JP2012223042A - 電気車用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気車用電源装置のインバータを保護する動作を外気温に応じて適切に制御する。
【解決手段】電気車用電源装置は、架線から供給される電力を一定周波数交流電力に変換し、負荷装置に提供するインバータ装置３と、外気温を検知する温度検知手段８と、負荷装置の負荷量を検知する負荷量検知手段９と、前記温度検知手段８にて検知された前記外気温または前記負荷量検知手段９にて検知された前記負荷量に応じて、前記インバータ装置３を保護する動作を制御する制御手段４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、架線から電力の供給を受け走行する電気車に設けられる空調装置及び照明などに交流電力を供給する電気車用電源装置に関する。

電気車用電源装置においては一般に、電源装置を構成するインバータ部内部が高温になると、故障したり十分な電力を供給できなくなるので、インバータ部内部に冷却ファンを搭載しインバータを保護している。また電気車用電源装置は複数車両で構成される１編成に複数台搭載されており、１台が故障した際には空調装置の負荷量（消費電力）を下げ、他の電源装置により電力を補うことにより乗客へのサービスを維持している。すなわち、電源装置の内部温度が規定値まで上昇すると、電源装置は異常と判断し、電源出力を自動的にオフ（開放）する。空調装置は故障が発生したことを通知されると、正常動作しているインバータを保護するために、例えば夏季であれば設定温度を上げ消費電力を減少させる。

上述した電気車用電源装置においては、外気温度を検知するシステムになっていないため、春・秋など比較的空調装置の負荷が小さく、強制的に負荷を下げる必要のない場合でも、電源装置の１台が故障した際には強制的に全ての負荷を下げるシステムとなっている。従ってこのようなシステムでは、電源装置の１台が故障すると、快適なサービスの提供が困難となることがある。

実施形態は上述した課題を解決するためになされたものであって、電気車用電源装置のインバータを保護する動作を外気温に応じて適切に制御することを目的とする。

１実施形態に係る電気車用電源装置は、架線から供給される電力を一定周波数交流電力に変換し、負荷装置に提供するインバータ装置と、外気温を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段にて検知された前記外気温に応じて、前記インバータ装置を保護する動作を制御する制御手段とを具備する。

電気車用電源装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。 外気温に対する冷却ファンの動作制御特性を示す図である。 負荷量に対する冷却ファンの動作制御特性を示す図である。 電気車用電源装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る外気温に対する負荷減少制御特性を示す図である。 電気車用電源装置の第３実施形態に係る外気温に対する負荷減少制御特性を示す図である。 第３実施形態に係る外気温に対する負荷減少制御特性を示す図である。 電気車用電源装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係る外気温に対する負荷減少制御特性を示す図である。

以下、実施形態に係る電気車用電源装置について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
（構成）
図１は、電気車用電源装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。

図１の装置構成において、電気車用電源装置１１は、架線１より供給される直流電力を、車両のパンタグラフ２を通じインバータ部３に供給する。インバータ部３は直流電力を一定周波数の交流電力に変換し、この交流電力は負荷量検知回路９、交流フィルタ５、トランス６、負荷接触器７を経て、空調装置等に対し負荷電力として供給される。

負荷量検知回路９はインバータ部３の出力電力を検知し、交流フィルタ５は出力電力に含まれるノイズ成分を除去する。トランス６はインバータ部３から出力される交流電力の電圧を負荷に適した電圧に変換し、負荷接触器７は制御部４からの制御信号に応じて、電気車用電源装置１１の出力をオフする。

制御部４は、冷却ファン出力制御部１２、温度検知制御部１３ａ、論理和（ＯＲ）回路１４、負荷量検知制御部１５を有する。制御部４は、温度センサー８及び負荷量検知回路９からの情報を基に、インバータ部３の内部に搭載された冷却ファン１０のオン・オフならびに負荷接触器７のオン・オフを制御する。

（作用）
図２は外気温に対する冷却ファンの動作制御特性を示す図である。上記のように構成された本実施形態において、温度検知制御部１３ａは図２のように、規定温度値２−１を予め設定し、外気温２−２が規定温度２−１を超える点を冷却ファン動作点２−３とする。温度検知制御部１３は外気温が規定温度以上の時、高温であることを示す信号（例えばハイレベル信号）を出力する。

図３は負荷量に対する冷却ファンの動作制御特性を示す図である。負荷量検知制御部１５は図３のように、規定負荷量値３−１を予め設定し、負荷量３−２が規定負荷量値３−１を超える点を冷却ファン動作点３−３とする。負荷量検知制御部１５は負荷量が規定負荷量値以上の時、高負荷であることを示す信号（例えばハイレベル信号）を出力する。ＯＲ回路１４は温度検知制御部１３ａ及び負荷量検知制御部１５の出力信号の論理和を、冷却ファン出力制御部１２に出力する。冷却ファン出力制御部１２はＯＲ回路１４からの論理和信号の信号レベルを冷却ファン１０に適した信号レベルに変換し、冷却ファン１０を動作させる。

（効果）
空調装置等の負荷量に応じて冷却ファン１２を動作させるだけでなく、温度センサ８により外気温度も把握し冷却ファン１２を動作させるので、インバータ部３が異常高温になる前に冷却ファンを作動させることが可能となり、インバータ部３を保護できる。

［第２実施形態］
（構成）
次に、第２実施形態について、図４を参照して説明する。

図４は電気車用電源装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。

図４は電気車の１編成のシステム構成を示し、１編成に電気車用電源装置１１が２台搭載されている。２台の電気車用電源装置１１ａ、１１ｂが正常稼動している場合は、接触器１６が開放されており、電気車用電源装置１１ａより電源供給線１９ａを通じ空調装置１８ａ、１８ｂ及び空調装置以外の装置１７ａに対し負荷電力を供給し、電気車用電源装置１１ｂより電源供給線１９ｂを通じ空調装置１８ｃ、１８ｄ及び空調装置以外の装置１７ｂに対し負荷電力を供給する。

一方の電気車用電源装置１１に故障が生じた場合、故障した電気車用電源装置１１の接触器７（図１）が開放され接触器１６が閉じ、正常稼動している他方の電気車用電源装置１１により、空調装置１８ａ〜１８ｄ及び空調装置以外の装置１７ａ，１７ｂに対し電力供給する。同時に、故障であることを制御線２０を通じ空調装置１８ａ〜１８ｄに送し、負荷が低減される。ここで空調以外の装置とは、照明装置、運転台に設けられた機器あるいはドア開閉用コンプレッサ等の運転用機器を示す。空調装置１８は自装置の負荷量（消費電力）を可変でき、負荷制御部２２ａからの制御信号（故障信号）に応じて、負荷量を例えば５０％に低減する。すなわち、空調装置１８が冷房運転をしている場合は、設定温度が上がるか送風のみの運転となる。

（作用）
以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。

図５は本実施形態に係る外気温に対する負荷減少制御特性を示す図である。

温度検知制御部１３ｂにより生成される温度センサー８の温度検知情報は、負荷制御部２２ａに送られる。負荷制御部２２ａは図５のように、仕様上の最高動作温度である規定温度値５−１を予め設定し、外気温５−２が規定温度５−１を超える点を負荷減少点５−３とする。外気温５−２が規定温度５−１を超えると、負荷制御部２２ａは制御線２０を通じ空調装置１８ａ〜１８ｄに対し、負荷を例えば５０％とする信号を故障信号として送る。

従って、外気温が負荷減少点５−３を超えた場合には、電気車用電源装置１１ａ、１１ｂが共に正常稼動している場合でも、強制的に空調装置１８ａ〜１８ｄの負荷が半減され、インバータ部３が異常高温となることが防止される。

尚、何らかの理由で電源装置１１ａ、１１ｂの一方が故障した場合、前述したように負荷を低減すると共に、他方の正常な電源装置により空調１８ａ〜１８ｄ及び空調以外の機器１７ａ、１７ｂに電源が供給される。

（効果）
電気車用電源装置１１における図５の特性に基づく負荷減少制御により、外気温が負荷減少点５−３を超えた場合、強制的に空調装置１８ａ〜１８ｄの負荷量を半減させることにより、空調装置１８ａ〜１８ｄに対する過負荷による電気車用電源装置１１ａの電源ダウンを防ぐことが可能となる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について、図６を参照して説明する。

図６は電気車用電源装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。第３実施形態の構成及び動作は図４の第３実施形態と同様であるが、負荷制御部２２の動作が異なっている。図４の第３実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明は割愛する。

図７は、本実施形態に係る外気温に対する負荷減少制御特性を示す図である。

負荷制御部２２ｂは、図７のように規定温度値７−１を予め設定し、外気温７−２が規定温度７−１を超える点を負荷減少点７−３とする。この規定温度値７−１は、上記第２実施形態の規定温度値５−１より低い温度である。外気温７−２が規定温度７−１を超えている状態で、電源装置１１の一方が故障した場合、負荷制御部２２ｂは制御線２０を通じ空調装置１８ａ〜１８ｄに対し負荷を例えば５０％とする信号を故障信号として送る。すなわち、外気温７−２が規定温度７−１を超えていなければ、電源装置１１の一方が故障した場合でも、負荷制御部２２ｂは負荷を例えば５０％とする信号を出力しない。

（効果）
電気車用電源装置１１における図７の特性に基づく負荷減少制御により、外気温が負荷減少点７−３を超えない場合には、電気車用電源装置１１の１台に故障が生じた場合でも、空調装置１８ａ〜１８ｄを通常運転させることが可能となる。従って、正常に動作している一方の電気車用電源装置１１が過負荷状態あるいは異常高温とならない範囲で、通常の快適性を提供できる。

（実施例４）
次に、第４実施形態について、図８を参照して説明する。

図８は電気車用電源装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。第４実施形態の構成及び動作は図４の第３実施形態と同様であるが、負荷制御部２２の動作が異なっている。図４の第３実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明は割愛する。

図９は、本実施形態に係る外気温に対する負荷減少制御特性を示す図である。

負荷制御部２２ｃは図９のように、規定温度値９−２及び規定温度値９−４を予め設定し、外気温９−１が規定温度９−２を超える点を負荷減少点９−３、規定温度９−４を超える点を負荷減少点９−５と設定する。

負荷制御部２２ｃは外気温９−１が負荷減少点９−３を超えない場合、１台の電気車用電源装置１１に故障が生じ接触器１６が閉じ、正常稼動している電気車用電源装置１１により電力が供給された場合でも、空調装置１８ａ〜１８ｄに対し負荷減少をせず通常運転を続行する。

負荷制御部２２ｃは外気温９−１が負荷減少点９−３を超えると、制御線２０を通じ空調装置１８ａ，１８ｃに対し負荷を５０％とする信号を送る。また負荷制御部２２ｃは、外気温９−１が負荷減少点９−５を越えると、制御線２０ａを通じ空調装置１８ｂ，１８ｄに対し負荷を５０％とする信号を送る。すなわち、空調装置１８ａー１８ｄの負荷量が全て５０％となる。

（効果）
電気車用電源装置１１ａにおける図９の特性に基づく負荷減少制御により、２つの外気温９−２、９−４を境にして、段階的な負荷制御が可能となる。

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。例えば、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。

１…架線、２…パンタグラフ、３…インバータ部、４…制御部、５…交流フィルタ、６…トランス、７…接触器、８…温度センサ、９…負荷量検知部、１０…冷却ファン、１１（１１ａ、１１ｂ）…電気車用電源装置、１３（１３ａ〜１３ｄ）…温度検知制御部、１５…負荷量検知制御部、２２（２２ａ〜２２ｃ）…負荷制御部、１８（１８ａ〜１８ｄ）…空調装置。

Claims (6)

1. 架線から供給される電力を一定周波数交流電力に変換し、負荷装置に提供するインバータ装置と、
   外気温を検知する温度検知手段と、
   前記温度検知手段にて検知された前記外気温に応じて、前記インバータ装置を保護する動作を制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする電気車用電源装置。
2. 前記インバータ装置を冷却する冷却ファンと、
   前記負荷装置の負荷量を検知し、前記負荷量が所定負荷値を越えている時、高負荷であることを通知する負荷量検知手段とを具備し、
   前記温度検知手段は、前記外気温が所定温度を超えている時、高温であることを通知し、
   前記制御手段は、前記温度検知手段からの通知又は負荷量検知手段からの通知を受けると、前記冷却ファンを作動させることを特徴とする請求項１記載の電気車用電源装置。
3. 前記負荷装置は自装置の負荷量を可変でき、
   前記制御手段は、前記温度検知手段にて検知された外気温が所定温度を超えている時、前記負荷装置の負荷量を低減させることを特徴とする請求項１記載の電気車用電源装置。
4. 前記インバータ装置は、架線から供給される電力を前記一定周波数交流電力に変換し、自装置の負荷量を可変できる第１負荷装置に提供する第１インバータと、架線から供給される電力を前記一定周波数交流電力に変換し、自装置の負荷量を可変できる第２負荷装置に提供する第２インバータとを具備し、
   前記第１及び第２インバータの電力出力配線を互いにオン・オフする接触器を更に具備し、
   前記制御手段は、前記温度検知手段にて検知された外気温が所定温度を超えており、かつ前記第１及び第２インバータのうち一方が故障した場合、前記接触器をオンし、前記第１及び第２負荷装置の負荷量を低減することを特徴とする請求項１記載の電気車用電源装置。
5. 前記インバータ装置は、架線から供給される電力を前記一定周波数交流電力に変換し、自装置の負荷量を可変できる第１負荷装置に提供する第１インバータと、架線から供給される電力を前記一定周波数交流電力に変換し、自装置の負荷量を可変できる第２負荷装置に提供する第２インバータとを具備し、
   前記第１及び第２インバータの電力出力配線を互いにオン・オフする接触器を更に具備し、
   前記制御手段は、前記温度検知手段にて検知された外気温に応じて、前記第１及び第２負荷装置に対し段階的な負荷量制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電気車用電源装置。
6. 前記制御手段は、
   前記外気温が第１所定温度を超えている場合、前記第１及び第２負荷装置の一方の負荷量を低減し、
   前記外気温が第１所定温度より高い第２所定温度を超えている場合、前記第１及び第２負荷装置の負荷量を共に低減することを特徴とする請求項５記載の電気車用電源装置。

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