JPH0421354A - 降圧電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直流電圧を変換して負荷に応じた直流電圧を
供給する降圧電源装置に関する。

〔従来の技術〕

鉄道車両では主電動機等の走行機器を制御するための制
御電源、車内照明の電源等が搭載されているが、最近は
乗客へのサービス向上の一つとして車両冷房装置が設置
されるようになってきた。

この車両冷房装置へ電力を供給するために大容量の電源
装置が必要となるが、車両内の限定されたスペースに収
納しなければならないので、特に、小型軽量と共に安価
で運転効率向上が望まれている。これらに応じるため最
近チョッパ制御による降圧電源装置が開発され実用化さ
れてきた。

第３図は降圧電源装置の従来例を示す主回路及び制御ブ
ロック図である。

第３図において、直流電車線１からパンタグラフ２を介
して直流を集電し、遮断器３を経由して入力フィルタコ
ンデンサ４．入力フィルタコンデンサ５を含む逆り型フ
ィルタを通してチョッパ部６へ与えられる。チョッパ部
は定められたチョッパ周波数で運転されており、チョッ
パの出力電圧制御は、１７に設定された出力電圧設定値
と、チョッパの出力電圧平均値を検出する電圧検出器出
力値９を比較演算回路１８で演算し、その値をチョッパ
通流率に変換してゲート指令回路１９を経由して、チョ
ッパ部６に与えられる閉ループ制御により、チョッパの
出力電圧平均値は一定に制御される。

チョッパの出力電圧波形は矩形波であるため、そのまま
負荷１５に供給できない。負荷１５に直流電圧を与える
ための平滑用として出力フィルタリアクトル１０ｖよび
出力フィルタコンデンサ１１を設けている。また、７は
チョッパオフ期間の負荷への循環電流を流すためのフリ
ーホイールダイオードである。

第４図は従来形の動作波形を示したものである。

ＣＨｉはチョッパ周波数、ＥＣＨはチョッパ出力電圧、
Ｅｓは直流電車線電圧、Ｅｏは出力フィルタコンデンサ
電圧、Ｅ　ＯＮＬは無負荷時の出力フィルタコンデンサ
電圧、Ｔはチョッパ周期で１　／　ＣＨｚ　。

Ｔ１はチョッパＯＮ期間を、それぞれ、示している。従
来形の制御方式において、負荷電流が小さく無負荷近く
になると、チョッパのＯＮ期間はチョッパ回路で決まる
最少値まで絞られて制御能力が限界に達する。そのため
、制御能力以下の負荷電流値になると、出力フィルタコ
ンデンサ電圧は上昇する。無負荷の出力フィルタコンデ
ンサ電圧Ｅ　ＯＮＬは最悪時直流電車線電圧Ｅｓとなる
。これらを防止するために、第３図に示すように、１３
のダミー抵抗器を設けている。このダミー抵抗器の抵抗
値はチョッパ制御能力限界値に達する負荷電流値以上の
電流が流れるように選定される。また、負荷電流値が大
きい場合には、このダミー抵抗器は不要である。そのた
め、常に、回路上に接続しておくと無駄な電力を消費す
ることになるので、負荷電流検出器２０を設けて負荷電
流がある値以下になったら１４のトランジスタをＯＮと
させてダミー抵抗器を挿入し、出力フィルタコンデンサ
電圧の上昇を防止し、負荷電流値が増えてきたら１４の
トランジスタをＯＦＦさせてダミー抵抗器の挿入をやめ
る。なお、この種の装置として関連するものには、例え
ば、特開昭６３−１１７６５９号。

特開昭６３−１１７６６０号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は負荷電流を急変させた時、特に負荷電流
が零アンペア（無負荷）になった場合、出力フィルタコ
ンデンサ電圧上昇を防止するためダミー抵抗器を挿入す
るが、無負荷運転を続行する場合、ダミー抵抗器の発熱
が周囲の空気温度を上昇させ他の機器に悪影響をおよぼ
すので、挿入するダミー抵抗値には限界がある。

本発明の目的は、負荷電流の急変時の出力フィルタコン
デンサ電圧上昇を防止し、さらに無負荷運転が続行する
場合には、ダミー抵抗器を連続的に挿入しなくても出力
フィルタコンデンサ電圧を規定値内に制御する装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、従来例ではチョッパ部動作は制御閉ループ
により制御されており、定められた出力電圧目標値より
も高くなればチョッパ部へ与えられるゲート制御からの
信号は通流率を小さくする信号となり、出力電圧を下げ
る動作となる。逆に、定められた出力電圧目標値よりも
低くなればチョッパ部へゲート制御から与えられる信号
は通流率を大きくする信号となり、出力電圧を上げる動
作となる。これらを連続的に繰返し行っている。

しかし、負荷電流が小さい時、および、無負荷になると
、チョッパ部へゲート制御から与えられる信号はチョッ
パ回路で決まる最少値以下の通流率指令となり、制御能
力外となり出力電圧を下げることができなくなる。その
ため、出力電圧は上昇する。この様な制御能力外になら
ない様にするため、ダミー抵抗器を挿入している。この
ダミー抵抗器に流れる電流値を時間と共に減少させると
同時に、チョッパ回路の動作を連続制御から断続制御と
したものである。

〔作用〕

出力電圧値と負荷電流値に応じる切換え手段は出力フィ
ルタコンデンサ電圧が上昇を始める負荷電流域に入った
後に出力電圧値が定められた目標電圧値以上になった時
、ダミー抵抗器を挿入し流れる平均電流値を時間と共に
減少させると同時に、チョッパ制御動作を連続動作から
断続動作とすることにより、出力電圧の上昇を抑えるこ
とができる。

他の方法の出力フィルタコンデンサ電圧上昇抑制は負荷
電流変化量を検知して、ダミー抵抗器を挿入し流れる平
均電流値を時間と共に減少させることで同じ効果を得る
ことができる。

〔実施例〕

以下、図−示する実施例により本発明を詳述する。

第１図は本発明による主回路及び制御ブロック図を示す
。

直流電車線１からパンタグラフ２を介して直流を集電し
、遮断器３を経由して入力フィルタコンデンサ４．入力
フィルタコンデンサ５を含む逆り型フィルタを通してチ
ョッパ部６へ与えれる。チョッパ部は定められたチョッ
パ周波数で運転される。チョッパにより制御された出力
電圧矩形波は、呂カフィルタリアクトル１０．出力フィ
ルタコンデンサ１１の逆り型フィルタを経由して、負荷
１５に供給される。７はフリーホイールダイオードであ
る。

次に、出力電圧制御について述べる。

出力電圧は１７に設定された出力電圧設定値とチョッパ
の出力電圧平均値を検知する電圧検出器９の出力値を比
較演算回路１８で演算し、その値をチョッパ通流率に変
換してゲート指令回路１９を経由して、チョッパ部へ与
えて定電圧制御を行っている。これらの制御は負荷電流
が大きい場合である。

次に、負荷電流の小さい時、又は、無負荷時の制御につ
いて述べる。

負荷電流を電流検知センサ１６で検知し、出力フィルタ
コンデンサ電圧が上昇を始める負荷電流値であることを
負荷電流検出器２０で判定する。

一方、チョッパの出力電圧平均値が定められた目標電圧
より高くなっているのかを電圧検出器２１で判定する。

負荷電流値が出力フィルタコンデンサ電圧が上昇を始め
る値になった領域において、チョッパの出力電圧が高く
なったと判定回路２２で判定された信号をゲート指令回
路１９に与えて、チョッパ動作を停止させる。チョッパ
動作停止後判定回路２２の信号が無くなった時点で、再
度、チョッパ動作を再開する。この繰返しを行うことに
より出力フィルタコンデンサ電圧の上昇を防止すること
ができる。

次に、出力フィルタコンデンサ電圧上昇とダミー抵抗器
１３の挿入関係について述べる。

負荷電流が急変した時、特に、ステップ状に負荷電流が
変化すると電圧制御系の制御遅れ等により出力フィルタ
コンデンサに負荷電流の変化電流分がおし込まれて出力
フィルタコンデンサ両端電圧が上昇する。出力フィルタ
コンデンサ電圧を電圧検出器９で検出された電圧をダミ
ー抵抗器１３の駆動トランジスタ１４を駆動する駆動回
路２３に与える駆動回路ではあらかじめ設定されている
電圧と電圧検出器９で検出された電圧を比較し。

電圧検出器９の電圧が高い場合は、駆動回路２３よりト
ランジスタ１４へ通流率１から時間と共シこ通流率を小
さくし、ある一定の時間後に、トランジスタ１４をＯＦ
Ｆさせる信号を与える。このような制御を行うことによ
り、負荷電流の変化分をダミー抵抗器に流し、その後、
負荷電流を除々に減らすことにより、出力フィルタコン
デンサ電圧の上昇を小さく抑えることができる。

第２図に実施後の各部動作波形を示す。

ＣＨｊはチョッパ周波数、ＥＣＨはチョッパ出力電圧、
Ｅｓは直流電車線電圧、Ｅｏｓは出力電圧設定値を示し
ている。また、ＥＩＮＬはダミー抵抗器挿入電圧設定値
、ｔは挿入時間を示す。

出力フィルタコンデンサ電圧があらかじめ設定された電
圧以上になると、チョッパ周波数に対して、＋ヨツパ回
路は断続的に動作すると共にダミー抵抗器に電流を流す
ことにより、出力フィルタコンデンサ電圧Ｅｏの上昇を
抑えることができる。

［発明の効果〕 本発明によれば負荷電流の急変時、又は、無負荷運転時
にダミー抵抗器に流す電流値を時間と共に変えるのと同
時にチョッパ部の制御を断続制御とすることにより、高
力電圧はね上り現象を防止することができる。よって従
来無負荷運転時に連続挿入していたような事は必要なく
、短時間挿入となるため、ダミー抵抗器の容量を小さく
でき、装置の小型化および安価な装置を提供することが
できる。さらに、ダミー抵抗器へ流す電流は短時間とな
るので省エネとなり運転効率の向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す主回路および制御ブロ
ック図１．第２図は本発明による各部動作波形図、第３
図は従来例の主回路および制御ブロック図、第４図は従
来例の各部の動作波形図を示す。 ６・・・チョッパ部、９・・・出力電圧検出器、１８・
・・比較演算回路、１９・・・ゲート指令回路、２０・
・・負荷電流検出器、２１・・・電圧検出器、２２・・
・判定回路、２３・・・駆動回路、ＣＨｘ・・・チョッ
パ周波数、Ｅｓ・・直流電車線電圧、Ｅｏ・・・出力フ
ィルタコンデンサ電圧、 Ｔ・・・チョッパ周期、 Ｔ１・・・チョッパ導通期 ／ 第 閲 茶 図 ニー４ 第４０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧直流電源からの電圧を降圧するチョッパ回路、
   制御された矩形波電圧を平滑化する出力側フィルタリア
   クトル、出力側フィルタコンデンサ、負荷に流れる電流
   を循環させるフリーホィールダイオード、前記出力側フ
   ィルタコンデンサと並列に接続された過電圧抑制サイリ
   スタと前記出力側フィルタコンデンサの両端電圧を検出
   する電圧検出器、負荷電流を検知する電流検出器、ダミ
   ー抵抗器およびこれらの駆動回路を備えた降圧電源装置
   において 出力電圧上昇時、チョッパ部の制御を連続制御から断続
   制御とすると同時に前記ダミー抵抗器に流す電流値を時
   間と共に減少させる制御方式としたことを特徴とする降
   圧電源装置。