JP5605061B2

JP5605061B2 - 電気車用駆動回路

Info

Publication number: JP5605061B2
Application number: JP2010173741A
Authority: JP
Inventors: 道雄岩堀
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-08-02
Also published as: JP2012034537A

Description

この発明は、直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、これらから供給される電力を入力とする複数台のインバータにより交流電動機を駆動することで、電気車を推進させる電気車用駆動回路に関する。

この種の従来例として、例えば特許文献１に示すものがある。
上記特許文献１では、架線から集電装置（５０：特許文献１の図１で付されている符号、以下同様）を介して受電した直流電力をインバータ（５３）で交流に変換し、モータ（５４：Ｍ）を駆動している。さらに、チョッパ回路（１０６）をインバータ（５３）の直流入力側に接続して、その出力に蓄電装置（６５）を接続している。そして、ブレーキ時に架線へ回生できない電力などを、チョッパ回路（１０６）を介して蓄電装置（６５）に蓄積し、力行時にその電力を使うことで省エネルギー化を図るとともに、架線の無い区間での自力走行を可能にしている。

また、別の特許文献２では、同様の回路でインバータが故障したときなどを考慮して、インバータを複数台（この例では４，５：特許文献２の図１での符号、以下同様）設け、
誘導電動機（７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）をそれぞれのインバータ４，５で駆動する例が開示されている。この例では、インバータ故障時などには、故障したインバータを切り離す接触器（５０，５１）を設け、１台のインバータが故障しても、接触器によりそれを切り離して走行を継続できるようにしている。

これらの特許文献１と２から、例えば図５に示すような電気車駆動用回路が考えられる。この回路は、架線１から集電装置２やフィルタリアクトル３，フィルタコンデンサ５を介してインバータ６へ給電し、交流電動機７を駆動する例である。そして、フィルタコンデンサ５と並列にチョッパ回路８を接続するとともに、それに蓄電装置９を接続するようにしている。なお、スイッチ４は、故障したインバータを切り離すためのものである。

図５に示すものは、特許文献１に対しインバータの故障を考慮して、インバータを複数台設けたものである。また、特許文献２に対しては架線の定格電圧が固定の場合で、このため電圧に応じて切り替える回路が不要となる。また、架線電圧と蓄電装置の電圧が、例えばＤＣ７５０ＶとＤＣ３００Ｖというように大きく離れているために、蓄電装置の電力により架線が加圧されることがない場合に相当する。

特開２００６−３４０５６１号公報特開２００８−２５３０８４号公報

図５では、例えばインバータ６１が故障しても、これを切り離すことによって、故障していないインバータ６２を用いて走行を継続することが可能である。しかし、チョッパ回路８は1台しかないため、架線がない区間でこれが故障するとインバータ６１，６２へ電力を供給できなくなり、走行を継続することができない。
そこで、チョッパ回路８を複数台設け、故障したチョッパ回路を切り離して走行を継続することが考えられる。

しかし、そのようにチョッパ回路を複数台とすると、当然のことながらその分の回路が追加となり、回路全体が大型化しコストアップするという問題が生じる。
従って、この発明の課題は、チョッパ回路を１台として回路が大型化しないようにし、これが故障した場合でも、架線がない区間での自力走行を可能とすることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、直流電源とこの直流電源の電圧よりも低い電圧に充電される蓄電装置の双方から受電可能で、それらから供給される電力を受電する複数台のインバータによりそれぞれ交流電動機を駆動して電気車を推進するとともに、前記蓄電装置の出力とインバータ直流入力との間にチョッパ回路を設け、蓄電装置が供給または吸収する電力を制御する電気車用駆動回路において、
少なくとも１台のインバータ出力に、前記交流電動機を切り離す第１のスイッチと、インバータ出力をリアクトルを介して前記蓄電装置へ接続する第２のスイッチとを設けるとともに、前記チョッパ回路を前記インバータの直流入力から切り離す第３および前記蓄電装置から切り離す第４のスイッチを設け、
少なくとも前記チョッパ回路またはその制御装置が故障したときには前記第３および第４のスイッチにより前記チョッパ回路を前記インバータの直流入力および蓄電装置から切り離すとともに、前記第１のスイッチにより前記１台のインバータ出力から交流電動機を切り離し、かつ前記第２のスイッチによりこのインバータ出力を前記リアクトルを介して前記蓄電装置へ接続し、前記直流電源と前記蓄電装置との間でこのインバータをチョッパ回路として充放電動作させることを特徴とする。

上記請求項１の発明においては、前記インバータをリアクトルを介して前記蓄電装置へ接続するに当たり、前記リアクトルを前記チョッパ回路内のリアクトルで代用することができ（請求項２の発明）、請求項１または２の発明においては、前記直流電源の代わりに前記蓄電装置を充電する充電装置を設け、前記電気車が停止中または一部走行区間で前記充電装置にて蓄電装置を充電することにより、残りの区間を蓄電装置に充電した電力のみで走行するとともに、その残りの区間で前記チョッパ回路が故障したときは、前記インバータをチョッパ動作させることによって自力走行を可能にすることができる（請求項３の発明）。

この発明によれば、１台のインバータが故障した場合はもちろんのこと、チョッパ回路が故障した場合でも自力走行が可能なため、立ち往生することがなく、その結果大幅なダイヤの乱れや運休を回避することが可能となる。

この発明の実施形態を示すブロック図。この発明における動作を説明するための説明図。この発明の他の実施形態を示すブロック図。この発明のさらに他の実施形態を示すブロック図。２つの従来例を組み合わせた実施例を示すブロック図。

図１はこの発明による実施形態を示すブロック図である。
同図に示すように、この例は、架線１に集電装置２，フィルタリアクトル３およびフィルタコンデンサ５を介して２台のインバータ６１，６２の入力がそれぞれ接続されている例である。スイッチ４は、インバータ６１，６２の少なくとも１つが故障した際に、故障したインバータを切り離すために設けられている。

また、インバータ６１，６２の直流入力側にはチョッパ回路８が設けられており、その入力と出力には、チョッパ回路８またはその制御装置が故障した場合に、この回路を切り離すスイッチ１０ａ，１０ｂが設けられ、ここではスイッチ１０ｂを介してチョッパ回路８と蓄電装置９とが接続されている。この蓄電装置９としてはバッテリは勿論のこと、キャパシタを用いることもできる。また、インバータ６２の出力と交流電動機７との間には、両者を切り離すスイッチ１１が設けられている。さらに、インバータ６２の出力には、スイッチ１２とリアクトル１３の直列回路を介して、蓄電装置９が接続されている。

上記のような回路において、正常時およびチョッパ故障時には、スイッチ４，１０ａ，１０ｂ，１１および１２を図２のように動作させる。従って、正常時にはチョッパ回路８によって、蓄電装置９の電力はインバータ６１，６２に供給または吸収され、所望の動作をさせることができる。一方、チョッパ回路８が故障した場合には、スイッチ１０ａ，１０ｂおよび１１をオフとしてインバータ６２から交流電動機７を切り離すとともに、チョッパ回路８を切り離す。

ここで、スイッチ１２をオンすれば、インバータ６２の３つの上アームと３つの下アームをそれぞれ並列接続し、これにリアクトル１３が組み合わされたチョッパ回路が構成される。これにより、チョッパ回路８が故障した場合でも、リアクトル１３と回路６２からなるチョッパ回路により、蓄電装置９の電力をコンデンサ５に供給または吸収することが可能となる。そして、この電力によりインバータ６１を介して交流電動機７を駆動すれば、走行を継続できることになる。

図１の例では、インバータ６２だけにスイッチ１１，１２やリアクトル１３を設けたが、インバータ６１にも同様に設けても良い。また、リアクトル１３を３つ各相個別に設け、３多重チョッパ回路として動作させることも可能である。
図３はこの発明の他の実施形態を示すブロック図である。
これは、図１からリアクトル１３を省略し、チョッパ回路８内にあるリアクトル８ｃを回路６２と共用するため、リアクトル８ｃの設置位置を図示のように変更したもので、その他は図１と同様である。

図４はこの発明のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
これは、図３に示す架線１、集電装置２およびフィルタリアクトル３の代わりに、充電装置１４を設けた点が特徴である。この充電装置１４は電気車の外部に設置されるもので、蓄電装置９を充電するとき（例えば車両の停車時）にのみ接続される。そして、正常時にはチョッパ回路８を介して蓄電装置９を充電し、チョッパ回路８が故障した場合には、インバータ６２をチョッパ動作させて充電する。なお、走行中に蓄電装置９の電力をフィルタコンデンサ５側へ供給または吸収する動作は、図１や図３と同様である。

１…架線、２…集電装置、３…フィルタリアクトル、４，１０ａ，１０ｂ，１１，１２…スイッチ、５…フィルタコンデンサ、６…インバータ、７…交流電動機、８…チョッパ回路、９…蓄電装置、１３…リアクトル、１４…充電装置。

Claims

直流電源とこの直流電源の電圧よりも低い電圧に充電される蓄電装置の双方から受電可能で、それらから供給される電力を受電する複数台のインバータによりそれぞれ交流電動機を駆動して電気車を推進するとともに、前記蓄電装置の出力とインバータ直流入力との間にチョッパ回路を設け、蓄電装置が供給または吸収する電力を制御する電気車用駆動回路において、
少なくとも１台のインバータ出力に、前記交流電動機を切り離す第１のスイッチと、インバータ出力をリアクトルを介して前記蓄電装置へ接続する第２のスイッチとを設けるとともに、前記チョッパ回路を前記インバータの直流入力から切り離す第３および前記蓄電装置から切り離す第４のスイッチを設け、
少なくとも前記チョッパ回路またはその制御装置が故障したときには前記第３および第４のスイッチにより前記チョッパ回路を前記インバータの直流入力および蓄電装置から切り離すとともに、前記第１のスイッチにより前記１台のインバータ出力から交流電動機を切り離し、かつ前記第２のスイッチによりこのインバータ出力を前記リアクトルを介して前記蓄電装置へ接続し、前記直流電源と前記蓄電装置との間でこのインバータをチョッパ回路として充放電動作させることを特徴とする電気車用駆動回路。
前記インバータをリアクトルを介して前記蓄電装置へ接続するに当たり、前記リアクトルを前記チョッパ回路内のリアクトルで代用することを特徴とする請求項１に記載の電気車用駆動回路。
前記直流電源の代わりに前記蓄電装置を充電する充電装置を設け、前記電気車が停止中または一部走行区間で前記充電装置にて蓄電装置を充電することにより、残りの区間を蓄電装置に充電した電力のみで走行するとともに、その残りの区間で前記チョッパ回路が故障したときは、前記インバータをチョッパ動作させることによって自力走行を可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気車用駆動回路。