JP3536142B2 - 電気車両の接地回路 - Google Patents

電気車両の接地回路

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体を用いた制
御装置を備えた電気車両の接地回路に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、電気車の接地回路として、特開昭
62−213501号公報に記載の接地回路が広く知ら
れている。この接地回路は、インバータ等の制御器箱と
負極の集電装置を車体接地することにより、半導体素子
のスイチッングによる高調波電流を制御器箱近傍に集中
し、列車無線装置や信号機器等に及ぼす誘導障害を防止
する。図3は、集電装置1よりスイッチ2を介して電力
を受け、インバータ4のスイッチングにより主電動機5
を駆動する制御装置を備えた、上記従来技術で構成した
インバータ制御電車の接地回路の例である。この回路で
は、主回路の帰線電流は、破線で示すように、インバ
ータ回路4、接地スイッチ6、主回路電線13からアー
スブラシ(負極の集電装置)7、車輪20、レール21
へと流れるのが通常である。しかし、台車装置8と車体
9の接続部分に特に絶縁処置を施さない限り、車輪20
は台車装置8を介して車体9と電気的に接続されている
ことになる。この結果、破線で示すように、インバー
タ回路4からの帰線電流の一部が接地スイッチ6、箱接
地10、インバータ箱22、車体接地3、車体9、台車
装置8、車輪20の経路で流れてしまう。ここで、主回
路からの帰線電流が台車装置8を通るために、例えば台
車の中心ピン(図示せず)等に電蝕が発生するという問
題が起きる。また、上記電蝕を防止するために、図4に
示すように、台車装置8と車体9の接続部分に絶縁処置
15を施す場合がある。この場合、台車装置8や車体9
の電蝕を防ぐことができるが、下記理由により、誘導障
害が発生する。図3におけるインバータ4のスイッチン
グによる高調波電流の経路を図5に示す。台車装置8と
車体9の接続部分に絶縁処置を施さない場合、破線で
示すように、高調波電流はインバータ回路4からモータ
線11、モータの浮遊容量12、モータフレーム16、
台車装置8、車体9、車体接地3、インバータ箱22、
箱接地10、接地スイッチ6の経路で流れる。これに対
し、台車装置8と車体9の間に絶縁処置15が施された
場合の高調波電流の経路を図6に示す。高調波電流は、
破線で示すように、インバータ回路4からモータ線1
1、モータの浮遊容量12、モータフレーム16、均圧
線17、アースブラシ7、主回路電線13、接地スイッ
チ6の経路で流れるようになる。この2つの電流経路
の交流インピーダンスを比較した場合、幅広の導体で
ある車体9よりも主回路電線13の方が著しく大きい。
このため、絶縁処置15を施し、インバータ4のスイッ
チングに伴う高調波電流が主回路電線13を流れると、
配線インダクタンス18で電圧降下が生じ、接地スイッ
チ6の電位即ち車体接地3を介して車体9の電位が変動
する。その結果、例えば列車無線装置の電源やアンテナ
からこの高調波の電圧変動を誘導するなどして、誘導障
害が発生する。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】このように、従来の接
地回路では、車体や台車に電蝕対策を施すと、誘導障害
が発生するという問題があった。本発明の課題は、電蝕
対策の有無等、車体と台車の接続構造に関係なく、如何
なる場合も誘導障害の少ない電気車両の接地回路を提供
することにある。 【0004】 【課題を解決するための手段】上記課題は、複数の半導
体のスイッチングにより直流電力を可周波可変電圧の交
流電力に変換するインバータ回路を有し、インバータ回
路の交流電力を電動機に供給して車両を駆動する電気車
であって、インバータ回路の直流側の正極は架線に電気
的に接続され、負極はレールに接する車両の車輪側に設
けられたアースブラシ等からなる負極集電装置に帰線電
流を流す主回路電線で接続されてなり、インバータ回路
はインバータ箱内に収納され、且つ、インバータ回路の
直流負極側が該箱に接地され、さらにインバータ箱は電
気車車体に車体接地された電気車両の接地回路におい
て、半導体のスイッチングによって発生する高調波電流
に伴う主回路電線の交流インピーダンス電圧降下を減少
させるように、車体と負極集電装置とを抵抗体を介して
電気的に接続し、半導体のスイッチングによって発生す
る高調波電流をインバータ箱−車体−抵抗体−負極集電
装置からなる経路を通して流すことによって、解決され
る。 【0005】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態によ
る電気車両の接地回路を示す。本実施形態は、車体9と
台車装置8の接続部分に絶縁処置15を施してある場合
であり、車体9とアースブラシ7の間に抵抗14を接続
したことに特徴がある。他の主回路構成は、図3と同一
である。本実施形態では、車体9と台車装置8が電気的
に絶縁処置15されているため、インバータ回路4から
の帰線電流は台車装置8へは流れない。また、車体9か
らアースブラシ7の間に抵抗14が存在するため、イン
バータ回路4からの帰線電流は、破線に示すように、
抵抗14に比べて直流インピーダンスの小さい主回路電
線13を通り、車体9を通らない。主回路電流が車体
9、台車装置8を流れないため、これらの部分に電蝕は
発生しない。一方、インバータ4のスイッチングによる
高調波電流については、主回路電線13のインダクタン
ス18と車体9のインダクタンス19及び抵抗14によ
りその経路が決まる。ここで、高調波電流に対するイン
ピーダンスを計算する。主回路電線13の長さを10m
とし、単位長さ当たりのインダクタンスが1(μH/
m)であるとすれば、そのインダクタンスL13は、 L13≒10(μH) となる。抵抗分を無視すると、列車無線等に使われてい
る100kHz程度の周波数成分に対する主回路電線1
3のインピーダンスZ13は、 Z13≒2π×100×103×10×10~6≒6(Ω) となる。一方、車体9は幅広の板状導体とみなせること
から、配線インダクタンスが主回路電線13のそれより
1桁程度小さいものと考えられる。よって、ここでは車
体9の配線インダクタンスL9は、 L9≒1(μH) とする。抵抗14の抵抗値を1(Ω)に選んだとすれ
ば、車体9〜抵抗14のインピーダンスZ9+14は、 Z9+14≒√12+(2π×100×103×1×10~6)2
≒1.2(Ω) となる。即ち、本実施形態においては、破線に示すよ
うに、インバータ4のスイッチングによる高調波電流の
殆どが車体9を流れることになり、即ち、インバータ回
路4からモータ線11、モータの浮遊容量12、モータ
フレーム16、均圧線17、アースブラシ7、抵抗1
4、車体9、車体接地3、インバータ箱22、箱接地1
0、接地スイッチ6の経路で流れ、主回路電線13を通
らないため、配線インダクタンス18の電圧降下による
車体9の電位変動が起きない。 【0006】ここで、従来の接地回路と本実施形態の車
体9の電位変動を比較する。今、高調波電流の絶対値が
接地回路に関係なく、i(A)であるとすると、従来の
接地回路での電位変動Δv1は、 Δv1=i×Z13 本実施形態の接地回路での電位変動Δv2は、 Δv2=i×Z9+14 よって、 Δv2/Δv1=Z9+14/Z13=0.2 となり、本実施形態により、車体9の電位変動、即ち誘
導障害を20%程度に低減することができる。 【0007】ここで、抵抗14をR14、主回路電線13
の抵抗分をR13とすると、 R13≪R14 の関係にあるので、主回路の帰線電流は、主回路電線1
3に流れ、抵抗14には流れない。よって、抵抗14は
小形のものでよく、台車装置8の内部又はその近傍に容
易に収納できる。あるいは、図7に示すように、絶縁端
子台23に抵抗14を直接取り付ければ、抵抗器の固定
や配線も簡易なもので済み、艤装上の問題もない。図7
は、車体9に取り付けられた既設の絶縁端子台23にア
ースブラシ、接地スイッチと接続する主回路電線13を
固定した構造を示す。 【0008】図2は、本発明の第2の実施形態を示す。
本実施形態は、第1の実施形態に対し、車体9と台車装
置8との接続部分に絶縁処置を施していない場合であ
る。よって、この部分に電蝕が発生する可能性はある
が、第1の実施形態と同様、車体9とアースブラシ7の
間に抵抗14を接続する。図2のように、車体9と台車
装置8との接続部分に絶縁処置が施されていない場合、
この部分の電気的接触状態は車体の振動によって大きく
変動するため、走行中は車体9と台車装置8との接続部
分の接触抵抗が刻々と変化し、この部分が電気的に絶縁
されるタイミングが存在する。本実施形態によれば、こ
のようなモードでも抵抗14により車体9とアースブラ
シ7を接続しておくことにより、破線に示す経路で高
調波電流を確実に車体9に流すことができ、車体9の電
位変動を抑制できるため、誘導障害の発生を防止するこ
とができる。なお、図1、図2、図7の実施形態におい
て抵抗14は、電線の内部抵抗でも良い。 【0009】図8は、本発明の第3の実施形態を示す。
本実施形態は、接地スイッチ6からアースブラシ7の間
を平行平板24を用いて接続することに特徴がある。平
行平板24は主回路電線13に比べて交流インピーダン
スが小さいため、平行平板24を用いることにより、接
地回路の交流インピーダンスを低減することができる。
本実施形態では、高調波電流が同図中に破線で示すよ
うな経路、即ち、インバータ回路4から接地スイッチ
6、平行平板24、アースブラシ7、均圧線17、モー
タフレーム16、モータの浮遊容量12、モータ線11
の経路で流れても、平行平板24での電圧降下が図6の
主回路電線13の場合よりも小さくなるので、車体9の
電位変動を抑制でき、誘導障害の発生を防止できる。な
お、本実施形態は、台車装置8と車体9の接続部分に絶
縁処置15を施した場合について説明したが、図5の台
車装置8と車体9の接続部分に絶縁処置15を施さない
場合についても同様に適用できる。 【0010】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接地回路の交流インピーダンスにおける、高調波電流に
よる電圧降下を低減し、車体の電位変動を抑制するの
で、半導体のスイッチングによって発生する高調波電流
による無線装置や信号機器への誘導障害を抑制すること
ができる。また、本発明によれば、アースブラシと車体
の間に抵抗体を接続するのみであるので、抵抗器の固定
や配線が簡易であり、安価に高調波電流による無線装置
や信号機器への誘導障害を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1の実施形態による電気車両の接地
回路 【図2】本発明の第2の実施形態 【図3】車体と台車を絶縁していない車両における従来
技術の接地回路 【図4】車体と台車を絶縁している車両における従来技
術の接地回路 【図5】図3における高調波電流の経路を示す図 【図6】図4における高調波電流の経路を示す図 【図7】本発明の具体的な実現例を示す図 【図8】本発明の第3の実施形態 【符号の説明】 1…集電装置,2…スイッチ,3…車体接地,4…イン
バータ回路,5…モータ,6…接地スイッチ,7…アー
スブラシ,8…台車装置,9…車体,10…箱接地,1
1…モータ線,12…モータの浮遊容量,13…主回路
電線,14…抵抗,15…絶縁処置,16…モータフレ
ーム,17…均圧線,18…主回路電線の配線インダク
タンス,19…車体の配線インダクタンス,20…車
輪,21…レール,22…インバータ箱,23…絶縁端
子台,24…平行平板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−347503(JP,A) 特開 平8−98328(JP,A) 特開 平9−9412(JP,A) 特開 昭64−39201(JP,A) 特開 昭62−210802(JP,A) 特開 昭62−213501(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60L 3/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 複数の半導体のスイッチングにより直流
    電力を可周波可変電圧の交流電力に変換するインバータ
    回路を有し、該インバータ回路の交流電力を電動機に供
    給して車両を駆動する電気車であって、前記インバータ
    回路の直流側の正極は架線に電気的に接続され、負極は
    レールに接する車両の車輪側に設けられたアースブラシ
    等からなる負極集電装置に帰線電流を流す主回路電線で
    接続されてなり、前記インバータ回路はインバータ箱内
    に収納され、且つ、該インバータ回路の直流負極側が該
    箱に接地され、さらに該インバータ箱は前記電気車車体
    に車体接地された電気車両の接地回路において、前記半導体のスイッチングによって発生する高調波電流
    に伴う前記主回路電線の交流インピーダンス電圧降下を
    減少させるように、前記車体と前記負極集電装置とを抵
    抗体を介して電気的に接続し、前記半導体のスイッチン
    グによって発生する高調波電流を前記インバータ箱−前
    記車体−前記抵抗体−前記負極集電装置からなる経路を
    通して流す ことを特徴とする電気車両の接地回路。
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