JP2004056956A - フィルタコンデンサ容量低下検知回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記フィルタコンデンサの端子電圧を検出する電圧検出器とを有し、前記フィルタコンデンサの電荷を放電する放電部と、前記電圧検出器の出力からフィルタコンデンサ容量を演算する手段と、前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段により求められたフィルタコンデンサ容量が規定値以下の場合に、フィルタコンデンサ容量低下信号を発生する手段とを備えたことを特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタコンデンサ容量検知回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電圧型インバータを用いた制御装置の主回路構成について、図を参照し詳細に説明する。図8は、電圧型インバータを用いた従来の制御装置の主回路構成を示した図である。
従来の電圧型インバータを用いた制御装置の主回路は、パンタグラフ1,接触器2,フィルターリアクトル3,フィルタコンデンサ4,VVVFインバータ5,誘導電動機6,接地ブラシ7から構成されている。
このように構成された電圧型インバータを用いた制御装置の主回路において、パンタグラフ1と接触器2が接続される。接触器2は、フィルターリアクトル3と接続される。フィルターリアクトル3と並列にフィルタコンデンサ4とVVVFインバータ5が接続される。VVVFインバータ5と誘導電動機6が接続される。接地ブラシ7は、フィルタコンデンサ4とVVVFインバータ5と接続される。
このように構成された電圧型インバータを用いた制御装置の主回路において、架線(図示しない)を流れる直流電力は、パンタグラフ1,接触器2,フィルタリアクトル3とフィルタコンデンサ4を介してVVVFインバータ5に供給される。VVVFインバータ5は、供給された直流電力を3相交流電力に変換し、誘導電動機6出力する。誘導電動機6は、VVVFインバータ5から供給された三相交流電力により駆動する。なお、VVVFインバータ5の直流電力入力の負側は、接地ブラシ7を介して、軌道へ接続される。
【0003】
このように構成された電圧型インバータを用いた制御装置の主回路により、誘導電動機6を制御することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電圧型インバータを用いた制御装置の主回路では、フィルタコンデンサ4の容量を検知する機能が備わっていないため、コンデンサーが劣化などにより容量が低下した場合、VVVFインバータ5による制御の安定性が悪くなるなどの問題がある。また、フィルタコンデンサ4の容量検知機能が備わっていないため、定期的にフィルタコンデンサ4の容量を測定することが必要で保守に手間がかかるといった問題がある。
このような問題を解決するために、特許第3253433号に開示されているように、フィルタコンデンサ4の容量低下を、放電回路に流れる脈動電流の増加により検知する方式などが考案された。しかし、特許第3253433号に開示されている方式を使用した場合、装置が大型化してしまうという欠点がある。
そこで本発明では、小形化することの出来るフィルタコンデンサ容量低下検知回路を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づくフィルタコンデンサ容量低下検知回路は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記インバータで駆動される電動機とを有する電気車制御装置において、前記フィルタコンデンサの端子電圧を検出する電圧検出器とを有し、前記フィルタコンデンサの電荷を放電する放電部と、前記電圧検出器の出力からフィルタコンデンサ容量を演算する手段と、前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段により求められたフィルタコンデンサ容量が規定値以下の場合に、フィルタコンデンサ容量低下信号を発生する手段とを備えたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
本発明に基づく第1の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路について、図を参照し詳細に説明する。図1は、制御装置の主回路の構成図である。なお、図7記載のものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。なお、図1中の矢印は信号またはデータの出力を示している。
本発明に基づく第1の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、パンタグラフ1,接触器2,フィルターリアクトル3,フィルタコンデンサ4,VVVFインバータ5,誘導電動機6,接地ブラシ7,放電部8,電圧検出器9,フィルタコンデンサの容量を演算し、容量が低下している場合に容量低下信号を出力するフィルタコンデンサ容量低下検知部10により構成されている。
このように構成された制御装置の主回路において、放電部8及び電圧検出器9は、フィルターリアクトル3に並列に接続される。電圧検出器9と容量低下検知部10が接続される。
このように構成された制御装置の主回路において、架線から供給された電力のうち大部分は、パンタグラフ1,接触器2,リアクトル3,を介してインバータ5へ供給される。放電部8には、架線から供給された電力のうちの微量な電力が供給される。そのため、放熱部8は、電気車運転時も常時発熱している。
【0007】
このように構成された制御装置の主回路において、接触器2が開くときには、電圧検出器9及びフィルターコンデンサ容量低下検知部10へ処理要求信号を出力する。接触器2の接点が開いた後に、フィルタコンデンサ4に充電された電力は、放電部8に供給される。放熱部8はフィルタコンデンサ4から供給された電力により発熱する。電圧検出器9は、接触器2から処理要求信号により、放電部8による放電前のフィルタコンデンサ4の電圧と放電部8による放電後のフィルタコンデンサ4の電圧を測定し、フィルタコンデンサ容量検知部10に各々の電圧値を出力する。フィルタコンデンサ容量検知部10は、フィルタコンデンサ4の容量が低下している場合には、容量低下信号を出力する。なお、フィルタコンデンサ容量検知部10は、処理要求信号を接触器2から受信した場合にのみフィルタコンデンサ容量検知を行なう。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、フィルタコンデンサ容量検知部10は、 数1により放電時定数τを算出し、放電時定数τからフィルタコンデンサの容量を算出する。放電時定数τと予め定められた値(例えばS)とを比べτがSを下回っていた場合に、容量低下信号を出力する。
【0008】
【数1】E=E0×exp(−t/τ) ただし τ=C×R (秒)・・・(1)
E・・・放電後のコンデンサ電圧 E0・・・放電前のコンデンサ電圧 R・・・コンデンサ抵抗値 C・・・コンデンサ容量 τ・・・放電時定数
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路のフィルタコンデンサ容量検知部10について図を参照し詳細に説明する。図2は、第1の実施の形態のフィルタコンデンサ容量検知部のブロック図である。図3は、フィルタコンデンサ容量が正常値である場合の信号出力図である。図4は、フィルタコンデンサ容量が異常値である場合の信号出力図である。なお、図2中の矢印は、信号またはデータの出力を示している。
第1の実施の形態のフィルタコンデンサ容量検知部10は、オン遅延タイマー11,反転部12,サンプルホールド部13,乗算部14,比較器15,論理積部16により構成されている。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量検知部10において、外部からの処理要求信号は、オン遅延タイマー11とサンプルホールド部13に入力される。オン遅延タイマー11は、処理要求後、T1時間を経過後に反転部12に出力する信号を0から1に変更する。反転部12では、オン遅延タイマー11から出力された0又は1という信号を反転させ1又は0として論理積部16に出力する。サンプルホールド部13は、処理要求時のフィルタコンデンサ電圧E0を記憶し乗算部14に出力する。乗算部14は、処理要求時のフィルタコンデンサ電圧E0から、T1秒後のフィルタコンデンサ電圧の理論値K・E0(Kは、数1を変形した数2により求める)を算出し比較器15に出力する。
【0009】
【数2】K=exp(−T1/(C0×R0))
C0:コンデンサの容量 R0:放電部の抵抗
比較器15では、現時点での電圧Eと乗算部14により求められたフィルタコンデンサ電圧の理論値K・E0とが比較され、現時点での電圧Eのほうが小さい場合には、1を論理積部16に出力する。論理積部16では、反転部12と比較器15の両方が1の場合のみ、フィルタコンデンサ容量低下信号(保護信号)として1を出力する。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量検知部10において、フィルタコンデンサ容量が正常である場合には、図3に示すように、反転部12(図中ではa)がT1秒後に、1を出力しても、比較器15(図中ではb)は0を出力し続けるため、論理積部16(図中ではc)は0を出力する。論理積部16が、0を出力するため、フィルタコンデンサ容量低下信号は出力されない。それに対して、フィルタコンデンサ容量が異常値である場合には、図4に示すように、反転部12(図中ではa)がT1秒後に、1を出力し、比較器15(図中ではb)は1をT1秒経過より前に出力する。論理積部16(図中ではc)では反転部12からの出力と比較器15からの出力が両方とも1のため、コンデンサ容量低下検知信号として1を出力する。
【0010】
このように構成されたフィルタコンデンサ容量検知部10において、放電直前のコンデンサ電圧E0と、放電開始後あらかじめ定めた時間が経過したときのコンデンサ電圧Eの比からコンデンサ容量を知ることが可能である。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、部品点数が、従来のフィルタコンデンサ容量低下検知回路に比べ少なくなるため、装置自体を小形化することが出来る。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量検知部は、処理要求信号が入力された後、比較器15にT1秒後までのフィルタコンデンサ4電圧が連続的に送られる構成となっているが、オン遅延タイマー11を電圧検出器9と比較器15の間に設け、T1秒後の電圧値と処理要求信号入力時のフィルタコンデンサ4電圧値だけ比較器に入力されるような構成にしても同様な機能が得られるため本実施形態のフィルターコンデンサ容量検知部の構成のみに限定はしない。
(第2の実施の形態)
本発明に基づく第2の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路について、図を参照し詳細に説明する。図5は、制御装置の主回路の構成図である。なお、図1記載のものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。なお、図5中の矢印は信号またはデータの出力を示している。
【0011】
本発明に基づく第2の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、パンタグラフ1,接触器2,フィルターリアクトル3,フィルタコンデンサ4,VVVFインバータ5,誘導電動機6,接地ブラシ7,電圧検出器9,フィルタコンデンサ容量低下検知部10,抵抗17により構成されている。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、放電手段として永久接続された抵抗器11を使用している。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、フィルタコンデンサ容量検知部10は、VVVFインバータ5への電源供給停止時、すなわち接触器2開放時に接触器からの容量検知信号に基づき容量検知を行なう。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、主回路の回路構成は簡単であるが、放電に使用する抵抗器は装置が電源に接続されている期間に常時発熱するという利点がある。
(第3の実施の形態)
本発明に基づく第3の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路について、図を参照し詳細に説明する。図6は、制御装置の主回路の構成図である。なお、図1記載のものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。なお、図6中の矢印は信号またはデータの出力を示している。
【0012】
本発明に基づく第3の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、パンタグラフ1,第1の接触器2,フィルターリアクトル3,フィルタコンデンサ4,VVVFインバータ5,誘導電動機6,接地ブラシ7,抵抗値の一定な電圧検出器9,フィルタコンデンサ容量低下検知部10,抵抗17,第2の接触器18,制御部19により構成されている。
このように構成された第3の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、第1の接触器2の開極時に、制御部19から第2の接触器18へ閉鎖信号を出力する。第2の接触器18は閉鎖信号により閉じ、抵抗器11を介してフィルタコンデンサ4から放電する。抵抗器11による放電中にフィルタコンデンサ容量不足検知をフィルタコンデンサ容量低下検知部10が行う。
このように構成された第3の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、制御部19の制御方式については、色々な方法が考えられるため限定しない。
このように構成された第3の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、抵抗器は放電動作時のみの発熱のため、第2の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータを用いた制御装置と比べると、抵抗値を小さく設定することが可能となるので、抵抗17自体も小形化することが出来る。また、抵抗値を小さく取った場合、放電時定数が短くなり、フィルタコンデンサ要領検知に必要な時間も短縮されるという利点もある。
【0013】
このように構成された第3の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、第2の接触器や抵抗17は、作業上の安全のための放電機能を同時に兼ね備えることが可能である。
(第4の実施の形態)
本発明に基づく第4の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路について、図を参照し詳細に説明する。図7は、制御装置の主回路の構成図である。なお、図1記載のものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。なお、図7中の矢印は信号またはデータの出力を示している。
本発明に基づく第4の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、パンタグラフ1,第1の接触器2,フィルターリアクトル3,フィルタコンデンサ4,VVVFインバータ5,誘導電動機6,接地ブラシ7,抵抗値の一定な電圧検出器9,フィルタコンデンサ容量低下検知部10,抵抗17,制御部19,半導体スイッチ20により構成されている。
このように構成された第4の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、接触器2開極時と外部からの処理要求時に制御部19は、半導体スイッチ20をON状態にする。半導体スイッチ20をON状態になると、抵抗17から放電が始まる。
【0014】
このように構成された第4の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、フィルタコンデンサ4の電圧の過電圧保護や、発電制動の負荷として抵抗17を使用することが可能である。
このように構成された第4の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、制御部19の制御方式については、色々な方法が考えられるため限定しない。
本発明では、フィルタコンデンサ容量低下検知部の構成自体は、組合せが無数にあるため第1の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータを用いた制御装置の主回路のフィルタコンデンサ容量低下検知部10の構成のみに限定されない。
本発明に基づく第1の実施の形態及び第2の実施の形態及び第3の実施の形態及び第4の実施の形態のフィルタコンデンサ容量検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、フィルタコンデンサ容量不足検知時、すなわち容量低下検知信号が出力された場合には、運転台への表示、故障記録手段への入力、当該VVVFインバータの運転停止のいずれか或いはすべてを行うものであってもよい。
【0015】
本発明に基づくフィルタコンデンサ容量検知回路を使用することにより、フィルタコンデンサの容量監視を毎日の運行開始時のように、定期的に行うことが可能となり、地上信号機器への影響が防止可能となるほか、動作値の設定によってはコンデンサ交換時期の予告が可能となる。
【0016】
【発明の効果】
本発明により、小形化することの出来るフィルタコンデンサ容量低下検知回路を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく第1の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の主回路の構成図である。
【図2】本発明に基づく第1の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の容量低下検知部のブロック図である。
【図3】フィルタコンデンサ容量が正常値である場合の信号出力図である。
【図4】フィルタコンデンサ容量が異常値である場合の信号出力図である。
【図5】本発明に基づく第2の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の主回路の構成図である。
【図6】本発明に基づく第3の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の主回路の構成図である。
【図7】本発明に基づく第4の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の主回路の構成図である。
【図8】電圧型インバータを用いた従来の制御装置の主回路構成を示した図である。
【符号の説明】
1・・・集電器
2・・・接触器
3・・・フィルタリアクトル
4・・・フィルタコンデンサ
5・・・VVVFインバータ
6・・・駆動電動機
7・・・接地ブラシ
8・・・放電手段
9・・・電圧検出器
10・・・フィルタコンデンサ容量低下検知部
11・・・オン遅延タイマー
12・・・反転部
13・・・サンプルホールド部
14・・・乗算部
15・・・比較器
16・・・論理積部
17・・・抵抗
18・・・第2の接触器
19・・・制御部
20・・・半導体スイッチ
Claims (10)
- 直流電力を交流電力に変換するインバータと、
このインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、
前記フィルタコンデンサの端子電圧を検出する電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサの電荷を放電する放電部と、
前記電圧検出器の出力からフィルタコンデンサ容量を演算する手段と、
前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段により求められたフィルタコンデンサ容量が規定値以下の場合に、フィルタコンデンサ容量低下信号を発生する手段と、
を備えたことを特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項1記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、前記フィルタコンデンサ端子と並列に接続された抵抗器で構成されていることを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項1記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、開閉器と抵抗器とを直列に接続した構成からなり、前記フィルタコンデンサ端子と並列に接続して構成したことを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項3のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、スイッチング素子と抵抗器とから成ることを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項1記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段は、前記電圧検出期の出力から前記フィルタコンデンサの放電時の放電時定数を演算する手段であること、
を特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項4記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、フィルタコンデンサ過電圧保護のための放電手段も兼ねていることを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項4記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、発電制動動作における負荷抵抗手段も兼ねていることを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項1から請求項7記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記フィルタコンデンサの容量低下検知のさいに、運転台に容量低下を知らせる記号または文字を表示する機能を、
備えたことを特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項1から請求項7記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記フィルタコンデンサの容量低下のさいに、前記インバータを停止する手段を備えたことを特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。 - 前記請求項1から請求項7記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段が、電気車始業時に自動実施する手段を備えたことを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
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- 2002-07-23 JP JP2002213332A patent/JP2004056956A/ja active Pending
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