JP5545103B2 - Electric vehicle drive circuit - Google Patents

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Description

この発明は、直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、これらから供給される電力を入力とする複数台のインバータにより交流電動機を駆動することで、電気車を推進させる電気車用駆動回路に関する。   The present invention relates to a drive circuit for an electric vehicle that can receive power from both a DC power source and a power storage device, and drives an AC vehicle by driving an AC motor by a plurality of inverters that receive electric power supplied from them. .

この種の従来例として、例えば特許文献１に示すものがある。
上記特許文献１では、架線から集電装置（５０：特許文献１の図１で付されている符号、以下同様）を介して受電した直流電力をインバータ（５３）で交流に変換し、モータ（５４：Ｍ）を駆動している。さらに、チョッパ回路（１０６）をインバータ（５３）の直流入力側に接続して、その出力に蓄電装置（６５）を接続している。そして、ブレーキ時に架線へ回生できない電力などを、チョッパ回路（１０６）を介して蓄電装置（６５）に蓄積し、力行時にその電力を使うことで省エネルギー化を図るとともに、架線の無い区間での自力走行を可能にしている。 As this type of conventional example, for example, there is one shown in Patent Document 1.
In the said patent document 1, the direct current power received from the overhead wire via the current collector (50: the code | symbol attached | subjected in FIG. 1 of patent document 1, and the following similarly) is converted into alternating current with an inverter (53), and a motor ( 54: M) is driven. Furthermore, the chopper circuit (106) is connected to the DC input side of the inverter (53), and the power storage device (65) is connected to the output. Then, electric power that cannot be regenerated to the overhead line during braking is stored in the power storage device (65) via the chopper circuit (106), and energy is saved by using the electric power during power running. Driving is possible.

また、別の特許文献２では、同様の回路でインバータが故障したときなどを考慮して、インバータを複数台（この例では４，５：特許文献２の図１での符号、以下同様）設け、
誘導電動機（７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）をそれぞれのインバータで駆動する例が開示されている。この例では、インバータ故障時などには、故障したインバータを切り離す接触器（５０，５１）を設け、１台のインバータが故障しても、接触器によりそれを切り離して走行を継続できるようにしている。 Also, in another patent document 2, a plurality of inverters (4, 5 in this example: reference numerals in FIG. 1 of patent document 2, the same applies hereinafter) are provided in consideration of when an inverter fails in a similar circuit. ,
An example in which induction motors (7a, 7b, 8a, 8b) are driven by respective inverters is disclosed. In this example, a contactor (50, 51) for disconnecting the failed inverter is provided in the event of an inverter failure, etc. so that even if one inverter fails, it can be disconnected by the contactor to continue running. Yes.

これらの特許文献１と２から、例えば図６のような電気車駆動用回路が考えられる。この回路は、架線１から集電装置２やフィルタリアクトル３，フィルタコンデンサ５を介してインバータ６１，６２へ給電し、交流電動機７を駆動する例である。そして、フィルタコンデンサ５と並列にチョッパ回路８を接続するとともに、それに蓄電装置９を接続するようにしている。なお、スイッチ４は、故障したインバータを切り離すためのものである。   From these Patent Documents 1 and 2, for example, an electric vehicle driving circuit as shown in FIG. 6 can be considered. This circuit is an example in which power is supplied from the overhead wire 1 to the inverters 61 and 62 via the current collector 2, the filter reactor 3, and the filter capacitor 5 to drive the AC motor 7. A chopper circuit 8 is connected in parallel with the filter capacitor 5 and a power storage device 9 is connected thereto. The switch 4 is for disconnecting the failed inverter.

図６に示すものは、特許文献１に対しインバータの故障を考慮して、インバータを複数台設けたものである。また、特許文献２に対しては架線の定格電圧が固定の場合で、このため電圧に応じて切り替える回路が不要となる。また、架線電圧と蓄電装置の電圧が、例えばＤＣ７５０ＶとＤＣ３００Ｖというように大きく離れているために、蓄電装置の電力により架線が加圧されることがない場合に相当する。   FIG. 6 shows a configuration in which a plurality of inverters are provided with respect to Patent Document 1 in consideration of inverter failure. Further, with respect to Patent Document 2, the rated voltage of the overhead wire is fixed, so that a circuit that switches according to the voltage becomes unnecessary. Further, this corresponds to the case where the overhead wire is not pressurized by the power of the power storage device because the overhead wire voltage and the voltage of the power storage device are largely separated, for example, DC750V and DC300V.

特開２００６−３４０５６１号公報JP 2006-340561 A 特開２００８−２５３０８４号公報JP 2008-253084 A

図６では、例えばインバータ６１が故障しても、これを切り離すことによって、故障していないインバータ６２を用いて走行を継続することが可能である。しかし、チョッパ回路８は1台しかないため、架線がない区間でこれが故障するとインバータ６１，６２へ電力を供給できなくなり、走行を継続することができない。
そこで、チョッパ回路８を複数台設け、故障したチョッパ回路を切り離して走行を継続することが考えられる。 In FIG. 6, for example, even if the inverter 61 fails, it is possible to continue running using the inverter 62 that has not failed by disconnecting the inverter 61. However, since there is only one chopper circuit 8, if this breaks down in a section where there is no overhead wire, power cannot be supplied to the inverters 61 and 62, and traveling cannot be continued.
Accordingly, it is conceivable to provide a plurality of chopper circuits 8 and continue traveling by disconnecting the chopper circuit that has failed.

しかし、そのようにチョッパ回路を複数台とすると、当然のことながらその分の回路が追加となり、回路全体が大型化しコストアップするという問題が生じる。
従って、この発明の課題は、チョッパ回路を１台として回路が大型化しないようにし、これが故障した場合でも、架線がない区間での自力走行を可能とすることにある。 However, if there are a plurality of chopper circuits in this way, it is a matter of course that the corresponding number of circuits are added, resulting in a problem that the entire circuit becomes larger and costs increase.
Accordingly, an object of the present invention is to prevent a circuit from becoming large by using a single chopper circuit, and to enable self-running in a section where there is no overhead line even if this circuit breaks down.

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、それらから供給される電力を受電する複数台のインバータにより交流電動機を駆動して電気車を推進するとともに、前記蓄電装置の出力とインバータ直流入力との間にチョッパ回路を設け、蓄電装置が供給または吸収する電力を制御する電気車用駆動回路において、
少なくとも１台の前記交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間にスイッチを接続し、少なくとも前記チョッパ回路およびその制御装置が故障したときにはチョッパ回路を切り離すとともに、前記スイッチをオンさせ、このスイッチに接続されたインバータをチョッパ回路として動作させることを特徴とする。 In order to solve such a problem, in the invention of claim 1, an AC motor is driven by a plurality of inverters that can receive power from both a DC power source and a power storage device and receive power supplied from them. In the electric vehicle drive circuit for controlling the power supplied or absorbed by the power storage device, providing a chopper circuit between the output of the power storage device and the inverter DC input,
Connecting a switch between a neutral point of at least one of the AC motor windings and the power storage device, and disconnecting the chopper circuit when at least the chopper circuit and its control device fail, and turning on the switch; The inverter connected to the switch is operated as a chopper circuit.

上記請求項１の発明においては、前記スイッチに代えてスイッチとリアクトルとの直列回路とすることができ（請求項２の発明）、請求項１または２の発明においては、前記スイッチまたはスイッチとリアクトルとの直列回路を、交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間に設ける代わりに、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路内のリアクトルの一端との間に設けることができる（請求項３の発明）。また、請求項１〜３の発明においては、前記直流電源の代わりに前記蓄電装置を充電する充電装置を設け、前記電気車が停止中または一部走行区間で前記充電装置にて蓄電装置を充電することにより、残りの区間を蓄電装置に充電した電力のみで走行するとともに、その残りの区間で前記チョッパ回路が故障したときは、前記インバータをチョッパ動作させることによって自力走行を可能にすることができる（請求項４の発明）。   In the first aspect of the invention, a series circuit of a switch and a reactor can be used instead of the switch (invention of the second aspect). In the first or second aspect of the invention, the switch or the switch and the reactor are provided. Can be provided between the neutral point of the AC motor winding and one end of the reactor in the chopper circuit instead of being provided between the neutral point of the AC motor winding and the power storage device. (Invention of Claim 3). In the first to third aspects of the present invention, a charging device for charging the power storage device is provided instead of the DC power supply, and the power storage device is charged by the charging device while the electric vehicle is stopped or partially in a traveling section. As a result, the remaining section travels only with the electric power charged in the power storage device, and when the chopper circuit breaks down in the remaining section, the inverter can be operated by the chopper to enable self-running. (Invention of claim 4)

この発明によれば、１台のインバータが故障した場合はもちろんのこと、チョッパ回路が故障した場合でも自力走行が可能なため、立ち往生することがなく、その結果大幅なダイヤの乱れや運休を回避することが可能となる。   According to this invention, not only when one inverter breaks down, but also when the chopper circuit breaks down, it can run on its own, so it does not get stuck and, as a result, avoids major disruptions and suspensions. It becomes possible to do.

この発明の実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows embodiment of this invention. この発明における動作を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the operation | movement in this invention. この発明の他の実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows other embodiment of this invention. この発明のさらに他の実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows other embodiment of this invention. この発明の別の実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows another embodiment of this invention. ２つの従来例を組み合わせた実施例を示すブロック図。The block diagram which shows the Example which combined two conventional examples.

図１はこの発明による実施形態を示すブロック図である。
同図に示すように、この例は、架線１に集電装置２，フィルタリアクトル３およびフィルタコンデンサ５を介して２台のインバータ６１，６２の入力がそれぞれ接続されている例である。スイッチ４は、インバータ６１，６２の少なくとも１つが故障した際に、故障したインバータを切り離すために設けられている。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment according to the present invention.
As shown in the figure, this example is an example in which the input of the two inverters 61 and 62 is connected to the overhead line 1 via the current collector 2, the filter reactor 3 and the filter capacitor 5. The switch 4 is provided to disconnect the failed inverter when at least one of the inverters 61 and 62 fails.

また、インバータ６１，６２の直流入力側にはチョッパ回路８が設けられており、その入力と出力には、チョッパ回路８またはその制御装置が故障した場合に、この回路を切り離すスイッチ１０ａ，１０ｂが設けられ、そのスイッチ１０ｂを介してチョッパ回路８と蓄電装置９とが接続されている。この蓄電装置９としてはバッテリは勿論のこと、キャパシタを用いることもできる。また、インバータ６２の出力に接続された交流電動機７２の巻線の中性点と蓄電装置９との間には、スイッチ１１が設けられている。   Further, a chopper circuit 8 is provided on the DC input side of the inverters 61 and 62, and switches 10a and 10b for disconnecting the chopper circuit 8 or its control device when the chopper circuit 8 or its control device breaks down are provided at the input and output thereof. The chopper circuit 8 and the power storage device 9 are connected via the switch 10b. As the power storage device 9, not only a battery but also a capacitor can be used. A switch 11 is provided between the neutral point of the winding of the AC motor 72 connected to the output of the inverter 62 and the power storage device 9.

上記のような回路において、正常時およびチョッパ故障時には、スイッチ４，１０ａ，１０ｂおよび１１を図２のように動作させる。従って、正常時にはチョッパ回路８によって、蓄電装置９の電力はインバータ６１，６２に供給または吸収され、所望の動作をさせることができる。一方、チョッパ回路８が故障した場合には、スイッチ１０ａ，１０ｂをオフとしてチョッパ回路８を切り離す。そして、スイッチ１１をオンさせれば、インバータ６２と交流電動機７２の巻線のインダクタンスを組み合わせたチョッパ回路が形成され、インバータ６２の３つの上アーム，下アームをそれぞれ同時にオン／オフさせることにより、チョッパとして動作させることができる。   In the circuit as described above, the switches 4, 10a, 10b and 11 are operated as shown in FIG. Therefore, at normal times, the chopper circuit 8 supplies or absorbs the electric power of the power storage device 9 to the inverters 61 and 62 so that a desired operation can be performed. On the other hand, when the chopper circuit 8 fails, the switches 10a and 10b are turned off and the chopper circuit 8 is disconnected. When the switch 11 is turned on, a chopper circuit combining the inductances of the windings of the inverter 62 and the AC motor 72 is formed, and the three upper and lower arms of the inverter 62 are simultaneously turned on / off, It can be operated as a chopper.

これにより、チョッパ回路８が故障した場合でも、上記のようなチョッパ回路により蓄電装置９の電力を、コンデンサ５に供給または吸収することができる。そして、この電力によりインバータ６１を介して交流電動機７１を駆動または制動すれば、走行を継続できることになる。なお、この例では、交流電動機７２の巻線の中性点にのみスイッチ１１を設けたが、交流電動機７１にも同様に設けることができる。
図３はこの発明の他の実施形態を示すブロック図である。
これは、図１に示すものに対し、スイッチ１１と直列にリアクトル１２を接続した点が特徴で、その他は図１と全く同様である。 Thereby, even when the chopper circuit 8 breaks down, the power of the power storage device 9 can be supplied to or absorbed by the capacitor 5 by the chopper circuit as described above. If the AC motor 71 is driven or braked by the electric power via the inverter 61, the traveling can be continued. In this example, the switch 11 is provided only at the neutral point of the winding of the AC motor 72. However, the switch 11 can be provided similarly.
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
This is characterized in that a reactor 12 is connected in series with the switch 11 with respect to that shown in FIG.

図４はこの発明のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
ここでは、スイッチ１１の蓄電装置９への接続点を、チョッパ回路８内のリアクトル８ｃに接続しており、これに伴いチョッパ回路８を切り離すためのスイッチ１０ｂの位置も変更した点で図１と異なっている。ただし、動作については図１と同様である。なお、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路８のリアクトル８ｃとの間を、ここではスイッチ１１のみで接続したが、スイッチとリアクトルとの直列回路を接続しても良い。 FIG. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention.
Here, the connection point of the switch 11 to the power storage device 9 is connected to the reactor 8c in the chopper circuit 8, and the position of the switch 10b for disconnecting the chopper circuit 8 is changed accordingly. Is different. However, the operation is the same as in FIG. Here, the neutral point of the AC motor winding and the reactor 8c of the chopper circuit 8 are connected only by the switch 11 here, but a series circuit of the switch and the reactor may be connected.

図５はこの発明の別の実施形態を示すブロック図である。
これは、図１に示す架線１、集電装置２およびフィルタリアクトル３の代わりに、充電装置１２を設けた点が特徴である。この充電装置１２は電気車の外部に設置されるもので、蓄電装置９を充電するとき（例えば車両の停車時）にのみ接続される。そして、正常時にはチョッパ回路８を介して蓄電装置９を充電し、チョッパ回路８が故障した場合には、スイッチ１１をオンしインバータ６２をチョッパ動作させて充電する。なお、走行中に蓄電装置９の電力をフィルタコンデンサ５側へ供給または吸収する動作は、図１や図３と同様である。 FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
This is characterized in that a charging device 12 is provided instead of the overhead wire 1, the current collector 2 and the filter reactor 3 shown in FIG. The charging device 12 is installed outside the electric vehicle, and is connected only when the power storage device 9 is charged (for example, when the vehicle is stopped). In the normal state, the power storage device 9 is charged via the chopper circuit 8, and when the chopper circuit 8 fails, the switch 11 is turned on to charge the inverter 62 by performing a chopper operation. In addition, the operation | movement which supplies or absorbs the electric power of the electrical storage apparatus 9 to the filter capacitor 5 side during driving | running | working is the same as that of FIG.1 and FIG.3.

１…架線、２…集電装置、３…フィルタリアクトル、４，１０ａ，１０ｂ，１１…スイッチ、５…フィルタコンデンサ、６…インバータ、７…交流電動機、８…チョッパ回路、９…蓄電装置、１１…リアクトル、１２…充電装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Overhead wire, 2 ... Current collector, 3 ... Filter reactor, 4, 10a, 10b, 11 ... Switch, 5 ... Filter capacitor, 6 ... Inverter, 7 ... AC motor, 8 ... Chopper circuit, 9 ... Power storage device, 11 ... reactor, 12 ... charger.

Claims (4)

直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、それらから供給される電力を受電する複数台のインバータにより交流電動機を駆動して電気車を推進するとともに、前記蓄電装置の出力とインバータ直流入力との間にチョッパ回路を設け、蓄電装置が供給または吸収する電力を制御する電気車用駆動回路において、
少なくとも１台の前記交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間にスイッチを接続し、少なくとも前記チョッパ回路およびその制御装置が故障したときにはチョッパ回路を切り離すとともに、前記スイッチをオンさせ、このスイッチに接続されたインバータをチョッパ回路として動作させることを特徴とする電気車用駆動回路。 The AC motor is driven by a plurality of inverters that can receive power from both the DC power supply and the power storage device and receive power supplied from them, and the output of the power storage device and the inverter DC input In the electric vehicle drive circuit for controlling the power supplied or absorbed by the power storage device, with a chopper circuit in between,
Connecting a switch between a neutral point of at least one of the AC motor windings and the power storage device, and disconnecting the chopper circuit when at least the chopper circuit and its control device fail, and turning on the switch; An electric vehicle driving circuit, wherein an inverter connected to the switch is operated as a chopper circuit. 前記スイッチに代えてスイッチとリアクトルとの直列回路とすることを特徴とする請求項１に記載の電気車用駆動回路。   2. The electric vehicle drive circuit according to claim 1, wherein a series circuit of a switch and a reactor is used instead of the switch. 前記スイッチまたはスイッチとリアクトルとの直列回路を、交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間に設ける代わりに、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路内のリアクトルの一端との間に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の電気車用駆動回路。   Instead of providing the switch or a series circuit of the switch and the reactor between the neutral point of the AC motor winding and the power storage device, the neutral point of the AC motor winding and one end of the reactor in the chopper circuit The drive circuit for an electric vehicle according to claim 1, wherein the drive circuit is provided in between. 前記直流電源の代わりに前記蓄電装置を充電する充電装置を設け、前記電気車が停止中または一部走行区間で前記充電装置にて蓄電装置を充電することにより、残りの区間を蓄電装置に充電した電力のみで走行するとともに、その残りの区間で前記チョッパ回路が故障したときは、前記インバータをチョッパ動作させることによって自力走行を可能にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気車用駆動回路。   A charging device for charging the power storage device is provided instead of the DC power supply, and the power storage device is charged by the charging device while the electric vehicle is stopped or partially traveling, whereby the remaining section is charged to the power storage device. 4. The vehicle according to claim 1, wherein, when the chopper circuit fails in the remaining section, the inverter can be operated by a chopper to enable self-running. The drive circuit for electric vehicles as described in one.
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