(57)【要約】【課題】フィルタ回路３によってＰＷＭコンバータ１，２から変圧器４側に漏洩する高調波を打ち消させるようにしたコンバータシステムにおいて、高調波除去が行われた後の電流が変圧器に流れる回路構成にして、変圧器に高調波が流れて熱損失が発生するのを抑制し、変圧器の大形化、重量化を回避する。【解決手段】変圧器４においてＰＷＭコンバータ１，２の発生する高調波電流とフィルタ回路３が発生する高調波電流の打ち消し合いを行わせる代わりに、ＰＷＭコンバータ１，２とフィルタ回路３とをリアクトル１５，１６，３１で並列接続して高調波電流の打ち消し合いを行わせ、高調波除去が行われた後の電流が変圧器４に流れ込むようにした。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源電圧を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力交流電圧を直流電圧に変換するＰＷＭコンバータと、
前記変圧器と前記ＰＷＭコンバータとの中間に接続されたリアクトルと、
前記ＰＷＭコンバータにより発生する高調波を打ち消すために、前記変圧器と前記リアクトルの中間に接続されたフィルタ回路とを備えたことを特徴とするコンバータシステム。
【請求項２】
前記ＰＷＭコンバータは複数台であり、前記リアクトルはＰＷＭコンバータ毎に設置し、かつ前記変圧器と並列に接続したことを特徴とする請求項１記載のコンバータシステム。
【請求項３】
前記フィルタ回路は、コンデンサと、リアクトルと、前記ＰＷＭコンバータのＰＷＭゲート信号と逆位相で動作する第１のコンバータと、前記第１のコンバータが出力する電圧の基本周波数成分を打ち消す電圧を出力する第２のコンバータとを有し、これらの各構成要素を直列に接続した構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンバータシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流電源電圧を変換して直流電圧を作り出すコンバータシステムにおいては、ＰＷＭコンバータのスイッチングにより発生する電圧、電流高調波が交流電源系統に流れこみ、系統に接続された他機器の異常発熱を引き起こしたり、高周波電流が電源系統に流れることにより発生する電磁波により、テレビなどへの電波障害や信号機器の誤動作を招いたりしていた。
【０００３】
これらを抑制するために、ＰＷＭコンバータにおいては、スイッチング周波数を高く設定したり、３レベルコンバータと呼ばれる高調波の少ない主回路方式が適用されたりしてきたが、電流高調波抑制効果が充分ではなかった。
【０００４】
これに対して、電源系統に流れ出す高調波電流を完全に抑制する構成のコンバータシステムが、鉄道総合技術研究所報告（ＲＴＲＩレポートＶｏｌ．１２，Ｎｏ．１，１９９８）に記載されている。そのシステム構成は図２に示す構成であり、ＰＷＭコンバータ１，２のＰＷＭゲート信号と逆位相のゲート信号で動作する高調波補償器としてのフィルタ回路３を変圧器４の専用巻線５に接続し、ＰＷＭコンバータ１，２の発生する高調波電流とフィルタ回路３の発生する高調波電流とが変圧器４の中で打ち消し合い、電源系統６に接続された１次巻線７側には高調波が流れ出ないようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来例では、変圧器４においてＰＷＭコンバータ１，２の発生する高調波電流と高調波補償器としてのフィルタ回路３が発生する高調波電流とを打ち消し合わせるため、ＰＷＭコンバータ１，２が接続された変圧器４の２次巻線およびフィルタ回路３が接続された専用巻線５である３次巻線に高調波が流れ込む。このため、変圧器４には高調波電流による熱損失が発生し、冷却の必要から変圧器４の重量が増加し、大形化が必要になっていた。
【０００６】
特に鉄道車両などへの適用においては、重量物である変圧器を車両床下に搭載すると低重心化による高速運転化が可能になるが、変圧器が程度を越えて大形化、重量化すると車両床下の限られた空間に搭載することが困難になる問題点がある。
【０００７】
さらに、線路周りには信号、踏切などの安全に関連する信号機器が設置されているが、高調波電流が流れている変圧器を線路に近い床下に配置すると、これらの信号機器を誤動作させてしまう可能性が高くなってしまう問題点もある。
【０００８】
本発明はこのような従来の技術的課題を解決するためになされたもので、高調波除去が行われた後の電流が変圧器に流れる回路構成にして、変圧器の大形化、重量化を回避することができるコンバータシステムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のコンバータシステムは、交流電源電圧を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力交流電圧を直流電圧に変換するＰＷＭコンバータと、前記変圧器と前記ＰＷＭコンバータとの中間に接続されたリアクトルと、前記ＰＷＭコンバータにより発生する高調波を打ち消すために、前記変圧器と前記リアクトルの中間に接続されたフィルタ回路とを備えたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１のコンバータシステムにおいて、前記ＰＷＭコンバータは複数台であり、前記リアクトルはＰＷＭコンバータ毎に設置し、かつ前記変圧器と並列に接続したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２のコンバータシステムにおいて、前記フィルタ回路は、コンデンサと、リアクトルと、前記ＰＷＭコンバータのＰＷＭゲート信号と逆位相で動作する第１のコンバータと、前記第１のコンバータが出力する電圧の基本周波数成分を打ち消す電圧を出力する第２のコンバータとを有し、これらの各構成要素を直列に接続した構成であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１〜３の発明のコンバータシステムでは、変圧器においてＰＷＭコンバータの発生する高調波電流とフィルタ回路が発生する高調波電流の打ち消し合いを行わせる代わりに、ＰＷＭコンバータとフィルタ回路とをリアクトルで並列接続して高調波電流の打ち消し合いを行わせ、高調波除去が行われた後の電流が変圧器に流れ込むようにして、変圧器が高調波電流により発生する熱損失を抑制する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態のコンバータシステムを示している。本実施の形態のコンバータシステムは、負荷として交流電動機１１，１２それぞれに可変周波数可変電圧の交流電力を供給するためのインバータ１３，１４と、これらのインバータ１３，１１４に直流電力を供給するＰＷＭコンバータ１，２と、交流電源系統６の交流電力を変圧して供給する変圧器６とによって主回路が構成されている。そして本コンバータシステムは主回路のＰＷＭコンバータ１，２から変圧器６側に流れ込む高調波電流を打ち消すために同様の高調波を発生するフィルタ回路３を備えている。
【００１４】
複数のＰＷＭコンバータ１，２それぞれの交流側は、変圧器４の２次側に対してリアクトル１５，１６それぞれを介して並列に接続されている。
【００１５】
フィルタ回路３は、コンデンサ３１と、リアクトル３２と、ＰＷＭコンバータ１，２のＰＷＭゲート信号と逆位相で動作する第１のコンバータ３３と、この第１のコンバータ３３が出力する電圧の基本周波数成分を打ち消す電圧を出力する第２のコンバータ３４を直列に接続した構成であり、変圧器４の２次側に、ＰＷＭコンバータ１，２と並列に接続されている。
【００１６】
次に、上記構成のコンバータシステムの動作について説明する。複数台のＰＷＭコンバータ１，２はＰＷＭ制御によって入力交流を所定の直流電力に変換してインバータ１１，１２へ出力する。
【００１７】
ＰＷＭコンバータ１，２はこの動作中にスイッチング素子の高速なスイッチング動作により高調波分を交流側に漏洩させる。このＰＷＭコンバータ１，２から漏洩する高調波分は、フィルタ回路３から流れ出す逆位相の高調波分によって打ち消し合わせ、高調波分が変圧器４を経て交流電源系統６に漏洩するのを抑制する。
【００１８】
このフィルタ回路３の働きは、従来例と同様であり、高調波を抑制するため、基本波電圧成分を持たず、低次高調波と高次高調波とを共に打ち消すように動作する。フィルタ回路３において、単相フルブリッジの第１のコンバータ３３は高次高調波を抑制するため、高次高調波電圧相当を出力し、第２のコンバータ３４は低次高調波を抑制するため、低次高調波電圧相当を出力する。
【００１９】
これらＰＷＭコンバータ１，２の高調波とフィルタ回路３の高調波が変圧器４に流れ込むと、上述したようにこの変圧器４には高調波電流による熱損失が発生し、冷却の必要から変圧器４の重量が増加し、大形化が必要になる。
【００２０】
ところが、本実施の形態のコンバータシステムの場合、変圧器４の２次側に対して複数台のＰＷＭコンバータ１，２とフィルタ回路３とが並列に、かつそれぞれにリアクトル１５，１６，３１を介して接続された形にして、ＰＷＭコンバータ１，２からの高調波とフィルタ回路３からの高調波をこれらのリアクトル１５，１６，３１によって打ち消し合わせ、高調波が除去された後の電流を変圧器４に流し込む。
【００２１】
このため、本実施の形態のコンバータシステムでは、変圧器４にレベルの高い高調波が流れ込むことがなく、それだけ変圧器４の高調波による熱損失が少なくすることができ、冷却の必要のために変圧器４の重量を増加し、大形化する必要がなくなる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜３の発明のコンバータシステムによれば、交流電源系統の交流電源を変圧してＰＷＭコンバータに入力するための変圧器の２次側には、ＰＷＭコンバータから漏洩する高調波が除去された後の電流が流れ込むようにしたため、変圧器が高調波電流により発生する熱損失を抑制することができ、その冷却の必要のために変圧器の重量を増加し、大形化する必要がなくなり、システムの小形化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の回路図。
【図２】従来例の回路図。
【符号の説明】
１，２　ＰＷＭコンバータ
３　フィルタ回路
４　変圧器
６　交流電源系統
１１，１２　モータ
１３，１４　インバータ
１５，１６　リアクトル
３１　リアクトル
３２　コンデンサ
３３　第１のコンバータ
３４　第２のコンバータ
【図１】
2004096902.tif 000003
【図２】
2004096902.tif 000004