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JP2012029481A - Power supply device for electric vehicle - Google Patents

Power supply device for electric vehicle Download PDF

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JP2012029481A
JP2012029481A JP2010166382A JP2010166382A JP2012029481A JP 2012029481 A JP2012029481 A JP 2012029481A JP 2010166382 A JP2010166382 A JP 2010166382A JP 2010166382 A JP2010166382 A JP 2010166382A JP 2012029481 A JP2012029481 A JP 2012029481A
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JP
Japan
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inverter
output current
power supply
supply device
current limit
Prior art date
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Application number
JP2010166382A
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Japanese (ja)
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Hirotada Kira
浩忠 吉良
Hiroaki Otani
浩昭 尾谷
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the performance of a power supply device for an electric vehicle in practical operating conditions by changing the protection set value of overcurrent according to the environmental conditions for using the power supply device for the electric vehicle.SOLUTION: The power supply device for the electric vehicle includes: an inverter for converting DC electric power into AC electric power; and a control part for controlling the inverter. The control part includes: means (S104, S105) for changing the overcurrent interruption and protection level of an inverter output current according to the input voltage of the inverter; and a means for stopping the inverter when the output current reaches the changed overcurrent interruption and protection level.

Description

本発明は電気車用電源装置を保護する技術に関する。   The present invention relates to a technique for protecting a power supply device for an electric vehicle.

一般に、電気車用電源装置においては、架線から電力を受け取り、電気車に照明や空調装置などの電源を供給する。この電気車用電源装置は、IGBTなどの半導体のスイッチングデバイスを高周波でスイッチングして、直流電圧を交流電圧に変換する。   In general, in an electric vehicle power supply device, electric power is received from an overhead line, and electric power such as lighting and an air conditioner is supplied to the electric vehicle. This electric vehicle power supply device converts a DC voltage into an AC voltage by switching a semiconductor switching device such as an IGBT at a high frequency.

電気車用電源装置の使用環境条件は、一般に以下の様に変動がある。   Generally, the environmental conditions of the electric vehicle power supply device vary as follows.

・入力電圧の変動
1500Vdc定格とした場合、入力電圧(架線電圧)は900Vから2400Vと大きく変動する。
-Fluctuation of input voltage When the 1500Vdc rating is used, the input voltage (overhead voltage) varies greatly from 900V to 2400V.

・負荷(出力電流)の変動
例えば、定格負荷=100%とした場合、ほぼ0%負荷状態のときもあれば、100%負荷の状態もある。時には、負荷の投入時の短時間だけ、定格の150%程度のときもある。
-Fluctuation of load (output current) For example, when rated load = 100%, there is a case where the load is almost 0% and a state where the load is 100%. Sometimes it is about 150% of the rating only for a short time when the load is applied.

・周囲温度の変動
電気車用電源装置は、一般に電気車の床下に搭載されるので、外部環境温度に左右されることになる。すなわち、夏は40℃、冬は−10℃などと大きく温度が変化する。
-Fluctuation in ambient temperature Since the electric vehicle power supply device is generally mounted under the floor of the electric vehicle, it depends on the external environment temperature. That is, the temperature varies greatly, such as 40 ° C in summer and -10 ° C in winter.

一般に電気車用電源装置として、入力電圧や、出力電流、周囲温度+自己発熱による温度などを検出し、自装置を保護する為に、最大電圧や、最大電流、最大温度を検知した場合には、装置を停止して破壊を回避する。   In general, when detecting the maximum voltage, maximum current, or maximum temperature to detect the input voltage, output current, ambient temperature + temperature due to self-heating, etc. as a power supply device for electric vehicles, Stop the device to avoid destruction.

電気車用電源装置としては、全ての条件が最大値(最悪)の場合を考慮して、電流等の保護レベルを決定することが一般的であった。   As a power supply device for an electric vehicle, it is common to determine a protection level such as a current in consideration of the case where all conditions are maximum (worst) values.

電気車用電源装置は、最大条件/最悪条件で動作するときはほとんどない。従って、各条件の組み合わせによって、保護レベルを上昇させ、電気車用電源装置としての稼動動作条件を拡大(パフォーマンスを向上)させることが可能である。   Electric vehicle power supplies rarely operate at maximum / worst conditions. Therefore, it is possible to increase the protection level and expand the operating conditions (improvement of performance) as the electric vehicle power supply device by combining each condition.

本発明では、電気車用電源装置の上記使用環境条件を入力条件として、その条件に応じて、制御部で保護セット値を変化・向上させ、電気車用電源装置の実質的な稼動条件化における性能を向上させることを目的とする。   In the present invention, the use environment condition of the electric vehicle power supply device is used as an input condition, and the protection set value is changed and improved by the control unit according to the input condition. The purpose is to improve performance.

本発明の一実施例に係る電気車用電源装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記インバータの入力電圧に応じて、前記インバータ出力電流の過電流遮断保護レベルを変更する手段と、前記出力電流が前記変更された過電流遮断保護レベルに到達すると、前記インバータを停止する手段を具備する。   An electric vehicle power supply device according to an embodiment of the present invention includes an inverter that converts DC power into AC power, and a control unit that controls the inverter, the control unit corresponding to an input voltage of the inverter. And means for changing the overcurrent cutoff protection level of the inverter output current and means for stopping the inverter when the output current reaches the changed overcurrent cutoff protection level.

電気車用電源装置の使用環境条件に応じて、保護セット値が変化・向上され、電気車用電源装置の実質的な稼動条件化における性能が向上する。   The protection set value is changed or improved in accordance with the use environment condition of the electric vehicle power supply device, and the performance of the electric vehicle power supply device in the actual operating condition is improved.

本発明が適用される電気車用電源装置の主回路構成を示す図である。It is a figure which shows the main circuit structure of the power supply device for electric vehicles to which this invention is applied. IGBT17をスイッチングする時の端子電圧Vcおよび素子電流Icを示す図である。It is a figure which shows the terminal voltage Vc and element current Ic at the time of switching IGBT17. 実施例1の動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the operation of the first embodiment. 実施例3の動作を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the operation of the third embodiment. 実施例4の動作を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating the operation of the fourth embodiment. 過負荷保護特性を示す図である。It is a figure which shows an overload protection characteristic. 実施例5の動作を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing the operation of the fifth embodiment.

以下、本発明に係る電気車用電源装置の実施例について、図面を参照して説明する。   Embodiments of an electric vehicle power supply apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明が適用される電気車用電源装置の主回路構成を示す図である。尚、この電源装置の定格入力電圧を1500Vとして以下説明する。   FIG. 1 is a diagram showing a main circuit configuration of an electric vehicle power supply device to which the present invention is applied. In the following description, the rated input voltage of this power supply apparatus is 1500 V.

変電所(図示されず)から架線1及びパンタグラフ2を通して電気車用電源装置(SIV)20に直流電力が供給される。電気車用電源装置20は、この直流電力を例えば50Hz、440Vの3相交流電力に変換して、空調などの負荷に交流電力を供給する。電源装置20は車輪21を介して接地されている。   DC power is supplied from a substation (not shown) to the electric vehicle power supply device (SIV) 20 through the overhead line 1 and the pantograph 2. The electric vehicle power supply device 20 converts this DC power into, for example, 50 Hz, 440 V three-phase AC power, and supplies AC power to a load such as an air conditioner. The power supply device 20 is grounded via a wheel 21.

電気車用電源装置20において、架線から供給された電力は、接触器3、直流フィルタリアクトル4、チャージングスイッチ(CHS)ユニット16を介してインバータ8に供給される。インバータ8の直流端子には、直流フィルタコンデンサ(FC)7が並列に接続される。CHSユニット16は、FC充電抵抗器5、FC充電抵抗短絡用のスイッチCHS6で構成されている。起動時にフィルタコンデンサ7を充電するとき、突入電流を抑制するため、一定時間は抵抗5を介してフィルタコンデンサ7に架線電圧が供給される。フィルタコンデンサ8が充電された後、抵抗9は短絡用スイッチCHS6により短絡される。   In the electric vehicle power supply device 20, the electric power supplied from the overhead wire is supplied to the inverter 8 through the contactor 3, the DC filter reactor 4, and the charging switch (CHS) unit 16. A DC filter capacitor (FC) 7 is connected in parallel to the DC terminal of the inverter 8. The CHS unit 16 includes an FC charging resistor 5 and an FC charging resistor short-circuit switch CHS6. When charging the filter capacitor 7 at the time of startup, an overhead wire voltage is supplied to the filter capacitor 7 through the resistor 5 for a certain period of time in order to suppress an inrush current. After the filter capacitor 8 is charged, the resistor 9 is short-circuited by the short-circuit switch CHS6.

インバータ8の3相交流端子はそれぞれ交流フィルタリアクトル9、交流フィルタコンデンサ12を介して変圧器10の一次側に接続される。変圧器10の2次側は負荷に接続される。制御部11は、直流電圧検出器13、温度検出器14、又は出力電流検出器15の検出値に基づいて、インバータ8のスイッチング動作を制御すると共に、電源装置20の本発明による保護動作を実行する。   The three-phase AC terminal of the inverter 8 is connected to the primary side of the transformer 10 via an AC filter reactor 9 and an AC filter capacitor 12, respectively. The secondary side of the transformer 10 is connected to a load. The control unit 11 controls the switching operation of the inverter 8 based on the detection value of the DC voltage detector 13, the temperature detector 14, or the output current detector 15, and executes the protection operation of the power supply device 20 according to the present invention. To do.

次に、インバータ8を構成するIGBT17のスイッチング時サージ電圧について説明する。   Next, the switching surge voltage of the IGBT 17 constituting the inverter 8 will be described.

図2はIGBT17をON状態からOFF状態にスイッチングする時のIGBT17の端子電圧および素子電流を示す図である。一例として、IGBT17の定格電流Iaは800A、定格電圧Vaは3300Vとし、架線電圧の最高値は2400Vとする。図2では、架線電圧は最高の2400V、IGBT17はON状態で定格の800A流れているものとする。尚、IGBT17の端子電圧は電圧検出器13により検出される電圧Vc、IGBT素子電流は電流検出器15により検出される電流Icとする。   FIG. 2 is a diagram showing a terminal voltage and an element current of the IGBT 17 when the IGBT 17 is switched from the ON state to the OFF state. As an example, the rated current Ia of the IGBT 17 is 800 A, the rated voltage Va is 3300 V, and the maximum value of the overhead wire voltage is 2400 V. In FIG. 2, it is assumed that the maximum overhead line voltage is 2400 V, and the IGBT 17 is in the ON state and the rated 800 A flows. The terminal voltage of the IGBT 17 is a voltage Vc detected by the voltage detector 13, and the IGBT element current is a current Ic detected by the current detector 15.

時刻t0でOFFのゲート指令(Vg=0)が入力すると、IGBT17の素子電流Icは所定時間後の時刻t2で0となる。このときIGBT17の端子間には、インバータ8の入力回路や負荷の出力回路のインダクタンス成分により、サージ電圧Vsが発生する。従って端子電圧Vcは時刻t1において、入力電圧2400Vよりサージ電圧Vsだけ高い電圧Vsh(=2400V+Vs)となる。IGBT17の定格電圧Vaはこの電圧Vsh以上となるように選択される。この時、オフ状態での余裕Vmは、素子定格電圧Vaと入力電圧の差すなわち900V(=3300−2400)である。つまり、最高入力(架線)電圧2400Vで、定格電流800A流れているIGBT17を遮断したとき、900Vまでのサージ電圧が許容される。   When an OFF gate command (Vg = 0) is input at time t0, the device current Ic of the IGBT 17 becomes 0 at time t2 after a predetermined time. At this time, a surge voltage Vs is generated between the terminals of the IGBT 17 due to inductance components of the input circuit of the inverter 8 and the output circuit of the load. Accordingly, the terminal voltage Vc becomes a voltage Vsh (= 2400 V + Vs) that is higher than the input voltage 2400 V by the surge voltage Vs at time t1. The rated voltage Va of the IGBT 17 is selected to be equal to or higher than this voltage Vsh. At this time, the margin Vm in the off state is a difference between the element rated voltage Va and the input voltage, that is, 900 V (= 3300-2400). That is, when the IGBT 17 having a rated current of 800 A flows at the maximum input (overhead line) voltage of 2400 V, a surge voltage up to 900 V is allowed.

入力電圧が例えば1500Vのとき、サージ電圧Vsは1800V(=3300V−1500V)まで許容できる。この場合、IGBT17は定格の800A以上の電流を流すことが可能である。本実施例では、入力電圧の低下に応じてIGBT17の電流リミット値が大きな値に設定される。   For example, when the input voltage is 1500 V, the surge voltage Vs can be allowed up to 1800 V (= 3300 V-1500 V). In this case, the IGBT 17 can pass a rated current of 800 A or more. In this embodiment, the current limit value of the IGBT 17 is set to a large value in accordance with the decrease in the input voltage.

次に、本発明による電気車用電源装置20の動作を説明する。   Next, the operation of the electric vehicle power supply device 20 according to the present invention will be described.

架線1の電圧が高い場合、つまり電気車用電源装置(SIV)20の入力電圧が高い(2400V〜1800V)場合の過電流遮断保護レベルを定格電流Iaの100%とする(従来の保護レベルにあたる)。過電流遮断保護レベルとは、インバータ8を構成する各IGBTの入力電圧に対する最大遮断電流値を示す。過電流遮断保護レベルの電流値をIblとすると、上記のように入力電圧が2400V〜1800Vの場合、Iblは定格電流である(Ibl=Ia)。従来の過電流遮断保護レベルは、入力電圧の全域にわたり一定値(定格電流)であった。本実施例では、入力電圧が1800V〜900Vの通常連続定格時の場合、過電流保護レベルを入力電圧に反比例して上昇させる。   When the voltage of the overhead line 1 is high, that is, when the input voltage of the electric vehicle power supply device (SIV) 20 is high (2400V to 1800V), the overcurrent cutoff protection level is set to 100% of the rated current Ia (corresponding to the conventional protection level) ). The overcurrent cutoff protection level indicates the maximum cutoff current value with respect to the input voltage of each IGBT constituting the inverter 8. When the current value of the overcurrent cutoff protection level is Ibl, when the input voltage is 2400V to 1800V as described above, Ibl is a rated current (Ibl = Ia). The conventional overcurrent cutoff protection level is a constant value (rated current) over the entire input voltage. In the present embodiment, when the input voltage is in a normal continuous rating of 1800V to 900V, the overcurrent protection level is increased in inverse proportion to the input voltage.

図3は実施例1に係る制御部11の論理動作を示すフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart illustrating the logical operation of the control unit 11 according to the first embodiment.

電圧検出器13で検出される入力電圧が1800V以上のとき(ステップS101のYes)、制御部11は保護レベルを100%、すなわち前述したように定格電流Iaとする。   When the input voltage detected by the voltage detector 13 is 1800 V or higher (Yes in step S101), the control unit 11 sets the protection level to 100%, that is, the rated current Ia as described above.

入力電圧が1800V未満、900V以上のとき(ステップS103のYes)、制御部11は保護レベルが入力電圧に反比例して上昇するように、過電流保護レベルを以下のように決定する。   When the input voltage is less than 1800 V and 900 V or more (Yes in step S103), the control unit 11 determines the overcurrent protection level as follows so that the protection level increases in inverse proportion to the input voltage.

[(1800−入力電圧)/900]×20%+100% …(1)
この過電流遮断保護レベルを電流値Iblで表わすと以下のようになる。
[(1800−input voltage) / 900] × 20% + 100% (1)
This overcurrent cutoff protection level is represented by the current value Ibl as follows.

Ibl=[(1800−入力電圧)/900]×0.2+Ia …(2)
入力電圧が900V未満のとき(ステップS103のNo)、制御部11は保護レベルを定格電流Iaの120%と決定する(Ibl=1.2×Ia)。
Ibl = [(1800−input voltage) / 900] × 0.2 + Ia (2)
When the input voltage is less than 900 V (No in step S103), the control unit 11 determines the protection level as 120% of the rated current Ia (Ibl = 1.2 × Ia).

電流検出器15で検出されるインバータ出力電流が、入力電圧に対応して変化する上記過電流保護レベルに一瞬でも到達すると、制御部11は接触器3を開放するとともにインバータ8の全IGBT17にオフのゲート指令を出力して装置を停止する。   When the inverter output current detected by the current detector 15 reaches the overcurrent protection level that changes corresponding to the input voltage even for a moment, the control unit 11 opens the contactor 3 and turns off all the IGBTs 17 of the inverter 8. The gate command is output and the device is stopped.

以上説明したように本実施例によれば、入力電圧が1800V未満、900V以上の実質的な常用動作範囲では、過電流耐量が向上するので、装置のパフォーマンスが向上する。   As described above, according to the present embodiment, the overcurrent withstand capability is improved in the substantial normal operation range where the input voltage is less than 1800 V and 900 V or more, so that the performance of the apparatus is improved.

次に本発明の実施例2を説明する。実施例2の装置構成は実施例1と同様である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The apparatus configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.

実施例2では、入力電圧(架線電圧)に応じて、出力電流リミット保護レベルが可変される。出力電流リミット保護レベルとは、例えば0.5秒等の所定の短時間のみIGBTが許容できる電流値に対応し、IGBTの電力損失を基に求められる。このように出力電流リミット保護レベルは、電流リミット値とその持続時間で表わされ、IGBTや回路配線の過熱による破壊を防ぐために設定される。出力電流リミット保護レベルの電流リミット値をIclとすると、定格電流が上記のように800AのIGBTの場合、Iclは従来、入力電圧の全域にわたり一定値であって、例えば720A程度である。   In Example 2, the output current limit protection level is varied according to the input voltage (overhead voltage). The output current limit protection level corresponds to a current value that the IGBT can tolerate only for a predetermined short time such as 0.5 seconds, and is obtained based on the power loss of the IGBT. Thus, the output current limit protection level is represented by the current limit value and its duration, and is set to prevent the IGBT and circuit wiring from being destroyed by overheating. Assuming that the current limit value of the output current limit protection level is Icl, in the case of an IGBT with a rated current of 800 A as described above, Icl is conventionally a constant value over the entire input voltage, for example, about 720 A.

次に、実施例2の動作を実施例1と同様に図3を参照して説明する。   Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIG.

実施例1と同様に、SIV20の入力電圧が高い(2400V〜1800V)場合(ステップS201のYes)、制御部11はステップS202のようにインバータ8の出力電流リミット保護レベルを100%とする(従来の保護レベルにあたる)。この入力電圧が高いときの出力電流リミット保護レベルの電流リミット値をIclhとする(Icl=Iclh)。   As in the first embodiment, when the input voltage of the SIV 20 is high (2400V to 1800V) (Yes in step S201), the control unit 11 sets the output current limit protection level of the inverter 8 to 100% as in step S202 (conventional). The protection level). Let Iclh be the current limit value of the output current limit protection level when the input voltage is high (Icl = Iclh).

入力電圧が1800V〜900Vの通常の連続定格時の場合には(ステップS203のYes)、入力電圧に反比例して、出力電流リミット保護レベルを以下のように可変させる。   When the input voltage is at a normal continuous rating of 1800 V to 900 V (Yes in step S203), the output current limit protection level is varied as follows in inverse proportion to the input voltage.

[(1800−入力電圧)/900]×20%+100% …(3)
これを電流リミット値Iclで表わすと以下のようになる。
[(1800−input voltage) / 900] × 20% + 100% (3)
This is represented by the current limit value Icl as follows.

Icl=[(1800−入力電圧)/900]×0.2+Iclh…(4)
電流検出器15で検出されるインバータ出力電流が、例えば0.5秒間連続して実質的に電流リミット値Iclを維持すると、制御部11は接触器3を開放するとともにインバータ8の全IGBT17にオフのゲート指令を出力し、装置を停止する。
Icl = [(1800−input voltage) / 900] × 0.2 + Iclh (4)
When the inverter output current detected by the current detector 15 substantially maintains the current limit value Icl for 0.5 seconds, for example, the control unit 11 opens the contactor 3 and turns off all the IGBTs 17 of the inverter 8. The gate command is output and the device is stopped.

以上のように本実施例によれば、実質的な常用動作範囲では、負荷突入電流耐量が向上するので、装置のパフォーマンスが向上する。   As described above, according to the present embodiment, the load inrush current resistance is improved in the substantial normal operation range, and thus the performance of the apparatus is improved.

次に本発明の実施例3を説明する。実施例3の装置構成は実施例1と同様である。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. The apparatus configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment.

実施例3では、インバータのIGBT温度に応じて前述の出力電流リミット保護レベルが変更される。電流リミット保護レベルは前述したように電流リミット値とその持続時間で表わされ、この電流リミット値をここではIdlとし、電流リミット値IdlがIGBT温度に応じて変更される。尚、持続時間は一定とする。   In the third embodiment, the above-described output current limit protection level is changed according to the IGBT temperature of the inverter. As described above, the current limit protection level is represented by the current limit value and its duration. This current limit value is Idl here, and the current limit value Idl is changed according to the IGBT temperature. The duration is constant.

図4は実施例3の動作を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the third embodiment.

制御部11は、図1の温度検出器14により検出されるインバータ8内IGBT温度を監視し、IGBT温度が高い(例えば90℃以上)場合(ステップ201のYes)、ステップS202のように出力電流リミット保護レベルを100%とする(従来の保護レベルにあたる)。この温度が高いときの電流リミット値をIdlhとする(Idl=Idlh)。この温度が高いときの電流リミット値Idlhは前述のように例えば720Aである。   The control unit 11 monitors the IGBT temperature in the inverter 8 detected by the temperature detector 14 of FIG. 1, and when the IGBT temperature is high (eg, 90 ° C. or higher) (Yes in Step 201), the output current as in Step S202. The limit protection level is set to 100% (corresponding to the conventional protection level). The current limit value when the temperature is high is Idlh (Idl = Idlh). The current limit value Idlh when this temperature is high is, for example, 720A as described above.

IGBT温度が90℃未満、40℃以上の場合(ステップS203のYes)、ステップS204のように、温度に応じて以下のように出力電流リミット値保護レベルを上昇させる。   When the IGBT temperature is lower than 90 ° C. and 40 ° C. or higher (Yes in step S203), the output current limit value protection level is raised as follows according to the temperature as in step S204.

[(90−IGBT温度)/50]×20%+100% …(5)
これを電流リミット値Idlで表わすと以下のようになる。
[(90-IGBT temperature) / 50] × 20% + 100% (5)
This is represented by the current limit value Idl as follows.

Idl=[(90−IGBT温度)/900]×0.2+Idlh…(6)
IGBT温度が低い(40℃未満)場合(ステップS203のNo)、ステップS205のように、保護レベルを120%とする(Idl=1.2×Idlh)。
Idl = [(90−IGBT temperature) / 900] × 0.2 + Idlh (6)
When the IGBT temperature is low (less than 40 ° C.) (No in step S203), the protection level is set to 120% (Idl = 1.2 × Idlh) as in step S205.

電流検出器15で検出されるインバータ出力電流が、例えば0.5秒間連続して実質的に電流リミット値Idlを維持すると、制御部11は接触器3を開放するとともにインバータ8の全IGBT17にオフのゲート指令を出力し、装置を停止する。   When the inverter output current detected by the current detector 15 substantially maintains the current limit value Idl continuously for 0.5 seconds, for example, the control unit 11 opens the contactor 3 and turns off all the IGBTs 17 of the inverter 8. The gate command is output and the device is stopped.

以上説明したように本実施例によれば、実質的な動作温度範囲では、負荷突入電流耐量、すなわちIGBTの電流リミット値が向上するので、装置のパフォーマンスが向上する。   As described above, according to the present embodiment, the load inrush current resistance, that is, the current limit value of the IGBT is improved in the substantial operating temperature range, so that the performance of the apparatus is improved.

次に本発明の実施例4を説明する。実施例4の装置構成は実施例1と同様である。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The apparatus configuration of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment.

実施例4では、インバータのIGBT温度に応じて電流リミット保護検出時素Talが可変される。電流リミット保護検出時素Talとは、出力電流リミット値の許容持続時間を示す。上記実施例2、3ではこの電流リミット保護検出時素Talは、例として0.5秒一定であったが、実施例4は、この時素TalがIGBT温度の低下に応じて延長される。尚、出力電流リミット値はIGBTの全温度範囲において一定値(例えば720A)とする。   In the fourth embodiment, the current limit protection detection time Tal is varied according to the IGBT temperature of the inverter. The current limit protection detection time element Tal indicates an allowable duration of the output current limit value. In Examples 2 and 3, the current limit protection detection time element Tal is, for example, constant for 0.5 seconds, but in Example 4, this time element Tal is extended as the IGBT temperature decreases. The output current limit value is a constant value (for example, 720 A) over the entire temperature range of the IGBT.

図5は実施例4の動作を示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the fourth embodiment.

実施例3と同様に、制御部11はIGBT温度が高い(90℃以上)場合(ステップS301のYes)、ステップS302のように電流リミット保護検出時素レベルを100%とする(従来の保護レベルにあたる)。このときの保護検出時素の値をTalh[秒]とする(Tal=Talh)。温度が高い時の保護検出時素Talhは例えば0.5秒である。   Similarly to the third embodiment, when the IGBT temperature is high (90 ° C. or higher) (Yes in Step S301), the control unit 11 sets the current level when detecting the current limit protection to 100% as in Step S302 (conventional protection level). Hits). The value of the protection detection time element at this time is Talh [seconds] (Tal = Talh). The protection detection time Talh when the temperature is high is, for example, 0.5 seconds.

IGBT温度が90℃未満、40℃以上の場合(ステップS303のYes)、ステップS304のように、温度低下に応じて以下のように保護検出時素レベルを延長する。   When the IGBT temperature is lower than 90 ° C. and 40 ° C. or higher (Yes in step S303), the protection detection time level is extended as follows according to the temperature drop as in step S304.

[(90−IGBT温度)/50]×50%+100% …(7)
これを保護検出時素Talで表わすと以下のようになる。
[(90-IGBT temperature) / 50] × 50% + 100% (7)
This is represented by the protection detection time element Tal as follows.

Tal=[(90−IGBT温度)/50]×0.5+Talh …(8)
IGBT温度が低い(40℃未満)場合(ステップS303のNo)、ステップS305のように、保護レベルを150%(=1.5×Talh)とする。
Tal = [(90−IGBT temperature) / 50] × 0.5 + Talh (8)
When the IGBT temperature is low (less than 40 ° C.) (No in step S303), the protection level is set to 150% (= 1.5 × Talh) as in step S305.

電流検出器15で検出されるインバータ出力電流が、保護検出時素Talの間連続して実質的に出力電流リミット値を維持すると、制御部11は接触器3を開放するとともにインバータ8の全IGBT17にオフのゲート指令を出力し、装置を停止する。   When the inverter output current detected by the current detector 15 substantially maintains the output current limit value continuously during the protection detection time Tal, the control unit 11 opens the contactor 3 and all the IGBTs 17 of the inverter 8. An off gate command is output to, and the device is stopped.

以上説明したように本実施例によれば、実質的な動作温度範囲では、負荷突入電流耐量が向上するので、装置のパフォーマンスが向上する。   As described above, according to the present embodiment, the load inrush current resistance is improved in the substantial operating temperature range, so that the performance of the apparatus is improved.

次に本発明の実施例5を説明する。実施例5の装置構成は実施例1と同様である。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The apparatus configuration of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment.

実施例5では、インバータのIGBT温度に応じて過負荷保護検出時素が可変される。図6は過負荷保護特性を示す図である。縦軸は許容持続時間(過負荷保護検出時素)、横軸は負荷容量である。インバータは負荷容量に対応する許容持続時間が規定されている。横軸の100%は定格負荷容量を示し、例えば200kVAである。この時の許容持続時間は無限大である。この例では、定格の110%のとき許容持続時間は50秒、120%のときは25秒、150%のときは10秒である。この許容持続時間を過負荷保護検出時素という。本実施例では、インバータのIGBT温度が高温から低温になるにつれ、この過負荷保護検出時素が延長される。   In the fifth embodiment, the overload protection detection time element is varied according to the IGBT temperature of the inverter. FIG. 6 is a diagram showing overload protection characteristics. The vertical axis is the allowable duration (element when detecting overload protection), and the horizontal axis is the load capacity. The inverter has an allowable duration corresponding to the load capacity. 100% of the horizontal axis indicates the rated load capacity, for example, 200 kVA. The allowable duration at this time is infinite. In this example, the allowable duration is 50 seconds when the rating is 110%, 25 seconds when the rating is 120%, and 10 seconds when the rating is 150%. This allowable duration is referred to as overload protection detection time element. In the present embodiment, as the IGBT temperature of the inverter is changed from a high temperature to a low temperature, this overload protection detection time element is extended.

実施例5の動作を実施例4と同様に図7を参照して説明する。   The operation of the fifth embodiment will be described with reference to FIG.

実施例4と同様に、IGBT温度が高い(90℃以上)場合(ステップS301のYes)、ステップS302のように過負荷保護検出時素レベルを100%とする(従来の保護レベルにあたる)。図6はこのときの過負荷保護検出時素特性を示している。すなわち、負荷容量が定格の110%、120%、150%のとき、過負荷保護検出時素は、それぞれ50秒、25秒、10秒である。   As in the case of the fourth embodiment, when the IGBT temperature is high (90 ° C. or higher) (Yes in step S301), the raw level during overload protection detection is set to 100% (corresponding to the conventional protection level) as in step S302. FIG. 6 shows the element characteristic at the time of overload protection detection at this time. That is, when the load capacity is 110%, 120%, and 150% of the rating, the overload protection detection time is 50 seconds, 25 seconds, and 10 seconds, respectively.

IGBT温度が90℃未満、40℃以上の場合(ステップS303のYes)、ステップS304のように、温度低下に応じて以下のように過負荷保護検出時素レベルを延長する。   When the IGBT temperature is lower than 90 ° C. and 40 ° C. or higher (Yes in step S303), the overload protection detection time level is extended as follows according to the temperature drop as in step S304.

[(90−IGBT温度)/50]×50%+100% …(9)
IGBT温度が低い(40℃未満)場合(ステップS303のNo)、ステップS305のように、過負荷保護検出時素レベルを150%とする。すなわち、負荷容量が定格の110%、120%、150%のとき、過負荷保護検出時素を、それぞれ75秒、37.5秒、15秒とする。
[(90-IGBT temperature) / 50] × 50% + 100% (9)
When the IGBT temperature is low (less than 40 ° C.) (No in step S303), the raw level during detection of overload protection is set to 150% as in step S305. That is, when the load capacity is 110%, 120%, and 150% of the rating, the overload protection detection time is set to 75 seconds, 37.5 seconds, and 15 seconds, respectively.

制御部11は、現在の負荷容量及びIGBT温度を検出し、インバータの負荷容量が定格を超え、その状態が、対応する過負荷保護検出時素を超えた場合、接触器3を開放するとともにインバータ8の全IGBT17にオフのゲート指令を出力し、装置を停止する。   The control unit 11 detects the current load capacity and IGBT temperature, and when the inverter load capacity exceeds the rating and the state exceeds the corresponding overload protection detection time, the contactor 3 is opened and the inverter An OFF gate command is output to all 8 IGBTs 17 and the apparatus is stopped.

以上説明したように本実施例によれば、実質的な動作温度範囲では、過負荷耐量が向上するので、装置のパフォーマンスが向上する。   As described above, according to the present embodiment, the overload capability is improved in the substantial operating temperature range, so that the performance of the apparatus is improved.

次に本発明の実施例6を説明する。実施例6の装置構成は実施例1と同様である。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. The apparatus configuration of the sixth embodiment is the same as that of the first embodiment.

実施例6では、FC抵抗器5の待機時間Tblが電源装置の稼動時間に応じて可変される。FC抵抗器5の待機時間Tblとは、電源装置の再起動の際に、FC抵抗器の加熱を防ぐための待ち時間を示す。   In the sixth embodiment, the standby time Tbl of the FC resistor 5 is varied according to the operating time of the power supply device. The standby time Tbl of the FC resistor 5 indicates a waiting time for preventing the FC resistor from being heated when the power supply device is restarted.

FC充電抵抗器5は、起動時に電流が流れるため、起動直後は高温となるが、起動した後は、CHS6によって短絡されることから、電流は流れず、放熱していくことで温度が下がっていく。また、SIV20にて何らかの保護動作が発生し装置が停止した場合、再起動時にFC充電抵抗器5は再度高温となる。   The FC charging resistor 5 has a high temperature immediately after startup because a current flows at startup. However, after the startup, the FC charging resistor 5 is short-circuited by the CHS 6, so that no current flows and the temperature is lowered by radiating heat. Go. In addition, when some protection operation occurs in the SIV 20 and the apparatus stops, the FC charging resistor 5 becomes high temperature again at the time of restart.

起動直後に保護動作が発生した場合、FC充電抵抗器5の耐熱範囲を超えないように、再起動するまでに一定の待機時間を設けており、この待機時間を100%とする(従来の待機時間にあたる)。このときの待機時間の値を高温時の待機時間Talh[分]とする。   When a protective operation occurs immediately after startup, a certain standby time is provided before restarting so that the heat resistance range of the FC charging resistor 5 is not exceeded, and this standby time is set to 100% (conventional standby) Time). The value of the standby time at this time is defined as a standby time Talh [min] at a high temperature.

図7は実施例6の動作を示すフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the sixth embodiment.

電源装置20が起動し、その稼働時間が例えば30分未満であれば(ステップS401のNo)、待機時間Talを100%すなわちTalhとする(Tal=Talh)。起動してから一定時間(例えば30分)が経過し(ステップS401のYes)、FC充電抵抗器5の温度が下がっていると想定される場合には、ステップS402のように保護発生時の待機時間を例えば20%に短縮する(Tal=Talh×0.2)。   If the power supply device 20 is activated and its operating time is, for example, less than 30 minutes (No in step S401), the standby time Tal is set to 100%, that is, Talh (Tal = Talh). When a certain time (for example, 30 minutes) has elapsed since the start (Yes in Step S401), and when it is assumed that the temperature of the FC charging resistor 5 has decreased, standby is performed when protection occurs as in Step S402. The time is shortened to 20%, for example (Tal = Talh × 0.2).

本実施例により、実質的な動作範囲では、負荷への電源供給停止時間が短縮するので、装置のパフォーマンスが向上する。   According to the present embodiment, the power supply stop time to the load is shortened in the substantial operation range, so that the performance of the apparatus is improved.

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。この発明は、電源装置のみならず電動機駆動用VVVFインバータにも適用できる。また、電圧検出器13、電流検出器15、インバータの温度検出器14等の検出器は全て従来から電源装置に備わっているものを使用できる。   The above description is an embodiment of the present invention, and does not limit the apparatus and method of the present invention, and various modifications can be easily implemented. The present invention can be applied not only to a power supply device but also to a VVVF inverter for driving an electric motor. Further, the detectors such as the voltage detector 13, the current detector 15, and the inverter temperature detector 14 can all be those provided in the conventional power supply device.

1…架線、2…パンタグラフ、3…接触器、4…直流フィルタリアクトル、5…FC充電抵抗器、6…FC充電抵抗器短絡スイッチ(CHS)、7…直流フィルタコンデンサ(FC)、8…インバータ部(主回路)、9…交流フィルタリアクトル、10…変圧器、20…電気車用電源装置(SIV)、12…交流フィルタコンデンサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Overhead wire, 2 ... Pantograph, 3 ... Contactor, 4 ... DC filter reactor, 5 ... FC charging resistor, 6 ... FC charging resistor short circuit switch (CHS), 7 ... DC filter capacitor (FC), 8 ... Inverter Part (main circuit), 9 ... AC filter reactor, 10 ... Transformer, 20 ... Electric vehicle power supply (SIV), 12 ... AC filter capacitor.

Claims (5)

直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、
前記インバータの入力電圧に応じて、前記インバータ出力電流の過電流遮断保護レベルを変更する手段と、
前記インバータの出力電流が前記変更された過電流遮断保護レベルに到達すると、前記インバータを停止する手段を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
Comprising an inverter for converting DC power to AC power, and a control unit for controlling the inverter;
The controller is
Means for changing an overcurrent cutoff protection level of the inverter output current according to an input voltage of the inverter;
An electric vehicle power supply device comprising means for stopping the inverter when the output current of the inverter reaches the changed overcurrent cutoff protection level.
直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、
電流リミット値とその持続時間で表わされる前記インバータの出力電流リミット保護レベルの前記電流リミット値を、前記インバータの入力電圧に応じて変更する手段と、
前記インバータの出力電流が、前記変更された出力電流リミット保護レベルに達した場合、前記インバータを停止する手段を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
Comprising an inverter for converting DC power to AC power, and a control unit for controlling the inverter;
The controller is
Means for changing the current limit value of the output current limit protection level of the inverter represented by a current limit value and its duration according to the input voltage of the inverter;
An electric vehicle power supply device comprising means for stopping the inverter when the output current of the inverter reaches the changed output current limit protection level.
直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、
電流リミット値とその持続時間で表わされる前記インバータの出力電流リミット保護レベルの前記電流リミット値を、前記インバータのスイッチング素子温度に応じて変更する手段と、
前記出力電流が、前記変更された出力電流リミット保護レベルに達した場合、前記インバータを停止する手段を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
Comprising an inverter for converting DC power to AC power, and a control unit for controlling the inverter;
The controller is
Means for changing the current limit value of the output current limit protection level of the inverter represented by a current limit value and its duration according to the switching element temperature of the inverter;
An electric vehicle power supply device comprising means for stopping the inverter when the output current reaches the changed output current limit protection level.
直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、
電流リミット値とその持続時間で表わされる前記インバータの出力電流リミット保護レベルの前記持続時間を、前記インバータのスイッチング素子温度に応じて変更する手段と、
前記インバータの出力電流が、前記出力電流リミット保護レベルに達した場合、前記インバータを停止する手段を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
Comprising an inverter for converting DC power to AC power, and a control unit for controlling the inverter;
The controller is
Means for changing the duration of the output current limit protection level of the inverter represented by a current limit value and its duration according to the switching element temperature of the inverter;
An electric vehicle power supply device comprising means for stopping the inverter when the output current of the inverter reaches the output current limit protection level.
直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、
前記インバータのスイッチング素子温度に応じて、過負荷時の許容持続時間を示す過負荷保護時素を変更する手段と、
インバータの負荷容量が、前記変更された過負荷保護検出時素に達した場合、前記インバータを停止する手段を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
Comprising an inverter for converting DC power to AC power, and a control unit for controlling the inverter;
The controller is
Means for changing an overload protection time element indicating an allowable duration at the time of overload according to the switching element temperature of the inverter;
An electric vehicle power supply device comprising means for stopping the inverter when a load capacity of the inverter reaches the changed overload protection detection time.
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