JP3840410B2 - 電気車用電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流架線を入力とする電気車用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気車用電源装置は、図７に示すようなものである。この従来の電気車用電源装置は、交流の電車線から主変圧器を通して得た交流電源１０１と、初期充電用接触器（ＣＨＫ）１０２及び初期充電用抵抗器１０３によって構成される初期充電回路部と、交流リアクトル１０４と、インバータ主回路部１０５と、モータ（ＩＭ）１０６と、交流電圧検出器（ＰＴ）１０７と、セクション検出器１０８と、直流電圧検出部、チョッパー制御部及びインバータ制御部を有し、初期充電回路部とインバータ主回路部１０５を制御するインバータ制御回路部１０９を備えている。このインバータ制御回路部１０９は、セクション検出器１０８の信号により運転・停止が制御される。
【０００３】
このセクション検出器１０８は、図８に詳しく示したように、交流電圧検出器（ＰＴ）１０７の信号を絶対値に変換する絶対値変換回路１１０と、交流電圧のゼロクロスにて一定のパルス幅（図９のパルスＴ１）を発生する波形発生回路１１１と、波形発生回路１１１の出力を積分する積分回路（１）１１２と、基準電圧Ｖ０１と積分回路（１）１１２の出力Ｖ１とを比較する比較器（１）１１３と、絶対値変換回路１１０の出力を積分する積分回路（２）１１４と、基準電圧Ｖ０２と積分回路（２）１１４の出力Ｖ２とを比較する比較器（２）１１５と、比較器（１）の出力ＬＦＤと比較器（２）の出力ＬＶＤのＯＲを取り、セクション検出とするＯＲ回路１１６を備えている。
【０００４】
この従来の電気車用電源装置のセクション通過時の動作を説明する。セクション通過時に発生する周波数低下又は電圧低下をセクション検出器１０８により検出してインバータ制御回路部１０９に入力し、インバータ制御回路部１０９はセクション検出信号にてインバータ主回路部１０５を停止し、復電にてセクション検出器１０８の出力が無くなったことを受けてインバータ主回路部１０５の運転を再開する。また、インバータ制御回路部１０９は、セクション検出信号に応じて初期充電用接触器（ＣＨＫ）１０２もＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【０００５】
このときのセクション検出器１０８の動作を図９の波形図を用いて説明する。交流入力電圧ＶＩＮを絶対値変換回路１１０にて全波整流波形ＶＡＢＳに変換し、波形発生回路１１１によりゼロクロス毎に５ｍｓの一定パルス幅Ｔ１のパルスを出力する。この一定パルス幅Ｔ１の信号を、積分回路（１）１１２にて直流に変換してＶ１として出力する。次に、比較器（１）１１３にて基準電圧Ｖ０１と積分回路（１）１１２の出力Ｖ１を比較し、基準電圧Ｖ０１よりＶ１が低くなった場合にＬＦＤ信号を出力する。
【０００６】
これと並行して、絶対値変換回路１１０の全波整流波形ＶＡＢＳの出力は、直接に積分回路（２）１１４にも入力され、直流電圧に変換される。次に、比較器（２）１１５にて基準電圧Ｖ０２と積分回路（２）１１４の出力Ｖ２を比較器２にて比較し、基準電圧Ｖ０２より低くなった場合にＬＶＤ信号を出力する。そして、ＯＲ回路１１６にて比較回路（１）の出力ＬＦＤと比較回路（２）の出力ＬＶＤとの論理和を取り、セクション検出信号を出力する。
【０００７】
図９を用いて、電気車がセクションを通過する際のセクション検出器１０８の各部の動作を説明すると、電気車がセクションに入った段階で周波数が下がる。このため、積分回路（１）の出力Ｖ１が基準電圧Ｖ０１以下になった時点で比較器（１）より低周波数になったことを示すＬＦＤ信号が出力される。同様にセクションに入った段階で電圧も低下を始め、積分回路（２）の出力Ｖ２が基準電圧Ｖ０２以下になった時点で比較器（２）より低電圧になったことを示すＬＶＤ信号が出力される。ＯＲ回路１１６はこのＬＦＤとＬＶＤとのＯＲ条件によりセクション検出を示すセクション検出信号を出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気車用電源装置では、セクションでのセクション検出に積分型の検出を行う構成であるため、セクション通過の瞬間からセクション検出までの時間が約１００ｍｓと長くかかる。このため、車両内の交流電源に接続されているブロワーなどの残留電圧を発生する機器の動作状況により、セクションでの電圧と周波数の低下が遅くなり、セクションと判断できない場合や、セクション判断が遅れる場合があり、時にはインバータ運転停止をせず、運転を継続することがあった。
【０００９】
また、初期充電用接触器（ＣＨＫ）のＯＮ／ＯＦＦ制御は、セクション検出信号を受けたインバータ制御回路部により行い、復電時の主回路部の平滑コンデンサの充電電流を抑制しているが、セクション検出が遅れた場合には、復電と同時にＯＦＦとなるタイミングがあった。
【００１０】
さらに、セクション検出が遅れる場合、インバータ回路が動作するために主回路部の平滑用の電解コンデンサの電圧が下がった状態となるが、この状態で復電すればコンデンサヘの充電電流が大きくなり、場合によっては車上の配電器具や配線に電流ストレスがかかることになり、機器の寿命を短くする問題点もあった。また、インバータ主回路部についても、電解コンデンサヘの大きな充電電流によるストレスにより、コンデンサ自身及び初期充電用接触器の接点の劣化を早める要因になる問題点もあった。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、電気車がセクションを通過する際に交流電源がいったん停電した後に復電するが、この復電の際に過大な充電電流が発生するのを防止し、車上設備及び初期充電用接触器、インバータ主回路部の整流器と平滑コンデンサに大電流によって加わるストレスを防止することができる電気車用電源装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の電気車用電源装置は、交流電源を入力とし、交流を直流に変換し再び任意の交流に変換するインバータ主回路部と、セクションの検出を、前記交流電源の１／２周期毎に周波数低下又は電圧低下にて行うセクション検出器と、前記交流電源とインバータ主回路部との間に介在し、その投入（ＯＮ）によって前記交流電源をインバータ主回路部に給電し、その開放（ＯＦＦ）によって前記交流電源からインバータ主回路部への給電を遮断する初期充電用接触器と、前記セクション検出器からの電源停止信号を受けて、通常のセクション通過に要する時間より長い所定のディレー時間内に当該セクション検出器から電源復電信号が来なければ前記初期充電用接触器を開放し、かつ、前記セクション検出器からの電源停止信号にて前記インバータ主回路部を停止し、前記セクション検出器からの電源復電信号にて前記初期充電用接触器を投入すると共に前記インバータ主回路部を起動する制御を行うインバータ制御回路部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１の発明の電気車用電源装置では、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下のどちらかの検出にて行い、インバータ回路の運転を早期に停止させることによってインバータ主回路部の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクション通過の復電時に平滑コンデンサへの充電のために大電流が流れるのを予防する。また、従来ならば初期充電用接触器をセクション検出にて必ず遮断（ＯＦＦ）動作させ、セクション通過後に投入（ＯＮ）することで交流電源からインバータ主回路部への大電流の急激な流れを抑制する動作をさせる必要があったが、本発明のようにセクション通過の復電時に平滑コンデンサへの充電のために大電流が流れるのを予防できれば、初期充電用接触器をセクション通過中もＯＮ状態にしておいてもそのセクションを通過した後の復電時に流れる大電流がないので、セクション通過中に不必要に遮断動作させる必要がない。そこで、本発明では、初期充電用接触器のセクション検出時のＯＦＦタイミングは、セクションでの停電時間に対して時間遅れを持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器がＯＦＦにならないようにすることにより、結果的にセクション通過時には初期充電用接触器のオン／オフ動作をさせなくして不必要な開閉動作をなくし、接点の荒れを防止する。
【００１４】
請求項２の発明の電気車用電源装置は、交流電源を入力とし、交流を直流に変換し再び任意の交流に変換するインバータ主回路部と、セクションでの停電と復電を検出するセクション検出器と、前記交流電源とインバータ主回路部との間に介在し、その投入（ＯＮ）によって前記交流電源をインバータ主回路部に給電し、その開放（ＯＦＦ）によって前記交流電源からインバータ主回路部への給電を遮断する初期充電用接触器と、前記セクション検出器からの電源停止信号を受けて、通常のセクション通過に要する時間より長い所定のディレー時間内に当該セクション検出器から電源復電信号が来なければ前記初期充電用接触器を開放し、かつ、前記セクション検出器からの電源停止信号にて前記インバータ主回路部を停止し、前記セクション検出器からの電源復電信号にて前記初期充電用接触器を投入すると共に前記インバータ主回路部を起動する制御を行うインバータ制御回路部とを備え、前記セクション検出器は、電源周期の１／２周期毎にクロックパルスのカウント及びリセットを繰り返す第１のカウンタと、前記第１のカウンタのリセット直前の値と第１の基準値を比較し、カウント値が基準値よりも低い時に低周波数検出信号を出力する第１の比較器と、前記電源周期の１／２周期毎にクロックパルスのカウント及びリセットを繰り返す第２のカウンタと、前記第２のカウンタのリセット直前の値と第２の基準値を比較し、カウント値が第２の基準値よりも低い時に低電圧検出信号を出力する第２の比較器と、前記第１の比較器が低周波数検出信号を出力し、又は第２の比較器が低電圧検出信号を出力した時にセクション検出信号を出力するＯＲ回路とを有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２の発明の電気車用電源装置では、電気車がセクションを通過する時の電源電圧の低下又は周波数の低下を電源周期の１／２周期毎に検出し、電圧低下と周波数低下の論理和ＯＲにてセクション検出と判断してインバータ回路の運転を停止することにより、インバータ主回路部の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクションの復電時の突入電流を抑制する。また、初期充電用接触器のオフ動作は、セクションでの停電時間に対して時間遅れを持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器がオフにならないようにすることにより、初期充電用接触器の再投入による初期充電電流の発生を防止し、車上設備及び初期充電用接触器、インバータ主回路部の整流器と平滑コンデンサに大電流によって加わるストレスを抑制する。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２記載の電気車用電源装置において、前記セクション検出器は、電源電圧の低下を検出するための前記第２の基準値を、前記電源の周波数が低い場合は上げ、電源の周波数が高い場合には下げるように変化させる第２基準発生手段を備えたものである。
【００１７】
請求項３の発明の電気車用電源装置では、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下を検出し、さらに電圧低下検出の基準値については周波数検出値に応じて基準電圧を調整する機能を持たせ、正規の電源周波数以外では検出の基準値を高くし、セクションで電圧が下がりにくい場合でもセクション検出ができるようにし、インバータ主回路部の平滑用コンデンサの放電を抑制することにより復電時の突入電流を抑制する。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２記載の電気車用電源装置において、前記セクション検出器は、周波数の低下量を検出して第３の基準値と比較し、周波数低下量が第３の基準値を超えた時に周波数低下検出信号を出力する周波数低下検出手段を備え、前記ＯＲ回路は、前記低周波数検出信号と低電圧検出信号と当該周波数低下検出信号とのいずれかによってセクション検出信号を出力することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項４の発明の電気車用電源装置では、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下を検出し、さらに周波数の変化量を検出し、周波数の変化量が大きくなった場合にもセクションと判断する機能を持たせたことにより、セクションにて交流電源に接続されたブロワーなどの他の機器から発生する誘起電圧にて周波数及び電圧が低下検出レベルに達しない場合でも、周波数の低下率を検出することによりセクション検出を行い、インバータ主回路部の平滑用コンデンサの放電を抑制することにより復電時の突入電流を抑制する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１、図２は、本発明の電気車用電源装置の第１の実施の形態の構成を示している。この実施の形態の電気車用電源装置は、交流の電車線から主変圧器を通して得られる交流電源１と、初期充電用接触器（ＣＨＫ）２及び初期充電用抵抗器３で構成される初期充電回路と、交流リアクトル４と、インバータ主回路部５と、モータ（ＩＭ）６と、交流電圧検出器（ＰＴ）７と、高速セクション検出器８と、この高速セクション検出器８の信号により運転・停止が制御され、また初期充電用接触器（ＣＨＫ）２のＯＦＦに２秒程度のＯＦＦディレーを持つインバータ制御回路部９を備えている。
【００２２】
インバータ制御回路部９は、インバータ主回路部５のインバータ回路を制御するインバータ制御部９１、チョッパー回路を制御するチョッパー制御部９２、チョッパー回路の直流出力電圧を監視する直流電圧検出器９３、そして本実施の形態の特徴である、初期充電用接触器（ＣＨＫ）２のＯＦＦを２秒程度ディレーさせるＯＦＦディレータイマ（ＯＦＦＴＤ）９４を備えている。
【００２３】
図２に示すように、高速セクション検出器８は、交流電圧検出器（ＰＴ）７の信号から交流電源１に重畳される他のインバータ回路の動作に伴うスイッチング周波数成分の除去を行うフィルタ回路１６と、絶対値変換回路１０と、波形発生回路１７と、波形発生回路１７の出力信号Ａとクロックとリセット信号Ａにより１／２周期毎にカウント及びリセットを繰り返すカウンタＡ１８と、カウンタＡ１８の出力Ｔ１と基準値Ｔ０の値を比較し、Ｔ０＜Ｔ１を検出した時にＬＦＤ信号（低周波数検出信号）を出力する比較器Ａ１９と、波形発生回路１７の出力信号Ｂとクロックとリセット信号Ｂにより１／２周期毎にカウント及びリセットを繰り返すカウンタＢ２０と、カウンタＢ２０の出力Ｖ１と基準値Ｖ０の値を比較し、Ｖ０＞Ｖ１を検出した時にＬＶＤ信号（低電圧検出信号）を出力する比較器Ｂ２１と、比較器Ａ１８の出力ＬＦＤの立ち上がりより所定のパルス幅の信号を出力するシングルショットＳＳ（１）２２と、比較器Ｂ２０の出力ＬＶＤの立ち上がりより所定のパルス幅を出カするシングルショットＳＳ（２）２３と、ＳＳ（１）とＳＳ（２）の出力の論理和をとりセクション検出信号とするＯＲ回路２４を備えている。なお、波形発生回路１７は、電源周期検出用のカウンタＡ１８用のパルスを出力する信号Ａと、カウンタＡ１８を１／２周期毎にリセットするリセット信号Ａと、電圧検出用のカウンタＢ２０用のパルスを出力する信号Ｂと、カウンタＢ２０を１／２周期毎にリセットするリセット信号Ｂを作ってそれぞれに出力する。
【００２４】
次に、上記の構成の電気車用電源装置の動作を説明する。本実施の形態の電気車用電源装置によるインバータ主回路部５の制御原理は、次の通りである。
【００２５】
（１）電気車がセクションを通過する時の電源電圧の低下（ＬＶＤ）又は周波数の低下（ＬＦＤ）を電源周期の１／２周期毎に検出し、電圧低下と周波数低下の論理和ＯＲにてセクション検出と判断してインバータ回路の運転を停止することにより、インバータ主回路部５の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクションの復電時の突入電流を抑制する。
【００２６】
（２）また、初期充電用接触器２のＯＦＦは、セクションでの停電時間３００ｍｓに対して時間遅れ（２秒程度）を持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器２がＯＦＦにならないようにする。
【００２７】
図３に、車両がセクションを通過する時の高速セクション検出器８の各部の動作を示してある。図３において、ＶＩＮは交流電源の波形、ＶＡＢＳは絶対値変換回路１０の出力する波形である。
【００２８】
車両がタイミングτ１にセクションに進入し、セクションを通過する際には、電源周波数の低下に対して、カウンタＡ１８の出力Ｔ１が基準値Ｔ０以下になったことを受けて即座にＬＦＤ信号を出力する。また、電源電圧の低下に対しては、カウンタＢ２０の出力Ｖ１が基準値Ｖ０以下になったことを受けて即座にＬＶＤ信号を出力する。この両方の出力をシングルショットＳＳ（１），ＳＳ（２）により受け、ＯＲ回路２４にてＯＲを取った信号をセクション検出として出力する。
【００２９】
図１に示したインバータ制御回路部９は、従来例と同様に、この高速セクション検出器８からのセクション検出信号を入力し、セクション突入直後の電源電圧の低下（停電含む）又は電源周波数の低下を判断してインバータ主回路部５の運転を停止する
これにより、第１の実施の形態の電気車用電源装置では、セクション突入直後の電圧低下（停電含む）又は周波数低下を高速に判断してインバータ運転を停止するため、インバータ主回路部５内の平滑コンデンサの電圧低下を低く抑えることができる。このため、セクションでの復電に対してインバータ主回路５の平滑コンデンサの電圧と交流電源１との電位差が少ないことから、交流リアクトルを通して流れる平滑コンデンサヘの充電電流が抑制され、電気車用電源装置より上位の配線用遮断器が充電電流によりトリップすることを防止できる。また、セクション復電時の平滑コンデンサヘの充電電流が少ないことから、初期充電用接触器（ＣＨＫ）２を開放する必要がなくなり接点の荒れも防止することができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の電気車用電源装置について、図４を用いて説明する。第２の実施の形態の電気車用電源装置は、図１に示した第１の実施の形態のものに対して、高速セクション検出器８の機能構成が図４に示したものである点で異なっている。その他の構成要素は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。
【００３１】
図４に示した高速セクション検出器８は、図２に示した第１の実施の形態の高速セクション検出器８に対して、カウンタＡ１８の出力Ｔ１を波形発生回路１７のリセット信号Ａの立ち上がりにてデータをラッチするデータラッチ２５と、データラッチされたＴ１の信号に応じ、基準値Ｖ０を発生する電圧（Ｖ）基準発生回路２６を追加した構成となっている。このＶ基準発生回路２６の特性は、電源周波数が６０Ｈｚ時に８０％電圧で低電圧を検出したものが、周波数が５８Ｈｚでは９５％で検出するように設定してある。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態の動作を、図５を用いて説明する。第２の実施の形態における高速セクション検出器８は、第１の実施の形態の作用に対し、セクション通過の停電時に、電源ＶＩＮの周波数の低下に応じて低電圧検出用の比較器Ｂ２１の基準値Ｖ０が高くなり、電圧低下が早く行われるようになる点に特徴がある。この動作を説明すると、次の通りである。
【００３３】
電源ＶＩＮの周波数が低下すれば、周波数パルスのカウンタＡ１８の出力Ｔ１が基準値Ｔ０以下になったことを受けて即座にＬＦＤ信号を出力する。また、電源ＶＩＮの電圧低下に対しては、Ｖ基準発生回路２６にて基準値Ｖ０が周波数に応じて変更され、カウンタＢ２０の出力Ｖ１が周波数によって決定されたＶ基準Ｖ０以下になったことを受けて即座にＬＶＤ信号を出力する。この両方の出力をシングルショットＳＳ（１）２２，ＳＳ（２）２３により受け、ＯＲ回路２４にてＯＲを取った信号をセクション検出として出力する。
【００３４】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用・効果に対し、セクションの停電区間にてブロワーなどの動作により電圧低下が少ない場合でも、周波数の低下に応じて電圧検出基準を上昇することにより、セクションに入ったことを確実に検出することができる。
【００３５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の電気車用電源装置について、図６を用いて説明する。第３の実施の形態の電気車用電源装置は、図１に示した第１の実施の形態のものに対して、高速セクション検出器８の機能構成が図６に示したものである点で異なっている。その他の構成要素は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。
【００３６】
図６に示した高速セクション検出器８は、図２に示した第１の実施の形態の高速セクション検出器８に対して、平均化回路２８と−ΔＴ１検出器２９を備え、ＯＲ回路２４がシングルショットＳＳ（１），ＳＳ（２）のＬＦＤ信号、ＬＶＤ信号の他に−ΔＴ１検出器２９の信号ＬＦＤ２に対してもＯＲ論理でセクション検出信号を出力するようにした点が異なっている。
【００３７】
この第３の実施の形態における高速セクション検出器８では、平均化回路２８が、カウンタＡ１８の出力Ｔ１をリセット信号Ａの立ち上がりにてラッチし、１秒間の移動平均値ＴＡＶＥを出力する。−ΔＴ１検出器２９はこの平均化回路２８からのＴＡＶＥ信号とカウンタＡ１８のＴ１信号を比較し、その差（ＴＡＶＥ−Ｔ１）が基準値−ΔＴ１より大きくなったことを検出してＬＦＤ２信号をＯＲ回路２４に出力する。ＯＲ回路２４は、第１の実施の形態と同様のＬＦＤ信号、ＬＶＤ信号のＯＲに加えて、この−ΔＴ１検出器２９の出力であるＬＦＤ２信号のＯＲも取り、いずれかの出力があればセクション検出信号を出力する。
【００３８】
これにより、この第３の実施の形態によれば、高速セクション検出器８が、図２に示した第１の実施の形態における高速セクション検出器に対し、車両がセクション通過の停電時に、電源周波数の低下量に応じて周波数低下を検出しセクションとして検出するため、電圧の低下は少ないが周波数の変化が大きい場合に早くセクションを検出する。
【００３９】
したがって、車両がセクションの停電区間を通過する際に、ブロワーなどの動作により電圧低下が少ない場合でも周波数の低下量にてセクションを検出することができ、セクション検出精度を高めることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下のどちらかの検出にて行い、インバータ回路の運転を早期に停止させることによってインバータ主回路部の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクション通過の復電時に平滑コンデンサへの充電のために大電流が流れるのを予防できる。また、従来ならば初期充電用接触器をセクション検出にて必ず遮断（ＯＦＦ）動作させ、セクション通過後に投入（ＯＮ）することで交流電源からインバータ主回路部への大電流の急激な流れを抑制する動作をさせる必要があったが、本発明のようにセクション通過の復電時に平滑コンデンサへの充電のために大電流が流れるのを予防できれば、初期充電用接触器をセクション通過中もＯＮ状態にしておいてもそのセクションを通過した後の復電時に流れる大電流がないので、セクション通過中に不必要に遮断動作させる必要がない。そこで、本発明によれば、初期充電用接触器のセクション検出時のＯＦＦタイミングは、セクションでの停電時間に対して時間遅れを持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器がＯＦＦにならないようにしたことにより、結果的にセクション通過時には初期充電用接触器のオン／オフ動作をさせなくして不必要な開閉動作をなくし、接点の荒れを防止することができる。
【００４１】
請求項２の発明によれば、電気車がセクションを通過する時の電源電圧の低下又は周波数の低下を電源周期の１／２周期毎に検出し、電圧低下と周波数低下の論理和ＯＲにてセクション検出と判断してインバータ回路の運転を停止することにより、インバータ主回路部の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクションの復電時の突入電流を抑制し、また、初期充電用接触器のオフ動作は、セクションでの停電時間に対して時間遅れを持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器がオフにならないようにすることにより、初期充電用接触器の再投入による初期充電電流の発生を防止し、車上設備及び初期充電用接触器、インバータ主回路部の整流器と平滑コンデンサに大電流によって加わるストレスを抑制することができる。
【００４２】
請求項３の発明によれば、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下を検出し、さらに電圧低下検出の基準値については周波数検出値に応じて基準電圧を調整する機能を持たせ、正規の電源周波数以外では検出の基準値を高くし、セクションで電圧が下がりにくい場合でもセクション検出ができるようにし、インバータ主回路部の平滑用コンデンサの放電を抑制することにより復電時の突入電流を抑制することができる。
【００４３】
請求項４の発明によれば、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下を検出し、さらに周波数の変化量を検出し、周波数の変化量が大きくなった場合にもセクションと判断する機能を持たせたことにより、セクションにて交流電源に接続されたブロワーなどの他の機器から発生する誘起電圧にて周波数及び電圧が低下検出レベルに達しない場合でも、周波数の低下率を検出することによりセクション検出を行い、インバータ主回路部の平滑用コンデンサの放電を抑制することにより復電時の突入電流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の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図２】第１の実施の形態における高速セクション検出器の構成図。
【図３】上記の高速セクション検出器の各部の動作を示すタイミングチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態における高速セクション検出器の構成図。
【図５】上記の高速セクション検出器の各部の動作を示すタイミングチャート。
【図６】本発明の第３の実施の形態における高速セクション検出器の構成図。
【図７】従来例の構成図。
【図８】従来例におけるセクション検出器の構成図。
【図９】従来例のセクション検出器の各部の動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１…交流電源
２…初期充電用接触器（ＣＨＫ）
３…初期充電用抵抗器
４…交流リアクトル
５…インバータ主回路部
６…モータ（ＩＭ）
７…交流電圧検出器（ＰＴ）
８…高速セクション検出器
９…インバータ制御回路部
１０…絶対値変換回路
１６…フィルタ回路
１７…波形発生回路
１８…カウンタＡ
１９…比較器Ａ
２０…カウンタＢ
２１…比較器Ｂ
２２…シングルショット（ＳＳ（１））
２３…シングルショット（ＳＳ（２））
２４…ＯＲ回路
２５…データラッチ
２６…電圧（Ｖ）基準発生回路
２８…平均化回路
２９…−ΔＴ１検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流架線を入力とする電気車用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気車用電源装置は、図７に示すようなものである。この従来の電気車用電源装置は、交流の電車線から主変圧器を通して得た交流電源１０１と、初期充電用接触器（ＣＨＫ）１０２及び初期充電用抵抗器１０３によって構成される初期充電回路部と、交流リアクトル１０４と、インバータ主回路部１０５と、モータ（ＩＭ）１０６と、交流電圧検出器（ＰＴ）１０７と、セクション検出器１０８と、直流電圧検出部、チョッパー制御部及びインバータ制御部を有し、初期充電回路部とインバータ主回路部１０５を制御するインバータ制御回路部１０９を備えている。このインバータ制御回路部１０９は、セクション検出器１０８の信号により運転・停止が制御される。
【０００３】
このセクション検出器１０８は、図８に詳しく示したように、交流電圧検出器（ＰＴ）１０７の信号を絶対値に変換する絶対値変換回路１１０と、交流電圧のゼロクロスにて一定のパルス幅（図９のパルスＴ１）を発生する波形発生回路１１１と、波形発生回路１１１の出力を積分する積分回路（１）１１２と、基準電圧Ｖ０１と積分回路（１）１１２の出力Ｖ１とを比較する比較器（１）１１３と、絶対値変換回路１１０の出力を積分する積分回路（２）１１４と、基準電圧Ｖ０２と積分回路（２）１１４の出力Ｖ２とを比較する比較器（２）１１５と、比較器（１）の出力ＬＦＤと比較器（２）の出力ＬＶＤのＯＲを取り、セクション検出とするＯＲ回路１１６を備えている。
【０００４】
この従来の電気車用電源装置のセクション通過時の動作を説明する。セクション通過時に発生する周波数低下又は電圧低下をセクション検出器１０８により検出してインバータ制御回路部１０９に入力し、インバータ制御回路部１０９はセクション検出信号にてインバータ主回路部１０５を停止し、復電にてセクション検出器１０８の出力が無くなったことを受けてインバータ主回路部１０５の運転を再開する。また、インバータ制御回路部１０９は、セクション検出信号に応じて初期充電用接触器（ＣＨＫ）１０２もＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【０００５】
このときのセクション検出器１０８の動作を図９の波形図を用いて説明する。交流入力電圧ＶＩＮを絶対値変換回路１１０にて全波整流波形ＶＡＢＳに変換し、波形発生回路１１１によりゼロクロス毎に５ｍｓの一定パルス幅Ｔ１のパルスを出力する。この一定パルス幅Ｔ１の信号を、積分回路（１）１１２にて直流に変換してＶ１として出力する。次に、比較器（１）１１３にて基準電圧Ｖ０１と積分回路（１）１１２の出力Ｖ１を比較し、基準電圧Ｖ０１よりＶ１が低くなった場合にＬＦＤ信号を出力する。
【０００６】
これと並行して、絶対値変換回路１１０の全波整流波形ＶＡＢＳの出力は、直接に積分回路（２）１１４にも入力され、直流電圧に変換される。次に、比較器（２）１１５にて基準電圧Ｖ０２と積分回路（２）１１４の出力Ｖ２を比較器２にて比較し、基準電圧Ｖ０２より低くなった場合にＬＶＤ信号を出力する。そして、ＯＲ回路１１６にて比較回路（１）の出力ＬＦＤと比較回路（２）の出力ＬＶＤとの論理和を取り、セクション検出信号を出力する。
【０００７】
図９を用いて、電気車がセクションを通過する際のセクション検出器１０８の各部の動作を説明すると、電気車がセクションに入った段階で周波数が下がる。このため、積分回路（１）の出力Ｖ１が基準電圧Ｖ０１以下になった時点で比較器（１）より低周波数になったことを示すＬＦＤ信号が出力される。同様にセクションに入った段階で電圧も低下を始め、積分回路（２）の出力Ｖ２が基準電圧Ｖ０２以下になった時点で比較器（２）より低電圧になったことを示すＬＶＤ信号が出力される。ＯＲ回路１１６はこのＬＦＤとＬＶＤとのＯＲ条件によりセクション検出を示すセクション検出信号を出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気車用電源装置では、セクションでのセクション検出に積分型の検出を行う構成であるため、セクション通過の瞬間からセクション検出までの時間が約１００ｍｓと長くかかる。このため、車両内の交流電源に接続されているブロワーなどの残留電圧を発生する機器の動作状況により、セクションでの電圧と周波数の低下が遅くなり、セクションと判断できない場合や、セクション判断が遅れる場合があり、時にはインバータ運転停止をせず、運転を継続することがあった。
【０００９】
また、初期充電用接触器（ＣＨＫ）のＯＮ／ＯＦＦ制御は、セクション検出信号を受けたインバータ制御回路部により行い、復電時の主回路部の平滑コンデンサの充電電流を抑制しているが、セクション検出が遅れた場合には、復電と同時にＯＦＦとなるタイミングがあった。
【００１０】
さらに、セクション検出が遅れる場合、インバータ回路が動作するために主回路部の平滑用の電解コンデンサの電圧が下がった状態となるが、この状態で復電すればコンデンサヘの充電電流が大きくなり、場合によっては車上の配電器具や配線に電流ストレスがかかることになり、機器の寿命を短くする問題点もあった。また、インバータ主回路部についても、電解コンデンサヘの大きな充電電流によるストレスにより、コンデンサ自身及び初期充電用接触器の接点の劣化を早める要因になる問題点もあった。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、電気車がセクションを通過する際に交流電源がいったん停電した後に復電するが、この復電の際に過大な充電電流が発生するのを防止し、車上設備及び初期充電用接触器、インバータ主回路部の整流器と平滑コンデンサに大電流によって加わるストレスを防止することができる電気車用電源装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の電気車用電源装置は、交流電源を入力とし、交流を直流に変換し再び任意の交流に変換するインバータ主回路部と、セクションの検出を、前記交流電源の１／２周期毎に周波数低下又は電圧低下にて行うセクション検出器と、前記交流電源とインバータ主回路部との間に介在し、その投入（ＯＮ）によって前記交流電源をインバータ主回路部に給電し、その開放（ＯＦＦ）によって前記交流電源からインバータ主回路部への給電を遮断する初期充電用接触器と、前記セクション検出器からの電源停止信号を受けて、通常のセクション通過に要する時間より長い所定のディレー時間内に当該セクション検出器から電源復電信号が来なければ前記初期充電用接触器を開放し、かつ、前記セクション検出器からの電源停止信号にて前記インバータ主回路部を停止し、前記セクション検出器からの電源復電信号にて前記初期充電用接触器を投入すると共に前記インバータ主回路部を起動する制御を行うインバータ制御回路部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１の発明の電気車用電源装置では、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下のどちらかの検出にて行い、インバータ回路の運転を早期に停止させることによってインバータ主回路部の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクション通過の復電時に平滑コンデンサへの充電のために大電流が流れるのを予防する。また、従来ならば初期充電用接触器をセクション検出にて必ず遮断（ＯＦＦ）動作させ、セクション通過後に投入（ＯＮ）することで交流電源からインバータ主回路部への大電流の急激な流れを抑制する動作をさせる必要があったが、本発明のようにセクション通過の復電時に平滑コンデンサへの充電のために大電流が流れるのを予防できれば、初期充電用接触器をセクション通過中もＯＮ状態にしておいてもそのセクションを通過した後の復電時に流れる大電流がないので、セクション通過中に不必要に遮断動作させる必要がない。そこで、本発明では、初期充電用接触器のセクション検出時のＯＦＦタイミングは、セクションでの停電時間に対して時間遅れを持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器がＯＦＦにならないようにすることにより、結果的にセクション通過時には初期充電用接触器のオン／オフ動作をさせなくして不必要な開閉動作をなくし、接点の荒れを防止する。
【００１４】
請求項２の発明の電気車用電源装置は、交流電源を入力とし、交流を直流に変換し再び任意の交流に変換するインバータ主回路部と、セクションでの停電と復電を検出するセクション検出器と、前記交流電源とインバータ主回路部との間に介在し、その投入（ＯＮ）によって前記交流電源をインバータ主回路部に給電し、その開放（ＯＦＦ）によって前記交流電源からインバータ主回路部への給電を遮断する初期充電用接触器と、前記セクション検出器からの電源停止信号を受けて、通常のセクション通過に要する時間より長い所定のディレー時間内に当該セクション検出器から電源復電信号が来なければ前記初期充電用接触器を開放し、かつ、前記セクション検出器からの電源停止信号にて前記インバータ主回路部を停止し、前記セクション検出器からの電源復電信号にて前記初期充電用接触器を投入すると共に前記インバータ主回路部を起動する制御を行うインバータ制御回路部とを備え、前記セクション検出器は、電源周期の１／２周期毎にクロックパルスのカウント及びリセットを繰り返す第１のカウンタと、前記第１のカウンタのリセット直前の値と第１の基準値を比較し、カウント値が基準値よりも低い時に低周波数検出信号を出力する第１の比較器と、前記電源周期の１／２周期毎にクロックパルスのカウント及びリセットを繰り返す第２のカウンタと、前記第２のカウンタのリセット直前の値と第２の基準値を比較し、カウント値が第２の基準値よりも低い時に低電圧検出信号を出力する第２の比較器と、前記第１の比較器が低周波数検出信号を出力し、又は第２の比較器が低電圧検出信号を出力した時にセクション検出信号を出力するＯＲ回路とを有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２の発明の電気車用電源装置では、電気車がセクションを通過する時の電源電圧の低下又は周波数の低下を電源周期の１／２周期毎に検出し、電圧低下と周波数低下の論理和ＯＲにてセクション検出と判断してインバータ回路の運転を停止することにより、インバータ主回路部の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクションの復電時の突入電流を抑制する。また、初期充電用接触器のオフ動作は、セクションでの停電時間に対して時間遅れを持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器がオフにならないようにすることにより、初期充電用接触器の再投入による初期充電電流の発生を防止し、車上設備及び初期充電用接触器、インバータ主回路部の整流器と平滑コンデンサに大電流によって加わるストレスを抑制する。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２記載の電気車用電源装置において、前記セクション検出器は、電源電圧の低下を検出するための前記第２の基準値を、前記電源の周波数が低い場合は上げ、電源の周波数が高い場合には下げるように変化させる第２基準発生手段を備えたものである。
【００１７】
請求項３の発明の電気車用電源装置では、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下を検出し、さらに電圧低下検出の基準値については周波数検出値に応じて基準電圧を調整する機能を持たせ、正規の電源周波数以外では検出の基準値を高くし、セクションで電圧が下がりにくい場合でもセクション検出ができるようにし、インバータ主回路部の平滑用コンデンサの放電を抑制することにより復電時の突入電流を抑制する。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２記載の電気車用電源装置において、前記セクション検出器は、周波数の低下量を検出して第３の基準値と比較し、周波数低下量が第３の基準値を超えた時に周波数低下検出信号を出力する周波数低下検出手段を備え、前記ＯＲ回路は、前記低周波数検出信号と低電圧検出信号と当該周波数低下検出信号とのいずれかによってセクション検出信号を出力することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項４の発明の電気車用電源装置では、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下を検出し、さらに周波数の変化量を検出し、周波数の変化量が大きくなった場合にもセクションと判断する機能を持たせたことにより、セクションにて交流電源に接続されたブロワーなどの他の機器から発生する誘起電圧にて周波数及び電圧が低下検出レベルに達しない場合でも、周波数の低下率を検出することによりセクション検出を行い、インバータ主回路部の平滑用コンデンサの放電を抑制することにより復電時の突入電流を抑制する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１、図２は、本発明の電気車用電源装置の第１の実施の形態の構成を示している。この実施の形態の電気車用電源装置は、交流の電車線から主変圧器を通して得られる交流電源１と、初期充電用接触器（ＣＨＫ）２及び初期充電用抵抗器３で構成される初期充電回路と、交流リアクトル４と、インバータ主回路部５と、モータ（ＩＭ）６と、交流電圧検出器（ＰＴ）７と、高速セクション検出器８と、この高速セクション検出器８の信号により運転・停止が制御され、また初期充電用接触器（ＣＨＫ）２のＯＦＦに２秒程度のＯＦＦディレーを持つインバータ制御回路部９を備えている。
【００２２】
インバータ制御回路部９は、インバータ主回路部５のインバータ回路を制御するインバータ制御部９１、チョッパー回路を制御するチョッパー制御部９２、チョッパー回路の直流出力電圧を監視する直流電圧検出器９３、そして本実施の形態の特徴である、初期充電用接触器（ＣＨＫ）２のＯＦＦを２秒程度ディレーさせるＯＦＦディレータイマ（ＯＦＦＴＤ）９４を備えている。
【００２３】
図２に示すように、高速セクション検出器８は、交流電圧検出器（ＰＴ）７の信号から交流電源１に重畳される他のインバータ回路の動作に伴うスイッチング周波数成分の除去を行うフィルタ回路１６と、絶対値変換回路１０と、波形発生回路１７と、波形発生回路１７の出力信号Ａとクロックとリセット信号Ａにより１／２周期毎にカウント及びリセットを繰り返すカウンタＡ１８と、カウンタＡ１８の出力Ｔ１と基準値Ｔ０の値を比較し、Ｔ０＜Ｔ１を検出した時にＬＦＤ信号（低周波数検出信号）を出力する比較器Ａ１９と、波形発生回路１７の出力信号Ｂとクロックとリセット信号Ｂにより１／２周期毎にカウント及びリセットを繰り返すカウンタＢ２０と、カウンタＢ２０の出力Ｖ１と基準値Ｖ０の値を比較し、Ｖ０＞Ｖ１を検出した時にＬＶＤ信号（低電圧検出信号）を出力する比較器Ｂ２１と、比較器Ａ１８の出力ＬＦＤの立ち上がりより所定のパルス幅の信号を出力するシングルショットＳＳ（１）２２と、比較器Ｂ２０の出力ＬＶＤの立ち上がりより所定のパルス幅を出カするシングルショットＳＳ（２）２３と、ＳＳ（１）とＳＳ（２）の出力の論理和をとりセクション検出信号とするＯＲ回路２４を備えている。なお、波形発生回路１７は、電源周期検出用のカウンタＡ１８用のパルスを出力する信号Ａと、カウンタＡ１８を１／２周期毎にリセットするリセット信号Ａと、電圧検出用のカウンタＢ２０用のパルスを出力する信号Ｂと、カウンタＢ２０を１／２周期毎にリセットするリセット信号Ｂを作ってそれぞれに出力する。
【００２４】
次に、上記の構成の電気車用電源装置の動作を説明する。本実施の形態の電気車用電源装置によるインバータ主回路部５の制御原理は、次の通りである。
【００２５】
（１）電気車がセクションを通過する時の電源電圧の低下（ＬＶＤ）又は周波数の低下（ＬＦＤ）を電源周期の１／２周期毎に検出し、電圧低下と周波数低下の論理和ＯＲにてセクション検出と判断してインバータ回路の運転を停止することにより、インバータ主回路部５の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクションの復電時の突入電流を抑制する。
【００２６】
（２）また、初期充電用接触器２のＯＦＦは、セクションでの停電時間３００ｍｓに対して時間遅れ（２秒程度）を持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器２がＯＦＦにならないようにする。
【００２７】
図３に、車両がセクションを通過する時の高速セクション検出器８の各部の動作を示してある。図３において、ＶＩＮは交流電源の波形、ＶＡＢＳは絶対値変換回路１０の出力する波形である。
【００２８】
車両がタイミングτ１にセクションに進入し、セクションを通過する際には、電源周波数の低下に対して、カウンタＡ１８の出力Ｔ１が基準値Ｔ０以下になったことを受けて即座にＬＦＤ信号を出力する。また、電源電圧の低下に対しては、カウンタＢ２０の出力Ｖ１が基準値Ｖ０以下になったことを受けて即座にＬＶＤ信号を出力する。この両方の出力をシングルショットＳＳ（１），ＳＳ（２）により受け、ＯＲ回路２４にてＯＲを取った信号をセクション検出として出力する。
【００２９】
図１に示したインバータ制御回路部９は、従来例と同様に、この高速セクション検出器８からのセクション検出信号を入力し、セクション突入直後の電源電圧の低下（停電含む）又は電源周波数の低下を判断してインバータ主回路部５の運転を停止する
これにより、第１の実施の形態の電気車用電源装置では、セクション突入直後の電圧低下（停電含む）又は周波数低下を高速に判断してインバータ運転を停止するため、インバータ主回路部５内の平滑コンデンサの電圧低下を低く抑えることができる。このため、セクションでの復電に対してインバータ主回路５の平滑コンデンサの電圧と交流電源１との電位差が少ないことから、交流リアクトルを通して流れる平滑コンデンサヘの充電電流が抑制され、電気車用電源装置より上位の配線用遮断器が充電電流によりトリップすることを防止できる。また、セクション復電時の平滑コンデンサヘの充電電流が少ないことから、初期充電用接触器（ＣＨＫ）２を開放する必要がなくなり接点の荒れも防止することができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の電気車用電源装置について、図４を用いて説明する。第２の実施の形態の電気車用電源装置は、図１に示した第１の実施の形態のものに対して、高速セクション検出器８の機能構成が図４に示したものである点で異なっている。その他の構成要素は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。
【００３１】
図４に示した高速セクション検出器８は、図２に示した第１の実施の形態の高速セクション検出器８に対して、カウンタＡ１８の出力Ｔ１を波形発生回路１７のリセット信号Ａの立ち上がりにてデータをラッチするデータラッチ２５と、データラッチされたＴ１の信号に応じ、基準値Ｖ０を発生する電圧（Ｖ）基準発生回路２６を追加した構成となっている。このＶ基準発生回路２６の特性は、電源周波数が６０Ｈｚ時に８０％電圧で低電圧を検出したものが、周波数が５８Ｈｚでは９５％で検出するように設定してある。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態の動作を、図５を用いて説明する。第２の実施の形態における高速セクション検出器８は、第１の実施の形態の作用に対し、セクション通過の停電時に、電源ＶＩＮの周波数の低下に応じて低電圧検出用の比較器Ｂ２１の基準値Ｖ０が高くなり、電圧低下が早く行われるようになる点に特徴がある。この動作を説明すると、次の通りである。
【００３３】
電源ＶＩＮの周波数が低下すれば、周波数パルスのカウンタＡ１８の出力Ｔ１が基準値Ｔ０以下になったことを受けて即座にＬＦＤ信号を出力する。また、電源ＶＩＮの電圧低下に対しては、Ｖ基準発生回路２６にて基準値Ｖ０が周波数に応じて変更され、カウンタＢ２０の出力Ｖ１が周波数によって決定されたＶ基準Ｖ０以下になったことを受けて即座にＬＶＤ信号を出力する。この両方の出力をシングルショットＳＳ（１）２２，ＳＳ（２）２３により受け、ＯＲ回路２４にてＯＲを取った信号をセクション検出として出力する。
【００３４】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用・効果に対し、セクションの停電区間にてブロワーなどの動作により電圧低下が少ない場合でも、周波数の低下に応じて電圧検出基準を上昇することにより、セクションに入ったことを確実に検出することができる。
【００３５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の電気車用電源装置について、図６を用いて説明する。第３の実施の形態の電気車用電源装置は、図１に示した第１の実施の形態のものに対して、高速セクション検出器８の機能構成が図６に示したものである点で異なっている。その他の構成要素は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。
【００３６】
図６に示した高速セクション検出器８は、図２に示した第１の実施の形態の高速セクション検出器８に対して、平均化回路２８と−ΔＴ１検出器２９を備え、ＯＲ回路２４がシングルショットＳＳ（１），ＳＳ（２）のＬＦＤ信号、ＬＶＤ信号の他に−ΔＴ１検出器２９の信号ＬＦＤ２に対してもＯＲ論理でセクション検出信号を出力するようにした点が異なっている。
【００３７】
この第３の実施の形態における高速セクション検出器８では、平均化回路２８が、カウンタＡ１８の出力Ｔ１をリセット信号Ａの立ち上がりにてラッチし、１秒間の移動平均値ＴＡＶＥを出力する。−ΔＴ１検出器２９はこの平均化回路２８からのＴＡＶＥ信号とカウンタＡ１８のＴ１信号を比較し、その差（ＴＡＶＥ−Ｔ１）が基準値−ΔＴ１より大きくなったことを検出してＬＦＤ２信号をＯＲ回路２４に出力する。ＯＲ回路２４は、第１の実施の形態と同様のＬＦＤ信号、ＬＶＤ信号のＯＲに加えて、この−ΔＴ１検出器２９の出力であるＬＦＤ２信号のＯＲも取り、いずれかの出力があればセクション検出信号を出力する。
【００３８】
これにより、この第３の実施の形態によれば、高速セクション検出器８が、図２に示した第１の実施の形態における高速セクション検出器に対し、車両がセクション通過の停電時に、電源周波数の低下量に応じて周波数低下を検出しセクションとして検出するため、電圧の低下は少ないが周波数の変化が大きい場合に早くセクションを検出する。
【００３９】
したがって、車両がセクションの停電区間を通過する際に、ブロワーなどの動作により電圧低下が少ない場合でも周波数の低下量にてセクションを検出することができ、セクション検出精度を高めることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下のどちらかの検出にて行い、インバータ回路の運転を早期に停止させることによってインバータ主回路部の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクション通過の復電時に平滑コンデンサへの充電のために大電流が流れるのを予防できる。また、従来ならば初期充電用接触器をセクション検出にて必ず遮断（ＯＦＦ）動作させ、セクション通過後に投入（ＯＮ）することで交流電源からインバータ主回路部への大電流の急激な流れを抑制する動作をさせる必要があったが、本発明のようにセクション通過の復電時に平滑コンデンサへの充電のために大電流が流れるのを予防できれば、初期充電用接触器をセクション通過中もＯＮ状態にしておいてもそのセクションを通過した後の復電時に流れる大電流がないので、セクション通過中に不必要に遮断動作させる必要がない。そこで、本発明によれば、初期充電用接触器のセクション検出時のＯＦＦタイミングは、セクションでの停電時間に対して時間遅れを持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器がＯＦＦにならないようにしたことにより、結果的にセクション通過時には初期充電用接触器のオン／オフ動作をさせなくして不必要な開閉動作をなくし、接点の荒れを防止することができる。
【００４１】
請求項２の発明によれば、電気車がセクションを通過する時の電源電圧の低下又は周波数の低下を電源周期の１／２周期毎に検出し、電圧低下と周波数低下の論理和ＯＲにてセクション検出と判断してインバータ回路の運転を停止することにより、インバータ主回路部の平滑コンデンサの放電を抑制し、セクションの復電時の突入電流を抑制し、また、初期充電用接触器のオフ動作は、セクションでの停電時間に対して時間遅れを持たせ、セクションでの停電時間内では初期充電用接触器がオフにならないようにすることにより、初期充電用接触器の再投入による初期充電電流の発生を防止し、車上設備及び初期充電用接触器、インバータ主回路部の整流器と平滑コンデンサに大電流によって加わるストレスを抑制することができる。
【００４２】
請求項３の発明によれば、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下を検出し、さらに電圧低下検出の基準値については周波数検出値に応じて基準電圧を調整する機能を持たせ、正規の電源周波数以外では検出の基準値を高くし、セクションで電圧が下がりにくい場合でもセクション検出ができるようにし、インバータ主回路部の平滑用コンデンサの放電を抑制することにより復電時の突入電流を抑制することができる。
【００４３】
請求項４の発明によれば、セクションの検出を交流電源の１／２周期毎に周波数低下と電圧低下を検出し、さらに周波数の変化量を検出し、周波数の変化量が大きくなった場合にもセクションと判断する機能を持たせたことにより、セクションにて交流電源に接続されたブロワーなどの他の機器から発生する誘起電圧にて周波数及び電圧が低下検出レベルに達しない場合でも、周波数の低下率を検出することによりセクション検出を行い、インバータ主回路部の平滑用コンデンサの放電を抑制することにより復電時の突入電流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の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図２】第１の実施の形態における高速セクション検出器の構成図。
【図３】上記の高速セクション検出器の各部の動作を示すタイミングチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態における高速セクション検出器の構成図。
【図５】上記の高速セクション検出器の各部の動作を示すタイミングチャート。
【図６】本発明の第３の実施の形態における高速セクション検出器の構成図。
【図７】従来例の構成図。
【図８】従来例におけるセクション検出器の構成図。
【図９】従来例のセクション検出器の各部の動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１…交流電源
２…初期充電用接触器（ＣＨＫ）
３…初期充電用抵抗器
４…交流リアクトル
５…インバータ主回路部
６…モータ（ＩＭ）
７…交流電圧検出器（ＰＴ）
８…高速セクション検出器
９…インバータ制御回路部
１０…絶対値変換回路
１６…フィルタ回路
１７…波形発生回路
１８…カウンタＡ
１９…比較器Ａ
２０…カウンタＢ
２１…比較器Ｂ
２２…シングルショット（ＳＳ（１））
２３…シングルショット（ＳＳ（２））
２４…ＯＲ回路
２５…データラッチ
２６…電圧（Ｖ）基準発生回路
２８…平均化回路
２９…−ΔＴ１検出器
Claims (4)
- 交流電源を入力とし、交流を直流に変換し再び任意の交流に変換するインバータ主回路部と、
セクションの検出を、前記交流電源の１／２周期毎に周波数低下又は電圧低下にて行うセクション検出器と、
前記交流電源とインバータ主回路部との間に介在し、その投入（ＯＮ）によって前記交流電源をインバータ主回路部に給電し、その開放（ＯＦＦ）によって前記交流電源からインバータ主回路部への給電を遮断する初期充電用接触器と、
前記セクション検出器からの電源停止信号を受けて、通常のセクション通過に要する時間より長い所定のディレー時間内に当該セクション検出器から電源復電信号が来なければ前記初期充電用接触器を開放し、かつ、前記セクション検出器からの電源停止信号にて前記インバータ主回路部を停止し、前記セクション検出器からの電源復電信号にて前記初期充電用接触器を投入すると共に前記インバータ主回路部を起動する制御を行うインバータ制御回路部とを備えたことを特徴とする電気車用電源装置。 - 交流電源を入力とし、交流を直流に変換し再び任意の交流に変換するインバータ主回路部と、セクションでの停電と復電を検出するセクション検出器と、前記交流電源とインバータ主回路部との間に介在し、その投入（ＯＮ）によって前記交流電源をインバータ主回路部に給電し、その開放（ＯＦＦ）によって前記交流電源からインバータ主回路部への給電を遮断する初期充電用接触器と、前記セクション検出器からの電源停止信号を受けて、通常のセクション通過に要する時間より長い所定のディレー時間内に当該セクション検出器から電源復電信号が来なければ前記初期充電用接触器を開放し、かつ、前記セクション検出器からの電源停止信号にて前記インバータ主回路部を停止し、前記セクション検出器からの電源復電信号にて前記初期充電用接触器を投入すると共に前記インバータ主回路部を起動する制御を行うインバータ制御回路部とを備え、
前記セクション検出器は、
電源周期の１／２周期毎にクロックパルスのカウント及びリセットを繰り返す第１のカウンタと、
前記第１のカウンタのリセット直前の値と第１の基準値を比較し、カウント値が基準値よりも低い時に低周波数検出信号を出力する第１の比較器と、
前記電源周期の１／２周期毎にクロックパルスのカウント及びリセットを繰り返す第２のカウンタと、
前記第２のカウンタのリセット直前の値と第２の基準値を比較し、カウント値が第２の基準値よりも低い時に低電圧検出信号を出力する第２の比較器と、
前記第１の比較器が低周波数検出信号を出力し、又は第２の比較器が低電圧検出信号を出力した時にセクション検出信号を出力するＯＲ回路とを有することを特徴とする電気車用電源装置。 - 請求項２記載の電気車用電源装置において、前記セクション検出器は、電源電圧の低下を検出するための前記第２の基準値を、前記電源の周波数が低い場合は上げ、電源の周波数が高い場合には下げるように変化させる第２基準発生手段を備えたことを特徴とする電気車用電源装置。
- 請求項２記載の電気車用電源装置において、前記セクション検出器は、周波数の低下量を検出して第３の基準値と比較し、周波数低下量が第３の基準値を超えた時に周波数低下検出信号を出力する周波数低下検出手段を備え、前記ＯＲ回路は、前記低周波数検出信号と低電圧検出信号と当該周波数低下検出信号とのいずれかによってセクション検出信号を出力することを特徴とする電気車用電源装置。
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