(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、ことを特徴とする車両用静止形補助電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【特許文献１】特開平９−１４０１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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２】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３】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４】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５】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６】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。
【符号の説明】
【００２２】
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
【図１】
0005217336.tif 000002
【図２】
0005217336.tif 000003
【図３】
0005217336.tif 000004
【図４】
0005217336.tif 000005
【図５】
0005217336.tif 000006
【図６】
0005217336.tif 000007