JP6937913B2

JP6937913B2 - 鉄道車両用制御装置

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Publication number: JP6937913B2
Application number: JP2020528609A
Authority: JP
Inventors: 道夫大坪; 真治江元
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-07-04
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2021-09-22
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Also published as: DE112018007793T5; WO2020008572A1; JPWO2020008572A1

Description

この発明は、鉄道車両用制御装置に関する。

電気鉄道車両に搭載されるパンタグラフ、集電靴等の集電装置は、架線、第三軌条等の電力供給線に接触することで、電力を取得する。電気鉄道車両に搭載される電力変換システムは、集電装置が取得した電力を、交流電力に変換し、交流電動機に供給する。交流電力の供給を受けることで、交流電動機が駆動されると、電気鉄道車両の推進力が得られる。またブレーキ時には、電力変換システムは、発電機として動作する交流電動機から供給される電力を、直流電力に変換し、電力供給線を介して他の電気鉄道車両に搭載される電力変換システムに供給する。電力変換システムの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される電力変換システムは、電力変換部としてインバータ装置を備え、電力変換部を制御する制御部としてインバータ制御部を備える。電力変換部は、一次端子に接続された集電装置から供給された電力を変換して、二次端子に接続された電動機に供給する。一方、ブレーキ時には、電力変換部は、電動機から供給される交流電力を、直流電力に変換する。また、ブレーキ時には、電力変換部の集電装置の側に設けられたチョッパ装置を動作させることで、電力変換部の集電装置の側の電圧が、他の電気鉄道車両に搭載される電力変換システムに電力を供給するために適した範囲に調節される。

特開２００４−２３６３９７号公報

電気鉄道車両の走行中に緊急ブレーキがかかった場合、電力変換部の過電圧、過電流等の検出により電力変換部の保護が必要となった場合等に、電力変換部が停止される。また電力変換部の停止後には、集電装置と電力変換部との間に設けられる接触器を開放して、電力変換部を集電装置から電気的に切り離すことが考えられる。特許文献１に開示される電力変換システムにおいて、電力変換部を停止して、接触器を開放すると、機械的動作の遅れによって、電力変換部停止後も、集電装置から電力変換部に向かって電流が流れ続けることがある。その結果、電力変換部の一次側において過電圧が生じることがある。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、電力変換部の一次側における過電圧を抑制可能な鉄道車両用制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の鉄道車両用制御装置は、トルク制御部、および回路制御部を備える。トルク制御部は、電源が接続される一次側と、電動機が接続される二次側との間で双方向の電力変換を行う電力変換部が有するスイッチング素子の動作を制御して電動機のトルクを調節する。回路制御部は、電力変換部の一次側の電圧を取得し、一次側の電圧が基準電圧以上である場合に、一次側に並列に接続された降圧回路を動作させる。トルク制御部は、電力変換部が有するスイッチング素子のオフを指示する停止指令を取得すると、電力変換部が有するスイッチング素子の動作を停止する。回路制御部は、停止指令を取得すると、一次側の電圧と基準電圧との大小関係とは独立して、降圧回路を動作させる。

本発明によれば、鉄道車両用制御装置は、停止指令を取得すると、降圧回路を動作させる。従って、電力変換部の一次側における過電圧を抑制可能となる。

本発明の実施の形態に係る鉄道車両用電力変換システムの構成を示すブロック図実施の形態に係る鉄道車両用制御装置の構成を示すブロック図実施の形態に係るチョッパ回路の通流率の例を示す図実施の形態に係る鉄道車両用制御装置が行う過電圧抑制処理の動作の一例を示すフローチャート実施の形態に係る鉄道車両用制御装置のハードウェアの構成例を示す図

以下、本発明の実施の形態に係る鉄道車両用制御装置について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

図１に示す本発明の実施の形態に係る鉄道車両用電力変換システム（以下、電力変換システムという）１は、電気鉄道車両に搭載される。電力変換システム１には、電気鉄道車両の運転台から運転指令が入力される。運転指令は、電気鉄道車両の加速を指示する力行指令、または、電気鉄道車両の減速を指示するブレーキ指令を含む。運転指令が力行指令を含む場合、すなわち、力行時に、電力変換システム１は、電力供給線の一例である架線２を介して、直流電源の一例である図示しない変電所から直流電力を取得する。そして、電力変換システム１は、該直流電力を交流電力に変換し、電動機８に供給することで、電動機８を駆動する。電動機８が駆動されると、電気鉄道車両の推進力が得られる。運転指令がブレーキ指令を含む場合、すなわち、ブレーキ時に、電力変換システム１は、発電機として動作する電動機８で生じた電力を直流電力に変換し、架線２を介して他の電気鉄道車両に搭載される電力変換システム１に供給する。

電力変換システム１は、集電装置の一例であって、架線２を介して変電所から直流電力を取得するパンタグラフ３、および、直流電力を交流電力に変換して、電動機８に供給する電力変換部１２を備える。また電力変換システム１は、電力変換部１２を制御し、パンタグラフ３と電力変換部１２との間の電気的接続を切り替える接触器４，５を制御する鉄道車両用制御装置（以下、制御装置という）２０を備える。さらに制御装置２０は、上述の制御に加えて、チョッパ回路１４を動作させる。チョッパ回路１４は、降圧回路の一例として設けられ、電力変換部１２のパンタグラフ３の側にパンタグラフ３に並列に接続される。詳細には、チョッパ回路１４は、直列に接続されたスイッチング素子１５およびブレーキ抵抗１６を備える。制御装置２０は、チョッパ回路１４が有するスイッチング素子１５の通流率を増大させる。その結果、電力変換部１２が出力する電力がチョッパ回路１４で消費され、電力変換部１２の一次側に接続されたフィルタコンデンサ１１の電圧が低減される。さらに、電力変換システム１は、フィルタコンデンサ１１の電圧ＥＦＣを検出する電圧検出部１３、および、電動機８に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流を検出する電流検出部９を備える。

電気鉄道車両が運行を開始する際には、運転台での操作に応じてパンタグラフ３が上昇して、架線２に接触する。その後、制御装置２０は、接触器４を開放した状態で、接触器５を投入する。接触器５には抵抗６が直列に接続されており、パンタグラフ３から接触器５および抵抗６を介して電力変換部１２に電力が供給されるため、電力変換部１２に突入電流が流れることが抑制される。その後、フィルタコンデンサ１１の電圧ＥＦＣが基準となる投入電圧に達すると、制御装置２０は、接触器４を投入し、接触器５を開放する。

電気鉄道車両の運行が開始された後、制御装置２０は運転指令信号Ｓ１および停止指令信号Ｓ２に基づいて、以下に説明する制御を行う。運転指令信号Ｓ１は、運転台でのマスターコントローラの操作に応じた信号であり、力行ノッチまたはブレーキノッチを示す。また、停止指令信号Ｓ２は、電気鉄道車両の異常を検出する異常検出装置から入力されるものとする。停止指令信号Ｓ２は、電力変換部１２のスイッチング素子のオフを指示する場合にＨ（High）レベルとなり、電力変換部１２のスイッチング動作の維持を指示する場合にＬ（Low）レベルとなる。なお異常検出装置は、電力変換部１２の過電圧、過電流、電動機８の過電流、パンタグラフ３が架線２から離れた状態である等の各種の異常を検出する。

運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＬレベルである場合、制御装置２０は、電力変換部１２が、パンタグラフ３から接触器４および平滑用のリアクトル７を介して供給される直流電力を交流電力に変換するように、電力変換部１２のスイッチング素子のオンオフを切り替える。電力変換部１２は、該交流電力を二次側に接続された電動機８に供給する。詳細には、制御装置２０は、力行ノッチが示す目標加速度を得るための目標トルクを算出し、また、電動機８に流れる電流から電動機８の実トルクを算出する。そして制御装置２０は、実トルクを目標トルクに近づけるために、電力変換部１２のスイッチング素子の動作を制御する。なお電動機８として三相誘導電動機が用いられ、制御装置２０は、電動機８に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を検出する電流検出部９から電動機８に流れる電流値を取得する。

一方、運転指令信号Ｓ１がブレーキノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＬレベルである場合、制御装置２０は、電力変換部１２が、発電機として動作する電動機８で生じる回生電力を直流電力に変換するために、電力変換部１２のスイッチング素子の動作を制御する。該直流電力は、架線２を介して他の電気鉄道車両に搭載されている電力変換システム１に供給される。架線２を介して他の電気鉄道車両に搭載された電力変換システム１に電力を供給するためには、フィルタコンデンサ１１の電圧ＥＦＣは架線電圧より大きい必要がある。一方で、電圧ＥＦＣが架線電圧よりも大きすぎると、架線電圧において過電圧が生じてしまう。したがって、電圧ＥＦＣは、他の電気鉄道車両に搭載された電力変換システム１に電力を供給するために適した範囲に維持される必要がある。そこで、制御装置２０は、電圧ＥＦＣが基準電圧以上である場合、チョッパ回路１４を動作させる。なおチョッパ回路１４は、直列に接続されたスイッチング素子１５およびブレーキ抵抗１６を有する。制御装置２０によって、スイッチング素子１５がオンにされると、フィルタコンデンサ１１から供給される電力がブレーキ抵抗１６で消費され、電圧ＥＦＣが低下する。詳細には、制御装置２０は、電圧ＥＦＣと正の相関を有し、電圧ＥＦＣの時間変化に伴って時間変化する通流率に基づいて、スイッチング素子１５の通流率を調節する。

さらに制御装置２０は、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合に、電圧ＥＦＣと基準電圧との大小関係に依存せずに、チョッパ回路１４を動作させる。換言すれば、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示す場合に、停止指令信号Ｓ２がＨレベルになると、電圧ＥＦＣが基準電圧未満であっても、制御装置２０はチョッパ回路１４のスイッチング素子１５の通流率を０より大きくする。

図２に示すように、制御装置２０は、電力変換部１２が有するスイッチング素子のオンオフを切り替えるトルク制御部２１、接触器４，５の投入または開放を行う接触器制御部２２、チョッパ回路１４を動作させる回路制御部２３、および、電動機８の目標トルクを算出する目標算出部２４を備える。
制御装置２０の各部の概略について説明する。目標算出部２４は、力行ノッチが示す目標加速度またはブレーキ指令が示す目標減速度を得るために必要な電動機８の目標トルクを算出し、トルク制御部２１に送る。トルク制御部２１は、電流検出部９で検出した相電流から電動機８の実トルクまたは回生トルクを算出する。そして、トルク制御部２１は、実トルクまたは回生トルクを目標トルクに近づけるために、電力変換部１２のスイッチング素子の動作を制御する。また、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルとなると、トルク制御部２１は、電力変換部１２のスイッチング素子をオフにする。回路制御部２３は、電圧検出部１３からフィルタコンデンサ１１の電圧ＥＦＣを取得し、電圧ＥＦＣが基準電圧以上である場合、電圧ＥＦＣと正の相関を有する通流率に基づき、チョッパ回路１４のスイッチング素子１５の通流率を調節して、チョッパ回路１４を動作させる。運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルとなると、回路制御部２３は、電圧ＥＦＣと基準電圧の大小関係によらず、電圧ＥＦＣと正の相関を有する通流率で、チョッパ回路１４のスイッチング素子１５のオンオフを切り替えて、チョッパ回路１４を動作させる。なお回路制御部２３は、チョッパ回路１４を動作させる時間に制限を設けることができる。

制御装置２０の各部の詳細について説明する。トルク制御部２１は、運転指令信号Ｓ１および停止指令信号Ｓ２に応じて電力変換部１２が有するスイッチング素子のオンオフを切り替える。詳細には、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＬレベルである場合、トルク制御部２１は、実トルクを目標トルクに近づけるために、電力変換部１２が有するスイッチング素子の動作を制御する。また運転指令信号Ｓ１がブレーキ指令を含み、停止指令信号Ｓ２がＬレベルである場合、トルク制御部２１は、回生トルクを目標トルクに近づけるために、電力変換部１２が有するスイッチング素子の動作を制御する。また、トルク制御部２１は、停止指令信号Ｓ２がＨレベルとなると、電力変換部１２のスイッチング素子をオフにする。

電気鉄道車両が運行を開始する際、接触器制御部２２は、接触器４が開放された状態で、接触器５を投入する。その後、接触器制御部２２は、接触器４を投入してから、接触器５を開放する。すなわち、電気鉄道車両の運行中は、接触器４が投入され、接触器５は開放されている。電気鉄道車両の運行時に、停止指令信号Ｓ２がＨレベルとなった場合、接触器制御部２２は、接触器４を開放する。その後接触器４，５の投入動作は、電気鉄道車両が運行を開始する際と同様である。

回路制御部２３は、運転指令信号Ｓ１がブレーキノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＬレベルである場合に、電圧検出部１３が検出するフィルタコンデンサ１１の電圧ＥＦＣと正の相関を有し、電圧ＥＦＣの時間変化に伴って時間変化する通流率に基づき、チョッパ回路１４が有するスイッチング素子１５の通流率を調節する。詳細には、フィルタコンデンサ１１の電圧ＥＦＣが基準電圧Ｅ１以上となった場合に、上述した通流率に基づき、チョッパ回路１４が有するスイッチング素子１５の通流率を調節する。電圧ＥＦＣと正の相関を有する通流率の一例を、図３において太い実線で示す。図３に太い実線で示す通流率は、電圧ＥＦＣの増大に伴って、最小通流率Ｒ_ＭＩＮから最大通流率Ｒ_ＭＡＸまで増大する。なお電圧ＥＦＣが基準電圧Ｅ１以下の場合の通流率を最小通流率Ｒ_ＭＩＮとする。また、電圧ＥＦＣが電圧Ｅ２以上の場合の通流率を最大通流率Ｒ_ＭＡＸとする。上述のように、電圧ＥＦＣが大きくなるにつれて、スイッチング素子１５の周期に対するオン時間の長さが長くなる。その結果、フィルタコンデンサ１１からブレーキ抵抗１６に流れて、ブレーキ抵抗１６で消費される電力が増大し、フィルタコンデンサ１１の過電圧が抑制される。

回路制御部２３が、チョッパ回路１４を動作させるタイミングは、上述の運転指令信号Ｓ１がブレーキノッチを示す場合に限られない。運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合、回路制御部２３は、フィルタコンデンサ１１の電圧ＥＦＣと基準電圧Ｅ１との大小関係に依存せず、電圧ＥＦＣと正の相関を有し、電圧ＥＦＣの時間変化に伴って時間変化する通流率に基づき、チョッパ回路１４が有するスイッチング素子１５の通流率を調節する。換言すれば、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合、電圧ＥＦＣが基準電圧Ｅ１未満であっても、回路制御部２３は、電圧ＥＦＣと正の相関を有する通流率に基づき、スイッチング素子１５の通流率を調節する。運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルの場合における電圧ＥＦＣと正の相関を有する通流率の一例を、図３において細い実線示す。図３に細い実線で示す通流率は、電圧ＥＦＣの増大に伴って、最小通流率Ｒ_ＭＩＮから最大通流率Ｒ’_ＭＡＸまで増大する。

図３では、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合であって、電圧ＥＦＣが基準電圧Ｅ１に一致する場合の通流率をＲ１とする。また、運転指令信号Ｓ１がブレーキノッチを示し、電圧ＥＦＣが基準電圧Ｅ１に一致する場合の通流率は、上述のように、最小通流率Ｒ_ＭＩＮである。Ｒ１＞最小通流率Ｒ_ＭＩＮとなるように、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合の通流率を定める。上述のように、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合の通流率を定めることで、停止指令信号Ｓ２を取得した場合に、速やかに電圧ＥＦＣを低減することが可能である。

また、図３に示すように、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合の最大通流率Ｒ’_ＭＡＸを、運転指令信号Ｓ１がブレーキノッチを示し、停止指令信号Ｓ２がＬレベルである場合の最大通流率Ｒ_ＭＡＸと比べて十分に小さい値に設定する。最大通流率Ｒ’_ＭＡＸを最大通流率Ｒ_ＭＡＸと同様の大きさとすると、電力変換部１２のスイッチング素子がオフになってから、接触器４が開放されるまでの間は、パンタグラフ３が架線２を介して変電所から取得する電力がチョッパ回路１４に供給され、ブレーキ抵抗１６で消費されてしまうことがある。そこで、最大通流率Ｒ’_ＭＡＸを最大通流率Ｒ_ＭＡＸよりも十分に小さい値に設定することで、チョッパ回路１４において、パンタグラフ３が取得した電力が消費されることが抑制される。

上述の構成を有する制御装置２０が行う過電圧抑制処理の動作について、図４を用いて説明する。電気鉄道車両が運行を開始すると、制御装置２０は、図４に示す過電圧抑制処理を開始する。運転指令信号Ｓ１がブレーキノッチを示す場合、すなわち、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示さない場合（ステップＳ１１；Ｎ）、回路制御部２３は、フィルタコンデンサ１１の電圧ＥＦＣと基準電圧Ｅ１を比較する（ステップＳ１２）。電圧ＥＦＣが基準電圧Ｅ１未満である場合（ステップＳ１２；Ｎ）、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理が繰り返される。運転指令信号Ｓ１がブレーキノッチを示し（ステップＳ１１；Ｎ）、電圧ＥＦＣが基準電圧Ｅ１以上である場合（ステップＳ１２；Ｙ）、回路制御部２３は、電圧ＥＦＣと正の相関を有し、電圧ＥＦＣの時間変化に伴って時間変化する通流率に基づき、チョッパ回路１４が有するスイッチング素子１５の通流率を調節する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の処理が終了すると、ステップＳ１２に戻り、電圧ＥＦＣと基準電圧Ｅ１との比較が行われる。

また、運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し（ステップＳ１１；Ｙ）、停止指令信号Ｓ２がＬレベルである場合（ステップＳ１４；Ｎ）、ステップＳ１１，Ｓ１４の処理が繰り返される。運転指令信号Ｓ１が力行ノッチを示し（ステップＳ１１；Ｙ）、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合（ステップＳ１４；Ｙ）、後述のステップＳ１５，Ｓ１６，Ｓ１７の処理が並行に行われる。詳細には、トルク制御部２１は、電力変換部１２のスイッチング素子をオフにする（ステップＳ１５）。また、接触器制御部２２は、接触器４を開放する（ステップＳ１６）。また、回路制御部２３は、チョッパ回路１４のスイッチング素子１５の通流率を調節する（ステップＳ１７）。詳細には、ステップＳ１７において、回路制御部２３は、電圧ＥＦＣと正の相関を有する通流率で、チョッパ回路１４が有するスイッチング素子１５のオンオフを切り替える。最小通流率での動作時間が一定時間に満たない場合（ステップＳ１８；Ｎ）、ステップＳ１７の処理を繰り返す。詳細には、回路制御部２３は、時間測定回路を有し、通流率が最小通流率に設定されている時間を計測し、計測時間が一定時間以上であるか否かを判定する。チョッパ回路１４が、最小通流率で一定時間以上動作した場合（ステップＳ１８；Ｙ）、回路制御部２３は、チョッパ回路１４を停止する（ステップＳ１９）。詳細には、ステップＳ１９において、回路制御部２３は、チョッパ回路１４のスイッチング素子１５をオフにする。ステップＳ１５，Ｓ１６，Ｓ１９の処理が終了すると、制御装置２０は、過電圧抑制処理を終了する。その後、上述したように、接触器５、接触器４の順で投入された後に接触器５が開放され、運転指令が入力されると、制御装置２０は、再びステップＳ１１の処理を開始する。

以上説明したとおり、実施の形態に係る制御装置２０によれば、停止指令を取得すると、電圧ＥＦＣと基準電圧との大小関係に依存せずに、チョッパ回路１４を動作させることで、フィルタコンデンサ１１の過電圧を抑制可能である。

図５は、実施の形態に係る鉄道車両用制御装置のハードウェアの構成例を示す図である。鉄道車両用制御装置２０は、各部を制御するハードウェア構成としてプロセッサ３１、メモリ３２、およびインターフェース３３を備える。これらの装置の各機能は、プロセッサ３１がメモリ３２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。インターフェース３３は各装置を接続し、通信を確立させるためのものであり、必要に応じて複数の種類のインターフェースを備えてもよい。図５では、鉄道車両用制御装置２０がプロセッサ３１およびメモリ３２をそれぞれ１つ有する例を示しているが、複数のプロセッサ３１および複数のメモリ３２が連携して各機能を実行してもよい。

その他、上記のハードウェア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。

プロセッサ３１、メモリ３２、およびインターフェース３３を有し、制御処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、上述の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）に格納して配布し、上記コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する鉄道車両用制御装置２０を構成してもよい。また、通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に上記コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロードすることで鉄道車両用制御装置２０を構成してもよい。

また、鉄道車両用制御装置２０の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS：Bulletin Board System）に上記コンピュータプログラムを掲示し、通信ネットワークを介して上記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行してもよい。

電力変換システム１の回路構成は任意であり、上述の例に限られない。一例として、接触器４，５は直列に接続され、接触器５に並列に抵抗６が接続されてもよい。この場合、電気鉄道車両が運行を開始する際には、接触器４が投入された後に、接触器５が投入される。すなわち、電気鉄道車両の運行時には、接触器４，５が投入されている。また停止指令信号Ｓ２がＨレベルになると、接触器４，５が共に開放される。

電力変換システム１の集電方式は、上述の架空線方式に限られず、変電所から電力を取得する任意の方式を採用することができる。集電方式の一例として、地表集電方式、第三軌条方式等があげられる。地表集電方式および第３軌条方式の場合、集電靴が第三軌条と接触することで、電力を取得することができる。また架空線方式の場合、集電装置は、架線２から電力を取得する任意の装置であり、一例として、トロリーポール、ビューゲル等である。

運転指令は、力行指令およびブレーキ指令に加え、惰行指令を含んでもよい。この場合、運転指令信号Ｓ１が惰行指令を示し、停止指令信号Ｓ２がＨレベルである場合に、回路制御部２３は、チョッパ回路１４を動作させる。

また制御装置２０の構成は、上述の例に限られず、フィルタコンデンサ１１の過電圧を抑制する任意の構成である。一例として、接触器制御部２２の機能を接触器制御装置として、制御装置２０とは別に設けてもよい。この場合、接触器制御装置は、停止指令信号Ｓ２がＨレベルとなると、接触器４を開放する。

通流率は、電圧ＥＦＣと正の相関を有する任意の関数、テーブル等に応じて算出される。一例として、通流率は、フィルタコンデンサ１１の電圧を変数とする一次関数、二次関数等に基づいて算出される。

電力変換部１２のパンタグラフ３の側に設けられる降圧回路は、チョッパ回路１４に限られず、任意の降圧回路を設けることができる。一例として、スイッチングレギュレータを設けてもよい。チョッパ回路１４の停止条件は、図４のステップＳ１８の例に限られない。例えば、接触器４よりパンタグラフ３の側の電圧を検出する電圧検出部をさらに設け、該電圧検出部が検出した接触器４のパンタグラフ３の側の電圧に基づいて、チョッパ回路１４を停止してもよい。詳細には、接触器４のパンタグラフ３の側の電圧が所望の範囲にある時間が一定時間以上継続した場合に、チョッパ回路１４の動作を停止してもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

１鉄道車両用電力変換システム、２架線、３パンタグラフ、４，５接触器、６，１６ブレーキ抵抗、７リアクトル、８電動機、９電流検出部、１１フィルタコンデンサ、１２電力変換部、１３電圧検出部、１４チョッパ回路、１５スイッチング素子、２０鉄道車両用制御装置、２１トルク制御部、２２接触器制御部、２３回路制御部、２４目標算出部、３１プロセッサ、３２メモリ、３３インターフェース、Ｓ１運転指令信号、Ｓ２停止指令信号。

Claims

電源が接続される一次側と、電動機が接続される二次側との間で双方向の電力変換を行う電力変換部が有するスイッチング素子の動作を制御して前記電動機のトルクを調節するトルク制御部と、
前記電力変換部の前記一次側の電圧を取得し、前記一次側の電圧が基準電圧以上である場合に、前記一次側に並列に接続された降圧回路を動作させる回路制御部と、
を備え、
前記トルク制御部は、前記電力変換部が有する前記スイッチング素子のオフを指示する停止指令を取得すると、前記電力変換部が有する前記スイッチング素子の動作を停止し、
前記回路制御部は、前記停止指令を取得すると、前記一次側の電圧と前記基準電圧との大小関係とは独立して、前記降圧回路を動作させる、
鉄道車両用制御装置。
前記回路制御部は、前記停止指令を取得した場合に前記降圧回路を動作させる時間に制限を設ける、
請求項１に記載の鉄道車両用制御装置。
前記回路制御部は、力行指令またはブレーキ指令を含む運転指令を取得し、
前記運転指令が前記ブレーキ指令を含み、前記一次側の電圧が基準電圧以上である場合に、前記回路制御部は、前記降圧回路を動作させ、
前記運転指令が前記力行指令を含む場合に、前記回路制御部は、前記停止指令を取得すると、前記降圧回路を動作させる、
請求項１または２に記載の鉄道車両用制御装置。
前記降圧回路は、直列に接続されたスイッチング素子および抵抗を有し、
前記回路制御部は、前記降圧回路が有する前記スイッチング素子の通流率を、前記一次側の電圧と正の相関を有した状態で前記一次側の電圧の時間変化に伴って時間変化させる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄道車両用制御装置。
前記回路制御部は、力行指令またはブレーキ指令を含む運転指令を取得し、
前記運転指令が前記力行指令を含む場合の前記通流率の最大値は、前記運転指令が前記ブレーキ指令を含む場合の前記通流率の最大値より小さい、
請求項４に記載の鉄道車両用制御装置。
前記回路制御部は、力行指令またはブレーキ指令を含む運転指令を取得し、
前記運転指令が前記力行指令を含み、前記回路制御部が前記停止指令を取得した場合であって、前記一次側の電圧が前記基準電圧に一致する場合の前記通流率は、前記運転指令が前記ブレーキ指令を含み、前記一次側の電圧が前記基準電圧に一致する場合の前記通流率より大きい、
請求項４または５に記載の鉄道車両用制御装置。