JPS6325973B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流給電方式に関するもので、半導体
装置を使用した直流給電装置においてコストが安
く、損失が少なく、かつ開閉時負荷への影響が少
ない直流給電方式を提供するためのものである。

電鉄用直流変電所などにおいて、直流饋電回路
に直流高速度シヤ断器の代りにサイリスタスイツ
チを用いる直流給電方式が公知である。すなわち
第１図にその公知例を示す。１はサイリスタ整流
器、２は整流用変圧器で、サイリスタ整流器１の
直流側陽極回路３はサイリスタスイツチ４Ａ及び
開閉器５Ａを介して、方面Ａへ給電する架線６Ａ
へ接続されている。同様にして陽極回路３は、サ
イリスタスイツチ４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ及び開閉器５
Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介して各方面Ｂ，Ｃ，Ｄへ給電
する架線６Ｂ，６Ｃ，６Ｄへそれぞれ接続されて
いる。７は車両の回生ブレーキによる回生電力を
交流電源へ返環するためのインバータ、８はイン
バータ用変圧器である。９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ
は回生並びに延長給電のためのダイオードで、サ
イリスタスイツチ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄに逆並
列になる様に夫々接続されている。１２AB，１
２CDは架線セクシヨンで、１２ABは架線６Ａ
と６Ｂを、１２CDは架線６Ｃと６Ｄをそれぞれ
電気的に絶縁している。１３Ａ，１３Ｂ，１３
Ｃ，１３ＤはCTで２次側は夫々過電流検出器１
４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄに接続されてい
る。

次にかかる公知の直流給電方式の動作を説明す
る。例えば方面Ａについてみると、車両への力行
電流は整流器１より、サイリスタスイツチ４Ａ、
開閉器５Ａ、架線６Ａを経由して送られる。一
方、車両からの回生電流は架線６Ａ、開閉器５
Ａ、ダイオード９Ａを経由してインバータ７へ逆
送される。また架線６Ａと６Ｂは、架線６Ａ−開
閉器５Ａ−ダイオード９Ａ−陽極回路３−サイリ
スタスイツチ４Ｂ−開閉器５Ｂ−架線６Ｂの経路
と、架線６Ｂ−開閉器５Ｂ−ダイオード９Ｂ−陽
極回路３−サイリスタスイツチ４Ａ−開閉器５Ａ
−架線６Ａの経路で接続されているので、架線６
Ａ，６Ｂ間は、いずれの方向からも自由に電流が
流れ得るのでセクシヨン１２AB間には電位差は
殆んど生じない。セクシヨン１２CD間について
も同様の事が言える。次に架線６Ａの回路に異常
が生じサイリスタスイツチ４Ａに過電流が生じた
場合について説明する。サイリスタスイツチ４Ａ
に流れる過電流はサイリスタ整流器１から供給さ
れる電流と、隣接変電所あるいは回生中の車両な
どより架線６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ、開閉器５Ｂ，５
Ｃ，５Ｄ、ダイオード９Ｂ，９Ｃ，９Ｄを経由し
て供給される電流の合成である。この過電流は過
電流検出器１４Ａにより検出される。１４Ａはサ
イリスタ整流器１へ電流シヤ断信号を送ると同時
に、サイリスタスイツチ４Ａのゲート信号を停止
させ、かつ隣接変電所へも電流シヤ断指令を送
る。次にサイリスタスイツチ４Ａの電流が零にな
りサイリスタ素子がターンオフすると開閉器５Ａ
を開放し、しかる後に再び整流器１及び隣接変電
所の通電を再開せしめ他のサイリスタスイツチ４
Ｂ，４Ｃ，４Ｄを経由して健全な架線６Ｂ，６
Ｃ，６Ｄへの給電が再開される。かくして、サイ
リスタスイツチ４Ａの停止、並びに開閉器５Ａの
開放により、架線６Ａへの給電は停止される。

かかる従来方式においては、夫々の架線６Ａ，
６Ｂ，６Ｃ，６Ｄへ供給する電流は、すべてサイ
リスタスイツチ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを経由し
て送り出されるためサイリスタスイツチ４Ａ，４
Ｂ，４Ｃ，４Ｄは大きな通電容量を必要とし設備
費用が高くなるという欠点があつた。また、サイ
リスタスイツチ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの順電圧
降下により発生する損失によつて変電所の総合効
率の低下を招くという欠点があつた。さらに、か
かる従来方式においては、方面Ａへの給電回路を
開放するためにサイリスタ整流器１及び隣接変電
所を一旦停止するため方面Ｂ，Ｃ，Ｄへの給電回
路も停電する事になる。従つて架線６Ｂ，６Ｃ，
６Ｄから給電を受けている車両不足電圧リレーが
動作し、車両への影響が出るという欠点があつ
た。

本発明はかかる従来方式の欠点を解決するため
のもので、サイリスタ整流器を負饋電回路毎に分
割し、サイリスタスイツチを省略する事によりコ
ストが安く、効率が良く、かつ車両への影響も最
小限にできる直流給電方式を提供するものであ
る。

第２図は本発明の一実施例を示している。サイ
リスタ整流器１な饋電方面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応
して夫々１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに分割されてい
る。２は整流用変圧器で変圧器２AB，２CDに
分割され、夫々２組の２次巻線を有しており変圧
器２ABの一方の２次巻線はサイリスタ整流器１
Ａに、他方の２次巻線はサイリスタ整流器１Ｂに
夫々接続されている。同様に変圧器２CDの２組
の２次巻線は夫々、サイリスタ整流器１Ｃ，１Ｄ
に接続されている。サイリスタ整流器１Ａ，１
Ｂ，１Ｃ，１Ｄの陽極端子３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３
Ｄは夫々開閉器５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介し
て、饋電方面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに給電する架線６
Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄへ接続される。７は車両の
回生ブレーキによる回生電力を交流電源へ返環す
るためのインバータ、８はインバータ用変圧器で
ある。９Ａは回生電流、延長給電電流及び他のサ
イリスタ整流器１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに対する補充電
流を流すためのダイオードで、アノード側は整流
器の陽極端子３Ａと開閉器５Ａとの間の点１５Ａ
に接続される。ダイオード９Ｂ，９Ｃ，９Ｄにつ
いても同様にしてアノード側は、陽極端子３Ｂ，
３Ｃ，３Ｄと開閉器５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの間の点１
５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄに夫々接続される。ダイオ
ード９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄのカソード側は共通
部１０で共通になる様に接続される。ダイオード
１６Ａは、カソード側がダイオード９Ａのアノー
ド側と共通になる様に接続する。すなわち、ダイ
オード１６Ａのカソード側は点１５Ａに接続され
る。同様にダイオード１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄの
カソード側は夫々点１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄに接
続される。ダイオード１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，
１６Ｄのアノード側は共通部１７で共通になる様
に接続される。１１はサイリスタシヤ断器で、共
通部１０と共通部１７の間に接続し、電流が共通
部１０から共通部１７の方向に流れる様な極性に
接続する。１２AB，１２CDは第１図の公知の
例で説明したものと同じ架線セクシヨンである。
DCCT１３Ａは整流器陽極端子３Ａと点１５Ａの
間に接続されサイリスタ整流器１Ａの電流を検出
する。DCCT１３Ａの２次側は過電流あるいは電
流変化率を検出する電流検出器１４Ａに接続され
る。同様にしてDCCT１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは
整流器陽極端子３Ｂ，３Ｃ，３Ｄと点１５Ｂ，１
５Ｃ，１５Ｄの間に接続され、２次側は電流検出
器１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄに夫々接続される。変
流器１８Ａ及び零電流検出器１９Ａは開閉器５Ａ
の電流が零になつた事を検出するためのもので、
変流器１８Ａの１次側は点１５Ａと開閉器５Ａの
間に接続され、２次側は零電流検出器１９Ａに接
続される。同様にして変流器１８Ｂ，１８Ｃ，１
８Ｄの１次側は点１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと開閉
器５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの間に夫々接続され、２次側
は零電流検出器１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄに夫々接
続される。サイリスタ整流器１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，
１Ｄの陰極端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ
はいずれも陰極回路２１に接続される。陰極回路
２１はレール２２に接続されている。インバータ
７の直流端子２３，２４は夫々共通回路１０と陰
極回路２１の間に接続される。

次に第２図の実施例の動作について説明する。
例えば方面Ａについてみると、車両への力行電流
はサイリスタ整流器１Ａから開閉器５Ａ及び架線
６Ａを経由して送られる。方面Ａにピーク電流が
生じ、電流がサイリスタ整流器１Ａの定格を超過
すると、ダイオード９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ−サイリス
タシヤ断器１１−ダイオード１６Ａ−開閉器５Ａ
を経由して、サイリスタ整流器１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ
から、架線６Ａへ力行電流が補充され、サイリス
タ整流器１Ａの電流は定格を越えない様にする。
一方、車両からの回生電流は架線６Ａ、開閉器５
Ａ及びダイオード９Ａを経由してインバータ７へ
逆送される。また、架線６Ａと６Ｂは、架線６Ａ
−開閉器５Ａ−ダイオード９Ａ−サイリスタシヤ
断器１１−ダイオード１６Ｂ−開閉器５Ｂ−架線
６Ｂの経路と、架線６Ｂ−開閉器５Ｂ−ダイオー
ド９Ｂ−サイリスタシヤ断器１１−ダイオード１
６Ａ−開閉器５Ａ−架線６Ａの経路で接続されて
いるので、架線６Ａ，６Ｂ間は、いずれの方向か
らも自由に電流が流れ得るためセクシヨン１２
AB間には電位差は殆んど生じない。同様にし
て、架線６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの間は、任意の
架線から任意の架線へ自由に電流が流れ得るの
で、ある架線での回生電流は他の架線区間に存在
する力行車に供給する事が可能で、車両間での回
生電流の授受が効率的に行なわれ、その分サイリ
スタ整流器１インバータ７の容量低減が計れる。
次に、架線６Ａの回路に異常が生じサイリスタ整
流器１Ａに過電流又は異常な電流上昇率が発生し
た場合について説明する。サイリスタ整流器１Ａ
に流れる異常電流は電流検出器１４Ａにより検出
される。電流検出器１４Ａは異常電流を検出する
とサイリスタ整流器１Ａ及びサイリスタシヤ断器
１１に電流シヤ断信号を送る。その結果、サイリ
スタ整流器１Ａはゲートシヤ断ないしは位相制御
角を90度以上にしてインバータ運転する事により
異常電流をシヤ断する。一方サイリスタシヤ断器
１１は電流検出器１４Ａからの信号により電流シ
ヤ断を行なうが、同時に自からも異常電流を検出
する機能を有しており、他の整流器１Ｂ，１Ｃ，
１Ｄからダイオード９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ−サイリス
タシヤ断器１１−ダイオード１６Ａ−開閉器５Ａ
を経由して架線６Ａへ供給される異常電流を検出
し、電流検出器１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄが動作す
る前に電流をシヤ断する様に構成される。従つ
て、架線６Ａの異常電流に対しては整流器１Ｂ，
１Ｃ，１Ｄは電流シヤ断動作は行なわない。ま
た、隣接変電所を停止させる必要もない。従つ
て、他の健全な架線６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは影響を受
けずに済む。次に、整流器１Ａとサイリスタシヤ
断器１１のシヤ断動作が完了し、開閉器５Ａの電
流が零になると、零電流検出器１９Ａが動作し開
閉器５Ａに開放指令を送り、開閉器５Ａを開放す
る。開閉器５Ａが開放されると、開閉器５Ａから
の開放完了信号によりサイリスタ整流器１Ａ及び
サイリスタシヤ断器１１は再び通電を開始する。
かくして架線６Ａは変電所より切り離される。な
お、開閉器５Ａは確実に零電流で開放されるため
に、前記のサイリスタ整１Ａとサイリスタシヤ断
器１１が電流検出器１４Ａからの信号により電流
シヤ断動作を行なう時に、同時にインバータ７の
位相制御角を制御してインバータ７の電流を零に
し、開閉器５Ａからの開放信号により再び通電を
開始する様にしてもよいし、あるいはインバータ
７の直流端子２３を共通部１０の代りに、共通部
１７に接続し、回生電流をサイリスタシヤ断器１
１でシヤ断する様にしてもよい事は勿論である。

第２図において、整流器用変圧器２は２台のサ
イリスタ整流器に対して１台設けているが、各サ
イリスタ整流器１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄに対して
夫々別々に独立した変圧器４台を設けてもよく、
また１台の変圧器に任意の数の２次巻線を設け各
２次巻線に夫々１対づつサイリスタ整流器を接続
して構成してもよい。第２図の例において、１１
はサイリスタシヤ断器を使用しているが、この代
りに従来の機械的シヤ断器を用いてもよい事は勿
論であるが、サイリスタシヤ断器の方がはるかに
高速に電流をシヤ断するので、これを用いた方が
健全な饋電回路へ与える影響をより小さく出来る
利点がある。第２図における開閉器５Ａ，５Ｂ，
５Ｃ，５Ｄは無電流開閉を行なうので断路器を使
用してもよく、またバツクアツプのために機械的
シヤ断器を用いてもよい事は勿論である。

以上説明した様に本発明によると、饋電回路に
は従来方式の様にサイリスタスイツチを必要とし
ないので設備費が安くなると共に、各架線はサイ
リスタスイツチを介さないでサイリスタ整流器よ
り直接給電されるので、饋電回路で発生する損失
が従来方式と比較して大巾に低減され変電所の効
率が向上する。また、通常の力行電流は各整流器
より対応する各架線に直接供給されるので、ダイ
オード９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ及びダイオード１
６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは回生電流、ある
いは他の整流器からの補充分あるいは延長給電分
だけ通電容量があればよく、従来方式のサイリス
タスイツチと比較して小さな電流容量でよい。従
つて、饋電回路に設備される半導体装置の総容量
は小さくて済み、設備費並びに機器寸法の低減が
計れる。さらに本発明によると事故時は、事故の
発生した架線に対応して接続されたサイリスタ整
流器のみを一旦運転停止し、他の健全架線に対応
して接続されたサイリスタ整流器はそのまま運転
を継続しているので、変電所は全停とならず、ま
た隣接変電所を停電させる必要がないので健全架
線より給電されている車両の不足電圧リレーの動
作を防止する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の方式直流給電方式を示す構成
図、第２図は本発明の実施例を示す構成図であ
る。 １Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄはサイリスタ整流器、
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは整流器陽極端子、５
Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは開閉器、６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ，６Ｄは架線、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄはダイ
オード、１０はダイオードカソード側共通部、１
１はサイリスタシヤ断器、１３Ａ，１３Ｂ，１３
Ｃ，１３ＤはDCCT、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，
１４Ｄは電流検出器、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，
１５Ｄはダイオード接続点、１６Ａ，１６Ｂ，１
６Ｃ，１６Ｄはダイオード、１７はダイオードア
ノード側共通部、１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８
Ｄは変流器、１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄは
零電流検出器、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ
は整流器陰極端子、２１は陰極回路である。な
お、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気的に絶縁された複数組の負荷回路に給電
   するための直流給電方式において、少なくともサ
   イリスタ整流器、開閉器、第１のダイオード、第
   ２のダイオード、前記サイリスタ整流器の異常電
   流を検出するための手段及び前記開閉器の零電流
   を検出するための手段を有する給電回路を、前記
   複数組の負荷回路に夫々対応して設け、前記サイ
   リスタ整流器の一方の直流端子を対応する前記負
   荷回路に前記開閉器を介して夫々接続し、かつ
   夫々の前記給電回路において、前記開閉器と前記
   サイリスタ整流器の一方の直流端子間を接続する
   回路部位に、第１のダイオードのアノード側と第
   ２のダイオードのカソード側を夫々接続し、前記
   各給電回路の第１のダイオードのカソード側を共
   通に接続して第１の共通回路部を形成し、前記各
   給電回路の第２のダイオードのアノード側を共通
   に接続して第２の共通回路部を形成せしめ、前記
   第１の共通回路部と前記第２の共通回路部とをシ
   ヤ断器を介して接続して構成したことを特徴とす
   る直流給電方式。 ２ 直流回生電流を交流に変換するためのインバ
   ータを有し、第１の共通回路部又は第２の共通回
   路部に前記インバータの直流端子の一方を接続し
   て、第１のダイオード又は第２のダイオードを経
   由して、負荷回路からの回生電流が前記インバー
   タに返環される様に構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の直流給電方式。 ３ 複数組の給電回路のうち、任意の給電回路
   （以下第１の給電回路と呼ぶ）の、サイリスタ整
   流器の異常電流を検出するための手段が動作した
   事により、前記第１の給電回路のサイリスタ整流
   器のゲートシヤ断又は位相制御により、前記第１
   の給電回路のサイリスタ整流器の電流をシヤ断せ
   しめると共に、第１の共通回路部と第２の共通回
   路部間に接続されたシヤ断器のシヤ断動作を行な
   わしめ、しかる後に前記第１の給電回路にあつて
   開閉器の零電流を検出するための手段によつて前
   記開閉器の電流が零になつた事を確認して後、前
   記開閉器を開放せしめ、前記開閉器の開放完了
   後、前記シヤ断器のみ又は前記シヤ断器と前記第
   １の給電回路のサイリスタ整流器を再び通電状態
   にもどすが如くして制御する事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の直流給電方
   式。 ４ 複数組の給電回路のうち任意の給電回路（以
   下第１の給電回路と呼ぶ）の、サイリスタ整流器
   の異常電流を検出するための手段が動作した事に
   より、前記第１の給電回路のサイリスタ整流器の
   ゲートシヤ断又は位相制御により、前記第１の給
   電回路のサイリスタ整流器の電流をシヤ断せしめ
   ると共に、第１の共通回路部と第２の共通回路部
   間に接続されたシヤ断器のシヤ断動作を行なわし
   め、かつインバータの位相制御により、インバー
   タ電流を零になる様に制御し、しかる後に前記第
   １の給電回路にあつて、開閉器の零電流を検出す
   るための手段によつて前記開閉器の電流が零にな
   つた事を確認して後、前記開閉器を開放せしめ、
   前記開閉器の開放完了後、前記シヤ断器及びイン
   バータないしは前記シヤ断器及びインバータ及び
   前記第１の給電回路のサイリスタ整流器を再び通
   電状態にもどすが如くして制御する事を特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の直流給電方式。