JP5217336B2 - Static auxiliary power supply for vehicle - Google Patents
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Description
本発明は車両用静止形補助電源装置に関し、特に、チョークインプット方式のLC平滑回路を有する電力変換装置の共振抑制方法に適用して好適なものである。 The present invention relates to a vehicle dual static auxiliary power unit, in particular, is suitably applied to a resonance suppression method of the power conversion device having an LC smoothing circuit of a choke input system.
電気鉄道車両の照明や空調装置に電力を供給する車両用静止形補助電源には、常に一定の電圧および周波数の交流電力を出力するCVCF(Constant Voltage Constant Frequency)装置が用いられている。
図4は、従来の車両用静止形補助電源装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
図4において、車両用静止形補助電源装置には、スイッチング動作によって直流を交流に変換するインバータ14が設けられ、インバータ14の入力側にはLC平滑回路20を介して直流電源11に接続されている。なお、インバータ14が車両用静止形補助電源に用いられる場合、直流電源11として架線直流電圧を用いることができる。
A CVCF (Constant Voltage Constant Frequency) device that always outputs AC power having a constant voltage and frequency is used as a stationary auxiliary power source for a vehicle that supplies electric power to lighting and an air conditioner of an electric railway vehicle.
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a conventional stationary auxiliary power supply device for a vehicle.
In FIG. 4, the stationary auxiliary power supply device for a vehicle is provided with an
ここで、LC平滑回路20には、直流リアクトル12および直流フィルタコンデンサ13が設けられ、LC平滑回路20は、チョークインプット方式のLCフィルタを構成することができる。また、LC平滑回路20にはスイッチ19に抵抗18cが並列接続された初期充電回路が設けられ、この初期充電回路は直流リアクトル12の後段に直列接続されている。
そして、インバータ14の出力側には、フィルタリアクトル15を介して絶縁変圧器17に接続され、フィルタリアクトル15の出力側には、フィルタコンデンサ16が接続されている。
Here, the
The output side of the
そして、直流電源11から出力された直流電圧はLC平滑回路20にて高周波成分が除去された後、インバータ14に入力され、インバータ14にて直流が交流に変換される。そして、インバータ14から出力された交流電圧は、フィルタリアクトル15およびフィルタコンデンサ16にて不要な高域成分が除去された後、絶縁変圧器17に供給され、絶縁変圧器17にて交流電圧が変圧される。
ここで、直流フィルタコンデンサ13の初期充電時にはスイッチ19は開放され、充電電流が抵抗18cにて制限されながら直流フィルタコンデンサ13が充電される。そして、直流フィルタコンデンサ13の電圧が所定値に達すると、スイッチ19が閉じられることで抵抗18cが短絡され、LCフィルタが構成される。
The DC voltage output from the
Here, when the
この図4の制御方法では、架線直流電圧や負荷の急変時に直流リアクトル12と直流フィルタコンデンサ13との共振現象が発生し、直流フィルタコンデンサ13の電圧および入力電流が振動するとともに、車両用静止形補助電源装置のCVCF動作によってこの振動が継続することがある。
このような現象に対して、特許文献1には、定電圧制御を行うインバータのフィルタコンデンサ端子電圧における振動成分を定電圧制御の基準電圧に加算し、入力フィルタで共振が発生した場合に、出力電圧を入力電圧に同調して変動させLCフィルタの共振を抑制する方法が開示されている。
In the control method of FIG. 4, a resonance phenomenon occurs between the
For such a phenomenon, Patent Document 1 discloses that when a vibration component in the filter capacitor terminal voltage of an inverter that performs constant voltage control is added to a reference voltage for constant voltage control and resonance occurs in the input filter, output is performed. A method of suppressing resonance of the LC filter by changing the voltage in synchronization with the input voltage is disclosed.
図5は、従来の車両用静止形補助電源装置の概略構成のその他の例を示すブロック図である。
図5において、車両用静止形補助電源装置には、インバータ101、インバータ101の入力側に接続したフィルタリアクトル102およびフィルタコンデンサ103、インバータ101の出力側絶縁変圧器104、インバータ101出力側の電圧センサ105および電流センサ106、基準電圧生成回路107、基準電流生成回路108、制御回路109、電車線の架線による直流電源110、負荷111、フィルタコンデンサ103の端子電圧を検出する電圧センサ112、電圧センサ112の検出出力から振動成分のみを抽出する高域フィルタ103、は基準電圧生成回路107からの基準電圧信号に高域フィルタ103の出力を加算する加算器104が設けられている。
そして、電圧センサ112で検出されたフィルタコンデンサ103の印加電圧から、高域フィルタ113にて振動成分を抽出し、基準電圧生成回路107からの基準電圧信号に加算することで、インバータ101の出力電圧を、フィルタコンデンサ103の端子電圧の変動に同調して変動させる。
FIG. 5 is a block diagram showing another example of a schematic configuration of a conventional stationary auxiliary power supply device for a vehicle.
In FIG. 5, the stationary auxiliary power supply device for a vehicle includes an
Then, the vibration component is extracted by the high-
図6は、従来のLC共振現象の抑制方法を等価回路にて示す図である。
図6において、図4の直流電源11をVDC、直流リアクトル12をリアクトルL、直流フィルタコンデンサ13をコンデンサC、負荷電流を電流源ILで表すと、LC共振を抑制するには、コンデンサCに抵抗Rを並列接続する必要がある。
そして、図5の方法では、直流電圧の上昇時に負荷に供給される電流を増加させることで、図6の抵抗Rと同等の効果を生じさせ、LC共振を抑制する。
6, a
In the method of FIG. 5, by increasing the current supplied to the load when the DC voltage increases, an effect equivalent to that of the resistor R of FIG. 6 is produced, and the LC resonance is suppressed.
しかしながら、図5の方法では、出力電圧を変動させることにより、フィルタリアクトル102およびフィルタコンデンサ103の共振エネルギーを負荷側で消費させ、LC共振を抑制する。このため、図5の方法では、例えば、インバータエアコンなどの定電力負荷が車両用静止形補助電源装置に接続されている場合には、LC共振を抑制することができなくなるという問題があった。すなわち、LC共振を抑制するために負荷側の電力を制御しようとしても、接続されている負荷の機器によって必要な電力が調整されるため、共振エネルギーを負荷側で消費させることができず、LC共振を抑制することができない。
そこで、本発明の目的は、定電力負荷が接続されている場合においても、チョークインプット方式のLC平滑回路で発生するLC共振を抑制することが可能な車両用静止形補助電源装置を提供することである。
However, in the method of FIG. 5, by changing the output voltage, the resonance energy of the
An object of the present invention, even when the constant power load is connected, to provide a vehicle dual static auxiliary power device capable of suppressing the LC resonance generated by the LC smoothing circuit of a choke input system It is.
上述した課題を解決するために、請求項1記載の車両用静止形補助電源装置によれば、スイッチング動作によって直流を交流に変換するインバータと、前記インバータの前段に接続されたチョークインプット方式のLC平滑回路と、前記インバータから出力された交流電圧から不要な高域成分を除去するフィルタと、前記フィルタを通過した交流電圧を変圧する絶縁変圧器とを備え、前記LC平滑回路を構成するリアクトルにはスイッチが直列接続されるとともに、前記リアクトルと前記スイッチからなる直列回路には抵抗が並列接続され、前記LC平滑回路を構成するコンデンサの初期充電時には前記スイッチは開放される、ことを特徴とする。 To solve the problems described above, according to the static auxiliary power unit for a vehicle according to claim 1 Symbol placement, an inverter for converting direct current into alternating current by switching operation, the choke input type connected upstream of the inverter An LC smoothing circuit, a filter that removes unnecessary high frequency components from the AC voltage output from the inverter, and an insulation transformer that transforms the AC voltage that has passed through the filter, and the reactor that constitutes the LC smoothing circuit the switch is connected in series to, the series circuit composed of the said reactor switch resistance are connected in parallel, wherein during the initial charging of the capacitor to form an LC smoothing circuit wherein the switch is opened, and this It is characterized by.
以上説明したように、本発明によれば、LC平滑回路を構成するリアクトルに抵抗を並列接続することにより、LC平滑回路の共振エネルギーを電源側の抵抗で消費させることができる。このため、LC平滑回路の共振エネルギーを負荷側で消費させることなく、LC共振を抑制することができ、インバータエアコンなどの定電力負荷が接続されている場合においても、常に一定の電圧および周波数の交流電力を出力させることが可能となる。 As described above, according to the present invention, the resonance energy of the LC smoothing circuit can be consumed by the resistance on the power source side by connecting the resistor in parallel to the reactor constituting the LC smoothing circuit. For this reason, the LC resonance can be suppressed without consuming the resonance energy of the LC smoothing circuit on the load side, and even when a constant power load such as an inverter air conditioner is connected, a constant voltage and frequency are always maintained. AC power can be output.
また、LC平滑回路を構成するリアクトルとスイッチからなる直列回路に抵抗を並列接続することにより、コンデンサの初期充電時における電流制限抵抗として機能させつつ、LC平滑回路の共振エネルギーを電源側で消費させることができ、インバータエアコンなどの定電力負荷が接続されている場合においても、部品点数の増加や回路規模の増大を抑えつつ、常に一定の電圧および周波数の交流電力を出力させることが可能となる。 In addition, by connecting a resistor in parallel to a series circuit consisting of a reactor and a switch constituting the LC smoothing circuit, the resonance energy of the LC smoothing circuit is consumed on the power supply side while functioning as a current limiting resistor during initial charging of the capacitor. Even when a constant power load such as an inverter air conditioner is connected, it is possible to always output AC power having a constant voltage and frequency while suppressing an increase in the number of components and an increase in circuit scale. .
以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置が適用される車両用静止形補助電源装置の概略構成を示すブロック図である。
図1の電力変換装置では、図4の電力変換装置の構成に加え、直流リアクトル12に並列接続された抵抗18aが設けられている。なお、図1の電力変換装置では、図4のスイッチ19に抵抗18cが並列接続された初期充電回路を省略したが、この初期充電回路を設けるようにしてもよい。
Hereinafter, a power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a stationary auxiliary power device for a vehicle to which the power conversion device according to the first embodiment of the present invention is applied.
In the power converter of FIG. 1, a
そして、直流電源11から出力された直流電圧はLC平滑回路20にて高周波成分が除去された後、インバータ14に入力され、インバータ14にて直流が交流に変換される。そして、インバータ14から出力された交流電圧は、フィルタリアクトル15およびフィルタコンデンサ16にて不要な高域成分が除去された後、絶縁変圧器17に供給され、絶縁変圧器17にて交流電圧が変圧される。
The DC voltage output from the
ここで、架線直流電圧や負荷の急変時に直流リアクトル12と直流フィルタコンデンサ13との共振現象が発生すると、その共振エネルギーは抵抗18aで消費され、LC平滑回路20のLC共振が抑制される。このため、LC平滑回路20の共振エネルギーを負荷側で消費させることなく、LC共振を抑制することができ、インバータエアコンなどの定電力負荷が接続されている場合においても、常に一定の電圧および周波数の交流電力を出力させることが可能となる。
Here, when a resonance phenomenon between the
図2は、本発明の実施形態に係るLC共振現象の抑制方法を等価回路にて示す図である。
図2において、図1の直流電源11をVDC、直流リアクトル12をリアクトルL、直流フィルタコンデンサ13をコンデンサC、抵抗18aをR、負荷電流を電流源ILで表すと、以下の関係式を満たすように抵抗Rの値を設定することで、この等価回路は非振動となり、架線直流電圧や負荷の急変時にLC共振を抑制することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an LC resonance phenomenon suppressing method according to an embodiment of the present invention using an equivalent circuit.
In FIG. 2, VDC
図3は、本発明の第2実施形態に係る電力変換装置が適用される車両用静止形補助電源装置の概略構成を示すブロック図である。
図3の電力変換装置では、図1の電力変換装置の構成に加え、直流リアクトル12に直列接続されたスイッチ19が設けられるとともに、図1の抵抗18aの代わりに、直流リアクトル12とスイッチ19との直列回路に並列接続された抵抗18bが設けられている。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a stationary auxiliary power supply device for a vehicle to which the power conversion device according to the second embodiment of the present invention is applied.
In addition to the configuration of the power conversion device of FIG. 1, the power conversion device of FIG. 3 includes a
ここで、直流フィルタコンデンサ13の初期充電時にはスイッチ19は開放され、充電電流が抵抗18bにて制限されながら直流フィルタコンデンサ13が充電される。そして、直流フィルタコンデンサ13の電圧が所定値に達すると、スイッチ19が閉じられることで、直流リアクトル12と直流フィルタコンデンサ13とでLC共振回路が構成される。そして、架線直流電圧や負荷の急変時に直流リアクトル12と直流フィルタコンデンサ13との共振現象が発生すると、その共振エネルギーは抵抗18bで消費され、LC平滑回路20のLC共振が抑制される。
Here, when the
これにより、直流フィルタコンデンサ13の初期充電時における電流制限抵抗として抵抗18bを機能させつつ、LC平滑回路の20共振エネルギーを抵抗18bで消費させることができ、インバータエアコンなどの定電力負荷が接続されている場合においても、部品点数の増加や回路規模の増大を抑えつつ、常に一定の電圧および周波数の交流電力を出力させることが可能となる。
This allows the
11 直流電源
12 直流リアクトル
13 直流フィルタコンデンサ
14 インバータ
15 フィルタリアクトル
16 フィルタコンデンサ
17 絶縁変圧器
18a、18b 抵抗
19 スイッチ
20、21 LC平滑回路
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記インバータの前段に接続されたチョークインプット方式のLC平滑回路と、
前記インバータから出力された交流電圧から不要な高域成分を除去するフィルタと、
前記フィルタを通過した交流電圧を変圧する絶縁変圧器とを備え、
前記LC平滑回路を構成するリアクトルにはスイッチが直列接続されるとともに、前記リアクトルと前記スイッチからなる直列回路には抵抗が並列接続され、前記LC平滑回路を構成するコンデンサの初期充電時には前記スイッチは開放される、ことを特徴とする車両用静止形補助電源装置。 An inverter that converts direct current to alternating current by switching operation;
A choke input LC smoothing circuit connected to the previous stage of the inverter;
A filter that removes unnecessary high frequency components from the AC voltage output from the inverter;
An insulation transformer that transforms the AC voltage that has passed through the filter;
Wherein the switch is in the reactor to form an LC smoothing circuit are connected in series, the reactor and resistor is connected in parallel to a series circuit comprising said switch, said during the initial charging of the capacitor constituting the LC smoothing circuit the switch is opened, this the vehicle static auxiliary power unit according to claim.
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