JPH05219604A - 電気車の電力変換装置 - Google Patents

電気車の電力変換装置

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JPH05219604A
JPH05219604A JP4022648A JP2264892A JPH05219604A JP H05219604 A JPH05219604 A JP H05219604A JP 4022648 A JP4022648 A JP 4022648A JP 2264892 A JP2264892 A JP 2264892A JP H05219604 A JPH05219604 A JP H05219604A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マスク時間をなくし、早期に過大電流の検出
を行なうことができる電気車の電力変換装置を実現す
る。 【構成】 この発明は、自己消弧能力を有する半導体ス
イッチング素子を所定相数分だけブリッジ接続して構成
され、このブリッジ回路の入力側に並列にフィルタコン
デンサを接続し、ブリッジ回路の各相の中点を出力点と
して負荷に接続するインバータ電力変換装置において、
フィルタコンデンサに流れる電流を検出する電流検出器
と、電流検出器の検出信号に対して一定の時定数を持た
せて信号変換する時定数回路と、時定数回路の出力信号
レベルを所定の比較動作レベルと比較し、当該比較動作
レベルを超える出力レベルが得られるときに保護回路動
作信号を出力する比較回路とを設けたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気車の電力変換装
置に関し、特に過大電流を検出して保護動作信号を出力
する機能を備えた電気車の電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電気車の電力変換装置として、従来、図
5に示す回路構成のものが知られている。この従来の電
気車の電力変換装置は、自己消弧能力を有する半導体ス
イッチング素子として、三相各々のアームにつき上下対
称にGTOサイリスタT11,T12;T21,T2
2;T31,T32およびダイオードD11,D12;
D21,D22;D31,D32がブリッジ接続され、
このブリッジ回路の入力側に並列にフィルタコンデンサ
1が接続され、またブリッジ回路の各相の中点を出力点
として負荷であるモータ2の各相が接続される構成とな
っている。
【0003】そして、このような電気車の電力変換装置
では、スイッチングする場合、各相の半導体スイッチン
グ素子であるGTOサイリスタはそれぞれある一定の位
相差を持ってスイッチングし、各相アームの上下のGT
OサイリスタT11,T12;T21,T22;T3
1,T32は交互にオン、オフを繰り返す。このとき、
負荷側にはリアクタンスがあり、そのエネルギによって
GTOサイリスタT11,T12;T21,T22;T
31,T32がオフしても、これと並列に配置されてい
るダイオードD11,D12;D21,D22;D3
1,D32によって電流が還流され、このときに、ダイ
オードには導通から消弧に至る時点で等価的に電荷が蓄
積される。
【0004】そこで、いま下側のアームのダイオードが
導通していて、上側のGTOサイリスタがオンした場合
について考えると、そのアームの電圧はダイオードが電
荷を放出して消弧するまでの時間だけ導通状態となり、
その期間は0Vとなって、電流はダイオードの持ってい
る電荷に相当した分だけ流れる。したがって、アーム間
の電圧波形はGTOサイリスタのオン動作と同期して短
時間だけ0Vとなり、電流は同等の時間だけダイオード
の電荷と比例して流れる。
【0005】このために、スイッチング素子としてのG
TOサイリスタの1つの素子が破損し、あるいは誤点弧
した場合、そのアームの一方がオンすると同時に同アー
ムの上下の素子間の電圧が0Vとなり、電流増加分Δi
は、次の式で表わされるものとなる。
【0006】Δi=V/L・Δt ここで、Vは電源電圧、Lは回路のインダクタンス、Δ
tは時間の増加分である。
【0007】そこで、このとき、0Vの電圧を早く検知
するか、電流を検出しなければ、次のオフ動作でGTO
サイリスタ素子の持っている遮断電流能力をオーバー
し、素子破損してしまう問題点があった。
【0008】この素子破損を防止するためには、従来か
ら電力変換装置にアーム電圧、あるいは電流を検出して
一定の比較電圧または比較電流よりも大きな値を検出し
たときに保護動作を起こさせるようにした保護回路が備
えられていたが、前述の各GTOサイリスタ素子のオン
と同期して電圧が0Vでダイオードの電荷に比例した電
流が流れるため、サイリスタ素子のオンと同期して電
圧、あるいは電流を短時間マスクする方法により対処し
ていた。そして、このマスクする時間は800Aクラス
のダイオードではスイッチングごとに約80μsec 要し
ていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の電気車の電力変換装置では、GTOサイリスタ素
子のオン動作時にアーム間の電圧あるいは電流をマスク
するために、その期間に発生した不具合は検知すること
ができず、あるいは検知遅れとなる問題点があった。そ
して、これを回避するためには、アーム間の電圧、電流
検出用の検出器をそれぞれのアームに設けなければなら
ないが、その場合には装置の小型化、軽量化に支障とな
る問題点があった。
【0010】そこで、電流検出方式の保護回路で、フィ
ルタコンデンサに電流検出器CTを取り付け、各相の電
流を一括して検出しようとすると、アームの数だけオン
に同期してマスクしなければならず、マスクの時間が多
くなって保護回路として役目を果たさなくなってしまう
問題点があった。これは特に、スイッチング周波数が高
くなるとマスク時間の比率が多くなり、顕著な問題点と
なっていた。
【0011】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、過大電流の検出回路の簡素化とマス
ク時間を除去することにより装置の小型化、軽量化が図
れ、検出時間の短縮もでき、半導体スイッチング素子の
保護動作が確実に行なえる電気車の電力変換装置を提供
することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明は、自己消弧能
力を有する半導体スイッチング素子を所定相数分だけブ
リッジ接続して構成され、このブリッジ回路の入力側に
並列にフィルタコンデンサを接続し、前記ブリッジ回路
の各相の中点を出力点として成る電気車の電力変換装置
において、前記フィルタコンデンサに流れる電流を検出
する電流検出器と、前記電流検出器の検出信号に対して
一定の時定数を持たせて信号変換する時定数回路と、前
記時定数回路の出力信号レベルを所定の比較動作レベル
と比較し、当該比較動作レベルを超える出力レベルが得
られるときに保護回路動作信号を出力する比較回路とを
備えたものである。
【0013】
【作用】この発明の電気車の電力変換装置では、電流検
出器によってフィルタコンデンサに流れる電流を検出
し、この検出信号を時定数回路によって整形し、この整
形された信号波形に対して、比較回路において比較動作
レベルと比較し、当該比較動作レベルを超える出力レベ
ルがあるときに保護回路動作信号を出力するようにす
る。
【0014】こうして、半導体スイッチング素子のブリ
ッジ回路に異常が発生して過大電流が流れるような場合
でも、時定数回路の時定数程度の遅れで過大電流を検出
して保護回路を動作させることができ、すばやい保護動
作の実現が図れる。
【0015】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。
【0016】図1はこの発明の一実施例の回路構成を示
しており、従来例として示した図5の回路構成に対し
て、さらにフィルタコンデンサ1に対して電流検出を行
なうための電流検出器3、この電流検出器3の検出信号
に対して瞬時のピークおよびノイズを除去するための数
μsec の時定数を持たせたフィルタ回路4、このフィル
タ回路4の出力信号レベルを比較レベルと比較し、比較
レベルを超える電流検出レベルが入力されるときに保護
回路動作信号を出力する比較回路5、およびこの比較回
路5の出力を保持するラッチ回路6が設けてある。
【0017】なお、7はリアクトル、8はリアクトルダ
イオード、9はリアクトルリセット抵抗である。
【0018】次に、上記構成の電気車の電力変換装置の
動作について説明する。
【0019】図3(a)に示すように各GTOサイリス
タT11,T12;T21,T22;T31,T32が
導通動作すれば、電流検出器3は同図(b)に示すよう
に電流検出信号を出力し、これをフィルタ回路4に入力
する。フィルタ回路4では、この電流検出信号が時定数
を超えて長い時間高いレベルを示せば、その信号レベル
を比較回路5に出力し、比較回路5は比較レベルと比較
して、当該比較レベルよりも高い検出信号レベルが入力
されていれば保護回路動作信号を出力し、ラッチ回路6
が同図(c)に示すようにこの保護回路動作信号を保持
し、これを受けて保護回路(図示せず)が作動し、この
電力変換装置への入力を遮断することになる。
【0020】以上の動作のさらに詳しい説明を図2の動
作特性図を参照しながら説明する。なおここでは、負荷
2に対する負荷電流iL がW相下アームのGTOサイリ
スタT32を通り、U相下アームのフライホイールダイ
オードD12を通って貫流している時に、GTOサイリ
スタT12がオンした場合のモードを例にとって説明す
る。
【0021】U相上アームのGTOサイリスタT11が
オンした場合には、瞬時の電流はiQ は破線で示すよう
にフィルタコンデンサ1−GTOサイリスタT11−フ
ライホイールダイオードD12−フィルタコンデンサ1
と流れる。この電流iQ はフライホイールダイオードD
12が電荷を放出するまで流れ、その波形は図4に示す
ようにピーク近くの電流が高い領域では幅が非常に狭
く、電流が少ない領域では広くなっている。したがっ
て、このピークの電流が高い部分をフィルタ回路4によ
って時定数を持たせることにより除去することによって
信号波形を整形し、電流検出レベルを一定値まで下げる
ことにより事故電流との区別がつくようにする。
【0022】この場合、800Aクラスのダイオードで
あれば、電流検出器3の検出出力を示すA点の波形は、
図4(a)に示すようにピーク値は500〜600A程
度であり、幅はピーク付近で5μsec 程度である。した
がって、フィルタ回路4に5〜7μsec 程度の時定数を
設けることによって、同図(b)に示すB点の波形図の
ような出力が得られる。このため、比較回路5に設定す
る事故電流検出のための比較電流レベルを300〜40
0A程度に設定できることになり、これにより、事故時
の検出が5〜7μsec 程度だけの遅れを持って検出でき
ることになる。
【0023】こうして、フィルタコンデンサに流れる電
流を検出するための電流検出器の検出信号に対して時定
数をかけて急峻なピーク電流を除去し、波形整形した電
流検出信号レベルを比較動作レベルと比較し、比較動作
レベルを超える電流検出信号がある場合に過大電流を検
出したものとして保護回路動作信号を出力するようにし
ているため、各アームごとにマスクをかける必要がな
く、フィルタコンデンサの電流監視だけで過大電流を早
いうちに正しく検出して保護動作指令を出力することが
できるようになる。
【0024】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、電流検
出器によってフィルタコンデンサに流れる電流を検出
し、この検出信号を時定数回路によって整形し、この整
形された信号波形に対して、比較回路において比較動作
レベルと比較し、当該比較動作レベルを超える出力レベ
ルがあるときに保護回路動作信号を出力するようにして
いるので、半導体スイッチング素子のブリッジ回路に異
常が発生して過大電流が流れるような場合でも、時定数
回路の時定数程度の遅れで過大電流を検出して保護回路
を動作させることができ、すばやい保護動作の実現が図
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の回路図。
【図2】上記実施例の動作特性を示す回路図。
【図3】上記実施例の動作を示すタイミングチャート。
【図4】上記実施例におけるフィルタ回路の入力信号と
出力信号の波形図。
【図5】従来例の回路図。
【符号の説明】
1 フィルタコンデンサ 2 負荷 3 電流検出器 4 フィルタ回路 5 比較回路 6 ラッチ回路 T11,T12;T21,T22;T31,T32 G
TOサイリスタ D11,D12;D21,D22;D31,D32 フ
ライホイールダイオード

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自己消弧能力を有する半導体スイッチン
    グ素子を所定相数分だけブリッジ接続して構成され、こ
    のブリッジ回路の入力側に並列にフィルタコンデンサを
    接続し、前記ブリッジ回路の各相の中点を出力点として
    成る電気車の電力変換装置において、 前記フィルタコンデンサに流れる電流を検出する電流検
    出器と、 前記電流検出器の検出信号に対して一定の時定数を持た
    せて信号変換する時定数回路と、 前記時定数回路の出力信号レベルを所定の比較動作レベ
    ルと比較し、当該比較動作レベルを超える出力レベルが
    得られるときに保護回路動作信号を出力する比較回路と
    を備えて成る電気車の電力変換装置。
JP4022648A 1992-02-07 1992-02-07 電気車の電力変換装置 Expired - Lifetime JP3061468B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010041805A (ja) * 2008-08-04 2010-02-18 Toshiba Corp 電気車用電源装置
US7927556B2 (en) * 2003-07-18 2011-04-19 Saudi Arabian Oil Company Catalytic naphtha reforming process

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7927556B2 (en) * 2003-07-18 2011-04-19 Saudi Arabian Oil Company Catalytic naphtha reforming process
JP2010041805A (ja) * 2008-08-04 2010-02-18 Toshiba Corp 電気車用電源装置

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