JP5537360B2 - 電気車制御装置 - Google Patents
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Description
ている。永久磁石同期電動機は、内部に永久磁石を有しており、その永久磁石の磁束をト
ルク発生に利用するため励磁電流を低減できるなど、様々なメリットがある。
め、地絡が発生した場合にはモータの誘起電圧が地絡電流を誘引し、地絡箇所を通して地
絡回路を形成する。この地絡電流がモータに流れ続けると、モータの発煙や発火等の重大
な問題を引き起こし、システム故障となることもある。
によって検出し、過大電流を検出した場合に地絡事故と判定できるような制御部を有する
電気車制御装置を車両に搭載するといった対策が取られている。
、電流センサで過大な電流値が検出されるときには地絡を検出することはできた。しかし
ながら、モータの内部で地絡が発生するような不完全に地絡した場合で、電流センサで低
い電流値が検出されるときには、地絡を検出することができなった。そのため、不完全地
絡が発生した場合は、完全地絡へと地絡事故が拡大し、システム停止となるまで地絡を検
出できなかった。
車制御装置を提供することである。
第1の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図1は、第1の実施形態の電気
車制御装置の直流電源の全体構成を示す図である。図2は、第1の実施形態の電気車制御
装置の交流電源の全体構成を示す図である。図3は、地絡状態を示す図である。図4は、
第1の実施形態の電気車制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。
本実施形態の構成について説明する。図1は、架線1、アース2、パンタグラフ4、遮
断器5、充電用接触器6、充電抵抗器7、フィルタリアクトル9、フィルタコンデンサ1
0、電力変換器11、第1電流検出器12、接触器13、モータ14、モータ用アース1
5、電力変化器用アース16、制御部20、地絡検出部21、地絡判定部22、接触器開
放指令部23、外部表示器24を有している。電力変換器11はVVVFインバータ、モ
ータ14は永久磁石同期電動機とする。
本実施形態の作用について図1、図3、図4を参照して説明する。架線1からの直流電力は、パンタグラフ4、通常では投入されている遮断器5、接触器6、フィルタリアクトル9、フィルタコンデンサ10を介して、電力変換器11に供給される。供給された直流電力は、モータ14が駆動可能な3相の交流電力に変換され、第1電流センサ12、通常は投入されている接触器13を介してモータ14に供給される。
1電流センサ12で検出される。モータ14が永久磁石動機電動機のため、車両が惰行中
の状態で電力変換器11が停止していても、車両の走行によってモータ14が回転してい
ることで、モータ14が有する永久磁石の磁束によってモータ14の端子間には誘起電圧
が発生する。モータ14の誘起電圧によって、モータ14からモータ用アース15、車体
、電力変換器用アース16、電力変換器11を地絡電流が流れ、モータ14に戻るという
地絡回路が形成される。また、モータ14に内蔵されているまき線等がモータ14の筐体
に接触するなど、モータ14の内部で発生する不完全地絡が発生した際は、低い電流量で
同様の地絡回路が形成される。
る。そのため、モータ14の内部で発生するような電流量の小さい不完全地絡と、モータ
外部で発生するような電流量の大きい完全地絡を検出することが可能である。以下にその
制御部20の動作について説明する。
された3相交流電流値(Ict)は、制御部20の電流値演算部20に入力され、3相交
流電流値の総和(Isct)が演算される。演算された総和交流電流値(Isct)は、
地絡検出部21に入力され、総和交流電流値(Isct)が零と等しいかどうかが判定さ
れる(S2)。総和交流電流値(Isct)が零と等しい場合、3相交流電流はモータ1
4へ正常に流れているとして正常と判断される(S4)。
電流値(Isct)は地絡判定部22へ入力される。地絡判定部22では、地絡判定値(
α)が予め設定されており、総和交流電流値(Isct)と地絡判定値(α)が比較され
る(S3)。総和交流電流値(Isct)>地絡判定値(α)の場合、大きい地絡電流が
流れているとし、完全地絡が検出される(S5)。完全地絡が検出された場合、完全地絡
の判定結果が接触器開放指令部23に入力される。完全地絡の判定結果を受け取った接触
器開放指令部23は、モータ14が完全に停止後、接触器開放信号を接触器13に出力し
、接触器13を開放する。図3(b)に示すように、単相地絡がおきると地絡した相の電
流は0Vを通過しない直流電流となる。通常、接触器13は交流電流の0V点で電気的切
断するように動作するため、図3(b)のような直流電流が流れている接触器13におい
て、電気的切断を行うと、接触器13の切断面間でアークが発生し、接触器13が故障す
る恐れがある。そのため、モータ14が完全に停止した後に、接触器13を開放すること
で、接触器13がアーク等により固渋することを防ぐことができる。
いるとし、不完全地絡が検出される(S6)。不完全地絡と判定された場合は、外部表示
器24に警告を提示する。
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、3相の電流を検出する電
流センサと地絡検出手段により、不完全地絡を検出することが可能となる。
、完全地絡によってシステム停止に至る前にモータの点検あるいは修復することで地絡箇
所を復旧し、システム停止に至るのを防止することができる。
フィルタコンデンサ105、インバータ106を有する交流電源を制御する場合にも適用
可能である。その場合も、直流電源と同様の作用効果を得られる。
の電流値を演算することによって制御システムを動作させることも可能である。その場合
、本実施形態と同様の作用効果を得られる。
第2の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図5は、第2の実施形態の電気
車制御装置の全体構成を示す図である。図6は、第2の実施形態の電気自動車の制御部の
動作を示すフローチャートである。尚、図1乃至4と同一の構成をとるものについては、
同符号を付して説明を省略する。
について詳細に説明する。
図5に示すように、第2電流センサ120の一端は、直流入力側の充電用接触器6とフィルタリアクトル9の間に接続され、もう一端は、直流出力側のフィルタコンデンサ10とアース2の間に接続される。第2電流線さ120は、制御部121の地絡検出部122と接続される。
本実施形態では、アース2及びモータ用アース15を通った地絡回路が形成された場合
、直流入力側の電流値が直流出力側の電流値より大きくなる。そのため、直流入力側電流
値>直流出力側電流値と判断された場合に、地絡が発生しているとする。
でないと判断された場合、直流出力電流(Ioutput)が地絡判定部123に入力さ
れる。地絡判定部123では、閾値βと直流出力電流(Ioutput)が比較される。
閾値βとは、地絡判定部123に予め設定されている値で、閾値βを直流出力電流(Io
utput)が超えた場合は、モータ14の外部で地絡が発生し、過大な電流が回路内を
流れていると判断するものである。地絡閾値β<直流出力電流(Ioutput)と判断
された場合は、完全地絡が検出される(S25)。完全地絡の結果は、接触器開放指令部
124に入力される。完全地絡が入力された接触器開放信号指令部124は、モータ14
が完全に停止してから、接触器13の開放信号を接触器13に出力する。
が検出される(S26)。不完全地絡が検出されると、外部表示器125に不完全地絡の
状態を警告するアラームが表示される。
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、3相の電流を検出する電
流センサと地絡検出手段により、不完全地絡を検出することが可能となる。
、完全地絡によってシステム停止に至る前にモータの点検あるいは修復することで地絡箇
所を復旧し、システム停止に至るのを防止することができる。
力変換器11の地絡事故を含めて検出可能である。
流側に適用可能であり、その場合も本実施形態の作用効果を得ることが可能である。
その場合、第2電流センサ120はコンバータ104とインバータ106の間に取り付け
られる。
第3の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図7は、第3の実施形態の電気
車制御装置の全体構成図である。尚、図1乃至6と同一の構成をとるものについては、同
符号を付して説明を省略する。
の点について詳細に説明する。
図7に示すように、接触器13とモータ14の間に第3電流センサ130を取り付ける
。
モータ14と接触器13の間に地絡が起こった場合に、図7に示すような地絡回路13
1が発生する。図5に示す制御動作によって、事前に地絡や異常を検知して接触器13を
開放した後において、第3電流センサ130はモータ14の不完全地絡および完全地絡を
検知することができる。
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、3相の電流を検出する電流
センサと地絡検出手段により、不完全地絡を検出することが可能となる。
、完全地絡によってシステム停止に至る前にモータの点検あるいは修復することで地絡箇
所を復旧し、システム停止に至るのを防止することができる。
2 接地
4 パンタグラフ
5 遮断器
6 充電用接触器
7 充電抵抗器
9 フィルタリアクトル
10 フィルタコンデンサ
11 電力変換器
12 第1電流検出器
13 接触器
14 モータ
15 モータ用接地
20 制御部
21 地絡検出部
22 地絡判定部
23 接触器開放指令部
102 変圧器
103 接地
104 コンバータ
105 フィルタコンデンサ
106 インバータ
120 第2電流検出器
130 第3電流検出器
Claims (5)
- 車両が走行するための電力を供給する電力変換器と、
前記電力変換器と接続され、前記電力変換器から電力が供給されるモータと、
前記電力変換器と前記モータの間に接続され、電気的な遮断を可能とする接触器と、
前記電力変換器と前記モータの間に接続され、3相の電流の値を検出する電流センサと、
前記電流センサが検出した3相の電流値の総和が零とならず、かつこの総和が予め設定した所定値以下の場合、前記モータの内部で地絡が発生していると判定する制御部と
を備えたことを特徴とする電気車制御装置。 - 前記制御部は、前記電流センサが検出した3相の電流値の総和が零とならず、かつこの総和が前記予め設定した所定値より大きい場合、前記モータの外部で地絡が発生していると判定することを特徴とする請求項1に記載の電気車制御装置。
- 前記制御部は、モータの外部で地絡が発生したと判定した場合、前記モータが停止した後に前記接触器を遮断することを特徴とする請求項2に記載の電気車制御装置。
- 前記制御部は、モータの内部で地絡が発生していると判定した場合、表示部に警告表示を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の電気車制御装置。
- 前記電流センサは、前記電力変換器と前記接触器との間に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電気車制御装置。
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JP2010207204A JP5537360B2 (ja) | 2010-09-15 | 2010-09-15 | 電気車制御装置 |
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- 2010-09-15 JP JP2010207204A patent/JP5537360B2/ja active Active
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