JP2015023709A - Power conversion apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve continuous traveling of a railway vehicle because power conversion can be continued by a power conversion apparatus even when a temperature of any one of arms functioned as first arms becomes higher than an upper limit temperature allowing use of the arm on management or a failure occurs in the arm.SOLUTION: A power conversion apparatus in an embodiment includes at least three arms and a switching part. At least the three arms include a plurality of first arms to be used for power conversion and at least one second arm held in a standby state. The switching part replaces the first arm with the second arm to allow the second arm to substitute for the replaced first arm functionally.

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a power conversion apparatus.

新幹線を始めとして架線から単相交流電力の供給を受けて走行する鉄道車両は、供給された単相交流電力の電圧をトランスで降圧し、降圧した単相交流電力をコンバータで直流電力に変換し、当該直流電力をインバータで三相交流電力に変換し、当該三相交流電力によりモータを駆動させることにより走行する。   Railway vehicles that run by receiving single-phase AC power from overhead lines such as the Shinkansen, step down the voltage of the supplied single-phase AC power with a transformer, and convert the reduced single-phase AC power into DC power with a converter. The DC power is converted into three-phase AC power by an inverter, and the motor is driven by the three-phase AC power.

特開2004−7941号公報JP 2004-7941 A

ところで、鉄道車両向けのコンバータは、架線から供給される交流電力が単相交流電力であるため、二つのアームを用いて単相交流電力を直流電力に変換する。そのため、コンバータが有する二つのアームのうち一方のアームが故障すると、当該コンバータを使用することができなくなるので、インバータに対して直流電力を供給することができず、鉄道車両の走行ができなくなる、という課題がある。   By the way, in the converter for railway vehicles, since the AC power supplied from the overhead wire is single-phase AC power, the single-phase AC power is converted into DC power using two arms. Therefore, if one of the two arms of the converter breaks down, the converter cannot be used, so DC power cannot be supplied to the inverter, and the railway vehicle cannot travel. There is a problem.

実施形態の電力変換装置は、少なくとも三つのアームと、切替部と、を備える。少なくとも三つのアームは、電力変換に用いる複数の第1アームおよび待機状態にある少なくとも一つの第2アームを含む。切替部は、第2アームを第1アームと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させる。   The power converter of the embodiment includes at least three arms and a switching unit. The at least three arms include a plurality of first arms used for power conversion and at least one second arm in a standby state. The switching unit replaces the function of the replaced first arm by replacing the second arm with the first arm.

図1は、第1の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the first embodiment. 図2は、変形例1にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a drive power system of a railway vehicle according to the first modification. 図3は、変形例2にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a drive power system of a railway vehicle according to the second modification. 図4は、第2の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the second embodiment. 図5は、第3の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the third embodiment. 図6は、第4の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the fourth embodiment.

以下、添付の図面を参照して、本実施形態にかかる電力変換装置について説明する。   Hereinafter, a power converter according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本実施形態にかかる鉄道車両は、図1に示すように、架線11(電源の一例)から交流電力が供給されるパンタグラフ12と、線路13を介して接地された車輪13と、パンタグラフ12と車輪13との間に直列に接続されたトランス15と、架線11にトランス15およびパンタグラフ12を介して接続されかつ車輪14および線路13を介して接地される車両用の電力変換装置100と、電力変換装置100から電力の供給を受けて鉄道車両を駆動するモータ120(本実施形態では、三相交流モータ)と、を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the railway vehicle according to the present embodiment includes a pantograph 12 to which AC power is supplied from an overhead wire 11 (an example of a power supply), a wheel 13 grounded via a track 13, a pantograph 12 and a wheel. 13, a transformer 15 connected in series with the vehicle 13, a power converter 100 for a vehicle connected to the overhead wire 11 via the transformer 15 and the pantograph 12 and grounded via the wheel 14 and the track 13, and power conversion A motor 120 (in this embodiment, a three-phase AC motor) that drives the railway vehicle by receiving power supplied from the device 100.

電力変換装置100は、パンタグラフ12およびトランス15を介して架線11から供給される交流電力(本実施形態では、単相交流電力)から直流電力への電力変換(順変換)を行うコンバータ101と、コンバータ101から出力された直流電力から交流電力(本実施形態では、三相交流電力)への電力変換(逆変換)を行うインバータ102と、コンバータ101の出力を平滑化してインバータ102の動作の安定化を図るフィルタコンデンサ103と、コンバータ101が備えるアームC(後述する)と架線11とを接続するスイッチ104と、インバータ102が備えるアームI(後述する)とモータ120とを接続するスイッチ107と、コンバータ101およびスイッチ104を制御するコンバータ制御部105と、インバータ102およびスイッチ107を制御するインバータ制御部106と、を備えている。本実施形態では、コンバータ101およびインバータ102は、例えば電力用半導体素子(所謂、パワー半導体デバイス)等で構成され、単一のパッケージに収められている。本実施形態では、架線11から供給される電力が交流電力であるため、スイッチ104は、パンタグラフ12およびトランス15を介して、架線11とコンバータ101が有するアームC(後述する)とを接続しているが、架線11から供給される電力が直流電力である場合には、スイッチ104は、パンタグラフ12およびトランス15を介して、架線11とインバータ102が有するアームI(後述する)とを接続する。   The power conversion device 100 includes a converter 101 that performs power conversion (forward conversion) from AC power (single-phase AC power in this embodiment) supplied from the overhead wire 11 via the pantograph 12 and the transformer 15 to DC power; An inverter 102 that performs power conversion (inverse conversion) from DC power output from the converter 101 to AC power (three-phase AC power in this embodiment), and the output of the converter 101 is smoothed to stabilize the operation of the inverter 102. A filter capacitor 103 that achieves the above, a switch 104 that connects an arm C (described later) included in the converter 101 and the overhead wire 11, a switch 107 that connects an arm I (described later) included in the inverter 102 and the motor 120, A converter control unit 105 that controls the converter 101 and the switch 104; And 102 and inverter control unit 106 for controlling the switch 107, and a. In the present embodiment, the converter 101 and the inverter 102 are composed of, for example, a power semiconductor element (so-called power semiconductor device) or the like, and are housed in a single package. In this embodiment, since the power supplied from the overhead wire 11 is AC power, the switch 104 connects the overhead wire 11 and an arm C (described later) of the converter 101 via the pantograph 12 and the transformer 15. However, when the power supplied from the overhead line 11 is DC power, the switch 104 connects the overhead line 11 and an arm I (described later) of the inverter 102 via the pantograph 12 and the transformer 15.

コンバータ101は、電力変換に用いる二つのアームC(以下、第1アームと言う)および待機状態にある一つのアームC(以下、第2アームと言う)を含む三つのアームC1,C2,C3を有する。以下、アームC1,C2,C3を区別する必要がない場合には、単にアームCと記載する。これにより、第1アームとして機能するアームCが温度上昇等したとしても、第2アームとして機能するアームCを、第1アームとして機能していたアームCと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させることにより、コンバータ101による電力変換を継続することができる。本実施形態では、コンバータ101は、初期状態においては、アームC1,C2として機能しかつアームC3が第2アームとして機能している。   The converter 101 includes three arms C1, C2, and C3 including two arms C used for power conversion (hereinafter referred to as a first arm) and one arm C in a standby state (hereinafter referred to as a second arm). Have. Hereinafter, when it is not necessary to distinguish the arms C1, C2, and C3, they are simply referred to as the arm C. Thus, even if the temperature of the arm C functioning as the first arm rises, the arm C functioning as the second arm is replaced with the arm C functioning as the first arm, and the first arm is replaced. By substituting this function, power conversion by the converter 101 can be continued. In the present embodiment, converter 101 functions as arms C1 and C2 and arm C3 functions as the second arm in the initial state.

本実施形態では、コンバータ101が、三つのアームCを有する例について説明するが、電力変換に用いる複数の第1アームおよび待機状態にある少なくとも一つの第2アームを含む少なくとも三つのアームCを有していれば良い。例えば、コンバータ101は、四つ以上のアームCを有していても良い。これにより、四つのアームCのうち、電力変換に用いる第1アームとしての二つのアームCが温度上昇等したとしても、待機状態にある二つの第2アームとしてのアームCを、第1アームとして機能していた二つのアームCと置換させて当該第1アームの機能を代替させることにより、コンバータ101による電力変換を継続することができる。   In this embodiment, an example in which the converter 101 has three arms C will be described. However, the converter 101 has at least three arms C including a plurality of first arms used for power conversion and at least one second arm in a standby state. If you do. For example, the converter 101 may have four or more arms C. Thereby, even if two arms C as the first arm used for power conversion among the four arms C rise in temperature or the like, the two arms C as the second arms in the standby state are set as the first arms. By substituting the functioning of the first arm by replacing the two arms C that have functioned, the power conversion by the converter 101 can be continued.

三つのアームCは、並列に接続されている。そして、各アームCは、パンタグラフ12およびトランス15を介して架線11と接続される二つのスイッチング素子(例えば、IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistorなど)が直列に接続され、所定のスイッチングパターンでスイッチング素子をスイッチングすることで、直流電力を出力する。   The three arms C are connected in parallel. Each arm C is connected in series with two switching elements (for example, IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) connected to the overhead wire 11 via the pantograph 12 and the transformer 15, and the switching elements are arranged in a predetermined switching pattern. DC power is output by switching.

コンバータ制御部105は、コンバータ101が有する三つのアームCそれぞれの温度を検出する温度検出部105aと、当該温度検出部105aによる各アームCの温度の検出結果に基づいて、スイッチ104を制御するスイッチ制御部105bと、を備えている。   The converter control unit 105 detects a temperature of each of the three arms C of the converter 101, and a switch that controls the switch 104 based on the temperature detection result of each arm C by the temperature detection unit 105a. And a control unit 105b.

インバータ102は、電力変換に用いる第1アームとして機能する三つのアームIおよび待機状態にある第2アームとして機能する一つのアームI(第2アーム)を含む四つのアームI1,I2,I3,I4を有する。以下、アームI1,I2,I3,I4を区別する必要がない場合には、単にアームIと記載する。これにより、第1アームとして機能する三つのアームIのいずれかが温度上昇等したとしても、第2アームとして機能するアームIを、第1アームとして機能していたアームIと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させることにより、インバータ102による電力変換を継続させることができる。   The inverter 102 includes four arms I1, I2, I3, I4 including three arms I functioning as first arms used for power conversion and one arm I (second arm) functioning as a second arm in a standby state. Have Hereinafter, when it is not necessary to distinguish the arms I1, I2, I3, and I4, they are simply referred to as the arm I. As a result, even if any of the three arms I functioning as the first arm rises in temperature, the arm I functioning as the second arm is replaced with the arm I functioning as the first arm. By substituting the function of the first arm, the power conversion by the inverter 102 can be continued.

四つのアームIは、並列に接続されている。そして、各アームIは、モータ120と接続される二つのスイッチング素子(例えば、IGBTなど)が直列に接続され、所定のスイッチングパターンでスイッチング素子をスイッチングさせることで交流電力を出力する。   The four arms I are connected in parallel. Each arm I is connected in series to two switching elements (for example, IGBT) connected to the motor 120, and outputs AC power by switching the switching elements with a predetermined switching pattern.

本実施形態では、インバータ102が四つのアームIを有する例について説明するが、電力変換に用いる複数の第1アームおよび待機状態にある少なくとも一つの第2アームを含む少なくとも三つのアームIを有していれば良い。例えば、インバータ102は、五つのアームIを有していても良い。これにより、五つのアームIのうち、第1アームとしての二つのアームIが温度上昇等したとしても、待機状態にある二つの第2アームを、第1アームとして機能していた二つのアームIと置換させて当該第1アームの機能を代替させることにより、インバータ102による電力変換を継続することができる。また、インバータ102が、直流電力を単相交流電力に変換する場合には、電力変換に用いる第1アームとして機能する二つのアームIおよび待機状態にある第2アームとして機能する一つのアームIを含む三つのアームIを有していれば良い。   In this embodiment, an example in which the inverter 102 has four arms I will be described. However, the inverter 102 has at least three arms I including a plurality of first arms used for power conversion and at least one second arm in a standby state. It should be. For example, the inverter 102 may have five arms I. Thereby, even if two arms I as the first arm rise in temperature among the five arms I, the two arms I that have been functioning as the first arms are in the standby state. The power conversion by the inverter 102 can be continued by substituting and substituting the function of the first arm. Further, when the inverter 102 converts DC power into single-phase AC power, two arms I functioning as first arms used for power conversion and one arm I functioning as a second arm in a standby state are provided. What is necessary is just to have three arms I including.

インバータ制御部106は、インバータ102が有する四つのアームIそれぞれの温度を検出する温度検出部106aと、当該温度検出部106aによる各アームIの温度の検出結果に基づいて、スイッチ107を制御するスイッチ制御部106bと、を備えている。   The inverter control unit 106 detects a temperature of each of the four arms I included in the inverter 102, and a switch that controls the switch 107 based on the temperature detection result of each arm I by the temperature detection unit 106a. And a control unit 106b.

次に、コンバータ101において、第2アームとして機能するアームCを、第1アームとして機能していたアームCと置換させる動作について説明する。コンバータ制御部105のスイッチ制御部105bは、架線11から供給される単相交流電力を直流電力に電力変換するために、スイッチ104を制御して、三つのアームCのうち二つのアームC(例えば、アームC1,C2)を、パンタグラフ12およびトランス15を介して架線11と短絡させることにより、アームC1,C2を第1アームとする。さらに、スイッチ制御部105bは、スイッチ104を制御して、三つのアームCのうち第1アームとして機能するアームC以外のアームC(例えば、アームC3)を架線11から切り離して、アームC3を待機状態にある第2アームとする。   Next, an operation of replacing the arm C functioning as the second arm with the arm C functioning as the first arm in the converter 101 will be described. The switch control unit 105b of the converter control unit 105 controls the switch 104 in order to convert the single-phase AC power supplied from the overhead wire 11 into DC power, so that two of the three arms C (for example, , Arms C1, C2) are short-circuited to the overhead wire 11 via the pantograph 12 and the transformer 15, thereby making the arms C1, C2 the first arm. Further, the switch control unit 105b controls the switch 104 to disconnect the arm C (for example, the arm C3) other than the arm C functioning as the first arm among the three arms C from the overhead wire 11, and wait for the arm C3. The second arm is in a state.

スイッチ制御部105bは、コンバータ101による電力変換が行われている間、温度検出部105aによる各アームCの温度の検出結果を取得する。そして、スイッチ制御部105aは、第1アームとして機能するアームC1,C2のいずれかの温度が所定温度より高いか否かを判断する。ここで、所定温度は、アームCの使用が管理上許容される上限温度であり、電力変換装置100の管理者等が任意に設定できる。   While the power conversion by the converter 101 is performed, the switch control unit 105b acquires the detection result of the temperature of each arm C by the temperature detection unit 105a. Then, the switch control unit 105a determines whether the temperature of any of the arms C1 and C2 functioning as the first arm is higher than a predetermined temperature. Here, the predetermined temperature is an upper limit temperature that allows the use of the arm C in terms of management, and can be arbitrarily set by an administrator of the power conversion apparatus 100 or the like.

そして、スイッチ制御部105bは、第1アームとして機能するアームC1,C2のいずれかの温度が所定温度より高い場合、スイッチ104を制御して、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高い第1アーム(例えば、アームC1)をトランス15から切り離すとともに、第2アームとして機能するアームC3をトランス15に接続して、当該アームC3をパンタグラフ12およびトランス15を介して架線11と短絡させる。これにより、スイッチ104およびスイッチ制御部105bは、第2アームを、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高い第1アームと置換させる。本実施形態では、スイッチ制御部105bおよびスイッチ104が、第2アームを、第1アームと置換させて当該第1アームの機能を代替させる切替部として機能する。   When the temperature of any of the arms C1 and C2 functioning as the first arm is higher than a predetermined temperature, the switch control unit 105b controls the switch 104 so that the temperature detected by the temperature detection unit 105a is higher than the predetermined temperature. The high first arm (for example, arm C1) is disconnected from the transformer 15, and the arm C3 functioning as the second arm is connected to the transformer 15, and the arm C3 is short-circuited to the overhead wire 11 via the pantograph 12 and the transformer 15. . As a result, the switch 104 and the switch control unit 105b replace the second arm with the first arm whose temperature detected by the temperature detection unit 105a is higher than a predetermined temperature. In the present embodiment, the switch control unit 105b and the switch 104 function as a switching unit that replaces the second arm with the first arm and substitutes the function of the first arm.

次に、インバータ102において、第2アームとして機能するアームIを、第1アームとして機能していたアームIと置換させる動作について説明する。インバータ制御部106のスイッチ制御部106bは、フィルタコンデンサ103により平滑化された直流電力を三相交流電力に変換するために、スイッチ107を制御して、四つのアームIのうち三つのアームI(例えば、アームI1,I2,I3)を、モータ120と短絡させることにより、アームI1,I2,I3を第1アームとする。さらに、スイッチ制御部106bは、四つのアームIのうち第1アームとして機能するアームI以外のアームI(例えば、アームI4)をモータ120から切り離して、当該アームI4を待機状態にある第2アームとする。   Next, an operation of replacing the arm I functioning as the second arm with the arm I functioning as the first arm in the inverter 102 will be described. The switch control unit 106b of the inverter control unit 106 controls the switch 107 to convert the DC power smoothed by the filter capacitor 103 into three-phase AC power, so that the three arms I ( For example, the arms I1, I2, I3) are short-circuited to the motor 120, so that the arms I1, I2, I3 are set as the first arm. Further, the switch control unit 106b disconnects the arm I (for example, the arm I4) other than the arm I functioning as the first arm among the four arms I from the motor 120, and the arm I4 is in the standby state. And

スイッチ制御部106bは、インバータ102による電力変換が行われている間、温度検出部106aによる各アームIの温度の検出結果を取得する。そして、スイッチ制御部106bは、第1アームとして機能するアームI1,I2,I3のいずれかの温度が所定温度より高いか否かを判断する。ここで、所定温度は、アームIの使用が管理上許容される上限温度であり、電力変換装置100の管理者等が任意に設定できる。   The switch control unit 106b acquires the detection result of the temperature of each arm I by the temperature detection unit 106a while the inverter 102 performs power conversion. Then, the switch control unit 106b determines whether or not the temperature of any of the arms I1, I2, and I3 that function as the first arm is higher than a predetermined temperature. Here, the predetermined temperature is an upper limit temperature that allows the use of the arm I in terms of management, and can be arbitrarily set by an administrator of the power conversion apparatus 100 or the like.

そして、スイッチ制御部106bは、第1アームとして機能するアームI1,I2,I3のいずれかの温度が所定温度より高い場合、スイッチ107を制御して、温度検出部106aにより検出された温度が所定温度より高い第1アーム(例えば、アームI1)をモータ120から切り離すとともに、第2アームとして機能するアームI4をモータ120と短絡させる。これにより、スイッチ107およびスイッチ制御部105bは、第2アームを、温度検出部106aにより検出された温度が所定温度より高い第1アームと置換させる。本実施形態では、スイッチ制御部106bおよびスイッチ107が、第2アームを、第1アームと置換させて当該第1アームの機能を代替させる切替部として機能する。   When the temperature of any of the arms I1, I2, and I3 that function as the first arm is higher than a predetermined temperature, the switch control unit 106b controls the switch 107 so that the temperature detected by the temperature detection unit 106a is predetermined. A first arm (for example, arm I1) higher than the temperature is disconnected from the motor 120, and an arm I4 functioning as a second arm is short-circuited with the motor 120. As a result, the switch 107 and the switch control unit 105b replace the second arm with the first arm whose temperature detected by the temperature detection unit 106a is higher than a predetermined temperature. In the present embodiment, the switch control unit 106b and the switch 107 function as a switching unit that replaces the second arm with the first arm and substitutes the function of the first arm.

このように、第1の実施形態にかかる電力変換装置100によれば、第1アームとして機能するアームCのいずれかの温度がアームCの使用が管理上許容される上限温度より高くなった場合でもコンバータ101により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。また、第1の実施形態にかかる電力変換装置100によれば、第1アームとして機能するアームIのいずれかの温度がアームIの使用が管理上許容される上限温度より高くなった場合でもインバータ102により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。   As described above, according to the power conversion device 100 according to the first embodiment, when the temperature of any one of the arms C functioning as the first arm is higher than the upper limit temperature permitted for use of the arm C in terms of management. However, since the converter 101 can continuously perform power conversion, the traveling of the railway vehicle can be continued. In addition, according to the power conversion device 100 according to the first embodiment, even if the temperature of any of the arms I functioning as the first arm is higher than the upper limit temperature permitted for use of the arm I, the inverter Since the power conversion can be continuously performed by 102, the traveling of the railway vehicle can be continued.

(変形例1)
本変形例は、コンバータおよびインバータのうち、コンバータのみが、第1アームとして機能するアームに加えて、第2アームとして機能するアームを有する例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Modification 1)
This modification is an example in which, of the converter and the inverter, only the converter has an arm that functions as the second arm in addition to the arm that functions as the first arm. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.

図2は、変形例1にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本変形例にかかる電力変換装置200のコンバータ101は、第1の実施形態と同様に、電力変換に用いる第1アームとして機能する二つのアームCおよび待機状態にある第2アームとして機能する一つのアームを含む三つのアームC1,C2,C3を有する。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a drive power system of a railway vehicle according to the first modification. As in the first embodiment, the converter 101 of the power conversion device 200 according to the present modification includes two arms C that function as first arms used for power conversion and a second arm that functions as a second arm in a standby state. It has three arms C1, C2, C3 including the arms.

一方、本変形例にかかる電力変換装置200のインバータ201は、電力変換に用いられる第1アームとして機能する三つのアームI1,I2,I3のみを有する。そのため、本変形例では、インバータ制御部202は、第1アームとして機能していたアームI(温度上昇等したアームI)を、待機状態にある他のアームと置換させることはできない。   On the other hand, the inverter 201 of the power conversion device 200 according to the present modification has only three arms I1, I2, and I3 that function as first arms used for power conversion. Therefore, in this modification, the inverter control unit 202 cannot replace the arm I that has been functioning as the first arm (the arm I that has risen in temperature or the like) with another arm that is in a standby state.

このように、変形例1にかかる電力変換装置200によれば、第1アームとして機能するアームCのいずれかの温度がアームCの使用か管理上許容される上限温度より高くなった場合でもコンバータ101により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。   As described above, according to the power conversion device 200 according to the first modification, even when the temperature of any of the arms C functioning as the first arm becomes higher than the upper limit temperature permitted for use or management of the arm C, the converter Since the power conversion can be continued by 101, the traveling of the railway vehicle can be continued.

ただし、本変形例によれば、コンバータ101(第2変換部の一例)は、インバータ201(第1変換部の一例)が有するアームIと同数のアームC(本変形例では、三つのアームC)を有する。これにより、コンバータ101とインバータ201とを同一の回路構成とすることができるので、インバータ201とは別にコンバータ101と別途設計,製造する必要がなくなるため、量産効果によりコンバータ101およびインバータ201の製造コストを下げることができる。   However, according to this modification, the converter 101 (an example of the second conversion unit) has the same number of arms C as the arms I of the inverter 201 (an example of the first conversion unit) (in this modification, three arms C). ). Thus, the converter 101 and the inverter 201 can have the same circuit configuration, so that it is not necessary to design and manufacture the converter 101 and the converter 101 separately from the inverter 201. Therefore, the manufacturing cost of the converter 101 and the inverter 201 is increased due to the mass production effect. Can be lowered.

(変形例2)
本変形例は、コンバータおよびインバータのうち、インバータのみが、第1アームとして機能するアームに加えて、第2アームとして機能するアームを有する例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Modification 2)
This modification is an example in which, of the converter and the inverter, only the inverter has an arm that functions as the second arm in addition to the arm that functions as the first arm. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.

図3は、変形例2にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本変形例にかかる電力変換装置300のコンバータ301は、電力変換に用いられる第1アームとして機能する二つのアームC1,C2のみを有する。そのため、本変形例では、コンバータ制御部302は、第1アームとして機能していたアームC(温度上昇等したアームC)を、待機状態にある他のアームと置換させることはできない。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a drive power system of a railway vehicle according to the second modification. Converter 301 of power conversion device 300 according to the present modification has only two arms C1 and C2 that function as first arms used for power conversion. For this reason, in this modification, converter control unit 302 cannot replace arm C (arm C that has risen in temperature, etc.) functioning as the first arm with another arm that is in a standby state.

一方、本変形例にかかる電力変換装置300のインバータ102は、第1の実施形態と同様に、電力変換に用いる第1アームとして機能する三つのアームIおよび待機状態にある第2アームとして機能する一つアームIを含む四つのアームI1,I2,I3,I4を有する。   On the other hand, the inverter 102 of the power conversion device 300 according to the present modification functions as the three arms I functioning as the first arm used for power conversion and the second arm in the standby state, as in the first embodiment. It has four arms I1, I2, I3, I4 including one arm I.

このように、変形例2にかかる電力変換装置300によれば、第1アームとして機能するアームIのいずれかの温度がアームIの使用が管理上許容される上限温度より高くなった場合でもインバータ102により電力変換を継続することができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。   As described above, according to the power conversion device 300 according to the second modification, even if the temperature of any of the arms I functioning as the first arm is higher than the upper limit temperature permitted for use of the arm I, the inverter Since power conversion can be continued by 102, traveling of the railway vehicle can be continued.

(第2の実施形態)
本実施形態は、少なくとも三つのアームのうち、検出された温度が低いアームから順に第1アームとする例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Second Embodiment)
The present embodiment is an example in which at least three arms are used as the first arm in order from the arm with the lowest detected temperature. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.

図4は、第2の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本実施形態では、コンバータ401は、四つ以上のアームC1〜CNを有している。以下、アームC1〜CNを区別する必要がない場合には、単にアームCと記載する。そして、アームC1〜CNのうち二つのアームCを第1アームとし、残りの二つ以上のアームCを第2アームとする。これにより、第1アームとしての複数のアームCが温度上昇等したとしても、第2アームとして機能する複数のアームCを、第1アームとして機能していた複数のアームCと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させることにより、コンバータ401による電力変換を継続することができる。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the second embodiment. In the present embodiment, the converter 401 has four or more arms C1 to CN. Hereinafter, when it is not necessary to distinguish the arms C1 to CN, they are simply referred to as the arm C. Of the arms C1 to CN, two arms C are first arms, and the remaining two or more arms C are second arms. As a result, even if the temperature of the plurality of arms C as the first arm rises, the plurality of arms C functioning as the second arm are replaced with the plurality of arms C functioning as the first arm. By substituting the function of the first arm, the power conversion by the converter 401 can be continued.

また、本実施形態では、インバータ402は、五つ以上のアームI1〜INを有している。以下、アームI1〜INを区別する必要がない場合には、単にアームIと記載する。そして、五つ以上のアームI1〜INのうち、三つのアームIを第1アームとし、残りの二つ以上のアームIを第2アームとする。これにより、第1アームとして機能する三つのアームIのうち複数のアームIが温度上昇等したとしても、第2アームとして機能する複数のアームIを、第1アームとして機能していた複数のアームIと置換させて当該置換させた第1アームの機能を代替させることにより、インバータ402の電力変換を継続することができる。   In the present embodiment, the inverter 402 has five or more arms I1 to IN. Hereinafter, when it is not necessary to distinguish the arms I1 to IN, they are simply referred to as the arm I. Of the five or more arms I1 to IN, three arms I are defined as first arms, and the remaining two or more arms I are defined as second arms. As a result, even if the temperature of the plurality of arms I among the three arms I functioning as the first arm rises, the plurality of arms I functioning as the second arm function as the plurality of arms functioning as the first arm. By substituting I for the function of the replaced first arm, the power conversion of the inverter 402 can be continued.

次に、コンバータ401において、第2アームとして機能するアームCを、第1アームとして機能していたアームCと置換させる動作について説明する。本実施形態では、コンバータ制御部403のスイッチ制御部403bは、第1アームとしてのアームC(例えば、アームC1,C2)の少なくともいずれか一つ(例えば、アームC2)の温度が所定温度より高い場合、スイッチ104を制御して、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高いアームC2をトランス15から切り離す。さらに、スイッチ制御部403bは、スイッチ104を制御して、アームC1,C3〜CNのうち、温度検出部105aにより検出された温度が低いアームCから順に二つのアームC(例えば、アームC1,CN)を選択し、当該選択したアームCを、パンタグラフ12およびトランス15を介して架線11と短絡させる。   Next, an operation of replacing the arm C functioning as the second arm with the arm C functioning as the first arm in the converter 401 will be described. In the present embodiment, the switch control unit 403b of the converter control unit 403 has a temperature of at least one of the arms C (for example, the arms C1 and C2) as the first arm (for example, the arm C2) higher than a predetermined temperature. In this case, the switch 104 is controlled to disconnect the arm C2 whose temperature detected by the temperature detection unit 105a is higher than a predetermined temperature from the transformer 15. Further, the switch control unit 403b controls the switch 104, and among the arms C1, C3 to CN, the two arms C (for example, the arms C1 and CN, for example) from the arm C detected by the temperature detection unit 105a in descending order. And the selected arm C is short-circuited to the overhead wire 11 via the pantograph 12 and the transformer 15.

すなわち、スイッチ制御部403bは、コンバータ401が有するアームC1〜CNのうち、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高いアームCを除き、温度検出部105aにより検出された温度が低いアームCから順に第1アームとする。これにより、検出された温度が所定温度より高いアームCを除く他のアームCの温度が所定温度を超えていなくても、当該他のアームCのうち温度が高い特定のアームCのみが第1アームとして機能させられ高温状態に使い続けられることを回避できるので、当該特定のアームCのみが高温状態で使い続けられることにより劣化が進むことを防止できる。   That is, the switch control unit 403b excludes the arm C whose temperature detected by the temperature detection unit 105a is higher than a predetermined temperature among the arms C1 to CN included in the converter 401, and has an arm whose temperature detected by the temperature detection unit 105a is low. The first arm is in order from C. Thereby, even if the temperature of the other arms C excluding the arm C whose detected temperature is higher than the predetermined temperature does not exceed the predetermined temperature, only the specific arm C whose temperature is higher among the other arms C is the first. Since it is possible to avoid the functioning as an arm and continuing to use it in a high temperature state, it is possible to prevent the deterioration from proceeding by using only the specific arm C in a high temperature state.

本実施形態では、スイッチ制御部403bは、第1アームとしてのアームCの少なくともいずれか一つの温度が所定温度より高い場合に、第1アームとするアームCの切り替えを行っているが、定期的に、温度検出部105aにより検出された温度が低い順にアームCを選択して、第1アームとするアームCの切り替えを行っても良い。言い換えると、スイッチ制御部403bは、少なくとも三つのアームCそれぞれが第1アームとして機能する時間が同じになるように、第2アームを第1アームと置換させる。   In the present embodiment, the switch control unit 403b performs switching of the arm C as the first arm when the temperature of at least one of the arms C as the first arm is higher than a predetermined temperature. Alternatively, the arm C may be selected in descending order of the temperature detected by the temperature detection unit 105a to switch the arm C as the first arm. In other words, the switch control unit 403b replaces the second arm with the first arm so that at least three arms C function as the first arm at the same time.

具体的には、スイッチ制御部403bは、一日おきに、第2アームとして機能するアームCを、第1アームとして機能するアームCと置換させる。例えば、コンバータ401が有するアームCがアームC1,C2,C3の三つである場合、スイッチ制御部403bは、アームC1,C2を第1アームとした日の一日後(次の日)はアームC2,C3を第1アームとし、さらに一日後はアームC3,C1を第1アームとする。このように、一日おきに第1アームとするアームCを切り替えることにより、特定のアームのみが第1アームとして使用され劣化が早く進むことを防止する(言い換えると、アームCを均等に使用することができる)。また、スイッチ制御部403bは、週毎、日付、鉄道車両の運行状況(例えば、鉄道車両が上りか下りか等)に応じて、第1アームとするアームCの切り替えを行っても良い。   Specifically, the switch control unit 403b replaces the arm C functioning as the second arm with the arm C functioning as the first arm every other day. For example, when the arm C included in the converter 401 is three arms C1, C2, and C3, the switch control unit 403b causes the arm C2 one day after the day when the arms C1 and C2 are the first arm (the next day). , C3 is the first arm, and one day later, arms C3, C1 are the first arm. In this way, by switching the arm C as the first arm every other day, only a specific arm is used as the first arm and the deterioration is prevented from proceeding quickly (in other words, the arm C is used equally). be able to). Further, the switch control unit 403b may switch the arm C serving as the first arm according to the week, the date, and the operation state of the railway vehicle (for example, whether the railway vehicle is up or down).

次に、インバータ402において、第2アームとして機能するアームIを、第1アームとして機能していたアームIと置換させる動作について説明する。本実施形態では、インバータ制御部404のスイッチ制御部404bは、第1アームとしてのアームI(例えば、アームI1,I2,I3)の少なくともいずれか一つ(例えば、アームI2)の温度が所定温度より高い場合、スイッチ107を制御して、温度検出部105aにより検出された温度が所定温度より高いアームI2をモータ120から切り離す。さらに、スイッチ制御部404bは、スイッチ107を制御して、アームI1,I3〜INのうち、温度検出部106aにより検出された温度が低いアームIから順に三つのアームI(例えば、アームI1,I3,IN)を選択し、当該選択したアームIを、モータ120と短絡させる。   Next, an operation of replacing the arm I functioning as the second arm with the arm I functioning as the first arm in the inverter 402 will be described. In the present embodiment, the switch control unit 404b of the inverter control unit 404 is configured such that the temperature of at least one of the arms I (for example, the arms I1, I2, and I3) as the first arm (for example, the arm I2) is a predetermined temperature. When the temperature is higher, the switch 107 is controlled to disconnect the arm I2 whose temperature detected by the temperature detection unit 105a is higher than a predetermined temperature from the motor 120. Further, the switch control unit 404b controls the switch 107, and among the arms I1 and I3 to IN, the three arms I (for example, the arms I1 and I3) are sequentially arranged from the arm I detected by the temperature detection unit 106a. , IN) and the selected arm I is short-circuited with the motor 120.

すなわち、スイッチ制御部404bは、インバータ402が有するアームI1〜INのうち、温度検出部106aにより検出された温度が所定温度より高いアームIを除き、温度検出部106aにより検出された温度が低いアームIから順に第1アームとする。これにより、検出された温度が所定温度より高いアームIを除く他のアームIの温度が所定温度を超えていなくても、当該他のアームIのうち温度が高い特定のアームIのみが第1アームとして機能させられ高温状態で使い続けられることを回避できるので、当該特定のアームIのみが高温状態で使い続けられることにより劣化が進むことを防止できる。   That is, the switch control unit 404b has an arm whose temperature detected by the temperature detection unit 106a is low except for the arm I whose temperature detected by the temperature detection unit 106a is higher than a predetermined temperature among the arms I1 to IN of the inverter 402. The first arm in order from I. Thereby, even if the temperature of the other arms I excluding the arm I whose detected temperature is higher than the predetermined temperature does not exceed the predetermined temperature, only the specific arm I whose temperature is higher among the other arms I is the first. Since it is possible to avoid the functioning as an arm and continuing to use it in a high temperature state, it is possible to prevent the deterioration from progressing by using only the specific arm I in a high temperature state.

本実施形態では、スイッチ制御部404bは、第1アームとしてのアームIの少なくともいずれか一つの温度が所定温度より高い場合に、第1アームとするアームIの切り替えを行っているが、定期的に、温度検出部106aにより検出された温度が低い順にアームIを選択して、第1アームとするアームIの切り替えを行っても良い。言い換えると、スイッチ制御部404bは、少なくとも四つのアームIそれぞれが第1アームとして機能する時間が同じになるように、第2アームを第1アームと置換させる。   In the present embodiment, the switch control unit 404b switches the arm I serving as the first arm when the temperature of at least one of the arms I serving as the first arm is higher than a predetermined temperature. In addition, the arm I may be selected in order from the lowest temperature detected by the temperature detection unit 106a to switch the arm I as the first arm. In other words, the switch control unit 404b replaces the second arm with the first arm so that the time during which each of the at least four arms I functions as the first arm is the same.

具体的には、スイッチ制御部404bは、一日おきに、第2アームとして機能するアームIを、第1アームとして機能するアームIと置換させる。例えば、コンバータ401が有するアームIがアームI1,I2,I3,I4の四つである場合、スイッチ制御部404bは、アームI1,I2,I3を第1アームとした日の一日後(次の日)はアームI2,I3,I4を第1アームとし、二日後はアームI3,I4,I1を第1アームとする。このように、一日おきに第1アームとするアームIを切り替えることにより、特定のアームのみが第1アームとして使用され劣化が早く進むことを防止する(言い換えると、アームIを均等に使用することができる)。また、スイッチ制御部404bは、週毎、日付、鉄道車両の運行状況(例えば、鉄道車両が上りか下りか等)に応じて、第1アームとするアームIの切り替えを行っても良い。   Specifically, the switch control unit 404b replaces the arm I functioning as the second arm with the arm I functioning as the first arm every other day. For example, when the arm 401 of the converter 401 has four arms I1, I2, I3, and I4, the switch control unit 404b is one day after the day when the arms I1, I2, and I3 are set as the first arm (next day). ), Arms I2, I3, and I4 are the first arm, and after two days, arms I3, I4, and I1 are the first arm. In this way, by switching the arm I as the first arm every other day, only a specific arm is used as the first arm and the deterioration is prevented from proceeding quickly (in other words, the arm I is used equally). be able to). In addition, the switch control unit 404b may perform switching of the arm I serving as the first arm according to the week, date, and operation state of the railway vehicle (for example, whether the railway vehicle is up or down).

このように、第2の実施形態にかかる電力変換装置400によれば、検出された温度が所定温度より高いアームCを除く、他のアームCの温度が所定温度を超えていなくても、当該他のアームCのうち温度が高い特定のアームCのみが第1アームとして用いられ高温状態で使い続けられることを回避できるので、当該特定のアームCのみが高温状態で使い続けられることにより劣化が進むことを防止できる。また、第2の実施形態にかかる電力変換装置400によれば、検出された温度が所定温度より高いアームIを除く、他のアームIの温度が所定温度を超えていなくても、当該他のアームIのうち温度が高い特定のアームIのみが第1アームとして用いられ高温状態で使い続けられることを回避できるので、当該特定のアームIのみが高温状態で使い続けられることにより劣化が進むことを防止できる。   Thus, according to the power converter 400 concerning 2nd Embodiment, even if the temperature of the other arms C except the arm C whose detected temperature is higher than predetermined temperature does not exceed predetermined temperature, the said Since only the specific arm C having a high temperature among the other arms C is used as the first arm and can be kept from being used in a high temperature state, deterioration can be caused by continuing to use only the specific arm C in a high temperature state. It can be prevented from moving forward. Moreover, according to the power converter 400 concerning 2nd Embodiment, even if the temperature of the other arm I except the arm I whose detected temperature is higher than predetermined temperature does not exceed predetermined temperature, the said other Since only the specific arm I having a high temperature among the arms I is used as the first arm and can be kept from being used in a high temperature state, the deterioration proceeds when only the specific arm I is continuously used in a high temperature state. Can be prevented.

(第3の実施形態)
本実施形態は、第2アームが、第1アーム以外の他の回路要素としても使用可能である例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Third embodiment)
The present embodiment is an example in which the second arm can be used as a circuit element other than the first arm. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.

図5は、第3の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本実施形態では、電力変換装置500は、第1の実施形態にかかる電力変換装置100の構成に加えて、鉄道車両(車両の一例)のブレーキチョッパ502(回生ブレーキ)を有している。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the third embodiment. In the present embodiment, the power conversion apparatus 500 includes a brake chopper 502 (regenerative brake) of a railway vehicle (an example of a vehicle) in addition to the configuration of the power conversion apparatus 100 according to the first embodiment.

また、本実施形態では、コンバータ501は、電力変換に用いられる第1アームとしてのアームC1,C2に加えて、鉄道車両のブレーキチョッパ502の回路要素としても使用可能な第2アームとしてのアームC3を有している。これにより、第1アームとしてのアームCに加えて、第2アームとする専用のアームCを設ける必要が無いので、コンバータ501の小型化およびコンバータ501の低コスト化を図ることができる。本実施形態では、第2アームとして機能するアームC3は、鉄道車両のブレーキチョッパ502の回路要素としても使用可能なアームであるが、第1アーム以外の他の回路要素(例えば、充電装置など)としても使用可能なアームであれば、これに限定するものではない。   In this embodiment, converter 501 includes arm C3 as a second arm that can be used as a circuit element of brake chopper 502 of a railway vehicle, in addition to arms C1 and C2 as first arms used for power conversion. have. Thereby, in addition to the arm C as the first arm, it is not necessary to provide the dedicated arm C as the second arm, so that the converter 501 can be downsized and the converter 501 can be reduced in cost. In the present embodiment, the arm C3 that functions as the second arm is an arm that can also be used as a circuit element of the brake chopper 502 of the railway vehicle, but other circuit elements (for example, a charging device) other than the first arm. However, the arm is not limited to this as long as it can be used.

本実施形態では、鉄道車両は、第1アームとして機能していたアームC1,C2のいずれかが第2アームとしてのアームC3により置換されている間、当該アームC3を回路要素として含むブレーキチョッパ502を利用することができないため、機械的なブレーキ(図示しない)による制動力を大きくして減速するものとする。   In this embodiment, the railway vehicle has a brake chopper 502 that includes the arm C3 as a circuit element while either of the arms C1 and C2 functioning as the first arm is replaced by the arm C3 as the second arm. Therefore, the braking force by a mechanical brake (not shown) is increased to decelerate.

図示しないが、インバータ102においても、四つのアームIのうち、電力変換に用いる第1アームとして機能する三つのアームI以外の第2アームとして機能するアームIを、第1アーム以外の他の回路要素(例えば、車両のブレーキチョッパ、充電装置など)としても使用可能なアームとしても良い。これにより、第1アームとしてのアームIに加えて、第2アームとしての専用のアームIを設ける必要が無いので、インバータ102の小型化およびインバータ102の低コスト化を図ることができる。   Although not shown, in the inverter 102, among the four arms I, an arm I functioning as a second arm other than the three arms I functioning as the first arm used for power conversion is replaced with a circuit other than the first arm. It is good also as an arm which can be used also as elements (for example, a brake chopper of a vehicle, a charging device, etc.). Accordingly, it is not necessary to provide the dedicated arm I as the second arm in addition to the arm I as the first arm, so that the inverter 102 can be downsized and the inverter 102 can be reduced in cost.

このように、第3の実施形態にかかる電力変換装置500によれば、第1アームとしてのアームに加えて、第2アームとしての専用のアームを設ける必要が無いので、コンバータ501(またはインバータ102)の小型化およびコンバータ501(またはインバータ102)の低コスト化を図ることができる。   As described above, according to the power conversion device 500 according to the third embodiment, it is not necessary to provide a dedicated arm as the second arm in addition to the arm as the first arm, and thus the converter 501 (or the inverter 102). ) And the cost of the converter 501 (or the inverter 102) can be reduced.

(第4の実施形態)
本実施形態は、アームの故障が検出された場合に、故障が検出された第1アームを、第2アームで置換させる例である。以下の説明では、第1の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。
(Fourth embodiment)
The present embodiment is an example in which when the arm failure is detected, the first arm in which the failure is detected is replaced with the second arm. In the following description, description of the same parts as those in the first embodiment is omitted.

図6は、第4の実施形態にかかる鉄道車両の駆動電源系統の構成を示す図である。本実施形態では、電力変換装置600は、第1の実施形態にかかる電力変換装置100の構成に加えて、第1アームとしてのアームC(本実施形態では、トランス15と接続されたアームC)に流れる電流を検出する電流検出部601と、コンバータ制御部602と、を備えている。コンバータ制御部602は、電流検出部601による電流の検出結果に基づいてアームCの故障を検出する故障検出部602cと、第2アームとしてのアームCを、当該故障検出部602cにより故障が検出された第1アームとして機能していたアームCと置換させるスイッチ制御部602bと、を有する。また、本実施形態では、電力変換装置600は、第1アームとしてのアームI(本実施形態では、モータ120と接続されたアームI)に流れる電流を検出する電流検出部603,604と、インバータ制御部605と、を有する。インバータ制御部605は、電流検出部603,604による電流の検出結果に基づいてアームIの故障を検出する故障検出部605cと、第2アームとしてのアームIを、当該故障検出部605cにより故障が検出された第1アームとして機能していたアームIと置換させるスイッチ制御部605bと、を有する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a drive power supply system of a railway vehicle according to the fourth embodiment. In the present embodiment, the power conversion device 600 includes, in addition to the configuration of the power conversion device 100 according to the first embodiment, an arm C as a first arm (in the present embodiment, an arm C connected to the transformer 15). A current detection unit 601 for detecting a current flowing through the converter, and a converter control unit 602. The converter control unit 602 detects a failure in the failure detection unit 602c that detects a failure of the arm C based on the current detection result by the current detection unit 601 and the failure detection unit 602c. A switch control unit 602b that replaces the arm C functioning as the first arm. In the present embodiment, the power conversion device 600 includes a current detection unit 603, 604 that detects a current flowing in the arm I as the first arm (in the present embodiment, the arm I connected to the motor 120), an inverter And a control unit 605. The inverter control unit 605 detects the failure of the arm I based on the current detection results by the current detection units 603 and 604, and the failure detection unit 605c detects the failure of the arm I as the second arm. And a switch control unit 605b that replaces the detected arm I functioning as the first arm.

故障検出部602cは、電流検出部601による電流の検出結果に基づいて、アームCの故障を検出する。本実施形態では、故障検出部602cは、三つのアームCのうち二つのアームCの全ての組み合わせについて、当該二つのアームCがトランス15と接続されている場合における電流検出部601による電流の検出結果に基づいて、当該二つのアームCのいずれかの故障の有無を判断する。具体的には、故障検出部602cは、電流検出部601による電流の検出結果が、当該二つのアームCに流れる電流の上限を超えた場合若しくは当該二つのアームCに電流が流れていない場合に、当該二つのアームCのいずれかに故障が有ると判断する。故障検出部602cは、三つのアームCのうち二つのアームCの全ての組み合わせについて、当該二つのアームCのいずれかの故障の有無を判断する。そして、故障検出部602cは、三つのアームCのうち二つのアームCの全ての組み合わせについて行った故障の有無の判断結果の組み合わせに基づいて、三つのアームCのうち故障が有るアームCを検出する。   The failure detection unit 602c detects the failure of the arm C based on the current detection result by the current detection unit 601. In the present embodiment, the failure detection unit 602c detects the current by the current detection unit 601 when the two arms C are connected to the transformer 15 for all combinations of the two arms C among the three arms C. Based on the result, it is determined whether or not there is a failure in one of the two arms C. Specifically, the failure detection unit 602c detects when the current detection result by the current detection unit 601 exceeds the upper limit of the current flowing through the two arms C or when no current flows through the two arms C. It is determined that one of the two arms C has a failure. The failure detection unit 602c determines the presence / absence of a failure in one of the two arms C for all combinations of the two arms C among the three arms C. Then, the failure detection unit 602c detects the arm C having the failure among the three arms C based on the combination of the determination results of the presence / absence of the failure performed on all the combinations of the two arms C among the three arms C. To do.

スイッチ制御部602bは、故障検出部602cによりアームCの故障が検出された場合、スイッチ104を制御して、故障が検出された第1アーム(例えば、アームC1)をトランス15から切り離すとともに、第2アームとしてのアームC3を、トランス15と接続して第1アームと置換させる。これにより、スイッチ104およびスイッチ制御部602bは、第2アームを、故障検出部602cにより故障が検出された第1アームと置換させる。   When the failure detection unit 602c detects the failure of the arm C, the switch control unit 602b controls the switch 104 to disconnect the first arm (for example, the arm C1) in which the failure is detected from the transformer 15, and The arm C3 as the two arms is connected to the transformer 15 and replaced with the first arm. Accordingly, the switch 104 and the switch control unit 602b replace the second arm with the first arm in which the failure is detected by the failure detection unit 602c.

また、故障検出部605cは、電流検出部603,604による電流の検出結果に基づいて、アームIの故障を検出する。本実施形態では、故障検出部605cは、四つのアームIのうち三つのアームIの全ての組み合わせについて、当該三つのアームIがモータ120と接続されている場合における電流検出部603,604による電流の検出結果に基づいて、当該三つのアームIのいずれかの故障の有無を判断する。具体的には、故障検出部605cは、電流検出部603,604による電流の検出結果が、当該三つのアームIに流れる電流の上限を超えた場合若しくは当該三つのアームIに電流が流れていない場合に、当該三つのアームIのいずれかに故障が有ると判断する。故障検出部605cは、四つのアームIのうち三つのアームIの全ての組み合わせについて、当該三つのアームIのいずれかの故障の有無を判断する。そして、故障検出部605cは、四つのアームIのうち三つのアームIの全ての組み合わせについて行った故障の有無の判断結果の組み合わせに基づいて、四つのアームIのうち故障が有るアームIを検出する。   Further, the failure detection unit 605c detects a failure of the arm I based on the current detection result by the current detection units 603 and 604. In the present embodiment, the failure detection unit 605c has the currents detected by the current detection units 603 and 604 when the three arms I are connected to the motor 120 for all combinations of the three arms I of the four arms I. The presence or absence of a failure of any of the three arms I is determined based on the detection result. Specifically, the failure detection unit 605c determines that the current detection result by the current detection units 603 and 604 exceeds the upper limit of the current flowing through the three arms I, or no current flows through the three arms I. In this case, it is determined that one of the three arms I has a failure. The failure detection unit 605c determines the presence / absence of failure of any of the three arms I for all combinations of the three arms I of the four arms I. Then, the failure detection unit 605c detects the arm I having the failure among the four arms I based on the combinations of the determination results of the presence / absence of the failure performed for all the combinations of the three arms I among the four arms I. To do.

スイッチ制御部605bは、故障検出部605cによりアームIの故障が検出された場合、スイッチ107を制御して、故障が検出された第1アーム(例えば、アームI1)をモータ120から切り離すとともに、第2アームとしてのアームI4を、モータ120と接続して第1アームと置換させる。これにより、スイッチ107およびスイッチ制御部605bは、第2アームを、故障検出部605cにより故障が検出された第1アームと置換させる。   When the failure detection unit 605c detects a failure in the arm I, the switch control unit 605b controls the switch 107 to disconnect the first arm (for example, the arm I1) in which the failure is detected from the motor 120, and The arm I4 as the two arms is connected to the motor 120 and replaced with the first arm. Accordingly, the switch 107 and the switch control unit 605b replace the second arm with the first arm in which the failure is detected by the failure detection unit 605c.

このように、第4の実施形態にかかる電力変換装置600によれば、第1アームとして機能するアームCのいずれかに故障が発生した場合でもコンバータ101により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。また、本実施形態にかかる電力変換装置600によれば、第1アームとして機能するアームIのいずれかに故障が発生した場合でもインバータ102により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。   As described above, according to the power conversion device 600 according to the fourth embodiment, power conversion can be continuously performed by the converter 101 even when a failure occurs in any of the arms C functioning as the first arm. Therefore, traveling of the railway vehicle can be continued. Further, according to the power conversion device 600 according to the present embodiment, even if a failure occurs in any of the arms I functioning as the first arm, power conversion can be continuously performed by the inverter 102. Can continue running.

以上説明したとおり、第1から第4の実施形態によれば、第1アームとして機能するアームのいずれかの温度がアームの使用が管理上許容される上限温度より高くなったり故障が発生したりした場合でも電力変換装置により電力変換を継続して行うことができるので、鉄道車両の走行を継続することができる。   As described above, according to the first to fourth embodiments, the temperature of any one of the arms functioning as the first arm is higher than the upper limit temperature that is permitted for use of the arm or a failure occurs. Even in this case, the power conversion can be continuously performed by the power conversion device, so that the traveling of the railway vehicle can be continued.

上述の実施形態では、交流電力から直流電力への電力変換および直流電力から交流電力への電力変換の両方を行う電力変換装置において、第2アームとして機能するアームを、第1アームとして機能していたアームと置換させる処理を行う例について説明したが、交流電力から直流電力への電力変換および直流電力から交流電力への電力変換の少なくともいずれか一方を行う電力変換装置であれば、第2アームとして機能するアームを、第1アームとして機能していたアームと置換させる処理を行うことが可能である。   In the above-described embodiment, in the power conversion device that performs both power conversion from AC power to DC power and power conversion from DC power to AC power, the arm that functions as the second arm functions as the first arm. However, if the power conversion device performs at least one of power conversion from AC power to DC power and power conversion from DC power to AC power, the second arm is described. It is possible to perform a process of replacing the arm functioning as the arm functioning as the first arm.

また、上述の実施形態では、車両用の電力変換装置において、第2アームとして機能するアームを、第1アームとして機能していたアームと置換させる処理を行う例について説明したが、電力変換を行う電力変換装置であれば、第2アームとして機能するアームを、第1アームとして機能していたアームと置換させる処理を行うことが可能である。   In the above-described embodiment, the example in which the process of replacing the arm functioning as the second arm with the arm functioning as the first arm in the vehicle power conversion device has been described. However, power conversion is performed. If it is a power converter, it is possible to perform a process of replacing the arm functioning as the second arm with the arm functioning as the first arm.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11 架線
12 パンタグラフ
13 線路
14 車輪
15 トランス
100,200,300,400,500,600 電力変換装置
101,301,401,501 コンバータ
102,201,402 インバータ
104,107 スイッチ
105,302,403,602 コンバータ制御部
105a,106a 温度検出部
105b,106b,403b,404b,602b,605b スイッチ制御部
106,202,404,605 インバータ制御部
502 ブレーキチョッパ
601,603,604 電流検出部
602c,605c 故障検出部
C,I アーム
11 Overhead Line 12 Pantograph 13 Line 14 Wheel 15 Transformer 100, 200, 300, 400, 500, 600 Power Converter 101, 301, 401, 501 Converter 102, 201, 402 Inverter 104, 107 Switch 105, 302, 403, 602 Converter Control unit 105a, 106a Temperature detection unit 105b, 106b, 403b, 404b, 602b, 605b Switch control unit 106, 202, 404, 605 Inverter control unit 502 Brake chopper 601, 603, 604 Current detection unit 602c, 605c Failure detection unit C , I arm

Claims (9)

電力変換に用いる複数の第1アームおよび待機状態にある少なくとも一つの第2アームを含む少なくとも三つのアームと、
前記第2アームを前記第1アームと置換させて当該置換させた前記第1アームの機能を代替させる切替部と、
を備えた電力変換装置。
At least three arms including a plurality of first arms used for power conversion and at least one second arm in a standby state;
A switching unit that replaces the second arm with the first arm to replace the function of the replaced first arm;
The power converter provided with.
前記アームの温度を検出する温度検出部を備え、
前記切替部は、前記第2アームを、前記温度検出部により検出された温度が所定温度より高い前記第1アームと置換させる請求項1に記載の電力変換装置。
A temperature detection unit for detecting the temperature of the arm;
2. The power conversion device according to claim 1, wherein the switching unit replaces the second arm with the first arm whose temperature detected by the temperature detection unit is higher than a predetermined temperature.
前記切替部は、前記温度検出部により検出された温度が前記所定温度より高い前記アームを除き、前記温度検出部により検出された温度が低い前記アームから順に前記第1アームとする請求項2に記載の電力変換装置。   3. The switching unit according to claim 2, wherein the switching unit is configured as the first arm in order from the arm whose temperature detected by the temperature detection unit is low, except for the arm whose temperature detected by the temperature detection unit is higher than the predetermined temperature. The power converter described. 前記アームの故障を検出する故障検出部を備え、
前記切替部は、前記第2アームを、前記故障検出部により故障が検出された前記第1アームと置換させる請求項1から3のいずれか一つに記載の電力変換装置。
A failure detection unit for detecting a failure of the arm;
4. The power conversion device according to claim 1, wherein the switching unit replaces the second arm with the first arm in which a failure is detected by the failure detection unit. 5.
少なくとも三つの前記アームを有し、直流電力から交流電力への電力変換を行う第1変換部と、
前記第1変換部と同数の前記アームを有し、交流電力から直流電力への電力変換を行う第2変換部と、
を備えた請求項1から4のいずれか一つに記載の電力変換装置。
A first converter having at least three arms and performing power conversion from DC power to AC power;
A second converter having the same number of arms as the first converter and performing power conversion from AC power to DC power;
The power converter according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記第1変換部および前記第2変換部は、単一のパッケージに収められている請求項5に記載の電力変換装置。   The power conversion device according to claim 5, wherein the first conversion unit and the second conversion unit are housed in a single package. 前記切替部は、少なくとも三つの前記アームそれぞれが前記第1アームとして機能する時間が同じになるように、前記第2アームを前記第1アームと置換させる請求項1から6のいずれか一つに記載の電力変換装置。   7. The switch according to claim 1, wherein the switching unit replaces the second arm with the first arm so that at least three of the arms function as the first arm at the same time. 8. The power converter described. 前記第2アームは、前記第1アーム以外の他の回路要素としても使用可能である請求項1から7のいずれか一つに記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 7, wherein the second arm can be used as a circuit element other than the first arm. 前記電力変換装置は、車両用の電力変換装置であり、
前記第2アームは、前記車両のブレーキチョッパとしても使用可能である請求項8に記載の電力変換装置。
The power conversion device is a power conversion device for a vehicle,
The power conversion device according to claim 8, wherein the second arm can also be used as a brake chopper of the vehicle.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017208940A (en) * 2016-05-18 2017-11-24 株式会社日立製作所 Power conversion device, and elevator device to which the same is applied
JPWO2017175328A1 (en) * 2016-04-06 2018-07-26 三菱電機株式会社 Motor drive device
US10840903B2 (en) 2018-09-14 2020-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor module

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