッパ回路のうちの何れかのブレーキチョッパ回路に具備されるブレーキ抵抗を用いることを特徴とする請求項2に記載の電気車駆動システム。
  4.  前記主回路部は、前記フィルタコンデンサの充電を制御する充電回路を有してなり、
     前記所定の抵抗器として前記充電回路に具備される充電抵抗を用いることを特徴とする請求項1に記載の電気車駆動システム。
  5.  前記電気車駆動システムは、交流架線からの供給電力を変圧器を介して受電して動作する駆動システムであり、
     前記主回路部は、前記変圧器が降圧した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記平滑回路部の過電圧を抑制する過電圧抑制回路と、を更に有してなり、
     前記所定の抵抗器として前記過電圧抑制回路に具備される過電圧抑制抵抗を用いることを特徴とする請求項1に記載の電気車駆動システム。
  6.  前記電気車駆動システムは、交流架線からの供給電力を変圧器を介して受電して動作する駆動システムであり、
     前記主回路部は、前記変圧器が降圧した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記平滑回路部を構成し、直列接続される一方および他方のフィルタコンデンサ間の中点を接地する接地抵抗と、を更に有してなり、
     前記所定の抵抗器として前記接地抵抗を用いることを特徴とする請求項1に記載の電気車駆動システム。
  7.  前記電気車駆動システムは、交流架線からの供給電力を変圧器を介して受電して動作する駆動システムであり、
     前記主回路部は、前記変圧器が降圧した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記平滑回路部の過電圧を抑制する過電圧抑制回路と、前記平滑回路部を構成し、直列接続されるローサイドおよびハイサイドのフィルタコンデンサ間の中点を接地する接地抵抗と、を更に有してなり、
     前記所定の抵抗器の1つとして前記接地抵抗を用いることにより前記ローサイドのフィルタコンデンサに関する放電回路を形成し、且つ、前記所定の抵抗器の1つとして前記過電圧抑制回路に具備される過電圧抑制抵抗を用いることにより前記ハイサイドのフィルタコンデンサに関する放電回路を形成することを特徴とする請求項1に記載の電気車駆動システム。
  8.  前記主回路部のインバータは、3レベルインバータとして構成され、
     前記主回路部の平滑回路部は、直列に接続されて直流母線間に接続されるローサイドおよびハイサイドのフィルタコンデンサを有して構成されると共に、
     前記主回路部は、前記3レベルインバータの入力側にて前記ローサイドおよびハイサイドのフィルタコンデンサのそれぞれに並列に接続されるブレーキチョッパ回路を更に有してなり、
     前記所定の抵抗器としてローサイドのフィルタコンデンサに具備されるブレーキ抵抗を用いると共に、前記ブレーキ抵抗における負側直流母線に接続されない側の端と正側直流母線の一端とを前記接地開閉器に繋ぎ込むことにより前記ローサイドおよびハイサイドのフィルタコンデンサに関する放電回路を形成することを特徴とする請求項1に記載の電気車駆動システム。
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