WO2017149702A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Definitions

  • Embodiment relates to a power conversion device.
  • Such a power conversion device electrically connects a primary circuit that converts received DC power into AC power, a secondary circuit that converts AC power received from the primary circuit into DC power, and a primary circuit and a secondary circuit. And a transformer that transforms and transmits AC power while being insulated.
  • Such a power converter has a reactor and a filter capacitor for removing ripple components on the primary circuit side. Furthermore, the power conversion device includes a compensation capacitor for compensating power supply in case the power supplied to the filter capacitor is insufficient when power supply from the outside such as an overhead line stops and a power failure occurs. It is on the primary circuit side.
  • the ripple component of a specific frequency is removed by the reactor and the filter capacitor, and both capacitors have a large capacitance in order to supply power during a power failure by the compensation capacitor.
  • a resistor, a contactor, and the like are required to suppress the inrush current at the initial stage of charging. For this reason, there exists a subject that the structure of a power converter device becomes complicated.
  • Embodiments have been made in view of the above, and an object thereof is to provide a power conversion device that can simplify the configuration.
  • the power conversion device of the embodiment includes a primary circuit, a secondary circuit, and a transformer.
  • the primary circuit converts DC power into AC power and outputs it.
  • the secondary circuit converts AC power into DC power.
  • the transformer electrically insulates the primary circuit and the secondary circuit, transforms the voltage of the AC power output from the primary circuit, and outputs it to the secondary circuit.
  • the secondary circuit includes a first capacitor, a second capacitor, a resistor, and a diode.
  • the first capacitor removes a ripple component of DC power converted from AC power.
  • the second capacitor has a larger capacitance than the first capacitor, is connected in parallel with the first capacitor, and is charged with DC power converted from AC power.
  • the resistor is connected in series with the second capacitor.
  • the diode is connected in series with the second capacitor and in parallel with the resistor, and discharges the electric power charged in the second capacitor.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of the power converter according to the second embodiment.
  • the power conversion device is configured for an electric vehicle, but the power conversion device according to the embodiment is not limited to this.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power conversion apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the power conversion device 10 according to the first embodiment is for an electric vehicle, for example.
  • the power conversion device 10 is provided between a current collector 82 such as a panda graph supplied with DC power from a DC overhead line (DC feeder) 80 and a wheel 86 installed via a line 84. Is provided.
  • a current collector 82 such as a panda graph supplied with DC power from a DC overhead line (DC feeder) 80
  • DC feeder DC overhead line
  • the power conversion apparatus 10 includes a primary circuit 12, a high-frequency transformer 14 that is an example of a transformer, and a secondary circuit 16.
  • the primary circuit 12 is provided after the current collector 82 and the wheel 86 and before the high-frequency transformer 14.
  • the primary circuit 12 converts AC power received from the current collector 82 and the wheel 86 into DC power and outputs the DC power to the high-frequency transformer 14.
  • the primary circuit 12 includes an open contactor 20, a boost chopper 22 that is an example of a boost unit, a first filter capacitor 24 that is an example of a filter unit, and a high-frequency inverter 26.
  • a wiring L11 one wiring (for example, positive-side wiring) from the open contactor 20 to the high-frequency inverter 26 is referred to as a wiring L11, and the other wiring (for example, negative-side wiring) is referred to as a wiring L12.
  • the open contactor 20 is a contactor (or circuit breaker), and is connected in series to the wiring L11 at the rear stage of the current collector 82.
  • the open contactor 20 switches between connection and disconnection of the path between the current collector 82 and the primary circuit 12, that is, on and off.
  • the step-up chopper 22 is connected in series with the rear stage of the open contactor 20.
  • the step-up chopper 22 is connected between the wiring L11 and the wiring L12.
  • the boost chopper 22 boosts the voltage of the input DC power received through the current collector 82.
  • the step-up chopper 22 removes a low-frequency ripple component.
  • An example of the boost chopper 22 is a non-insulated boost choke converter.
  • the step-up chopper 22 includes a reactor 28, a backflow prevention diode 30, and a switching element 32.
  • the reactor 28 is connected in series with the wiring L11 at the rear stage of the open contactor 20.
  • the backflow prevention diode 30 is connected in series to the wiring L11 subsequent to the reactor 28.
  • the backflow prevention diode 30 is connected in a direction in which the current flow from the reactor 28 to the high frequency inverter 26 is in the forward direction. That is, the anode side of the backflow prevention diode 30 is connected to the reactor 28, and the cathode side is connected to the high frequency inverter 26.
  • the switching element 32 is downstream of the reactor 28 and upstream of the backflow prevention diode 30, and is connected between the wiring L11 and the wiring L12.
  • the switching element 32 receives a control signal corresponding to the switching frequency and the on-duty.
  • the switching element 32 switches between on and off based on the control signal and performs a chopping operation.
  • the boost chopper 22 boosts and outputs the input DC power.
  • the first filter capacitor 24 is connected to the subsequent stage of the boost chopper 22.
  • the first filter capacitor 24 is connected between the wiring L11 and the wiring L12.
  • the first filter capacitor 24 removes the ripple component from the DC power boosted by the boost chopper 22 (ie, filters) and outputs the ripple component to the high frequency inverter 26.
  • the first filter capacitor 24 may remove the ripple component in cooperation with the reactor 28.
  • the high frequency inverter 26 is connected to the subsequent stage of the boost chopper 22 and the first filter capacitor 24.
  • the high frequency inverter 26 is connected between the wiring L11 and the wiring L12.
  • the high frequency inverter 26 converts the DC power from which the boosting and ripple components are removed into AC power and outputs the AC power to the high frequency transformer 14.
  • the high frequency inverter 26 outputs AC power having a frequency that is n times (n is an integer of 2 or more) the commercial power source (50 Hz or 60 Hz).
  • the high frequency transformer 14 is connected to the subsequent stage of the high frequency inverter 26 of the primary circuit 12.
  • the high frequency transformer 14 has a primary winding 34 and a secondary winding 36.
  • the primary winding 34 is connected to the high frequency inverter 26 of the primary circuit 12.
  • the secondary winding 36 is connected to the secondary circuit 16.
  • the high frequency transformer 14 transforms the voltage of the AC power output from the high frequency inverter 26 of the primary circuit 12 at a step-up ratio corresponding to the turn ratio of the primary winding 34 and the secondary winding 36 to the secondary circuit 16. Output.
  • the primary winding 34 is electrically insulated from the secondary winding 36.
  • the high frequency transformer 14 electrically insulates the primary circuit 12 connected to the primary winding 34 and the secondary circuit 16 connected to the secondary winding 36.
  • the secondary circuit 16 is connected to the subsequent stage of the high-frequency transformer 14.
  • the secondary circuit 16 converts AC power into DC power, then converts it into three-phase AC, and outputs it to the load 88.
  • the secondary circuit 16 includes a rectifier 40, a second filter capacitor 42 that is an example of a first capacitor, a compensation unit 44, and a three-phase inverter 46 that is an example of a second inverter.
  • one wiring (for example, positive-side wiring) from the rectifier 40 to the three-phase inverter 46 is referred to as a wiring L21, and the other wiring (for example, negative-side wiring) is referred to as a wiring L22.
  • the rectifier 40 is connected to the subsequent stage of the high-frequency transformer 14.
  • the rectifier 40 has a plurality of diodes, for example.
  • the rectifier 40 converts the high-frequency AC power transformed by the high-frequency transformer 14 into DC power and outputs the DC power to the second filter capacitor 42.
  • the second filter capacitor 42 is connected to the subsequent stage of the rectifier 40.
  • the second filter capacitor 42 is connected between the wiring L21 and the wiring L22.
  • the second filter capacitor 42 removes (that is, filters) a ripple component having a specific frequency (for example, 20 kHz or more) included in the DC power converted from AC power by the rectifier 40 and outputs the ripple component.
  • the second filter capacitor 42 only needs to be able to remove the high-frequency ripple component, and its capacitance is smaller than the capacitance for removing the low-frequency ripple contained in the DC overhead wire 80.
  • the compensation unit 44 is connected to the subsequent stage of the rectifier 40 and the second filter capacitor 42.
  • the compensation unit 44 is connected between the wiring L21 and the wiring L22.
  • the compensation unit 44 is connected to the second filter capacitor 42 in parallel.
  • the compensation unit 44 includes a charging resistor 50 that is an example of a resistor, a discharge diode 52 that is an example of a diode, and a separation compensation capacitor 54 that is an example of a second capacitor.
  • the charging resistor 50 is connected in series with the disconnection compensation capacitor 54.
  • the charging resistor 50 and the separation compensation capacitor 54 are connected between the wiring L21 and the wiring L22. That is, the charging resistor 50 and the separation compensation capacitor 54 are connected in parallel with the second filter capacitor 42.
  • the discharge diode 52 is connected in series with the separation compensation capacitor 54.
  • the discharge diode 52 and the separation compensation capacitor 54 are connected between the wiring L21 and the wiring L22. That is, the discharge diode 52 and the separation compensation capacitor 54 are connected in parallel with the second filter capacitor 42.
  • the discharge diode 52 is connected in parallel with the charging resistor 50.
  • no resistor is provided between the rectifier 40 and the second filter capacitor 42.
  • the resistance between the rectifier 40 and the second filter capacitor 42 is smaller than the resistance of the charging resistor 50. Even when a resistor is provided between the rectifier 40 and the second filter capacitor 42, the resistance of the resistor is preferably smaller than the resistance of the charging resistor 50.
  • the charging resistor 50 charges the disconnection compensation capacitor 54 with a part of the DC power converted by the rectifier 40.
  • the discharge diode 52 is connected in a direction in which the current flow from the wiring L22 to the wiring L21 is in the forward direction. That is, the anode side of the discharge diode 52 is connected to the separation compensation capacitor 54 and the wiring L22 side, and the cathode side is connected to the wiring L21.
  • the discharge diode 52 discharges the electric power charged in the separation compensation capacitor 54.
  • the disconnection compensation capacitor 54 is an electrolytic capacitor.
  • the line-separation compensation capacitor 54 is charged with electric power by DC power converted from AC power by the rectifier 40.
  • the disconnection compensation capacitor 54 continues the power supply with the charged power at the moment of power failure when the current collector 82 is separated from the DC overhead line 80 and the power supply is momentarily stopped.
  • the electrostatic capacitance of the separation compensation capacitor 54 is larger than the electrostatic capacitance of the second filter capacitor 42.
  • the electrostatic capacitance (for example, 10,000 ⁇ F) of the separation compensation capacitor 54 is 10 times or more the electrostatic capacitance (for example, 100 ⁇ F) of the second filter capacitor 42.
  • the three-phase inverter 46 is connected to the second filter capacitor 42 and the subsequent stage of the compensation unit 44.
  • the three-phase inverter 46 is connected between the wiring L21 and the wiring L22.
  • the three-phase inverter 46 converts the DC power filtered by the second filter capacitor 42 into a three-phase AC having a frequency lower than the frequency of the AC power output from the high-frequency inverter 26 and having a high voltage (for example, 440 V).
  • An example of the frequency of the three-phase AC output from the three-phase inverter 46 is the frequency of the commercial power supply.
  • the three-phase inverter 46 outputs the converted three-phase alternating current to a load 88 such as an air conditioner and an electric air compressor.
  • the DC overhead line 80 supplies DC power to the power converter 10.
  • the boost chopper 22 boosts and outputs the voltage of the DC power supplied from the DC overhead line 80.
  • the first filter capacitor 24 removes the ripple component from the boosted DC power and outputs it to the high frequency inverter 26.
  • the high frequency inverter 26 converts DC power into high frequency AC power and outputs it to the high frequency transformer 14.
  • the high-frequency transformer 14 outputs AC power transformed in voltage to the rectifier 40 by the primary winding 34 and the secondary winding 36 that are electrically insulated from each other.
  • the rectifier 40 converts AC power into DC power and outputs it.
  • the second filter capacitor 42 removes the ripple component of the DC power output from the rectifier 40 and outputs it.
  • the three-phase inverter 46 converts the DC power, the ripple component of which has been filtered, into a three-phase AC and outputs it to the load 88.
  • the disconnection compensation capacitor 54 of the compensation unit 44 is supplied from the rectifier 40 via the charging resistor 50. Charging with direct current power.
  • the separation compensation capacitor 54 of the compensation unit 44 supplies the charged power to the three-phase via the discharge diode 52. Output to inverter 46.
  • the power conversion device 10 can reduce the inrush charging current to the second filter capacitor 42 at the time of initial charging and reconnection after disconnection, so that the resistance connected in series with the second filter capacitor 42 is reduced. It can be omitted to simplify the configuration.
  • the power converter 10 since the power converter 10 has the charging resistor 50 connected in series to the separation compensation capacitor 54 having a large capacitance, the inrush charging current to the separation compensation capacitor 54 can be suppressed. As a result, the power converter 10 can simplify the configuration by omitting the resistor and the contactor provided in the primary circuit 12 in order to suppress the inrush charging current to both the filter capacitor and the compensation capacitor.
  • the power conversion device 10 since the charging resistor 50 is connected in series with the line-separation compensation capacitor 54, the second filter capacitor 42 almost absorbs the ripple component, and therefore the line-separation compensation capacitor 54 hardly receives the ripple component. For this reason, the power converter device 10 can extend the life by suppressing the degradation of the separation compensation capacitor 54. As a result, the power conversion device 10 can apply an electrolytic capacitor, which has a short life but can be reduced in size and weight, to the wire separation compensation capacitor 54. As a result, the power conversion device 10 can be reduced in size and weight.
  • the capacitance of the first filter capacitor 24 can be reduced, for example, to about 100 ⁇ F. Furthermore, in the power conversion device 10, the capacitance of the first filter capacitor 24 can be further reduced by increasing the switching frequency of the switching element 32 of the boost chopper 22.
  • the frequency of the AC power output from the high-frequency inverter 26 is high, for example, higher than the frequency of the commercial power supply.
  • the power converter device 10 can reduce the electrostatic capacitance of the second filter capacitor 42 of the secondary circuit 16 to, for example, about 100 ⁇ F.
  • the power converter device 10 can reduce the size and weight of the high-frequency transformer 14.
  • FIG. 2 is a block diagram of the power conversion apparatus 110 according to the second embodiment.
  • the power conversion device 110 according to the second embodiment includes a primary circuit 12, a high-frequency transformer 114, a secondary circuit 16, and a tertiary circuit 18.
  • the high frequency transformer 114 further includes a tertiary winding 136.
  • the tertiary winding 136 is connected to the tertiary circuit 18.
  • the tertiary winding 136 is electrically insulated from the primary winding 34 and the secondary winding 36.
  • the tertiary winding 136 receives AC power from the primary winding 34.
  • the high frequency transformer 114 transforms the voltage of the AC power at a step-up ratio corresponding to the turn ratio of the primary winding 34 and the tertiary winding 136 and outputs the voltage to the tertiary circuit 18.
  • the tertiary circuit 18 functions as a DC power source that outputs DC power.
  • the tertiary circuit 18 includes a second rectifier 140 and a third filter capacitor 142 which is an example of a third capacitor.
  • one wiring (for example, positive-side wiring) from the second rectifier 140 to the load 188 is referred to as a wiring L31, and the other wiring (for example, negative-side wiring) is referred to as a wiring L32.
  • the second rectifier 140 is connected to the subsequent stage of the tertiary winding 136.
  • the second rectifier 140 converts AC power received from the tertiary winding 136 into low voltage (for example, 100 V) DC power and outputs the DC power to the load 188.
  • the third filter capacitor 142 is connected to the subsequent stage of the second rectifier 140.
  • the third filter capacitor 142 is connected between the wiring L31 and the wiring L32.
  • the third filter capacitor 142 removes a ripple component from the DC power output from the second rectifier 140.
  • the secondary circuit 16 and the tertiary circuit 18 can be connected in parallel.
  • a three-phase AC power source for example, 440 V
  • a DC that supplies power to a control device that controls the electric vehicle. It has a power supply (for example, 100V).
  • the direct current power supply is generally configured by providing a rectifier via a transformer at the subsequent stage of the three-phase alternating current power supply, and further includes a battery in order to continue power supply to the control device.
  • a secondary circuit constituting a three-phase AC power supply is connected to the secondary winding of the high-frequency transformer, and a DC power supply is configured to the tertiary winding of the high-frequency transformer.
  • the power conversion capacity of the secondary circuit 16 can be reduced as compared with the case where the DC power supply is configured by a circuit branched from the subsequent stage of the compensation unit 44 of the secondary circuit 16.
  • the power converter 110 can reduce the electrostatic capacitance of the separation compensation capacitor 54 of the secondary circuit 16.
  • the tertiary circuit 18 functions as a low-voltage DC power supply, no compensation unit is required. Thereby, even if the tertiary circuit 18 is added, the power converter 110 can suppress the complication and enlargement of a structure.
  • the second filter capacitor 42 is an electrolytic capacitor.
  • the second filter capacitor 42 may be an oil capacitor, a film capacitor, or the like.

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Abstract

電力変換装置の構成が複雑化する。　電力変換装置は、一次回路と、二次回路と、変圧器とを備える。一次回路は、直流電力を交流電力に変換して出力する。二次回路は、交流電力を直流電力に変換する。変圧器は、一次回路と二次回路とを電気的に絶縁して、一次回路が出力した交流電力の電圧を変圧して二次回路に出力する。二次回路は、第１コンデンサと、第２コンデンサと、抵抗器と、ダイオードとを有する。第１コンデンサは、交流電力から変換された直流電力のリプル成分を除去する。第２コンデンサは、第１コンデンサよりも静電容量が大きく、第１コンデンサと並列に接続され、交流電力から変換された直流電力によって電力を充電する。抵抗器は、第２コンデンサと直列に接続されている。ダイオードは、第２コンデンサと直列に、かつ、抵抗器と並列に接続され、第２コンデンサに充電された電力を放電する。

Description

電力変換装置
　実施形態は、電力変換装置に関する。
　電車等に設けられる電力変換装置が知られている。このような電力変換装置は、受電した直流電力を交流電力に変換する一次回路と、一次回路から受電した交流電力を直流電力に変換する二次回路と、一次回路と二次回路とを電気的に絶縁しつつ、交流電力を変圧して伝達する変圧器とを備える。
　このような電力変換装置では、リプル成分を除去するためのリアクトルとフィルタコンデンサを一次回路側に有する。更に、電力変換装置は、架線等の外部からの電力の供給が停止して停電した際に、フィルタコンデンサに充電された電力では不足する場合に備えて、電力を供給する補償用の補償コンデンサを一次回路側に有する。
特開２００８－１５４３４１号公報
　しかしながら、上述の電力変換装置では、リアクトルとフィルタコンデンサによって特定周波数のリプル成分を除去することになり、また補償コンデンサによって停電時の電力を供給するために、両方のコンデンサが、大きい静電容量を必要とするとともに、充電初期の突入電流を抑制するための抵抗及び接触器等を必要とする。このため電力変換装置の構成が複雑化するといった課題がある。
　実施形態は、上記に鑑みてなされたものであって、構成を簡略化できる電力変換装置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、実施形態の電力変換装置は、一次回路と、二次回路と、変圧器とを備える。一次回路は、直流電力を交流電力に変換して出力する。二次回路は、交流電力を直流電力に変換する。変圧器は、一次回路と二次回路とを電気的に絶縁して、一次回路が出力した交流電力の電圧を変圧して二次回路に出力する。二次回路は、第１コンデンサと、第２コンデンサと、抵抗器と、ダイオードとを有する。第１コンデンサは、交流電力から変換された直流電力のリプル成分を除去する。第２コンデンサは、第１コンデンサよりも静電容量が大きく、第１コンデンサと並列に接続され、交流電力から変換された直流電力によって電力を充電する。抵抗器は、第２コンデンサと直列に接続されている。ダイオードは、第２コンデンサと直列に、かつ、抵抗器と並列に接続され、第２コンデンサに充電された電力を放電する。
図１は、第１実施形態にかかる電力変換装置のブロック図である。 図２は、第２実施形態にかかる電力変換装置のブロック図である。
　以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。
　以下の実施形態及び変形例では、電力変換装置が電気車用として構成された場合が例示されているが、実施形態にかかる電力変換装置は、これに限定されない。
　＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態にかかる電力変換装置１０のブロック図である。第１実施形態にかかる電力変換装置１０は、例えば、電気車用である。図１に示すように、電力変換装置１０は、直流架線（直流き電線）８０から直流電力が供給されるパンダグラフ等の集電器８２と、線路８４を介して設置された車輪８６との間に設けられている。
　電力変換装置１０は、一次回路１２と、変圧器の一例である高周波変圧器１４と、二次回路１６とを備える。
　一次回路１２は、集電器８２及び車輪８６との後段であって、高周波変圧器１４の前段に設けられている。一次回路１２は、集電器８２及び車輪８６から受電した交流電力を直流電力に変換して、高周波変圧器１４に出力する。
　一次回路１２は、開放接触器２０と、昇圧部の一例である昇圧チョッパ２２と、フィルタ部の一例である第１フィルタコンデンサ２４と、高周波インバータ２６とを有する。一次回路１２において、開放接触器２０から高周波インバータ２６までの一方の配線（例えば、正極側の配線）を配線Ｌ１１として、他方の配線（例えば、負極側の配線）を配線Ｌ１２とする。
　開放接触器２０は、コンタクタ（または遮断器）であって、集電器８２の後段の配線Ｌ１１に直列に接続されている。開放接触器２０は、集電器８２と一次回路１２との間の経路の接続と遮断、即ち、オンとオフとを切り替える。
　昇圧チョッパ２２は、開放接触器２０の後段に直列に接続されている。昇圧チョッパ２２は、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間に接続されている。昇圧チョッパ２２は、集電器８２を介して受電した入力直流電力の電圧を昇圧する。昇圧チョッパ２２は、低周波のリプル成分を除去する。昇圧チョッパ２２の一例は、非絶縁型昇圧チョークコンバータである。昇圧チョッパ２２は、リアクトル２８と、逆流防止ダイオード３０と、スイッチング素子３２とを有する。
　リアクトル２８は、開放接触器２０の後段の配線Ｌ１１に直列に接続されている。逆流防止ダイオード３０は、リアクトル２８の後段の配線Ｌ１１に直列に接続されている。逆流防止ダイオード３０は、リアクトル２８から高周波インバータ２６への電流の流れが順方向となる向きに接続されている。即ち、逆流防止ダイオード３０のアノード側がリアクトル２８に接続され、カソード側が高周波インバータ２６に接続されている。スイッチング素子３２は、リアクトル２８の後段かつ逆流防止ダイオード３０の前段であって、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間に接続されている。スイッチング素子３２は、スイッチング周波数及びオンデューティに対応する制御信号を受信する。スイッチング素子３２は、制御信号に基づいて、オンとオフとを切り替えて、チョッピング動作を行う。これにより、昇圧チョッパ２２は、入力直流電力を昇圧して出力する。
　第１フィルタコンデンサ２４は、昇圧チョッパ２２の後段に接続されている。第１フィルタコンデンサ２４は、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間に接続されている。第１フィルタコンデンサ２４は、昇圧チョッパ２２が昇圧した直流電力からリプル成分を除去（即ち、フィルタ）して、高周波インバータ２６へ出力する。尚、第１フィルタコンデンサ２４は、リアクトル２８との協働によって、リプル成分を除去してもよい。
　高周波インバータ２６は、昇圧チョッパ２２及び第１フィルタコンデンサ２４の後段に接続されている。高周波インバータ２６は、配線Ｌ１１と配線Ｌ１２との間に接続されている。高周波インバータ２６は、昇圧及びリプル成分が除去された直流電力を交流電力に変換して、高周波変圧器１４に出力する。例えば、高周波インバータ２６は、商用電源（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数を有する交流電力として出力する。
　高周波変圧器１４は、一次回路１２の高周波インバータ２６の後段に接続されている。高周波変圧器１４は、一次巻線３４と、二次巻線３６とを有する。一次巻線３４は、一次回路１２の高周波インバータ２６に接続されている。二次巻線３６は、二次回路１６に接続されている。高周波変圧器１４は、一次回路１２の高周波インバータ２６が出力した交流電力の電圧を、一次巻線３４及び二次巻線３６の巻数比に対応した昇圧比で変圧して、二次回路１６へ出力する。ここで、高周波変圧器１４では、一次巻線３４が、二次巻線３６と電気的に絶縁されている。これにより、高周波変圧器１４は、一次巻線３４に接続された一次回路１２と、二次巻線３６に接続された二次回路１６とを電気的に絶縁する。
　二次回路１６は、高周波変圧器１４の後段に接続されている。二次回路１６は、交流電力を直流電力に変換した後、三相交流に変換して負荷８８に出力する。二次回路１６は、整流器４０と、第１コンデンサの一例である第２フィルタコンデンサ４２と、補償部４４と、第２インバータの一例である三相インバータ４６とを有する。二次回路１６において、整流器４０から三相インバータ４６までの一方の配線（例えば、正極側の配線）を配線Ｌ２１として、他方の配線（例えば、負極側の配線）を配線Ｌ２２とする。
　整流器４０は、高周波変圧器１４の後段に接続されている。整流器４０は、例えば、複数のダイオードを有する。整流器４０は、高周波変圧器１４によって変圧された高周波の交流電力を直流電力に変換して、第２フィルタコンデンサ４２へ出力する。
　第２フィルタコンデンサ４２は、整流器４０の後段に接続されている。第２フィルタコンデンサ４２は、配線Ｌ２１と配線Ｌ２２との間に接続されている。第２フィルタコンデンサ４２は、整流器４０によって交流電力から変換された直流電力に含まれる特定周波数（例えば、２０ｋＨｚ以上）のリプル成分を除去（即ち、フィルタ）して出力する。また、第２フィルタコンデンサ４２は、高周波のリプル成分を除去できれば良く、その静電容量は直流架線８０に含まれる低周波のリプルを除去するための容量よりも小さい。
　補償部４４は、整流器４０及び第２フィルタコンデンサ４２の後段に接続されている。補償部４４は、配線Ｌ２１と配線Ｌ２２との間に接続されている。補償部４４は、第２フィルタコンデンサ４２に並列接続されている。補償部４４は、抵抗器の一例である充電抵抗器５０と、ダイオードの一例である放電ダイオード５２と、第２コンデンサの一例である離線補償コンデンサ５４とを有する。
　充電抵抗器５０は、離線補償コンデンサ５４と直列に接続されている。充電抵抗器５０及び離線補償コンデンサ５４は、配線Ｌ２１と配線Ｌ２２との間に接続されている。即ち、充電抵抗器５０及び離線補償コンデンサ５４は、第２フィルタコンデンサ４２と並列に接続されている。放電ダイオード５２は、離線補償コンデンサ５４と直列に接続されている。放電ダイオード５２及び離線補償コンデンサ５４は、配線Ｌ２１と配線Ｌ２２との間に接続されている。即ち、放電ダイオード５２及び離線補償コンデンサ５４は、第２フィルタコンデンサ４２と並列に接続されている。放電ダイオード５２は、充電抵抗器５０と並列に接続されている。ここで、本実施形態では、整流器４０と第２フィルタコンデンサ４２との間には、抵抗器が設けられていない。従って、整流器４０と第２フィルタコンデンサ４２との間の抵抗は、充電抵抗器５０の抵抗よりも小さい。尚、整流器４０と第２フィルタコンデンサ４２との間に抵抗器を設ける場合であっても、当該抵抗器の抵抗は、充電抵抗器５０の抵抗よりも小さいことが好ましい。
　充電抵抗器５０は、整流器４０によって変換された直流電力の一部を離線補償コンデンサ５４に充電させる。
　放電ダイオード５２は、配線Ｌ２２から配線Ｌ２１への電流の流れが順方向となる向きに接続されている。即ち、放電ダイオード５２のアノード側が離線補償コンデンサ５４及び配線Ｌ２２側に接続され、カソード側が配線Ｌ２１に接続されている。放電ダイオード５２は、離線補償コンデンサ５４に充電された電力を放電させる。
　離線補償コンデンサ５４は、電解コンデンサである。離線補償コンデンサ５４は、整流器４０によって交流電力から変換された直流電力によって電力を充電する。離線補償コンデンサ５４は、直流架線８０から集電器８２が離れて電力供給が瞬間的に停止する瞬間停電時において、充電した電力によって、電力供給を継続する。ここで、離線補償コンデンサ５４の静電容量は、第２フィルタコンデンサ４２の静電容量よりも大きい。例えば、離線補償コンデンサ５４の静電容量（例えば、１００００μＦ）は、第２フィルタコンデンサ４２の静電容量（例えば、１００μＦ）の１０倍以上である。
　三相インバータ４６は、第２フィルタコンデンサ４２、及び、補償部４４の後段に接続されている。三相インバータ４６は、配線Ｌ２１と配線Ｌ２２との間に接続されている。三相インバータ４６は、第２フィルタコンデンサ４２がフィルタした直流電力を、高周波インバータ２６が出力する交流電力の周波数よりも低い周波数を有し、高電圧（例えば、４４０Ｖ）の三相交流に変換する。三相インバータ４６が出力する三相交流の周波数の一例は、商用電源の周波数である。三相インバータ４６は、変換した三相交流を空調装置及び電動空気圧縮機等の負荷８８に出力する。
　次に、上述した電力変換装置１０の動作について説明する。
　開放接触器２０が接続された状態で、集電器８２が直流架線８０に接触すると、直流架線８０が電力変換装置１０に直流電力を供給する。電力変換装置１０では、昇圧チョッパ２２が直流架線８０から供給された直流電力の電圧を昇圧して出力する。第１フィルタコンデンサ２４は、昇圧された直流電力からリプル成分を除去して、高周波インバータ２６へ出力する。高周波インバータ２６は、直流電力を高周波の交流電力に変換して、高周波変圧器１４へ出力する。高周波変圧器１４は、互いに電気的に絶縁された一次巻線３４及び二次巻線３６によって、電圧を変圧した交流電力を、整流器４０へ出力する。整流器４０は、交流電力を直流電力に変換して出力する。第２フィルタコンデンサ４２は、整流器４０が出力した直流電力のリプル成分を除去して出力する。三相インバータ４６は、リプル成分がフィルタされた直流電力を三相交流に変換して、負荷８８に出力する。
　集電器８２が、直流架線８０と着線して、直流架線８０から電力が供給されている状態では、補償部４４の離線補償コンデンサ５４は、充電抵抗器５０を介して、整流器４０から供給された直流電力によって充電する。
　一方、集電器８２が直流架線８０から離線して、直流架線８０から電力が供給されていない状態では、補償部４４の離線補償コンデンサ５４は、放電ダイオード５２を介して、充電した電力を三相インバータ４６へ出力する。
　上述したように、第２フィルタコンデンサ４２の静電容量は、離線補償コンデンサ５４の静電容量よりも小さい。従って、電力変換装置１０は、初期充電及び離線後の再着線時の第２フィルタコンデンサ４２への突入充電電流を低くすることができるので、第２フィルタコンデンサ４２と直列に接続される抵抗を省略して、構成を簡略化できる。また、電力変換装置１０は、静電容量の大きい離線補償コンデンサ５４には充電抵抗器５０を直列に接続しているので、離線補償コンデンサ５４への突入充電電流を抑制できる。この結果、電力変換装置１０は、フィルタコンデンサ及び補償コンデンサの両方への突入充電電流を抑制するために一次回路１２に設けられていた抵抗器及び接触器を省略して構成を簡略化できる。
　電力変換装置１０では、離線補償コンデンサ５４と直列に充電抵抗器５０が接続されているため、第２フィルタコンデンサ４２がリプル成分をほぼ吸収するので、離線補償コンデンサ５４はリプル成分をほとんど受けない。このため、電力変換装置１０は、離線補償コンデンサ５４の劣化を抑制して寿命を長くすることができる。これにより、電力変換装置１０は、寿命は短いが小型化及び軽量化することができる電解コンデンサを離線補償コンデンサ５４に適用できる。この結果、電力変換装置１０は、小型化及び軽量化を実現できる。
　電力変換装置１０では、昇圧チョッパ２２が直流電力の低周波のリプル成分を除去することができるので、第１フィルタコンデンサ２４の静電容量を小さく、例えば、１００μＦ程度まで小さくすることができる。更に、電力変換装置１０では、昇圧チョッパ２２のスイッチング素子３２のスイッチング周波数を高くすることにより、第１フィルタコンデンサ２４の静電容量をより小さくすることができる。
　電力変換装置１０では、高周波インバータ２６が出力する交流電力の周波数を高く、例えば、商用電源の周波数よりも高くしている。これにより、電力変換装置１０は、二次回路１６の第２フィルタコンデンサ４２の静電容量を小さく、例えば、１００μＦ程度まで小さくすることができる。また、電力変換装置１０は、高周波変圧器１４を小型化及び軽量化することができる。
　＜第２実施形態＞
　図２は、第２実施形態にかかる電力変換装置１１０のブロック図である。図２に示すように、第２実施形態にかかる電力変換装置１１０は、一次回路１２と、高周波変圧器１１４と、二次回路１６と、三次回路１８とを備える。
　高周波変圧器１１４は、三次巻線１３６を更に有する。三次巻線１３６は、三次回路１８に接続されている。三次巻線１３６は、一次巻線３４及び二次巻線３６と電気的に絶縁されている。三次巻線１３６は、一次巻線３４から交流電力を受電する。高周波変圧器１１４は、一次巻線３４及び三次巻線１３６の巻数比に対応した昇圧比で交流電力の電圧を変圧して、三次回路１８に出力する。
　三次回路１８は、直流電力を出力する直流電源として機能する。三次回路１８は、第２整流器１４０と、第３コンデンサの一例である第３フィルタコンデンサ１４２とを有する。三次回路１８において、第２整流器１４０から負荷１８８までの一方の配線（例えば、正極側の配線）を配線Ｌ３１として、他方の配線（例えば、負極側の配線）を配線Ｌ３２とする。
　第２整流器１４０は、三次巻線１３６の後段に接続されている。第２整流器１４０は、三次巻線１３６から受電した交流電力を低電圧（例えば、１００Ｖ）の直流電力に変換して、負荷１８８に出力する。
　第３フィルタコンデンサ１４２は、第２整流器１４０の後段に接続されている。第３フィルタコンデンサ１４２は、配線Ｌ３１と配線Ｌ３２との間に接続されている。第３フィルタコンデンサ１４２は、第２整流器１４０が出力した直流電力からリプル成分を除去する。
　第２実施形態の電力変換装置１１０では、高周波変圧器１１４が３個の巻線を有するので、二次回路１６及び三次回路１８を並列に接続することができる。電気車では、補助電源として、第１実施形態に示した空調装置及び電動空気圧縮機等に電力を供給する三相交流電源（例えば４４０Ｖ）や電気車を制御する制御装置に電力を供給する直流電源（例えば１００Ｖ）を有している。そして、直流電源は、三相交流電源の後段にトランスを介して整流器を設けて構成され、更に制御装置へ電力供給を継続させるためにバッテリを備えることが一般的である。よって、直流電源に対して離線補償は不要であり、高周波変圧器の二次巻線に三相交流電源を構成する二次回路を接続し、高周波変圧器の三次巻線に直流電源を構成する三次回路を接続することで、二次回路１６の補償部４４の後段から分岐させた回路により直流電源を構成する場合に比べて、二次回路１６の電力変換容量を低減できる。これにより、電力変換装置１１０は、二次回路１６の離線補償コンデンサ５４の静電容量を低減できる。
　また、三次回路１８は、低電圧の直流電源として機能するので、補償部を必要としない。これにより、三次回路１８を追加しても、電力変換装置１１０は、構成の複雑化及び大型化を抑制できる。
　上述の実施形態の各構成の配置、接続関係、個数は適宜変更してよい。また、各実施形態を組み合わせてもよい。
　例えば、上述の実施形態では、第２フィルタコンデンサ４２が電解コンデンサであるとしたが、第２フィルタコンデンサ４２は、オイルコンデンサ、及び、フィルムコンデンサ等であってもよい。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (7)

  1. 　直流電力を交流電力に変換して出力する一次回路と、
    　交流電力を直流電力に変換する二次回路と、
    　前記一次回路と前記二次回路とを電気的に絶縁して、前記一次回路が出力した前記交流電力の電圧を変圧して前記二次回路に出力する変圧器と、
    　を備え、
    　前記二次回路は、
    　前記交流電力から変換された前記直流電力のリプル成分を除去する第１コンデンサと、
    　前記第１コンデンサよりも静電容量が大きく、前記第１コンデンサと並列に接続され、前記交流電力から変換された前記直流電力によって電力を充電する第２コンデンサと、
    　前記第２コンデンサと直列に接続された抵抗器と、
    　前記第２コンデンサと直列に、かつ、前記抵抗器と並列に接続され、前記第２コンデンサに充電された電力を放電するダイオードと、
    　を有する電力変換装置。
  2. 　前記第２コンデンサは、電解コンデンサである
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記第２コンデンサの静電容量は、前記第１コンデンサの静電容量の１０倍以上である
    　請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記一次回路は、
    　前記直流電力を昇圧する昇圧部と、
    　前記昇圧部が昇圧した前記直流電力からリプル成分を除去するフィルタ部と、
    　前記リプル成分を除去した前記直流電力を交流電力に変換して前記変圧器に出力するインバータと、
    　を有し、
    　前記二次回路は、
    　前記変圧器が変圧した前記交流電力を前記直流電力に変換して、前記第１コンデンサへと出力する整流器を有する
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記整流器と前記第１コンデンサとの間の抵抗は、前記抵抗器の抵抗よりも小さい
    　請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記二次回路は、
    　前記整流器が出力した直流電力を、前記インバータが出力する前記交流電力の周波数よりも低い周波数の交流電力に変換する第２インバータを更に有する
    　請求項４または５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記変圧器は、
    　前記一次回路と接続された一次巻線と、
    　前記二次回路と接続され、前記一次巻線から交流電力を受電する二次巻線と、
    　前記一次巻線及び前記二次巻線と電気的に絶縁され、前記一次巻線から交流電力を受電する三次巻線と、
    　を有し、
    　前記三次巻線が受電した前記交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する第２整流器と、前記第２整流器が出力した前記直流電力からリプル成分を除去する第３コンデンサとを有する三次回路を
    　更に備える請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6736369B2 (ja) * 2016-06-16 2020-08-05 東海旅客鉄道株式会社 電力変換システム
JP6736370B2 (ja) * 2016-06-16 2020-08-05 東海旅客鉄道株式会社 電力変換システム
JP6818442B2 (ja) * 2016-06-17 2021-01-20 東海旅客鉄道株式会社 電力変換システム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0270201A (ja) * 1988-09-03 1990-03-09 Fuji Electric Co Ltd 車輌用補助電源装置
JPH1014134A (ja) * 1996-06-20 1998-01-16 Sony Corp 安定化電源回路
WO2006051843A1 (ja) * 2004-11-12 2006-05-18 Shinji Kudo 電源装置
JP2008154341A (ja) 2006-12-15 2008-07-03 Toshiba Corp 電気車用電源装置
JP2010041805A (ja) * 2008-08-04 2010-02-18 Toshiba Corp 電気車用電源装置
JP2015139264A (ja) * 2014-01-21 2015-07-30 株式会社東芝 電力変換装置および電力変換装置の制御方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6185067A (ja) * 1984-10-01 1986-04-30 Sharp Corp 電源装置
US6369558B2 (en) * 2000-06-23 2002-04-09 Rohm Co., Ltd. Switching regulator
WO2006027744A2 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Eaton Corporation Primary paralleled three-phase full-bridge dc-dc converter
US8644037B2 (en) * 2008-07-15 2014-02-04 General Electric Company AC-AC converter with high frequency link
US20120275195A1 (en) * 2011-04-28 2012-11-01 Lorenzo Cividino Low Noise, Highly Isolated Power Supply
US20130250637A1 (en) * 2012-03-21 2013-09-26 National Tsing Hua University Single-Stage Single-Switch Voltage Converter
US9614456B2 (en) * 2012-11-20 2017-04-04 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion apparatus that prevents inrush current and air-conditioning apparatus using the same
JP6153491B2 (ja) * 2014-03-28 2017-06-28 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 電力供給装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0270201A (ja) * 1988-09-03 1990-03-09 Fuji Electric Co Ltd 車輌用補助電源装置
JPH1014134A (ja) * 1996-06-20 1998-01-16 Sony Corp 安定化電源回路
WO2006051843A1 (ja) * 2004-11-12 2006-05-18 Shinji Kudo 電源装置
JP2008154341A (ja) 2006-12-15 2008-07-03 Toshiba Corp 電気車用電源装置
JP2010041805A (ja) * 2008-08-04 2010-02-18 Toshiba Corp 電気車用電源装置
JP2015139264A (ja) * 2014-01-21 2015-07-30 株式会社東芝 電力変換装置および電力変換装置の制御方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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