JP2004166447A

JP2004166447A - Power converter for electric vehicle

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Publication number: JP2004166447A
Application number: JP2002331975A
Authority: JP
Inventors: Takuma Henmi; 琢磨逸見; Osamu Yamazaki; 修山崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter for an electric vehicle in which the size and the weight are reduced, while, realizing into high efficiency of a cooling capability. <P>SOLUTION: Electrical components, which include semiconductor elements for constituting two groups of inverter circuits 6a, 6b, are disposed in one cooling block 103A installed in the electric vehicle. The two groups of the inverter circuits 6a, 6b are selected to as one group of the inverter circuit 6a, regarding a steady operation or the other group of the inverter circuit 6b regarding a standby operation, and are controlled individually. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数群の電力変換回路を収容した電気車用電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子で構成される電力変換回路には種々のものがあり、直流を交流に変換するインバータ回路や、交流を直流に変換するコンバータ回路がある。また、インバータ回路には、交流出力電圧、周波数を可変に制御するＶＶＶＦインバータ回路や、交流出力電圧、周波数を一定に制御するＣＶＣＦインバータ回路などがあり、これらが電力変換装置を構成している。
【０００３】
鉄道車両システムでは、車両駆動用として誘導電動機を制御するＶＶＶＦインバータ回路が制御単位毎に筐体内に複数収容された電力変換装置が、例えば電気車の床下等に取り付けられる。例えば、１台の誘導電動機をそれぞれ個別に制御するＶＶＶＦインバータ回路を一車両分すなわち４群収容した電力変換装置が広く利用されている。同時に補助電源システムにおいても、ＶＶＶＦインバータ回路を補助電源として利用されるＣＶＣＦインバータ回路に切り換える場合や、２群収容した電力変換装置も利用されつつある。
【０００４】
このような半導体素子を利用した電力変換装置を電気車に搭載する場合、装置を取り付けるスペースに制約があり、装置の小形軽量化が常に要求されている。
【０００５】
例えば、２群収容したＣＶＣＦインバータ回路からなる電気車用電力変換装置について図１１を参照して説明する。図１１の（ａ）は従来の電気車用電力変換装置の主回路の構成図、図１１の（ｂ）は、制御ユニットの構成図である。
【０００６】
図１１に示すように、パンタグラフ１から電力を供給し、遮断器２、フィルタリアクトル３、第１，第２の開放接触器４ａ，４ｂ、第１，第２のフィルタコンデンサ５ａ，５ｂを介して第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂが接続される。この第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの出力は定電圧、定周波数で動作させ、第１，第２のフィルタ７ａ，７ｂ、第１，第２のトランス８ａ，８ｂ及び第１，第２の負荷接触器９ａ，９ｂを介して負荷１０に接続される。さらに、これらの装置が、編成について複数群接続する。
【０００７】
また、制御ユニットとしては、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａに対応するシーケンス制御回路１２ａ１及びＰＷＭ制御回路１２ａ２からなる第１のインバータ制御部１２ａと、第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂに対応するシーケンス制御回路１２ｂ１及びＰＷＭ制御回路１２ｂ２からなる第２インバータ制御部１２ｂとを有し、第１，第２のインバータ制御部１２ａ，１２ｂに入力された起動指令、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａの保護動作指令（ＩＮＶ１）及び第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂの保護動作指令（ＩＮＶ２）に応じて、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂ夫々にゲート出力（ＩＮＶ１ゲート出力，ＩＮＶ２ゲート出力）を与えるようになっている。
【０００８】
このような構成の場合における装置の小形化を図るため、複数群収容した電力変換装置のＣＶＣＦインバータ回路を同一の冷却ブロックに配置する構成及び方式について既に開示がなされている（特許文献１）。
【０００９】
また、ＶＶＶＦインバータ回路に適用する場合は、小形軽量を行うと、冷却器の能力を限界まで利用させることになり、複数群のＶＶＶＦインバータ回路が同時に温度異常を検出し、最悪は走行できなくなることも考えられる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２６２５８３
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近時、２群構成の如き冗長性が要求されるＣＶＣＦインバータ回路の場合、車両の搭載スペースは変化がないことから、従来と比較して大幅に小形化したＣＶＣＦインバータ回路が要請されている。またＶＶＶＦインバータ回路においても、冷却能力の高効率化を図りながら小形軽量化を推進する必要がある。
【００１２】
本発明の目的は、冷却能力の高効率化を実現しつつ小形軽量化を図り得る電気車用電力変換装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る電気車電力変換装置は、電気車に搭載される冷却ブロックと、
この冷却ブロックに配置されるものであって、複数群の電力変換回路を構成する半導体素子を含む電気部品と
前記複数群の電力変換回路を定常動作に係る電力変換回路と待機動作に係る電力変換回路とに選択制御する制御手段と
を具備することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、冷却ブロックに要求される冷却能力は、複数群の電力変換回路全体を満たす必要はなく、定常動作に係る電力変換回路又は待機動作に係る電力変換回路だけで足りるので、電力変換回路の効率的な冷却を実現でき、ひいては電気車用電力変換装置の小型化を図り得る。
【００１５】
また上記課題を解決するために本発明に係る電気車電力変換装置は、電気車に搭載される冷却ブロックと、
この冷却ブロックに配置されるものであって、複数群の電力変換回路を構成する半導体素子を含む電気部品と
前記冷却ブロックに、前記複数群の電力変換回路の代表の相又は各相毎に設けられ、前記電力変換回路を制御するための温度検出センサと
を具備することを特徴とする。
【００１６】
かかる本発明によれば、冷却ブロックに設けた温度検出センサにより、相毎に複数群の電力変換回路を制御することができるので、冷却ブロックに要求される冷却能力は、複数群の電力変換回路の半導体素子全体を満たす必要はなく、相単位の半導体素子だけで足りるので、電力変換回路の効率的な冷却を実現でき、ひいては電気車用電力変換装置の小型化を図り得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電気車用電力変換装置の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１及び図２を参照して本発明の第１の実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。図１の（ａ）は本実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図、図１の（ｂ）は、制御ユニットの構成図である。本実施形態は、補助電源として利用される複数群のＣＶＣＦインバータ回路を有する電気車用電力変換装置の例である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００は、図示しない電気車の床下等に配置される筐体内に収容される複数群分の電力変換回路及び制御ユニット等からなり、本実施形態における複数群分の電力変換回路としては、補助電源として利用される第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ及び第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂである。この第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂを構成する半導体素子を含む電気部品は、一つの図示しない冷却ブロックに配置されるか又は第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂのＵ，Ｖ，Ｗ相毎に前記冷却ブロックに配置される。また、この独立に２群あるインバータ回路６ａ，６ｂは、後述するように定常動作の回路としては第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａであり、待機動作の回路としては第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂである。
【００２０】
かかる本実施形態の電気車用電力変換装置１００では、パンタグラフ１から電力を供給し、遮断器２、フィルタリアクトル３、第１，第２の開放接触器４ａ，４ｂ、第１，第２のフィルタコンデンサ５ａ，５ｂを介して第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂが接続される。この第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの出力は定電圧、定周波数で動作させ、第１，第２のフィルタ７ａ，７ｂ、第１，第２のトランス８ａ，８ｂ及び第１，第２の負荷接触器９ａ，９ｂを介して負荷１０に接続される。
【００２１】
第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの制御は、駆動制御部１１により、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂそれぞれに対応した第１，第２のインバータ制御部１２ａ，１２ｂが動作し、この第１，第２のインバータ制御部１２ａ，１２ｂは第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂを独立に運転制御する。第１，第２のインバータ制御部１２ａ，１２ｂそれぞれはシーケンス制御回路１２ａ１，１２ｂ１及びＰＷＭ制御回路１２ａ２，１２ｂ２を有する。
【００２２】
かかる制御ユニットの構成の下で、駆動制御部１１により、制御回路起動状態と共に第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａの保護動作と第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂの保護動作とについて各群のインバータ回路の起動条件を判定し、独立に２群あるインバータ回路６ａ，６ｂの１群のみを動作させる。
【００２３】
このよう本実施形態においては、電気車の編成で、２群あるインバータ回路６ａ，６ｂそれぞれに遮断器４ａ，４ｂを介挿し、２群あるインバータ回路６ａ，６ｂを独立した構成としているので、例えば、図２に示すように、２群あるインバータ回路６ａ，６ｂからなる第１のユニットの電力変換装置（１００）が保護動作で停止していても、他のユニットとして第２ユニット等の電力変換装置から負荷１０に電力が供給され、継続して負荷１０へ電力を供給できる。よって各ユニットの電力変換装置に内蔵されるインバータ回路６ａ、６ｂは同時に動作しないことから、制御ユニットにて第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａだけを動作させ、第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂは待機系として動作しないように制御することになる。
【００２４】
特に本実施形態のようにインバータ出力にフィルタ７ａ，７ｂが接続される場合、負荷１０が無負荷状態でもフィルタ７ａ，７ｂへの電流により、半導体素子より損失が発生することから、第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂを待機系とすることで、半導体素子から発生する損失は低減でき、電気車の編成としては、負荷１０には瞬断なく電力を供給することが可能となる。この場合、２群あるインバータ回路６ａ，６ｂが同時に温度異常を検出する等の事態は発生しなく、走行不可等は未然に防止できる上に、冷却ブロックの冷却能力を効率的に活用することになり、ひいては２群あるＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００の小型化が可能となる。
【００２５】
（第２実施形態）
図３及び図４を参照して本発明の第２実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。図３の（ａ）は第２実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図、図３の（ｂ）は、同制御ユニットの構成図である。図３においては図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図４は電気車用電力変換装置の外観及び内部収容構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、である。本実施形態は、補助電源として利用される複数群のＣＶＣＦインバータ回路を有する電気車用電力変換装置の例である。
【００２６】
本実施形態の電気車用電力変換装置１００−１は、図３に示すように、複数の電力変換回路として第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂを有するものであり、主回路の構成は第１の実施形態と同じであり、制御ユニットの構成、半導体素子及び温度検出センサの冷却ブロックへの配置が異なる。すなわち、制御ユニットは、起動指令と共に後述する温度検出センサ１０５の出力（温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２）を入力する駆動制御部１１−１と、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂそれぞれに対応した第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂとを有する。この第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂそれぞれは開放制御部１２−１ａ１１，１２−１ｂ１１を有するシーケンス制御回路１２−１ａ１，１２−１ｂ１及びＰＷＭ制御回路１２ａ２，１２ｂ２を有する。駆動制御部１１−１は、予め複数段階の設定値を有し、該設定値に温度検出センサ１０５の出力が超えると、設定値に応じて第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂを個別に制御する。なお、駆動制御部１１は前述した設定値と温度検出センサ１０５の出力との比較に応じ、第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂにキャリア指令、開放指令、停止指令等の指令を個別に与える。
【００２７】
ここに、キャリア指令を受けた第１のインバータ制御部１２−１ａは、ＰＷＭ制御回路１２ａ２に対してキャリア周波数の増減を指示し、開放指令を受けた第１のインバータ制御部１２−１ａは、シーケンス制御回路１２−１ａ１の開放制御部１２−１ａ１１から開放指令を出力すると共にＰＷＭ制御回路１２ａ２に対しゲートブロック指令を与え、停止指令を受けた第１のインバータ制御部１２−１ａは自ら停止する。
【００２８】
同様に、第２インバータ制御部１２−１ｂも駆動制御部１１からからキャリア指令を受けるとＰＷＭ制御回路１２ｂ２に対してキャリア周波数の増減を指示し、開放指令を受けるとシーケンス制御回路１２−１ｂ１の開放制御部１２−１ｂ１１から開放指令を出力すると共にＰＷＭ制御回路１２ｂ２に対しゲートブ−＋ロック指令を与え、停止指令を受けた第２のインバータ制御部１２−１ｂは自ら停止する。
【００２９】
一方、図４に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００−１は、電気車の床下等に設置される筐体１０１に、少なくとも、半導体素子を含む電気部品からなり主回路を形成する複数の電力変換回路である第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂと、制御ユニット１０２である駆動制御部１１−１及び第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂとを収容している。
【００３０】
また、筐体１０１は、筐体１０１内に位置する受熱部である冷却ブロック１０３Ａ及び筐体１０１外に位置する放熱部１０３Ｂからなる一つ冷却ユニット１０２を有する。この一つの冷却ユニット１０３の冷却ブロック１０３Ａに、２群分のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの半導体素子を含む電気部品１０４が配置され、この冷却ブロック１０３Ａに一又は複数のサーミスタ等の温度検出センサ１０５が取り付けられている。図３においては、２つの温度検出センサ１０５が設けられ、これらは温度検出センサ出力１及び温度検出センサ出力２として駆動制御部１１−１に入力される。
【００３１】
このように構成された本実施形態によれば、車両用電力変換装置１００−１の運転により冷却ブロック１０３Ａの温度は上昇するが、異常動作等により温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２の検出値が設定値以上となると、半導体素子を含む電気部品１０４の温度を低減させるための指令を、第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂへ与えることになる。
【００３２】
例えば、駆動制御部１１−１に複数段階の設定値が設定されており、温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２の検出値が第１段階の設定値を超えると、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａだけキャリア周波数を低減させる制御指令を行い、第１のインバータ制御部１２−１ａのＰＷＭ制御回路１２ａ２にて通常１ｋＨｚでの動作を９００Ｈｚで動作させる。この結果、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａの半導体素子のスイッチング損失が低減し、冷却損失が低減することになる。
【００３３】
温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２の検出値が第２段階の設定値を超えると、第１群のＣＶＣＦインバータ回路６ａだけでなく、第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ｂのキャリア周波数を低減させ、冷却損失を低減させる。同様に複数段階の設定値に応じて、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂを個別に制御することになる。このような制御により、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂが同時に温度上昇を検出しても、いずれかの群を開放することで、冷却ブロック１０３Ａ上の半導体素子を含む電気部品１０４の発熱を低減することができる。
【００３４】
なお、駆動制御部１１−１が有する設定値としては、検知温度を９０℃とするが、６０℃で復帰させるヒステリシス付きの設定や温度検知すると５分後に復帰により復帰タイミング等を変化させることも可能である。
【００３５】
以上のように本実施形態によれば駆動制御部１１−１により冷却ブロック１０３Ａの温度状態に応じて第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの制御態様を変化させることができ、冷却ブロックの冷却能力１０３Ａを効率的に活用することになり、ひいては各群のＣＶＣＦインバータ回路の効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００−１の小型化が可能となる。
【００３６】
（第３の実施形態）
次に図５及び図６を参照して本発明の第３の実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。
【００３７】
本実施形態の電気車用電力変換装置は、複数の電力変換回路として４群のＶＶＶＦインバータ回路を有するものであり、主回路と制御ユニットからなり、電気車の車輪を駆動する電動機、本実施形態では誘導電動機を駆動するものとなっている。
【００３８】
図５の（ａ）は本実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図、図５の（ｂ）は制御ユニットの構成図、図６は本実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【００３９】
図５の（ａ）に示すように、パンタグラフ１から電力を供給し、遮断器２０と、第１，第２，第３，第４の開放接触器２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、第１，第２，第３，第４のフィルタリアクトル２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと、第１，第２，第３，第４のフィルタコンデンサ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとを介し、第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａと、第２群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｂと、第３群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｃと、第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｄとが接続される。
【００４０】
これら第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの出力は可変電圧、可変周波数で動作させ、電気車の第１，第２，第３，第４の誘導電動機２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに接続される。
【００４１】
また、図５の（ｂ）に示すように、制御ユニットとしては、起動指令と共に後述する温度検出センサ１１０の出力（温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２）を入力する駆動制御部２６と、第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄそれぞれに対応した第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄとを有する。この第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄそれぞれは、第１，第２，第３，第４のシーケンス制御回路２７ａ１，２７ｂ１，２７ｃ１，２７ｄ１及び第１，第２，第３，第４のＰＷＭ制御回路２７ａ２，２７ｂ２，２７ｃ２，２７ｄ２を有する。また、第１，第２，第３，第４のシーケンス制御回路２７ａ１，２７ｂ１，２７ｃ１，２７ｄ１それぞれは、開放制御部２７ａ１１，回生ブレーキ制御部２７ａ１２、開放制御部２７ｂ１１，回生ブレーキ制御部２７ｂ１２、開放制御部２７ｃ１１，回生ブレーキ制御部２７ｃ１２、開放制御部２７ｄ１１，回生ブレーキ制御部２７ｄ１２を有する。
【００４２】
駆動制御部２６は予め定めた設定値を有しており、温度検出センサ１０５の出力が設定値を超える、つまり後述する冷却ブロック１０８Ａの温度が設定温度を超えると、第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別に制御する。ここに、各インバータ制御部に対する個別制御は、開放指令、回生許可指令、キャリア指令等の指令である。
【００４３】
ここに、開放指令を受けた第１のインバータ制御部２７ａは、シーケンス制御回路２７ａ１の開放制御部２７ａ１１から開放指令を出力すると共にＰＷＭ制御回路２７ａ２に対しゲートブロック指令を与え、回生許可指令を受けた第１のインバータ制御部２７ａは、シーケンス制御回路２７ａ１の回生ブレーキ制御部２７ａ１２を介してＰＷＭ制御回路２７ａ２に対し回生ブレーキ制御の指令を与え、キャリア指令を受けた第１のインバータ制御部２７ａは、ＰＷＭ制御回路２７ａ２に対してキャリア周波数の増減を指示する。
【００４４】
同様に、第２〜第４のインバータ制御部２７ｂ〜２７ｄは、シーケンス制御回路２７ｂ１〜２７ｄ１の開放制御部２７ｂ１１〜２７ｄ１１から開放指令を出力すると共にＰＷＭ制御回路２７ｂ２〜２７ｄ２に対しゲートブロック指令を与え、回生許可指令を受けた第２〜第４のインバータ制御部２７ｂ〜２７ｄは、シーケンス制御回路２７ｂ１〜２７ｄ１の回生ブレーキ制御部２７ｂ１２〜２７ｄ１２を介してＰＷＭ制御回路２７ｂ２〜２７ｄ２に対し回生ブレーキ制御の指令を与え、キャリア指令を受けた第２〜第４のインバータ制御部２７ｂ〜２７ｄは、ＰＷＭ制御回路２７ｂ２〜２７ｄ２に対してキャリア周波数の増減を指示する。
【００４５】
一方、図６に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００−２は、電気車の床下等に設置される筐体１０６に、少なくとも、半導体素子を含む電気部品からなり主回路を形成する複数の電力変換回路である第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと、制御ユニット１０７である駆動制御部２６及び第１〜第４のインバータ制御部２７ａ〜２７ｄとを収容している。
【００４６】
また、筐体１０６は、筐体１０６内に位置する受熱部である冷却ブロック１０８Ａ及び筐体１０６外に位置する放熱部１０８Ｂからなる一つ冷却ユニット１０８を有する。この一つの冷却ユニット１０８の冷却ブロック１０８Ａに、４群分のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの半導体素子を含む電気部品１０９が配置され、この冷却ブロック１０８Ａに一又は複数のサーミスタ等の温度検出センサ１１０が取り付けられている。図６においては、２つの温度検出センサ１１０が設けられ、温度検出センサ出力１及び／又は温度検出センサ出力２として駆動制御部２６に入力される。
【００４７】
駆動制御部２６は、温度検出センサ１０５の出力が設定値を超えたとき、第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別に制御し、例えば第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａを停止し、他の第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを動作させる。これにより、４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ〜２４ｄについて同時に温度上昇を検出しても、第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａだけを開放することで、この第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａの半導体素子を含む電気部品１０９から熱損が発生しなくなるため、他の４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ〜２４ｄの半導体素子を含む電気部品の冷却能力に余裕ができ、冷却ブロック１０８Ａ上の発熱を低減させることができる。
【００４８】
このように本実施形態においては、同一の冷却ブロック１０８Ａにその電気部品が配置されている第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの熱損を、温度検出センサ１１０の出力で監視して、冷却ブロック１０８Ａの冷却能力の最大限の利用を図っているので、たとえ１群のＶＶＶＦインバータ回路が故障したとしても、他の群のＶＶＶＦインバータ回路によって誘導電動機を駆動できるようになり、通常時に近い性能で走行することが可能となる。
【００４９】
上記において駆動制御部２６は、設定値が一つの場合であったが、複数段階の設定値を設け、各段階の設定値を超える毎に第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別且つ多様に制御することも可能である。例えば、第１〜第４段階の設定値を設定し、温度検出センサ１１０の出力が第１の段階の設定値になると、複数群の１群だけのＶＶＶＦインバータ回路のキャリア周波数を低減させる制御指令として、その１群のＰＷＭ制御部にて通常１ｋＨｚでの動作を５００Ｈｚで動作させる。この結果、当該１群の半導体素子のスイッチング損失が低減し、冷却ブロック１０８Ａ全体の冷却損失が低減する。さらに温度が上昇して第２段階の設定値を超えると、２群のキャリア周波数を低減し、温度検出センサ１１０の出力がさらに上昇して第３段階の設定値を超えると、１群のＶＶＶＦインバータ回路だけ回生ブレーキを開放し、温度検出センサ１１０の出力がさらに第４段階の設定値を超えると、１群のＶＶＶＦインバータ回路だけを停止させる。
【００５０】
このように本実施形態によれば駆動制御部２６が複数段階の設定値を有することで、冷却ブロック１０８Ａの温度状態に応じて各群のＶＶＶＦインバータ回路の制御態様を変化させることができ、冷却ブロックの冷却能力を効率的に活用することになり、ひいては各群のＶＶＶＦインバータ回路の効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００−２の小型化が可能となる。
【００５１】
（第４実施形態）
次に、図３と同一部分には同一符号を付した図７及び図８を参照して本発明の第４実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。本実施形態は、第１，第２実施形態と同様に、補助電源として利用される複数群のＣＶＣＦインバータ回路を有する電気車用電力変換装置の例である。
【００５２】
図７の（ａ）は第４実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図であり、図３の（ａ）と同じである。図７の（ｂ）は第４実施形態の制御ユニットの構成図であり、図３の（ｂ）と駆動制御部が相違する。また、図８は電気車用電力変換装置の外観及び内部収容構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、である。
【００５３】
図７の（ｂ）に示すように、本実施形態の駆動制御部１１−２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の温度検出センサ出力が入力される。
【００５４】
図８に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００−３は、電気車の床下等に設置される筐体１１１に、図７の（ｂ）に示す制御ユニット１１２を収容している。筐体１１１は、筐体１１１内に位置する受熱部であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３Ｗａと、筐体１１１外に位置する放熱部１１３Ｕｂ，１１３Ｖｂ，１１３Ｗｂからなる冷却ユニットを有する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３ＷａそれぞれにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相毎の半導体素子を含む電気部品１１４Ｕ，１１４Ｖ，１１４Ｗが配置されている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３Ｗａそれぞれには温度検出センサ１１５Ｕ，１１５Ｖ，１１５Ｗが設置されている。
【００５５】
この構成により駆動制御部１１−２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３Ｗａの温度監視を行うことが可能となる。そして、駆動制御部１１−２は、第２実施形態と同様に例えば一の温度設定値を設定した場合は、第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂを個別に制御することで、第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの一方だけを停止させる等の制御を行う。また、駆動制御部１１−２が複数段階の温度設定値を設定した場合は、各段階に応じて第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂを個別に開放指令、キャリア指令等の指令制御する。
【００５６】
また、第１，第２のインバータ制御部１２−１ａ，１２−１ｂの個別制御については、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎の個別制御も可能である。
【００５７】
このように本実施形態によって駆動制御部１１−１によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１３Ｕａ，１１３Ｖａ，１１３Ｗａの温度状態に応じて第１，第２群のＣＶＣＦインバータ回路６ａ，６ｂの制御態様を変化させることができ、冷却ブロックの冷却能力を効率的に活用することになり、ひいては各群のＣＶＣＦインバータ回路の効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００−３の小型化が可能となる。
【００５８】
（第５実施形態）
次に、図５と同一部分には同一符号を付した図９及び図１０を参照して本発明の第５実施形態の電気車用電力変換装置について説明する。本実施形態は、第３実施形態と同様に電気車の電動機を駆動する電源として利用される複数群のＶＶＶＦインバータ回路を有する電気車用電力変換装置の例である。
【００５９】
なお、図９の（ａ）は第５実施形態の電気車用電力変換装置の主回路の構成図であり、図５の（ａ）と同じである。図９の（ｂ）は第５実施形態の制御ユニットの構成図であり、図５の（ｂ）と駆動制御部が相違する。また、図１０は電気車用電力変換装置の外観及び内部収容構造を示すもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、である。
【００６０】
図９の（ｂ）に示すように、本実施形態の駆動制御部２６−１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の温度検出センサ出力が入力される。
【００６１】
図１０に示すように、本実施形態の電気車用電力変換装置１００−４は、電気車の床下等に設置される筐体１１６に、図９の（ｂ）に示す制御ユニット１１７を収容している。筐体１１６は、筐体１１６内に位置する受熱部であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７Ｗａと、筐体１１６外に位置する放熱部１１７Ｕｂ，１１７Ｖｂ，１１７Ｗｂからなる冷却ユニットを有する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７ＷａそれぞれにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相毎の半導体素子を含む電気部品１１８Ｕ，１１８Ｖ，１１８Ｗが配置されている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７Ｗａそれぞれには温度検出センサ１１９Ｕ，１１９Ｖ，１１９Ｗが設置されている。
【００６２】
この構成により駆動制御部２６−１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７Ｗａの温度監視を行うことが可能となる。そして、駆動制御部２６−１は、例えば一の温度設定値を設定した場合は、第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別に制御し、例えば第１群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａを停止し、他の第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを動作させる等の制御を行う。また、駆動制御部２６−１が複数段階の温度設定値を設定した場合は、各段階に応じて第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを個別に制御し、第１群，第２群，第３群，第４群のＶＶＶＦインバータ回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを個別に開放指令、キャリア指令等の指令制御する。
【００６３】
また、第１，第２，第３，第４のインバータ制御部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄの個別制御については、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎の個別制御も可能である。
【００６４】
このように本実施形態によれば駆動制御部２６−１によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各冷却ブロック１１７Ｕａ，１１７Ｖａ，１１７Ｗａの温度状態に応じて各群のＶＶＶＦインバータ回路の制御態様を変化させることができ、冷却ブロックの冷却能力を効率的に活用することになり、ひいては各群のＶＶＶＦインバータ回路の効率的な冷却を実現でき、電気車用電力変換装置１００−４の小型化が可能となる。
【００６５】
なお、上記実施形態では、複数のインバータ回路を有する車両用電力変換装置について説明したが、電力変換回路としてコンバータ回路においても同様な効果を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、冷却能力の高効率化を実現しつつ小形軽量化を図り得る電気車用電力変換装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気車用電力変換装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】同実施形態の作用を説明する図。
【図３】本発明に係る電気車用電力変換装置の第２の実施形態を示す構成図。
【図４】同実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容状態を示す図。
【図５】本発明に係る電気車用電力変換装置の第３の実施形態を示す構成図。
【図６】同実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容状態を示す図。
【図７】本発明に係る電気車用電力変換装置の第４の実施形態を示す構成図。
【図８】同実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容状態を示す図。
【図９】本発明に係る電気車用電力変換装置の第５の実施形態を示す構成図。
【図１０】同実施形態の電気車用電力変換装置の外観及び内部収容状態を示す図。
【図１１】従来の電気車用電力変換装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
１…パンタグラフ
２…遮断器
３…フィルタリアクトル
４ａ，４ｂ…開放接触器
５ａ，５ｂ…フィルタコンデンサ
６ａ、６ｂ…第１，第２ＣＶＣＦインバータ回路
７ａ、７ｂ…ＡＣフィルタ
８ａ、８ｂ…トランス
９ａ、９ｂ…負荷接触器
１０…負荷
１１…駆動制御部
１２ａ，１２ｂ…第１，第２インバータ制御部
１０１…筐体
１０２…制御ユニット
１０３…冷却ユニット
１０４…半導体素子を含む電気部品[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device for an electric vehicle that houses a plurality of groups of power conversion circuits.
[0002]
[Prior art]
There are various types of power conversion circuits composed of semiconductor elements, and there are an inverter circuit for converting DC to AC and a converter circuit for converting AC to DC. The inverter circuit includes a VVVF inverter circuit for variably controlling the AC output voltage and frequency, a CVCF inverter circuit for controlling the AC output voltage and frequency to be constant, and the like, and these constitute a power converter.
[0003]
In a railway vehicle system, a power converter in which a plurality of VVVF inverter circuits for controlling an induction motor for driving a vehicle are housed in a housing for each control unit is mounted, for example, under the floor of an electric car. For example, a power conversion device that accommodates one vehicle, that is, four groups of VVVF inverter circuits that individually control one induction motor is widely used. At the same time, in an auxiliary power supply system, a case where a VVVF inverter circuit is switched to a CVCF inverter circuit used as an auxiliary power supply, and a power conversion device accommodating two groups are also being used.
[0004]
When a power conversion device using such a semiconductor element is mounted on an electric vehicle, the space for mounting the device is limited, and a reduction in size and weight of the device is always required.
[0005]
For example, an electric vehicle power converter including two groups of CVCF inverter circuits will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a configuration diagram of a main circuit of a conventional electric vehicle power converter, and FIG. 11B is a configuration diagram of a control unit.
[0006]
As shown in FIG. 11, power is supplied from the pantograph 1, and is supplied via the circuit breaker 2, the filter reactor 3, the first and second open contactors 4a and 4b, and the first and second filter capacitors 5a and 5b. The first group of CVCF inverter circuits 6a and the second group of CVCF inverter circuits 6b are connected. The outputs of the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b are operated at a constant voltage and a constant frequency, and the first and second filters 7a and 7b, the first and second transformers 8a and 8b and the first , A second load contactor 9a, 9b. Furthermore, these devices connect a plurality of groups for knitting.
[0007]
The control units include a first inverter control unit 12a including a sequence control circuit 12a1 and a PWM control circuit 12a2 corresponding to the first group of CVCF inverter circuits 6a, and a sequence corresponding to the second group of CVCF inverter circuits 6b. A second inverter control unit 12b including a control circuit 12b1 and a PWM control circuit 12b2, and a start command input to the first and second inverter control units 12a and 12b, protection of the first group of CVCF inverter circuits 6a. In response to the operation command (INV1) and the protection operation command (INV2) for the second group of CVCF inverter circuits 6b, gate outputs (INV1 gate output, INV2 gate output) are respectively supplied to the first and second group CVCF inverter circuits 6a and 6b. ).
[0008]
In order to reduce the size of the device in such a configuration, a configuration and a method of arranging CVCF inverter circuits of a plurality of groups of power conversion devices in the same cooling block have already been disclosed (Patent Document 1).
[0009]
In addition, when applied to a VVVF inverter circuit, if the size and weight are reduced, the capacity of the cooler will be utilized to the limit, and a plurality of groups of VVVF inverter circuits will detect temperature abnormalities at the same time, and in the worst case, it will not be able to run. Is also conceivable.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-262584
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, in the case of a CVCF inverter circuit requiring redundancy, such as a two-group configuration, there is no change in the mounting space of a vehicle, and thus a CVCF inverter circuit that is significantly smaller than in the past has been demanded. Also in the VVVF inverter circuit, it is necessary to reduce the size and weight while increasing the cooling efficiency.
[0012]
An object of the present invention is to provide a power conversion device for an electric vehicle that can achieve a small size and light weight while realizing high efficiency of cooling capacity.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an electric vehicle power converter according to the present invention includes a cooling block mounted on the electric vehicle,
An electric component, which is disposed in the cooling block and includes a semiconductor element constituting a plurality of groups of power conversion circuits;
Control means for selectively controlling the plurality of groups of power conversion circuits to a power conversion circuit according to a steady operation and a power conversion circuit according to a standby operation;
It is characterized by having.
[0014]
According to the present invention, the cooling capacity required for the cooling block does not need to satisfy the entire group of the power conversion circuits, and only the power conversion circuit for the steady operation or the power conversion circuit for the standby operation is sufficient. Efficient cooling of the power conversion circuit can be realized, and the size of the power conversion device for electric vehicles can be reduced.
[0015]
Further, in order to solve the above problems, the electric vehicle power converter according to the present invention, a cooling block mounted on the electric vehicle,
An electric component, which is disposed in the cooling block and includes a semiconductor element constituting a plurality of groups of power conversion circuits;
In the cooling block, a temperature detection sensor provided for a representative phase or each phase of the plurality of groups of power conversion circuits, and for controlling the power conversion circuits.
It is characterized by having.
[0016]
According to the present invention, a plurality of groups of power conversion circuits can be controlled for each phase by the temperature detection sensor provided in the cooling block. It is not necessary to fill the entire semiconductor element, and only the semiconductor element for each phase is sufficient. Therefore, efficient cooling of the power conversion circuit can be realized, and the power conversion device for an electric vehicle can be downsized.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a power converter for an electric vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(1st Embodiment)
A power conversion device for an electric vehicle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a configuration diagram of a main circuit of the electric vehicle power converter of the present embodiment, and FIG. 1B is a configuration diagram of a control unit. The present embodiment is an example of an electric vehicle power converter having a plurality of groups of CVCF inverter circuits used as auxiliary power supplies.
[0019]
As shown in FIG. 1, a power converter 100 for an electric vehicle according to the present embodiment includes a plurality of groups of power conversion circuits and control units housed in a housing arranged below the floor of an electric vehicle (not shown). The power conversion circuits for a plurality of groups in the present embodiment include a first group of CVCF inverter circuits 6a and a second group of CVCF inverter circuits 6b used as auxiliary power supplies. The electric components including the semiconductor elements constituting the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b are arranged in one cooling block (not shown) or the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b. Are arranged in the cooling block for each of the U, V, and W phases. The two groups of inverter circuits 6a and 6b are a first group of CVCF inverter circuits 6a as circuits for steady operation and a second group of CVCF inverter circuits 6b as standby circuits as described later. It is.
[0020]
In the electric vehicle power converter 100 of the present embodiment, electric power is supplied from the pantograph 1, and the circuit breaker 2, the filter reactor 3, the first and second open contactors 4a and 4b, the first and second filters are provided. A first group of CVCF inverter circuits 6a and a second group of CVCF inverter circuits 6b are connected via capacitors 5a and 5b. The outputs of the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b are operated at a constant voltage and a constant frequency, and the first and second filters 7a and 7b, the first and second transformers 8a and 8b and the first , A second load contactor 9a, 9b.
[0021]
The drive control unit 11 controls the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b by controlling the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b. , 12b operate, and the first and second inverter control units 12a, 12b independently control the operation of the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a, 6b. Each of the first and second inverter control units 12a and 12b has sequence control circuits 12a1 and 12b1 and PWM control circuits 12a2 and 12b2.
[0022]
Under such a configuration of the control unit, the drive control unit 11 controls the protection circuit activation state and the protection operation of the first group of CVCF inverter circuits 6a and the protection operation of the second group of CVCF inverter circuits 6b. Are activated, and only one of the two groups of inverter circuits 6a and 6b is operated independently.
[0023]
As described above, in the present embodiment, two groups of inverter circuits 6a and 6b are interposed with the circuit breakers 4a and 4b, respectively, and the two groups of inverter circuits 6a and 6b are independent in the formation of the electric car. As shown in FIG. 2, even if the power conversion device (100) of the first unit composed of the two groups of inverter circuits 6a and 6b is stopped by the protection operation, the power conversion of the second unit or the like as another unit is performed. The power is supplied from the device to the load 10, and the power can be continuously supplied to the load 10. Therefore, since the inverter circuits 6a and 6b built in the power converter of each unit do not operate at the same time, only the first group of CVCF inverter circuits 6a are operated by the control unit, and the second group of CVCF inverter circuits 6b are in standby. It will be controlled so that it does not operate as a system.
[0024]
In particular, when the filters 7a and 7b are connected to the inverter output as in the present embodiment, even if the load 10 is not loaded, the current to the filters 7a and 7b causes a loss from the semiconductor element. By using the CVCF inverter circuit 6b as a standby system, the loss generated from the semiconductor element can be reduced, and the electric vehicle can be supplied with power to the load 10 without interruption. In this case, a situation in which the two inverter circuits 6a and 6b detect abnormal temperature at the same time does not occur, so that it is possible to prevent a running impairment from occurring and to utilize the cooling capacity of the cooling block efficiently. Thus, efficient cooling of the two groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b can be realized, and the electric vehicle power converter 100 can be reduced in size.
[0025]
(2nd Embodiment)
A power conversion device for an electric vehicle according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is a configuration diagram of a main circuit of the electric vehicle power converter according to the second embodiment, and FIG. 3B is a configuration diagram of the control unit. 3, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. 4A and 4B show an external view and an internal housing structure of the electric power converter for an electric vehicle, wherein FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a side view. The present embodiment is an example of an electric vehicle power converter having a plurality of groups of CVCF inverter circuits used as auxiliary power supplies.
[0026]
As shown in FIG. 3, the electric vehicle power converter 100-1 according to the present embodiment includes first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b as a plurality of power converter circuits. The configuration is the same as that of the first embodiment, except for the configuration of the control unit and the arrangement of the semiconductor element and the temperature detection sensor on the cooling block. That is, the control unit includes a drive control unit 11-1 that inputs an output of the temperature detection sensor 105 (temperature detection sensor output 1 and / or temperature detection sensor output 2) to be described later together with a start command, It has first and second inverter control units 12-1a and 12-1b corresponding to the CVCF inverter circuits 6a and 6b, respectively. The first and second inverter control units 12-1a and 12-1b have sequence control circuits 12-1a1 and 12-1b1 having open control units 12-1a11 and 12-1b11, respectively, and PWM control circuits 12a2 and 12b2. . The drive control unit 11-1 has a plurality of set values in advance, and when the output of the temperature detection sensor 105 exceeds the set value, the first and second inverter control units 12-1a, 12-1a, 12-1b is individually controlled. The drive control unit 11 sends a carrier command, an open command, a stop command, and the like to the first and second inverter control units 12-1a and 12-1b in accordance with a comparison between the above-described set value and the output of the temperature detection sensor 105. Are given individually.
[0027]
Here, the first inverter control unit 12-1a that has received the carrier command instructs the PWM control circuit 12a2 to increase or decrease the carrier frequency, and the first inverter control unit 12-1a that has received the release command is: An open command is output from the open control unit 12-1a11 of the sequence control circuit 12-1a1, and a gate block command is given to the PWM control circuit 12a2, and the first inverter control unit 12-1a that has received the stop command stops itself. .
[0028]
Similarly, the second inverter control unit 12-1b instructs the PWM control circuit 12b2 to increase or decrease the carrier frequency when receiving the carrier command from the drive control unit 11, and when receiving the release command, the sequence control circuit 12-1b1. The opening control section 12-1b11 outputs an opening command and gives a gate- + lock command to the PWM control circuit 12b2, and the second inverter control section 12-1b receiving the stop command stops itself.
[0029]
On the other hand, as shown in FIG. 4, a power converter 100-1 for an electric vehicle according to the present embodiment has a main circuit including at least electric components including a semiconductor element in a housing 101 installed under the floor of the electric vehicle or the like. , The first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b as a plurality of power conversion circuits, and the drive control unit 11-1 and the first and second inverter control units 12-1a and 12-1a as the control unit 102. 12-1b.
[0030]
The housing 101 has one cooling unit 102 including a cooling block 103A, which is a heat receiving unit, located inside the housing 101, and a heat radiating unit 103B, located outside the housing 101. An electric component 104 including semiconductor elements of two groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b is arranged in a cooling block 103A of the one cooling unit 103, and a temperature detecting sensor 105 such as one or a plurality of thermistors is arranged in the cooling block 103A. Is attached. In FIG. 3, two temperature detection sensors 105 are provided, and these are input to the drive control unit 11-1 as a temperature detection sensor output 1 and a temperature detection sensor output 2.
[0031]
According to the present embodiment configured as described above, the temperature of the cooling block 103A rises due to the operation of the vehicle power converter 100-1, but the temperature detection sensor output 1 and / or the temperature detection sensor output due to abnormal operation or the like. When the detected value of No. 2 is equal to or more than the set value, a command for reducing the temperature of the electric component 104 including the semiconductor element is given to the first and second inverter control units 12-1a and 12-1b.
[0032]
For example, when a plurality of set values are set in the drive control unit 11-1, and the detected values of the temperature detection sensor output 1 and / or the temperature detection sensor output 2 exceed the set values of the first stage, the first group is set. A control command to reduce the carrier frequency is performed only in the CVCF inverter circuit 6a, and the PWM control circuit 12a2 of the first inverter control unit 12-1a causes the operation at normal 1 kHz to operate at 900 Hz. As a result, the switching loss of the semiconductor element of the first group of CVCF inverter circuits 6a is reduced, and the cooling loss is reduced.
[0033]
When the detected value of the temperature detection sensor output 1 and / or the temperature detection sensor output 2 exceeds the set value of the second stage, the carrier frequency of not only the first group of CVCF inverter circuits 6a but also the second group of CVCF inverter circuits 6b To reduce the cooling loss. Similarly, the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b are individually controlled in accordance with the set values in a plurality of stages. By such control, even if the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b simultaneously detect an increase in temperature, by opening one of the groups, the electric component including the semiconductor element on the cooling block 103A is opened. The heat generation of 104 can be reduced.
[0034]
As the set value of the drive control unit 11-1, the detected temperature is 90 ° C., but the setting with hysteresis for returning at 60 ° C. or the return timing and the like may be changed by returning after 5 minutes when the temperature is detected. It is possible.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, the control mode of the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b can be changed by the drive control unit 11-1 according to the temperature state of the cooling block 103A. The cooling capacity 103A of the block is efficiently utilized, and thus, the cooling of the CVCF inverter circuits of each group can be efficiently performed, and the electric vehicle power converter 100-1 can be reduced in size.
[0036]
(Third embodiment)
Next, an electric vehicle power converter according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0037]
The electric vehicle power converter of the present embodiment has four groups of VVVF inverter circuits as a plurality of power conversion circuits, is composed of a main circuit and a control unit, and drives a motor of an electric vehicle. Drives an induction motor.
[0038]
5A is a configuration diagram of a main circuit of the electric vehicle power converter of the present embodiment, FIG. 5B is a configuration diagram of a control unit, and FIG. 6 is an electric vehicle power converter of the present embodiment. 1A is a top view, and FIG. 2B is a side view.
[0039]
As shown in FIG. 5A, power is supplied from the pantograph 1 and the circuit breaker 20, the first, second, third, and fourth open contactors 21a, 21b, 21c, 21d, and the first , Second, third, and fourth filter reactors 22a, 22b, 22c, and 22d, and first, second, third, and fourth filter capacitors 23a, 23b, 23c, and 23d. A VVVF inverter circuit 24a, a second group of VVVF inverter circuits 24b, a third group of VVVF inverter circuits 24c, and a fourth group of VVVF inverter circuits 24d are connected.
[0040]
The outputs of the first, second, third, and fourth groups of VVVF inverter circuits 24a, 24b, 24c, 24d are operated at a variable voltage and a variable frequency, and the first, second, and third electric vehicles are operated. , Fourth induction motors 25a, 25b, 25c, 25d.
[0041]
As shown in FIG. 5B, the control unit includes a drive control unit that inputs an output of a temperature detection sensor 110 (temperature detection sensor output 1 and / or temperature detection sensor output 2) described later together with a start command. 26, and first, second, third and fourth inverter control units 27a and 27a corresponding to the first, second, third and fourth groups of VVVF inverter circuits 24a, 24b, 24c and 24d, respectively. 27b, 27c and 27d. The first, second, third, and fourth inverter control units 27a, 27b, 27c, and 27d include first, second, third, and fourth sequence control circuits 27a1, 27b1, 27c1, and 27d1, respectively. It has first, second, third, and fourth PWM control circuits 27a2, 27b2, 27c2, and 27d2. The first, second, third, and fourth sequence control circuits 27a1, 27b1, 27c1, and 27d1 respectively include an opening control unit 27a11, a regenerative brake control unit 27a12, an opening control unit 27b11, a regenerative brake control unit 27b12, It has a control unit 27c11, a regenerative brake control unit 27c12, an opening control unit 27d11, and a regenerative brake control unit 27d12.
[0042]
The drive control unit 26 has a predetermined set value, and when the output of the temperature detection sensor 105 exceeds the set value, that is, when the temperature of a cooling block 108A described later exceeds the set temperature, the first, second, and second Third, the fourth inverter control units 27a, 27b, 27c, 27d are individually controlled. Here, the individual control for each inverter control unit is a command such as an opening command, a regeneration permission command, and a carrier command.
[0043]
Here, the first inverter control unit 27a that has received the opening command outputs the opening command from the opening control unit 27a11 of the sequence control circuit 27a1, gives a gate block command to the PWM control circuit 27a2, and receives the regeneration permission command. The first inverter control unit 27a gives a regenerative brake control command to the PWM control circuit 27a2 via the regenerative brake control unit 27a12 of the sequence control circuit 27a1, and receives the carrier command. , And instructs the PWM control circuit 27a2 to increase or decrease the carrier frequency.
[0044]
Similarly, the second to fourth inverter control units 27b to 27d output an open command from the open control units 27b11 to 27d11 of the sequence control circuits 27b1 to 27d1, and provide a gate block command to the PWM control circuits 27b2 to 27d2. Upon receiving the regeneration permission command, the second to fourth inverter control units 27b to 27d perform regenerative brake control on the PWM control circuits 27b2 to 27d2 via the regenerative brake control units 27b12 to 27d12 of the sequence control circuits 27b1 to 27d1. The second to fourth inverter control units 27b to 27d that have given the command and received the carrier command instruct the PWM control circuits 27b2 to 27d2 to increase or decrease the carrier frequency.
[0045]
On the other hand, as shown in FIG. 6, a power converter 100-2 for an electric vehicle according to the present embodiment includes at least a main circuit including a semiconductor element in a housing 106 installed under the floor of the electric vehicle. , A first group, a second group, a third group, and a fourth group of VVVF inverter circuits 24 a, 24 b, 24 c, and 24 d which are a plurality of power conversion circuits; To the fourth inverter control units 27a to 27d.
[0046]
The housing 106 has one cooling unit 108 including a cooling block 108A, which is a heat receiving unit, located inside the housing 106, and a heat radiating unit 108B, located outside the housing 106. An electric component 109 including semiconductor elements of four groups of VVVF inverter circuits 24a, 24b, 24c, 24d is arranged in a cooling block 108A of this one cooling unit 108, and one or a plurality of thermistors and the like are arranged in the cooling block 108A. A temperature detection sensor 110 is attached. In FIG. 6, two temperature detection sensors 110 are provided, and are input to the drive control unit 26 as a temperature detection sensor output 1 and / or a temperature detection sensor output 2.
[0047]
When the output of the temperature detection sensor 105 exceeds the set value, the drive control unit 26 individually controls the first, second, third, and fourth inverter control units 27a, 27b, 27c, and 27d. One group of VVVF inverter circuits 24a is stopped, and the other second, third and fourth group VVVF inverter circuits 24b, 24c and 24d are operated. As a result, even if the temperature rise is simultaneously detected for the four groups of VVVF inverter circuits 24a to 24d, the semiconductor elements of the first group of VVVF inverter circuits 24a are opened by opening only the first group of VVVF inverter circuits 24a. Since the heat loss does not occur from the electric components 109 including the semiconductor devices, the cooling performance of the electric components including the semiconductor elements of the other four VVVF inverter circuits 24a to 24d can be spared, and the heat generation on the cooling block 108A can be reduced. it can.
[0048]
As described above, in the present embodiment, the first group, the second group, the third group, and the fourth group of the VVVF inverter circuits 24a, 24b, 24c, and 24d whose electric components are arranged in the same cooling block 108A. Since the heat loss is monitored by the output of the temperature detection sensor 110 to maximize the use of the cooling capacity of the cooling block 108A, even if one group of VVVF inverter circuits fails, the other group of VVVF The induction motor can be driven by the inverter circuit, and the vehicle can run with performance close to that of normal operation.
[0049]
In the above description, the drive control unit 26 has a case where the set value is one. However, the drive control unit 26 provides a set value of a plurality of stages, and each time the set value of each stage is exceeded, the first, second, third, and fourth inverter control The units 27a, 27b, 27c, 27d can be individually and variously controlled. For example, when the set values of the first to fourth stages are set and the output of the temperature detection sensor 110 becomes the set value of the first stage, a control command for reducing the carrier frequency of the VVVF inverter circuit of only one of the plurality of groups is set. The operation at the normal 1 kHz is operated at 500 Hz by the group of PWM control units. As a result, the switching loss of the group of semiconductor elements is reduced, and the cooling loss of the entire cooling block 108A is reduced. When the temperature further rises and exceeds the set value of the second stage, the carrier frequency of the second group is reduced. When the output of the temperature detection sensor 110 further rises and exceeds the set value of the third stage, the VVVF of the first group is reduced. When only the inverter circuit releases the regenerative brake and the output of the temperature detection sensor 110 further exceeds the set value in the fourth stage, only the group of VVVF inverter circuits is stopped.
[0050]
As described above, according to the present embodiment, since the drive control unit 26 has a plurality of set values, it is possible to change the control mode of the VVVF inverter circuits of each group according to the temperature state of the cooling block 108A. This makes it possible to efficiently utilize the cooling capacity of the blocks, thereby achieving efficient cooling of the VVVF inverter circuits of each group, and making it possible to reduce the size of the electric vehicle power converter 100-2.
[0051]
(Fourth embodiment)
Next, an electric vehicle power converter according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 in which the same parts as those in FIG. The present embodiment is an example of an electric vehicle power converter having a plurality of groups of CVCF inverter circuits used as auxiliary power supplies, as in the first and second embodiments.
[0052]
FIG. 7A is a configuration diagram of a main circuit of the electric vehicle power converter of the fourth embodiment, which is the same as FIG. 3A. FIG. 7B is a configuration diagram of a control unit according to the fourth embodiment, and is different from FIG. 3B in the drive control unit. FIGS. 8A and 8B show the external appearance and the internal housing structure of the electric vehicle power converter, wherein FIG. 8A is a top view and FIG. 8B is a side view.
[0053]
As shown in FIG. 7B, the drive control unit 11-2 of the present embodiment receives the outputs of the U-phase, V-phase, and W-phase temperature detection sensor.
[0054]
As shown in FIG. 8, the electric vehicle power converter 100-3 of the present embodiment accommodates the control unit 112 shown in FIG. 7B in a housing 111 installed under the floor of the electric vehicle or the like. ing. The housing 111 is composed of U-phase, V-phase, and W-phase cooling blocks 113Ua, 113Va, and 113Wa, which are heat receiving units located inside the housing 111, and heat radiation units 113Ub, 113Vb, and 113Wb located outside the housing 111. Cooling unit. Electrical components 114U, 114V, and 114W including semiconductor elements for each of the U, V, and W phases are arranged in each of the U, V, and W phase cooling blocks 113Ua, 113Va, and 113W. Further, temperature detection sensors 115U, 115V, 115W are installed in the cooling blocks 113Ua, 113Va, 113W of the U-phase, V-phase, and W-phase, respectively.
[0055]
With this configuration, the drive control unit 11-2 can monitor the temperatures of the U-phase, V-phase, and W-phase cooling blocks 113Ua, 113Va, and 113Wa. Then, when, for example, one temperature set value is set as in the second embodiment, the drive control unit 11-2 individually controls the first and second inverter control units 12-1a and 12-1b. Thus, control such as stopping only one of the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b is performed. When the drive control unit 11-2 sets the temperature set values in a plurality of stages, the first and second inverter control units 12-1a and 12-1b are individually opened according to each stage, and the carrier instruction is performed. Command control.
[0056]
As for the individual control of the first and second inverter control units 12-1a and 12-1b, individual control for each of the U phase, the V phase, and the W phase is also possible.
[0057]
As described above, according to the present embodiment, the first and second groups of CVCF inverter circuits 6a and 6b are controlled by the drive control unit 11-1 in accordance with the temperature states of the U-phase, V-phase and W-phase cooling blocks 113Ua, 113Va and 113Wa. Can be changed, the cooling capacity of the cooling block can be efficiently used, and the CVCF inverter circuits of each group can be efficiently cooled, and the electric vehicle power converter 100-3 can be realized. Can be reduced in size.
[0058]
(Fifth embodiment)
Next, an electric vehicle power converter according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10 in which the same portions as those in FIG. This embodiment is an example of an electric vehicle power converter having a plurality of groups of VVVF inverter circuits used as a power source for driving an electric motor of an electric vehicle, as in the third embodiment.
[0059]
FIG. 9A is a configuration diagram of a main circuit of the electric vehicle power converter of the fifth embodiment, which is the same as FIG. 5A. FIG. 9B is a configuration diagram of a control unit according to the fifth embodiment, and is different from FIG. 5B in the drive control unit. FIGS. 10A and 10B show an external view and an internal housing structure of the electric power converter for an electric vehicle. FIG. 10A is a top view and FIG. 10B is a side view.
[0060]
As shown in FIG. 9B, the drive control unit 26-1 of the present embodiment receives the outputs of the U-phase, V-phase, and W-phase temperature detection sensor.
[0061]
As shown in FIG. 10, the electric vehicle power converter 100-4 of the present embodiment accommodates the control unit 117 shown in FIG. 9B in a housing 116 installed under the floor of the electric vehicle or the like. ing. The housing 116 is composed of U-phase, V-phase, and W-phase cooling blocks 117Ua, 117Va, and 117Wa, which are heat receiving units located inside the housing 116, and heat radiating units 117Ub, 117Vb, and 117Wb located outside the housing 116. Cooling unit. Electrical components 118U, 118V, 118W including semiconductor elements for each of the U-phase, V-phase, and W-phase are arranged in each of the U-, V-, and W-phase cooling blocks 117Ua, 117Va, and 117Wa. Further, temperature detection sensors 119U, 119V, and 119W are installed in each of the U-phase, V-phase, and W-phase cooling blocks 117Ua, 117Va, and 117Wa.
[0062]
With this configuration, the drive control unit 26-1 can monitor the temperatures of the U-phase, V-phase, and W-phase cooling blocks 117Ua, 117Va, and 117Wa. Then, for example, when one temperature set value is set, the drive control unit 26-1 individually controls the first, second, third, and fourth inverter control units 27a, 27b, 27c, and 27d, For example, control is performed such that the first group of VVVF inverter circuits 24a is stopped and the other second, third, and fourth groups of VVVF inverter circuits 24b, 24c, and 24d are operated. When the drive control unit 26-1 sets the temperature set values in a plurality of stages, the first, second, third, and fourth inverter control units 27a, 27b, 27c, and 27d are individually set according to each stage. And the first group, the second group, the third group, and the fourth group of VVVF inverter circuits 24a, 24b, 24c, and 24d are individually command-controlled such as an open command and a carrier command.
[0063]
As for the individual control of the first, second, third, and fourth inverter control units 27a, 27b, 27c, and 27d, individual control for each of the U, V, and W phases is also possible.
[0064]
As described above, according to the present embodiment, the drive control unit 26-1 changes the control mode of the VVVF inverter circuits of each group according to the temperature state of each of the U-phase, V-phase, and W-phase cooling blocks 117Ua, 117Va, and 117Wa. The cooling capacity of the cooling block can be efficiently utilized, and thus, the VVVF inverter circuits of each group can be efficiently cooled, and the electric vehicle power converter 100-4 can be reduced in size. It becomes.
[0065]
In the above embodiment, the power converter for a vehicle having a plurality of inverter circuits has been described. However, a similar effect can be obtained in a converter circuit as the power converter.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power converter for an electric vehicle that can achieve a small size and light weight while realizing high efficiency of the cooling capacity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a power converter for an electric vehicle according to the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the operation of the embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the electric vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 4 is an exemplary view showing an external appearance and an internal accommodation state of the electric vehicle power converter of the embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a third embodiment of the electric vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 6 is an exemplary view showing an appearance and an internal accommodation state of the electric vehicle power converter of the embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the electric vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 8 is an exemplary view showing an appearance and an internal accommodation state of the electric vehicle power converter of the embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the electric vehicle power converter according to the present invention.
FIG. 10 is an exemplary view showing the external appearance and the internal accommodation state of the electric vehicle power converter of the embodiment.
FIG. 11 is a configuration diagram showing an example of a conventional electric vehicle power converter.
[Explanation of symbols]
1: Pantograph
2. Circuit breaker
3 ... Filter reactor
4a, 4b ... open contactor
5a, 5b ... Filter capacitors
6a, 6b ... first and second CVCF inverter circuits
7a, 7b ... AC filter
8a, 8b ... Transformer
9a, 9b ... load contactor
10 ... Load
11 Drive control unit
12a, 12b ... first and second inverter control units
101 ... housing
102 ... Control unit
103 ... Cooling unit
104 electric parts including semiconductor elements

Claims

電気車に搭載される冷却ブロックと、
この冷却ブロックに配置されるものであって、複数群の電力変換回路を構成する半導体素子を含む電気部品と
前記複数群の電力変換回路を定常動作に係る電力変換回路と待機動作に係る電力変換回路とに選択制御する制御手段と
を具備することを特徴とする電気車電力変換装置。A cooling block mounted on the electric vehicle,
An electric component including a semiconductor element constituting a plurality of groups of power conversion circuits, the plurality of groups of power conversion circuits being a power conversion circuit for a steady operation, and a power conversion for a standby operation. An electric vehicle power converter, comprising: a circuit;

前記冷却ブロックに設けられ前記制御手段に供される温度検出信号を出力する温度検出センサを更に具備することを特徴とする請求項１記載の電気車用電力変換装置。The electric vehicle power converter according to claim 1, further comprising a temperature detection sensor provided in the cooling block and outputting a temperature detection signal provided to the control unit.

前記温度検出センサの出力が予め定めた設定値を超えたとき、前記複数群の電力変換回路のうち少なくとも一群の電力変換回路を停止させ残りの群の電力変換回路を動作させる手段を具備することを特徴とする請求項２記載の電気車用電力変換装置。When the output of the temperature detection sensor exceeds a predetermined set value, at least one group of the plurality of groups of power conversion circuits is stopped and the remaining group of power conversion circuits are operated. The electric vehicle power converter according to claim 2, characterized in that:

電気車に搭載される冷却ブロックと、
この冷却ブロックに配置されるものであって、複数群の電力変換回路を構成する半導体素子を含む電気部品と
前記冷却ブロックに、前記複数群の電力変換回路の代表の相又は各相毎に設けられ、前記電力変換回路を制御するための温度検出センサと
を具備することを特徴とする電気車用電力変換装置。A cooling block mounted on the electric vehicle,
Electrical components including semiconductor elements constituting a plurality of groups of power conversion circuits, provided in the cooling block, and provided on the cooling block for a representative phase or each phase of the plurality of groups of power conversion circuits. And a temperature detection sensor for controlling the power conversion circuit.

前記温度検出センサの出力が所定値を超えたとき、前記複数群の電力変換回路のうち少なくとも一つの電力変換回路を停止させ残りの電力変換回路を動作させる手段を更に具備することを特徴とする請求項４記載の電気車用電力変換装置。When the output of the temperature detection sensor exceeds a predetermined value, the apparatus further comprises means for stopping at least one of the plurality of groups of power conversion circuits and operating the remaining power conversion circuits. An electric vehicle power converter according to claim 4.

前記温度検出センサの出力が予め定めた複数段階の設定値を超えたとき、前記設定値に応じて前記複数群の電力変換回路を個別に制御する手段を更に具備することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項記載の電気車用電力変換装置。When the output of the temperature detection sensor exceeds a predetermined set value in a plurality of stages, further comprising means for individually controlling the plurality of groups of power conversion circuits according to the set value. An electric vehicle power converter according to any one of claims 2 to 5.