JPS6117231B2 - - Google Patents
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- JPS6117231B2 JPS6117231B2 JP54128174A JP12817479A JPS6117231B2 JP S6117231 B2 JPS6117231 B2 JP S6117231B2 JP 54128174 A JP54128174 A JP 54128174A JP 12817479 A JP12817479 A JP 12817479A JP S6117231 B2 JPS6117231 B2 JP S6117231B2
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- converter
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- thyristor
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 16
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 13
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
- B60L7/003—Dynamic electric braking by short circuiting the motor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
- H02M7/19—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only arranged for operation in series, e.g. for voltage multiplication
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
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- Stopping Of Electric Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は交流電気車用に適した半導体電力変換
装置に関する。
装置に関する。
この種の半導体電力変換装置は、(1)充分な回生
制動力が得られること、(2)回生制動時の力率が出
来るだけ大きいこと、(3)回生制動時でもカ行時程
度に架線に流れる高調波電流が小さいこと等が望
まれる。
制動力が得られること、(2)回生制動時の力率が出
来るだけ大きいこと、(3)回生制動時でもカ行時程
度に架線に流れる高調波電流が小さいこと等が望
まれる。
交流電気車にサイリスタ変換器を搭載する場
合、サイリスタ位相制御に伴う架線電流歪による
高調波電流が増大すると云う問題がある。このた
め車両に搭載した変圧器の二次巻線を複数個に分
割し、各二次巻線にサイリスタブリツジ構成の単
位変換器をそれぞれ接続し、これらを直流出力側
で縦続接続する方式が多用されている。このよう
なサイリスタ変換器であればサイリスタの点弧順
序と点弧位相をかえるだけで容易にカ行（サイリ
スタ変換器をコンバータ動作）および回生（サイ
リスタ変換器をインバータ動作）運転が出来る。
二次巻線の分割は架線に流れる高調波電流の低減
は効果的で４〜６分割が多い。ここでサイリスタ
ブリツジ構成のサイリスタ変換器をインバータ運
転して回生制動する場合、サイリスタのターンオ
タイムから決まる転流余裕時間を確保しなければ
ならない。したがつてインバータ運転時の最小点
弧進み角Bminはこの転流余裕時間に相当する角
度と転流重なり角を加えたものとなる。すなわち
カ行運転の場合最小点弧遅れ角αは零であるのに
対し、回生運転の場合最小点弧進み角はBminと
なる。このBminは転流重なり角が大きいほど大
きくなり、力率、回生率、回生制動力が低下する
と共に架線に流れる高調波電流が増大する。特に
交流電気車の場合、変電所から最遠地点では交流
側リアクタンスが最も大きくなるためBminも最
も大きくなる。このためこの地点では充分な回生
制動力が得られなくなつたり、高調波電流が大き
くなる等車両性能が著しく低下してしまうことも
ある。
合、サイリスタ位相制御に伴う架線電流歪による
高調波電流が増大すると云う問題がある。このた
め車両に搭載した変圧器の二次巻線を複数個に分
割し、各二次巻線にサイリスタブリツジ構成の単
位変換器をそれぞれ接続し、これらを直流出力側
で縦続接続する方式が多用されている。このよう
なサイリスタ変換器であればサイリスタの点弧順
序と点弧位相をかえるだけで容易にカ行（サイリ
スタ変換器をコンバータ動作）および回生（サイ
リスタ変換器をインバータ動作）運転が出来る。
二次巻線の分割は架線に流れる高調波電流の低減
は効果的で４〜６分割が多い。ここでサイリスタ
ブリツジ構成のサイリスタ変換器をインバータ運
転して回生制動する場合、サイリスタのターンオ
タイムから決まる転流余裕時間を確保しなければ
ならない。したがつてインバータ運転時の最小点
弧進み角Bminはこの転流余裕時間に相当する角
度と転流重なり角を加えたものとなる。すなわち
カ行運転の場合最小点弧遅れ角αは零であるのに
対し、回生運転の場合最小点弧進み角はBminと
なる。このBminは転流重なり角が大きいほど大
きくなり、力率、回生率、回生制動力が低下する
と共に架線に流れる高調波電流が増大する。特に
交流電気車の場合、変電所から最遠地点では交流
側リアクタンスが最も大きくなるためBminも最
も大きくなる。このためこの地点では充分な回生
制動力が得られなくなつたり、高調波電流が大き
くなる等車両性能が著しく低下してしまうことも
ある。
第１図は従来のサイリスタブリツジ構成の変換
器による交流電気車の主回路図であり、リアクタ
ンスを含む電源１に、一次巻線３１および二次巻
線３２〜３５を有する変圧器３、縦続接続の変換
器４１〜４４、平滑リアクトル５、駆動電動機６
が図示の如く接続されている。第２図は各変換器
が最小点弧進み角Bminでインバータ運転されて
いる場合の動作波形の例を示す。これに電源電圧
ｅ、二次巻線電流ｉS1〜ｉS4（i32〜i34）、各変換
器の出力電圧e41〜e44、合成出力電圧ｅdが示され
ている。
器による交流電気車の主回路図であり、リアクタ
ンスを含む電源１に、一次巻線３１および二次巻
線３２〜３５を有する変圧器３、縦続接続の変換
器４１〜４４、平滑リアクトル５、駆動電動機６
が図示の如く接続されている。第２図は各変換器
が最小点弧進み角Bminでインバータ運転されて
いる場合の動作波形の例を示す。これに電源電圧
ｅ、二次巻線電流ｉS1〜ｉS4（i32〜i34）、各変換
器の出力電圧e41〜e44、合成出力電圧ｅdが示され
ている。
第２図に示すように各変換器４１〜４４とも同
一の点弧角で転流させても各巻線間の相互干渉に
よつて一律に転流が行われず、みかけ上の転流重
なり角は大きくなるこの場合でも最も遅く転流動
作が終了する巻線（第２図ではS4）の転流余裕角
δが規定値以上になるように点弧角Bminを大き
くしなければならない。一方インバータ運転によ
つて停止まで回生制動をかけようとするとカ行と
同の二次巻線電圧では上述の理由から充分な回生
制動力が得られない場合がある。このため回生の
場合はカ行の場合より交流電圧を増す必要があ
る。第１図の例で示すとカ行時は４１〜４３まで
を使用し、４４はバイパス動作をさせ、回生時は
４１〜４４まで用いるようにする方法がある。こ
の方法によるとカ行時と制動時と巻線電圧が同一
でも制動時の方が高調波が増す上に更に制動時に
巻線電圧を高くするので一次巻線に流れる高調波
電流はカ行時に比べ非常に大きくなつてしまうた
め実用出来ない場合も生ずる。
一の点弧角で転流させても各巻線間の相互干渉に
よつて一律に転流が行われず、みかけ上の転流重
なり角は大きくなるこの場合でも最も遅く転流動
作が終了する巻線（第２図ではS4）の転流余裕角
δが規定値以上になるように点弧角Bminを大き
くしなければならない。一方インバータ運転によ
つて停止まで回生制動をかけようとするとカ行と
同の二次巻線電圧では上述の理由から充分な回生
制動力が得られない場合がある。このため回生の
場合はカ行の場合より交流電圧を増す必要があ
る。第１図の例で示すとカ行時は４１〜４３まで
を使用し、４４はバイパス動作をさせ、回生時は
４１〜４４まで用いるようにする方法がある。こ
の方法によるとカ行時と制動時と巻線電圧が同一
でも制動時の方が高調波が増す上に更に制動時に
巻線電圧を高くするので一次巻線に流れる高調波
電流はカ行時に比べ非常に大きくなつてしまうた
め実用出来ない場合も生ずる。
本発明の目的は充分な回生制動力が得られ、且
つ電源に流れる高調波電流の少ない半導体変換装
置を提供することにある。
つ電源に流れる高調波電流の少ない半導体変換装
置を提供することにある。
本発明の実施例を第３図、第６図に示す。第４
図、第５図は第３図の動作波形を示す第１図と同
一記号のものは同一のものを示す。
図、第５図は第３図の動作波形を示す第１図と同
一記号のものは同一のものを示す。
本発明の基本は半導体変換器の直流出力端子間
にサイリスタスイツチ７と複数個の抵抗８１〜８
４を各々直列接続した回路を接続し、各抵抗には
並列に短絡スイツチ９１〜９４（１０１〜１０
４）を接続し半導体変換器がインバータ動作時に
は抵抗側に、負荷電流の一部を分流させて変換器
への電流を減らし、制動時の電源側高調波電流の
低減を図つたところにある。
にサイリスタスイツチ７と複数個の抵抗８１〜８
４を各々直列接続した回路を接続し、各抵抗には
並列に短絡スイツチ９１〜９４（１０１〜１０
４）を接続し半導体変換器がインバータ動作時に
は抵抗側に、負荷電流の一部を分流させて変換器
への電流を減らし、制動時の電源側高調波電流の
低減を図つたところにある。
前述のように高調波電流の低減の目的から変換
器の二次巻線は複数組に分割されるのが一般的で
あり、第３図も変換器を４組の単位変換器に分割
した場合で示してある。第３図を参照しながら制
御動作を説明する。
器の二次巻線は複数組に分割されるのが一般的で
あり、第３図も変換器を４組の単位変換器に分割
した場合で示してある。第３図を参照しながら制
御動作を説明する。
カ行時にはサイリスタスイツチ７はオフして抵
抗８１〜８４を回路から切り離す。単位変換器４
１〜４４は通常の変換器動作をさせる。
抗８１〜８４を回路から切り離す。単位変換器４
１〜４４は通常の変換器動作をさせる。
次に回生制動時について説明する。サイリスタ
スイツチ７を導通させる。単位変換器４１〜４４
は規定の回生電流が流れるように電動機６の電圧
に応じ点弧位相角制御する。この場合、電動機電
流のうち規定された以上の電流は電源に流さず、
超過分はサイリスタスイツチ７側に分流させる。
直列抵抗８１〜８４は電動機６の電圧に応じ所要
の電流が流れるように短絡スイツチ９１〜９４に
より抵抗値を調整する。次にサイリスタ７の動作
について説明する。変換器が最大出力電圧を出し
ている時の出力電圧波形を第４図に示す。ａは変
換器の出力電圧波形、ｂは抵抗の電流波形を示す
t1で変換器のサイリスタは転流を開始し、t2で転
流を終了する。第４図の斜線部すなわちt2〜t3の
時間の間転流によつてオフしたサイリスタに図の
ような逆電電圧が加わる。この電圧は同様にサイ
リスタスイツチ７にも加わり７も同時にオフす
る。電圧反転するt3後に７を再び点弧することに
より導通させ、電動機電流の一部は抵抗に分流さ
せる。以上述べたように本発明ではサイリスタス
イツチへの点弧信号をやめることにより、半サイ
クルで抵抗を回路から電気的に切り離すことが出
来る。第４図ｂに示す電流の大きさは変換器出力
電圧の大きさに応じ抵抗値を調整することにより
制御することが出来る。
スイツチ７を導通させる。単位変換器４１〜４４
は規定の回生電流が流れるように電動機６の電圧
に応じ点弧位相角制御する。この場合、電動機電
流のうち規定された以上の電流は電源に流さず、
超過分はサイリスタスイツチ７側に分流させる。
直列抵抗８１〜８４は電動機６の電圧に応じ所要
の電流が流れるように短絡スイツチ９１〜９４に
より抵抗値を調整する。次にサイリスタ７の動作
について説明する。変換器が最大出力電圧を出し
ている時の出力電圧波形を第４図に示す。ａは変
換器の出力電圧波形、ｂは抵抗の電流波形を示す
t1で変換器のサイリスタは転流を開始し、t2で転
流を終了する。第４図の斜線部すなわちt2〜t3の
時間の間転流によつてオフしたサイリスタに図の
ような逆電電圧が加わる。この電圧は同様にサイ
リスタスイツチ７にも加わり７も同時にオフす
る。電圧反転するt3後に７を再び点弧することに
より導通させ、電動機電流の一部は抵抗に分流さ
せる。以上述べたように本発明ではサイリスタス
イツチへの点弧信号をやめることにより、半サイ
クルで抵抗を回路から電気的に切り離すことが出
来る。第４図ｂに示す電流の大きさは変換器出力
電圧の大きさに応じ抵抗値を調整することにより
制御することが出来る。
第４図ｂのような電流が抵抗に流れることによ
り電源へ流れる電流が低減する。この低減効果を
第５図に示す。同図で実線の電流イは抵抗に分流
させない場合の電源電流波形で、点線の電流ロは
抵抗に分流させた場合の電源電流波形である。同
図からわかるように抵抗回路に負荷電流の一部を
分流させることにより電源電流は小さくなる。こ
のため電源に流れる高調波電流が低減する。
り電源へ流れる電流が低減する。この低減効果を
第５図に示す。同図で実線の電流イは抵抗に分流
させない場合の電源電流波形で、点線の電流ロは
抵抗に分流させた場合の電源電流波形である。同
図からわかるように抵抗回路に負荷電流の一部を
分流させることにより電源電流は小さくなる。こ
のため電源に流れる高調波電流が低減する。
本発明では電動機電流の一部を抵抗回路に分流
させるが電動機電流は何ら変わらないので、電気
制動力も変わらない。又本発明によると電気制動
電力が全て回生電力とはならず、一部を抵抗に消
費させるので、回生電力は若干低下するが電源電
流の高調波成分が低下するので、特に高調波電流
に制限のある電気鉄道用には有利な変換装置とな
る。
させるが電動機電流は何ら変わらないので、電気
制動力も変わらない。又本発明によると電気制動
電力が全て回生電力とはならず、一部を抵抗に消
費させるので、回生電力は若干低下するが電源電
流の高調波成分が低下するので、特に高調波電流
に制限のある電気鉄道用には有利な変換装置とな
る。
第６図は本発明の他の実施例で第３図に示した
短絡スイツチとして半導体無接点スイツチ（図で
はサイリスタの場合で示す）を用い、抵抗の１つ
は短絡スイツチの代わりにチヨツパを接続したも
のである。第３図では短絡スイツチの開閉により
抵抗値は段階的にしか変化しないので電動機電圧
の変化に応じ抵抗への分流電流を一定に保つこと
は出来ない。このため第６図のように抵抗の一部
を抵抗チヨツパにし、この抵抗値を連続的に制御
する。抵抗チヨツパにすることにより、電動機電
圧が変化しても、抵抗への分流電流を一定に保つ
ことが出来る。
短絡スイツチとして半導体無接点スイツチ（図で
はサイリスタの場合で示す）を用い、抵抗の１つ
は短絡スイツチの代わりにチヨツパを接続したも
のである。第３図では短絡スイツチの開閉により
抵抗値は段階的にしか変化しないので電動機電圧
の変化に応じ抵抗への分流電流を一定に保つこと
は出来ない。このため第６図のように抵抗の一部
を抵抗チヨツパにし、この抵抗値を連続的に制御
する。抵抗チヨツパにすることにより、電動機電
圧が変化しても、抵抗への分流電流を一定に保つ
ことが出来る。
前述のように本発明は変換器の出力にサイリス
タスイツチと抵抗の直列回路を接続し、回生制動
時電動機電流の一部を抵抗に分流させ、電源電流
を減らして高調波電流を低減する方式であるので
前述の他に次の効果がある。
タスイツチと抵抗の直列回路を接続し、回生制動
時電動機電流の一部を抵抗に分流させ、電源電流
を減らして高調波電流を低減する方式であるので
前述の他に次の効果がある。
(1) 回生時、電源電流の高調波電流の低減が任意
に出来る。
に出来る。
(2) 充分な電気制動力が確保出来る。
(3) 分流抵抗は制動時のみ使用するので短時間定
格で良い。
格で良い。
(4) 制動中停電となつても分流抵抗を流用して発
電制動運転に切替えて制動運転続行出来る。
電制動運転に切替えて制動運転続行出来る。
特に電気鉄道用としては(4)に示した効果は非常に
大きい。
大きい。
本発明の実施例では単相の場合で示したが、多
相の場合でも同様に適用出来る。
相の場合でも同様に適用出来る。
第１図は従来の実施例の回路接続図、第２図は
従来の実施例の動作説明のための波形図、第３図
は本発明実施例の回路接続図、第４図および第５
図は本発明の実施例の動作説明のための波形図、
第６図は本発明の他の実施例の要部の回路接続図
である。 １…交流電源、２…電源リアクタンス、３…変
圧器、３１…一次巻線、３２〜３５…二次巻線、
４１〜４４…単位変換器、５…平滑リアクトル、
６…電動機、７…サイリスタスイツチ、８１〜８
４…分流抵抗、９１〜９４…短絡スイツチ。
従来の実施例の動作説明のための波形図、第３図
は本発明実施例の回路接続図、第４図および第５
図は本発明の実施例の動作説明のための波形図、
第６図は本発明の他の実施例の要部の回路接続図
である。 １…交流電源、２…電源リアクタンス、３…変
圧器、３１…一次巻線、３２〜３５…二次巻線、
４１〜４４…単位変換器、５…平滑リアクトル、
６…電動機、７…サイリスタスイツチ、８１〜８
４…分流抵抗、９１〜９４…短絡スイツチ。
Claims (1)
- １ 交流側では互いに絶縁されて交流電源に接続
され直流側では互いに直列接続されている複数の
単位変換器からなる半導体電力変換装置におい
て、半導体電力変換装置の直流側端子間に抵抗と
半導体スイツチとの直列回路を接し、半導体変換
装置の逆変換運転時に前記半導体スイツチを導通
制御する手段を設けることにより、半導体電力変
換装置の逆変換運転時に前記半導体スイツチを介
して前記抵抗に直流側電力の一部を分流し、交流
電源に生ぜしめられる高調波電流を低減すること
を特徴とする半導体電力変換装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12817479A JPS5653578A (en) | 1979-10-04 | 1979-10-04 | Semiconductor power converter |
| DK417480A DK417480A (da) | 1979-10-04 | 1980-10-03 | Halvleder stroemforsyning |
| DE19803037503 DE3037503A1 (de) | 1979-10-04 | 1980-10-03 | Halbleiter-stromrichter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12817479A JPS5653578A (en) | 1979-10-04 | 1979-10-04 | Semiconductor power converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5653578A JPS5653578A (en) | 1981-05-13 |
| JPS6117231B2 true JPS6117231B2 (ja) | 1986-05-06 |
Family
ID=14978232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12817479A Granted JPS5653578A (en) | 1979-10-04 | 1979-10-04 | Semiconductor power converter |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5653578A (ja) |
| DE (1) | DE3037503A1 (ja) |
| DK (1) | DK417480A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57199438A (en) * | 1981-06-03 | 1982-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | Superconductive power storage facility |
| JPS609382A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-18 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
| JP4848102B2 (ja) * | 2001-08-24 | 2011-12-28 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電源装置 |
| JP4848103B2 (ja) * | 2001-08-24 | 2011-12-28 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電源装置 |
| JP5058415B2 (ja) * | 2001-08-24 | 2012-10-24 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電源装置 |
-
1979
- 1979-10-04 JP JP12817479A patent/JPS5653578A/ja active Granted
-
1980
- 1980-10-03 DE DE19803037503 patent/DE3037503A1/de not_active Withdrawn
- 1980-10-03 DK DK417480A patent/DK417480A/da unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3037503A1 (de) | 1981-04-16 |
| DK417480A (da) | 1981-04-05 |
| JPS5653578A (en) | 1981-05-13 |
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