JP2017055499A

JP2017055499A - 鉄道車両の制御装置及び制御方法

Info

Publication number: JP2017055499A
Application number: JP2015176153A
Authority: JP
Inventors: 哲史飯田; Tetsushi Iida
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2017-03-16

Abstract

【課題】新たに部品を追加することなく、インバータに並列接続されたコンデンサを確実に放電させる。
【解決手段】制御装置１は、主電動機６に対して、回転を停止させた後にトルクゼロのトルク指令を与えるようにインバータを２９を制御し、主電動機６を負荷としてコンデンサ２６を放電させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の制御を行う制御装置及びその制御方法に関するものである。

鉄道用インバータには、大容量の平滑用コンデンサが並列接続され、平滑用コンデンサはインバータの運転が停止した後も充電状態が継続する。そのため、運転終了後のメンテナンス等にて保守点検する際は、安全性の観点から平滑用コンデンサを放電させる必要がある。一般的には、放電回路を設けて、主開閉器の開放に連動して平滑用コンデンサが放電抵抗器を通って放電するように構成される。

また、半導体スイッチ及び放電抵抗器を直列接続した放電回路を平滑用コンデンサと並列に接続し、トロリ線より電流が流入する回路が構成されている期間はオンオフ制御を行って流入電流を制限し、放電抵抗器の損失を低減する電気車制御装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−１８９１９８号公報

従来の放電回路により、平滑用コンデンサを放電させることができるが、平滑用コンデンサは感電事故を防止するため、確実かつ安全な放電が求められる。そのため、放電抵抗器の断線故障等も考慮し、放電抵抗器を複数設けて並列化するなどの設計を行うことが望まれている。

しかし、新たに部品を追加することは、回路規模やコストの増大につながるという問題がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、新たに部品を追加することなく、コンデンサを確実に放電させることが可能な鉄道車両の制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る鉄道車両の制御装置は、インバータと、該インバータに並列接続されたコンデンサと、該インバータに接続された主電動機とを備える鉄道車両の制御を行う制御装置であって、前記主電動機に対して、回転を停止させた後にトルクゼロのトルク指令を与えるように前記インバータを制御し、該主電動機を負荷として前記コンデンサを放電させる。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る鉄道車両の制御方法は、インバータと、該インバータに並列接続されたコンデンサと、該インバータに接続された主電動機とを備える鉄道車両の制御を行う制御方法であって、前記主電動機に対して回転を停止させるように前記インバータを制御する回転停止ステップと、前記回転停止ステップの後に、前記主電動機に対してトルクゼロのトルク指令を与えるように前記インバータを制御し、該主電動機を負荷として前記コンデンサを放電させる放電ステップと、を含む。

さらに、本発明に係る制御方法において、前記鉄道車両は、前記コンデンサと並列に、放電スイッチ及び放電抵抗器を直列接続した放電回路を備えており、前記放電ステップの後に、前記放電スイッチを閉じるステップを更に含むようにしてもよい。

本発明によれば、放電抵抗を削除しても平滑用コンデンサを確実に放電させることができるようになる。また、放電抵抗を有する場合には、放電機能の冗長化を実現することができるようになる。

本発明の一実施形態に係る鉄道車両の制御装置を含む制御システムの概略を示す回路図である。本発明の一実施形態に係る鉄道車両の制御方法を示すフローチャートである。従来の鉄道車両の制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置を含む制御システムの概略を示す回路図である。図１に示す例では、制御システムは、制御装置１と、電力変換装置２と、主開閉器５とを備える。電力変換装置２は、高速度遮断器２１と、充電抵抗器２２と、充電抵抗器用の接触器（遮断器）２３と、充電回路短絡用の接触器２４と、平滑リアクトル２５と、平滑コンデンサ２６と、放電スイッチ２７と、放電抵抗器２８と、インバータ２９とを備える。

放電スイッチ２７及び放電抵抗器２８の直列接続により放電回路を構成し、この放電回路は平滑コンデンサ２６に並列接続される。後述するように、本発明に係る制御を行うことにより、この放電回路は電力変換装置２において必須の構成ではなくなり、削除することも可能である。

図１に示す実施形態では、集電装置４としてパンタグラフを用いて架線３から集電する架空電車線方式（架線集電方式）を示しているが、本発明は集電装置４として集電靴を用いて第三軌条から集電する第三軌条方式においても適用することができる。

電力変換装置２は、架空電車線方式又は第三軌条方式により集電した直流電力を三相交流電力に変換し、主電動機６に出力する。

集電装置４には直列に、主開閉器５と、高速度遮断器２１と、充電抵抗器２２及び接触器２３，２４から構成される充電回路と、平滑リアクトル２５とが接続される。

主開閉器５は、運転中は常時閉じた状態とし、運転終了後の保守点検時など、機器類を主回路から切り離す必要が生じた時に手動で開く。主開閉器５の開閉と放電スイッチ２７の開閉は一般的に連動して行われ、主開閉器５を開くと放電スイッチ２７は閉じ、主開閉器５を閉じると放電スイッチ２７は開く。

高速度遮断器２１は、過電流が流れた場合に、電力変換装置２を保護するために自動的に開き、過電流を遮断する。

接触器２３，２４は、制御装置１の制御により、集電装置４にて集電した電力の投入（通電）及び開放（遮断）を行う。

放電スイッチ２７は、主開閉器５の開閉と連動して開閉し、放電スイッチ２７を閉じることにより、平滑コンデンサ２６を放電させる。図中の破線は、主開閉器５と放電スイッチ２７が連動していることを示している。ただし、主開閉器５と独立して、制御装置１の制御により放電スイッチ２７を開閉させることも可能である。

平滑コンデンサ２６は、インバータ２９が運転している最中、及び運転停止後も基本的には充電状態が継続する。主開閉器５を開くとともに、主開閉器５と連動する放電スイッチ２７を閉じることにより、充電された平滑コンデンサ２６を放電することができる。

制御装置１は、インバータ２９のスイッチング素子に対するオンオフ制御を行う。また、運転終了時には、接触器２４を開放させて架線３から電力変換装置２を切り離す。その後、制御装置１はインバータ２９を制御し、主電動機６にトルクゼロのトルク指令を与える。トルクゼロのトルク指令とした場合、トルクがゼロなので主電動機６は回転しないが、主電動機６を負荷として電流を流すことができる。つまり、主電動機６に流す電流を励磁電流（ｄ軸電流）のみとし、トルク電流（ｑ軸電流）をゼロとする。この制御により、鉄道車両の運転終了時に、平滑コンデンサ２６に溜まった電荷を放電させる。

インバータ２９は、制御装置１の制御により、ＩＧＢＴやＧＴＯなどのスイッチング素子をスイッチングして、集電した直流電力を三相交流電力に変換し、主電動機６に出力する。インバータ２９は、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）制御により、三相交流電力の電圧及び周波数を変化させることができる。

主電動機６は、インバータ２９に１台又は複数台接続され、制御装置１がインバータ２９を制御することにより、力行、ブレーキなどの運転がなされる。

次に、鉄道車両の制御方法について説明する。本発明との比較のため、まず従来の制御方法について説明する。図３は、従来の制御方法を示すフローチャートである。制御システムの概略は、図１に示したものと同じである。従来は、鉄道車両が車庫に入ると、制御装置１はインバータ２９を制御して主電動機６の回転を停止させ、運転を終了する（ステップＳ２０１）。そして、制御装置１は接触器２３，２４を開く（ステップＳ２０２）。これにより、電力変換装置２への電力供給が停止される。

その後、保守点検を行う場合には（ステップＳ２０３−Ｙｅｓ）、手動で主開閉器５を開き、それに連動して放電スイッチ２７を閉じる（ステップＳ２０４）。放電スイッチ２７を閉じると、平滑コンデンサ２６に溜まった電荷は放電抵抗器２８を通って放電される（ステップＳ２０５）。この従来の制御方法では、放電機能を冗長化するには、例えば放電抵抗器２８を２つ備えて並列化する必要がある。

図２は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両の放電時の制御方法を示すフローチャートである。本発明では、鉄道車両が車庫に入ると、制御装置１は主電動機６の回転を停止させて運転を終了し（ステップＳ１０１）、接触器２３，２４を開き（ステップＳ１０２）、電力変換装置２への電力供給を停止させるのは、上述した従来の制御方法と同じであるが、引き続きインバータ２９を制御して、主電動機６にトルクゼロのトルク指令を与える（ステップＳ１０３）。これにより、平滑コンデンサ２６に溜まった電荷は主電動機６を負荷として放電される（ステップＳ１０４）。つまり、インバータ２９を介して主電動機６が放電回路となる。したがって、放電スイッチ２７及び放電抵抗器２８からなる放電回路を削除することができる。

その後、保守点検を行う場合には（ステップＳ１０５−Ｙｅｓ）、手動で主開閉器５を開く（ステップＳ１０６）。放電スイッチ２７及び放電抵抗器２８からなる放電回路を削除しない場合には、主開閉器５に連動して放電スイッチ２７を閉じる（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０４にて既に放電が行われているため、仮に平滑コンデンサ２６の放電が不完全となる事態が発生したとしても、更に放電スイッチ２７を閉じることにより、確実に放電させることができ、放電機能の冗長化を実現することができる。

このように、本発明では、制御装置１は、主電動機６に対して、回転を停止させた後にトルクゼロのトルク指令を与えるようにインバータ２９を制御し、主電動機６を負荷として平滑コンデンサ２６を放電させる。これにより、放電スイッチ及び放電抵抗からなる放電回路を削除しても、平滑コンデンサ２６を確実に放電させることができる。また、放電スイッチ及び放電抵抗からなる放電回路を削除しなければ、放電機能の冗長化を実現することができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

例えば、電力変換装置２の回路構成は適宜変更可能であり、また制御装置１を電力変換装置２の内部に組み込むことも可能である。また、インバータ２９の負荷は回転機とは限らず、静止機の場合でも同様に積極的に放電動作をさせることが可能である。

１制御装置
２電力変換装置
３架線
４集電装置
５主開閉器
２１高速度遮断器
２２充電抵抗器
２３，２４接触器
２５平滑リアクトル
２６平滑コンデンサ
２７放電スイッチ
２８放電抵抗器
２９インバータ

Claims

インバータと、該インバータに並列接続されたコンデンサと、該インバータに接続された主電動機とを備える鉄道車両の制御を行う制御装置であって、
前記主電動機に対して、回転を停止させた後にトルクゼロのトルク指令を与えるように前記インバータを制御し、該主電動機を負荷として前記コンデンサを放電させる制御装置。
インバータと、該インバータに並列接続されたコンデンサと、該インバータに接続された主電動機とを備える鉄道車両の制御を行う制御方法であって、
前記主電動機に対して回転を停止させるように前記インバータを制御する回転停止ステップと、
前記回転停止ステップの後に、前記主電動機に対してトルクゼロのトルク指令を与えるように前記インバータを制御し、該主電動機を負荷として前記コンデンサを放電させる放電ステップと、
を含む制御方法。
前記鉄道車両は、前記コンデンサと並列に、放電スイッチ及び放電抵抗器を直列接続した放電回路を備えており、
前記放電ステップの後に、前記放電スイッチを閉じるステップを更に含む、請求項２に記載の制御方法。