JP2006280132A

JP2006280132A - 電気車制御装置

Info

Publication number: JP2006280132A
Application number: JP2005097604A
Authority: JP
Inventors: Masanao Ito; 正尚伊東
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: KR20060106706A; KR100749854B1; CN1840380A; JP4643333B2

Abstract

【課題】健全な電力変換装置や健全なサービス機器の停止を抑制できる電気車制御装置を提供することである。
【解決手段】電力変換装置１４は、集電装置１１から主遮断器１２を介して１次巻き線に電力が供給される変圧器１３の２次巻き線に接続される。主回路単位スイッチ１７は電力変換装置１４の主回路を開閉するものであり、制御部１８は、電力変換装置１４の電源短絡故障時には主回路単位スイッチ１７に開放指令を出力する。これにより、故障の発生した電力変換装置１４のみを隔離し、健全な電力変換装置１４や健全なサービス機器の無駄な停止を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電力を電源とする鉄道列車用の電力変換装置を制御する電気車制御装置に関する。

一般に、交流電源で駆動される鉄道列車の列車駆動用の電気車制御装置においては、複数台の電力変換装置をまとめて１ユニットとし、１つの主遮断器に接続する構成がとられている。また、１組の電力変換装置であっても、同じ変圧器のいわゆる３次巻き線に旅客サービス機器が接続されるのが一般的である。従来、電源短絡などの事故電流の遮断を必要とする保護は主遮断器を遮断することにより行っている。

図６は、従来の鉄道列車の電気車制御装置のシステム構成図である。集電装置１１の下流に１つの主遮断器１２を介して変圧器１３が接続され、変圧器１３に複数の電力変換装置１４を接続して、変圧器１３から各々の電力変換装置１４に電力を供給するように構成されている。そして、各々の電力変換装置１４には、それぞれ複数の電動機１５が接続され、この電動機１５により列車を走行させる。

それぞれの電力変換装置１４は、変圧器１３からの交流電力を変換して電動機１５に供給する電力変換部１６を有するとともに、自己の主回路を遮断する主回路単位スイッチ１７及び制御部１８を有する。制御部１８は電源短絡などの故障発生時に主遮断器１２に開放指令を出力し主遮断器１２を開くものである。ここで、主回路単位スイッチ１７や制御部１８は、電力変換装置１４に内蔵する場合を示したが、電力変換装置１４の外部に設置される場合もある。

このように、従来の電気車制御装置は、故障発生時に主遮断器１２に開放指令を出力し主遮断器１２を開くように動作する。これは、主回路単位スイッチ１７に事故電流の遮断能力は持たせないで小型化し省スペースを図るためである。

また、従来例として、複数台のインバータのいずれかに保護動作及び故障が発生した時に、断流器をオフさせずに該当するインバータのゲート制御だけを停止させることにより、インバータ再起動時間を短縮し、また断流器の接点磨耗を減らし、さらにいずれか１台のインバータ故障時に乗り心地及び加速性能を悪化させることがないようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２７４５０６号公報

しかしながら、従来のものでは、故障発生時に主遮断器１２に開放指令を出力し主遮断器１２を開くので、同じ主遮断器１２から給電される変圧器１３に接続された他の健全な電力変換装置１４あるいは３次巻き線に接続されたサービス機器も電源が遮断されることになる。従って、他の健全な電力変換装置１４や３次巻き線に接続されたサービス機器も機能を停止することになり、列車としての利便性を損なっていた。また、主遮断器が遮断失敗した場合には、故障に対する保護ができないことになる。

本発明の目的は、健全な電力変換装置や健全なサービス機器の停止を抑制できる電気車制御装置を提供することである。

本発明の電気車制御装置は、集電装置から主遮断器を介して１次巻き線に電力が供給される変圧器の２次巻き線に接続される電力変換装置と、前記電力変換装置の主回路を開閉する主回路単位スイッチと、前記電力変換装置の電源短絡故障時には前記主回路単位スイッチに開放指令を出力する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電力変換装置の故障発生時に主回路単位スイッチを開いて遮断するので、故障の起きた電力変換装置のみを隔離することができる。従って、健全な電力変換装置や健全なサービス機器の無駄な停止を抑制でき利便性が向上する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図である。この第１の実施の形態は、図６に示した従来例に対し、制御部１８は、電源短絡などの故障発生時に主遮断器１２に開放指令を出力し主遮断器１２を開くことに代えて、主回路単位スイッチ１７に開放指令を出力するようにしたものである。図６と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

電力変換装置１４としてはＰＷＭ方式が一般的となっているが、その場合、変圧器１３の２次巻き線のインダクタンスは、位相制御整流の場合と比較した場合にかなり大きくするのが一般的である。変圧器１３の２次巻き線のインダクタンスを大きくするのは、電源電流の高周波分の抑制が主目的であるが、その結果、事故電流も制限される。

そのため、位相制御整流では主回路単位スイッチ１７に自己電流の遮断能力を持たせることは非現実的であるが、ＰＷＭ方式の電力変換装置１４では変圧器１３の２次巻き線のインダクタンスが大きいので事故電流が制限されることから、変圧器１３の２次回路での事故電流の遮断も比較的容易に実現できる。

そこで、本発明の第１の実施の形態では、主回路単位スイッチ１７に遮断能力を持たせ、制御部１８は電源短絡故障により事故電流を遮断する必要がおきた場合には、主回路単位スイッチ１７を開いて故障電流を遮断するようにする。これにより、列車としての利便性または保護機能のさらなる信頼性向上を図る。

すなわち、制御部１８には主回路単位スイッチ１７の開閉を制御する機能があり、電力変換装置１４の主回路異常時には、主回路単位スイッチ１７にて事故電流を遮断する。これにより、電源短絡故障の起きた電力変換装置１４のみを隔離することができる。

第１の実施の形態によれば、主回路単位スイッチ１７に遮断能力を持たせ、制御部１８は、電力変換装置１４の故障発生時に主回路単位スイッチ１７を開いて、故障の起きた電力変換装置１４のみを遮断するので、健全な電力変換装置１４や変圧器１３の３次巻線に接続される健全なサービス機器の無駄な停止を抑制できる。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、主回路単位スイッチ１７の開閉状態を監視する監視部１９を追加して設け、制御部１８は、電力変換装置１４の電源短絡故障時には主回路単位スイッチ１７に開放指令を出力し、開放指令が出力された主回路単位スイッチ１７が開放しなかったときは主遮断器１２に開放指令を出力するようにしたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図２において、電力変換装置１４は、主回路単位スイッチ１７の遮断状態の監視をする監視部１９を有し、制御部１８は主遮断器１２及び主回路単位スイッチ１７の開閉を制御する機能を有する。制御部１８は、監視部１９からの監視情報を基に電力変換装置１４の回路異常時には、主回路単位スイッチ１７にて事故電流の遮断を試み、開放指令を出力した主回路単位スイッチ１７が遮断不可能であった場合には、上流の主遮断器１２に開放指令を出力して事故電流を遮断する。

第２の実施の形態によれば、主回路単位スイッチ１７で事故電流の遮断に失敗した場合に、上流の主回路遮断器１２で事故電流を遮断するので、事故電流に対する保護の信頼性を向上させることができる。

（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図である。この第３の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、主回路単位スイッチ１７の開閉状態を監視する監視部１９として、主回路単位スイッチ主接点と連動する補助接点２０としたものである。図２と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図３において、監視部１９は主回路単位スイッチ１７と連動する補助接点２０で形成されている。主回路単位スイッチ１７は、その主接点と連動する補助接点２０を有し、補助接点２０の接点情報を制御部１８に取り込む。制御部１８では、故障による電力変換装置１４の主回路の遮断要求があると、主回路単位スイッチ１７に開放指令を出すとともに、補助接点２０により、開放指令を出力した主回路単位スイッチ１７の主接点を開放できたか否かを確認する。補助接点２０が開（オフ）であれば処理を終了し、補助接点２０が閉（オン）であれば、主遮断器１２に開放指令を出力して主遮断器１２を開放する。以上の説明では、補助接点２０の動作状態（オンオフ状態）を主回路単位スイッチ１７の主接点と同じ動作状態とした場合を示したが、逆の動作状態の接点でも同様の制御が可能である。

第３の実施の形態によれば、監視部１９により、主回路単位スイッチ主接点１７と連動する補助接点２０の情報を監視して、開放指令を出力した主回路単位スイッチが動作したか否かを監視するので、より迅速に主回路単位スイッチ１７の遮断状態の監視を容易に行え、主遮断器１２を動作させるかどうかのバックアップを適切に判断できる。

（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図である。この第４の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、主回路単位スイッチ１７の開閉状態を監視する監視部１９として、主回路単位スイッチに流れる電流を検出する電流センサ２１としたものである。図２と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図４において、監視部１９は、主回路単位スイッチ１７が開閉する電力変換装置１４の主回路上に設けられた電流センサ２１で形成され、電流センサ２１で検出された電流値は制御部１８に取り込まれている。

制御部１８では、故障による電力変換装置１４の主回路の遮断要求があると、主回路単位スイッチ１７に開放指令を出すとともに、電流センサ２１からの電流値により、電力変換回路１４の主回路を遮断できたか否かを確認する。電流センサ２１で検出された電流値が予め定められた閾値未満であれば処理を終了し、閾値以上であれば、主遮断器１２に開放指令を出力して主遮断器１２を開放する。

以上の説明では、電流センサ２１で検出した電流を制御部１８へ取り込んで、閾値と比較しているが、電流センサ２１の内部で比較処理を行い、閾値以上あるいは未満の判定結果を出力するような電流センサを用いてもよい。

第４の実施の形態によれば、電流センサ２１により事故電流の減少状況を監視するので、事故電流が遮断されたか否かの判断をより正確に行うことができる。

（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図である。この第５の実施の形態は、電力変換装置１４の電源短絡故障時には主遮断器１２に開放指令を出力し、主遮断器１２が開放しなかったときに主回路単位スイッチ１７に開放指令を出力するようにしたものである。

制御部１８は、主遮断器１２及び主回路単位スイッチ１７の双方に開閉指令を出力する機能を有している。電力変換装置１４の主回路の異常時には、まず上流の主遮断器１２に開放指令を出力し、主遮断器１２の接点が開放したか否かを判定する。そして、主遮断器１２が開放していないときは、主回路単位スイッチ１７に開放指令を出力し、主回路単位スイッチ１７にて事故電流を遮断をする。

すなわち、電力変換装置１４の電源短絡故障時には主遮断器１２にて事故電流の遮断を試み、主遮断器１２での遮断が不可能であった場合に、主回路単位スイッチ１７にて電流を遮断する。

第５の実施の形態によれば、主遮断器１２が事故電流の遮断を失敗した場合に、主回路単位スイッチ１７を開放させるので、主回路単位スイッチ１７が上流の主遮断器１２のバックアップとなる。このため、事故電流の保護機能について信頼性を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図。本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図。本発明の第３の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図。本発明の第４の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図。本発明の第５の実施の形態に係わる電気車制御装置のシステム構成図。従来の電気車制御装置のシステム構成図。

符号の説明

１１…集電装置、１２…主遮断器、１３…変圧器、１４…電力変換装置、１５…電動機、１６…電力変換部、１７…主回路単位スイッチ、１８…制御部、１９…監視部、２０…補助接点、２１…電流センサ

Claims

集電装置から主遮断器を介して１次巻き線に電力が供給される変圧器の２次巻き線に接続される電力変換装置と、前記電力変換装置の主回路を開閉する主回路単位スイッチと、前記電力変換装置の電源短絡故障時には前記主回路単位スイッチに開放指令を出力する制御部とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
集電装置から主遮断器を介して１次巻き線に電力が供給される変圧器の２次巻き線に接続される電力変換装置と、前記電力変換装置の主回路を開閉する主回路単位スイッチと、前記主回路単位スイッチの開閉状態を監視する監視部と、前記電力変換装置の電源短絡故障時には前記主回路単位スイッチに開放指令を出力し、開放指令が出力された主回路単位スイッチが開放しなかったときは前記主遮断器に開放指令を出力する制御部を備えたことを特徴とする電気車制御装置。
前記監視部は、前記主回路単位スイッチ主接点と連動する補助接点であることを特徴とする請求項２記載の電気車制御装置。
前記監視部は、前記主回路単位スイッチに流れる電流を検出する電流センサであることを特徴とする請求項２記載の電気車制御装置。
集電装置から主遮断器を介して１次巻き線に電力が供給される変圧器の２次巻き線に接続される電力変換装置と、前記電力変換装置の主回路を開閉する主回路単位スイッチと、前記電力変換装置の電源短絡故障時には前記主遮断器に開放指令を出力し前記主遮断器が開放しなかったとき前記主回路単位スイッチに開放指令を出力することを特徴とする電気車制御装置。