JP2608467B2 - 電気車駆動制御装置 - Google Patents

電気車駆動制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気車駆動制御装置に係り、特に、電気車駆
動用半導体素子として用いられた自己消弧形半導体素
子、例えばゲートターンオフサイリスタ、トランジスタ
の駆動を制御するに好適な電気車駆動制御装置に関す
る。
〔従来の技術〕
電気車は、一般に、第7図に示されるように、誘動電
動機20を駆動するためのインバータ16をゲートターンオ
フサイリスタ(以下GTOと称する)18で構成し、パンタ
グラフ10によって集電された電力を遮断器12、高速度遮
断器14を介してインバータ16に取込み、GTO18のスイッ
チングにより直流電力を交流電力に変換して誘導電動機
20を駆動する構成が採用されている。そしてインバータ
16は、第8図に示されるように、各種の運転モード、例
えば力行モード、惰行モード、ブレーキモード、停止モ
ードに従ってGTO18に対するスイッチング制御がおこな
われるようになっている。
ところで、GTO18は、通常オフ期間中逆バイアス電圧
が印加されている。GTO18のゲートとカソード間に逆に
バイアス電圧を印加する場合、第9図に示されるよう
に、逆バイアス電圧が高いほどGTO18のdv/dt耐量を向上
できることが知られている。一方高い逆バイアス電圧を
GTO18に印加するとGTO18の寿命が低下することも知られ
ている。このため、GTO18のゲートカソード間に逆バイ
アス電圧を印加する場合ゲートカソード間逆方向耐圧の
絶対量大定格の30%程度の電圧を印加することがおこな
われている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来の電気車においては、GTO18のオフ期間
中は常にGTO18のゲートカソード間に逆バイアス電圧を
印加する構成が採用されていたため、GTO18の長寿命化
を図るには十分ではなかった。なお、特開昭57−36585
号公報に記載されているように、互いに直列接続された
一対のトランジスタの一方のトランジスタをオンすると
きに、他方のトランジスタに逆バイアス電圧を印加する
方法を採用することも考えられるが、この方法を単に採
用しても、インバータの運転状態を考慮してGTOに逆に
バイアス電圧を印加しなければ、GTO長寿命化を図るこ
とはできない。
本発明の目的は、逆バイアス信号の印加に伴う自己消
弧形半導体素子の寿命の低下を抑制することができる電
気車駆動制御装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、本発明は、電動機により
駆動される電気車の運転モードが力行モードまたはブレ
ーキモードになったことを検出する運転モード検出手段
と、運転モード検出手段により運転モードが力行モード
またはブレーキモードになっことが検出されたときに、
電動機駆動用インバータを構成する自己消弧形半導体素
子のオフ期間中この半導体素子の制御端子へ逆バイアス
信号を出力し、運転モードが力行モードまたはブレーキ
モードから惰行モードまたは停止モードになったことが
検出されたときには逆バイアス信号の出力を停止する逆
バイアス信号発生手段と、前記インバータの運転停止後
から所定時間のみ前記半導体素子に逆バイアス信号を印
加する逆バイアス遅延手段とを有する電気車駆動制御装
置を構成したものである。
〔作用〕
前記した手段によれば、運転モードが力行モードまた
はブレーキモードになったときに、電動機駆動用インバ
ータを構成する自己消弧形半導体素子のオフ期間中この
半導体素子の制御端子に逆バイアス信号が印加され、そ
れ以外のときには特定の運転状態を除いて半導体素子の
制御端子には逆バイアス信号は印加されない。即ち、運
転モードのうちインバータが運転されていること条件と
したモードのときに半導体素子に逆バイアス信号が印加
されるようになっている。このため、自己消弧形半導体
素子に逆バイアス信号を印加する時間を短縮することが
でき、逆バイアス信号の印加に伴う自己消弧形半導体素
子の寿命の低下を抑制することができる。さらに、イン
バータの運転が停止されたときでも所定時間のみ半導体
素子の制御端子には逆バイアス信号が印加し続けられる
ようになっている。このため、負荷回路の残留エネルギ
ーによって自己消弧形半導体素子が劣化するのを防止す
ることができ、自己消弧形半導体素子の長寿命化に寄与
することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図において、誘導電動機20はインバータ16に接続
されており、インバータ16はGTO18によって構成されて
いる。インバータ16にはパンタグラフ10によって集電さ
れた電力が遮断器12、高速度遮断器14を介して供給され
ており、GTO18のゲートカソード間にはゲート駆動回路2
2からの信号が供給されるようになっている。そして各G
TO18がゲート駆動回路22からのパルス信号によってスイ
ッチング制御されると直流電力が交流電力に変換され、
誘導電動機20の駆動が制御されるようになっている。ゲ
ート駆動回路22にはオンオフ指令発生回路24からオンオ
フ指令が入力されているとともに逆バイアススタート信
号発生回路26から逆バイアススタート信号が入力されて
おり、オンオフ指令に基づいてGTO18のオンオフ期間が
制御され、逆バイアススタート信号に基づいて、各GTO1
8のオフ期間中各GTO18のゲートカソード間に逆バイアス
信号としての逆バイアス電圧が印加されるようになって
いる。
オンオフ指令および逆バイアススタート信号を発生さ
せるためのシーケンス回路として、高速度遮断器14が閉
じたとき接点を閉じる補助接点30、遮断器12が閉じたと
きに接点を閉じる補助接点32,38、ANDゲート28、運転モ
ードが力行モードまたはブレーキモードになったときに
指令を発生する指令発生回路34、遮断器12を駆動する電
磁弁36、高速度遮断器14を駆動する電磁弁40が設けらて
いる。そして運転モードが力行モードまたはブレーキモ
ードになると指令発生回路34からの指令によって電磁弁
36が駆動し、遮断器12が回路を閉じるとともに補助接点
32,38が接点を閉じる。補助接点32が接点を閉じると逆
バイアススタート信号発生回路26から逆バイアススター
ト信号が出力される。さらに補助接点38が接点を閉じる
と電磁弁40が駆動し、高速度遮断器14が回路を閉じる。
これにより補助接点30の接点が閉じANDゲート28からゲ
ート信号が出力され、オンオフ指令発生回路24からオン
オフ指令が出力される。すなわち、補助接点32,38は遮
断器12の開閉状態を検出する開閉状態検出手段を構成す
るとともに、運転モードが力行モードまたはブレーキモ
ードになったことを検出する運転モード検出手段として
構成されている。
ゲート駆動回路22は、第2図に示されるように、オン
ゲートパルス発生部22A、オフゲートパルス発生部22B、
逆バイアス信号発生部22Cから構成されており、オンオ
フ指令を受けたときに、このオンオフ指令に応じたゲー
トパルスをGTO18のゲートカソード間に印加し、各GTO18
のスイッチングを制御するように構成されている。さら
に逆バイアススタート信号を受けたときにはオフゲート
パルスによりGTO18がオフとなる期間中GTO18のゲートカ
ソード間に逆バイアス信号を印加するように構成されて
いる。これらの発生部は、例えばトランスと、トランス
の1次側にスイッチングパルスを印加するパルス発生回
路と、トランスの2次巻線および3次巻線の出力側に設
けられた整流回路と、各整流回路の出力をオンオフする
スイッチン群から構成され、一方の整流回路の出力を順
バイアス電圧としてスイッチを介してGTOのゲートカソ
ード間に印加し、他の整流回路の出力を逆バイアス電圧
としてスイッチを介してGTO18のゲートカソード間に印
加するようにした回路によって構成することができる。
以上の構成において、運転モードが力行モードとな
り、力行指令が指令発生回路34から出力されると、電磁
弁36が作動し、補助接点32,38の接点が閉じ、遮断器12
が回路を閉じる。これにより逆バイアススタート信号が
ゲート駆動回路22に入力される。続いて電磁弁40が作動
し補助接点30の接点が閉じると高速度遮断器14が回路を
閉じる。これによりオンオフ指令がゲート駆動回路22に
入力され、各GTO18のゲートカソード間には第3図に示
されるようなゲートパルスが順次印加され、GTO18のス
イッチング制御がおこなわれる。このとき各GTO18がオ
フになったときには、逆バイアス信号発生部22Cからの
逆バイアス信号が各GTO18のゲートカソード間に印加さ
れ、各GTO18のdv/dt耐量を向上するための制御がおこな
われる。
次に、運転モードが力行モードから惰行モードに切り
換わると電磁弁36がオフになり、各補助接点30,32,38の
接点が開きオンオフ指令および逆バイアススタート信号
の発生が停止される。これによりオフゲートパルスによ
って各GTO18がオフになるとともに各GTO18に対する逆バ
イアス信号の印加が停止される。この場合には、第3図
に示されるように、各GTO18のゲートカソード間には電
圧が印加されない。また運転モードが惰行モードからブ
レーキモードに切り換ったときには力行モードと同様な
制御がおこなわれ、運転モードが停止モードになったと
きには惰行モードと同様な制御がおこなわれる。すなわ
ち、力行モードとブレーキモードのときにのみ、各GTO1
8がオフの期間中各GTO18のゲートカソード間に逆バイア
ス信号が出される。一方、運転モードが惰行モードおよ
び停止モードになったときには各GTO18のゲートカソー
ド間にはゲートパルスおよび逆バイアス信号が印加され
ない状態となる。このため、各GTO18に逆バイアス信号
を印加する時間が短縮され、逆バイアス信号の印加に伴
ってGTO18の寿命が低下するのを防止することが可能と
なる。
次に、第4図に示されるように、補助接点32と逆バイ
アススタート信号発生回路26との間にORゲート42とワン
ショットマルチ44を設け、第5図に示されるように、補
助接点32の接点が閉の状態から開の状態になったとき
に、ワンショットマルチ44から一定時間T1パルス信号を
出力し、このパルス信号をORゲート42を介して逆バイア
ススタート信号発生回路26へ入力するように構成すれ
ば、補助接点32の接点が閉の状態から開の状態になって
も、一定時間T1逆バイアススタート信号の発生が停止さ
れるタイミングを遅延させることができる。すなわち、
運転モードが力行モードから惰行モードに移行したとき
に、補助接点32が開かれると同時に逆バイアススタート
信号の発生を停止したのでは、誘導電動機20の残留エネ
ルギーによって生ずる電圧がGTO18に印加されてGTO18が
劣下する恐れがある。そこで、誘導電動機20の残留エネ
ルギーによる電圧変動が抑制される時間T1だけ逆バイア
ス電圧印加停止タイミングを遅らせれば、即ち、インバ
ータ16の運転が停止されたときでも、各GTO18に逆バイ
アス信号を印加する時間を時間T1だけ伸ばせば、誘導電
導機20の残留エネルギーによる電圧変動によってGTO18
が劣下するのを防止することができる。この時間T1とし
ては、例えば100〜1000ms程度が適当である。なお、こ
の場合、ORゲート42、ワンショットマルチ44、逆バイア
ススタート信号発生回路26が逆バイアス遅延手段を構成
することになる。
又、第6図に示されるように、パンタグラフ10と誘導
電動機20とを結ぶ電源回路の電圧を検出する電圧検出手
段としての電圧検出器46を設けるとともに電圧検出器46
の検出出力が設定値としての基準電圧を越えたときに、
比較出力を逆バイアススタート信号発生回路26へ出力す
る比較器48を設け、比較器48の比較信号によって逆バイ
アススタート信号発生回路26を起動させるようにして
も、前記実施例に同様な効果を得ることができる。すな
わち、電圧検出器46によりインバータ16に供給される電
圧が基準電圧を越えたときにのみ逆バイアススタート信
号を出力するようにすれば、力行モードおよびブレーキ
モードのときにGTO18のゲートカソード間に逆バイアス
信号を印加することができる。なお、この場合、オンオ
フ指令は前記実施例と同様な条件によって発生する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、運転モードが
インバータの運転を条件とした力行モードまたはブレー
キモードにあるときに、電動機駆動用インバータを構成
する自己消弧形半導体素子のオフ期間中この半導体素子
の制御端子に逆バイアス信号を印加するようにしたた
め、自己消弧形半導体素子に逆バイアス信号を印加する
時間を短縮することができ、逆バイアス信号の印加に伴
う自己消弧形半導体素子の寿命の低下を抑制することが
できる。さらに、インバータの運転が停止されたときで
も運転停止直後から所定時間のみ半導体素子の制御端子
に逆バイアス信号を印加し続けるようにしたため、負荷
回路の残留エネルギーによって自己消弧形半導体素子が
劣化するのを防止することができ、自己消弧形半導体素
子の長寿命化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図はゲー
ト駆動装置の構成説明図、第3図は運転モードにおける
ゲートパルスの波形図、第4図は遅延手段の構成説明
図、第5図は第4図の動作説明図、第6図の本発明の他
の実施例を示す構成図、第7図は従来例の要部構成図、
第8図は各種運転モードにおける時間と速度との関係を
示す線図、第9図はゲートカソード間の逆電圧とdv/dt
耐量との関係を示す特性図である。 10……パンタグラフ、12……遮断器、 14……高速度遮断器、16……インバータ、 18……GTO、20……誘導電動機、 22……ゲート駆動装置、 24……オンオフ指令発生回路、 26……逆バイアス信号発生回路、 28……ANDゲート、 30,32,38……補助接点、 34……指令発生回路、36,40……電磁弁、 42……ORゲート、44……ワンショットマルチ、 46……電圧検出器、48……比較器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機により駆動される電気車の運転モー
    ドが力行モードまたはブレーキモードになったことを検
    出する運転モード検出手段と、運転モード検出手段によ
    り運転モードが力行モードまたはブレーキモードになっ
    たことが検出されたときに、電動機駆動用インバータを
    構成する自己消弧形半導体素子のオフ期間中この半導体
    素子の制御端子へ逆バイアス信号を出力し、運転モード
    が力行モードまたはブレーキモードから惰行モードまた
    は停止モードになったことが検出されたときには逆バイ
    アス信号の出力を停止する逆バイアス信号発生手段と、
    前記インバータの運転停止後から所定時間のみ前記半導
    体素子に逆バイアス信号を印加する逆バイアス遅延手段
    とを有する電気車駆動制御装置。
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