JP2868925B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

電気車制御装置

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JP2868925B2
JP2868925B2 JP3105975A JP10597591A JP2868925B2 JP 2868925 B2 JP2868925 B2 JP 2868925B2 JP 3105975 A JP3105975 A JP 3105975A JP 10597591 A JP10597591 A JP 10597591A JP 2868925 B2 JP2868925 B2 JP 2868925B2
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敦 矢島
玲 宮崎
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Toshiba Transport Engineering Inc
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Toshiba Transport Engineering Inc
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】[発明の目的]
【0002】
【産業上の利用分野】この発明は、電気車制御装置に関
する。
【0003】
【従来の技術】従来一般に、コンバータとインバータと
を備えた電気車制御装置は、図2に示すような構成を備
えている。この従来の電気車制御装置は、集電器1、遮
断器2、集電器1から取り込んだ交流電力電圧を制御装
置に応じた大きさの電圧に変換するための変圧器3、変
圧器3の二次出力に設けられた開閉器4、前記変圧器3
からの交流電力を直流電力に変換するためのコンバータ
5a,5b、このコンバータ5a,5bの直流出力と共
に共通の直流母線に接続された直流電力を所望の交流電
力に変換するインバータ6、そして、このインバータ6
の交流電力により回転駆動される交流電動機7から構成
されている。
【0004】さらに、インバータ6の回路素子であるス
イッチング素子の開閉タイミングを制御することにより
出力電力を制御するためのインバータ制御回路8、およ
びインバータ6の異常を検出するための異常検出回路9
を備えており、この異常検出回路9が異常検出した時に
回路保護のために遮断器2を遮断動作させるようになっ
ている。なお、異常検出回路9によるインバータ6の異
常検出方式としては、回路の電流あるいは電圧を検出し
て異常検出基準値と比較し、検出値が基準値を超えるよ
うになった時に異常とする方式が一般的である。
【0005】このような構成の従来の電気車制御装置で
は、電気車の力行時には、集電器1、遮断器2、変圧器
3および開閉器4を介して得た交流電力をコンバータ5
a,5bによって直流電力に変換する。そして、このコ
ンバータ5a,5bの直流出力電力が共通母線を通して
インバータ6の直流入力電力とされ、インバータ6にお
いて可変電圧可変周波数の交流電力に変換され、交流電
動機7を駆動する。そして、インバータ6に異常が発生
した場合には、異常検出回路9によって検出し、遮断器
2にトリップ指令を与えて回路の入力交流電力を遮断
し、回路を保護する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の電気車制御装置では、次のような問題点があっ
た。すなわち、コンバータ5a,5bのいずれか一方が
故障したような場合、遮断器2によって電源を遮断する
か、あるいは、変圧器3に接続された他の負荷(図示せ
ず)に対する電力を確保しておくために、遮断器2は開
放せずに開閉器4を開放し、コンバータ5a,5bを電
源から切り離すようにしているが、このようにコンバー
タ5a,5bのいずれか一方の故障で、残りの他方のコ
ンバータが正常に動作できるためにある程度の電動機駆
動電力は確保できるような場合でも、装置全体を停止し
てしまうことになる問題点があった。
【0007】そこで、開閉器4によって、例えば故障し
たコンバータ5aのみを開放し、健全なコンバータ5b
とインバータ6によって運転を継続するように改善する
ことができるが、このようにした場合には、大電力域で
コンバータ5bが過負荷になり、故障が拡大してしまい
かねない問題点があり、また、出力が低下することによ
りインバータ制御回路8や回路保護のための異常検出回
路9の機能に異常を来す可能性がある問題点があった。
【0008】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、複数のコンバータのうちのいずれか
が故障したような場合でも残りの健全なコンバータによ
って継続運転ができ、しかも、故障時継続運転によって
も回路に異常を来すこともない電気車制御装置を提供す
ることを目的とする。
【0009】[発明の構成]
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の電気車制御装
置は、交流電力を直流電力に変換するための複数のコン
バータと、前記コンバータの全部と共に共通の直流母線
に接続された直流電力を交流電力に変換するためのイン
バータと、前記インバータに過負荷がかけられた時に前
記コンバータに対する交流電力の入力を遮断するための
過負荷保護手段であって、通常運転に対する過負荷基準
とそれよりも低い安全サイドの過負荷基準とを切り換え
て使用できるようにしたものと、前記複数のコンバータ
各々を個別に交流電力から開放するための開放手段と、
前記開放手段の開放動作を検知するための検知手段と、
前記検知手段が前記開放手段の開放動作を検知した時
に、前記過負荷保護手段の過負荷基準を安全サイドに切
り換える基準切り換え手段とを備えたものである。
【0011】
【作用】この発明の電気車制御装置では、力行時には、
複数のコンバータそれぞれが出力する直流電力をインバ
ータに供給して、所望の交流電力に変換し、交流電動機
を駆動することができる。そして、インバータに過負荷
がかけられた場合には、過負荷保護手段がその過負荷を
検出し、開放手段により複数のコンバータ各々に対する
交流電力の供給を停止する。
【0012】また、コンバータのいずれかが故障したよ
うな場合には、基準切り換え手段により前記インバータ
に対する過負荷保護手段の保護動作基準を通常時のもの
から安全サイドのものに切り換え、インバータがより低
い過負荷基準によって保護動作するようにし、残された
健全なコンバータとインバータにより交流電動機の駆動
を継続することができ、しかも残された健全なコンバー
タに能力異常の電力出力を要求することによる過負荷の
発生を防止することができる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。図1はこの発明の一実施例の回路構成を示してお
り、図2に示した従来例と同じように、交流架線から電
力を取り込むための集電器1、交流電力の取り込みを遮
断するための遮断器2、高圧入力を装置に合った電圧電
力に変圧するための変圧器3、複数のコンバータそれぞ
れに対して変圧器3の二次側電力を個別に与えるための
開閉器4a,4b、それぞれターンオフサイリスタGお
よびダイオードDによって構成される2台の電圧形パル
ス幅制御(PWM)コンバータ5a,5bを備えてい
る。
【0014】また、前記コンバータ5a,5bと同じよ
うにターンオフサイリスタGおよびダイオードDによっ
て構成され、これらのコンバータと共通の直流母線で接
続されている電圧形パルス幅制御(PWM)インバータ
6、および、このインバータ6からの交流電力によって
駆動される交流電動機7を備えている。さらに、インバ
ータ6を制御するためのインバータ制御回路8、およ
び、インバータ6の異常を検出するための異常検出回路
9を備えている。
【0015】そして、この実施例の電気車制御装置で
は、開閉器4a,4bそれぞれの接点と連動して開閉器
4a,4bが開放動作した時に検出信号を出力する接点
10a,10b、これらの検出用接点10a,10bの
出力信号の論理和をとるOR回路11および、インバー
タ6の直流入力線に設けられた電流検出器12を備えて
いる。
【0016】さらに、前記異常検出回路9には、前記電
流検出器12からの検出信号を一方の入力とするコンパ
レータ13、通常運転時の過負荷電流基準を与える基準
設定器REF1とそれよりも低い安全サイドの過負荷電
流基準を与える基準設定器REF2、および、これらの
電流基準を切り換えるためのスイッチ14を備えてい
る。そして、前記スイッチ14は、OR回路11の出力
により電流基準REF1と電流基準REF2とが切り換
えられ、このスイッチ14の出力がコンパレータ13の
他方の入力となるように接続されている。また、コンパ
レータ13の出力は、遮断器2をトリップ動作させるよ
うになっている。なお、16はコンデンサである。
【0017】次に、上記の構成の電気車制御装置の動作
について説明する。
【0018】いま、例えばコンバータ5bが故障したと
した場合の動作について説明すると、このコンバータ5
bの故障によって開閉器4bが開放される。すると、こ
の開閉器4bに連動する検出用接点10bがオンとな
り、OR回路11に検出信号を与え、OR回路11から
インバータ制御回路8と異常検出回路9のスイッチ14
とに切り換え信号が出力される。
【0019】そこで、インバータ制御回路8では、速度
検出器15の出力に応じて、あらかじめ設定された値に
電動機電流を制御するのであるが、開閉器4bが開放さ
れた場合、OR回路11からの出力により、電流設定値
を通常運転時のものよりも低い値に切り換え、インバー
タ6の入力電流を制限する。
【0020】一方、異常検出回路9では、OR回路11
からの切り換え信号により、スイッチ14がそれまでの
通常時の電流基準REF1側からコンバータ5aの運転
能力に応じたより低い電流基準REF2に切り換わり、
コンパレータ13にその電流基準REF2を与えるよう
になる。
【0021】したがって、コンバータ5aに過負荷がか
からない場合には、このコンバータ5a単独で交流電力
を直流電力に変化してインバータ6に与え、インバータ
6はインバータ制御回路8により制限された低い入力電
流に対して変換動作し、交流電動機7を駆動し続ける。
【0022】しかしながら、インバータ制御回路8によ
る入力電流の制限にもかかわらず、電流検出器12が検
出するインバータ6の入力電流(したがってコンバータ
5a,5bの負荷電流でもある)が前述の電流基準RE
F2よりも大きくなっていればコンバータ5aに過負荷
がかかっているものと判定して、遮断器2にトリップ信
号を与え、入力電力の遮断動作を行ない、回路を保護す
る。
【0023】こうして、複数台のコンバータ5a,5b
のうちのいずれかが故障したような場合でも、健全なコ
ンバータだけで運転を継続することができ、しかも、そ
の場合には、インバータ6の入力電流を低く制限するこ
とによりコンバータに重い負荷をかけないようにし、し
かも、過負荷がかかる場合にはそれを検出して電源遮断
を行ない、回路の保護を行なうのである。
【0024】なお、この発明は上記の実施例の限定され
ることはなく、コンバータは3台以上の複数台であって
もよく、その場合にも、各コンバータに個別に開閉器と
その開閉検出手段とを設け、またコンバータの故障台数
に応じて段階的に電流基準、あるいは電圧基準を低い方
に切り換える切り換え手段を設けるようにする。さら
に、その場合には、インバータ制御回路もコンバータの
故障台数に応じて入力電流を段階的に制限する機能を付
加する。また、過負荷基準は電流基準に代えて電圧基準
にしてもよい。
【0025】また、上記実施例では遮断器2を遮断する
ようにしたが、他の負荷が変圧器3の二次側に接続され
ているような場合には、各コンバータに対する入力電力
を同時に遮断する別の遮断器を設けるようにしてもよ
い。
【0026】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、複数台
のコンバータのいずれかが故障したような場合でも、イ
ンバータに対する入力電流あるいは入力電圧に対する比
較基準を低い側に切り換えて健全なコンバータによって
運転を継続し、しかもその電流、あるいは電圧基準を超
える入力がある時にコンバータに過負荷がかかっている
ものとして電源遮断を行なうようにしているため、従来
のように1台のコンバータの故障によって装置全体が停
止することがなくて、運転の継続ができ、しかも、運転
継続中はより低い安全サイドの過負荷基準によってコン
バータの過負荷を検出して電源遮断できて回路の保護も
確実に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の回路ブロック図。
【図2】従来例の回路ブロック図。
【符号の説明】
1 集電器 2 遮断器 3 変圧器 4a,4b 開閉器 5a,5b コンバータ 6 インバータ 7 交流電動機 8 インバータ制御回路 9 異常検出回路 10a,10b 検出用接点 11 OR回路 12 電流検出器 13 コンパレータ 14 スイッチ 15 速度検出器 REF1 通常時電流基準 REF2 異常時電流基準
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−283003(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60L 3/00 - 3/12 B60L 9/00 - 11/18 B60L 15/00 - 15/38 H02M 7/17 H02M 7/48

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電力を直流電力に変換するための複
    数のコンバータと、 前記コンバータの全部と共に共通の直流母線に接続され
    た直流電力を交流電力に変換するためのインバータと、 前記インバータに過負荷がかけられた時に前記コンバー
    タに対する交流電力の入力を遮断するための過負荷保護
    手段であって、通常運転に対する過負荷基準とそれより
    も低い安全サイドの過負荷基準とを切り換えて使用でき
    るようにしたものと、 前記複数のコンバータ各々を個別に交流電力から開放す
    るための開放手段と、 前記開放手段の開放動作を検知するための検知手段と、 前記検知手段が前記開放手段の開放動作を検知した時
    に、前記過負荷保護手段の過負荷基準を安全サイドに切
    り換える基準切り換え手段とを備えて成る電気車制御装
    置。
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