JP3954265B2 - 車両用電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用した車両用の電力変換装置に係り、特にフィルター回路のコンデンサを充電する充電回路の自己消弧形素子の短絡故障検出を確実にかつ容易に実施できるようにした車両用電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、インバータやコンバータ等の電力変換装置においては、その直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用している。
【０００３】
そして、電力変換装置の起動時には、上記フィルター回路のコンデンサの初期充電時に過大な突入電流が流れないように抵抗器を経由して充電し、当該充電終了後に上記抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成している。
【０００４】
ここで、抵抗短絡用スイッチとしては、例えばサイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチや、電磁接触器が使用されている。
【０００５】
これらの抵抗短絡用スイッチは、起動の初期のみオフで、電力変換装置運転中はオン状態で使用される。
【０００６】
従って、電力変換装置の運転中に何らかの原因でオープン故障が発生した場合には、抵抗短絡用スイッチ両端の電圧検出や、抵抗短絡用スイッチに流れる電流の変化によって、その故障を容易に検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、抵抗短絡用スイッチの短絡故障は、電力変換装置の運転中に検出することが難しく、一旦停止した後に再度起動をかけた時に、過大な突入電流が流れて起動できないような事態が発生する。
【０００８】
特に、鉄道車輌用の電力変換装置では、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障が発生した場合に、電力変換装置の運転中には発見することができず、次の朝の運用開始時に抵抗短絡用スイッチの故障が発見されることになり、結果としてダイヤを乱す等の不具合が発生する可能性がある。
本発明の目的は、フィルター回路のコンデンサを充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチの短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能な車両用電力変換装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、スイッチング素子で構成され電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用し、起動時には抵抗器を介してフィルター回路のコンデンサを充電し、当該充電終了後に抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成した車両用の電力変換装置において、
請求項１に対応する発明では、抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、自己消弧形素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、自己消弧形素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備えている。
【００１０】
ここで、特に上記故障検出手段としては、例えば請求項２に記載したように、変換装置本体の停止信号が入力されると、自己消弧形素子のゲート停止信号を電力変換器のゲート停止信号よりも先に出力し、第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、自己消弧形素子が短絡故障していることを検出することが好ましい。
【００１１】
従って、請求項１および請求項２に対応する発明の車両用電力変換装置においては、抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチは通常運転時はオンしたままであり、短絡を検出することは困難であることから、変換装置本体の停止の短い時間の中で、この抵抗短絡用スイッチを強制的にオフさせて、電圧の変化を検出する。
この時に、電力変換器を同時に停止させると、抵抗短絡用スイッチの電圧も変化が無くなるので、電力変換器の停止を若干遅らせることにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電圧と出力側の電圧との間に電圧差が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。
【００１２】
また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００１３】
また、請求項３に対応する発明では、抵抗短絡用スイッチを自己消弧能力を有さない素子で構成し、自己消弧能力を有さない素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、自己消弧能力を有さない素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、自己消弧能力を有さない素子および電力変換器の各ゲート制御信号と第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、自己消弧能力を有さない素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備えている。
【００１４】
ここで、特に上記故障検出手段としては、例えば請求項４に記載したように、変換装置本体の停止信号が入力されると、自己消弧能力を有さない素子のゲート停止信号と電力変換器のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、自己消弧形素子が短絡故障していることを検出することが好ましい。
【００１５】
従って、請求項３および請求項４に対応する発明の車両用電力変換装置においては、抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチは通常運転時はオンしたままであり、短絡を検出することは困難であることから、変換装置本体の停止の短い時間の中で、この抵抗短絡用スイッチを強制的にオフさせて、電圧の変化を検出する。
この時に、自己消弧能力を有さない素子は自己消弧形素子と違って自己消弧能力がないので、ゲート停止信号を与えるだけでは自己消弧能力を有さない素子をオフさせることはできず、自己消弧能力を有さない素子に流れる電流を一旦ゼロにする必要がある。
そこで、自己消弧能力を有さない素子と電力変換器をほぼ同時に停止させ、その後再度電力変換器を所定時間だけ点弧することにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電圧と出力側の電圧との間に電圧差が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。
また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００１６】
一方、請求項５に対応する発明では、前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、前記自己消弧形素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、変換装置本体の停止信号が入力されると、前記自己消弧形素子のゲート停止信号を前記電力変換器のゲート停止信号よりも先に出力し、前記電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、前記自己消弧形素子が短絡故障していることを検出する故障検出手段とを備えている。
【００１８】
従って、請求項５に対応する発明の車両用電力変換装置においては、抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチは通常運転時はオンしたままであり、短絡を検出することは困難であることから、変換装置本体の停止の短い時間の中で、この抵抗短絡用スイッチを強制的にオフさせて、電流の変化を検出する。この時に、電力変換器を同時に停止させると、抵抗短絡用スイッチの電流も変化が無くなるので、電力変換器の停止を若干遅らせることにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電流の減少が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００１９】
また、請求項６に対応する発明では、前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧能力を有さない素子で構成し、前記自己消弧能力を有さない素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、変換装置本体の停止信号が入力されると、前記自己消弧能力を有さない素子のゲート停止信号と前記電力変換器のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度前記電力変換器のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、前記電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、前記自己消弧能力を有さない素子が短絡故障していることを検出する故障検出手段を備えている。
【００２１】
従って、請求項６に対応する発明の車両用電力変換装置においては、抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチは通常運転時はオンしたままであり、短絡を検出することは困難であることから、変換装置本体の停止の短い時間の中で、この抵抗短絡用スイッチを強制的にオフさせて、電流の変化を検出する。この時に、自己消弧能力を有さない素子は自己消弧形素子と違って自己消弧能力がないので、ゲート停止信号を与えるだけでは自己消弧能力を有さない素子をオフさせることはできず、自己消弧能力を有さない素子に流れる電流を一旦ゼロにする必要がある。
そこで、自己消弧能力を有さない素子と電力変換器をほぼ同時に停止させ、その後再度電力変換器を所定時間だけ点弧することにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電流の減少が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。
また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００２２】
一方、請求項７に対応する発明では、抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、自己消弧形素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、自己消弧形素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備え、故障検出手段としては、変換装置本体が起動されてから、自己消弧形素子のゲート停止信号を一定時間毎に定期的に所定時間だけ出力し、第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、自己消弧形素子の短絡故障を検出するようにしている。
【００２３】
従って、請求項７に対応する発明の車両用電力変換装置においては、変換装置本体の動作中に、一定時間毎に定期的に自己消弧形素子を所定時間だけ停止させることにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電圧と出力側の電圧との間に電圧差が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００２４】
また、請求項８に対応する発明では、抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、自己消弧形素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と電流検出手段による電流検出値とに基づいて、自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備え、故障検出手段としては、変換装置本体が起動されてから、自己消弧形素子のゲート停止信号を一定時間毎に定期的に所定時間だけ出力し、電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、自己消弧形素子の短絡故障を検出するようにしている。
【００２５】
従って、請求項８に対応する発明の車両用電力変換装置においては、変換装置本体の動作中に、一定時間毎に定期的に自己消弧形素子を所定時間だけ停止させることにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電流の減少が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
【００２８】
図１（ａ）において、電車線からの直流電力をパンタグラフ１を介して入力し、リアクトル２およびコンデンサ４で構成される直流電源部のＬＣフィルター回路のコンデンサ４を充電するようにしている。
【００２９】
また、ＬＣフィルター回路のリアクトル２とコンデンサ４との間に抵抗器３を直列に接続し、かつこの抵抗器３と並列に、抵抗短絡用スイッチ１３を接続している。
【００３０】
そして、本車両用電力変換装置の起動時には、上記フィルター回路のコンデンサ４の初期充電時に過大な突入電流が流れないように抵抗器３を経由して充電し、この充電終了後に上記抵抗器３と並列に接続された抵抗短絡用スイッチ１３を短絡させるように充電回路を構成している。
【００３１】
ここで、抵抗短絡用スイッチ１３としては、自己消弧形素子である、例えばＧＴＯサイリスタを用いる。
【００３２】
さらに、フィルター回路のコンデンサ４の両端には、例えばトランジスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成された電力変換器（インバータ）５を接続している。
【００３３】
この電力変換器５は、電車線からの直流電力をＬＣフィルター回路を介して入力し、電力変換（逆変換）を行なって交流電力を発生させ、例えば誘導電動機等の負荷６に交流電力を供給するようにしている。
【００３４】
一方、ＬＣフィルター回路の入力側および出力側には、電圧検出器１０および１１を設けている。
【００３５】
電圧検出器１０および１１は、抵抗短絡用スイッチ１３の入力側の電圧および出力側の電圧を検出する。
【００３６】
さらに、ゲート回路１７と、ゲート回路８と、シーケンス制御回路９とを備えている。
【００３７】
ゲート回路１７は、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子にゲート制御信号を与える。
【００３８】
ゲート回路８は、電力変換器５のスイッチング素子にゲート制御信号を与える。
【００３９】
シーケンス制御回路９は、ゲート回路１７およびゲート回路８をシーケンス的に制御する制御機能と、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート制御信号と、電力変換器５のスイッチング素子のゲート制御信号と、上記各電圧検出器１０および１１による電圧検出値とに基づいて、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出機能とを備えている。
【００４０】
ここで、故障検出機能としては、本車両用電力変換装置の停止信号が入力されると、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を電力変換器５のゲート停止信号よりも先に出力し、各電圧検出器１０および１１による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子が短絡故障していることを検出するようにしている。
【００４１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図１（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００４２】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【００４３】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【００４４】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。この運転状態で、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することはできない。
【００４５】
車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図１（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【００４６】
すなわち、車両用電力変換装置の停止信号がシーケンス制御回路９に入力された時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して、電力変換器５のゲート停止信号（オフ信号）よりも若干先に出力される。
【００４７】
これにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【００４８】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生し、電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生する。
【００４９】
シーケンス制御回路９では、各電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電圧差が発生していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【００５０】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタで構成し、変換装置本体の停止時に、電力変換器５のゲート停止信号よりも抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を先に出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電圧の変化を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【００５１】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
図２（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図１（ａ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５３】
すなわち、本実施の形態による車両用電力変換装置は、図２（ａ）に示すように、前記図１（ａ）における抵抗短絡用スイッチ１３として、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタの代わりに、自己消弧能力を有さない素子、例えばサイリスタを用いた構成としている。
【００５４】
また、前記シーケンス制御回路９における故障検出機能としては、本車両用電力変換装置の停止信号が入力されると、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号と電力変換器５のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器５のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、前記各電圧検出器１０および１１による電圧の間に電圧差が発生しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることを検出するようにしている。
【００５５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図２（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００５６】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【００５７】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【００５８】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。この運転状態で、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することはできない。
【００５９】
また、抵抗短絡用スイッチ１３を構成するサイリスタは、前述したＧＴＯサイリスタと違って自己消弧能力がないため、ゲート制御信号をオフさせるだけでは、サイリスタをオフさせることはできず、サイリスタに流れる電流を一旦ゼロにする必要がある。
【００６０】
そこで、車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図２（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【００６１】
すなわち、車両用電力変換装置の停止信号がシーケンス制御回路９に入力された時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）、および電力変換器５のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７およびゲート回路８をそれぞれ経由して、ほぼ同時に出力される。
【００６２】
これにより、車両用電力変換装置に流れる電流が一旦ゼロとなり、抵抗短絡用スイッチ１３もオフさせることができる。
【００６３】
ここで、再度電力変換器５にゲート点弧信号が、シーケンス制御回路９からゲート回路８を経由して出力されることにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【００６４】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生し、電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生する。
【００６５】
シーケンス制御回路９では、各電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電圧差が発生していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【００６６】
なお、上記において、電力変換器５へのゲート点弧信号は、例えば１秒以下の短い期間のみ出力するようにする。これにより、車両用電力変換装置全体としての停止動作が大幅に遅れることがないようにすることができる。
【００６７】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧能力を有さない素子であるサイリスタで構成し、変換装置本体の停止時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号と電力変換器５のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器５のゲート点弧信号を所定時間だけ出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電圧の変化を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【００６８】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
図３（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図１（ａ）と同一要素には同一符号を付して示している。
【００７０】
図３（ａ）において、電車線からの直流電力をパンタグラフ１を介して入力し、リアクトル２およびコンデンサ４で構成される直流電源部のＬＣフィルター回路のコンデンサ４を充電するようにしている。
【００７１】
また、ＬＣフィルター回路のリアクトル２とコンデンサ４との間に抵抗器３を直列に接続し、かつこの抵抗器３と並列に、抵抗短絡用スイッチ１３を接続している。
【００７２】
そして、本車両用電力変換装置の起動時には、上記フィルター回路のコンデンサ４の初期充電時に過大な突入電流が流れないように抵抗器３を経由して充電し、この充電終了後に上記抵抗器３と並列に接続された抵抗短絡用スイッチ１３を短絡させるように充電回路を構成している。
【００７３】
ここで、抵抗短絡用スイッチ１３としては、自己消弧形素子である、例えばＧＴＯサイリスタを用いる。
【００７４】
さらに、フィルター回路のコンデンサ４の両端には、例えばトランジスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成された電力変換器（インバータ）５を接続している。
【００７５】
この電力変換器５は、電車線からの直流電力をＬＣフィルター回路を介して入力し、電力変換（逆変換）を行なって交流電力を発生させ、例えば誘導電動機等の負荷６に交流電力を供給するようにしている。
【００７６】
一方、ＬＣフィルター回路の入力側には、電流検出器１２を設けている。
【００７７】
電流検出器１２は、抵抗短絡用スイッチ１３の入力側の電流を検出する。
【００７８】
さらに、ゲート回路１７と、ゲート回路８と、シーケンス制御回路９とを備えている。
【００７９】
ゲート回路１７は、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子にゲート制御信号を与える。
【００８０】
ゲート回路８は、電力変換器５のスイッチング素子にゲート制御信号を与える。
【００８１】
シーケンス制御回路９は、ゲート回路１７およびゲート回路８をシーケンス的に制御する制御機能と、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート制御信号と、電力変換器５のスイッチング素子のゲート制御信号と、上記電流検出器１２による電流検出値とに基づいて、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出機能とを備えている。
【００８２】
ここで、故障検出機能としては、本車両用電力変換装置の停止信号が入力されると、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を電力変換器５のゲート停止信号よりも先に出力し、電流検出器１２による電流検出値が減少しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子が短絡故障していることを検出するようにしている。
【００８３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図３（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００８４】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【００８５】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【００８６】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。この運転状態で、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することはできない。
【００８７】
車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図３（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【００８８】
すなわち、車両用電力変換装置の停止信号がシーケンス制御回路９に入力された時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して、電力変換器５のゲート停止信号（オフ信号）よりも若干先に出力される。
【００８９】
これにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【００９０】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生すると共に、電流検出器１２に流れる電流が抵抗器３により制限されるために減少する。
【００９１】
シーケンス制御回路９では、電流検出器１２による電流検出値が減少した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電流検出値が減少していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【００９２】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタで構成し、変換装置本体の停止時に、電力変換器５のゲート停止信号よりも抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を先に出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電流の変化（減少）を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【００９３】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【００９４】
（第４の実施の形態）
図４（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図３（ａ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９５】
すなわち、本実施の形態による車両用電力変換装置は、図４（ａ）に示すように、前記図３（ａ）における抵抗短絡用スイッチ１３として、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタの代わりに、自己消弧能力を有さない素子、例えばサイリスタを用いた構成としている。
【００９６】
また、前記シーケンス制御回路９における故障検出機能としては、本車両用電力変換装置の停止信号が入力されると、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号と電力変換器５のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器５のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、前記電流検出器１２による電流検出値が減少しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることを検出するようにしている。
【００９７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図４（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００９８】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【００９９】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【０１００】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。この運転状態で、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することはできない。
【０１０１】
また、抵抗短絡用スイッチ１３を構成するサイリスタは、前述したＧＴＯサイリスタと違って自己消弧能力がないため、ゲート制御信号をオフさせるだけでは、サイリスタをオフさせることはできず、サイリスタに流れる電流を一旦ゼロにする必要がある。
【０１０２】
そこで、車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図４（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【０１０３】
すなわち、車両用電力変換装置の停止信号がシーケンス制御回路９に入力された時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）、および電力変換器５のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７およびゲート回路８をそれぞれ経由して、ほぼ同時に出力される。
【０１０４】
これにより、車両用電力変換装置に流れる電流が一旦ゼロとなり、抵抗短絡用スイッチ１３もオフさせることができる。
【０１０５】
ここで、再度電力変換器５にゲート点弧信号が、シーケンス制御回路９からゲート回路８を経由して出力されることにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【０１０６】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生すると共に、電流検出器１２に流れる電流が抵抗器３により制限されるために減少する。
【０１０７】
シーケンス制御回路９では、電流検出器１２による電流検出値が減少した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電流検出値が減少していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【０１０８】
なお、上記において、電力変換器５へのゲート点弧信号は、例えば１秒以下の短い期間のみ出力するようにする。これにより、車両用電力変換装置全体としての停止動作が大幅に遅れることがないようにすることができる。
【０１０９】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧能力を有さない素子であるサイリスタで構成し、変換装置本体の停止時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号と電力変換器５のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器５のゲート点弧信号を所定時間だけ出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電流の変化（減少）を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【０１１０】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【０１１１】
（第５の実施の形態）
図５（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図１（ａ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１２】
すなわち、本実施の形態による車両用電力変換装置は、図５（ａ）に示すように、前記図１（ａ）におけるシーケンス制御回路９にタイマー１４を設けた構成としている。
【０１１３】
タイマー１４は、車両用電力変換装置が起動された時点で起動され、車両用電力変換装置が運転されている間、一定時間毎に定期的に所定時間だけ動作出力を生ずる。
【０１１４】
また、前記シーケンス制御回路９における故障検出機能としては、タイマー１４からの動作出力がある間だけ、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を出力し、前記各電圧検出器１０および１１による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出するようにしている。
【０１１５】
すなわち、前記第１の実施の形態では、車両用電力変換装置の停止時に抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障検出を実施していたのに対して、本実施の形態では、車両用電力変換装置の運転中に抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障検出を行なうようにしているものである。
【０１１６】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図５（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【０１１７】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【０１１８】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【０１１９】
これにより、車両用電力変換装置が起動された時点でタイマー１４が起動され、車両用電力変換装置が運転されている間、一定時間毎に定期的に所定時間だけ動作出力を生ずる。
【０１２０】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。
【０１２１】
このように車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図５（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【０１２２】
すなわち、車両用電力変換装置の動作中に、タイマー１４からの動作出力がシーケンス制御回路９本体に入力される毎に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力される。
【０１２３】
これにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【０１２４】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生し、電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生する。
【０１２５】
シーケンス制御回路９では、各電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電圧差が発生していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【０１２６】
なお、上記において、抵抗短絡用スイッチ１３ををオフさせる時間は、車両用電力変換装置としての動作に影響が出ないように、短時間（例えば1Oｍｓ程度）とすることが好ましい。また、抵抗短絡用スイッチ１３をオフさせるタイミングは、車両用電力変換装置が起動してから一定期間毎に行なうように、タイマー１４により管理される。
【０１２７】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタで構成し、変換装置本体の動作中に、一定時間毎に定期的に抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を所定時間だけ出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電圧の変化を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【０１２８】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【０１２９】
（第６の実施の形態）
図６（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図３（ａ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１３０】
すなわち、本実施の形態による車両用電力変換装置は、図６（ａ）に示すように、前記図３（ａ）におけるシーケンス制御回路９にタイマー１４を設けた構成としている。
【０１３１】
タイマー１４は、車両用電力変換装置が起動された時点で起動され、車両用電力変換装置が運転されている間、一定時間毎に定期的に所定時間だけ動作出力を生ずる。
【０１３２】
また、前記シーケンス制御回路９における故障検出機能としては、タイマー１４からの動作出力がある間だけ、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を出力し、前記電流検出器１２による電流検出値が減少しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出するようにしている。
【０１３３】
すなわち、前記第１の実施の形態では、車両用電力変換装置の停止時に抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障検出を実施していたのに対して、本実施の形態では、車両用電力変換装置の運転中に抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障検出を行なうようにしているものである。
【０１３４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図６（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【０１３５】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【０１３６】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【０１３７】
これにより、車両用電力変換装置が起動された時点でタイマー１４が起動され、車両用電力変換装置が運転されている間、一定時間毎に定期的に所定時間だけ動作出力を生ずる。
【０１３８】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。
【０１３９】
このように車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図５（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【０１４０】
すなわち、車両用電力変換装置の動作中に、タイマー１４からの動作出力がシーケンス制御回路９本体に入力される毎に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力される。
【０１４１】
これにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【０１４２】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生すると共に、電流検出器１２に流れる電流が抵抗器３により制限されるために減少する。
【０１４３】
シーケンス制御回路９では、電流検出器１２による電流検出値が減少した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電流検出値が減少していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【０１４４】
なお、上記において、抵抗短絡用スイッチ１３ををオフさせる時間は、車両用電力変換装置としての動作に影響が出ないように、短時間（例えば1Oｍｓ程度）とすることが好ましい。また、抵抗短絡用スイッチ１３をオフさせるタイミングは、車両用電力変換装置が起動してから一定期間毎に行なうように、タイマー１４により管理される。
【０１４５】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタで構成し、変換装置本体の動作中に、一定時間毎に定期的に抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を所定時間だけ出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電流の変化（減少）を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【０１４６】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【０１４７】
（その他の実施の形態）
前記各実施の形態では、抵抗短絡用スイッチ１３として、ＧＴＯサイリスタ、サイリスタを用いる場合について説明したが、これに限らず、抵抗短絡用スイッチ１３として、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチを用いることも可能である。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用電力変換装置によれば、フィルター回路のコンデンサを充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチの短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【０１４９】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用電力変換装置の第１の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図２】本発明による車両用電力変換装置の第２の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図３】本発明による車両用電力変換装置の第３の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図４】本発明による車両用電力変換装置の第４の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図５】本発明による車両用電力変換装置の第５の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図６】本発明による車両用電力変換装置の第６の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【符号の説明】
１…パンタグラフ
２…リアクトル
３…抵抗器
４…コンデンサ
５…電力変換器（インバータ）
６…負荷（モーター）
７…ゲート回路
８…ゲート回路
９…シーケンス制御回路
１０…電圧検出器
１１…電圧検出器
１２…電流検出器
１３…抵抗短絡用スイッチ
１４…タイマー。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用した車両用の電力変換装置に係り、特にフィルター回路のコンデンサを充電する充電回路の自己消弧形素子の短絡故障検出を確実にかつ容易に実施できるようにした車両用電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、インバータやコンバータ等の電力変換装置においては、その直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用している。
【０００３】
そして、電力変換装置の起動時には、上記フィルター回路のコンデンサの初期充電時に過大な突入電流が流れないように抵抗器を経由して充電し、当該充電終了後に上記抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成している。
【０００４】
ここで、抵抗短絡用スイッチとしては、例えばサイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチや、電磁接触器が使用されている。
【０００５】
これらの抵抗短絡用スイッチは、起動の初期のみオフで、電力変換装置運転中はオン状態で使用される。
【０００６】
従って、電力変換装置の運転中に何らかの原因でオープン故障が発生した場合には、抵抗短絡用スイッチ両端の電圧検出や、抵抗短絡用スイッチに流れる電流の変化によって、その故障を容易に検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、抵抗短絡用スイッチの短絡故障は、電力変換装置の運転中に検出することが難しく、一旦停止した後に再度起動をかけた時に、過大な突入電流が流れて起動できないような事態が発生する。
【０００８】
特に、鉄道車輌用の電力変換装置では、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障が発生した場合に、電力変換装置の運転中には発見することができず、次の朝の運用開始時に抵抗短絡用スイッチの故障が発見されることになり、結果としてダイヤを乱す等の不具合が発生する可能性がある。
本発明の目的は、フィルター回路のコンデンサを充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチの短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能な車両用電力変換装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、スイッチング素子で構成され電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用し、起動時には抵抗器を介してフィルター回路のコンデンサを充電し、当該充電終了後に抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成した車両用の電力変換装置において、
請求項１に対応する発明では、抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、自己消弧形素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、自己消弧形素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備えている。
【００１０】
ここで、特に上記故障検出手段としては、例えば請求項２に記載したように、変換装置本体の停止信号が入力されると、自己消弧形素子のゲート停止信号を電力変換器のゲート停止信号よりも先に出力し、第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、自己消弧形素子が短絡故障していることを検出することが好ましい。
【００１１】
従って、請求項１および請求項２に対応する発明の車両用電力変換装置においては、抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチは通常運転時はオンしたままであり、短絡を検出することは困難であることから、変換装置本体の停止の短い時間の中で、この抵抗短絡用スイッチを強制的にオフさせて、電圧の変化を検出する。
この時に、電力変換器を同時に停止させると、抵抗短絡用スイッチの電圧も変化が無くなるので、電力変換器の停止を若干遅らせることにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電圧と出力側の電圧との間に電圧差が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。
【００１２】
また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００１３】
また、請求項３に対応する発明では、抵抗短絡用スイッチを自己消弧能力を有さない素子で構成し、自己消弧能力を有さない素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、自己消弧能力を有さない素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、自己消弧能力を有さない素子および電力変換器の各ゲート制御信号と第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、自己消弧能力を有さない素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備えている。
【００１４】
ここで、特に上記故障検出手段としては、例えば請求項４に記載したように、変換装置本体の停止信号が入力されると、自己消弧能力を有さない素子のゲート停止信号と電力変換器のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、自己消弧形素子が短絡故障していることを検出することが好ましい。
【００１５】
従って、請求項３および請求項４に対応する発明の車両用電力変換装置においては、抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチは通常運転時はオンしたままであり、短絡を検出することは困難であることから、変換装置本体の停止の短い時間の中で、この抵抗短絡用スイッチを強制的にオフさせて、電圧の変化を検出する。
この時に、自己消弧能力を有さない素子は自己消弧形素子と違って自己消弧能力がないので、ゲート停止信号を与えるだけでは自己消弧能力を有さない素子をオフさせることはできず、自己消弧能力を有さない素子に流れる電流を一旦ゼロにする必要がある。
そこで、自己消弧能力を有さない素子と電力変換器をほぼ同時に停止させ、その後再度電力変換器を所定時間だけ点弧することにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電圧と出力側の電圧との間に電圧差が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。
また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００１６】
一方、請求項５に対応する発明では、前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、前記自己消弧形素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、変換装置本体の停止信号が入力されると、前記自己消弧形素子のゲート停止信号を前記電力変換器のゲート停止信号よりも先に出力し、前記電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、前記自己消弧形素子が短絡故障していることを検出する故障検出手段とを備えている。
【００１８】
従って、請求項５に対応する発明の車両用電力変換装置においては、抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチは通常運転時はオンしたままであり、短絡を検出することは困難であることから、変換装置本体の停止の短い時間の中で、この抵抗短絡用スイッチを強制的にオフさせて、電流の変化を検出する。この時に、電力変換器を同時に停止させると、抵抗短絡用スイッチの電流も変化が無くなるので、電力変換器の停止を若干遅らせることにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電流の減少が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００１９】
また、請求項６に対応する発明では、前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧能力を有さない素子で構成し、前記自己消弧能力を有さない素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、変換装置本体の停止信号が入力されると、前記自己消弧能力を有さない素子のゲート停止信号と前記電力変換器のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度前記電力変換器のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、前記電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、前記自己消弧能力を有さない素子が短絡故障していることを検出する故障検出手段を備えている。
【００２１】
従って、請求項６に対応する発明の車両用電力変換装置においては、抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチは通常運転時はオンしたままであり、短絡を検出することは困難であることから、変換装置本体の停止の短い時間の中で、この抵抗短絡用スイッチを強制的にオフさせて、電流の変化を検出する。この時に、自己消弧能力を有さない素子は自己消弧形素子と違って自己消弧能力がないので、ゲート停止信号を与えるだけでは自己消弧能力を有さない素子をオフさせることはできず、自己消弧能力を有さない素子に流れる電流を一旦ゼロにする必要がある。
そこで、自己消弧能力を有さない素子と電力変換器をほぼ同時に停止させ、その後再度電力変換器を所定時間だけ点弧することにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電流の減少が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。
また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００２２】
一方、請求項７に対応する発明では、抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、自己消弧形素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、自己消弧形素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備え、故障検出手段としては、変換装置本体が起動されてから、自己消弧形素子のゲート停止信号を一定時間毎に定期的に所定時間だけ出力し、第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、自己消弧形素子の短絡故障を検出するようにしている。
【００２３】
従って、請求項７に対応する発明の車両用電力変換装置においては、変換装置本体の動作中に、一定時間毎に定期的に自己消弧形素子を所定時間だけ停止させることにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電圧と出力側の電圧との間に電圧差が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００２４】
また、請求項８に対応する発明では、抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、自己消弧形素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と電流検出手段による電流検出値とに基づいて、自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備え、故障検出手段としては、変換装置本体が起動されてから、自己消弧形素子のゲート停止信号を一定時間毎に定期的に所定時間だけ出力し、電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、自己消弧形素子の短絡故障を検出するようにしている。
【００２５】
従って、請求項８に対応する発明の車両用電力変換装置においては、変換装置本体の動作中に、一定時間毎に定期的に自己消弧形素子を所定時間だけ停止させることにより、抵抗短絡用スイッチのみがオフする状態を作り出すことが可能となるため、自己消弧形素子の入力側の電流の減少が発生したことで抵抗短絡用スイッチがオフできることを検出して、その短絡故障の有無を検出することができる。また、上記抵抗短絡用スイッチの短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要がないため、低コストで故障検出を行なうことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
【００２８】
図１（ａ）において、電車線からの直流電力をパンタグラフ１を介して入力し、リアクトル２およびコンデンサ４で構成される直流電源部のＬＣフィルター回路のコンデンサ４を充電するようにしている。
【００２９】
また、ＬＣフィルター回路のリアクトル２とコンデンサ４との間に抵抗器３を直列に接続し、かつこの抵抗器３と並列に、抵抗短絡用スイッチ１３を接続している。
【００３０】
そして、本車両用電力変換装置の起動時には、上記フィルター回路のコンデンサ４の初期充電時に過大な突入電流が流れないように抵抗器３を経由して充電し、この充電終了後に上記抵抗器３と並列に接続された抵抗短絡用スイッチ１３を短絡させるように充電回路を構成している。
【００３１】
ここで、抵抗短絡用スイッチ１３としては、自己消弧形素子である、例えばＧＴＯサイリスタを用いる。
【００３２】
さらに、フィルター回路のコンデンサ４の両端には、例えばトランジスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成された電力変換器（インバータ）５を接続している。
【００３３】
この電力変換器５は、電車線からの直流電力をＬＣフィルター回路を介して入力し、電力変換（逆変換）を行なって交流電力を発生させ、例えば誘導電動機等の負荷６に交流電力を供給するようにしている。
【００３４】
一方、ＬＣフィルター回路の入力側および出力側には、電圧検出器１０および１１を設けている。
【００３５】
電圧検出器１０および１１は、抵抗短絡用スイッチ１３の入力側の電圧および出力側の電圧を検出する。
【００３６】
さらに、ゲート回路１７と、ゲート回路８と、シーケンス制御回路９とを備えている。
【００３７】
ゲート回路１７は、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子にゲート制御信号を与える。
【００３８】
ゲート回路８は、電力変換器５のスイッチング素子にゲート制御信号を与える。
【００３９】
シーケンス制御回路９は、ゲート回路１７およびゲート回路８をシーケンス的に制御する制御機能と、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート制御信号と、電力変換器５のスイッチング素子のゲート制御信号と、上記各電圧検出器１０および１１による電圧検出値とに基づいて、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出機能とを備えている。
【００４０】
ここで、故障検出機能としては、本車両用電力変換装置の停止信号が入力されると、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を電力変換器５のゲート停止信号よりも先に出力し、各電圧検出器１０および１１による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子が短絡故障していることを検出するようにしている。
【００４１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図１（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００４２】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【００４３】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【００４４】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。この運転状態で、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することはできない。
【００４５】
車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図１（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【００４６】
すなわち、車両用電力変換装置の停止信号がシーケンス制御回路９に入力された時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して、電力変換器５のゲート停止信号（オフ信号）よりも若干先に出力される。
【００４７】
これにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【００４８】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生し、電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生する。
【００４９】
シーケンス制御回路９では、各電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電圧差が発生していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【００５０】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタで構成し、変換装置本体の停止時に、電力変換器５のゲート停止信号よりも抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を先に出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電圧の変化を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【００５１】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【００５２】
（第２の実施の形態）
図２（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図１（ａ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５３】
すなわち、本実施の形態による車両用電力変換装置は、図２（ａ）に示すように、前記図１（ａ）における抵抗短絡用スイッチ１３として、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタの代わりに、自己消弧能力を有さない素子、例えばサイリスタを用いた構成としている。
【００５４】
また、前記シーケンス制御回路９における故障検出機能としては、本車両用電力変換装置の停止信号が入力されると、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号と電力変換器５のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器５のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、前記各電圧検出器１０および１１による電圧の間に電圧差が発生しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることを検出するようにしている。
【００５５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図２（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００５６】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【００５７】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【００５８】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。この運転状態で、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することはできない。
【００５９】
また、抵抗短絡用スイッチ１３を構成するサイリスタは、前述したＧＴＯサイリスタと違って自己消弧能力がないため、ゲート制御信号をオフさせるだけでは、サイリスタをオフさせることはできず、サイリスタに流れる電流を一旦ゼロにする必要がある。
【００６０】
そこで、車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図２（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【００６１】
すなわち、車両用電力変換装置の停止信号がシーケンス制御回路９に入力された時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）、および電力変換器５のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７およびゲート回路８をそれぞれ経由して、ほぼ同時に出力される。
【００６２】
これにより、車両用電力変換装置に流れる電流が一旦ゼロとなり、抵抗短絡用スイッチ１３もオフさせることができる。
【００６３】
ここで、再度電力変換器５にゲート点弧信号が、シーケンス制御回路９からゲート回路８を経由して出力されることにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【００６４】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生し、電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生する。
【００６５】
シーケンス制御回路９では、各電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電圧差が発生していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【００６６】
なお、上記において、電力変換器５へのゲート点弧信号は、例えば１秒以下の短い期間のみ出力するようにする。これにより、車両用電力変換装置全体としての停止動作が大幅に遅れることがないようにすることができる。
【００６７】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧能力を有さない素子であるサイリスタで構成し、変換装置本体の停止時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号と電力変換器５のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器５のゲート点弧信号を所定時間だけ出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電圧の変化を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【００６８】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
図３（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図１（ａ）と同一要素には同一符号を付して示している。
【００７０】
図３（ａ）において、電車線からの直流電力をパンタグラフ１を介して入力し、リアクトル２およびコンデンサ４で構成される直流電源部のＬＣフィルター回路のコンデンサ４を充電するようにしている。
【００７１】
また、ＬＣフィルター回路のリアクトル２とコンデンサ４との間に抵抗器３を直列に接続し、かつこの抵抗器３と並列に、抵抗短絡用スイッチ１３を接続している。
【００７２】
そして、本車両用電力変換装置の起動時には、上記フィルター回路のコンデンサ４の初期充電時に過大な突入電流が流れないように抵抗器３を経由して充電し、この充電終了後に上記抵抗器３と並列に接続された抵抗短絡用スイッチ１３を短絡させるように充電回路を構成している。
【００７３】
ここで、抵抗短絡用スイッチ１３としては、自己消弧形素子である、例えばＧＴＯサイリスタを用いる。
【００７４】
さらに、フィルター回路のコンデンサ４の両端には、例えばトランジスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成された電力変換器（インバータ）５を接続している。
【００７５】
この電力変換器５は、電車線からの直流電力をＬＣフィルター回路を介して入力し、電力変換（逆変換）を行なって交流電力を発生させ、例えば誘導電動機等の負荷６に交流電力を供給するようにしている。
【００７６】
一方、ＬＣフィルター回路の入力側には、電流検出器１２を設けている。
【００７７】
電流検出器１２は、抵抗短絡用スイッチ１３の入力側の電流を検出する。
【００７８】
さらに、ゲート回路１７と、ゲート回路８と、シーケンス制御回路９とを備えている。
【００７９】
ゲート回路１７は、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子にゲート制御信号を与える。
【００８０】
ゲート回路８は、電力変換器５のスイッチング素子にゲート制御信号を与える。
【００８１】
シーケンス制御回路９は、ゲート回路１７およびゲート回路８をシーケンス的に制御する制御機能と、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート制御信号と、電力変換器５のスイッチング素子のゲート制御信号と、上記電流検出器１２による電流検出値とに基づいて、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出機能とを備えている。
【００８２】
ここで、故障検出機能としては、本車両用電力変換装置の停止信号が入力されると、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を電力変換器５のゲート停止信号よりも先に出力し、電流検出器１２による電流検出値が減少しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３の自己消弧形素子が短絡故障していることを検出するようにしている。
【００８３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図３（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００８４】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【００８５】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【００８６】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。この運転状態で、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することはできない。
【００８７】
車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図３（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【００８８】
すなわち、車両用電力変換装置の停止信号がシーケンス制御回路９に入力された時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して、電力変換器５のゲート停止信号（オフ信号）よりも若干先に出力される。
【００８９】
これにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【００９０】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生すると共に、電流検出器１２に流れる電流が抵抗器３により制限されるために減少する。
【００９１】
シーケンス制御回路９では、電流検出器１２による電流検出値が減少した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電流検出値が減少していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【００９２】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタで構成し、変換装置本体の停止時に、電力変換器５のゲート停止信号よりも抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を先に出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電流の変化（減少）を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【００９３】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【００９４】
（第４の実施の形態）
図４（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図３（ａ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９５】
すなわち、本実施の形態による車両用電力変換装置は、図４（ａ）に示すように、前記図３（ａ）における抵抗短絡用スイッチ１３として、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタの代わりに、自己消弧能力を有さない素子、例えばサイリスタを用いた構成としている。
【００９６】
また、前記シーケンス制御回路９における故障検出機能としては、本車両用電力変換装置の停止信号が入力されると、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号と電力変換器５のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器５のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、前記電流検出器１２による電流検出値が減少しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることを検出するようにしている。
【００９７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図４（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００９８】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【００９９】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【０１００】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。この運転状態で、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することはできない。
【０１０１】
また、抵抗短絡用スイッチ１３を構成するサイリスタは、前述したＧＴＯサイリスタと違って自己消弧能力がないため、ゲート制御信号をオフさせるだけでは、サイリスタをオフさせることはできず、サイリスタに流れる電流を一旦ゼロにする必要がある。
【０１０２】
そこで、車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図４（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【０１０３】
すなわち、車両用電力変換装置の停止信号がシーケンス制御回路９に入力された時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）、および電力変換器５のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７およびゲート回路８をそれぞれ経由して、ほぼ同時に出力される。
【０１０４】
これにより、車両用電力変換装置に流れる電流が一旦ゼロとなり、抵抗短絡用スイッチ１３もオフさせることができる。
【０１０５】
ここで、再度電力変換器５にゲート点弧信号が、シーケンス制御回路９からゲート回路８を経由して出力されることにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【０１０６】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生すると共に、電流検出器１２に流れる電流が抵抗器３により制限されるために減少する。
【０１０７】
シーケンス制御回路９では、電流検出器１２による電流検出値が減少した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電流検出値が減少していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【０１０８】
なお、上記において、電力変換器５へのゲート点弧信号は、例えば１秒以下の短い期間のみ出力するようにする。これにより、車両用電力変換装置全体としての停止動作が大幅に遅れることがないようにすることができる。
【０１０９】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧能力を有さない素子であるサイリスタで構成し、変換装置本体の停止時に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号と電力変換器５のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度電力変換器５のゲート点弧信号を所定時間だけ出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電流の変化（減少）を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【０１１０】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【０１１１】
（第５の実施の形態）
図５（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図１（ａ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１２】
すなわち、本実施の形態による車両用電力変換装置は、図５（ａ）に示すように、前記図１（ａ）におけるシーケンス制御回路９にタイマー１４を設けた構成としている。
【０１１３】
タイマー１４は、車両用電力変換装置が起動された時点で起動され、車両用電力変換装置が運転されている間、一定時間毎に定期的に所定時間だけ動作出力を生ずる。
【０１１４】
また、前記シーケンス制御回路９における故障検出機能としては、タイマー１４からの動作出力がある間だけ、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を出力し、前記各電圧検出器１０および１１による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出するようにしている。
【０１１５】
すなわち、前記第１の実施の形態では、車両用電力変換装置の停止時に抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障検出を実施していたのに対して、本実施の形態では、車両用電力変換装置の運転中に抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障検出を行なうようにしているものである。
【０１１６】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図５（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【０１１７】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【０１１８】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【０１１９】
これにより、車両用電力変換装置が起動された時点でタイマー１４が起動され、車両用電力変換装置が運転されている間、一定時間毎に定期的に所定時間だけ動作出力を生ずる。
【０１２０】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。
【０１２１】
このように車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図５（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【０１２２】
すなわち、車両用電力変換装置の動作中に、タイマー１４からの動作出力がシーケンス制御回路９本体に入力される毎に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力される。
【０１２３】
これにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【０１２４】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生し、電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生する。
【０１２５】
シーケンス制御回路９では、各電圧検出器１０および１１による電圧検出値の間に電圧差が発生した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電圧差が発生していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【０１２６】
なお、上記において、抵抗短絡用スイッチ１３ををオフさせる時間は、車両用電力変換装置としての動作に影響が出ないように、短時間（例えば1Oｍｓ程度）とすることが好ましい。また、抵抗短絡用スイッチ１３をオフさせるタイミングは、車両用電力変換装置が起動してから一定期間毎に行なうように、タイマー１４により管理される。
【０１２７】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタで構成し、変換装置本体の動作中に、一定時間毎に定期的に抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を所定時間だけ出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電圧の変化を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【０１２８】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【０１２９】
（第６の実施の形態）
図６（ａ）は、本実施の形態による車両用電力変換装置の構成例を示すブロック図であり、図３（ａ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１３０】
すなわち、本実施の形態による車両用電力変換装置は、図６（ａ）に示すように、前記図３（ａ）におけるシーケンス制御回路９にタイマー１４を設けた構成としている。
【０１３１】
タイマー１４は、車両用電力変換装置が起動された時点で起動され、車両用電力変換装置が運転されている間、一定時間毎に定期的に所定時間だけ動作出力を生ずる。
【０１３２】
また、前記シーケンス制御回路９における故障検出機能としては、タイマー１４からの動作出力がある間だけ、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を出力し、前記電流検出器１２による電流検出値が減少しない場合に、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出するようにしている。
【０１３３】
すなわち、前記第１の実施の形態では、車両用電力変換装置の停止時に抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障検出を実施していたのに対して、本実施の形態では、車両用電力変換装置の運転中に抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障検出を行なうようにしているものである。
【０１３４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による車両用電力変換装置の作用について、図６（ｂ）に示すタイムチャートを用いて説明する。
【０１３５】
本車両用電力変換装置の起動前には、抵抗短絡用スイッチ１３はオフ状態にある。
【０１３６】
一方、車両用電力変換装置を起動する時には、パンタグラフ１から直流電力が入力され、リアクトル２、抵抗器３を経由して、コンデンサ４に電荷が充電される。そして、コンデンサ４の充電が終了した時に、抵抗短絡用スイッチ１３にゲート点弧信号（オン信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力され、抵抗器３が短絡される。
【０１３７】
これにより、車両用電力変換装置が起動された時点でタイマー１４が起動され、車両用電力変換装置が運転されている間、一定時間毎に定期的に所定時間だけ動作出力を生ずる。
【０１３８】
その後、リアクトル２、抵抗短絡用スイッチ１３を経由して、コンデンサ４、電力変換器５に電力が供給され、車両用電力変換装置の運転が継続される。
【０１３９】
このように車両用電力変換装置の運転途中に、何らかの原因で抵抗短絡用スイッチ１３に短絡故障が発生した場合には、図５（ｂ）に示すシーケンスのような停止を行なうことで、抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を検出することができる。
【０１４０】
すなわち、車両用電力変換装置の動作中に、タイマー１４からの動作出力がシーケンス制御回路９本体に入力される毎に、抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号（オフ信号）が、シーケンス制御回路９からゲート回路７を経由して出力される。
【０１４１】
これにより、負荷６に電流が流れている状態で、電流が抵抗器３を経由して流れるようになる。
【０１４２】
このため、抵抗器３に電圧降下が発生すると共に、電流検出器１２に流れる電流が抵抗器３により制限されるために減少する。
【０１４３】
シーケンス制御回路９では、電流検出器１２による電流検出値が減少した場合には、抵抗短絡用スイッチ１３は正常であり、電流検出値が減少していない場合には、抵抗短絡用スイッチ１３が短絡故障していることが検出される。
【０１４４】
なお、上記において、抵抗短絡用スイッチ１３ををオフさせる時間は、車両用電力変換装置としての動作に影響が出ないように、短時間（例えば1Oｍｓ程度）とすることが好ましい。また、抵抗短絡用スイッチ１３をオフさせるタイミングは、車両用電力変換装置が起動してから一定期間毎に行なうように、タイマー１４により管理される。
【０１４５】
上述したように、本実施の形態による車両用電力変換装置では、抵抗短絡用スイッチ１３を、自己消弧形素子であるＧＴＯサイリスタで構成し、変換装置本体の動作中に、一定時間毎に定期的に抵抗短絡用スイッチ１３のゲート停止信号を所定時間だけ出力して、抵抗短絡用スイッチ１３の電流の変化（減少）を検出するようにしているので、フィルター回路のコンデンサ４を充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチ１３の短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【０１４６】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々車両用電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【０１４７】
（その他の実施の形態）
前記各実施の形態では、抵抗短絡用スイッチ１３として、ＧＴＯサイリスタ、サイリスタを用いる場合について説明したが、これに限らず、抵抗短絡用スイッチ１３として、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチを用いることも可能である。
【０１４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用電力変換装置によれば、フィルター回路のコンデンサを充電する充電回路の抵抗短絡用スイッチの短絡故障を確実にかつ容易に検出することが可能となる。
【０１４９】
さらに、上記短絡故障の検出を行なうに当たって、元々電力変換装置に必要な検出器を流用し、新たな回路や検出器を追加する必要はなく、低コストで故障検出を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用電力変換装置の第１の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図２】本発明による車両用電力変換装置の第２の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図３】本発明による車両用電力変換装置の第３の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図４】本発明による車両用電力変換装置の第４の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図５】本発明による車両用電力変換装置の第５の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【図６】本発明による車両用電力変換装置の第６の実施の形態を示すブロック図およびタイムチャート。
【符号の説明】
１…パンタグラフ
２…リアクトル
３…抵抗器
４…コンデンサ
５…電力変換器（インバータ）
６…負荷（モーター）
７…ゲート回路
８…ゲート回路
９…シーケンス制御回路
１０…電圧検出器
１１…電圧検出器
１２…電流検出器
１３…抵抗短絡用スイッチ
１４…タイマー。
Claims (8)
- スイッチング素子で構成され電車線からの電力を入力としてゲート制御信号電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用し、起動時には抵抗器を介して前記フィルター回路のコンデンサを充電し、当該充電終了後に前記抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成した車両用の電力変換装置において、
前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、前記自己消弧形素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
前記自己消弧形素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
前記自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と前記第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、前記自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段と、
を備えて成ることを特徴とする車両用電力変換装置。 - 前記請求項１に記載の車両用電力変換装置において、前記故障検出手段としては、変換装置本体の停止信号が入力されると、前記自己消弧形素子のゲート停止信号を前記電力変換器のゲート停止信号よりも先に出力し、前記第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、前記自己消弧形素子が短絡故障していることを検出するようにしたことを特徴とする車両用電力変換装置。
- スイッチング素子で構成され電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用し、起動時には抵抗器を介して前記フィルター回路のコンデンサを充電し、当該充電終了後に前記抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成した車両用の電力変換装置において、
前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧能力を有さない素子で構成し、前記自己消弧能力を有さない素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
前記自己消弧能力を有さない素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前記自己消弧能力を有さない素子および電力変換器の各ゲート制御信号と前記第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、前記自己消弧能力を有さない素子の短絡故障を検出する故障検出手段と、
を備えて成ることを特徴とする車両用電力変換装置。 - 前記請求項３に記載の車両用電力変換装置において、前記故障検出手段としては、
変換装置本体の停止信号が入力されると、前記自己消弧能力を有さない素子のゲート停止信号と前記電力変換器のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度前記電力変換器のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、前記第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、前記自己消弧形素子が短絡故障していることを検出するようにしたことを特徴とする車両用電力変換装置。 - スイッチング素子で構成され電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用し、起動時には抵抗器を介して前記フィルター回路のコンデンサを充電し、当該充電終了後に前記抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成した車両用の電力変換装置において、
前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、前記自己消弧形素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、
変換装置本体の停止信号が入力されると、前記自己消弧形素子のゲート停止信号を前記電力変換器のゲート停止信号よりも先に出力し、前記電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、前記自己消弧形素子が短絡故障していることを検出する故障検出手段と、
を備えて成ることを特徴とする車両用電力変換装置。 - スイッチング素子で構成され電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用し、起動時には抵抗器を介して前記フィルター回路のコンデンサを充電し、当該充電終了後に前記抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成した車両用の電力変換装置において、
前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧能力を有さない素子で構成し、前記自己消弧能力を有さない素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、
変換装置本体の停止信号が入力されると、前記自己消弧能力を有さない素子のゲート停止信号と前記電力変換器のゲート停止信号とをほぼ同時に出力して後に、再度前記電力変換器のゲート点弧信号を所定時間だけ出力し、前記電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、前記自己消弧能力を有さない素子が短絡故障していることを検出する故障検出手段と、
を備えて成ることを特徴とする車両用電力変換装置。 - スイッチング素子で構成され電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用し、起動時には抵抗器を介して前記フィルター回路のコンデンサを充電し、当該充電終了後に前記抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成した車両用の電力変換装置において、
前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、前記自己消弧形素子の入力側の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
前記自己消弧形素子の出力側の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
前記自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と前記第１および第２の各電圧検出手段による電圧検出値とに基づいて、前記自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備え、
前記故障検出手段としては、変換装置本体が起動されてから、前記自己消弧形素子のゲート停止信号を一定時間毎に定期的に所定時間だけ出力し、前記第１および第２の各電圧検出手段による各電圧検出値の間に電圧差が発生しない場合に、前記自己消弧形素子の短絡故障を検出するようにしたことを特徴とする車両用電力変換装置。 - スイッチング素子で構成され電車線からの電力を入力として電力変換を行なう電力変換器の直流電源部に、コンデンサで構成されるフィルター回路を使用し、起動時には抵抗器を介して前記フィルター回路のコンデンサを充電し、当該充電終了後に前記抵抗器と並列に接続された抵抗短絡用スイッチを短絡させるように充電回路を構成した車両用の電力変換装置において、
前記抵抗短絡用スイッチを自己消弧形素子で構成し、前記自己消弧形素子の入力側の電流を検出する電流検出手段と、
前記自己消弧形素子および電力変換器の各ゲート制御信号と前記電流検出手段による電流検出値とに基づいて、前記自己消弧形素子の短絡故障を検出する故障検出手段とを備え、
前記故障検出手段としては、変換装置本体が起動されてから、前記自己消弧形素子のゲート停止信号を一定時間毎に定期的に所定時間だけ出力し、前記電流検出手段による電流検出値が減少しない場合に、前記自己消弧形素子の短絡故障を検出するようにしたことを特徴とする車両用電力変換装置。
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