| 【発明の名称】 |
電力回生インバータ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】山本 光俊
【氏名】篠原 博
【氏名】馬場 謙二
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| 【要約】 |
【課題】電力回生インバータ装置を備えている直流き電回路が短絡した場合に電力回生インバータ装置から流入する電流を抑制して事故の拡大の防止を図ることにある。
【解決手段】直流電車９が減速する際に生じる直流回生電力を商用電力系統１３へ返還できるようにするために、直流電力を交流電力に変換する電力回生インバータ装置３０を直流き電線８と商用電力系統１３との間に接続するにあたって、当該電力回生インバータ装置３０から前記直流き電線８の方向へ電流が流れるのを阻止する逆流阻止ダイオード４０を挿入し、前記直流き電線８が短絡したときに、電力回生インバータ装置３０を構成する平滑コンデンサ３２の蓄積エネルギーが短絡点へ流入して、事故が拡大するのを防止する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】電気車へ直流電力を供給する直流き電回路にインバータを接続して前記電気車からの回生電力を前記インバータの交流電源側へ返還する電力回生インバータ装置において、前記インバータと直流き電回路との間に、このインバータから直流き電回路へ電流が流れるのを阻止する逆流阻止回路を備えることを特徴とする電力回生インバータ装置。
【請求項２】電気車へ直流電力を供給する直流き電回路にインバータを接続して前記電気車からの回生電力を前記インバータの交流電源側へ返還する電力回生インバータ装置において、前記インバータと直流き電回路との間にダイオードを挿入することを特徴とする電力回生インバータ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力回生用のインバータを備えている直流き電回路が短絡しても事故の拡大を防止できる電力回生インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は電気車の主回路構成の一例を示した主回路接続図であって、直流き電線８からの直流電力はパンタグラフ１７を介して直流電車９の車内へ取り込まれる。この直流電力はスイッチ２３を介して、所望の電圧と周波数の交流電力に変換するＶＶＶＦインバータ１９に与えられたのち、車輪２２とレール２１とを経て電源側へ還流する。誘導電動機２０はこのＶＶＶＦインバータ１９が出力する交流電力で駆動され、直流電車９を所望の速度で運転する。なおＶＶＶＦインバータ１９の交流入力側には平滑コンデンサ１８が接続されている。
【０００３】走行中の直流電車９はその走行速度の２乗と直流電車９の質量との積に比例した運動エネルギーを保有しており、走行中の直流電車９を摩擦ブレーキを使って減速させると、その運動エネルギーは熱になって大気中に放散されてしまう。そこで直流電車９が減速する際の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して直流き電線８へ戻す電力回生運転を行えば、当該直流電車９は回生制動によりその速度を低下させることができるし、このときに回生された電気エネルギーで他の直流電車を力行運転するのに利用できるから、従来は無駄に捨てられていたエネルギーを有効利用できるので、多用されるようになってきている。
【０００４】しかし、減速のために電力回生運転をしている直流電車９が接触している直流き電線８に、力行運転中の他の直流電車が接触していなければ、この回生電力は消費されないために直流き電線８の電圧を上昇させる。その結果、直流電車９の過電圧リレーが作動してスイッチ２３をトリップさせるに至る。スイッチ２３がトリップすれば直流電車９は回生制動により減速することができなくなってしまう。所謂回生失効現象を生じる。そこで直流き電線８と大地との間に短絡スイッチと抵抗器との直列回路を接続し、直流き電線８の電圧が上昇して所定値を越えれば、前記短絡スイッチを閉路して前記抵抗器で回生電力を消費させることにより、前述した回生失効現象の発生を回避するのであるが、この場合の回生電力は熱になって無駄に放散されるだけであり、省エネルギー効果は得られない。
【０００５】図３は電気車が発生する回生電力を電源へ返還できる主回路構成の従来例を示した主回路接続図である。この従来例回路において、商用電力系統１３からの交流電力は、第１遮断器１と第１変圧器２と整流器３により所望電圧の直流電力に変換されて直流き電線８へ供給されるから、直流電車９は所望の速度で走行することができる。なお符号２１はレールである。この図３に図示の従来例回路では、自励式インバータ３１とその直流側に接続した平滑コンデンサ３２と直流リアクトル３３と、当該自励式インバータ３１の交流側に接続した第２変圧器３４とで構成している電力回生インバータ装置３０の直流側を直流き電線８とレール２１との間に接続し、その交流側は第２遮断器３５を介して商用電力系統１３に接続している。
【０００６】図４は図３の従来例回路に図示している電力回生インバータ装置の回路構成を示した主回路接続図であって、直流き電線８からの直流電力は直流リアクトル３３と平滑コンデンサ３２とを介して自励式インバータ３１へ入力する。自励式インバータ３１は、半導体スイッチ素子であるＧＴＯサイリスタ３１Ｇとダイオード３１Ｄとの逆並列接続でなるスイッチング回路の６組を３相ブリッジ接続した構成であって、６組のスイッチング回路を適切な時点でオン・オフ動作させることにより、入力する直流電力を交流電力に変換しており、この交流電力を第２変圧器３４で変圧して商用電力系統１３へ返還するように動作する。
【０００７】走行中の直流電車９が減速するのに伴って生じる回生電力は、この回生電力を消費する他の直流電車が存在しなければ直流き電線８の電圧を上昇させるが、電圧が所定値まで上昇すれば図示していない過電圧リレーが動作して電力回生インバータ装置３０は作動を開始して、前述の動作により直流電車９からの回生直流電力を交流電力に変換し、第２遮断器３５を介して商用電力系統１３へ返還する。従って商用電力系統１３に接続している他の電気機器はこの回生電力で運転し、省エネルギー効果が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで直流き電線８は一般に風雨に晒される環境に設置されるから、事故を完全に排除することは困難である。例えば飛来物で直流き電線８と大地またはレール２１とが短絡する事故や、直流き電線８が垂れ下がってレール２１に接触するなどで短絡する事故が発生することがあり、このときは直ちに第１遮断器１と第２遮断器３５をトリップさせて商用電力系統１３を事故地点から切り離すことにより、事故の拡大の防止を図っている。しかしながら電力回生インバータ装置３０を構成している平滑コンデンサ３２にはエネルギーが蓄積されていて、第２遮断器３５がトリップしても、この平滑コンデンサ３２が短絡事故点へ電流を供給するので、故障を拡大させてしまう恐れがある。自励式インバータ３１の直流側には大きな静電容量の平滑コンデンサ３２が設置されるから、その蓄積エネルギーも大きく、事故時には過大な電流が流れる。
【０００９】そこでこの発明の目的は、電力回生インバータ装置を備えている直流き電回路が短絡した場合に電力回生インバータ装置から流入する電流を抑制して事故の拡大の防止を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するために、この発明の電力回生インバータ装置は、電気車へ直流電力を供給する直流き電回路に、当該電気車からの回生電力を前記インバータの交流電源側へ返還する電力回生インバータ装置を接続する際に、当該電力回生インバータ装置から前記直流き電回路の方向へ電流が流れるのを阻止する逆流阻止回路を設置する。前記電力回生インバータ装置と直流き電線との間にダイオードを挿入して、直流き電線の方向への電流を阻止する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を表した主回路接続図であるが、この図１の実施例回路は、図３で既述の従来例回路に逆流阻止ダイオード４０を追加した構成であるから、図３の従来例回路と同じ部分の説明は省略する。
【００１２】本発明の実施例では、電力回生インバータ装置３０と直流き電線８との間に逆流阻止ダイオード４０を挿入する。直流き電線８とレール２１とが何らかの原因で短絡することは、平滑コンデンサ３２の正負極間が短絡することであり、当該平滑コンデンサ３２の蓄積エネルギーがこの短絡点を通って放電するのであるが、逆流阻止ダイオード４０を挿入することで平滑コンデンサ３２の蓄積エネルギーの放電を阻止するので、事故が拡大するのを防止できる。
【００１３】
【発明の効果】直流き電線からの直流電力で走行する直流電車が減速する際に生じるエネルギーを有効利用するために、直流き電線に電力回生インバータ装置を接続し、直流電車が回生する直流電力を交流電力に変換して商用電力系統へ返還することで省エネルギー効果が得られる。しかし直流き電線に短絡事故が生じた場合に、従来は電力回生インバータ装置の構成要素である平滑コンデンサが短絡点へ大電流を供給するので、事故が拡大する恐れがあった。本発明では電力回生インバータ装置と直流き電線との間に逆流阻止ダイオードを挿入することで、短絡点へ大電流が供給されるのを阻止している。よって僅かな部品を追加するのみで短絡事故が拡大して大事故に発展する恐れを未然に防止できる効果が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５２３４
【氏名又は名称】富士電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２日（１９９９．４．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８３３９
【弁理士】
【氏名又は名称】篠部 正治
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２９５７０４（Ｐ２０００−２９５７０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−９６１６４ |
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