JP2001047894A - 交流き電装置及び交流き電装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力系統側の三相不平衡電流を最小限にし、
安価で信頼性のある電力供給システムを実現する。 【解決手段】 電力系統１側の三相交流電力を単相電力
に変換してき電回路３，４に供給するき電用変圧器２と
並列に、三相交流電力を直流電力に変換し、その直流電
力を単相交流電力に変換する交直変換システム５〜８，
８′を接続することにより、き電用変圧器２で生じた系
統側の不平衡電流を交直変換システムで補償して三相平
衡電流にする。またき電回路３，４が過負荷になった場
合には、定格超過分の電流を交直変換システムに比べて
過電流耐量の大きいき電用変圧器に流すことにより、交
直変換システムが保護停止するの避け、より信頼性の高
い電力供給を行えるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気車に単相交流電
力を供給するための交流き電装置及び交流き電装置の制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力会社の一般的な電力系統は三相交流
回路であるのに対して、交流電気車は単相負荷である。
この単相負荷に必要な電力を供給するために、スコット
結線変圧器あるいは変形ウッドブリッジ結線変圧器とい
った三相電力を二相電力に変換することのできるき電用
変圧器が用いられている。この三相電力から変換された
二相電力は方面別あるいは上下線別のき電回路へ供給さ
れる。

【０００３】図１５はき電用変圧器としてスコット結線
変圧器を用いた従来の交流き電装置の構成を示してい
る。この交流き電装置では、三相電力系統１にき電用変
圧器（スコット結線変圧器）２の一次側が接続され、変
圧器の二次側はそれぞれ単相交流回路である、Ｔ座き電
回路３、Ｍ座き電回路４に接続され、各き電回路の電力
供給範囲内に電車が入ってきた場合に電力を供給する。

【０００４】図１６は、スコット結線変圧器で成るき電
用変圧器２の構成を示している。変圧器２の一次側、二
次側の電流の間には、次の関係がある。

【０００５】

【数１】 ここで、Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔは一次側（系統側）三相電
流、Ｉ_M，Ｉ_Tは直交する二次側（負荷側）二相電流であ
り、それぞれベクトル量である。負荷側の二相をそれぞ
れＭ座、Ｔ座と呼ぶ。Ｍ座とＴ座の負荷が等しい、すな
わちそれぞれの給電区間に同じ台数の電車が力行で走行
している場合には、Ｉ_M＝ｊＩ_Tであり、これを数１式に
代入すると、次の数２式となる。

【０００６】

【数２】 これは、大きさが等しく、それぞれ１２０°ずつの位相
差を持った電流であり、すなわち三相平衡した正相電流
である。一方、Ｍ座又はＴ座の片方のみに負荷がかかっ
た場合について考える。Ｍ座のみに負荷がかかった場
合、Ｉ_T＝０を数１式に代入すると、数３式が得られ
る。

【０００７】

【数３】Ｉｒ＝ Ｉ_M Ｉｓ＝ ０ Ｉｔ＝−Ｉ_M また、Ｔ座のみに負荷がかかった場合、Ｉ_M＝０を数１
式に代入すると、数４式が得られる。

【０００８】

【数４】 上記の数３式、数４式の電流は三相不平衡で正相分と同
じ大きさの逆相分を含んでいる。すなわち、従来一般的
に使用されているスコット結線変圧器をき電用変圧器２
として用いた場合、Ｍ座とＴ座に同じ台数の力行負荷
（電車）がある場合には系統側に流れる負荷電流は三相
平衡するが、Ｍ座とＴ座の負荷台数が異なると系統側に
三相不平衡電流が流れる。

【０００９】このことは、き電用変圧器２に変形ウッド
ブリッジ結線変圧器を用いた場合も、同様である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、一般
的なき電用変圧器を使用した場合、負荷が片座のみにか
かっている場合に変圧器一次側（電力系統側）に三相不
平衡電流、すなわち逆相分を含んだ電流が流れる。この
逆相電流は電圧の不平衡を生じさせたり、回転機に対し
て過熱やトルク減少などの好ましくない影響を与える。

【００１１】これを避けるために、Jian Xie; Rainer S
chmidt; Werner Haut著、「Regelungskonzept fur das
Umrichterwerk Jubek」、Elektrische Bahnen 96 (199
8) H.8、249-256ページ（ドイツ国）には、系統側にＧ
ＴＯサイリスタ等の半導体素子を用いた三相の交直変換
器、負荷側に単相の交直変換器を設置し、両変換器の直
流回路を接続して、三相交流電力を直電力に変換し、さ
らにそれを単相交流電力に変換してき電回路に供給する
交流き電装置が提案されている。しかしながら、この提
案されている交流き電装置では、一般に交直変換器は変
圧器に比べて高価であり、また過電流耐量が小さいため
に保護停止になりやすい問題点がある。

【００１２】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るためになされたもので、系統側の三相不平衡電流を最
小限にし、より安価で信頼性のある電力供給システムを
実現する交流き電装置及びその制御方法を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の交流き
電装置は、三相交流電力を２系統の二相交流に変換して
第１き電回路、第２き電回路それぞれに単相交流電力を
供給するき電用変圧器と、前記き電用変圧器と三相交流
側が並列に接続され、前記三相交流電力を直流電力に変
換する三相交直変換器と、前記三相交直変換器の直流側
に接続され、前記三相交直変換器の出力する直流電力を
単相交流に変換して前記第１き電回路に出力する第１単
相交直変換器と、前記三相交直変換器の直流側に接続さ
れ、前記三相交直変換器の出力する直流電力を単相交流
に変換して前記第２き電回路に出力する第２単相交直変
換器とを備えたものである。

【００１４】請求項１の発明の交流き電装置では、電力
系統側の三相交流電力を二相交流電力に変換して列車負
荷に単相電力を供給するき電用変圧器と並列に、三相交
流電力を直流電力に変換し、その直流電力を単相交流電
力に変換する交直変換器を接続することにより、き電用
変圧器で生じた系統側の不平衡電流を交直変換器で補償
して三相平衡電流にする制御方法を採用することがで
き、この制御方法を用いることによって、き電用変圧器
で生じた系統側の不平衡電流を交直変換器で補償するこ
とができ、しかも交直変換器の容量は不平衡電流を補償
する分のみでよいのでシステム全体のコストの高騰を避
けることができる。

【００１５】また過負荷になった場合には、定格超過分
の電流を交直変換器に比べて過電流耐量の大きいき電用
変圧器に流す制御方法を採用することができ、この制御
方法を採用することにより、交直変換器が保護停止する
の避けることができ、より信頼性の高い電力供給を行え
るようになる。

【００１６】請求項２の発明の交流き電装置の制御方法
は、請求項１の交流き電装置に対して、前記第１き電回
路、第２き電回路の前記き電用変圧器からの出力電力量
を監視し、その電力量に差が発生したときにその差分の
電力を融通するように前記第１単相交直変換器及び第２
単相交直変換器を制御するものである。

【００１７】請求項２の発明の交流き電装置の制御方法
では、き電用変圧器で生じた系統側の不平衡電流を第１
単相、第２単相交直変換器で補償して三相平衡電流にす
ることができ、しかも交直変換器の容量は不平衡を補償
する分のみでよいので、この制御に用いる交流き電装置
のシステム全体のコストの高騰を避けることができる。
また、過負荷になった場合には、定格超過分の電流は交
直変換器に比べて過電流耐量の大きいき電用変圧器に流
すことにより、交直変換器が保護停止するのを避けるこ
とができ、より信頼性の高い電力供給を行うことができ
る。

【００１８】請求項３の発明の交流き電装置は、請求項
１において、前記第１単相交直変換器の交流側と前記第
１き電回路との間に第１スイッチを挿入し、前記第２単
相交直変換器の交流側と前記第２き電回路との間に第２
スイッチを挿入し、前記第１単相交直変換器の交流側と
第２単相交直変換器の交流側との間にバイパススイッチ
を挿入したものである。

【００１９】請求項３の発明の交流き電装置では、通常
時には第１スイッチ、第２スイッチを投入状態にし、バ
イパススイッチを開放状態にし、電力系統側の三相交流
電力を二相交流電力に変換して列車負荷に単相電力を供
給するき電用変圧器と並列に、三相交流電力を直流電力
に変換し、その直流電力を単相交流電力に変換する交直
変換器を接続することにより、き電用変圧器で生じた系
統側の不平衡電流を交直変換器で補償して三相平衡電流
にする制御方法を採用することができ、この制御方法に
よって、き電用変圧器で生じた系統側の不平衡電流を交
直変換器で補償することができる。

【００２０】またバイパススイッチを投入状態にし、第
１スイッチ、第２スイッチのうちの一方を開放状態、他
方を投入状態にする制御方法を採用することができ、こ
の制御によって第１単相交直変換器、第２単相交直変換
器の両方から１つの交流き電回路へ電力を供給すること
ができ、き電用変圧器やき電回路の故障時により融通性
のある電力供給が行えるようになる。

【００２１】請求項４の発明の交流き電装置の制御方法
は、請求項３の交流き電装置に対して、通常時には前記
バイパススイッチを開放状態、前記第１スイッチ及び第
２スイッチを投入状態にし、片座延長き電又は片座２回
路き電の際には前記バイパススイッチを投入状態、前記
第１スイッチ又は第２スイッチのうちの一方を開放状
態、それらのうちの他方を投入状態にして運転を行うよ
う、前記第１スイッチ、第２スイッチ及びバイパススイ
ッチを制御するものである。

【００２２】請求項４の発明の交流き電装置の制御方法
では、通常時にはバイパススイッチを開放状態、第１ス
イッチ及び第２スイッチを投入状態にすることにより、
き電用変圧器で生じた系統側の不平衡電流を第１単相、
第２単相交直変換器で補償して三相平衡電流にすること
ができる。

【００２３】そして片座延長き電又は片座２回路き電の
際には、バイパススイッチを投入し、片座き電する側の
き電回路と単相交直変換器とを接続するスイッチを開投
入状態に維持し、他方のスイッチは開放することによ
り、き電用変圧器からの電力と２台の単相交直変換器か
らの電力とをその片座き電回路に供給し、隣接するき電
装置の故障時や片座き電回路の故障時にも安定した電力
供給が行える。

【００２４】請求項５の発明の交流き電装置の制御方法
は、請求項３の交流き電装置に対して、通常時には前記
バイパススイッチを開放状態、前記第１スイッチ及び第
２スイッチを投入状態にし、前記第１き電回路又は第２
き電回路の一方が故障した時には前記バイパススイッチ
を投入状態、前記第１スイッチ又は第２スイッチのうち
の一方を開放状態、それらのうちの他方を投入状態に
し、前記第１単相交直変換器と第２単相交直変換器との
両方から前記第１き電回路と第２き電回路とのうちの故
障したき電回路に対して必要な電力を供給するように制
御するものである。

【００２５】請求項５の発明の交流き電装置の制御方法
では、通常時にはバイパススイッチを開放状態、第１ス
イッチ及び第２スイッチを投入状態にして、第１き電回
路、第２き電回路のき電用変圧器からの出力電力量を監
視し、その電力量に差が発生したときにその差分の電力
を融通するように第１単相交直変換器及び第２単相交直
変換器を制御することにより、き電用変圧器で生じた系
統側の不平衡電流を第１単相、第２単相交直変換器で補
償して三相平衡電流にすることができる。

【００２６】そして２つの交流き電回路のうちの片方で
き電用変圧器からの電力供給が行えなくなった場合に、
バイパススイッチを投入し、健全側のき電回路と単相交
直変換器とを接続するスイッチを開放し、他方のスイッ
チは投入状態を維持することにより、き電用変圧器から
電力供給の行えなくなった側のき電回路に対して、２台
の単相交直変換器の両方から電力を供給し、他方、健全
側のき電回路に対してはき電用変圧器から電力供給する
ことができ、き電用変圧器の故障時などにも安定した電
力供給が行える。

【００２７】請求項６の発明の交流き電装置の制御方法
は、請求項１の交流き電装置に対して、通常時には前記
第１き電回路、第２き電回路の前記き電用変圧器からの
出力電力量を監視し、その電力量に差が発生したときに
その差分の電力を融通するように前記第１単相交直変換
器及び第２単相交直変換器を制御し、前記き電用変圧器
から電力供給が行えなくなった時には前記第１単相交直
変換器、第２単相交直変換器それぞれが接続されている
前記第１き電回路、第２き電回路それぞれが一定の電圧
値及び周波数を維持するよう制御するものである。

【００２８】請求項６の発明の交流き電装置の制御方法
では、通常時には第１き電回路、第２き電回路のき電用
変圧器からの出力電力量を監視し、その電力量に差が発
生したときにその差分の電力を融通するように第１単相
交直変換器及び第２単相交直変換器を制御することによ
り、き電用変圧器で生じた系統側の不平衡電流を第１単
相、第２単相交直変換器で補償して三相平衡電流にする
ことができる。

【００２９】そしてき電用変圧器から電力供給が行えな
くなった時には第１単相交直変換器、第２単相交直変換
器それぞれが接続されている第１き電回路、第２き電回
路それぞれが一定の電圧値及び周波数を維持するよう制
御することにより、これらの単相交直変換器のみを介し
て各き電回路に必要な電力を融通することが可能とな
り、より信頼性の高い電力融通を行うことができる。

【００３０】請求項７の発明の交流き電装置の制御方法
は、請求項６において、前記第１単相交直変換器、第２
単相交直変換器それぞれの出力電圧の周波数及び位相を
前記三相交流電力の電圧周波数及び位相と同期させるよ
うに制御するものであり、これにより、き電用変圧器が
復帰する場合に交直変換器を停止する必要がなく、復帰
時の動揺を小さくしてより安定な電力供給を行うことが
できる。

【００３１】請求項８の発明の交流き電装置の制御方法
は、請求項１又は３の交流き電装置に対して、前記三相
交直変換器によって直流電圧を一定に保つのに必要な有
効電力を直流電力に変換すると同時に、前記三相交流電
力の電圧値を指令値通りに保つように当該三相交直変換
器の無効電力出力の値を制御するものであり、これによ
り、負荷量が変動した場合にも系統側の電圧を維持して
電力系統へ与える影響を小さくできる。

【００３２】請求項９の発明の交流き電装置の制御方法
は、請求項２，４〜７のいずれかにおいて、前記三相交
直変換器によって直流電圧を一定に保つのに必要な有効
電力を直流電力に変換すると同時に、前記三相交流電力
の電圧値を指令値通りに保つように当該三相交直変換器
の無効電力出力の値を制御するものであり、これによ
り、負荷量が変動した場合にも系統側の電圧を維持して
電力系統へ与える影響を小さくできる。

【００３３】請求項１０の発明の交流き電装置の制御方
法は、請求項１又は３の交流き電装置に対して、前記第
１単相交直変換器、第２単相交直変換器それぞれにおい
て、負荷に必要な有効電力を直流電力から交流電力に変
換して前記第１き電回路、第２き電回路それぞれに供給
すると同時に、当該第１き電回路、第２き電回路それぞ
れの電圧の大きさを指令値通りに保つように当該第１単
相交直変換器、第２単相交直変換器それぞれの出力電圧
の大きさを制御するものであり、これにより、負荷量が
変動した場合にも系統側の電圧を維持して電力系統へ与
える影響を小さくできる。

【００３４】請求項１１の発明の交流き電装置の制御方
法は、請求項２，４，５〜７，９のいずれかにおいて、
前記第１単相交直変換器、第２単相交直変換器それぞれ
において、負荷に必要な有効電力を直流電力から交流電
力に変換して前記第１き電回路、第２き電回路それぞれ
に供給すると同時に、当該第１き電回路、第２き電回路
それぞれの電圧の大きさを指令値通りに保つように当該
第１単相交直変換器、第２単相交直変換器それぞれの出
力電圧の大きさを制御するものであり、これにより、負
荷量が変動した場合にも系統側の電圧を維持して電力系
統へ与える影響を小さくできる。

【００３５】

【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は本発明の第１の実施の形態の
交流き電装置の構成を示している。電力会社系統に接続
される三相電力系統１が、ここではスコット結線変圧器
で成るき電用変圧器２を介してＴ座交流き電回路３及び
Ｍ座交流き電回路４に接続されている。一方、ＩＧＢ
Ｔ、ＧＴＯサイリスタのような半導体素子を用いた自励
式三相交直変換器５が三相変圧器６を介して三相電力系
統１に接続され、この三相交直変換器５に対して自励式
単相交直変換器７，７′が並列に接続されている。これ
らの単相交直変換器７，７′は単相変圧器８，８′を介
してそれぞれＴ座交流き電回路３、Ｍ座交流き電回路４
それぞれに前記き電用変圧器２の二次側出力と並列にな
るように接続されている。

【００３６】三相交直変換器５及び単相交直変換器７，
７′の直流回路側は相互に接続され、この直流回路には
直流電圧を維持するための直流キャパシタ９が設置され
ている。三相交直変換器５は変換器制御装置１０によっ
て制御され、単相交直変換器７，７′はそれぞれ変換器
制御装置１１，１１′により制御されて交流回路との間
で必要な有効電力と無効電力の供給・消費を行う。

【００３７】交流電圧検出器３６により三相電力系統１
の電圧が検出され、それが位相検出器３５に与えられ
る。位相検出器３５では電圧位相を検出してパルス発生
器３８に与え、パルス発生器３８では、与えられた位相
と変換器制御装置１０からの信号とに基づいてパルス信
号を発生して三相交直変換器５に与える。三相交直変換
器５はこのパルス信号により三相電力系統１と同期して
運転される。

【００３８】同様に、交流電圧検出器１６，１６′によ
りＴ座電圧、Ｍ座電圧が検出され、それぞれ位相検出器
３４，３４′により電圧位相が検出されてパルス発生器
３７，３７′に与えられる。パルス発生器３７，３７′
では与えられる位相信号と変換器制御装置１１，１１′
から与えられる信号とに基づいてパルス信号を発生し、
それぞれ単相交直変換器７，７′に与える。単相交直変
換器７，７′はこのパルス信号によりそれぞれＴ座、Ｍ
座の電圧と同期して運転される。

【００３９】すなわち、三相電力系統１側では、直流電
圧検出器１３により直流回路の電圧を検出し、それを変
換器制御装置１０に与えて直流電圧が低下した場合には
交流側から直流回路へ供給する有効電力量が増加するよ
う、直流電圧が上昇した場合には有効電力量を減らすよ
うに三相交直変換器５を制御する。

【００４０】他方、単相き電回路３，４側では、交流電
流検出器１４，１４′によってＴ座、Ｍ座のき電回路
３，４の負荷電流を検出し、また交流電圧検出器１６，
１６′によってそれらのき電回路３，４の負荷電圧を検
出して共通制御装置１２に与え、共通制御装置１２では
それらの値から単相交直変換器７，７′による融通が必
要な有効電力、無効電力量を決定し、Ｔ座、Ｍ座それぞ
れの単相交直変換器１１，１１′に対して運転指令値と
して与える。単相交直変換器７，７′に対する変換器制
御装置１１，１１，′それぞれでは、各変換器出力電流
を交流電流検出器１５，１５′によって検出し、その値
が共通制御装置１２から与えれた指令値に追従するよう
に単相交直変換器７，７′を制御する。

【００４１】そしてスコット結線変圧器２は、後述する
制御によってＴ座、Ｍ座それぞれのき電回路３，４の負
荷が必要とする有効電力、無効電力量のうち、上記の交
直変換システムにより供給されなかった分を自動的に融
通する。

【００４２】上記の単相交直変換器７，７′それぞれの
変換器制御装置１１，１１′を制御する共通制御装置１
２は、図２の構成である。共通制御装置１２に対して、
交流電流検出器１４，１４′からＴ座負荷電流Ｉ_T、Ｍ
座負荷電流Ｉ_Mの検出値が入力され、交流電圧検出器１
６，１６′からＴ座負荷電圧Ｖ_T、Ｍ座負荷電圧Ｖ_Mが入
力され、演算回路１２１，１２１′に与えられる。演算
回路１２１，１２１′では、与えられる電圧値と電流値
からそれぞれＴ座、Ｍ座の有効電力量Ｐ_T，Ｐ_Mを演算す
る。

【００４３】加算器１２２では、演算回路１２１からの
Ｔ座の有効電力量Ｐ_Tと演算回路１２１′からのＭ座の
有効電力量Ｐ_Mとの突き合わせを行い、差分が符号反転
器１２３及びリミッタ回路１２４に与えられる。符号反
転器１２３では入力値の符号を反転してもう１つのリミ
ッタ回路１２４′に入力する。リミッタ回路１２４，１
２４′の最大リミット値は、それぞれ単相交直変換器
７，７′の定格容量であり、一方、最小リミット値は０
である。このリミッタ回路１２４，１２４′それぞれの
出力値が最大値選択回路１２８，１２８′それぞれに１
つの選択値として与えられる。

【００４４】一方、加算器１２５には、演算回路１２１
からのＴ座の有効電力量Ｐ_Tと演算回路１２１′からの
Ｍ座の有効電力量Ｐ_Mとが正の符号で与えられる。この
加算器１２５にはまた、き電用変圧器２の最大容量値が
あらかじめ負の符号で与えられている。したがって加算
器１２５は、演算回路１２１，１２１′の出力の合計、
すなわちＴ座とＭ座の負荷電力の合計量からき電用変圧
器２の最大容量を差し引いた値を出力する。この加算器
１２５の出力値はリミッタ回路１２６を介して増幅器１
２７，１２７′それぞれに与えられ、ここで所定の増幅
率で増幅した後に最大値選択回路１２８，１２８′それ
ぞれにもう１つの選択値として与えられる。

【００４５】リミッタ回路１２６の最大リミット値は単
相交直変換器７，７′の定格容量の和、最小リミット値
は０である。増幅器１２７，１２７′の増幅率Ｋ_T，Ｋ_M
は例えば、０．５，０．５とする。最大値選択回路１２
８，１２８′それぞれでは、入力されるリミッタ回路１
２４，１２４′の出力値と増幅器１２７，１２７′の出
力値とのうち大きい方の値を選択し、その結果得られた
値が運転指令値として変換器制御装置１１，１１′それ
ぞれへ出力される。

【００４６】次に、上記構成の第１の実施の形態の交流
き電装置の動作を説明する。

【００４７】＜両き電回路負荷が等負荷で小容量の場合
＞Ｔ座、Ｍ座にそれぞれ同じ台数の力行運転の電車（負
荷）が走行していて、かつその台数が少なくて消費電力
の合計がき電用変圧器２の最大容量よりも小さい場合、
共通制御装置１２における演算回路１２１，１２１′の
出力値が等しいために加算器１２２の出力は０である。
一方、加算器１２５の出力は負の値となるため、リミッ
タ回路１２６を介して増幅器１２７，１２７′、さらに
最大値選択回路１２８，１２８′に与えられる値は０と
なる。そして最大値選択回路１２８，１２８′は、入力
値がすべて０なので、その出力も０になる。

【００４８】この最大値選択回路１２８，１２８′の出
力は図１に示した変換器制御装置１１，１１′それぞれ
に運転指令値として入力されるものであり、それらが０
であるので、これらの変換器制御装置１１，１１′は単
相交直変換器７，７′それぞれをその出力が０になるよ
うに制御する。これにより、Ｔ座及びＭ座のき電回路
３，４には交直変換システムからの電力供給はなく、き
電用変圧器２からの電力のみが供給されることになる。

【００４９】ここでは、Ｔ座き電回路３、Ｍ座き電回路
４の負荷量が等しい場合を想定しているので、数２式で
説明したように三相電力系統１側に流れる電流は三相平
衡電流となる。

【００５０】＜片座き電回路負荷で、小容量の場合＞Ｔ
座のみに電力Ｐ_T（＞０）の力行負荷があり、この値が
き電用変圧器２の最大容量より小さい場合、演算回路１
２１の出力はＰ_T、演算回路１２１′の出力は０であ
る。この結果、加算器１２２及びリミッタ回路１２４の
出力は正の値、符号反転器１２３の出力は負の値とな
る。リミッタ回路１２４′は最小リミット値が０であ
り、符号反転器１２３からの入力値が負であるためにそ
の出力は０となる。一方、加算器１２５の出力は負の値
なのでリミッタ回路１２６、増幅器１２７，１２７′の
出力はすべて０となる。そして最大値選択回路１２８で
は、リミッタ回路１２４から与えられる正の値Ｐ_Tと増
幅器１２７から与えられる０とを比較し、正の値Ｐ_Tを
出力する。他方、最大値選択回路１２８′では入力が両
方とも０なので、０を出力する。

【００５１】最大値選択回路１２８，１２８′のこれら
の出力は変換器制御装置１１，１１′それぞれの運転指
令値となり、制御装置１１，１１′はこれに追従するよ
うに単相交直変換器７，７′それぞれを制御するので、
Ｔ座き電回路３に接続された単相交直変換器７は電力Ｐ
_Tを出力するように運転が行われ、一方、Ｍ座き電回路
４に接続された単相交直変換器７′は出力が０になるよ
うに運転が行われる。

【００５２】これにより、必要な負荷電力はすべて三相
電力系統１から交直変換システムを介して供給され、き
電用変圧器２には電流が流れない。なお、単相負荷の電
力は半サイクル周期で振動する波形であるが、交直変換
システムの直流回路ではこの振動成分を直流キャパシタ
９によって吸収（充電、放電の繰返し）するため、三相
交直変換器５側では三相平衡した負荷電流が流れる。

【００５３】逆に、Ｍ座のみに電力Ｐ_M（＞０）の力行
負荷があり、この値がき電用変圧器２の最大容量より小
さい場合、演算回路１２１の出力は０であり、演算回路
１２１′の出力はＰ_Mである。この結果、加算器１２２
の出力は負（−Ｐ_M）、符号反転器１２３の出力及びリ
ミッタ回路１２４′の出力は正の値（Ｐ_M）となる。リ
ミッタ回路１２４は最小リミット値が０であり、入力値
が負であるためにその出力は０となる。一方、加算器１
２５の出力は負の値なのでリミッタ回路１２６、増幅器
１２７，１２７′の出力はすべて０となる。これによ
り、最大値選択回路１２８では入力が両方とも０なの
で、０を出力する。そして最大値選択回路１２８′で
は、リミッタ回路１２４′から与えられる正の値Ｐ_Mと
増幅器１２７′から与えられる０とを比較し、正の値Ｐ
_Mを出力する。

【００５４】この結果、上記の場合とは逆に、Ｍ座き電
回路４に接続された単相交直変換器７′は電力Ｐ_Mを出
力するように運転が行われ、一方、Ｔ座き電回路３に接
続された単相交直変換器７は出力が０になるように運転
が行われる。

【００５５】これにより、このＭ座き電回路４のみの片
座負荷の場合にも、必要な負荷電力はすべて三相電力系
統１から交直変換システムを介して供給され、き電用変
圧器２には電流が流れないため、Ｔ座のみに負荷がある
場合と同様、三相交直変換器５側では三相平衡した負荷
電流が流れる。

【００５６】＜両き電回路負荷が等負荷で大容量の場合
＞Ｔ座、Ｍ座に同じ台数の力行運転の電車（負荷）が走
行していて、かつその台数が多くて消費電力の合計がき
電用変圧器２の最大容量より大きい場合、演算回路１２
１，１２１′の出力値が等しいために加算器１２２、リ
ミッタ回路１２４，１２４′の出力は０である。一方、
加算器１２５、リミッタ回路１２６の出力は、負荷合計
電力量（Ｐ_T＋Ｐ_M）から変圧器の最大容量を差し引いた
正の値であり、これがそれぞれ増幅率Ｋ_T，Ｋ_Mの増幅器
１２７，１２７′に与えられ、さらにそれらの出力が最
大値選択回路１２８，１２８′それぞれに与えられる。

【００５７】最大値選択回路１２８，１２８′に対して
リミッタ回路１２４，１２４′から与えられる値が０で
あるのに対して、増幅器１２７，１２７′から与えられ
る値は正の値なので、その正の値が選択されて各変換器
制御装置１１，１１′に運転指令値として与えられる。
すなわち、これらの運転指令値は、それぞれ負荷の電力
量（Ｐ_T＋Ｐ_M）から変圧器最大容量を差し引いた値を１
／２ずつ分配した値である。

【００５８】これにより、Ｔ座及びＭ座のき電回路３，
４の負荷に対して、き電用変圧器２により変圧器の最大
容量の電力が供給され、その足りない分が単相交直変換
器７，７′により半分ずつ供給されることになる。ここ
では、Ｔ座とＭ座の負荷量が等しいと想定しているの
で、き電用変圧器２の一次側（三相電力系統１側）電流
は三相平衡であり、三相交直変換器５の出力電流も三相
平衡しているので、三相電力系統１に注入される電流は
逆相分のない三相平衡電流となる。

【００５９】このようにして、第１の実施の形態の交流
き電装置によれば、Ｔ座き電回路３とＭ座き電回路４と
が独立に、負荷が必要とする電力を交直変換システム５
〜８，５〜８′とき電用変圧器２とが分担して供給し、
その電力分担の比率や方法は変換器制御用の共通制御装
置１２により決定するようにしたので、三相交流電力系
統１側に流れる電流を三相平衡させることができ、また
単相交直変換器７，７′の容量はＴ座とＭ座の負荷の差
分あるいは最大負荷量からき電用変圧器２の容量を差し
引いた分のみでよく、交直変換システムだけで三相交流
電力系統１から単相電力に変換してき電回路３，４に電
力を供給するシステムを採用する場合に比べてシステム
全体のコストを低減することができる。

【００６０】次に、本発明の交流き電装置の第２の実施
の形態を図３に基づいて説明する。第２の実施の形態の
特徴は、図１に示した交流き電装置における共通制御装
置１２として、図２に示した構成のものに代えて、図３
に示す構成のものを採用した点にある。その他の構成
は、図１に示した第１の実施の形態の交流き電装置と共
通である。

【００６１】図３に示す第２の実施の形態における共通
制御装置１２は、図２に示した第１の実施の形態の回路
構成に対して、増幅器１２９，１３０及び加算器１３
１，１３１′を追加的に備え、符号反転器１２３及び最
大値選択回路１２８，１２８′は備えていない。

【００６２】加算器１２２の出力、すなわちＴ座電力検
出値Ｐ_TとＭ座電力検出値Ｐ_Mの差分は増幅率Ｋ＝０．５
の増幅器１３０で増幅され、この増幅後の値が正の符号
で加算器１３１に、また負の符号で加算器１３１′に入
力される。また加算器１２５では、Ｔ座電力検出値Ｐ_T
とＭ座電力検出値Ｐ_Mとを足した値にき電用変圧器２の
最大容量に対し増幅器１２９の増幅率Ｋｓ（ここでは
０．７にしている）を掛けた値を負の符号で加算する。
加算器１２５の出力はリミッタ回路１２６を介して増幅
器１２７，１２７′に与えられる。リミッタ回路１２６
の最小リミット値は０である。増幅器１２７，１２７′
それぞれの出力は加算器１３１，１３１′それぞれに正
の符号で与えられる。加算器１３１，１３１′それぞれ
の出力はリミッタ回路１２４，１２４′を介して図１に
示した変換器制御装置１１，１１′に対して運転指令値
として与えられる。なお、増幅器１２７，１２７′の増
幅率Ｋ_T，Ｋ_M、リミッタ回路１２４，１２４′のリミッ
ト値は図２に示した第１の実施の形態と同じである。

【００６３】次に、第２の実施の形態の交流き電装置の
動作を説明する。

【００６４】＜両き電回路負荷が等負荷で小容量の場合
＞Ｔ座、Ｍ座に同じ台数の力行負荷があり、かつその台
数が少なく消費電力の合計がき電用変圧器２の最大容量
に増幅率Ｋｓを掛けた値よりも小さい場合、加算器１２
２、増幅器１３０の出力は０である。一方、加算器１２
５の出力は負の値となるため、リミッタ回路１２６を介
して増幅器１２７，１２７′、さらに加算器１３１，１
３１′に与えられる値は０となる。加算器１３１，１３
１′の入力値がすべて０なので、その出力及びリミッタ
回路１２４，１２４′の出力も０である。これが運転指
令値として各単相交直変換器７，７′に対する変換器制
御装置１１，１１′それぞれに与えられるため、単相交
直変換器７，７′はその出力が０になるように制御され
る。これにより、Ｔ座き電回路３、Ｍ座き電回路４それ
ぞれの負荷に対しては、き電用変圧器２から電力が供給
される。そしてＴ座とＭ座の負荷が等しいため、数２式
で説明したように三相電力系統１側に流れる電流は三相
平衡電流となる。

【００６５】＜片座き電回路負荷で、小容量の場合＞Ｔ
座のみに電力Ｐ_T（＞０）の力行負荷があり、この値が
き電用変圧器２の最大容量のＫｓ倍より小さい場合、加
算器１２２の出力はＰ_T、増幅器１３０の出力はＰ_T／２
である。一方、加算器１２５の出力は負の値なのでリミ
ッタ回路１２６、増幅器１２７，１２７′の出力はすべ
て０となる。これにより、加算器１３１とリミッタ回路
１２４の出力は＋Ｐ_T／２、加算器１３１′とリミッタ
回路１２４′の出力は−Ｐ_T／２で、これらが各単相交
直変換器７，７′の制御装置１１，１１′それぞれに対
して指令値として与えられる。

【００６６】単相交直変換器７，７′がこれらの運転指
令値に基づいて運転されることにより、Ｔ座き電回路３
では単相交直変換器７の出力＝＋Ｐ_T／２、き電用変圧
器２の出力＝＋Ｐ_T／２、Ｍ座き電回路４では単相交直
変換器７′の出力＝−Ｐ_T／２、き電用変圧器２の出力
＝＋Ｐ_T／２となる。すなわち、き電用変圧器２の両座
の出力が等しく、三相電力系統１側の三相平衡する。

【００６７】上記の場合とは逆に、Ｍ座き電回路４に上
記と同程度の負荷がある場合にも同等の動作をする。

【００６８】＜両き電回路負荷が等負荷で大容量の場合
＞Ｔ座、Ｍ座に同じ台数の力行運転の電車（負荷）が走
行していて、かつその台数が多くて消費電力の合計がき
電用変圧器２の最大容量のＫｓ倍より大きい場合、加算
器１２２、増幅器１３０の出力は０である。一方、加算
器１２５、リミッタ回路１２６の出力が正の値（Ｐ_T＋
Ｐ_M−変圧器２の最大容量×Ｋｓ）となる。これがそれ
ぞれ増幅器１２７，１２７′でＫ_T倍（ここでは０．５
倍）、Ｋ_M倍（ここでは０．５倍）され、加算器１３
１，１３１′それぞれに与えられる。

【００６９】この加算器１３１，１３１′それぞれに増
幅器１３０から与えられる値は共に０なので、増幅器１
２７，１２７′の出力である（Ｐ_T＋Ｐ_M−変圧器２の最
大容量×Ｋｓ）×０．５という値が最終的な出力として
リミッタ回路１２４，１２４′を介して各変換器制御装
置１１，１１′に運転指令値として与えられる。各単相
交直変換器７，７′は出力がこれらの値に追従するよう
に制御装置１１，１１′によって制御されるので、Ｔ座
き電回路３に接続された変換器７とＭ座き電回路４に接
続された変換器７′の出力はそれぞれ等しく、またその
出力の和は（負荷電力−変圧器２の最大容量×Ｋｓ）と
なる。

【００７０】これにより、必要な負荷電力のうち、変圧
器最大容量×Ｋｓだけがき電用変圧器２によって供給さ
れ、残りが交直変換システム５〜８，５〜８′により供
給される。この場合、増幅器１２９の増幅率Ｋｓの設定
の仕方によって交直変換システムとき電用変圧器２の負
荷分担を変えることができ、例えばＫｓ＝１であれば最
大容量を超えない範囲でできるだけ多くの電力をき電用
変圧器２側から融通するように動作させることができ、
逆にＫｓ＝０に設定すれば、できるだけ多くを交直変換
システム５〜８，５〜８′側で融通するように動作させ
ることができる。

【００７１】こうして第２の実施の形態によれば、負荷
の状態にかかわらず三相電力系統１側に流れる電流の逆
相成分を除去し、三相平衡させることができる。また交
直変換システム側の各交直変換器５，７，７′の容量
は、このシステムだけで電力供給を行う場合のシステム
に比べて小さくすることができ、システム全体のコスト
を低減することができる。

【００７２】次に、本発明の交流き電装置の第３の実施
の形態を、図４及び図５に基づいて説明する。図４に示
す第３の実施の形態の交流き電装置は、図１に示した第
１の実施の形態の交流き電装置に対して、単相交直変換
器７用の単相変圧器８とＴ座き電回路３を接続する遮断
器１７、変換器７′用の単相変圧器８′とＭ座き電回路
４を接続する遮断器１７′、そしてこれらの単相変圧器
８，８′の出力端子側を相互に接続する遮断器１８を追
加的に備えた構成を特徴としている。その他の構成は、
図１に示した第１の実施の形態と共通する。また、共通
制御装置１２には図２に示した第１の実施の形態で採用
されているもの、あるいは図３に示した第２の実施の形
態で採用されているもののいずれかが用いられる。

【００７３】そしてこれらの遮断器１７，１７′，１８
の動作を制御するロジック回路は図５に示す構成であ
る。このロジック回路はき電用変圧器２の運転状態、つ
まり、Ｔ座作動・停止、Ｍ座作動・停止の状態信号を監
視し、Ｔ座き電回路３側に故障が発生して変圧器２から
の受電が行われなくなった場合に対応する「Ｔ座停止」
信号、Ｍ座き電回路４側に故障が発生して変圧器２から
の受電が行われなくなった場合に対応する「Ｍ座停止」
信号それぞれを、ＡＮＤ回路１９とＮＯＴ回路２０′及
びＡＮＤ回路１９′とＮＯＴ回路２０に入力する。そし
てＮＯＴ回路２０，２０′の出力はＡＮＤ回路１９，１
９′にもう一方の入力信号として与えられる。

【００７４】ＡＮＤ回路１９，１９′の出力はそれぞれ
遮断器１７，１７′に対する開放指令信号となる。遮断
器１７，１７′それぞれはこのＡＮＤ回路１９，１９′
から信号が与えられない場合には投入状態にあり、信号
が与えられると開放状態になる。

【００７５】ＡＮＤ回路１９，１９′の出力はまた、Ｏ
Ｒ回路２２の各入力とされ、このＯＲ回路２２の出力は
遮断器１８に対する投入指令信号となる。遮断器１８は
このＯＲ回路２２から信号が与えられない場合には開放
状態にあり、信号が与えられると投入状態になる。した
がって、遮断器１７，１７′のいずれか一方が開放され
た時には遮断器１８は必ず投入されることになる。

【００７６】次に、第３の実施の形態の交流き電装置の
動作を説明する。図４において、通常運転時には、単相
交直変換器７，７′と各き電回路３，４を接続する遮断
器１７，１７′が投入状態、変換器７，７′の出力端子
相互を接続する遮断器１８が開放状態で運転され、この
場合には、図１に示した第１の実施の形態と同様に動作
する。

【００７７】一方、Ｔ座き電回路３と単相交直変換器７
とを接続する遮断器１７を開放し、Ｍ座き電回路４と単
相交直変換器７′とを接続する遮断器１７′及び変換器
７，７′の出力端子間を接続する遮断器１８を投入状態
にすることにより、Ｍ座き電回路４に対して変換器シス
テムから通常の２倍の電力供給が可能なシステム構成と
なる。また逆に、Ｍ座き電回路４と単相交直変換器７′
とを接続する遮断器１７′を開放し、Ｔ座き電回路３と
単相交直変換器７とを接続する遮断器１７及び変換器
７，７′の出力端子間を接続する遮断器１８を投入状態
にすることにより、Ｔ座き電回路３に対して変換器シス
テムから通常の２倍の電力供給が可能なシステム構成と
なる。

【００７８】そこで、図５に示したロジック回路によっ
て次のようにこれらの遮断器１７，１７′，１８を制御
してき電用変圧器２の電力不足を変換器システム側の電
力によって融通する。

【００７９】通常は、「Ｔ座停止」信号、「Ｍ座停止」
信号共に０であるので、ＡＮＤ回路１９，１９′、ＯＲ
回路２２の出力はすべて０である。これにより、図４の
き電回路３，４において、遮断器１７，１７′は投入状
態、遮断器１８は開放状態になり、単相交直変換器７が
Ｔ座き電回路３に、また単相交直変換器７′がＭ座き電
回路４に接続される構成となる。そして隣接するき電用
変圧器２からＴ座き電回路３、Ｍ座き電回路４それぞれ
に電力が供給される。

【００８０】いま、き電用変圧器２のＴ座で故障が発生
し、Ｔ座き電回路３と切り離された場合、図５における
「Ｔ座停止」信号が１となる。一方、「Ｍ座停止」信号
は０のままである。したがって、ＡＮＤ回路１９の出力
が１、ＡＮＤ回路１９′の出力が０、ＯＲ回路２２の出
力が１となる。これにより、遮断器１７，１８が投入状
態、遮断器１７′が開放状態となり、単相交直変換器７
及び７′の両方がＴ座き電回路３に接続される構成とな
る。この結果、き電用変圧器２のＴ座は、き電回路３か
ら切り離されているので、このＴ座き電回路３に対して
は交直変換システム５〜８，５〜８′から電力が供給さ
れ、一方、健全なＭ座き電回路４にはき電用変圧器２の
Ｍ座から電力が引き続き供給されることになる。

【００８１】またき電用変圧器２のＭ座で故障が発生
し、Ｍ座き電回路４と切り離された場合、図５における
「Ｍ座停止」信号が１となる。一方、「Ｔ座停止」信号
は０のままである。したがって、ＡＮＤ回路１９′の出
力が１、ＡＮＤ回路１９の出力が０、ＯＲ回路２２の出
力が１となる。これにより、遮断器１７′，１８が投入
状態、遮断器１７が開放状態となり、単相交直変換器７
及び７′の両方がＭ座き電回路４に接続される構成とな
る。この結果、き電用変圧器２のＭ座は、き電回路４か
ら切り離されているので、Ｍ座き電回路４に対して交直
変換システム５〜８，５〜８′から電力が供給され、健
全なＴ座き電回路３にはき電用変圧器２のＴ座から電力
が引き続き供給されることになる。

【００８２】次に、き電用変圧器２の両座が同時に故障
して停止した場合、図５における「Ｔ座停止」信号、
「Ｍ座停止」信号が共に１になり、ＮＯＴ回路２０，２
０′の出力信号が０となってそれぞれＡＮＤ回路１９，
１９′に与えられるため、ＡＮＤ回路１９，１９′の出
力は両方共に０、ＯＲ回路２２の出力も０となる。これ
により、遮断器１７，１７′が投入、遮断器１８が開放
状態となり、通常状態と同様に単相交直変換器７からＴ
座き電回路３に、また単相交直変換器７′からＭ座き電
回路４にそれぞれ接続される。そしてこの状態では、き
電回路３，４それぞれの負荷に対する電力はすべて交直
変換システム５〜８，５〜８′によって賄われることに
なる。

【００８３】このようにして、第３の実施の形態によれ
ば、通常の運転時には第１の実施の形態と同様に三相交
流電力系統１側に流れる電流を三相平衡させ、逆相分の
発生を防止することができる。また、き電用変圧器２に
故障が発生してこの変圧器による電力供給が片座のみと
なった場合には、交直変換システムの２台の単相交直変
換器７，７′を両方とも変圧器２が故障した側の同じき
電回路に接続することにより、負荷への供給電力不足が
発生する確率を下げることができ、電車の不要な減速運
転を防止することができる。

【００８４】次に、本発明の交流き電装置の第４の実施
の形態を、図６及び図７に基づいて説明する。第４の実
施の形態の交流き電装置の特徴は、図４に示した第３の
実施の形態と同様の回路構成において、遮断器１７，１
７′，１８に対する動作の制御ロジック回路を図６の構
成にした点にある。この図６に示すロジック回路では、
図５に示した第３の実施の形態で利用したき電用変圧器
２の運転状態信号に代えて、Ｔ座、Ｍ座それぞれのき電
回路３，４の運転状態信号を使用する。またこの第４の
実施の形態でも、共通制御装置１２には図２に示した第
１の実施の形態で採用されているもの、あるいは図３に
示した第２の実施の形態で採用されているもののいずれ
かが用いられる。

【００８５】図７には一般的な交流き電回路の構成を示
している。変電所Ａが図４に示す交流き電装置に相当す
る。Ｔ座き電回路３、Ｍ座き電回路４がそれぞれ遮断器
２７，２７′，２８，２８′を介して上り線、下り線に
接続される。また上り線と下り線それぞれにセクション
３１，３１′が設けられており、必要に応じてこの両端
が接続されたり切り離されたりする。隣接する変電所Ｂ
も同様の構成である。また変電所Ａ，Ｂ間にはセクショ
ン３３，３３′が設けられており、必要に応じてこの両
端が接続されたり切り離されたりする。なお、この中の
各遮断器２７，２７′〜３０，３０′、セクション３
１，３１′〜３３，３３′はき電方式に応じて開閉状態
が決められている。

【００８６】この図７を用いて、代表的なき電方式であ
る方面別き電について説明する。方面別き電方式では、
遮断器２７，２７′〜３０，３０′はすべて投入され、
セクション３１，３１′〜３３，３３′はすべて開放状
態で運転される。これにより、セクション３１，３１′
からセクション３３，３３′までの間の上下線に対して
は、変電所ＡのＴ座き電回路３から電力が供給され、セ
クション３２，３２′からセクション３３，３３′まで
の間の上下線に対しては、変電所ＢからＭ座き電回路
４′から電力が供給される。

【００８７】ここで、例えば、変電所Ｂが停止状態にな
ると、セクション３３，３３′を接続状態とし、セクシ
ョン３２，３２′まで変電所ＡのＴ座から電力供給を行
う方式（延長き電）がとられる。また変電所Ａ内のＴ座
き電回路３で故障が発生した場合には、変電所Ｂからの
延長き電によりセクション３１，３１′までの電力供給
を行う方法の他に、遮断器２７，２７′を開放、セクシ
ョン３１，３１′を接続して、変電所Ａからの両方向に
対してＭ座き電回路４により電力供給を行う方法が考え
られる。

【００８８】図６における状態信号「Ｔ座延長き電」、
「Ｍ座延長き電」は、上で説明した延長き電が行われて
いる場合、「Ｔ座により２回路き電」、「Ｍ座により２
回路き電」は上で説明した変電所の両方向を片座でき電
している場合に相当する。

【００８９】「Ｔ座延長き電」信号はＮＯＴ回路２６及
びＡＮＤ回路２５′に、「Ｍ座延長き電」信号はＮＯＴ
回路２６′及びＡＮＤ回路２５に入力される。ＮＯＴ回
路２６，２６′の出力はそれぞれＡＮＤ回路２５，２
５′にもう一方の入力信号として与えられる。さらに、
ＯＲ回路２４に対してこのＡＮＤ回路２５の出力信号と
「Ｍ座により２回路き電」信号が入力され、ＯＲ条件が
成立すると１を出力する。一方、ＯＲ回路２４′に対し
ては、ＡＮＤ回路２５′の出力信号と「Ｔ座により２回
路き電」信号が入力され、ＯＲ条件が成立すると１を出
力する。これらのＯＲ回路２４及び２４′の出力はＯＲ
回路２２に入力される。

【００９０】ＯＲ回路２４，２４′の出力がそれぞれ遮
断器１７′，１７に対する開放指令信号となる。遮断器
１７，１７′はこのＯＲ回路２４，２４′からの開放指
令信号が与えられない場合には投入状態を維持してい
る。またＯＲ回路２２の出力は遮断器１８に対する投入
指令信号となる。遮断器１８はこのＯＲ回路２２からの
投入指令信号が与えられない場合には開放状態を維持し
ている。

【００９１】次に、上記の第４の実施の形態の交流き電
装置の動作を説明する。図６のロジック回路において、
通常は「Ｔ座延長き電」信号、「Ｍ座延長き電」信号は
ともに０、さらに「Ｔ座により２回路き電」信号、「Ｍ
座により２回路き電」信号もともに０なので、ＯＲ回路
２４，２４′、ＯＲ回路２２の出力はすべて０である。
これにより、図４の交流き電装置において遮断器１７，
１７′は投入状態、遮断器１８は開放状態となり、単相
交直変換器７がＴ座き電回路３に、単相交直変換器７′
がＭ座き電回路４に接続された構成となる。

【００９２】いま、図７における隣接変電所Ｂが停止
し、セクション３３，３３′が接続されてセクション３
１，３１′からセクション３２，３２′までの間が変電
所ＡのＴ座による電力供給区間となった場合、図６のロ
ジック回路において「Ｔ座延長き電」信号が１となる。
一方、「Ｍ座延長き電」信号、「Ｔ座により２回路き
電」信号、「Ｍ座により２回路き電」信号は０である。
したがって、ＡＮＤ回路２５′、ＯＲ回路２４′、ＯＲ
回路２２の出力が１、ＡＮＤ回路２５、ＯＲ回路２４の
出力が０となる。これにより、遮断器１７，１８が投
入、遮断器１７′が開放状態となり、単相交直変換器７
及び７′の両方がＴ座き電回路３に接続された構成とな
る。

【００９３】一方、Ｍ座側が同様に延長き電になった場
合には、ＡＮＤ回路２５、ＯＲ回路２４、ＯＲ回路２２
の出力が１、ＡＮＤ回路２５′、ＯＲ回路２４′の出力
が０となる。これにより、遮断器１７′，１８が投入さ
れ、遮断器１７が開放状態となり、単相交直変換器７及
び７′の両方がＭ座き電回路４に接続された構成とな
る。

【００９４】Ｔ座側、Ｍ座側の両方が延長き電となった
場合には、ＮＯＴ回路２６，２６′の出力が０となるた
め、ＡＮＤ回路２５，２５′、ＯＲ回路２４，２４′、
ＯＲ回路２５の出力がすべて０である。これにより、図
４の交流き電装置において、通常状態と同様に、遮断器
１７，１７′は投入状態、遮断器１８は開放状態とな
り、単相交直変換器７がＴ座き電回路３に、単相交直変
換器７′がＭ座き電回路４にそれぞれ接続された構成と
する。

【００９５】図７において、き電用変圧器２のＭ座で故
障が発生し、遮断器２８，２８′が開放されてＭ座き電
回路４と切り離され、セクション３１，３１′を接続し
てＴ座よる電力供給とした場合、図６における「Ｔ座に
よる２回路き電」信号が１となり、その他の入力信号は
０である。したがって、ＡＮＤ回路２５′、ＯＲ回路２
４′、ＯＲ回路２２の出力が１、ＡＮＤ回路２５、ＯＲ
回路２４の出力が０となる。これにより、遮断器１７，
１８が投入、遮断器１７′が開放状態となり、単相交直
変換器７及び７′の両方がＴ座き電回路３に接続された
構成となる。

【００９６】同様に、き電用変圧器２のＴ座で故障が発
生し、遮断器２７，２７′が開放されてＴ座き電回路３
と切り離され、セクション３１，３１′を接続してＭ座
による電力供給とした場合、図６における「Ｍ座により
２回路き電」信号が１となり、その他の入力信号は０で
ある。したがって、ＡＮＤ回路２５、ＯＲ回路２４、Ｏ
Ｒ回路２２の出力が１、ＡＮＤ回路２５′、ＯＲ回路２
４′の出力が０となる。これにより、遮断器１７′，１
８が投入、遮断器１７が開放状態となり、単相交直変換
器７及び７′の両方がＭ座き電回路に接続された構成と
なる。

【００９７】このように、図６に示すロジック回路によ
って図４に示す交流き電装置の各遮断器１７，１７′，
１８の動作を制御することにより、通常の運転時におい
ては第１の実施の形態のき電装置と同様に三相交流電力
系統１側に流れる電流を三相平衡させ、逆相分の発生を
防止することができる。また、き電回路に故障が発生す
るなどによりき電方式が変更され、片座き電区間が長く
なった場合には、交直変換システム５〜８，５〜８′の
２台の単相交直変換器７，７′を両方向同じき電回路に
接続することにより、負荷に対する供給電力不足が発生
する確率を下げ、電車の不要な減速運転を防止すること
ができる。

【００９８】次に、本発明の交流き電装置の第５の実施
の形態を図８に基づいて説明する。第５の実施の形態の
特徴は、図４及び図５に示した第３の実施の形態の交流
き電装置に対して、共通制御装置１２に図８に示す構成
のものを採用した点にある。

【００９９】図８に示す共通制御装置１２は、図２に示
した第１の実施の形態の交流き電装置における共通制御
装置１２に対して、スイッチ回路１３２、加算器１３
３、スイッチ回路１３４、比例積分回路１３５、演算回
路１３６そしてスイッチ回路１３７，１３７′を追加的
に備えている。したがって、その他の部分の構成は、図
２に示した共通制御装置１２と共通である。以下、第５
の実施の形態で採用される共通制御装置１２について説
明する。

【０１００】Ｔ座、Ｍ座それぞれの電圧検出値Ｖ_T，Ｖ_M
が演算回路１２１，１２１′に与えられると同時にスイ
ッチ回路１３２に入力され、スイッチ回路１３２は図４
の交流き電装置における遮断器１７′の状態信号によっ
て選択信号が切り替えられる。すなわち、遮断器１７′
が投入状態の場合にはＶ_Mを、開放状態の場合にはＶ_Tを
選択する。スイッチ回路１３２の出力は加算器１３３に
より電圧設定値Ｖｒｅｆと突き合せが行われ、その差分
がスイッチ回路１３４に入力される。

【０１０１】スイッチ回路１３４は図４における遮断器
１８の状態信号により開閉が制御される。すなわち、遮
断器１８が投入状態の場合には閉、開放状態の場合には
開となる。このスイッチ回路１３４の出力が比例積分回
路１３５を介して演算回路１３６に与えられ、演算回路
１３６では電圧検出値Ｖ_TあるいはＶ_Mが設定値Ｖｒｅｆ
に追従するよう、入力信号から各単相交直変換器７，
７′が出力すべき電力値を計算してその結果をスイッチ
回路１３７，１３７′に与える。

【０１０２】スイッチ回路１３７，１３７′のもう一方
の入力端子には、図２に示した共通制御装置１２と同様
の回路構成により得られた最大値選択回路１２８，１２
８′から与えられる信号が入力され、遮断器１８の状態
に信号により信号を選択する。すなわち、遮断器１８が
投入状態の場合には、演算回路１３６から与えられる信
号を選択し、遮断器１８が開放状態の場合には、最大値
選択回路１２８，１２８′から与えられる信号を選択
し、その結果、得られた値を各変換器制御装置１１，１
１′へ運転指令値として与える。

【０１０３】この第５の実施の形態の交流き電装置は、
次のように動作する。図４に示した構成の交流き電装
置、そして図５に示した遮断器制御ロジック回路に対し
て、図８の構成の共通制御装置１２により単相交直変換
器７，７′を制御する。いま遮断器１７，１７′が投入
で、遮断器１８が開放状態の場合、すなわち、単相交直
変換器７がＴ座き電回路３に、単相交直変換器７′がＭ
座き電回路４に接続されている場合、共通制御装置１２
のスイッチ回路１３４が開放で、スイッチ回路１３７，
１３７′は最大値選択回路１２８から与えられる信号を
選択する。これにより、第１の実施の形態における共通
制御装置１２と同様の動作をする。すなわち、Ｔ座き電
回路３とＭ座き電回路４との負荷量に差がある場合や負
荷の合計量が隣接するき電用変圧器２の容量を超えた場
合に、単相交直変換器７，７′により負荷量の差分や変
圧器容量を超過した分を融通して運転を行う。

【０１０４】次に、隣接するき電用変圧器２のＴ座で故
障が発生した場合について説明する。図５に示した第３
の実施の形態の交流き電装置における遮断器１７，１
７′，１８を制御するロジック回路により遮断器１７′
が開放され、遮断器１８が投入されて単相交直変換器
７，７′が共にＴ座に接続された状態になる。一方、図
８の共通制御装置１２では、スイッチ回路１３２におい
てＴ座電圧検出値Ｖ_Tが選択され、スイッチ回路１３４
が投入され、スイッチ回路１３７，１３７′は演算回路
１３６から与えられる信号を選択する。

【０１０５】これにより、変換器制御装置１１，１１′
に対しては、Ｔ座電圧検出値Ｖ_Tが設定値Ｖｒｅｆに追
従するような電力値が運転指令値として与えられる。こ
の結果、図４の交流き電装置において、Ｍ座き電回路４
に対してはき電用変圧器２から電力が供給され、Ｔ座き
電回路３に対しては三相交流変換器５及び直流回路を介
して単相交直変換器７，７′から電力が供給されるよう
になる。この際、Ｔ座電圧が設定値Ｖｒｅｆ通りになる
よう変換器７，７′が制御されることにより、Ｔ座の負
荷量が変化しても自動的に適切な値の電力が交直変換シ
ステムによって供給される。

【０１０６】次に、隣接するき電変圧器２のＭ座で故障
が発生して停止した場合について説明する。図５に示し
たロジック回路により遮断器１７が開放され、遮断器１
８が投入されて単相交直変換器７，７′は共にＭ座に接
続された状態となる。一方、図８の共通制御装置１２で
は、スイッチ回路１３２においてＭ座電圧検出値Ｖ_Mが
選択され、スイッチ回路１３４が投入され、スイッチ回
路１３７，１３７′は演算回路１３６から与えられる信
号を選択する。

【０１０７】これにより、変換器制御装置１１，１１′
に対しては、Ｍ座電圧検出値Ｖ_Mが設定値Ｖｒｅｆに追
従するような電力値が運転指令値として与えられる。こ
の結果、図４の交流き電装置において、Ｔ座き電回路３
に対してはき電用変圧器２から電力が供給され、Ｍ座き
電回路４に対しては三相交直変換器５及び直流回路を介
して単相交直変換器７，７′から電力が供給されるよう
になる。この際、Ｍ座電圧が設定値Ｖｒｅｆ通りになる
よう変換器７，７′が制御されることにより、Ｍ座の負
荷量が変化しても自動的に適切な値の電力が交直変換シ
ステムにより供給される。

【０１０８】このようにして、第５の実施の形態の交流
き電装置によれば、き電用変圧器２が健全に運転されて
いる通常の状態では、負荷の状態にかかわらず三相交流
電力系統１側に流れる電流の逆相分を除去し、三相平衡
させることができる。また交直変換システムの容量はＴ
座とＭ座の負荷の差分あるいは最大負荷量からき電用変
圧器２の容量を差し引いた差分のみであればよく、交直
変換システムだけで電力供給を行う場合に比べてシステ
ム全体のコストを低減することができる。

【０１０９】加えて、き電用変圧器２に故障が発生して
片座のみにしか電力供給ができなくなった場合には、交
直変換システムによって故障発生側のき電回路へ適切な
量の電力供給が行えるため、負荷への供給電力不足が発
生する確率を下げ、電車の不要な減速運転を防止するこ
とができる。

【０１１０】次に、本発明の交流き電装置の第６の実施
の形態を、図９に基づいて説明する。図９では三相交直
変換器５及び単相交直変換器７′の検出装置と制御装置
については省略してあるが、本実施の形態の交流き電装
置における三相交直変換器５の制御・検出装置は図１に
示した第１の実施の形態と同様である。また単相交直変
換器７′の制御・検出装置は、以下に説明する単相交直
変換器７のものと同じ構成であり、同じ動作をするもの
である。

【０１１１】図９に示す交流き電装置と制御装置は、図
１に示した第１の実施の形態の交流き電装置に対して、
き電用変圧器２の運転状態を監視するための状態監視装
置３９、スイッチ回路４０，４１、位相発振器４２、交
流電圧制御回路４３を追加したものである。

【０１１２】状態監視装置３９は、き電用変圧器２がＴ
座き電回路３、Ｍ座き電回路４に電力供給を行っている
か否かを監視し、電力供給していない場合にはオン信号
をスイッチ回路４０，４１に与える。スイッチ回路４０
の一方の入力端子ａには、Ｔ座交流電圧の位相を検出す
る位相検出器３４の出力、すなわちＴ座電圧位相が与え
られ、もう一方の入力端子ｂには位相発振器４２の出力
が与えられている。この位相発振器４２は一定の周波数
で発振して得られた位相を出力する装置である。そして
スイッチ回路４０は、通常は位相検出器３４の出力（ａ
側）を選択しており、状態監視装置３９から与えられる
信号がオンになったときには位相発振器４４の出力（ｂ
側）を選択する。

【０１１３】一方、スイッチ回路４１の一方の入力端子
ａには、共通制御装置１２から与えられた運転指令値に
追従するよう制御を行う変換器制御装置１１の出力が与
えられており、もう一方の端子ｂには、交流電圧制御回
路４３の出力が与えられている。この交流電圧制御回路
４３は交流電圧検出器１６によって検出されたＴ座交流
電圧の値が、例えば定格電圧といったあらかじめ決めら
れた設定値に追従するような制御を行う回路である。す
なわち、検出電圧が設定値よりも大きければ、単相交直
変換器７の出力電圧を下げ、設定値よりも小さければ出
力電圧を上げるような信号を発生する。

【０１１４】このスイッチ回路４１では、通常は変換器
制御装置１１の出力（ａ側）を選択しており、状態監視
装置３９から与えられる信号がオンになったときには交
流電圧制御回路４３の出力（ｂ側）を選択する。

【０１１５】次に、上記の第６の実施の形態の交流き電
装置の動作を説明する。図９に示した交流き電装置で
は、き電用変圧器２が健全に運転され、各き電回路３，
４に電力供給を行っている場合、スイッチ回路４０では
位相検出器３４の出力（ａ側）が選択され、スイッチ回
路４１では変換器制御装置１１の出力（ａ側）が選択さ
れる。これにより、この実施の形態の交流き電装置も、
図１に示した第１の実施の形態の装置と同様に動作す
る。すなわち、負荷が必要とする電力を、き電用変圧器
２と交直変換システムとが分担して供給するように動作
する。そして単相交直変換器７はＴ座電圧に同期して運
転される。

【０１１６】いま、き電用変圧器２が故障して交流電力
系統１から切り離され、停止した場合、状態監視装置３
９の出力がオンとなり、各スイッチ回路４０，４１がａ
側端子からｂ側端子に切り替えられ、スイッチ回路４０
では位相発振器４２の出力が選択され、スイッチ回路４
１では交流電圧制御回路４３の出力が選択される。この
結果、単相交直変換器７は位相発振器４２の出力位相に
同期し、かつＴ座き電回路３の電圧が設定値通りの値と
なるように制御される。

【０１１７】き電用変圧器２が停止している場合、き電
回路３，４から見ると、単相交直変換器７，７′が唯一
の電源となる。そのため、電圧の大きさと周波数を決め
るのは単相交直変換器７，７′の出力電圧である。位相
発振器４２は一定の周波数で発振しており、単相変換器
７がそれに同期して運転され、さらに交流電圧制御回路
４３によって検出電圧が設定値に追従するように単相変
換器７の出力電圧の大きさが制御されることにより、負
荷の大きさにかかわらず、Ｔ座き電回路３の電圧の大き
さが一定に保たれる。

【０１１８】この第６の実施の形態の交流き電装置によ
れば、通常時にはき電用変圧器２と交直変換システムと
によって負荷を適切に分担して運転することができ、図
１に示した第１の実施の形態の装置と同様に三相交流電
力系統１側に流れる電流を三相平衡させることができ
る。さらに、き電用変圧器２が故障してき電回路側に電
源がなくなった場合にも、単相交直変換器がき電回路電
圧の大きさと周波数を一定に保つよう制御され、安定し
た電力を負荷に供給することができ、負荷への供給電力
が不足する事態が発生する確率を下げ、電車の不要な減
速運転を防止することができる。

【０１１９】次に、本発明の交流き電装置の第７の実施
の形態を図１０に基づいて説明する。図１０では三相交
直変換器５及び単相交直変換器７′の検出装置と制御装
置については省略してあるが、本実施の形態の交流き電
装置における三相交直変換器５の制御・検出装置は図１
に示した第１の実施の形態と同様である。また単相交直
変換器７′の制御・検出装置は、以下に説明する単相交
直変換器７のものと同じ構成であり、同じ動作をする。

【０１２０】図１０に示す交流き電装置と制御装置は、
図９に示した第６の実施の形態の交流き電装置に対し
て、位相発振器４２の代わりに位相補正器４４を備え、
三相交流電力系統１側の位相検出器３５の出力を三相交
直変換器５側のパルス発生器３８へ与えると同時に位相
補正器４４に対しても与え、位相補正器４４では、き電
用変圧器２の結線方式に応じて位相検出器３５の出力で
ある位相を選択してシフトさせるようにしている。例え
ば、き電用変圧器２がスコット結線変圧器で、単相交直
変換器７の接続されるき電回路がＴ座である場合、電圧
位相は三相電力側の基準相と等しいので、その相の位相
を選択する。そして単相交直変換器の接続されるき電回
路がＭ座であれば、三相基準相に対して９０度進み位相
となるため、基準位相に対して９０度を加えた値を出力
する。この位相補正器４４の出力がスイッチ回路４０の
入力端子に与えられる。その他の構成は、図９に示した
第６の実施の形態と同じである。

【０１２１】次に、この実施の形態の交流き電装置の動
作を説明する。き電用変圧器２が健全に運転され、各座
き電回路３，４に電力供給を行っている場合には、図９
の第６の実施の形態の装置と同様、スイッチ回路４０で
は位相検出器３４の出力（ａ側）が選択され、スイッチ
回路４１では変換器制御装置１１の出力（ａ側）が選択
される。これにより、図１に示した第１の実施の形態の
装置と同様に動作する。単相交直変換器７はＴ座電圧に
同期して運転される。

【０１２２】いま、き電用変圧器２が故障して交流電力
系統１から切り離されて停止している場合、状態監視装
置３９の出力がオンとなり、各スイッチ回路４０，４１
にそのオン信号が与えられる。スイッチ回路４０では、
これによって位相補正器４４の出力（ｂ側）が選択さ
れ、スイッチ回路４１では交流電圧制御回路４３の出力
（ｂ側）が選択される。これにより、単相交直変換器７
は位相補正器４４の出力位相、すなわち三相交流電力系
統１側の電圧位相に同期し、かつＴ座き電回路３の電圧
が設定値通りの値となるように制御される。

【０１２３】ここで、き電用変圧器２が停止している場
合、き電回路３，４から見ると、単相交直変換器７，
７′が唯一の電源となる。そのため、電圧の大きさと周
波数を決めるのは単相交直変換器７，７′の出力電圧で
ある。位相補正器４４は三相交流電力系統１と等しい周
波数で発振しており、単相交直変換器７がそれに同期し
て運転され、さらに交流電圧制御回路４３によって検出
電圧が設定値に追従するように単相交直変換器７の出力
電圧の大きさが制御されることにより、き電回路３には
安定した電圧が供給されることになる。

【０１２４】次に、き電用変圧器２が故障から復帰する
場合の動作を考える。復帰に伴い、状態監視装置３９の
動作によってスイッチ回路４０は位相検出器３４の出力
（ａ側）を選択するように切り替わる。一方、スイッチ
回路４１は変換器制御装置１１の出力（ａ側）を選択す
るように切り替わる。ただし、これら切替えは主回路側
の切替え、すなわちき電用変圧器２の併入と完全に同時
に行うのは現実に困難であり、若干の遅れが生じる。

【０１２５】そのため、図９に示した構成の交流き電装
置の場合には、き電用変圧器２が併入されて制御側の切
替えが行われていない状態では、位相発振器４２の出力
周波数及び出力位相は必ずしも三相交流電力系統１側と
一致していないため、単相交直変換器７の出力電圧とき
電用変圧器２を介して与えられる電圧との間に位相差及
び周波数の不一致が生じて安定した運転ができなくなる
可能性がある。そこで、図９の装置を使用する場合に
は、き電用変圧器２の復帰時には、いったん交直変換器
を停止させる必要がある。

【０１２６】これに対して、本実施の形態の交流き電装
置の場合には、き電用変圧器２が停止している間もき電
回路３の位相が三相交流電力系統１側に同期して運転さ
れているため、き電用変圧器２が復帰して変換器制御装
置１１側への切替えが行われるまでの間も安定に運転で
き、また変換器制御装置１１側への切替えの際の動揺も
小さく抑えられる。

【０１２７】このように、第７の実施の形態によれば、
通常時にはき電用変圧器２と交直変換システムとの間で
負荷を適切に分担して運転することができ、第１の実施
の形態の交流き電装置と同様に三相交流電力系統１側に
流れる電流を三相平衡させることができる。き電用変圧
器２が故障して、き電回路側に電源がなくなった場合に
も、単相交直変換器がき電回路電圧の大きさと周波数を
一定に保つよう制御されることにより、安定した電力を
負荷に供給することができ、負荷への供給電力不足が発
生する確率を下げ、電車の不要な減速運転を防止するこ
とができるようになる。さらに、き電用変圧器２が故障
から復帰する際に、いったん交直変換システム側を停止
する必要がなく、負荷に対する電力供給を続けたままの
状態で運転できる。

【０１２８】次に、本発明の交流き電装置の第８の実施
の形態を、図１１及び図１２基づいて説明する。第８の
実施の形態の交流き電装置は、交直変換システムにおけ
る三相交直変換器５に対する制御方式に特徴を有する。
図１１では、単相交直変換器７，７′に対する検出装置
と制御装置については省略してあるが、本実施の形態で
はこれらの検出装置と制御装置として図１に示した第１
の実施の形態で採用されたもの、図４に示した第３の実
施の形態、図９に示した第６の実施の形態や図１０に示
した第７の実施の形態それぞれで採用されたものが適用
される。

【０１２９】図１１に示した交流き電装置は、図１に示
した第１の実施の形態の装置に対して、三相交直変換器
５を制御するための変換器制御装置１０の代わりに、実
効値電圧検出器４６と、この実効値電圧検出器４６の出
力と直流電圧検出器１３の出力とを入力信号とする変換
器制御装置４５とを設けている。

【０１３０】実効値電圧検出器４６は、交流電圧検出器
３６から与えられる三相瞬時電圧値から実効値電圧、す
なわち電圧の大きさＶａｃを検出する装置であり、三相
全波整流方式やデジタルフィルタ方式のものが一般的に
使用される。

【０１３１】変換器制御装置４５の出力はパルス発生器
３８に与え、パルス発生器３８では、位相検出器３５か
ら与えられた位相と制御装置４５からの信号とに基づい
てパルス信号を発生して三相交直変換器５の運転を行う
ようにしてある。

【０１３２】変換器制御装置４５の内部構成は図１２に
示してある。この変換器制御装置４５に対して、直流電
圧検出器１３より直流電圧検出値Ｅｄが与えられ、実効
値電圧検出器４６より交流電圧検出値Ｖａｃが与えられ
る。

【０１３３】直流電圧検出値Ｅｄは加算器４５３で設定
値Ｅｄｒｅｆと突き合せが行われ、その差分が比例積分
回路４５４に入力される。比例積分回路４５４の出力は
変換器出力電圧の遅れ位相量としてパルス発生器３８に
与えられる。一方、交流電圧検出値Ｖａｃは加算器４５
１で設定値Ｖｒｅｆと突き合せが行われ、その差分が比
例積分回路４５２に入力される。比例積分回路４５２の
出力は変換器出力電圧の大きさとしてパルス発生器３８
に与えられる。

【０１３４】次に、上記構成の第８の実施の形態の交流
き電装置の動作を説明する。図１２に示した変換器制御
装置４５において、三相交直変換器５が出力し、直流電
圧検出器１３が検出する直流電圧Ｅｄが低下すると、比
例積分回路４５４の出力が大きくなり、変換器出力電圧
の遅れ位相が大きくなるように制御が行われる。三相交
直変換器５と三相交流電力系統１との間にはインダクタ
ンス成分である三相変圧器６があるため、交流電力系統
側の電圧に対して変換器出力電圧の位相遅れが大きくな
る程、三相交流電力系統１側から三相交直変換器５側へ
供給される有効電力が大きくなる。

【０１３５】すなわち、直流電圧Ｅｄが低下すると電力
系統１側から有効電力が供給され、直流キャパシタ９が
充電されて直流電圧が上昇し、設定値Ｅｄｒｅｆに保た
れるように制御される。反対に直流電圧Ｅｄが上昇する
と、直流キャパシタ９が放電されて直流電圧が低下する
ように制御される。こうして、き電回路３，４の負荷電
力が変化しても三相交直変換器５側で直流電圧を一定に
保つことにより、安定した有効電力の融通が行える。

【０１３６】一方、交流電力系統１側の電圧に対して三
相交直変換器５の出力電圧の方が大きな値の場合には、
三相交直変換器５から交流系統に対して無効電力が供給
されて電圧を上昇させる作用がある。逆に交流電力系統
１側の電圧に対して三相交直変換器５の出力電圧の方が
小さくなると、無効電力が消費されて電圧を低下させ
る。

【０１３７】図１２の回路では、交流電圧検出値Ｖａｃ
が低下すると比例積分回路４５２の出力が大きくなり、
変換器出力電圧が大きくなるように制御される。これに
より、無効電力が交流電力系統１側に供給されて電圧が
上昇する。反対に交流電圧検出値Ｖａｃが大きくなる
と、変換器出力電圧が小さくなるように制御されて、交
流電力系統１側の電圧も低下する。こうして、三相交流
電力系統１の電圧は設定値Ｖｒｅｆに保たれて運転され
る。なお、無効電力に関しては、三相交直変換器５側と
単相交直変換器７，７′側は直流回路で分離されていて
独立に制御される。

【０１３８】このように、第８の実施の形態の交流き電
装置によれば、第１の実施の形態、あるいは第６の実施
の形態、第７の実施の形態と同様の作用、効果を奏する
上に、三相電力系統１側の電圧を一定に保つことができ
る。特にき電システムの場合には、負荷の変動が激し
く、同じき電区間に複数台の電車がある場合には大きな
負荷電流が流れることによって電圧低下する可能性があ
るが、本実施の形態の装置のように交流電力系統１側の
電圧を維持することにより、交流電力系統１側に対する
負荷変動の影響を小さく抑えることができ、またき電用
変圧器２を介して接続されているき電回路３，４の電圧
低下も防止することができ、安定した電力を負荷に供給
することができるようになる。

【０１３９】なお、本実施の形態の三相交直変換器５に
対する制御方式は、図１、図４、図９、図１０それぞれ
に示した交流き電装置における三相交直変換器５の制御
のために、変換器制御装置１０に代えて等しく適用する
ことができる。

【０１４０】次に、本発明の交流き電装置の第９の実施
の形態を図１３及び図１４に基づいて説明する。図１３
では三相交直変換器５及び単相交直変換器７′の検出装
置と制御装置については省略してあるが、本実施の形態
の交流き電装置における三相交直変換器５の制御・検出
装置は図１に示した構成、あるいは図１１に示した構成
のものが採用される。また単相交直変換器７′の制御・
検出装置は、以下に説明する単相交直変換器７のものと
同じ構成であり、同じ動作をする。

【０１４１】図１３に示す本実施の形態の交流き電装置
は、図１に示した装置に対して、共通制御装置１２から
与えられる運転指令値と交流電流検出器１５の出力を入
力信号とする変換器制御装置１１の代わりに、実効値電
圧検出器４８、またこの実効値電圧検出器４８の出力と
共通制御装置１２から与えられる運転指令値と交流電流
検出器１５の出力とを入力信号とする変換器制御装置４
７を備えたことを特徴としている。

【０１４２】変換器制御装置４７の出力はパルス発生器
３７に与えられ、パルス発生器３７では位相検出器３４
から与えられた位相と変換器制御装置４７から与えられ
た信号とに基づいてパルス信号を発生し、単相交直変換
器７の運転を行う。また実効値電圧検出器４８は、交流
電圧検出器１６から与えられた瞬時電圧値から実効値電
圧すなわち電圧の大きさＶａｃを検出して変換器制御装
置４７に与える。

【０１４３】変換器制御装置４７は、図１４に示す回路
構成である。この変換器制御装置４７は、共通制御装置
１２より運転指令値として、単相交直変換器７が出力す
べき電力値Ｐｒｅｆを入力し、交流電流検出器１５から
変換器出力電流検出値Ｉを入力し、実効値電圧検出器４
８から交流電圧検出値Ｖａｃを入力する。

【０１４４】入力される変換器出力電流検出値Ｉは有効
電力成分分離回路４７３に与えられ、この有効電力成分
分離回路４７３では、入力電流値と電圧の位相関係から
有効電力成分Ｉｐを分離して出力し、加算器４７４に与
える。一方、運転指令値Ｐｒｅｆも加算器４７４に与え
られる。加算器４７４では有効電力成分Ｉｐと運転指令
値Ｐｒｅｆとの突き合せを行い、差分を比例積分回路４
７５に入力する。比例積分回路４７５の出力は変換器出
力電圧の遅れ位相量としてパルス発生回路３７に与えら
れる。

【０１４５】もう１つの入力である交流電圧検出値Ｖａ
ｃは加算器４７１で設定値Ｖｒｅｆと突き合せが行わ
れ、加算器４７１の出力する差分が比例積分回路４７２
に入力される。比例積分回路４７２の出力は変換器出力
電圧の大きさとしてパルス発生回路３７へ与えられる。

【０１４６】上記の交流き電装置の動作を、次に説明す
る。図１４に示す変換器制御装置４７において、共通制
御装置１２から与えられる運転指令値Ｐｒｅｆが増加す
ると、比例積分回路４７５の出力が大きくなり、変換器
出力電圧の遅れ位相が大きくなるように制御される。単
相交直変換器７とＴ座き電回路３との間にはインダクタ
ンス成分である単相変圧器８があるので、き電回路３側
の電圧に対して変換器出力電圧の位相遅れが大きくなる
程、単相交直変換器７がき電回路３へ供給する有効電力
が大きくなる。すなわち、運転指令値Ｐｒｅｆが大きく
なると単相交直変換器７から供給される運転電力が増え
て、運転指令値に追従するように動作する。

【０１４７】一方、き電回路３側の電圧に対して変換器
出力電圧の方が大きい場合には、き電回路３に対して無
効電力が供給されて電圧が上昇し、逆に変換器出力電圧
が小さくなると、無効電力が消費されてき電回路３の電
圧が低下する。そこで、本実施の形態における変換器制
御装置４７では、Ｔ座き電回路３の交流電圧検出値Ｖａ
ｃが低下すると、比例積分回路４７２の出力が大きくな
り、変換器出力電圧が大きくなるように制御される。こ
れにより、無効電力がき電回路３側に供給されてその電
圧が上昇する。反対に交流電圧検出値Ｖａｃが大きくな
ると、変換器出力電圧が小さくなるように制御されて、
き電回路３側の電圧も低下する。この結果、Ｔ座き電回
路３の電圧は設定値Ｖｒｅｆに保たれて運転されること
になる。

【０１４８】このように、この実施の形態の交流き電装
置によれば、第１の実施の形態、あるいは第８の実施の
形態と同様の作用、効果を奏する上に、き電回路の電圧
を一定に保つことができる。き電システムの場合、負荷
の変動が激しく、同じき電区間に複数台の電車がある場
合には大きな負荷電流が流れることによって電圧が低下
する可能性があるが、本実施の形態の装置によればき電
回路の電圧を維持することができるので、安定した電力
を負荷に供給することができ、またき電用変圧器２を介
して接続されている三相交流電力系統１側に与える影響
を小さくすることができる。

【０１４９】なお、本実施の形態の単相交直変換器７，
７′に対する制御方式は、図１、図４、図９、図１０、
図１１それぞれに示した交流き電装置における単相交直
変換器７，７′の制御のために、変換器制御装置１１，
１１′に代えて等しく適用することができる。

【０１５０】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明の交流き電
装置によれば、電力系統側の三相交流電力を二相交流電
力に変換して列車負荷に単相電力を供給するき電用変圧
器と並列に、三相交流電力を直流電力に変換し、その直
流電力を単相交流電力に変換する交直変換器を接続する
ことにより、き電用変圧器で生じた系統側の不平衡電流
を交直変換器で補償して三相平衡電流にする制御方法を
採用することができ、この制御方法を用いることによっ
て、き電用変圧器で生じた系統側の不平衡電流を交直変
換器で補償することができ、しかも交直変換器の容量は
不平衡電流を補償する分のみでよいのでシステム全体の
コストの高騰を避けることができる。

【０１５１】また過負荷になった場合には、定格超過分
の電流を交直変換器に比べて過電流耐量の大きいき電用
変圧器に流す制御方法を採用することができ、この制御
方法を採用することにより、交直変換器が保護停止する
の避けることができ、より信頼性の高い電力供給を行え
るようになる。

【０１５２】請求項２の発明の交流き電装置の制御方法
によれば、き電用変圧器で生じた系統側の不平衡電流を
第１単相、第２単相交直変換器で補償して三相平衡電流
にすることができ、しかも交直変換器の容量は不平衡を
補償する分のみでよいので交流き電装置のシステム全体
のコストの高騰を避けることができる。また、過負荷に
なった場合には、定格超過分の電流は交直変換器に比べ
て過電流耐量の大きいき電用変圧器に流すことにより、
交直変換器が保護停止するのを避けることができ、より
信頼性の高い電力供給を行うことができる。

【０１５３】請求項３の発明の交流き電装置によれば、
通常時には第１スイッチ、第２スイッチを投入状態に
し、バイパススイッチを開放状態にし、電力系統側の三
相交流電力を二相交流電力に変換して列車負荷に単相電
力を供給するき電用変圧器と並列に、三相交流電力を直
流電力に変換し、その直流電力を単相交流電力に変換す
る交直変換器を接続することにより、き電用変圧器で生
じた系統側の不平衡電流を交直変換器で補償して三相平
衡電流にする制御方法を採用することができ、この制御
方法によって、き電用変圧器で生じた系統側の不平衡電
流を交直変換器で補償することができる。

【０１５４】またバイパススイッチを投入状態にし、第
１スイッチ、第２スイッチのうちの一方を開放状態、他
方を投入状態にする制御方法を採用することができ、こ
の制御によって第１単相交直変換器、第２単相交直変換
器の両方から１つの交流き電回路へ電力を供給すること
ができ、き電用変圧器やき電回路の故障時により融通性
のある電力供給が行えるようになる。

【０１５５】請求項４の発明の交流き電装置の制御方法
によれば、通常時にはき電用変圧器で生じた系統側の不
平衡電流を第１単相、第２単相交直変換器で補償して三
相平衡電流にすることができる。そして２つの交流き電
回路のうちの片方でき電用変圧器からの電力供給が行え
なくなった場合や両座のき電区間長に大きな差ができた
場合には、き電用変圧器から電力供給の行えなくなった
側のき電回路あるいはき電区間が長くなり一度に多数の
電車に電力供給を行う必要の生じた側のき電回路に対し
ては、２台の単相交直変換器の両方から電力を供給し、
他方、健全側あるいはき電区間の短くなった側のき電回
路に対してはき電用変圧器から電力供給することがで
き、き電用変圧器の故障時などにも安定した電力供給が
行える。

【０１５６】請求項５の発明の交流き電装置の制御方法
によれば、通常時にはき電用変圧器で生じた系統側の不
平衡電流を第１単相、第２単相交直変換器で補償して三
相平衡電流にすることができる。そして２つの交流き電
回路のうちの片方でき電用変圧器からの電力供給が行え
なくなった場合や両座のき電区間長に大きな差ができた
場合には、き電用変圧器から電力供給の行えなくなった
側のき電回路あるいはき電区間が長くなり一度に多数の
電車に電力供給を行う必要の生じた側のき電回路に対し
ては、２台の単相交直変換器の両方から電力を供給し、
他方、健全側あるいはき電区間の短くなった側のき電回
路に対してはき電用変圧器から電力供給することがで
き、き電用変圧器の故障時などにも安定した電力供給が
行える。

【０１５７】請求項６の発明の交流き電装置の制御方法
によれば、通常時にはき電用変圧器で生じた系統側の不
平衡電流を第１単相、第２単相交直変換器で補償して三
相平衡電流にすることができる。そしてき電用変圧器か
ら電力供給が行えなくなった時には、単相交直変換器の
みを介して各き電回路に必要な電力を融通することが可
能となり、より信頼性の高い電力融通を行うことができ
る。

【０１５８】請求項７の発明の交流き電装置の制御方法
によれば、請求項６の発明の効果に加えて、第１単相交
直変換器、第２単相交直変換器それぞれの出力電圧の周
波数及び位相を三相交流電力の電圧周波数及び位相と同
期させるように制御するので、き電用変圧器が復帰する
場合に交直変換器を停止する必要がなく、復帰時の動揺
を小さくしてより安定な電力供給を行うことができる。

【０１５９】請求項８及び９の発明の交流き電装置の制
御方法によれば、三相交直変換器によって直流電圧を一
定に保つのに必要な有効電力を直流電力に変換すると同
時に、三相交流電力の電圧値を指令値通りに保つように
三相交直変換器の無効電力出力の値を制御するので、負
荷量が変動した場合にも系統側の電圧を維持して電力系
統へ与える影響を小さくできる。

【０１６０】請求項１０及び１１の発明の交流き電装置
の制御方法によれば、第１単相交直変換器、第２単相交
直変換器それぞれにおいて、負荷に必要な有効電力を直
流電力から交流電力に変換して第１き電回路、第２き電
回路それぞれに供給すると同時に、第１き電回路、第２
き電回路それぞれの電圧の大きさを指令値通りに保つよ
うに第１単相交直変換器、第２単相交直変換器それぞれ
の出力電圧の大きさを制御するので、負荷量が変動した
場合にも系統側の電圧を維持して電力系統へ与える影響
を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の交流き電装置の構
成を示すブロック図。

【図２】上記の実施の形態の交流き電装置における共通
制御装置の構成を示すブロック図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の交流き電装置にお
ける共通制御装置の構成を示すブロック図。

【図４】本発明の第３の実施の形態の交流き電装置の構
成を示すブロック図。

【図５】上記の実施の形態の交流き電装置における遮断
器群の制御ロジック回路の構成を示すブロック図。

【図６】本発明の第４の実施の形態の交流き電装置にお
ける遮断器群の制御ロジック回路の構成を示すブロック
図。

【図７】一般的な交流き電システムの構成を示すブロッ
ク図。

【図８】本発明の第５の実施の形態の交流き電装置の構
成を示すブロック図。

【図９】本発明の第６の実施の形態の交流き電装置の構
成を示すブロック図。

【図１０】本発明の第７の実施の形態の交流き電装置の
構成を示すブロック図。

【図１１】本発明の第８の実施の形態の交流き電装置の
構成を示すブロック図。

【図１２】上記の実施の形態の交流き電装置における三
相交直変換器に対する変換器制御装置の構成を示すブロ
ック図。

【図１３】本発明の第９の実施の形態の交流き電装置の
構成を示すブロック図。

【図１４】上記の実施の形態の交流き電装置における単
相交直変換器に対する変換器制御装置の構成を示すブロ
ック図。

【図１５】従来の一般的な三相交流き電システムを示す
ブロック図。

【図１６】従来の一般的なき電用変圧器の構成を示すブ
ロック図。

【符号の説明】

１ 三相交流電力系統 ２ き電用変圧器 ３ Ｔ座き電回路 ４ Ｍ座き電回路 ５ 三相交直変換器 ６ 三相変圧器 ７，７′ 単相交直変換器 ８，８′ 単相変圧器 ９ 直流キャパシタ １０ 変換器制御装置 １１，１１′ 変換器制御装置 １２ 共通制御装置 １４，１４′ 電流検出器 １５，１５′ 電流検出器 １６，１６′ 電圧検出器 １７，１７′ 遮断器 １８ 遮断器 ３４，３４′ 位相検出器 ３５ 位相検出器 ３６ 三相電圧検出器 ３７，３７′ パルス発生器 ３８ パルス発生器 ４２ 位相発振器 ４３ 交流電圧制御回路 ４４ 位相補正器 ４５ 変換器制御装置 ４６ 実効値電圧検出器 ４７ 変換器制御装置 ４８ 実効値電圧検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/12 Ｈ０２Ｍ 7/12 Ｍ 7/48 7/48 Ｄ (72)発明者 増山 隆雄 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 三吉 京 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5G066 GC01 5H004 GA16 GB06 GB11 HA14 HB14 JA22 JB08 JB09 KA54 KB02 KB04 KB37 LA18 MA08 5H006 AA02 AA05 BB05 CA05 CA12 CB01 CB07 CC02 DA04 DC05 5H007 AA02 AA06 AA08 AA17 BB06 CA05 CB03 CC03 CC12 CC32 DA03 DA05 DB01 DC02 DC04 5H750 AA03 AA04 BA08 CC04 CC11 DD14 DD17 FF02 FF07 FF10

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三相交流電力を２系統の二相交流に変換
   して第１き電回路、第２き電回路それぞれに単相交流電
   力を供給するき電用変圧器と、 前記き電用変圧器と三相交流側が並列に接続され、前記
   三相交流電力を直流電力に変換する三相交直変換器と、 前記三相交直変換器の直流側に接続され、前記三相交直
   変換器の出力する直流電力を単相交流に変換して前記第
   １き電回路に出力する第１単相交直変換器と、 前記三相交直変換器の直流側に接続され、前記三相交直
   変換器の出力する直流電力を単相交流に変換して前記第
   ２き電回路に出力する第２単相交直変換器とを備えて成
   る交流き電装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の交流き電装置に対し
   て、前記第１き電回路、第２き電回路の前記き電用変圧
   器からの出力電力量を監視し、その電力量に差が発生し
   たときにその差分の電力を融通するように前記第１単相
   交直変換器及び第２単相交直変換器を制御することを特
   徴とする交流き電装置の制御方法。
3. 【請求項３】 前記第１単相交直変換器の交流側と前記
   第１き電回路との間に第１スイッチを挿入し、前記第２
   単相交直変換器の交流側と前記第２き電回路との間に第
   ２スイッチを挿入し、前記第１単相交直変換器の交流側
   と第２単相交直変換器の交流側との間にバイパススイッ
   チを挿入したことを特徴とする請求項１に記載の交流き
   電装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の交流き電装置に対し
   て、通常時には前記バイパススイッチを開放状態、前記
   第１スイッチ及び第２スイッチを投入状態にし、片座延
   長き電又は片座２回路き電の際には前記バイパススイッ
   チを投入状態、前記第１スイッチ又は第２スイッチのう
   ちの一方を開放状態、それらのうちの他方を投入状態に
   して運転を行うよう、前記第１スイッチ、第２スイッチ
   及びバイパススイッチを制御することを特徴とする交流
   き電装置の制御方法。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の交流き電装置に対し
   て、通常時には前記バイパススイッチを開放状態、前記
   第１スイッチ及び第２スイッチを投入状態にし、前記第
   １き電回路又は第２き電回路の一方が故障した時には前
   記バイパススイッチを投入状態、前記第１スイッチ又は
   第２スイッチのうちの一方を開放状態、それらのうちの
   他方を投入状態にし、前記第１単相交直変換器と第２単
   相交直変換器との両方から前記第１き電回路と第２き電
   回路とのうちの故障したき電回路に対して必要な電力を
   供給するように制御することを特徴とする交流き電装置
   の制御方法。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の交流き電装置に対し
   て、通常時には前記第１き電回路、第２き電回路の前記
   き電用変圧器からの出力電力量を監視し、その電力量に
   差が発生したときにその差分の電力を融通するように前
   記第１単相交直変換器及び第２単相交直変換器を制御
   し、前記き電用変圧器から電力供給が行えなくなった時
   には前記第１単相交直変換器、第２単相交直変換器それ
   ぞれが接続されている前記第１き電回路、第２き電回路
   それぞれが一定の電圧値及び周波数を維持するよう制御
   することを特徴とする交流き電装置の制御方法。
7. 【請求項７】 前記第１単相交直変換器、第２単相交直
   変換器それぞれの出力電圧の周波数及び位相を前記三相
   交流電力の電圧周波数及び位相と同期させるように制御
   することを特徴とする請求項６に記載の交流き電装置の
   制御方法。
8. 【請求項８】 請求項１又は３に記載の交流き電装置に
   対して、前記三相交直変換器によって直流電圧を一定に
   保つのに必要な有効電力を直流電力に変換すると同時
   に、前記三相交流電力の電圧値を指令値通りに保つよう
   に当該三相交直変換器の無効電力出力の値を制御するこ
   とを特徴とする交流き電装置の制御方法。
9. 【請求項９】 前記三相交直変換器によって直流電圧を
   一定に保つのに必要な有効電力を直流電力に変換すると
   同時に、前記三相交流電力の電圧値を指令値通りに保つ
   ように当該三相交直変換器の無効電力出力の値を制御す
   ることを特徴とする請求項２，４〜７のいずれかに記載
   の交流き電装置の制御方法。
10. 【請求項１０】 請求項１又は３に記載の交流き電装置
    に対して、前記第１単相交直変換器、第２単相交直変換
    器それぞれにおいて、負荷に必要な有効電力を直流電力
    から交流電力に変換して前記第１き電回路、第２き電回
    路それぞれに供給すると同時に、当該第１き電回路、第
    ２き電回路それぞれの電圧の大きさを指令値通りに保つ
    ように当該第１単相交直変換器、第２単相交直変換器そ
    れぞれの出力電圧の大きさを制御することを特徴とする
    交流き電装置の制御方法。
11. 【請求項１１】 前記第１単相交直変換器、第２単相交
    直変換器それぞれにおいて、負荷に必要な有効電力を直
    流電力から交流電力に変換して前記第１き電回路、第２
    き電回路それぞれに供給すると同時に、当該第１き電回
    路、第２き電回路それぞれの電圧の大きさを指令値通り
    に保つように当該第１単相交直変換器、第２単相交直変
    換器それぞれの出力電圧の大きさを制御することを特徴
    とする請求項２，４，５〜７，９のいずれかに記載の交
    流き電装置の制御方法。