JP2005219568A

JP2005219568A - 電気車の監視装置

Info

Publication number: JP2005219568A
Application number: JP2004028102A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Makino; 友由牧野; Atsushi Yajima; 敦矢島; Rei Miyazaki; 玲宮崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: JP4197653B2

Abstract

【課題】ブロアの監視の安定化を図り、ブロアの交換を容易化する。
【解決手段】本発明の一態様に係る電気車の監視装置は、電気車に具備される機器を冷却する送風機７を監視する。監視装置は、送風機７について送風機電流の値を検出する手段１１と、送風機７について送風機電圧の値を検出する手段１２と、送風機電流の値と送風機電流の値とに基づいて電力量を計算する手段１４と、電力量が所定の異常電力量範囲に属する場合、送風機７の異常を検出する異常検出手段２１とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車の機器を冷却するブロア（送風機）を監視する電気車の監視装置に関する。

電気車のパンタグラフは架線と通電する。架線の単相交流電圧は、電気車の主変圧器により変圧される。変圧後の交流電力は、電力変換装置により単相交流から直流、直流から三相交流に変換され、電動機に供給される。

電気車の電力変換装置は、単相交流電力により回転する単相ブロアからの冷却風に基づいて冷却される。単相ブロアに接続される進相コンデンサによってこの単相ブロアの回転方向が特定される。

しかしながら、例えば強風などの外乱により単相ブロアが逆回転している状態で単相ブロアに単相交流電力が供給された場合、単相ブロアはそのまま逆回転の状態で動作する場合がある。

単相ブロアが逆回転した場合、単相ブロアによって生ずる風量は低下し、十分な冷却容量の確保が困難となる。このため、単相ブロアの逆回転を検出する必要がある。

単相ブロアの逆回転の検出方法として、単相ブロアのブロア電流を用いる方法がある。この方法は、ブロアが正回転している場合のブロア電流に比べて、逆回転している場合のブロア電流は小さくなる特性を利用する。ブロア電流が設定されたしきい値よりも小さい場合、単相ブロアの逆回転が検出される。

一般的に、交流電力により走行する車両は、架線の２５ｋＶの単相交流電圧を主変圧器により、約４４０Ｖ程度に降圧する。単相ブロアは、降圧後の単相交流電力を電源として用いる。

単相ブロアは、架線の電圧変動を考慮し、架線の電圧変動が所定の架線電圧変動条件を満たす場合、定められた風量を確保可能に設計されている。

このため、単相ブロアは、架線の電圧変動が所定の架線電圧変動条件を満たす場合、単相ブロアのブロア電力量がほぼ一定となるように設計されている。

図５は、従来の単相ブロアのブロア電流とブロア電圧との関係の一例を示す図である。

ブロア電力量をほぼ一定とするため、ブロア電圧が高い場合のブロア電流は小さく、ブロア電圧が低い場合のブロア電流は大きくなる。

この図５の特性においては、ブロア電圧が高い場合の正回転時のブロア電流Ｃ１が、ブロア電圧が低い場合の逆回転時のブロア電流Ｃ２よりも小さくなる場合がある。

この場合、ブロア電流が固定のしきい値を超えるか否かに基づいてブロアの逆回転を検出すると、正回転であってもブロア電圧が高い場合に逆回転と判断される場合があり、逆回転であってもブロア電圧が低い場合に正回転と判断される場合がある。

そこで、従来においては、ブロア電圧に基づいて、逆回転を検出するブロア電流のしきい値を切り換えるとしている。
特開平１１−１８０３０２号公報

従来においては、ブロア電圧が急変した場合に適切なしきい値を用いて正回転又は逆回転が判断されず、安定した逆回転の検出結果を得ることが困難な場合がある。

また、例えば、メーカー毎に単相ブロアの種類、各単相ブロアのモータの特性及びパラメータ、ブロア羽形状、風洞ダクトの構成などが異なるなどの理由により、メーカー又は種類の異なる単相ブロア毎にブロア電流とブロア電圧との特性が相違する場合がある。

このようにブロア電流とブロア電圧との特性が相違する場合、メーカー又は種類の異なる単相ブロアに対してブロア電流のしきい値の設定を一定化することは困難である。

したがって、現状において、単相ブロアを異なるメーカーの単相ブロアに交換する場合には、逆回転の検出に用いられるしきい値を調整する必要がある。このような調整は、メンテナンス作業を複雑にし、交換の迅速化が困難となる。

また、冷却系統の冷却風洞部の汚損、入風フィルタの目詰まり、冷却器の目詰まりにより、単相ブロアの風量が低下する場合がある。この風量低下もブロア電流としきい値とを比較して検出が行われる。

しかしながら、上記の逆回転検出と同様に、風量低下を検出する場合においても、電圧の変化により安定的な検出が困難な場合があり、単相ブロアの交換に柔軟に対処することが困難な場合もある。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、ブロアの監視の安定化を図り、ブロアを交換容易とする電気車の監視装置を提供することを目的とする。

本発明を実現するにあたって講じた具体的手段について以下に説明する。

本発明の実施例に係る電気車の監視装置は、電気車に具備される機器を冷却する送風機を監視する。監視装置は、送風機について送風機電流の値を検出する手段と、送風機について送風機電圧の値を検出する手段と、送風機電流の値と送風機電流の値とに基づいて、電力量を計算する手段と、電力量が所定の異常電力量範囲に属する場合、送風機の異常を検出する異常検出手段とを具備する。

本発明においては、ブロアの監視の安定化を図ることができ、メンテナンス性が向上される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

本実施の形態では、ブロア電力量により正回転又は逆回転の検出及び風量低下検出を行う電気車（交流電気車）の監視装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係る電気車の監視装置の一例を示すブロック図である。

交流架線からの単相交流電力は、交流電気車のパンタグラフ１経由で、主変圧器２の一次側に供給される。主変圧器２の一次側の一端はパンタグラフ１に接続され、他端はアースブラシ３に接続されている。

主変圧器２は、一次側に供給された単相交流電力を降圧する。主変圧器２の二次側には、第１電力変換装置（コンバータ）４が備えられる。

第１電力変換装置４は、降圧された単相二次交流電力を直流電力に変換する。

第２電力変換装置５（インバータ）は、第１電力変換装置４によって変換された直流電力を三相交流電力に変換する。

一台以上の誘導電動機６１〜６４は、第２電力変換装置５によって変換された三相交流電力により駆動する。

第１電力変換装置４と第２電力変換装置５とは、単相ブロア７と冷却器８とによって冷却される。第１電力変換装置４と第２電力変換装置５とは、冷却器８に設置される。単相ブロア７は、冷却器８に冷却風を送る。

単相ブロア７は、接触器９を介して主変圧器２の二次側と接続される。単相ブロア７に接続されている進相コンデンサ１０は、この単相ブロア７を特定の方向に回転させるように作用する。

電気車の監視装置は、ブロア電流検出部１１、ブロア電圧検出部１２、制御部１３を具備する。

制御部１３は、電力計算部１４、比較部１５、ＡＮＤ計算部１６、逆回転検出部１７、比較部１８、ＡＮＤ計算部１９、風量低下検出部２０を具備する。

ブロア電流検出部１１は、単相ブロア７のブロア電流を検出する。
ブロア電圧検出部１２は、単相ブロア７のブロア電圧を検出する。

電力計算部１４は、ブロア電流検出部１１によって検出されたブロア電流（IB）とブロア電圧検出部１２によって検出されたブロア電圧（VB）との積であるブロア電力量（IB×VB）を計算する。

比較部１５は、電力計算部１４によって計算されたブロア電力量と、単相ブロア７の逆回転検出レベルとを比較し、ブロア電力量が逆回転検出レベル以下となった場合に、High信号をＡＮＤ計算部１６に出力し、ブロア電力量が逆回転検出レベル以下でない場合に、Low信号をＡＮＤ計算部１６に出力する。

ここで、逆回転検出レベルは、単相ブロア７が逆回転した場合の単相ブロア７のブロア電力量に基づいて設定される。

図２は、ブロア電力量と逆回転検出レベルとの関係の一例を示す図である。単相ブロア７が正回転している場合、ブロア電圧が変化してもブロア電力量はほぼ一定である。単相ブロア７が逆回転している場合も、ブロア電圧が変化してもブロア電力量はほぼ一定である。

単相ブロア７が正回転の場合、ブロア電力量は逆回転検出レベルよりも大きくなる。単相ブロア７が逆回転の場合、ブロア電力は逆回転検出レベル以下となる。

図３は、ブロア電力量と比較部１５の出力信号との関係の一例を示す図である。

ブロア電圧が逆回転検出レベルよりも大きい場合には、比較部１５はLow信号を出力し、ブロア電圧が逆回転検出レベル以下の場合には、比較部１５はHigh信号を出力する。

ＡＮＤ計算部１６は、一方の入力端子により比較部１５から出力されたLow信号又はHigh信号を入力する。

また、ＡＮＤ計算部１６は、他方の入力端子によりBMK信号を入力する。BMK信号は、単相ブロア７に単相交流電力が供給されている場合にHighとなり、単相ブロア７に単相交流電力が供給されていない場合にLowとなる。

ＡＮＤ計算部１６は、比較部１５から出力されたLow信号又はHigh信号と、BMK信号との論理積を計算し、計算結果を示す信号を出力する。

図４は、ＡＮＤ計算部１６に入力される信号とＡＮＤ計算部１６から出力される信号との関係の一例を示す図である。

例えば、ＡＮＤ計算部１６は、比較部１５からHigh信号を入力し、かつBMK信号がHighの場合にHigh信号を出力し、その他の場合にLow信号を出力する。

これにより、単相ブロア７が動作していない時点で、逆回転が検出されることを防止する。

逆回転検出部１７は、ＡＮＤ計算部１６からHigh信号を入力した場合に、逆回転検出信号を出力する。

比較部１８は、電力計算部１４によって計算された電力量と、単相ブロア７の風量低下検出レベルとを比較し、電力量が風量低下検出レベル以下となった場合に、High信号をＡＮＤ計算部１９に出力し、電力量が風量低下検出レベル以下でない場合に、Low信号をＡＮＤ計算部１９に出力する。

ここで、風量低下検出レベルは、冷却に必要とされる風量が得られない単相ブロア７の電力量に基づいて設定される。

ＡＮＤ計算部１９は、一方の入力端子により比較部１８から出力されたLow信号又はHigh信号を入力する。

また、ＡＮＤ計算部１９は、他方の入力端子によりBMK信号を入力する。

ＡＮＤ計算部１９は、比較部１８から出力されたLow信号又はHigh信号と、BMK信号との論理積を計算し、計算結果を示す信号を出力する。

例えば、ＡＮＤ計算部１９は、比較部１８からHigh信号を入力し、かつBMK信号がHighの場合にHigh信号を出力し、その他の場合にLow信号を出力する。

これにより、単相ブロア７が動作していない時点で、風量低下が検出されることを防止する。

風量低下検出部２０は、ＡＮＤ計算部１９からHigh信号を入力した場合に、風量低下検出信号を出力する。

以下に、本実施の形態に係る電気車の監視装置の動作について説明する。

本実施の形態では、単相ブロア７のブロア電圧とブロア電流に基づいてブロア電力量が計算される。

このブロア電力量が逆回転検出レベル（逆回転相当の電力量）以下の場合、逆回転検出信号が出力される。

また、本実施の形態では、逆回転検出と単相ブロア７に電源が供給されたときとの同期が取られるように、BMK接触器のアンサバックが利用され、単相ブロア７に電源が供給されたことを条件に逆回転検出信号が出力される。

また、本実施の形態に係る電気車の監視装置では、単相ブロア７の風量低下についても、上記逆回転検出の場合と同様に、単相ブロア７のブロア電力量が計算される。そして、このブロア電力量が風量低下検出レベル（必要な冷却風量以下の場合の単相ブロア７の電力量）以下の場合、風量低下検出信号が出力される。

この風量低下検出についても、単相ブロア７のブロア電流が起動後安定している時点で検出動作が行われる。

以上説明した本実施の形態においては、ブロア電流とブロア電圧とから求められたブロア電力量により単相ブロア７の逆回転及び風量低下が検出される。

これにより、単相ブロア７の逆回転及び風量低下について安定した検出結果を得ることができる。

また、単相ブロア７を、他のメーカーの単相ブロアや種類が異なる単相ブロアに交換する場合であっても、単相ブロア間で共通の電力量が固定設定されていれば、逆回転検出レベル及び風量低下検出レベルを固定化できる。したがって、メンテナンス性が向上し、交換作業が効率化、迅速化する。

なお、本実施の形態においては、単相ブロア７によって第１電力変換装置４と第２電力変換装置５とが冷却される場合を例に説明しているが、例えば、主変圧器２、誘導電動機６１〜６４の少なくとも一つなど、他の機器が冷却されるとしてもよい。

また、本実施の形態において、各構成要素は、同様の動作を実現可能であれば自由に変形可能であり、配置を変更させてもよく、自由に組み合わせることが可能であり、分割することも可能である。

上記各実施の形態における制御部１３としての機能は、プログラムを読み込んだコンピュータにより実現されるとしてもよい。

この場合、プログラムは、それぞれ例えば磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリなどの記録媒体に書き込んで、コンピュータに適用可能である。

また、このプログラムを通信媒体により伝送し、コンピュータに適用することも可能である。コンピュータは、プログラムを読み込み、プログラムによって動作が制御されることにより、制御部１３としての機能を実現する。

本発明は、交流電気車に備えられる機器の冷却に関する分野に有効である。

本発明の実施の形態に係る電気車の監視装置の一例を示すブロック図。ブロア電力量と逆回転検出レベルとの関係の一例を示す図。ブロア電力量と比較部の出力信号との関係の一例を示す図。ＡＮＤ計算部に入力される信号とＡＮＤ計算部から出力される信号との関係の一例を示す図。従来の単相ブロアのブロア電流とブロア電圧との関係の一例を示す図。

符号の説明

１…パンタグラフ、２…主変換器、３…アースブラシ、４…第１電力変換装置、５…第２電力変換装置、６１〜６４…誘導電動機、７…単相ブロア、８…冷却器、９…接触器、１０…進相コンデンサ、１１…ブロア電流検出部、１２…ブロア電圧検出部、１３…制御部、１４…電力計算部、１５，１８…比較部、１６，１９…ＡＮＤ計算部、１７…逆回転検出部、２０…風量低下検出部

Claims

電気車に具備される機器を冷却する送風機を監視する電気車の監視装置において、
前記送風機について送風機電流の値を検出する手段と、
前記送風機について送風機電圧の値を検出する手段と、
前記送風機電流の値と前記送風機電流の値とに基づいて、電力量を計算する手段と、
前記電力量が所定の異常電力量範囲に属する場合、前記送風機の異常を検出する異常検出手段と
を具備する監視装置。
請求項１記載の監視装置において、
前記電力量が所定の異常電力量範囲に属するとともに前記送風機に電力が供給されているか否か判断する手段をさらに具備し、
前記異常検出手段は、前記電力量が所定の異常電力量範囲に属するとともに前記送風機に電力が供給されている場合に、前記送風機の異常を検出する
ことを特徴とする監視装置。
請求項１又は請求項２記載の監視装置において、
前記異常電力量範囲は、前記送風機が逆回転する場合の逆回転検出範囲であることを特徴とする監視装置。
請求項１又は請求項２記載の監視装置において、
前記異常電力量範囲は、前記送風機の風量低下時の電力量範囲であることを特徴とする監視装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の監視装置において、
前記機器は、架線から供給された交流電力を直流電力に変換するとともに、前記直流電力を電動機に供給するための交流電力に変換する変換装置を含むことを特徴とする監視装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか1項に記載の監視装置において、
前記機器は、架線からの交流電圧を変圧する変圧器を含むことを特徴とする監視装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか1項に記載の監視装置において、
前記機器は、電動機を含むことを特徴とする監視装置。