JP6984040B2 - 電力変換装置および故障判別方法 - Google Patents

Description

この発明は、電力変換装置および故障判別方法に関する。

電気鉄道車両には、架線を通して変電所から供給された電力を所望の交流電力に変換し、変換した電力を電動機に供給する電力変換装置が搭載されるものがある。この種の電力変換装置の一例が特許文献１に開示されている。この電力変換装置は、接触器と、電源から一次端子を介して供給された直流電力を交流電力に変換して二次端子に接続された負荷に供給するインバータと、インバータの一次端子に接続され、電源から供給される電力で充電されるフィルタコンデンサと、接触器を投入または開放する制御部と、を備える。

特開２０１２−１７０２６６号公報

特許文献１に開示される電力変換装置が有する接触器は、制御部によって制御され、インバータを電源に電気的に接続、または電源から電気的に切り離す。この電力変換装置は、接触器が投入されてから、フィルタコンデンサが充電されるか否かに基づき、接触器の故障の有無を判別する。フィルタコンデンサが充電されるか否かは、接触器の投入直後にフィルタコンデンサの電圧が閾値電圧以上に上昇するか否かに基づいて判定することができる。閾値電圧を十分に小さい値とすることで、フィルタコンデンサが充電されるか否かを判定する処理を短時間で行うことができる。この電力変換装置が有する接触器が、例えば、フィルタコンデンサの充電が開始された後に、故障することがある。この場合は、この電力変換装置は、フィルタコンデンサの電圧が閾値電圧以上に上昇した時点で、フィルタコンデンサが充電されると判定してしまうため、フィルタコンデンサの電圧が上昇した後に接触器の故障の有無を判別することができない。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、フィルタコンデンサの充電開始後の接触器の故障の有無を判別可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、電力変換部と、フィルタコンデンサと、接触器と、第１電圧測定部と、接触器制御部と、第２電圧測定部と、故障判別部と、を備える。電力変換部は、電源から一次端子の一方を介して供給された直流電力を、直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する。フィルタコンデンサの両端は、電力変換部の一次端子の間に接続される。フィルタコンデンサは、電源から供給される電力で充電される。接触器は、電力変換部を電源に電気的に接続し、または、電源から電気的に切り離す。第１電圧測定部は、フィルタコンデンサの端子間電圧の値である第１電圧値を測定する。接触器制御部は、接触器を投入して電力変換部を電源に電気的に接続し、または接触器を開放して電力変換部を電源から電気的に切り離す。第２電圧測定部は、接触器の一端と、電力変換部の一次端子の他方との間の電圧の値である第２電圧値を測定する。故障判別部は、接触器制御部が接触器を投入してから定められた判別期間の間、接触器が投入された状態であって、かつ、判別期間の第１電圧値の減少幅が基準値以上であって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値と第２電圧値との差の絶対値が第１閾値電圧以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する。

本発明によれば、電力変換装置は、接触器が投入されてから定められた判別期間の間、接触器が投入された状態であるか否か、および、判別期間のフィルタコンデンサの端子間電圧の値の変化に基づいて、接触器の故障の有無を判別する。その結果、フィルタコンデンサの充電開始後の接触器の故障の有無の判別が可能となる。

本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態１に係る電力変換装置が行う故障判別の動作のフローチャート 本発明の実施の形態２に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態２に係る電力変換装置が行う故障判別の動作のフローチャート 実施の形態に係る電力変換装置の構成の変形例のブロック図

以下、本発明の実施の形態に係る電力変換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。

（実施の形態１）
電気鉄道車両には、架線を通して変電所から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電動機に供給する電力変換装置が搭載される。直流き電方式の電気鉄道車両に搭載された電力変換装置について、実施の形態１で説明する。
図１に示す実施の形態１に係る電力変換装置１は、供給された直流電力を、電動機５１を駆動するための交流電力に変換して、交流電力を電動機５１に供給する。集電装置４は、架線３を介して、直流電源である変電所から直流電力を取得し、高速遮断器５を介して、電力変換装置１に電力を供給する。高速遮断器５は、電力変換装置１を、集電装置４に電気的に接続し、または集電装置４から電気的に切り離す。なお高速遮断器５は、図示しない遮断器制御部によって制御される。電動機５１は、例えば、三相誘導電動機で構成される。電力変換装置１が、電動機５１に電力を供給すると、電動機５１が駆動され、電気鉄道車両の推進力が得られる。

電力変換装置１は、一端が高速遮断器５に接続される接触器１１と、一端が接触器１１の他端に直列に接続された抵抗Ｒ１と、接触器１１と抵抗Ｒ１の直列回路に並列に接続された接触器１２と、一端が抵抗Ｒ１の他端に接続され、高調波成分を逓減するフィルタリアクトルＦＬ１と、一端がフィルタリアクトルＦＬ１の他端に接続され、他端が接地されているフィルタコンデンサＦＣ１と、を備える。
電力変換装置１はさらに、一次端子間にフィルタコンデンサＦＣ１が接続され、各二次端子が電動機５１に接続され、一次端子の一方を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換して電動機５１に供給する電力変換部１３と、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧の値である第１電圧値ＥＦＣを測定する第１電圧測定部１４と、接触器１１の一端と、電力変換部１３の一次端子の他方との間の電圧値である第２電圧値ＥＳを測定する第２電圧測定部１５と、接触器１１，１２をそれぞれ投入または開放する接触器制御部１６と、接触器１１の故障の有無を判別する故障判別部１７と、備える。

接触器１１，１２はそれぞれ、直流電磁接触器から構成される。また接触器１１，１２はそれぞれ、後述する接触器制御部１６によって制御される。
接触器１１の一端は、高速遮断器５に接続され、他端は抵抗Ｒ１に接続される。接触器制御部１６が接触器１１を投入すると、接触器１１の一端と他端は互いに接続される。この結果、高速遮断器５と抵抗Ｒ１は互いに電気的に接続される。このとき、接触器１１は、接触器１１が投入された状態であることを示すＨｉｇｈレベルの状態信号を出力する。高速遮断器５と接触器１１が投入されると、電力変換部１３は、集電装置４に電気的に接続される。
また接触器制御部１６が接触器１１を開放すると、接触器１１の一端と他端は絶縁される。この結果、抵抗Ｒ１は、高速遮断器５から電気的に切り離される。このとき、接触器１１は、接触器１１が開放された状態であること、すなわち、投入された状態でないことを示す、Ｌｏｗレベルの状態信号を出力する。

接触器１２の一端は、高速遮断器５に接続され、他端はフィルタリアクトルＦＬ１の一端に接続される。接触器制御部１６が接触器１２を投入すると、接触器１２の一端と他端は互いに接続される。この結果、高速遮断器５とフィルタリアクトルＦＬ１は互いに電気的に接続される。このとき、接触器１２は、接触器１２が投入された状態であることを示す状態信号を出力する。高速遮断器５と接触器１２が投入されると、電力変換部１３は、集電装置４に電気的に接続される。
また接触器制御部１６が接触器１２を開放すると、接触器１２の一端と他端は絶縁される。この結果、フィルタリアクトルＦＬ１は、高速遮断器５から電気的に切り離される。このとき、接触器１２は、接触器１２が開放された状態であること、すなわち、投入された状態でないことを示す状態信号を出力する。

図１に示す抵抗Ｒ１の一端は、接触器１１の他端に接続され、他端はフィルタリアクトルＦＬ１の一端に接続される。
フィルタリアクトルＦＬ１の一端は、抵抗Ｒ１の他端と接触器１２の他端に接続され、他端はフィルタコンデンサＦＣ１の一端と電力変換部１３の一次端子の一方に接続される。フィルタリアクトルＦＬ１は、高調波成分を逓減する。
フィルタコンデンサＦＣ１は、電力変換部１３の一次端子の間に接続され、集電装置４が架線３を介して取得した電力で充電される。

電力変換部１３は、一次端子の一方を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を各二次端子に接続された電動機５１に供給する。詳細には、電力変換部１３が有するスイッチング素子が、図示しないスイッチング制御部によって制御されることで、電力変換部１３は直流電力を三相交流電力に変換し、電動機５１に出力する。電力変換部１３は、例えば、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency)インバータから構成される。

接触器制御部１６に、図示しない運転台から、接触器１１，１２の投入または開放を指示する開閉指示信号が供給される。接触器制御部１６は、開閉指示信号に従って、接触器１１，１２を投入または開放する。
故障判別部１７に、接触器１１，１２のそれぞれから状態信号が供給され、運転台から開閉指示信号が供給される。また、故障判別部１７は、第１電圧測定部１４から第１電圧値ＥＦＣを取得し、第２電圧測定部１５から第２電圧値ＥＳを取得する。なお故障判別部１７は、取得した第１電圧値ＥＦＣを図示しない記憶部に記憶しておく。そして、故障判別部１７は、後述するように、状態信号と、第１電圧値ＥＦＣと、第２電圧値ＥＳに基づいて、接触器１１の故障の有無を判別する。また故障判別部１７は、タイマを有し、故障の有無を判別する処理を開始してからの時間を測定する。

接触器１１の故障の一例として、フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始された後に、状態信号は接触器１１が投入された状態であることを示しているにも関わらず、実際には接触器１１が開放された状態であるという故障がある。この場合、実際には接触器１１は開放された状態であるため、フィルタコンデンサＦＣ１が充電されない。フィルタコンデンサＦＣ１が十分に充電されないと、電力変換部１３を動作させ、電動機５１を駆動することができない。接触器１１の投入直後のフィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧に基づいて接触器１１の故障の有無を判別する従来の電力変換装置では、フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始され、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧が上昇した後の接触器１１の故障の有無を判別することができない。

そこで、故障判別部１７は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、故障の有無を判別する処理を開始する。そして、故障判別部１７は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されてから定められた判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであったか否かを判定する。
また故障判別部１７は、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であるか否かを判定する。詳細には、故障判別部１７は、故障の有無を判別する処理を開始した直後に取得し、記憶部に記憶した第１電圧値ＥＦＣ１と、直近で取得した第１電圧値ＥＦＣ２から、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣ＝｜ＥＦＣ１−ＥＦＣ２｜を算出する。そして、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣと基準値Ｗ１を比較する。
また故障判別部１７は、判別期間の経過後、例えば、判別期間が経過した時点での第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。

なお判別期間は、フィルタコンデンサＦＣ１の充電に要する時間より長い時間とする。具体的には、判別期間は、フィルタコンデンサＦＣ１の静電容量と抵抗Ｒ１の抵抗値の積で定められる時間より長い時間、例えば、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されてから、１００ｍｓｅｃ以上、１ｓｅｃ以下の期間である。
また基準値Ｗ１は、架線３の直流電圧の変動幅より大きい値に設定され、例えば、フィルタコンデンサＦＣ１の満充電時の端子間電圧の値の１／３の値である。これにより、架線３の直流電圧の変動によって、接触器１１で故障が生じていると誤って判定することが抑制される。また第１閾値電圧Ｔｈ１は、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧に応じて定められる。例えば、第１閾値電圧Ｔｈ１は、フィルタコンデンサＦＣ１の満充電時の端子間電圧の２／３の値である。故障判別部１７は、基準値Ｗ１、第１閾値電圧Ｔｈ１、判別期間の長さを予め保持している。

上述の判定結果をあわせて、故障判別部１７は、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であるか否かを判定し、判定結果を、例えば運転台に設けられた表示機器に出力する。

なお故障判別部１７は、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ−ＥＳ｜が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であると判定した場合に、接触器１１で故障が生じていることを示す故障判別信号を判定結果として表示機器に供給する。表示機器に接触器１１で故障が生じている旨が表示されると、運転員は、接触器１１の復旧作業を行うことができる。

なお故障判別信号は、故障判別部１７が、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ−ＥＳ｜が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であると判定した場合に、Ｈｉｇｈレベルとなる。
また故障判別信号は、故障判別部１７が、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルでない、または、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１未満である、または、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ−ＥＳ｜が第１閾値電圧Ｔｈ１未満であると判定した場合に、Ｌｏｗレベルとなる。

次に、上記構成を有する電力変換装置１の動作について説明する。
電気鉄道車両の運転開始時に、集電装置４の一例であるパンタグラフを上昇させる上昇スイッチの操作が行われて、集電装置４が架線３に接触すると、集電装置４は、変電所から電力の供給を受ける。

またパンタグラフ上昇スイッチの操作に連動して、運転台から、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が接触器制御部１６と故障判別部１７に供給される。接触器制御部１６は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１１を投入する。接触器１１が投入されると、集電装置４が架線３を介して変電所から取得した電力が、高速遮断器５、接触器１１、抵抗Ｒ１、およびフィルタリアクトルＦＬ１を介して、フィルタコンデンサＦＣ１に供給され、フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始される。接触器１１に抵抗Ｒ１が直列に接続されているため、接触器１１の投入時にフィルタコンデンサＦＣ１に突入電流が流れることが抑制される。

接触器１１が故障していなければ、接触器１１の投入後にフィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始されて、第１電圧値ＥＦＣが上昇して、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が基準電圧差未満になる。接触器制御部１６は、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が基準電圧差未満であると判定すると、接触器１２を投入してから、接触器１１を開放する。基準電圧差を十分に小さくすると、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が十分に小さくなってから、接触器１２が投入される。そのため、接触器１２の投入時にフィルタコンデンサＦＣ１に突入電流が流れることが抑制される。

接触器１２が投入された後、運転台からの力行指令に従って、図示しないスイッチング制御部が、電力変換部１３が有するスイッチング素子を制御する。これにより、電力変換部１３が一次端子の一方を介して供給された直流電力を交流電力に変換し、二次端子に接続された電動機５１に供給する。その結果、電動機５１が駆動され、電気鉄道車両の推進力が得られる。

一方、接触器１１の投入後にフィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始されて、第１電圧値ＥＦＣが一旦上昇してから、接触器１１の故障が生じると、第１電圧値ＥＦＣは減少し始める。接触器制御部１６は、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が基準電圧差以上であると、接触器１２を投入しない。その結果、電力変換部１３を動作させて、電動機５１を駆動することができない。このような故障の有無を判別する処理について図２を用いて説明する。

故障判別部１７は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１１の故障の有無を判別する処理を開始し、タイマをスタートする。そして、故障判別部１７は、第１電圧測定部１４から第１電圧値ＥＦＣを取得し、第２電圧測定部１５から第２電圧値ＥＳを取得し、記憶部に記憶する（ステップＳ１１）。故障判別部１７は、接触器１１が有する制御回路から供給される状態信号がＨｉｇｈレベルであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

状態信号がＬｏｗレベルである場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、故障判別部１７は、接触器１１が投入されていないことを表示機器に出力する（ステップＳ１７）。なおステップＳ１２でＮｏと判定されることは、接触器１１の投入が指示されているにも関わらず、接触器１１が開放されていることを示す。故障判別部１７は、ステップＳ１７の処理が完了すると、故障判別処理を終了する。

故障判別部１７は、状態信号がＨｉｇｈレベルである場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、接触器１１が投入されてから定められた判別期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、故障判別部１７は、故障判別処理を開始する際にスタートしたタイマの測定時間が判別期間に到達したか否かを判定する。故障判別部１７は、判別期間が経過していない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。

故障判別部１７は、判別期間が経過した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１３でＹｅｓと判定されることは、判別期間に亘って、状態信号がＨｉｇｈレベルであったことを示す。そして、故障判別部１７は、ステップＳ１１で記憶部に記憶された第１電圧値ＥＦＣから第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣを算出し、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始された後に接触器１１の故障が生じると、フィルタコンデンサＦＣ１に並列に第１電圧測定部１４が接続されているため、接触器１１の故障が生じるまでに上昇したフィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧は、減少し始める。そのため、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣから接触器１１が故障していると判定することが可能となる。

故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上でない場合は（ステップＳ１４；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上である場合は（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ−ＥＳ｜が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。

フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始された後に接触器１１の故障が生じると、上述したようにフィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧は減少するため、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が大きくなる。そのため、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ−ＥＳ｜を、第１閾値電圧Ｔｈ１と比較することで、接触器１１の故障の有無を判別することが可能となる。また架線３の直流電圧が低下すると、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳは供に低下する。ステップＳ１４の判定に加えて、ステップＳ１５で第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ−ＥＳ｜を第１閾値電圧Ｔｈ１と比較することで、架線３の直流電圧の低下によって、接触器１１が故障していると誤って判定することが抑制される。

故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１未満であると判定した場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であると判定した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、接触器１１で故障が生じていることを示すＨｉｇｈレベルの故障判別信号を出力する（ステップＳ１６）。

以上説明したとおり、実施の形態１に係る電力変換装置１によれば、接触器１１が出力する状態信号、第１電圧値ＥＦＣおよび第２電圧値ＥＳに基づき、接触器１１が投入された後に生じた接触器１１の故障の有無の判別が可能となる。

（実施の形態２）
電力変換装置は、実施の形態１に示すように直流き電方式の電気鉄道車両だけでなく、交流き電方式の電気鉄道車両にも搭載可能である。図３に示す実施の形態２に係る電力変換装置２は、交流き電方式の電気鉄道車両に搭載される。集電装置４は、架線３を介して、交流電源である変電所から交流電力を取得し、高速遮断器５を介して、トランス６に交流電力を供給する。トランス６の一次端子の一方は高速遮断器５に接続され、他方は接地される。トランス６の二次端子の一方は、接触器１１または接触器１２を介してコンバータ１８の一次端子の一方に接続される。詳細には、トランス６の二次端子の一方が接触器１１の一端と接触器１２の一端に接続され、接触器１１の他端が抵抗Ｒ１を介してコンバータ１８の一次端子の一方に接続され、接触器１２の他端がコンバータ１８の一次端子の一方に接続される。またトランス６の二次端子の他方は、コンバータ１８の一次端子の他方に接続される。トランス６は、一次端子に印加される交流電圧を所望の交流電圧に変換して、電圧が変換された交流電力を二次端子に接続された電力変換装置２に出力する。所望の交流電圧とは、電力変換装置２の動作に適した電圧である。

実施の形態１とは異なり、接触器１１，１２は、交流電磁接触器で構成される。接触器１１，１２の基本構成と動作は、実施の形態１と同様であり、接触器１１が投入された状態であるか否かを示す状態信号を出力する。実施の形態１と同様に、状態信号に基づいて、接触器１１が投入された状態であるか否かを判定することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置１と異なる電力変換装置２の各部について説明する。
電力変換装置２は、一次端子の一方を介して供給された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を二次端子から出力するコンバータ１８をさらに備える。コンバータ１８の一次端子の一方は、抵抗Ｒ１の他端と、接触器１２の他端とに接続される。またコンバータ１８の一次端子の他方は、トランス６の二次端子の他方に接続される。コンバータ１８の二次端子の一方は、フィルタリアクトルＦＬ１の一端に接続される。コンバータ１８の二次端子の他方は、電力変換部１３の一次端子の他方とフィルタコンデンサＦＣ１の他端に接続される。コンバータ１８が有するスイッチング素子が、図示しないスイッチング制御部によって制御され、コンバータ１８は一次端子の一方を介して供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を二次端子から出力する。

電力変換装置２は、交流き電方式の鉄道車両に搭載されるため、実施の形態１に係る電力変換装置１が備える第２電圧測定部１５を備えない。
そこで、故障判別部１７は、状態信号と第１電圧値ＥＦＣに基づいて、接触器１１の故障の有無を判別する。詳細には、故障判別部１７は、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定し、判定結果を表示機器に出力する。

故障判別部１７は、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であると判定した場合に、接触器１１で故障が生じていることを示す故障判別信号を判定結果として表示機器に供給する。なお故障判別部１７は、第２閾値電圧Ｔｈ２を予め保持している。第２閾値電圧Ｔｈ２は、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧に応じて定められる。例えば、第２閾値電圧Ｔｈ２は、フィルタコンデンサＦＣ１の満充電時の端子間電圧の２／３の値である。

故障判別信号は、故障判別部１７が、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であると判定した場合に、Ｈｉｇｈレベルとなる。
また故障判別信号は、故障判別部１７が、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルでない、または、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２より大きいと判定した場合に、Ｌｏｗレベルとなる。

次に、上記構成を有する電力変換装置２の動作について説明する。電気鉄道車両の運転開始時の動作は、実施の形態１と同様である。
電力変換装置２は、実施の形態１に係る電力変換装置１と同様に、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１１の故障の有無を判別する処理を開始する。電力変換装置２が行う故障の有無を判別する処理について図４を用いて説明する。

故障判別部１７は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１１の故障の有無を判別する処理を開始し、タイマをスタートする。そして、故障判別部１７は、第１電圧測定部１４から第１電圧値ＥＦＣを取得し、記憶部に記憶する（ステップＳ１８）。図４のステップＳ１２−Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７の処理は、図２のステップＳ１２−Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７と同様である。故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であると判定した場合は（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。

フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始された後に接触器１１の故障が生じると、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧は減少するため、第１電圧値ＥＦＣと第２閾値電圧Ｔｈ２との差は大きくなる。そのため、第１電圧値ＥＦＣと第２閾値電圧Ｔｈ２とを比較することで、接触器１１の故障の有無を判別することが可能となる。ステップＳ１４の判定に加えて、ステップＳ１９で第１電圧値ＥＦＣと第２閾値電圧Ｔｈ２とを比較することで、架線３の交流電圧の振幅の変動によって、接触器１１が故障していると誤って判定することが抑制される。

故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２より大きいと判定した場合（ステップＳ１９；Ｎｏ）、ステップＳ１８に戻って処理を繰り返す。故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であると判定した場合（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、接触器１１の故障が生じていることを示す故障判別信号を表示機器に出力する（ステップＳ１６）。

以上説明したとおり、実施の形態２に係る電力変換装置２によれば、接触器１１が出力する状態信号、および、第１電圧値ＥＦＣに基づき、接触器１１が投入された後に生じた接触器１１の故障の有無の判別が可能となる。

本発明の実施の形態は、上述の例に限られない。電力変換装置１，２は、電力変換装置１，２に電力が供給される任意の車両、機器等に搭載可能である。車両の一例として、電気鉄道車両に限らず、気動車にも電力変換装置１，２を搭載することが可能である。

上述の回路構成は一例である。他の回路構成の一例を図５に示す。図５に示すように、接触器１１，１２が直列に接続され、接触器１２に並列に抵抗Ｒ１が設けられてもよい。この場合、接触器制御部１６は、接触器１１を投入してから、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が基準電圧差未満となれば、接触器１２を投入する。電力変換装置２においても同様に、接触器１１，１２が直列に接続され、接触器１２に並列に抵抗Ｒ１が設けられてもよい。

電力変換装置１，２の故障の有無を判別する方法は、上述の例に限られない。図２におけるステップＳ１４，Ｓ１５の処理を実行する順序は任意であり、電力変換装置１が有する故障判別部１７は、ステップＳ１５の処理を行ってから、ステップＳ１４の処理を行ってもよい。同様に、図４におけるステップＳ１４，Ｓ１９の処理を実行する順序は任意であり、電力変換装置２が有する故障判別部１７は、ステップＳ１９の処理を行ってから、ステップＳ１４の処理を行ってもよい。

電力変換装置１，２は、接触器１１の故障の有無の判別に加えて、接触器１２の故障の有無の判別を行ってもよい。例えば、電力変換装置１が有する故障判別部１７は、接触器１２の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１２が出力する状態信号と第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとに基づいて、接触器１２の故障の有無を判別する。詳細には、故障判別部１７は、接触器１２が投入されてから判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であって、かつ、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する。
また交流き電方式の電気鉄道車両に電力変換装置１，２が搭載される場合、故障判別部１７が、判別期間の間、接触器１２が出力する状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定し、半径結果を出力する。

電力変換部１３は、ＶＶＶＦインバータに限られず、一次端子の間にフィルタコンデンサが接続されていて、二次端子に接続される負荷に電力を供給する電力変換装置であれば、任意の電力変換装置で構成される。例えば、電力変換部１３は、照明機器、空調機器等に電力を供給する静止型インバータで構成されてもよい。

接触器制御部１６は、故障判別部１７から故障判別信号を取得してもよい。Ｈｉｇｈレベルの故障判別信号が供給されると、接触器制御部１６は、接触器１１を開放する。

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。

１，２ 電力変換装置、３ 架線、４ 集電装置、５ 高速遮断器、６ トランス、１１，１２ 接触器、１３ 電力変換部、１４ 第１電圧測定部、１５ 第２電圧測定部、１６ 接触器制御部、１７ 故障判別部、１８ コンバータ、５１ 電動機、ＦＣ１ フィルタコンデンサ、ＦＬ１ フィルタリアクトル、Ｒ１ 抵抗。

Claims (10)

1. 電源から一次端子の一方を介して供給された直流電力を、直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する電力変換部と、
   両端が前記電力変換部の前記一次端子の間に接続され、前記電源から供給される電力で充電されるフィルタコンデンサと、
   前記電力変換部を前記電源に電気的に接続し、または、前記電源から電気的に切り離す接触器と、
   前記フィルタコンデンサの端子間電圧の値である第１電圧値を測定する第１電圧測定部と、
   前記接触器を投入して前記電力変換部を前記電源に電気的に接続し、または前記接触器を開放して前記電力変換部を前記電源から電気的に切り離す接触器制御部と、
   前記接触器の一端と、前記電力変換部の前記一次端子の他方との間の電圧の値である第２電圧値を測定する第２電圧測定部と、
   前記接触器制御部が前記接触器を投入してから定められた判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値と前記第２電圧値との差の絶対値が第１閾値電圧以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する故障判別部と、
   を備える電力変換装置。
2. 前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が前記基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値と前記第２電圧値との差の絶対値が前記第１閾値電圧以上であると判定した場合に、前記接触器の故障が生じていることを示す故障判別信号を前記判定結果として出力する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電源は直流電源である、
   請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 電源から一次端子の一方を介して供給された直流電力を、直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する電力変換部と、
   両端が前記電力変換部の前記一次端子の間に接続され、前記電源から供給される電力で充電されるフィルタコンデンサと、
   前記電力変換部を前記電源に電気的に接続し、または、前記電源から電気的に切り離す接触器と、
   前記フィルタコンデンサの端子間電圧の値である第１電圧値を測定する第１電圧測定部と、
   前記接触器を投入して前記電力変換部を前記電源に電気的に接続し、または前記接触器を開放して前記電力変換部を前記電源から電気的に切り離す接触器制御部と、
   前記接触器制御部が前記接触器を投入してから定められた判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値が第２閾値電圧以下であるか否かを判定し、判定結果を出力する故障判別部と、
   を備える電力変換装置。
5. 前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が前記基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値が前記第２閾値電圧以下であると判定した場合に、前記接触器の故障が生じていることを示す故障判別信号を前記判定結果として出力する、
   請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記電源は交流電源である、
   請求項４または５に記載の電力変換装置。
7. 前記接触器は、前記接触器が投入された状態であるか否かを示す状態信号を出力し、
   前記故障判別部は、前記状態信号に基づいて前記接触器が投入された状態であるか否かを判定する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記接触器制御部は、前記故障判別部が、前記接触器が故障していると判別した場合に、前記接触器を開放する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 電源から一次端子を介して供給された直流電力を、直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する電力変換部を前記電源に電気的に接続、または、前記電源から電気的に切り離す接触器が投入されてから定められた判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間における前記電力変換部の一次端子の間に接続されたフィルタコンデンサの端子間電圧の値の減少幅が基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記フィルタコンデンサの前記端子間電圧の値と前記接触器の一端および前記電力変換部の前記一次端子の他方の間の電圧の値との差の絶対値が第１閾値電圧以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する、
   故障判別方法。
10. 電源から一次端子を介して供給された直流電力を、直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する電力変換部を前記電源に電気的に接続、または、前記電源から電気的に切り離す接触器が投入されてから定められた判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間における前記電力変換部の一次端子の間に接続されたフィルタコンデンサの端子間電圧の値の減少幅が基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記フィルタコンデンサの前記端子間電圧の値が第２閾値電圧以下であるか否かを判定し、判定結果を出力する、
    故障判別方法。

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