JP2010280235A - Noncontact current collector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気車両に非接触によって集電する装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for collecting electricity in a non-contact manner on an electric vehicle.
本出願人は先に、大きな内部インピーダンスを有する交流電源に接続されるPWMコンバータの効率を上昇させ、スイッチング素子の小容量化を図るために、容量性インピーダンスを直列接続したPWMコンバータについて提案している(特許文献1参照)。 The present applicant has previously proposed a PWM converter in which capacitive impedances are connected in series in order to increase the efficiency of a PWM converter connected to an AC power supply having a large internal impedance and to reduce the capacity of a switching element. (See Patent Document 1).
かかる先願技術を、図5の先願の非接触集電装置の主回路と電源系統を示す図、図4の先願の非接触集電装置の主回路と電源系統の単相等価回路を示す図、および図3の先願の非接触集電装置に用いるPWMコンバータの制御回路図を参照して詳述する。
図5において、4はPWM変換器、5は負荷としての直流電源、7は交流電源、8は内部抵抗、9は内部インダクタンス、10はPWMコンバータ部、33は直列コンデンサである。
図4において、1は1次コイル、2は2次コイルを表す。
図3において、21は演算回路、22はF/V変換回路、23は容量指令発生器、24は割算器、25は比較器、26は三角波発生器、27はゲート発生回路を表す。
FIG. 5 shows the main circuit and power supply system of the non-contact current collector of the prior application shown in FIG. 5, and the single-phase equivalent circuit of the main circuit and power system of the non-contact current collector of FIG. This will be described in detail with reference to the drawings and the control circuit diagram of the PWM converter used in the non-contact current collector of the prior application of FIG.
In FIG. 5, 4 is a PWM converter, 5 is a DC power supply as a load, 7 is an AC power supply, 8 is an internal resistance, 9 is an internal inductance, 10 is a PWM converter unit, and 33 is a series capacitor.
In FIG. 4, 1 represents a primary coil and 2 represents a secondary coil.
In FIG. 3, 21 is an arithmetic circuit, 22 is an F / V conversion circuit, 23 is a capacity command generator, 24 is a divider, 25 is a comparator, 26 is a triangular wave generator, and 27 is a gate generation circuit.
図5において、3相の交流電源7に直列に内部抵抗8、内部インダクタンス9、および直列コンデンサ33が直列に接続されて、さらに直列に接続されたPWM変換器4および負荷としての直流電源5において交流出力が直流出力に変換される。
先願技術は、リニア新幹線の補助電源を対象とする非接触集電であり、車両走行速度によって商用周波数程度からその数倍程度の周波数を有する交流電源7は、図4の1次コイル1に供給する電源を示す。図4と図5の交流電源7は、同一品を表す。2次コイル2、直列コンデンサ33およびPWMコンバータ部10が図示しない走行車両上に搭載される。
In FIG. 5, an
The prior application technology is a non-contact current collector for an auxiliary power source of a linear bullet train, and an
図4において、1次コイル1は1次抵抗R1、1次漏れインダクタンスL1、主磁束によるインダクタンスL01で表される。また、2次コイル2は2次抵抗R2、2次漏れインダクタンスL2、主磁束によるインダクタンスL02で表される。この1次コイル1と2次コイル2の間には磁気結合による相互インダクタンスMが存在し、M2=L01×L02の関係がある。1次コイル1と2次コイル2は非接触で集電するために、磁気ギャップが大きくなり、相互インダクタンスMは通常のトランスよりは小さく、両方のコイルの漏れインダクタンスは大きくなる。
In FIG. 4, the
1次コイル1と2次コイル2の巻数をN1,N2とすれば、巻数比aはa=N1/N2で表される。従って、図4の相互インダクタンスMを無視すると、図4と図5における抵抗とインダクタンスの関係は次のようになる。
図5の内部抵抗8の値RSは1次抵抗R1を2次コイル2側に換算し、2次抵抗R2および巻数比aを用いてRS=R1/a2+R2で表される。同様に、内部インダクタンス9の値LSは1次漏れインダクタンスL1を2次コイル2側に換算し、2次漏れインダクタンスL2および巻数比aを用いてLS=L1/a2+L2で表される。
If the number of turns of the
The value R S of the
図4に示すように、従来技術においてPWM変換器4を力率=1となるように制御した場合に、PWMコンバータ部10は、等価容量Cbと負荷抵抗Rbの直列回路で表される。
As shown in FIG. 4, when the
このように構成される先願の非接触集電主回路において、力率=1でPWM変換器4を制御する方法を説明する。
交流電源7から力率=1で電力を取り出すためには、1次コイル1と2次コイル2と負荷系統の全体のリアクタンスが零であることが必要である。すなわち、図6において内部インダクタンス9と直列コンデンサ33およびPWMコンバータ部10の直列回路のリアクタンスが零である必要がある。
すなわち、直列コンデンサ33およびPWMコンバータ部10の直列回路の合計容量をCとすれば、内部インダクタンス9の値LSとの間に式(1)の条件が成立すればリアクタンスが零となる。
しかしながら、容量CCを有する直列コンデンサ33が予め接続されているので、PWMコンバータ部10の等価容量Cbが式(2)を満たせば、式(1)を満たすことになる。
したがって、図5に示すPWM変換器4の3相入力端子電圧Eu ,Ev ,Ew が、次の式(3)〜(5)となれば、PWMコンバータ部10は等価的に図4と等しくなる。ここで(1/j)は位相を90°遅らせる演算子である。
A method of controlling the
In order to extract electric power from the
That is, if the total capacity of the series circuit of the
However, since the
Therefore, if the three-phase input terminal voltages Eu, Ev, and Ew of the
図3は、このための従来のPWMコンバータの制御回路例を示すもので、21は検出された電流Iu ,Iv から入力端子電圧の指令値Eu
*, Ev * ,Ew *を算出する演算回路、24は割算器、25は比較器、27はゲート発生回路、26は三角波発生器、22はF/V変換器、23は容量指令発生器である。演算回路21は前記式(3)〜(5)の演算を行う。ここで、Iw
は(−Iu −Iv )と等しいことと、Iu とIv が120°位相差を持つことを利用して、入力端子電圧指令値Eu * ,Ev
* ,Ew * は次の式(6)〜(8)の如く算出される。
FIG. 3 shows an example of a control circuit of a conventional PWM converter for this purpose.
* , Ev * , Ew * calculation circuit, 24 is a divider, 25 is a comparator, 27 is a gate generation circuit, 26 is a triangular wave generator, 22 is an F / V converter, and 23 is a capacity command generator It is. The
Is equal to (−Iu−Iv), and Iu and Iv have a 120 ° phase difference, and input terminal voltage command values Eu * and Ev.
* And Ew * are calculated as in the following equations (6) to (8).
この外部容量Ccの値は、例えば定格電源角周波数ωの時に式(1)で求められる値Cに近い値のコンデンサが接続される。
As the value of the external capacitance Cc, for example, a capacitor having a value close to the value C obtained by Expression (1) at the rated power supply angular frequency ω is connected.
このように構成されるPWMコンバータ部10は、例えばω=2π×250Hz,C=Cc=1000μF、R=0.1Ωとすると、図4のPWMコンバータ部10の相インピーダンスの絶対値|Zb|、および直列コンデンサ33とPWMコンバータ部10の合計相インピーダンス|Za|は、それぞれ|Zb|=0.1Ω,
|Za|=0.64Ωとなり、|Za|/|Zb|=6.4である。
すなわち、Cc =Cとすると、図4において直列コンデンサ33とPWMコンバータ部10に印加される電圧Vdは、PWMコンバータ部10の負荷抵抗Rbおよび等価容量Cbの直列回路に印加される電圧の約6.4倍となる。逆に言うと、PWMコンバータ部10の負荷抵抗Rbおよび等価容量Cbの直列回路に印加される電圧は小さくすることができる。
For example, when the
| Za | = 0.64Ω, and | Za | / | Zb | = 6.4.
That is, when Cc = C, the voltage Vd applied to the
上記した交流電源7を商用周波数程度からその数倍程度の周波数を有する3相交流電源7で構成し、PWM変換器4に直列コンデンサ33を直列に接続する方法では、内部インダクタンスLSの大きい交流電源から力率=1で電力を取り出すことができる。しかし、直列コンデンサ33を走行車両側に設置しなければならず、走行車両が重くなるという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、軽い走行車両を構成できる非接触集電装置を提供することである。
In the method in which the
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a non-contact current collector capable of constituting a light traveling vehicle.
請求項1の発明によれば、地上の1次コイルから走行車両の2次コイルに誘導される交流出力をPWMコンバータにより直流出力にする非接触集電装置において、該1次コイルの入力側に1次側コンデンサを直列に接続し、該PWMコンバータをPWM変調により等価的に抵抗とコンデンサの直列回路となるように制御し、該1次側コンデンサと前記1次コイルの漏れインダクタンスと該2次コイルの漏れインダクタンスと前記PWMコンバータの等価容量を全て2次コイル側で表した合計直列リアクタンスが零となることを特徴とする非接触集電装置である。 According to the first aspect of the present invention, in the non-contact current collector that converts the AC output induced from the primary coil on the ground to the secondary coil of the traveling vehicle to the DC output by the PWM converter, on the input side of the primary coil A primary side capacitor is connected in series, and the PWM converter is controlled to be equivalently a series circuit of a resistor and a capacitor by PWM modulation, and the leakage inductance of the primary side capacitor and the primary coil and the secondary side are controlled. The non-contact current collector is characterized in that the total series reactance in which the leakage inductance of the coil and the equivalent capacity of the PWM converter are all expressed on the secondary coil side is zero.
非接触集電装置において、電源系統側の1次コイルに直列コンデンサを接続して、走行車両側の2次コイルに接続されるPWMコンバータにより力率=1を達成することができるので、PWMコンバータを小さく構成できるので走行車両を軽くすることができる。 In the non-contact current collector, the power factor = 1 can be achieved by connecting a series capacitor to the primary coil on the power system side and the PWM converter connected to the secondary coil on the traveling vehicle side. Since the vehicle can be made small, the traveling vehicle can be lightened.
地上側1次コイルにコンデンサを直列接続して、2次コイル側のPMWコンバータにより力率=1を達成する。 A capacitor is connected in series to the ground side primary coil, and a power factor = 1 is achieved by the PMW converter on the secondary coil side.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は、本発明が適用された電源系統に直列にコンデンサを接続した非接触集電装置の主回路結線図である。
図2は、電源系統に直列にコンデンサを接続した非接触集電装置の単相等価回路である。
34は電源系統に接続した1次側コンデンサである。
同図において、図5、図4と同一番号は類似した同一構成部品を表す。
以下、図1および図2について、図3を参照して説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a main circuit connection diagram of a non-contact current collector in which a capacitor is connected in series to a power supply system to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a single-phase equivalent circuit of a non-contact current collector in which a capacitor is connected in series with the power supply system.
In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 5 and 4 denote similar components.
Hereinafter, FIG. 1 and FIG. 2 will be described with reference to FIG.
図2において、1次コイル1および2次コイル2の抵抗およびインダクタンスの関係は、図4と同様に表される。ここで、1次コイル1と2次コイル2の巻数をN1,N2とすれば、巻数比aはa=N1/N2で表される。従って、図2の相互インダクタンスMを無視すると、図1と図2における抵抗とインダクタンスの関係は、RS=R1/a2+R2およびLS=L1/a2+L2で表される。
また、図2の交流電源7に接続される1次側コンデンサ34の容量CC1は、2次コイル2側に換算すると、CC=a2×CC1となる。従って、実際に接続される1次側コンデンサ34の容量CC1は巻数比aを用いてCC1=CC/a2から求められる。
In FIG. 2, the relationship between the resistance and inductance of the
Further, the capacitance C C1 of the
従って、非接触集電装置に用いられるPWMコンバータ4の容量指令発生器23は、1次側コンデンサ34の容量CC1と巻数比aを用いてCC=a2×CC1を求め、式(2)に基づいてCbを演算する。このCbを用いて、PWMコンバータ4は図3の制御回路により図5と同様に制御される。その結果、1次側コンデンサ34と1次コイルの漏れインダクタンスL1と前記2次コイルの漏れインダクタンスL2と前記PWMコンバータの等価容量Cbを全て2次コイル側で表した合計直列リアクタンスが零となり、力率=1で運転される。
Therefore, the
ここで、電源角周波数ωの値によって、式(2)の分母が零になることがないように、分母の演算結果にヒステリシスを設ける必要がある。また、式(2)の演算結果が負になることがあるが、そのような場合には等価容量Cbはインダクタンスとして動作し、結果として力率=1は保たれる。 Here, it is necessary to provide hysteresis in the calculation result of the denominator so that the denominator of Expression (2) does not become zero depending on the value of the power supply angular frequency ω. In addition, the calculation result of Expression (2) may be negative. In such a case, the equivalent capacitance Cb operates as an inductance, and as a result, power factor = 1 is maintained.
非接触集電装置は、供給側のコイルと集電側のコイルの間隔が大きいために、コイルの漏れインダクタンスが大きくなり、力率が悪いために大きな出力が取れないという問題があった。本発明は、非接触集電装置の1次コイル側に1次側コンデンサを接続し、2次コイル側にPWMコンバータを接続したものである。
この1次側コンデンサとPWMコンバータは、1次コイルおよび2次コイルの漏れインダクタンスによる誘導性リアクタンスを打ち消すように、容量性リアクタンスとして動作する。
予め接続する1次側コンデンサのために、PWMコンバータが発生するリアクタンス分の電圧ドロップは少なくなり、PWMコンバータの容量を小さくできる。従って、走行車両の集電装置を小さくできるので、走行車両を軽くできるので産業利用上非常に有用である。
The non-contact current collector has a problem that since the gap between the supply-side coil and the current-collection coil is large, the leakage inductance of the coil is large, and the power factor is low, so that a large output cannot be obtained. In the present invention, a primary capacitor is connected to the primary coil side of the non-contact current collector, and a PWM converter is connected to the secondary coil side.
The primary capacitor and the PWM converter operate as capacitive reactance so as to cancel out inductive reactance due to leakage inductance of the primary coil and the secondary coil.
Because of the primary capacitor connected in advance, the voltage drop corresponding to the reactance generated by the PWM converter is reduced, and the capacitance of the PWM converter can be reduced. Therefore, since the current collector of the traveling vehicle can be reduced, the traveling vehicle can be lightened, which is very useful for industrial use.
1 1次コイル
2 2次コイル
4 PWM変換器
5 直流電源
7 交流電源
8 内部抵抗
9 内部インダクタンス
10 PWMコンバータ部
21 演算回路
22 F/V変換器
23 容量指令発生器
24 割算器
25 比較器
26 三角波発生器
27 ゲート発生回路
33 直列コンデンサ
34 1次側コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009132789A JP2010280235A (en) | 2009-06-02 | 2009-06-02 | Noncontact current collector |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2009132789A JP2010280235A (en) | 2009-06-02 | 2009-06-02 | Noncontact current collector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009132789A Pending JP2010280235A (en) | 2009-06-02 | 2009-06-02 | Noncontact current collector |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2010280235A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012143106A (en) * | 2011-01-05 | 2012-07-26 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | Non-contact power feeding device of magnetic field resonance type |
JP2012253924A (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-20 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Direct current output circuit of generator for distributed power source |
JP2016025677A (en) * | 2014-07-16 | 2016-02-08 | 学校法人東京理科大学 | Power transmission device and electric apparatus |
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2009
- 2009-06-02 JP JP2009132789A patent/JP2010280235A/en active Pending
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