JPS582041Y2 - AC electric car transformer - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、二次巻線を複数個の二次巻線部分に分割し、
その各二次巻線部分をそれぞれ整流器を介して直列に接
続して主電動機に給電する交流電気車用変圧器に関する
ものである。[Detailed description of the invention] The invention divides the secondary winding into a plurality of secondary winding parts,
The present invention relates to a transformer for an AC electric vehicle that connects each secondary winding portion in series via a rectifier to supply power to a main motor.

交流電気車すなわち交流を入力とする電気車の主回路方
式の代表例の１つとして、交流架線電圧を変圧器により
受電して降圧し、さらにサイリスタ等を用いた半導体整
流装置により直流に変換して直流電動機（主電動機）を
駆動する方式がある。One of the representative examples of the main circuit system of an AC electric vehicle, that is, an electric vehicle that receives AC input, is to receive AC overhead line voltage using a transformer, step down the voltage, and then convert it to DC using a semiconductor rectifier using a thyristor or the like. There is a method of driving a DC motor (main motor) using

第１図は、このような方式の電気車の主回路例を示すも
のである。FIG. 1 shows an example of the main circuit of an electric vehicle of this type.

第１図の回路は、交流電力を架線ＦＬからパンタグラフ
ＰＡＮを介して変圧器Ｔで受電して降圧し、整流装置Ｒ
Ｆで直流電力に変換し、平滑リアクトルＭＳＬを介して
主電動機としての直流電動機に給電する。The circuit shown in Figure 1 receives AC power from the overhead wire FL via the pantograph PAN and steps it down at the transformer T.
It is converted into DC power at F, and is supplied to a DC motor as a main motor via a smoothing reactor MSL.

変圧器Ｔは鉄心ＣＲと、−次巻線ＰＷと、複数個（図示
の例では４個）に分割された二次巻線部分ＳＷ１．ＳＷ
２．ＳＷ３．ＳＷ４がら成る二次巻線ＳＷと、回生制動
用補助巻線ＡＷとから戒っている。The transformer T includes an iron core CR, a negative winding PW, and a plurality of (four in the illustrated example) secondary winding portions SW1. SW
2. SW3. The secondary winding SW consisting of SW4 and the auxiliary winding AW for regenerative braking are used.

整流装置ＲＦは、変圧器Ｔの二次側巻線の分割数に応じ
た個数の制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４およびＡＲＦがら戒
っている。The rectifier RF includes a number of controlled rectifiers RF1 to RF4 and ARF corresponding to the number of divisions of the secondary winding of the transformer T.

各二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４はそれぞれ制御整流器Ｒ
Ｆ１〜ＲＦ４の対応するものの交流端子に接続され、ま
た補助巻線ＡＷは制御整流器ＡＲＰの交流端子に接続さ
れる。Each secondary winding section SW1 to SW4 is connected to a controlled rectifier R.
The auxiliary winding AW is connected to the AC terminals of corresponding ones of F1 to RF4, and the auxiliary winding AW is connected to the AC terminal of the controlled rectifier ARP.

制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４は直流側で互いに直列接続さ
れ、平滑リアクトルＭＳＬを介して主電動機に接続され
る。Control rectifiers RF1 to RF4 are connected in series with each other on the DC side and connected to the main motor via a smoothing reactor MSL.

主電動機は、図示の例では４台の直流電動機から戒って
おり、第１の直流電動機の電機子Ａ□１と界磁巻線Ｆ１
□、ならびに第２の直流電動機の電機子Ａ１□と界磁巻
線Ｆ１□を互いに直列接続した分路と、第３の直流電動
機の電機子Ａ２１と界磁巻線Ｆ２１、ならびに第４の直
流電動機の電機子Ａ２□と界磁巻線Ｆ２２を互いに直列
接続した分路とが並列になっている。In the illustrated example, the main motor is composed of four DC motors, and the armature A□1 of the first DC motor and the field winding F1
□, and a shunt in which armature A1□ and field winding F1□ of the second DC motor are connected in series with each other, armature A21 and field winding F21 of the third DC motor, and a fourth DC motor. The armature A2□ of the motor and a shunt in which the field winding F22 are connected in series are connected in parallel.

各分路において電機子と界磁巻線は、カ行運転時と回生
制動時とで結線替えを行わせる都合上、電機子どうしお
よび界磁巻線どうしがそれぞれ近接配置されている。In each shunt, the armatures and the field windings are arranged close to each other in order to change the wiring connections between the forward operation and the regenerative braking.

制御整流器ＡＲＰの直流側は、カ行運転時はどこにも接
続されず、回生制動運転時に、図示の電機子回路から切
離された各界磁巻線に他励界磁電流を供給する。The DC side of the control rectifier ARP is not connected to anything during power running, and supplies separately excited field current to each field winding disconnected from the illustrated armature circuit during regenerative braking operation.

二次巻線ＳＷを複数個に分割し、それぞれに制御整流器
を設ける構成とするのは、各制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４
を順次制御することによって、位相制御角度に対する出
力電圧の変化の割合を小さくして制御をやり易くすると
共に、位相制御期間中の転流による電流の変化量を小さ
くして入力側に発生する高調波を減らすという理由によ
るものであり、従来の交流電気車において既に多用され
ているところである。The configuration in which the secondary winding SW is divided into a plurality of pieces and a controlled rectifier is provided in each piece is because each of the controlled rectifiers RF1 to RF4
By sequentially controlling This is for the reason of reducing waves, and is already widely used in conventional AC electric vehicles.

このような回路方式に用いられる変圧器Ｔは第２図およ
び第３図に示すように外鉄型の構造を有するものが多い
。Many of the transformers T used in such circuit systems have an outer iron type structure as shown in FIGS. 2 and 3.

各二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４は、補助巻線ＡＷおよび
一次巻線ＰＷと共に、それぞれ第４図に示すような円板
コイルとして構成されている。Each of the secondary winding portions SW1 to SW4, together with the auxiliary winding AW and the primary winding PW, is configured as a disk coil as shown in FIG. 4, respectively.

この円板コイルは、第５図に模式的に示すように、平角
導線を同心円状に巻いて円板状としたもので、外側およ
び中心部からコイル端が導出される。As schematically shown in FIG. 5, this disk coil is formed by concentrically winding a rectangular conducting wire to form a disk shape, and the coil ends are led out from the outside and the center.

ところで第３図は変圧器Ｔの内部での一次巻線ＰＷおよ
び二次巻線ＳＷならびに補助巻線ＡＷの配置例を示すも
のであって、それぞれ円板コイルとして構成された各巻
線のうち、−次巻線ＰＷと二次巻線ＳＷとの関係のみに
着目すれば、−次巻線ＰＷが中心に位置し、その上下に
二次巻線部分ＳＷ２．ＳＷ１ないしＳＷ３．ＳＷ４が順
次積重配置されていることを示している。By the way, FIG. 3 shows an example of the arrangement of the primary winding PW, the secondary winding SW, and the auxiliary winding AW inside the transformer T. Among the windings each configured as a disk coil, Focusing only on the relationship between the -order winding PW and the secondary winding SW, the -order winding PW is located at the center, and above and below it are the secondary winding portions SW2. SW1 to SW3. It shows that SW4 is arranged in a stacked manner.

この種の変圧器においては、従来その設計条件として、
二次巻線に接続される整流器が故障した時の短絡電流の
抑制および入力高調波の低減などの目的から、通常の一
般産業用変圧器よりは二次側換算の洩れリアクタンス分
を意識的に大きくすることがある。Conventionally, the design conditions for this type of transformer are as follows:
For the purpose of suppressing short-circuit current and reducing input harmonics when the rectifier connected to the secondary winding fails, the leakage reactance on the secondary side is consciously increased compared to ordinary general industrial transformers. It can be made bigger.

この条件および冷却などの条件から第３図のような巻線
配置構造が行われるのである。Due to this condition and conditions such as cooling, the winding arrangement structure as shown in FIG. 3 is adopted.

しかるに、このような構造の変圧器では次のような欠点
がある。However, a transformer having such a structure has the following drawbacks.

すなわち、４つに分割された各二次巻線部分の位置が一
次巻線から異なった距離の所にあるため、各二次巻線部
分の二次換算洩れリアクタンスに差が生じ、交流回生制
御を行う場合に最小制御進み角β而ｎを各二次巻線部分
に接続された制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４で同一に設定し
ても各転流余裕角γが一定とならず、転流失敗限界が設
定しにくい、というのがそれである。In other words, since the positions of the four divided secondary winding parts are at different distances from the primary winding, there is a difference in the secondary equivalent leakage reactance of each secondary winding part, which causes AC regeneration control. When performing this, even if the minimum control advance angle β and n are set to be the same for the control rectifiers RF1 to RF4 connected to each secondary winding, each commutation margin angle γ will not be constant, and the commutation failure limit will occur. This is because it is difficult to set.

このことを、第６図を参照して説明する。This will be explained with reference to FIG.

第６図は、交流回生制動時に各二次巻線部分ＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４に進み電流が流れている状態を示すものである。Figure 6 shows each secondary winding section SW1 to S during AC regenerative braking.
This shows a state in which the current has proceeded to W4 and is flowing.

各制御整流器ＲＦ、〜ＲＦ４が同一の制御進み角βｍｉ
ｎで点弧されるものとすると、各巻線部分の電流はその
時点から転流を開始し、そこから転流型なり角Ｕを経た
時点で転流が終了し、γ（−一βｍ１ｎ−ｕ）が転流余
裕角となる。Each control rectifier RF, ~RF4 has the same control advance angle βmi
Assuming that the current in each winding section is ignited at that point, the current in each winding section starts commutation from that point, and the commutation ends when it passes through the commutation type angle U, and γ(-1 βm1n-u ) is the commutation margin angle.

いま、第３図に示すような巻線配置の変圧器を用いると
、二次巻線部分ＳＷ１．ＳＷ４では二次換算洩れリアク
タンスが大きく、二次巻線部分ＳＷ２゜ＳＷ３ではそれ
が小さいため、各二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４の転流型
なり角をそれぞれｕ１□、ｕ１□、ｕ３□。Now, if a transformer with a winding arrangement as shown in FIG. 3 is used, the secondary winding portion SW1. Since the secondary equivalent leakage reactance is large in SW4 and small in the secondary winding portions SW2 and SW3, the commutation type angles of the secondary winding portions SW1 to SW4 are u1□, u1□, and u3□, respectively.

ｕ４□とすると、転流型なり角ｕ１□、ｕ４□は大とな
り、転流型なり角ｕ２□、ｕ３□は小となる。When u4□, commutation type angles u1□ and u4□ are large, and commutation type angles u2□ and u3□ are small.

それに応じて各二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４の転流余裕
角γ１．γ２゜γ３．γ４は、γ１．γ４が小となり、
γ２．γ３が大となる。Accordingly, commutation margin angle γ1 of each secondary winding portion SW1 to SW4. γ2゜γ3. γ4 is γ1. γ4 becomes small,
γ2. γ3 becomes large.

したがって、画工次巻線部分ＳＷ□、ＳＷ４は転流失敗
に対する余裕が少ないため、これら画工次巻線部分ＳＷ
１．ＳＷ４を基準として制御進み角の最小値β而ｎを設
定すると、他の二次巻線部分ＳＷ２゜ＳＷ３では転流余
裕角が必要以上に大きくなる上に、全体として一次側か
ら見た力率が悪化し、電力回生ブレーキ力も少なくなる
という欠点がある。Therefore, since the next winding parts SW□ and SW4 have little margin against commutation failure, these next winding parts SW□ and SW4
1. If the minimum value β and n of the control lead angle is set using SW4 as a reference, the commutation margin angle becomes larger than necessary in the other secondary winding parts SW2゜SW3, and the overall power factor as seen from the primary side increases. This has the disadvantage that the regenerative braking force deteriorates and the electric regenerative braking force also decreases.

本考案は以上の点を考慮してなされたもので、電気車用
変圧器としての条件を欠くことなく、、、かつ電力回生
ブレーキ時に各二次巻線部分について同一の制御進み角
βｍｉｎを設定してもほぼ同一の転流余裕角となり、力
率および電力回生ブレーキ力も向上するような交流電気
車用変圧器を提供することを目的とするもので゛ある。The present invention was developed in consideration of the above points, and it does not lack the requirements for a transformer for electric vehicles, and also sets the same control advance angle βmin for each secondary winding part during power regenerative braking. It is an object of the present invention to provide a transformer for an AC electric vehicle, which has substantially the same commutation margin angle even when the power factor and the power regenerative braking force are improved.

この目的を達成するために本考案は、少なくとも２個の
二次巻線部分を１組とし、各組内の二次巻線部分は、そ
れぞれのコイル導体を互いに平行配置して全体として円
板コイルとして構成したものである。To achieve this objective, the present invention has a set of at least two secondary winding parts, and the secondary winding parts in each set are arranged in parallel with each other to form a circular disk as a whole. It is configured as a coil.

第８図は本考案の一実施例を第１図の主回路構成の場合
について第３図に対応させて示すものである。FIG. 8 shows an embodiment of the present invention in the case of the main circuit configuration of FIG. 1, corresponding to FIG. 3.

−次巻線ＰＷおよび補助巻線ＡＷは第３図の場合と全く
変りが無い。-The secondary winding PW and the auxiliary winding AW are completely unchanged from those shown in FIG.

しかし、二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４はＳＷｌとＳＷ２
ないしＳＷ３とＳＷ４という２個１組の２組にグループ
分けし、各組内の２個の巻線部分は２本のコイル導体を
平行に配置して巻込んでなる共通の円板コイルとして構
成されるのであり、概念的に示せば第９図および第１０
図のようになる。However, the secondary winding parts SW1 to SW4 are SW1 and SW2.
Or, it is divided into two groups, SW3 and SW4, and the two winding parts in each group are configured as a common disk coil made by winding two coil conductors arranged in parallel. This is conceptually shown in Figures 9 and 10.
It will look like the figure.

すなわち、たとえば画工次巻線部分ＳＷ１．ＳＷ２はそ
の両コイル導体を互いに絶縁して２本１組として巻き、
それを２段重ねとして各巻線部分に対応する外部結線を
施して１組の円板コイルを作り上げる。That is, for example, the next winding part SW1. SW2 insulates both coil conductors from each other and winds them as a pair.
These are stacked in two stages and external connections are made corresponding to each winding portion to create a set of disc coils.

すなわち、従来は第７図に示すように１枚の円板コイル
ごとにそれぞれ各二次巻線部分を構成していたものを、
本考案においては第１１図に示すように２枚の円板コイ
ルにわたってはじめて互いに入り組んだ２個の二次巻線
部分か゛構成されるようにする。That is, in the past, each secondary winding part was constructed for each disc coil as shown in Fig. 7, but
In the present invention, as shown in FIG. 11, two secondary winding portions that are intertwined with each other are first constructed over two disc coils.

第９図および第１０図は１枚の円板コイルを表わすもの
である。9 and 10 show one disc coil.

以上の説明においては第４図ないしくよ第９図に示すよ
うに一つのコイルの層が単一である場合を想定している
が、一つのコイルが複数層から戊る場合もあり得る。In the above description, it is assumed that one coil has a single layer as shown in FIGS. 4 to 9, but it is also possible that one coil is formed from a plurality of layers.

第１２図はそのような場合の実施例を示すものである。FIG. 12 shows an embodiment for such a case.

第１２図は、一つの円板コイルが２層に巻かれており、
コイルの中心部で一つの層から他の層へと渡っている構
造の例である。Figure 12 shows one disc coil wound in two layers.
This is an example of a structure that spans from one layer to another in the center of the coil.

以上のような巻線構造とすることにより、変圧器Ｔの各
二次巻線部分ＳＷ１〜ＳＷ４の洩れリアクタンスの値は
ほぼ均等化され、転流時の転流型なり角もほぼ均等化す
る。By adopting the winding structure as described above, the leakage reactance values of each secondary winding portion SW1 to SW4 of the transformer T are approximately equalized, and the commutation type angles at the time of commutation are also approximately equalized. .

第１３図は、本考案の変圧器を用いた場合の回生制動状
態における変圧器二次巻線電流を示すものである。FIG. 13 shows the transformer secondary winding current in a regenerative braking state when the transformer of the present invention is used.

制御整流器ＲＦ１〜ＲＦ４は同一の制御進み角β而ｎで
点弧されてその時点から転流を開始するが、各巻線部分
の転流型なり角ｕｌｌ、 ｕ２１． ｕ３１゜ｕ４□は
ほぼ等しくなり、したがって各巻線部分の転流余裕角γ
１．γ２．γ３．γ４もほぼ等しくなる。The controlled rectifiers RF1 to RF4 are fired with the same control advance angle β?n and start commutation from that point, but the commutation type angles ull, u21. u31゜u4□ are almost equal, so the commutation margin angle γ of each winding portion
1. γ2. γ3. γ4 also becomes approximately equal.

すなわち、転流失敗限界に対する余裕が全巻線部分でほ
ぼ等しくなるため、この余裕を含めたβｍｉｎの設定が
行い易く、また無駄の無い設定が可能になるため、効率
の良い回生制動動作を行うことができ、力率も成る程度
向上する。In other words, since the margin for the commutation failure limit is approximately equal for all windings, it is easy to set βmin including this margin, and it is possible to set βmin without waste, so efficient regenerative braking operation can be performed. can be achieved, and the power factor is also improved to a certain degree.

さらに、整流器故障時の短絡電流の抑制および転流時の
電流変化の割合を成る程度抑えて入力側高調波を減らす
ために、洩れリアクタンス分を一般の変圧器よりも大き
くするという電気車用変圧器として必要な条件も満足す
ることができる。Furthermore, in order to suppress the short-circuit current in the event of a rectifier failure, and to suppress the rate of current change during commutation to a certain extent to reduce harmonics on the input side, the transformer for electric vehicles has a leakage reactance larger than that of a general transformer. It also satisfies the requirements for a vessel.

上記実施例においては分割された各二次巻線部分を２個
ずつ組にして巻込む場合について説明したが、場合によ
っては３個以上の巻線部分を組にして巻込むことも可能
である。In the above embodiment, the case where each divided secondary winding part is wound in sets of two has been described, but depending on the case, it is also possible to wind three or more winding parts in sets. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本考案を適用する交流電気車の主回路の一例を
示す結線図、第２図は第１図の主回路における変圧器の
概略内部構造を示す斜視図、第３図は第２図の変圧器に
おける従来の巻線配置構成を示す断面図、第４図は第３
図における変圧器の単位コイルの斜視図、第５図は第４
図のコ、イルの簡略概念図、第６図は従来の変圧器を用
いた場合の回生制動時の変圧器電圧および電流の波形図
、第７図は従来の変圧器における巻線配置に関する説明
図、第８図は本考案による変圧器の巻線配置構成の一実
施例を示す断面図、第９図は第８図の変圧器における単
位コイルの斜視図、第１０図は第９図のコイルの簡略概
念図、第１１図は本考案の変圧器における巻線配置に関
する説明図、第１２図は本考案の変圧器における単位コ
イルの他の実施例を示す斜視図、第１３図は本考案の変
圧器を用いた場合の回生制動時の変圧器電圧および電流
の波形図である。 Ｔ・・・・・・変圧器、ＳＷ・・・・・・二次巻線、Ｓ
Ｗ１〜ＳＷ４・・・・・・二次巻線部分、ＲＦ・・・・
・・整流装置、ＲＦ１〜ＲＦ４・・・・・・制動整流器
。Fig. 1 is a wiring diagram showing an example of the main circuit of an AC electric vehicle to which the present invention is applied, Fig. 2 is a perspective view showing a schematic internal structure of a transformer in the main circuit of Fig. Figure 4 is a sectional view showing the conventional winding arrangement in the transformer shown in Figure 3.
A perspective view of the unit coil of the transformer in the figure.
A simplified conceptual diagram of coils and coils in the figure, Figure 6 is a waveform diagram of transformer voltage and current during regenerative braking when a conventional transformer is used, and Figure 7 is an explanation of the winding arrangement in a conventional transformer. 8 is a sectional view showing an example of the winding arrangement of a transformer according to the present invention, FIG. 9 is a perspective view of a unit coil in the transformer of FIG. 8, and FIG. A simplified conceptual diagram of the coil, FIG. 11 is an explanatory diagram of the winding arrangement in the transformer of the present invention, FIG. 12 is a perspective view showing another embodiment of the unit coil in the transformer of the present invention, and FIG. 13 is a diagram of the present invention. FIG. 4 is a waveform diagram of transformer voltage and current during regenerative braking when the invented transformer is used. T...Transformer, SW...Secondary winding, S
W1~SW4...Secondary winding part, RF...
... Rectifier, RF1 to RF4 ... Braking rectifier.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 二次巻線を複数個の二次巻線部分に分割し、その各二次
巻線部分をそれぞれ整流器を介して直列に接続して主電
動機に給電する交流電気車用変圧器において、少なくと
も２個の二次巻線部分を１組とし、各組内の二次巻線部
分は、それぞれのコイル導体を互いに平行配置して全体
として円板コイルとして構成したことを特徴とする交流
電気車用変圧器。A transformer for an AC electric vehicle that divides a secondary winding into a plurality of secondary winding portions, and connects each of the secondary winding portions in series via a rectifier to supply power to a traction motor. For an AC electric vehicle, the secondary winding portions in each set are configured as a disc coil with respective coil conductors arranged in parallel to each other. transformer.