(57)【要約】【課題】大容量の回生電力を抵抗器で吸収する方式でのコストダウンを図ることができる。【解決手段】回生電力吸収装置７は、き電線に接続され、電気車５のモータ５Ｂからの回生電力がき電線に回生されるときに降圧チョッパ回路を通した抵抗器の発熱で吸収する。前記降圧チョッパ回路は、入力端に設けたリアクトルＬとコンデンサＣのＬＣフィルタ回路と、コンデンサＣの両端に半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと抵抗器Ｒ１〜Ｒｎの直列回路を複数台並列接続し、各半導体スイッチのチョッパ動作で回生電力を各抵抗器の発熱で吸収する回生電力吸収回路とで構成する。降圧チョッパ回路のチョッパ動作は、各半導体スイッチを同じタイミング、または互いに異なるタイミング、さらにはグループ別に異なるタイミングでオン／オフ制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源母線に接続され、モータからの回生電力が直流電源母線に回生されるときに降圧チョッパ回路を通した抵抗器の発熱で吸収する回生電力吸収装置であって、
前記降圧チョッパ回路は、
前記直流電源母線に接続される入力端に設けたリアクトルＬとコンデンサＣのＬＣフィルタ回路と、
前記コンデンサＣの両端に半導体スイッチと抵抗器の直列回路を複数台並列接続し、各半導体スイッチのチョッパ動作で回生電力を各抵抗器の発熱で吸収する回生電力吸収回路とを備えたことを特徴とする回生電力吸収装置。
【請求項２】
前記降圧チョッパ回路のチョッパ動作は、各半導体スイッチを同じタイミングでオン／オフ制御する構成、または互いに異なるタイミングで順次オン／オフ制御する構成、さらには複数のグループにしてグループ別に異なるタイミングで順次オン／オフ制御する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の回生電力吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流機からの回生電力を抵抗器の発熱として吸収する回生電力吸収装置に係り、特に比較的大きな回生電力を抵抗器で吸収する大容量化方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回生電力吸収装置は、例えば、図２に要部構成を示す電鉄用直流き電変電所に設けられる。このき電変電所では交流電源１から整流器２を通して得る直流電力を、き電線３およびトロリー線４を通して負荷となる直流電気車５に給電する。電気車５は、パンタグラフを介して引き込む直流電力を、電圧形インバータ装置５Ａで周波数と電圧を制御した交流電力に変換し、車輪駆動用モータ５Ｂに供給することでその可変速制御をする。
【０００３】
電気車５は、一般に、加速と定速および減速の走行パターンで運転される。電気車５の減速時に発生するモータ５Ｂからの回生電力は、インバータ装置５Ａとパンタグラフを介してトロリー線４側に回生し、他の電気車が力行中であればその電力として有効利用することができる。
【０００４】
ここで、力行中の他の電気車が存在しない場合、電気車に大きな回生電力が発生したときにトロリー線４およびき電線３の電圧が上限値を超えて過電圧を起こすことが想定される。このような電圧異常を防ぐため、回生電力吸収装置６をき電線またはトロリー線に接続しておき、き電線電圧が上限電圧に近づいたときに、回生電力吸収装置６で回生電力を吸収し、き電線電圧の上昇を抑制する。
【０００５】
回生電力吸収装置６は、降圧チョッパで抵抗器Ｒに回生電力を消費させる構成を示す。降圧チョッパは、半導体スイッチＳＷと、環流用ダイオードＤとチョッパ動作用リアクトルＬと平滑用コンデンサＣによって構成し、スイッチＳＷのオン期間にはき電線からリアクトルＬ→抵抗器ＲおよびコンデンサＣの経路で流し、この期間にリアクトルＬに蓄積されたエネルギーをスイッチＳＷのオフ期間にダイオードＤ→抵抗器ＲおよびコンデンサＣの経路で放出する。
【０００６】
なお、抵抗器による回生電力吸収に代えて、整流器２と逆並列に電力回生用インバータを設けて交流電源側に回生する方式がある。また、降圧チョッパ６に代えて昇降圧チョッパとし、抵抗器Ｒに代えて電気二重層キャパシタなどの電力蓄積装置とし、電気車からの回生電力で電力蓄積装置を充電しておき、電力蓄積装置の放電で力行中の電気車に電力供給する方式がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２５４６１号公報
【特許文献２】特開２００１−２６０７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
直流き電変電所から電力供給する区間内に多数台の電気車が配置され、各電気車が同じ時刻に互いにオーバラップして回生運転した場合、変電所から見て最大の回生電力が発生することになる。この想定される最大の回生電力を回生電力吸収装置６で吸収可能とするには、降圧チョッパの回路素子と抵抗器の大容量化、または回生電力吸収装置６の複数台構成が必要となり、装置のコストアップになる。
【０００８】
なお、前記の電力回生用インバータによって交流電源側に回生する方式、または電力蓄積装置によって充放電する方式では、回生電力吸収装置に比べて半導体スイッチ個数の増大や複雑な制御になるため、回生電力の大容量化には大幅なコストアップを招く。
【０００９】
本発明の目的は、大容量の回生電力を抵抗器で吸収する方式でのコストダウンを図ることができる回生電力吸収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するため、降圧チョッパ回路構成の回生電力吸収装置として、入力端にリアクトルＬとコンデンサＣのＬＣフィルタ回路構成にしてチョッパ動作用の共通のリアクトルとコンデンサとし、このコンデンサＣの両端に半導体スイッチと抵抗器の直列回路を必要な台数だけ接続した構成とするもので、以下の構成を特徴とする。
【００１１】
（１）直流電源母線に接続され、モータからの回生電力が直流電源母線に回生されるときに降圧チョッパ回路を通した抵抗器の発熱で吸収する回生電力吸収装置であって、
前記降圧チョッパ回路は、
前記直流電源母線に接続される入力端に設けたリアクトルＬとコンデンサＣのＬＣフィルタ回路と、
前記コンデンサＣの両端に半導体スイッチと抵抗器の直列回路を複数台並列接続し、各半導体スイッチのチョッパ動作で回生電力を各抵抗器の発熱で吸収する回生電力吸収回路とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
（２）前記降圧チョッパ回路のチョッパ動作は、各半導体スイッチを同じタイミングでオン／オフ制御する構成、または互いに異なるタイミングで順次オン／オフ制御する構成、さらには複数のグループにしてグループ別に異なるタイミングで順次オン／オフ制御する構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のとおり、本発明によれば、降圧チョッパ回路構成の回生電力吸収装置として、入力端にリアクトルＬとコンデンサＣのＬＣフィルタ回路構成にしてチョッパ動作用の共通のリアクトルとコンデンサとし、このコンデンサＣの両端に半導体スイッチと抵抗器の直列回路を必要な台数だけ接続した構成とするため、大容量の回生電力を抵抗器で吸収する方式でのコストダウンを図ることができる。
【００１４】
また、直流電源母線からみてＬＣフィルタを通して回生電力を流すことになり、各スイッチのチョッパ動作によりき電電圧に高調波が発生するのを防止できる。
【００１５】
特に、チョッパ動作タイミングを互いにずらす制御では、高調波発生を一層抑制できるほか、回生電力の違いによるき電電圧の変化に応じて適切な応答性をもって電力吸収を行うのに好都合となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態を示す回生電力吸収装置と電鉄用直流き電変電所の要部構成図であり、図２と異なる部分は、回生電力吸収装置７にある。
【００１７】
回生電力吸収装置７は、直流入力端子Ｔ１，Ｔ２間にリアクトルＬとコンデンサＣを直列接続したＬＣフィルタ回路を設け、コンデンサＣの両端を直流入力端とするｎ台のチョッパ動作用半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷｎと抵抗器Ｒ１〜Ｒｎの直列回路で構成され、各半導体スイッチのチョッパ動作で回生電力を各抵抗器の発熱で吸収する回生電力吸収回路とを備える。
【００１８】
なお、抵抗器Ｒ１〜Ｒｎの両端にその電流方向とは逆極性にして並列接続した逆電圧保護用のダイオードＤ１〜Ｄｎを必要に応じて設ける。また、降圧チョッパの台数ｎと抵抗器Ｒ１〜Ｒｎの抵抗値は、直流き電変電所に想定される最大の回生電力を考慮して適宜設計される。
【００１９】
このような構成になる回生電力吸収装置７の降圧チョッパ動作を説明する。コンデンサＣは、リアクトルＬを通して常にき電電圧に充電されており、この状態で回生電力の吸収を必要とするときに、例えばスイッチＳＷ１をチョッパ動作させる。このチョッパ動作では、スイッチＳＷ１のオン期間には、初期にはコンデンサＣから抵抗Ｒ１にオン電流が流れ、コンデンサＣの電圧が降下し始めたときからリアクトルＬからもオン電流が流れ始め、抵抗器Ｒ１で熱として吸収される。
【００２０】
次に、スイッチＳＷ１のオフ期間には、初期にはリアクトルＬに蓄積されるエネルギーはコンデンサＣの充電電流として流れ、その蓄積エネルギーを放出する。この後、コンデンサＣはき電電圧に向かってリアクトルＬを通して充電または放電される。
【００２１】
以上の構成によれば、ｎ台のチョッパ回路構成には、リアクトルＬとコンデンサＣを共通にし、ｎ台分のスイッチとダイオードおよび抵抗器を設けることで済み、従来の回生電力吸収装置６をｎ台分並列接続する構成に比べて、コストダウンを図ることができる。
【００２２】
また、リアクトルＬとコンデンサＣは、き電線からみてＬＣフィルタを通して回生電力を流すことになり、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのチョッパ動作によりき電電圧に高調波が発生するのを防止できる。
【００２３】
また、降圧チョッパ動作は、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを同じタイミングでオン／オフ制御すること、または互いに異なるタイミングで順次オン／オフ制御すること、さらには複数のグループにしてグループ別に異なるタイミングで順次オン／オフ制御することができる。このうち、チョッパ動作タイミングを互いにずらす制御では、高調波発生を一層抑制できるほか、回生電力の違いによるき電電圧の変化に応じて適切な応答性をもって電力吸収を行うのに好都合となる。
【００２４】
なお、実施形態では、電鉄用直流き電変電所の回生電力吸収に適用する場合を示すが、多数のモータを個々にインバータで加減速駆動する工場設備等での直流電源母線に接続して、モータからの回生電力を抵抗器で吸収する回生電力吸収装置として適用して同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態を示す回生電力吸収装置と電鉄用直流き電変電所の要部構成図。
【図２】従来の回生電力吸収装置と電鉄用直流き電変電所の要部構成図。
【符号の説明】
【００２６】
２  整流器
３  き電線
４  トロリー線
５  電気車
５Ａ  インバータ装置
５Ｂ  モータ
６、７  回生電力吸収装置
【図１】
2009248615.tif 000003
【図２】
2009248615.tif 000004