JP7408323B2 - 電力変換システム - Google Patents
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Description
電気車に搭載された主電動機以外の交流負荷や直流負荷や補機へ電力を供給することができる電力変換装置が故障したとき、例えば主電動機のブロアモータの電源が無くなり主電動機を停止させなければならない状況もあり得る。このような場合に、補助電源用の電力変換装置が復帰するまでバッテリ装置からの放電電力を利用可能とし、電気車を安全に継続させることが期待される。
図1は、実施形態の電力変換システムが搭載される鉄道車両の概略側面図である。
本実施形態の鉄道車両1は、車体2と、2つの台車3と、外部から電力を変換する電力変換システム10と、を備えている。
電力変換システム10は、例えば、車体2の床下において一対の台車3の間に位置する部分に搭載されている。
本実施形態の電力変換システム10は、架線から供給される高圧交流電力を利用して、走行用モータM1~M4、補機装置620~640、直流負荷装置LDC、および、交流負荷装置LACへ所定の電力を供給することができる。
実施形態において、交流負荷LACは、走行用モータM1~M4を除く鉄道車両1の負荷であって、例えば、100ボルトの交流電圧で動作する電子機器などである。
また、実施形態において、直流負荷LDCは、走行用モータM1~M4を除く鉄道車両の負荷であって、例えば、直流電圧で動作する電子機器やバッテリなどである。
走行用電力変換装置300には、集電装置400およびメイントランスの走行用巻線(一次巻線500および二次巻線302)を介して、架線から高圧交流電力が供給される。
コンデンサC2は、接地線と低電位側の電力線との間に接続されている。
すなわち、コンデンサC1、C2は、走行用直流-交流電力変換部330の直流入力端に接続されている。
走行電力制御部310は、接触器312、走行用交流-直流電力変換部320、および走行用直流-交流電力変換部330を制御する。
また、負荷用直流-交流電力変換部120により変換された負荷用交流電力は、負荷用トランスの一次巻線122、二次巻線124、整流器、および交流負荷用直流-交流電力変換部130を介して交流負荷LACに供給される。
第1端子T21と第2端子T22とは、走行用電力変換装置300と電気的に接続される。第3端子T23と第4端子T24とは、補機群600と電気的に接続される。第5端子T25と第6端子T26とは、補助電源用電力変換装置100と電気的に接続される。
組電池BTから補機群600へ電力を供給する電力線は、接触器BatCK1、(第3接触器)と接触器BLB1、BLB2(第4接触器)との間にて主回路(電力線)から分岐している。
補機群600には、バッテリ装置200から直流電力が供給される。補機群600には、バッテリ装置200の組電池BTから放電された直流電力が供給されてよいが、これに限定されず、負荷用交流-直流電力変換部110により変換された直流電力が供給されてよい。さらに、補機群600には、バッテリ装置200の組電池BTから放電された直流電力と負荷用交流-直流電力変換部110により変換された直流電力とが合成された電力が供給されてよい。
ブロアモータ620、630は、鉄道車両の台車3に搭載された走行用モータM1~M4を冷却する送風機のモータであり、インバータと、インバータの直流入力端に接続されたコンデンサ(第3コンデンサ)C4、C5と、を備えている。インバータは、例えば、バッテリ装置200から供給された電力を三相交流電力に変換して負荷に供給する補機用電力変換装置である。
例えば、接触器BLB1、BLB2、CHKが閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatDK1、BatDK2、BatCK1、BatCK2が開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第3端子T23と電気的に接続され、負極端子は第4端子T24と電気的に接続される。これにより、バッテリ装置200は、第3端子T23および第4端子T24に接続された補機群600へ直流電力を供給することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、BatCK1、BatCK2、CHKが閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatDK1、BatDK2が開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第5端子T25と電気的に接続され、負極端子は第6端子T26と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置200は、第5端子T25および第6端子T26を介して補助電源用電力変換装置100のチョッパ回路150へ直流電力を供給することができる。チョッパ回路150は、バッテリ装置200から供給された直流電力の電圧を所定の値に変換し、負荷用直流-交流電力変換部120へ直流電力を供給する。これにより、バッテリ装置200から出力された直流電力が変換され、直流負荷LDCおよび交流負荷LACへ電源を供給することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、BatDK1、BatDK2、CHKが閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatCK1、BatCK2が開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第1端子T21を介して走行用電力変換装置300の第1端子T31と電気的に接続され、負極端子は第2端子T22を介して走行用電力変換装置300の第2端子T32と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置200は、第1端子T21および第2端子T22を介して、走行用電力変換装置300の走行用直流-交流電力変換部330へ直流電力を供給することができる。これにより、バッテリ装置200から出力された直流電力が変換され、走行用モータM1~M4へ電源を供給することができる。
補助電源用電力変換装置100から補機群600、直流負荷LDCおよび交流負荷LACへ電力供給が行われているときは、接触器BatCK1、BatCK2が閉じた状態(導通状態)であり、接触器BLB1、BLB2、BatDK1、BatDK2が開いた状態(遮断状態)であり、補助電源用電力変換装置100から、補機群600、直流負荷LDC、および交流負荷LACへ電力を供給可能な状態である。走行用モータM1~M4は、走行用電力変換装置300から供給される電力により駆動される。
したがって、補助電源用電力変換装置100が故障したことにより鉄道車両を停止させることなく、運行を継続させることが可能となる。
上記のように、本実施形態によれば、一部の機器の故障時でも電気車の運行を継続させることが可能な電力変換システムを提供することができる。
図3に示す電力変換システム10は、バッテリ装置200の構成が図2に示す構成と異なっている。
図3に示すバッテリ装置200では、接触器BLB1と並列に接続した経路において、接触器CHKと抵抗器CHReとが直列に接続されている。すなわち、組電池BTの正極端子と第1端子T21との間、組電池BTの正極端子と第3端子T23との間、および、組電池BTの正極端子と第5端子T25との間には、それぞれ、接触器BLB1を介して接続される経路(第1電力線)と、接触器CHKおよび抵抗器CHReを介して接続される経路(第2電力線)とが設けられている。接触器CHKおよび接触器BLB1により、電力供給経路を第1電力線と前記第2電力線とで切り替えることが可能である。
上記バッテリ装置200の構成以外は、図3に示す電力変換システム10は図2に示す電力変換システム10と同様の構成である。
例えば、接触器BLB1、BLB2が閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatDK1、BatDK2、BatCK1、BatCK2、CHKが開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第3端子T23と電気的に接続され、負極端子は第4端子T24と電気的に接続される。これにより、バッテリ装置200は、第3端子T23および第4端子T24に接続された補機群600へ直流電力を供給することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、BatCK1、BatCK2が閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatDK1、BatDK2、CHKが開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第5端子T25と電気的に接続され、負極端子は第6端子T26と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置200は、第5端子T25および第6端子T26を介して補助電源用電力変換装置100のチョッパ回路150へ直流電力を供給することができる。チョッパ回路150は、バッテリ装置200から供給された直流電力の電圧を所定の値に変換し、負荷用直流-交流電力変換部120へ直流電力を供給する。これにより、バッテリ装置200から出力された直流電力が変換され、直流負荷LDCおよび交流負荷LACへ電源を供給することができる。
例えば、接触器BLB1、BLB2、BatDK1、BatDK2が閉じた状態(導通状態)であり、接触器BatCK1、BatCK2、CHKが開いた状態(遮断状態)であるとき、組電池BTの正極端子は第1端子T21を介して走行用電力変換装置300の第1端子T31と電気的に接続され、負極端子は第2端子T22を介して走行用電力変換装置300の第2端子T32と電気的に接続される。すなわち、バッテリ装置200は、第1端子T21および第2端子T22を介して、走行用電力変換装置300の走行用直流-交流電力変換部330へ直流電力を供給することができる。これにより、バッテリ装置200から出力された直流電力が変換され、走行用モータM1~M4へ電源を供給することができる。
例えば、停電時などに鉄道車両が非常走行を行うとき、バッテリ装置200は、走行用モータM1~M4と補機群600とに電力を供給して、鉄道車両を安全な場所まで移動させることができる。
補助電源用電力変換装置100から補機群600、直流負荷LDCおよび交流負荷LACへ電力供給が行われているときは、接触器BatCK1、BatCK2が閉じた状態(導通状態)であり、接触器BLB1、BLB2、BatDK1、BatDK2が開いた状態(遮断状態)であり、補助電源用電力変換装置100から、補機群600、直流負荷LDC、および交流負荷LACへ電力を供給可能な状態である。走行用モータM1~M4は、走行用電力変換装置300から供給される電力により駆動される。
したがって、補助電源用電力変換装置100が故障したことにより鉄道車両を停止させることなく、運行を継続させることが可能となる。
上記のように、本実施形態によれば、一部の機器の故障時でも電気車の運行を継続させることが可能な電力変換システムを提供することができる。
Claims (1)
- 架線からの電力を降圧する変圧器と、
前記変圧器の二次巻線を介して供給された交流電力を変換して出力する走行用交流-直流電力変換部と、前記走行用交流-直流電力変換部から出力された直流電力を走行用モータの駆動電力に変換する走行用直流-交流電力変換部と、を備えた走行用電力変換装置と、
前記変圧器の三次巻線を介して供給された交流電力を直流電力に変換する負荷用交流-直流電力変換部と、前記負荷用交流-直流電力変換部により変換された直流電力を交流負荷および直流負荷を駆動させるために用いられる交流電力に変換して出力する負荷用直流-交流電力変換部と、前記負荷用交流-直流電力変換部と前記負荷用直流-交流電力変換部とを接続する電力線から得られる直流電力の電圧を所定の値に変換してバッテリ装置へ出力するチョッパ回路と、前記チョッパ回路を制御する負荷電力制御部と、を有する補助電源用電力変換装置と、
前記負荷用交流-直流電力変換部と前記負荷用直流-交流電力変換部とを接続する電力線、および、前記走行用交流-直流電力変換部と前記走行用直流-交流電力変換部とを接続する電力線に接続された前記バッテリ装置と、
前記補助電源用電力変換装置と前記バッテリ装置とを接続する電力線に接続され、前記バッテリ装置から供給された電力によって動作可能な補機と、を備え、
前記バッテリ装置は、組電池と、前記組電池から前記走行用直流-交流電力変換部へ電力を供給する電力線の電気的接続状態を切替える第2接触器と、前記組電池から前記負荷用直流-交流電力変換部へ電力を供給する電力線の電気的接続状態を切替える第3接触器と、前記組電池と電力線との電気的接続状態を切替える第4接触器と、前記第2乃至第3接触器を切替えるとともに、前記組電池に含まれる蓄電池セルの電圧を取得するバッテリ制御回路と、を備え、
前記組電池から前記補機へ電力を供給する電力線は、前記第3接触器と前記第4接触器との間の電力線から分岐し、
前記バッテリ制御回路は、前記第3接触器を開いて前記補助電源用電力変換装置を前記バッテリ装置から電気的に切り離し、前記第4接触器を閉じた状態として、前記バッテリ装置から前記補機へ電源を供給することが可能であり、
前記負荷電力制御部は、前記補助電源用電力変換装置が前記バッテリ装置に再接続されるときに、前記バッテリ制御回路から取得した前記組電池の電圧に合わせて前記チョッパ回路から前記組電池へ直流電力が出力されるように前記チョッパ回路を制御する、電力変換システム。
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