JP7154885B2

JP7154885B2 - 静止形開閉器

Info

Publication number: JP7154885B2
Application number: JP2018159644A
Authority: JP
Inventors: 憲幸市橋; 俊一朗保科; 文夫青山; 宏樹宮嶋; 健久野村; 正彦甲斐; 俊匡清水
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp; Central Japan Railway Co; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp; Central Japan Railway Co; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2038-08-28
Also published as: JP2020032814A

Description

本発明の実施形態は、交流き電電気鉄道用の静止形開閉器に関する。

交流き電電気鉄道における電力供給システムでは、き電区間の電源の切り換え等のために開閉器が用いられる。この用途には、従来より真空開閉器が適用されているが、半導体素子の高耐圧化、大電流化の進展に伴い、近年では半導体素子を適用した静止形開閉器を適用することが可能となった。静止形開閉器を導入することによって、電力供給システムの信頼性の向上、メンテナンスフリー等を実現することができ、鉄道輸送の安定性が向上する。

静止形開閉器は、多段に直列接続されたサイリスタをスイッチとして用いている。サイリスタには、ゲート信号を与えた後、オンするのに必要な電流値としてラッチング電流があり、ラッチング電流の値には、個体差がある。

サイリスタに交流電流を通電する際、ラッチング電流がサイリスタごとにばらつくので、ゲート信号をオフする位相によっては、直列接続されたサイリスタのうち、オフするものと、オン状態を保持するものとが混在することがある。オン状態を保持したサイリスタが次の電流零点でオフするまで、オンしているサイリスタが負担すべき交流電圧もオフしたサイリスタに印加される。したがって、オフ状態のサイリスタには、過大な電圧が印加されることとなり、サイリスタの破損等に至るおそれがある。

国際公開第２０１６／１１０９５８号

実施形態は、安全にサイリスタをオフさせることができる静止形開閉器を提供する。

実施形態に係る静止形開閉器は、第１単相交流電源をしゃ断する第１エアセクションと第２単相交流電源をしゃ断する第２エアセクションとの間に設けられた中セクションの架線から給電される場合に、前記第１単相交流電源および前記第２単相交流電源間で電車への給電を切り換える。この静止形開閉器は、複数の第１サイリスタが直列接続され、前記第１単相交流電源と前記中セクションの架線との間に接続された第１サイリスタスイッチと、複数の第２サイリスタが直列接続され、前記第２単相交流電源と前記中セクションの架線との間に接続された第２サイリスタスイッチと、電車が前記中セクションの架線から給電されて走行するときに前記第１サイリスタスイッチおよび前記第２サイリスタスイッチの開閉を切り換える制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記電車が前記第１エアセクションおよび前記第２エアセクションのいずれも通過した後に、前記第１サイリスタスイッチまたは前記第２サイリスタスイッチをオフする場合に、前記中セクションの架線と電流帰還経路との間に存在している静電容量に流れる第１電流にもとづいて、前記第１サイリスタスイッチまたは前記第２サイリスタスイッチに流れる第２電流の位相を演算し、前記第２電流の瞬時値が前記複数の第１サイリスタおよび前記複数の第２サイリスタのそれぞれが有するいずれのラッチング電流よりも小さいときにゲート信号をオフする。

本実施形態では、前記中セクションの架線と電流帰還経路との間に存在している静電容量に流れる第１電流にもとづいて、第１サイリスタスイッチまたは第２サイリスタスイッチに流れる第２電流を演算して、演算した第２電流がサイリスタのラッチング電流よりも小さいときにゲート信号をオフするので、安全にサイリスタをオフさせることができる。

第１の実施形態に係る静止形開閉器を例示する模式的な構成図である。第１の実施形態の静止形開閉器の一部を例示するブロックである。静止形開閉器の一サイリスタ素子がオフする場合の現象を説明する模式的な回路図である。図４（ａ）は、静止形開閉器の通電電流を説明するための簡略化された回路図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）における電圧と電流のベクトル図である。第２の実施形態の静止形開閉器の一部を例示するブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態に係る静止形開閉器を例示する模式的な構成図である。
図１に示すように、静止形開閉器１０は、電車１００の進行方向に沿って敷設された架線２ａ，２ｂに接続される。この例では、架線２ａは、架線２ｂよりも、電車１００の進行方向前方に敷設されている。

２本の架線２ａ，２ｂの間には、中セクション３の架線が設けられている。架線２ａと中セクション３の架線との間には、エアセクション５ａが設けられている。中セクション３の架線と架線２ｂとの間には、エアセクション５ｂが設けられている。架線２ａは、エアセクション５ａによって、中セクション３の架線と絶縁されている。架線２ｂは、エアセクション５ｂによって、中セクション３の架線と絶縁されている。なお、以下では、中セクション３の架線のことを単に中セクション３ということがあり、また、中セクション３の架線が敷設されている領域のことを、中セクション３ということもある。

静止形開閉器１０は、中セクション３とも接続される。静止形開閉器１０は、電車１００の走行位置に応じて、架線２ａ，２ｂと中セクション３との間の接続、遮断を切り換える。より具体的には、静止形開閉器１０は、架線２ａと中セクション３とを接続し、その場合には、架線２ｂと中セクション３とを遮断する。静止形開閉器１０は、架線２ａと中セクション３とを遮断した場合には、架線２ｂと中セクション３とを接続する。

２本の架線２ａ，２ｂは、Ａ電源１ａおよびＢ電源１ｂにそれぞれ接続されている。Ａ電源１ａおよびＢ電源１ｂは、異なる位相の単相交流電源である。Ａ電源１ａおよびＢ電源１ｂは、たとえば三相交流を変圧器１によって直交座標変換することによって生成される。変圧器１は、三相交流を、９０°位相の異なる単相交流に変換し、変圧して出力するたとえばスコット結線変圧器である。Ａ電源１ａおよびＢ電源１ｂがスコット結線変圧器によって生成された場合には、たとえばＡ電源１ａがＭ座（主座）電源であり、Ｂ電源１ｂがＴ座電源であり、Ｂ電源１ｂは、Ａ電源１ａの電圧位相から９０°遅れた電圧位相を有している。

Ａ電源１ａおよびＢ電源１ｂは、変圧器１の出力から、き電遮断器６ａ，６ｂを介して、架線２ａ，２ｂにそれぞれ電力を供給する。き電遮断器６ａ，６ｂは、地絡故障等の異常が検出された場合に、架線２ａ，２ｂと変圧器１側電源とを遮断する。

本実施形態の静止形開閉器１０は、サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂと、制御装置２０と、を備える。サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂは、それぞれ多段に直列接続されたサイリスタが逆並列に接続されており、オン時には交流電流を流すことができ、オフ時には交流電流を遮断する。サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂは、ゲート信号Ｇａ，Ｇｂによって、オンし、交流電流を流す。ゲート信号Ｇａ，Ｇｂは、制御装置２０によって生成され、サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂのゲートに供給される。

以下では、サイリスタをオンさせるゲート信号をアクティブなゲート信号といい、サイリスタをオフさせるゲート信号を非アクティブなゲート信号ということがある。ゲート信号が非アクティブであるという場合には、ゲート信号が無信号であることも含まれる。

制御装置２０は、レール４上を走行する電車１００の位置に応じて、サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂにゲート信号Ｇａ，Ｇｂをそれぞれ供給して、サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂのオンオフを制御する。

サイリスタスイッチ１２ａは、Ａ電源１ａが供給される架線２ａと中セクション３との間に接続される。サイリスタスイッチ１２ｂは、Ｂ電源１ｂが供給される架線２ｂと中セクション３との間に接続される。

この例のように、架線２ａとサイリスタスイッチ１２ａとの間、中セクション３とサイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂとの間、および、架線２ｂとサイリスタスイッチ１２ｂとの間に断路器１４がそれぞれ挿入されていてもよい。断路器１４は、電源異常時や、静止形開閉器１０の異常時等の場合に、架線２ａ，２ｂ、中セクション３を、静止形開閉器１０から遮断して、システムを保護する。

電車１００は、いずれかの架線２ａ，２ｂとレール４との間、または中セクション３とレール４との間で電流経路の一部を形成する。電流経路に流れる電流は、電車１００の電動機に供給され、電車はレール４上を走行することができる。

なお、静止形開閉器には、他の断路器を介して、架線２ａと中セクション３との間に接続される他の開閉器、および架線２ｂと中セクション３との間に接続される他の開閉器をさらに含むようにしてもよい（図示せず）。これらの開閉器や断路器は、たとえばサイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂが故障した場合のために予備で設けられる。予備の開閉器は、真空開閉器でもよいし、サイリスタスイッチでもよい。

後に詳述するように、電車１００がすべてのエアセクション５ａ，５ｂを通過した後でも、中セクション３とレール４との間に浮遊容量が存在する。そのため、中セクション３およびレール４とともに、浮遊容量を含む電流経路が形成される。本実施形態の静止形開閉器１０では、サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂには、浮遊容量を含む電流経路で電流が流れる。サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂに流れる電流がゼロクロスし、サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂを構成するすべてのサイリスタのラッチング電流の最小値に達する前に、静止形開閉器１０はゲート信号Ｇａ，Ｇｂを非アクティブとする。これにより、すべてのサイリスタをほぼ同時にオフすることができ、サイリスタスイッチを安全に遮断することができる。

図１の例では、電車１００は、右から左に走行するものとする。電車１００は、当初Ｂ電源１ｂの供給を受けて走行し、その後、Ａ電源１ａの供給を受けて走行する。電源は、電車１００が中セクション３を走行中に、Ｂ電源１ｂからＡ電源１ａに切り換えられる。

以下では、図１の例について説明するが、電車が左から右に走行する場合についても以下の説明を同様に適用することができる。すなわち、電車は、当初Ａ電源１ａの供給を受けて走行し、中セクション３でＡ電源１ａからＢ電源１ｂに切り換えられた電源の供給を受けて走行する。この場合には、電車がエアセクション５ｂを通過した後、制御装置２０は、サイリスタスイッチ１２ｂをオフする位相を決定する。

制御装置２０は、電車１００の位置の情報を受信して、電車１００の位置に応じたゲート信号Ｇａ，Ｇｂをサイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂのゲートに供給する。エアセクション５ｂよりも進行方向手前の位置１００ａでは、制御装置２０は、アクティブなゲート信号Ｇｂを生成し出力して、サイリスタスイッチ１２ｂをオンする。制御装置２０は、非アクティブなゲート信号Ｇａを生成し出力して、サイリスタスイッチ１２ａをオフする。この場合には、架線２ｂ、電車１００、およびレール４を含む電流経路が形成されている。

電車１００の位置１００ｂ，１００ｃは、エアセクション５ａ，５ｂの間の位置であり、電車１００は、Ｂ電源１ｂから電源供給されている中セクション３から電力の供給を受けて走行する。位置１００ｂは、位置１００ｃよりも、電車１００の進行方向手前の位置である。

電車１００が中セクション３の位置１００ｂを走行している場合には、制御装置２０は、アクティブなゲート信号Ｇｂの出力を継続し、非アクティブなゲート信号Ｇａの出力を継続する。そのため、サイリスタスイッチ１２ｂはオンであり、サイリスタスイッチ１２ａはオフである。この場合には、Ｂ電源１ｂ、サイリスタスイッチ１２ｂ、中セクション３、電車１００、およびレール４を含む電流経路が形成されている。

制御装置２０は、電車１００が中セクション３を走行中、所定の位置１００ｃを通過したことを検出すると、サイリスタスイッチ１２ｂをオフするように非アクティブなゲート信号Ｇｂを生成し出力する。制御装置２０は、所定の同時オフ期間経過後、サイリスタスイッチ１２ａをオンするようにアクティブなゲート信号Ｇａを生成し出力する。中セクション３には、サイリスタスイッチ１２ａを介してＡ電源１ａが供給される。この場合には、Ａ電源１ａ、サイリスタスイッチ１２ａ、中セクション３、電車１００、およびレール４を含む電流経路が形成されている。

制御装置２０は、電車１００が中セクション３を通過、つまりエアセクション５ａを通過したことを検出し所定の期間経過すると、非アクティブなゲート信号Ｇａを生成し出力して、サイリスタスイッチ１２ａをオフする。その後、制御装置２０は、所定の期間経過後に後続する電車のために、アクティブなゲート信号Ｇｂを生成し出力して、サイリスタスイッチ１２ｂをオンする。

電車１００がエアセクション５ａを通過し、位置１００ｄを走行する場合には、電車１００には、Ａ電源１ａが架線２ａを介して供給される。

本実施形態の静止形開閉器１０では、制御装置２０は、電車１００が中セクション３およびエアセクション５ａを通過した後に、サイリスタスイッチ１２ａをオフする位相をサイリスタスイッチ１２ａに流れる電流の位相にもとづいて決定する。より具体的には、制御装置２０は、Ａ電源１ａの電圧位相に対する、サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流の位相を求めて、サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流がサイリスタスイッチ１２ａのラッチング電流最小値に至る前に、すべてのサイリスタをオフさせるようにゲート信号を非アクティブにする。ここで、ラッチング電流最小値とは、サイリスタスイッチ１２ａを構成するサイリスタのラッチング電流のうちの最小値である。

図２は、実施形態の静止形開閉器の一部を例示するブロックである。
図２には、上述のようなゲート信号を生成する制御装置２０の具体的な構成例が示されている。
図２に示すように、制御装置２０は、ＡＮＤ回路２１と、位相検出器２２と、比較器２３と、ワンショット回路２４と、演算部２５～３０と、ゲート信号生成回路３１と、を含む。ゲート信号生成回路３１には、Ａ入指令が入力される。Ａ入指令は、前述の電車１００の位置にもとづいて、サイリスタスイッチ１２ａをオンさせるための指令である。ゲート信号生成回路３１に、Ａ入指令が入力されると、後述するオフタイミング信号ＯＦＦａが入力されるまでの期間において、ゲート信号Ｇａは、継続的にアクティブになる。

ＡＮＤ回路２１には、前述の電車１００の位置にもとづいて、サイリスタスイッチ１２ａをオフするためのＡ切指令が入力される。

位相検出器２２は、Ａ電源の電圧信号ｖａを入力して、電圧信号ｖａの位相ＴＨａを検出し出力する。位相ＴＨａのデータは、比較器２３に供給され、演算部２５～３０によって計算されたオフ位相ＴＨｏｆｆのデータと比較される。

演算部２５～３０は、Ａ電源１ａの電圧信号ｖａおよびＢ電源１ｂの電圧信号ｖｂを入力して、電圧信号ｖａを基準として、サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａの位相φａを演算し、位相φａに制御遅れ角αを加算して、オフ位相ＴＨｏｆｆとして出力する。なお、演算部２５～３０は、電流ｉａの振幅Ｉａも同時に演算することができる。

オフ位相ＴＨｏｆｆは、電流ｉａがゼロクロスした後、所定の制御遅れ角αを加算した位相に相当する。制御遅れ角αは、オフ位相ＴＨｏｆｆに対応する電流ｉａの瞬時値がラッチング電流最小値よりも小さくなるように設定する。

制御装置２０では、計測誤差等に伴う位相φａの演算誤差や、ゲート信号Ｇａ，Ｇｂの遅延時間を含む場合があるので、これらの誤差等を考慮して、上述のように制御遅れ角αを設定することが好ましい。たとえば、制御遅れ角αは、サイリスタスイッチ１２ａのオフ位相における電流ｉａの瞬時値がラッチング電流最小値の１／２程度となるように設定される。

比較器２３は、Ａ電源の電圧信号ｖａの位相ＴＨａとオフ位相ＴＨｏｆｆとを比較し、電圧信号の位相ＴＨａとオフ位相ＴＨｏｆｆとが一致したタイミングを決定する。そのタイミングで、ワンショット回路２４は、設定されたパルス幅のタイミング信号を生成する。

ＡＮＤ回路２１は、Ａ切指令とワンショット回路２４で生成されたタイミング信号との論理積によって、オフタイミング信号ＯＦＦａを出力する。

オフタイミング信号ＯＦＦａはゲート信号生成回路３１に入力され、ゲート信号Ｇａが非アクティブとなる。このタイミングは、サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａがゼロクロスした後、制御遅れ角α相当の位相に応じたタイミングである。このとき、電流（瞬時値）ｉａは、サイリスタスイッチ１２ａを構成するすべてのサイリスタのラッチング電流最小値よりも小さい値となるように設定されており、ゲート信号を非アクティブとすることによって、すべてのサイリスタがオフする。

演算部２５～３０の具体例について説明する。演算部２５は、係数器２５ａと、乗算器２５ｂと、演算器２５ｃと、を含む。演算部２５は、フーリエ変換を用いて、Ａ電源の電圧信号ｖａから基本波成分を抽出して、Ａ電源の振幅Ｖａを演算する。

演算部２５は、Ａ電源の電圧信号ｖａを入力して、電圧信号ｖａの基本波周波数成分の振幅（波高値）Ｖａを演算する。電圧信号ｖａは、係数器２５ａに入力される。係数器２５ａは、電圧信号ｖａの振幅を正規化して出力する。正規化された電圧信号は、乗算器２５ｂの一方の入力に供給される。乗算器２５ｂの他方の入力には、演算器２６ｅの出力が供給される。演算器２６ｅは、電圧信号ｖａの位相ＴＨａの正弦関数（ｓｉｎ）を演算して出力する。乗算器２５ｂは、乗算結果を演算器２５ｃに供給する。演算器２５ｃは、入力された信号の平均値を演算して直流量を出力する。

ここで、関数ｆ（ｘ）のフーリエ級数は、一般的に以下の式（１）によって定義されている。

ここで、ｎは次数である。

式（１）の各フーリエ係数は、以下の式（２）～（４）を用いて求められる。

式（２）～（４）において、ｃは、波形の直流成分のレベルを表し、ａ_ｎは、波形のｃｏｓ成分を表し、ｂ_ｎは、波形のｓｉｎ成分を表している。なお、この例では、直流成分はないので、ｃ＝０とする。また、この例では、電圧信号ｖａの基本波周波数成分の位相を基準とし、電圧信号ｖａと同相成分の係数ｂ_ｎについては、実数で表され、電圧信号ｖａの直交成分の係数ａ_ｎについては虚数で表されるものとする。

演算部２５においては、上述のフーリエ変換を用いて、電圧信号ｖａの基本波周波数成分の振幅Ｖａを求める。すなわち、式（４）において、ｎ＝１の場合に該当し、振幅Ｖａは、電圧信号ｖａと同相成分のみからなるため、ｓｉｎ成分（実数）を以下の式（５）によって求めることができる。

ここで、ωｔは基本波周波数成分の位相であり、図２に示すＴＨａに該当する。

演算器２５ｃは、積分演算（式（５））を平均演算によって実行する。なお、平均演算はローパスフィルタによる平滑化としてもよい。

演算部２６は、係数器２６ａと、加減算器２６ｂと、乗算器２６ｃ，２６ｇと、演算器２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｈと、を含む。演算部２６は、フーリエ変換を用いて、Ａ電源の電圧信号ｖａおよびＢ電源の電圧信号ｖｂにもとづいて、Ａ電源とＢ電源の電圧差の信号ｖｂａ（＝ｖｂ－ｖａ）の実部および虚部の基本波周波数成分の振幅（波高値）Ｖｂａｓ，Ｖｂａｃを演算する。

演算部２６では、Ｂ電源の電圧信号ｖｂが係数器２６ａに入力される。係数器２６ａは、電圧信号ｖｂの振幅を正規化して出力する。正規化された電圧信号は、加減算器２６ｂの一方の入力（加算入力）に供給される。加減算器２６ｂの他方の入力（減算入力）には、正規化された電圧信号ｖａが入力される。加減算器２６ｂは、２つの電圧信号の差をとって差電圧信号ｖｂａを出力し、差電圧信号ｖｂａを乗算器２６ｃの一方の入力に供給する。乗算器２６ｃの他方の入力には、正弦関数である演算器２６ｅの出力が供給される。乗算器２６ｃは、差電圧信号ｖｂａに電圧信号ｖａの位相ＴＨａの正弦関数（ｓｉｎ）を乗じて出力する。乗算器２６ｃの出力は演算器２６ｄに入力され、演算器２６ｄは、乗算器２６ｃの平均を演算し、差電圧信号ｖｂａの実部の振幅Ｖｂａｓとして出力する。

加減算器２６ｂは、差電圧信号ｖｂａを、乗算器２６ｇの一方の入力にも供給する。乗算器２６ｇの他方の入力には、電圧信号ｖａの位相ＴＨａの余弦関数（ｃｏｓ）を乗じて出力する。位相ＴＨａの余弦関数は、演算器２６ｆによって演算される。乗算器２６ｇの出力は、演算器２６ｈに供給され、演算器２６ｈは、乗算器２６ｇの出力の平均を演算し、差電圧信号ｖｂａの虚数部の振幅Ｖｂａｃとして出力する。

演算部２６においては、上述のフーリエ変換を用いて、電圧信号ｖａの基本波周波数成分の位相を基準にして、差電圧信号ｖｂａの振幅Ｖｂａｓ，Ｖｂａｃを求める。振幅Ｖｂａｓは、電圧信号ｖａの同相成分振幅である実数部として求められる。振幅Ｖｂａｓは式（６）によって求められる。

演算器２６ｄは、積分演算を平均演算によって実行する。なお、平均演算はローパスフィルタによる平滑化としてもよい。

振幅Ｖｂａｃは、電圧信号ｖａの直交成分である虚数部として求められる。振幅Ｖｂａｃは式（７）よって求められる。

演算器２６ｈは、積分演算を平均演算によって実行する。なお、平均演算はローパスフィルタによる平滑化としてもよい。

演算部２７は、電圧信号ｖａの基本波周波数成分の振幅Ｖａを入力して、所定の演算を実行する。所定の演算は、入力値に、あらかじめ設定された定数ω０×Ｃｎを乗ずる係数演算である。ここで、ω０は、電圧信号ｖａ，ｖｂの基本波角周波数である。Ｃｎは、中セクション３とレール４間の浮遊容量の静電容量値である。静電容量値Ｃｎは、たとえば、実地で取得されたデータ、または実地で取得されたデータにもとづいてシミュレーション等を行うことによって得られた推定値をあらかじめ設定する。ω０×Ｃｎは、中セクション３とレール４間静電容量Ｃｎにもとづくサセプタンスである。

演算部２７は、電圧信号ｖａの基本波周波数成分の振幅（波高値）Ｖａを入力して、中セクション３とレール４間の静電容量Ｃｎに流れる電流の振幅（波高値）Ｉｎを出力する。

浮遊容量に流れる電流を、静電容量Ｃｎにもとづくサセプタンスによって表すと、以下の式（８）、（８’）のようになる。以下では、複素電流および複素電圧（いずれもベクトル量）については、＜Ｉｘｘ＞および＜Ｖｙｙ＞のようにそれぞれ表すこととする。また、jは虚数単位である。

ｉｎ＝ｊ×ω０×Ｃｎ×ｖａ（８）
＜Ｉｎ＞＝ｊ×ω０×Ｃｎ×Ｖａ＝ｊ×Ｉｎ（８’）

つまり、電流ｉｎは、電圧信号ｖａに対して９０°進み位相であることを意味する。

演算部２８は、差電圧信号ｖｂａのｓｉｎ波成分（電圧信号ｖａと同相成分）の基本波周波数成分の振幅Ｖｂａｓおよびｃｏｓ波成分（電圧信号ｖａと直交成分）の基本波周波数成分の振幅Ｖｂａｃをそれぞれ入力して、所定の定数を乗ずる演算器２８ａ，２８ｂを含む。演算器２８ａは、定数ω０×Ｃｓを有し、演算器２８ｂは、定数ω０×Ｃｓを有する。ここで、Ｃｓは、サイリスタスイッチ１２ｂに並列に接続されたスナバ回路のコンデンサの静電容量値である。つまり、ω０×Ｃｓは、スナバコンデンサのサセプタンスである。

演算部２８は、電圧信号ｖｂａのｓｉｎ波成分の基本波周波数成分の振幅Ｖｂａｓおよびｃｏｓ波成分の基本波周波数成分の振幅Ｖｂａｃをそれぞれ入力して、スナバ回路のコンデンサに流れる電流の実部および虚部のそれぞれの振幅（波高値）Ｉｂｓ，Ｉｂｃを出力する。

スナバコンデンサに流れる電流（瞬時値）ｉｂは、ｉｂ＝ｊ×ω０×Ｃｓ×（ｖｂ－ｖａ）であり、（ｖｂ－ｖａ）の複素電圧＜Ｖｂａ＞は、以下の式（９）で表される。

＜Ｖｂａ＞＝Ｖｂａｓ＋ｊ×Ｖｂａｃ（９）

したがって、スナバコンデンサに流れる電流を複素電流＜Ｉｂ＞で表すと、以下の式（１０）ようになる。

＜Ｉｂ＞＝ｊ×ω０×Ｃｓ×＜Ｖｂａ＞
＝ｊ×ω０×Ｃｓ×（Ｖｂａｓ＋ｊ×Ｖｂａｃ）
＝ｊ×ω０×Ｃｓ×Ｖｂａｓ－ω０×Ｃｓ×Ｖｂａｃ
＝ｊ×Ｉｂｓ－Ｉｂｃ（１０）
式（１０）右辺のＩｂｓは演算器２８ａの出力、Ｉｂｃは演算器２８ｂの出力である。

演算部２９は、演算器２９ａを含む。演算器２９ａは、電流の振幅Ｉｎ，Ｉｂｓ，Ｉｂｃにもとづいて、電圧信号ｖａに対する電流ｉａの位相φａを演算する。演算部２９の演算式は、以下のとおりである。演算部２９では、同時に電流ｉａの振幅（波高値）も演算して出力することができる。

サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流を複素電流＜Ｉａ＞で表すと、図４より、＜Ｉａ＞＝＜Ｉｎ＞－＜Ｉｂ＞である。式（８’）、（１０）より、複素電流＜Ｉａ＞の実部は、Ｉｂｃであり、虚部は、Ｉｎ－Ｉｂｓとなる。したがって、電流ｉａの位相φａは、電圧信号ｖａを基準として、以下の式（１１）のように表される。

なお、電流ｉａの振幅は、以下の式（１２）によって求めることができる。

演算部２９で演算された位相φａのデータは、演算部３０に供給される。演算部３０は、位相φａにもとづいて、サイリスタスイッチ１２ａをオフさせる位相を演算する。サイリスタスイッチ１２ａのオフ位相ＴＨｏｆｆは電流ｉａがゼロになる位相、すなわちφａに制御遅れ角αを加算して演算される。

本実施形態の静止形開閉器１０の動作について動作原理とともに説明する。
まず、静止形開閉器１０のサイリスタスイッチ１２ａを構成するそれぞれのサイリスタが異なるラッチング電流を有することによって、１つのサイリスタが他のサイリスタよりも先にオフし得ることについて説明する。

図３は、静止形開閉器の動作を説明するための模式的な回路図である。
図３の上段および下段のいずれの図においても、電車は、右から左に走行しており、中セクション３およびエアセクション５ａを通過したものとする（図１も参照）。図３の上段の図は、電車１００が中セクション３およびエアセクション５ａを通過した直後であり、走行方向前方のサイリスタスイッチ１２ａがオン、走行方向後方のサイリスタスイッチ１２ｂがオフの状態を示している。図３の下段の図は、電車がエアセクション５ａを通過した後、サイリスタスイッチ１２ａをオフする過程を示している。なお、図３では、オンしているサイリスタを黒塗りで表し、オフしているサイリスタを白抜きで表している。

サイリスタスイッチ１２ａは、サイリスタ１１２ａ１１，１１２ａ１２，…，１１２ａ１ｎ、および、サイリスタ１１２ａ２１，１１２ａ２２，…，１１２ａ２ｎを含んでいる。ここでは、ｎは３以上の自然数である。サイリスタ１１２ａ１１およびサイリスタ１１２ａ２１は逆並列に接続されている。サイリスタ１１２ａ１２およびサイリスタ１１２ａ２２は逆並列に接続されている。同様に、サイリスタ１１２ａ１ｎおよびサイリスタ１１２ａ２ｎは逆並列に接続されている。サイリスタが逆並列に接続されるとは、一方のサイリスタのアノード端子に他方のサイリスタのカソード端子が接続され、一方のサイリスタのカソード端子に他方のサイリスタのアノード端子が接続されていることをいう。サイリスタスイッチ１２ａでは、逆並列に接続されたサイリスタの組は、直列に接続されている。サイリスタスイッチ１２ａは、逆並列接続されたサイリスタの組がｎ組直列接続された回路である。直列接続する組の数は、サイリスタの耐圧およびＡ電源１ａ、Ｂ電源１ｂの電圧値等によって適切に選定される。上述では、ｎが３以上の自然数としたがｎは２以上であればよい。

スナバ回路１３ａはｎ個のスナバ回路１１３ａ１，１１３ａ２，…，１１３ａｎを含んでいる。スナバ回路１１３ａ１は、逆並列に接続されたサイリスタ１１２ａ１１，１１２ａ２１の両端に接続されている。スナバ回路１１３ａ２は、逆並列に接続されたサイリスタ１１２ａ２１，１１２ａ２２の両端に接続されている。同様に、スナバ回路１１３ａｎは、逆並列に接続されたサイリスタ１１２ａ１ｎ，１１２ａ２ｎの両端に接続されている。

スナバ回路１１３ａ１は、スナバコンデンサ１１３ａ１１と抵抗器１１３ａ１２とを含み、スナバコンデンサ１１３ａ１１および抵抗器１１３ａ１２は直列に接続されている。スナバ回路１１３ａ２は、スナバコンデンサ１１３ａ２１と抵抗器１１３ａ２２とを含み、スナバコンデンサ１１３ａ２１および抵抗器１１３ａ２２は直列に接続されている。同様に、スナバ回路１３ａｎは、スナバコンデンサ１１３ａｎ１と抵抗器１１３ａｎ２とを含み、スナバコンデンサ１１３ａｎ１および抵抗器１１３ａｎ２は直列に接続されている。

サイリスタスイッチ１２ｂは、サイリスタスイッチ１２ａと同様の構成を有する。すなわち、サイリスタスイッチ１２ｂは、ｎ組の逆並列に接続されたサイリスタの組を含み、サイリスタの組は直列に接続されている。サイリスタの組は、サイリスタ１１２ｂ１１，１１２ｂ２１の組、サイリスタ１１２ｂ１２，１１２ｂ２２の組、およびサイリスタ１１２ｂ１ｎ，１１２ｂ２ｎの組である。

スナバ回路１３ｂの構成もスナバ回路１３ａの場合と同様である。すなわち、スナバ回路１３ｂは、直列に接続された複数のスナバ回路１１３ｂ１，１１３ｂ２，…，１１３ｂｎを含む。スナバ回路１１３ｂ１は、直列接続されたスナバコンデンサ１１３ｂ１１と抵抗器１１３ｂ２１とを含み、逆並列接続されたサイリスタ１１２ｂ１１，１１２ｂ２１の両端に接続されている。スナバ回路１１３ｂ２は、直列接続されたスナバコンデンサ１１３ｂ２１と抵抗器１１３ｂ２２とを含み、逆並列接続されたサイリスタ１１２ｂ１２，１１２ｂ２２の両端に接続されている。同様に、スナバ回路１１３ｂｎは、直列接続されたスナバコンデンサ１１３ｂｎ１と抵抗器１１３ｂｎ２とを含み、逆並列接続されたサイリスタ１１２ｂ１ｎ，１１２ｂ２ｎの両端に接続されている。

図３の上段の図に示すように、電車が中セクション３およびエアセクション５ａを通過した直後には、制御装置２０は、アクティブなゲート信号Ｇａを出力し、サイリスタスイッチ１２ａのオン状態を継続させており、サイリスタスイッチ１２ａを構成するすべてのサイリスタ１１２ａ１１～１１２ａ２ｎがオン状態である。制御装置２０は、非アクティブなゲート信号Ｇｂを出力し、サイリスタスイッチ１２ｂのオフ状態を継続させており、サイリスタスイッチ１２ｂを構成するすべてのサイリスタ１１２ｂ１１～１１２ｂ２ｎはオフ状態である。

中セクション３とレール４との間には、静電容量値Ｃｎを有する浮遊容量２００が形成されている。そのため、Ａ電源１ａ、サイリスタスイッチ１２ａ、浮遊容量２００、レール４を含む電流経路が形成されている。サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａは、この電流経路を流れる。

また、Ａ電源１ａとＢ電源１ｂの位相は一般的に異なるので、Ａ電源１ａとＢ電源１ｂとの間には、電流が流れ得る。サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂを構成する各サイリスタの両端には、ｄｖ／ｄｔの抑制等のためにスナバ回路１１３ａ１～１１３ｂｎが接続されている。サイリスタスイッチ１２ｂはオフしているため、スナバ回路１３ｂの流れる電流ｉｂは、中セクション３、スナバコンデンサ１１３ｂ１１～１１３ｂｎ１、抵抗器１１３ｂ１２～１１３ｂｎ２、Ｂ電源１ｂ、およびレール４を含む電流経路を流れる。ここで、スナバコンデンサのインピーダンスは抵抗器の抵抗値に比較して充分大きく、抵抗は無視でき、スナバ電流はスナバコンデンサの静電容量でほぼ決定される。

以上より、サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａは、静電容量Ｃｎを流れる電流ｉｎと、スナバ回路１３ｂを流れる電流ｉｂとの合成に等しい。

サイリスタスイッチ１２ａは、サイリスタ１１２ａ１１～１１２ａ１ｎ，１１２ａ２１～１１２ａ２ｎがそれぞれ多段に直列接続されている。サイリスタスイッチ１２ｂも、サイリスタ１１２ｂ１１～１１２ｂ１ｎ，１１２ｂ２１～１１２ｂ２ｎがそれぞれ多段に直列接続されている。サイリスタ１１２ａ１１～１１２ａ１ｎ，１１２ａ２１～１１２ａ２ｎは、それぞれ異なるラッチング電流を有する可能性がある。サイリスタ１１２ｂ１１～１１２ｂ１ｎ，１１２ｂ２１～１１２ｂ２ｎについても、それぞれ異なるラッチング電流を有し得る。

ラッチング電流とは、アクティブなゲート信号を与えられたサイリスタが、ゲート信号を非アクティブとしてもオン状態を継続できる電流をいう。換言すると、アクティブなゲート信号を与えた後、そのサイリスタに流れる電流がそのサイリスタのラッチング電流に達する前にゲート信号を非アクティブとした場合には、そのサイリスタはオン状態を維持できず、オフする。ラッチング電流は、サイリスタごとに異なる値を有する。そのため、同一のアクティブなゲート信号を与えた多段直列接続のサイリスタに対してゲート信号を非アクティブとすると、サイリスタごとのラッチング電流のばらつきによって、オフするサイリスタとオン状態を継続するサイリスタとが混在することがある。なお、サイリスタのラッチング現象は、サイリスタスイッチに流れる電流は交流であるため、電流のゼロクロスが発生し、電流が反転した直後に発生しやすい現象である。

図３の下段の図には、サイリスタスイッチ１２ａへのゲート信号Ｇａを非アクティブとした場合に、ラッチング電流のばらつきによって、サイリスタ１１２ａ１２がオフし、他のサイリスタ１１２ａ１１，…，１１２ａ１ｎがオン状態を保持した状況が示されている。なお、逆並列に接続されたサイリスタ１１２ａ２１～１１２ａ２ｎは、この期間ではオフしている。サイリスタ１１２ａ１２のラッチング電流値ＩＬ２は、他のサイリスタ１１２ａ１１，…，１１２ａ１ｎのラッチング電流ＩＬ１よりも大きい。そして、ゲート信号Ｇａが非アクティブになる位相は、サイリスタ１１２ａ１２のラッチング電流値ＩＬ２と、他のサイリスタ１１２ａ１１，…，１１２ａ１ｎのラッチング電流値ＩＬ１との間の電流値に応じた位相に相当する。

図３の下段の図に示すように、サイリスタ１１２ａ１２がオフした場合には、Ａ電源１ａによってサイリスタスイッチ１２ａの両端に電圧が印加され続けるため、Ａ電源１ａ、サイリスタ１１２ａ１１、スナバ回路１１３ａ２、サイリスタ１１２ａ１ｎ、中セクション３、浮遊容量２００、およびレール４を介して電流が流れ得る。また、サイリスタスイッチ１２ｂのスナバ回路１３ｂを含む電流経路は、維持される。

この図のように、サイリスタスイッチ１２ａのうち１つのサイリスタがオフした場合には、オフしたサイリスタ１１２ａ１２に印加される電圧は、Ａ電源１ａの電圧ｖａと中セクション電圧ｖｎとの電位差となる。中セクション電圧ｖｎは、中セクション３とレール４との間の電圧である。この電位差が、オフしたサイリスタ１１２ａ１２の耐圧を超えた場合には、そのサイリスタ１１２ａ１２は過電圧破壊するおそれがある。

次に、実施形態の静止形開閉器の動作原理を各電圧および電流のベクトルを用いて説明する。
図４（ａ）は、静止形開閉器の動作を説明するための簡略化された回路図である。図４（ｂ）は、静止形開閉器の動作を説明するためのベクトル図である。
図４（ａ）は、設定した各電圧信号および電流信号の定義を示している。図４（ａ）で定義した各電圧信号および電流信号をベクトル図にしたものが図４（ｂ）である。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、Ａ電源１ａの電圧信号ｖａを基準とすると、Ｂ電源１ｂは、Ａ電源１ａの位相とは異なる位相θｂを有する。この例では、θｂは、Ａ電源１ａの位相から９０°程度の遅れ位相とされているが任意に設定されてよい。Ａ電源１ａとＢ電源１ｂ間の電圧差ｖｂａは次の式（１３）のように表される。

ｖｂａ＝ｖｂ－ｖａ（１３）

中セクション３の浮遊容量２００に流れる電流ｉｎは、Ａ電源１ａの電圧信号ｖａから９０°進んだ位相を有する。

Ｂ電源１ｂ側のスナバ回路１３ｂのコンデンサ１１３ｂに流れる電流ｉｂは、電圧差ｖｂａから９０°進んだ位相を有する。ここで、スナバコンデンサのインピーダンスは抵抗器の抵抗値に比較して充分大きく、抵抗は無視でき、スナバ電流はスナバコンデンサの静電容量でほぼ決定されるものとする。

サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａは、浮遊容量に流れる電流ｉｎと、コンデンサに流れる電流－ｉｂとの合成である。したがって、電流ｉａは、電圧信号ｖａからφａ進んだ位相を有する。

本実施形態の静止形開閉器１０では、電圧信号ｖａ，ｖｂから、サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａのｖａに対する位相φａを求める。静止形開閉器１０は、電流ｉａがゼロクロスする位相φａにもとづいて、ゲート信号Ｇａを非アクティブにする位相を計算する。本実施形態の場合には、上述の電圧信号ｖａ，ｖｂをフーリエ変換によって、基本波周波数成分の振幅を求めることによって演算する。

再度図２を参照して、一連の演算の手順を説明すると、以下のとおりである。
演算部２５は、電圧信号ｖａをフーリエ変換して振幅Ｖａを求める。なお、電圧信号ｖａを基準とするため、虚部に対応するｃｏｓ部はゼロとする。

演算部２６は、差電圧信号ｖｂａをフーリエ変換して振幅Ｖｂａｓ，Ｖｂａｃを求める。振幅Ｖｂａｓは差電圧信号ｖｂａの実部に対応するｓｉｎ部であり、振幅Ｖｂａｃは差電圧信号ｖｂａの虚部に対応するｃｏｓ部である。

演算部２７は、電圧信号ｖａの振幅Ｖａおよび浮遊容量のサセプタンスから、式（８）を用いて浮遊容量２００に流れる電流Ｉｎを求める。

演算部２８は、差電圧信号の振幅Ｖｂａｓ，Ｖｂａｃおよびスナバ回路１３ｂのコンデンサ１１３ｂのサセプタンスから、スナバコンデンサに流れる電流成分Ｉｂｓ，Ｉｂｃを求める。

演算部２９は、各電流Ｉｎ，Ｉｂｓ，Ｉｂｃから、式（１１）を用いて、サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａの位相φａを求める。

演算部３０は、位相φａにもとづいて、ゲート信号Ｇａを非アクティブにする位相であるオフ位相ＴＨｏｆｆを演算する。

制御装置２０は、Ａ切指令およびオフ位相ＴＨｏｆｆにもとづいて、非アクティブなゲート信号Ｇａを出力し、サイリスタスイッチ１２ａをオフする。

ゲート信号Ｇａを非アクティブにする位相は、電流ｉａのゼロクロス位相φａに制御遅れ角α相当の位相を付加したオフ位相ＴＨｏｆｆである。オフ位相ＴＨｏｆｆにおける電流ｉａの瞬時値はＩａ・ｓｉｎ（α）として求められ、サイリスタスイッチ１２ａを構成するすべてのサイリスタのラッチング電流よりも低い値となるように選ばれる。

本実施形態の静止形開閉器１０効果について説明する。
電車１００が中セクション３およびエアセクション５ａを通過後には、電車１００は、サイリスタスイッチ１２ａの負荷とはなり得ない。したがって、サイリスタスイッチ１２ａは無負荷となって、電流ｉａは流れないとも考えられる。しかし、発明者らは、中セクション３とレール４との間に浮遊容量２００が存在し、この浮遊容量２００がサイリスタスイッチ１２ａの負荷となり、電車１００通過後のサイリスタスイッチ１２ａのオフのタイミングを適切に設定すべきことを見出した。

本実施形態の静止形開閉器１０では、供給されるＡ電源１ａおよびＢ電源１ｂの電圧信号ｖａ，ｖｂにもとづいて、電圧信号ｖａを基準とする電流ｉａの位相φａを求める。電圧信号ｖａの位相０°からφａ進んだ位相は、電流ｉａがゼロクロスする位相である。そのため、位相φａに適切に設定された制御遅れ角αを加えた位相で、ゲート信号を非アクティブにすることによって、サイリスタスイッチ１２ａを構成するすべてのサイリスタのラッチング電流よりも低い電流でゲート信号を非アクティブとすることができる。したがって、サイリスタスイッチ１２ａを構成するすべてのサイリスタを同時にオフすることができるので、静止形開閉器１０を安全に動作させることができる。

（第２の実施形態）
サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａの位相φａを考慮したゲート信号のオフ位相決定方法は、上述の制御装置２０の構成に限らず、他の構成で実現することもできる。
図５は、本実施形態の静止形開閉器の一部を例示するブロック図である。
この実施形態の場合には、電圧信号ｖａ，ｖｂの位相を調整した信号にもとづいて、サイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａを求める。

図５に示すように、制御装置１２０は、演算部１２５～１３０を含む。演算部１２５は、演算器１２５ａ，１２５ｃと係数器１２５ｂ，１２５ｄとを含む。演算器１２５ａは、Ａ電源１ａの電圧信号ｖａを入力して、基本波周波数において９０°遅れの信号を出力する。この信号を生成する方法として、無駄時間演算、ローパスフィルタ等があるが、その他の手段でも構わない。係数器１２５ｂは、９０°遅延演算によって低下した振幅を適切なレベルに調整するとともに正規化し、符号を反転する（×－Ｋ）。

演算器１２５ａ及び係数器１２５ｂは、９０°遅延演算を行い、符号を反転することによって、電圧信号ｖａから９０°位相が進んだ電圧信号（ｊ×ｖａ）を演算して出力する。

演算器１２５ｃは、Ｂ電源１ｂの電圧信号ｖｂを入力して、基本波周波数において９０°遅れの信号を出力する。係数器１２５ｄは、一次遅れ演算によって低下した振幅を適切なレベルに調整するとともに正規化し、符号を反転する。

演算器１２５ｃ及び係数器１２５ｄは、９０°遅延演算を行い、符号を反転することによって、電圧信号ｖｂから９０°位相が進んだ電圧信号（ｊ×ｖｂ）を演算して出力する。

演算部１２７は、係数器１２７ａを含む。演算部１２７は、係数器１２７ａによって、電圧信号（ｊ×ｖａ）に浮遊容量２００の静電容量値Ｃｎにもとづくサセプタンスを乗じて、浮遊容量２００に流れる電流ｉｎを計算する。

演算部１２８は、加減算器１２８ａと係数器１２８ｂとを含む。演算部１２８は、加減算器１２８ａで（ｊ×ｖｂ－ｊ×ｖａ）を計算し、係数器１２８ｂでスナバ回路１３ｂのコンデンサ１１３ｂの容量値Ｃｓにもとづくサセプタンスを乗じて、コンデンサ１１３ｂに流れる電流ｉｂを計算する。

演算部１２９は、加減算器１２９ａを含む。演算部１２９では、加減算器１２９ａによって、ｉａ＝ｉｎ－ｉｂを計算する。一連の演算処理の結果として得られるｉａは、瞬時値としてサイリスタスイッチ１２ａに流れる電流ｉａと一致する。

演算部１３０は、ゼロクロス検出器１３０ａと遅延回路１３０ｂとを含む。加減算器１２９ａの出力は、ゼロクロス検出器１３０ａに供給される。ゼロクロス検出器１３０ａは、電流ｉａの瞬時値のデータを順次入力して、ゼロクロスするタイミングを検出する。ゼロクロス検出器１３０ａの出力は、遅延回路１３０ｂに供給される。遅延回路１３０ｂは、電流ｉａのゼロクロスタイミング信号を制御遅れ角αに相当する時間を遅延させて出力する。制御遅れ角αに相当する時間は、サイリスタスイッチ１２ａのオフ位相に対応する電流ｉａの瞬時値がラッチング電流の最小値よりも小さくなるように設定する。制御遅れ角αに相当する時間を設定することによって、電圧信号ｖａ，ｖｂ等の計測誤差等により、演算された電流ｉａのゼロクロスのタイミングに誤差等を生じた場合であっても、誤差等を打ち消して確実にオフタイミングを設定することができる。

ＡＮＤ回路２１は、Ａ切指令と遅延回路１３０ｂから出力されたタイミング信号との論理積によって、オフタイミング信号ＯＦＦａを出力する。オフタイミング信号ＯＦＦａはゲート信号生成回路３１に入力され、ゲート信号Ｇａが非アクティブとなる。

このように、本実施形態では、電圧信号ｖａ，ｖｂの瞬時値信号をそのまま用いて、オフタイミング信号を生成することができる。制御装置２０，１２０の他の設定に応じて、上述した他の実施形態の場合と本実施形態の場合とを適切に選択して実装することができる。

以上説明した実施形態によれば、安全にサイリスタをオフさせることができる静止形開閉器を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１変圧器、１ａＡ電源、１ｂＢ電源、２ａ，２ｂ架線、３中セクションの架線、５ａ，５ｂエアセクション、６ａ，６ｂき電遮断器、１０静止形開閉器、１２ａ，１２ｂサイリスタスイッチ、１３ａ，１３ｂスナバ回路、１４断路器、２０制御装置、２１ＡＮＤ回路、２２位相検出器、２３比較器、２４ワンショット回路、２５～３０演算部、３１ゲート信号生成回路、１００電車、１１２ａ１１～１１２ａ２ｎ，１１２ｂ１１～１１２ｂ２ｎサイリスタ、１１３ａ１１～１１３ａｎ１，１１３ｂ１１～１１３ｂｎ１スナバコンデンサ、１２５～１３０演算部

Claims

第１単相交流電源をしゃ断する第１エアセクションと第２単相交流電源をしゃ断する第２エアセクションとの間に設けられた中セクションの架線から給電される場合に、前記第１単相交流電源および前記第２単相交流電源間で電車への給電を切り換える静止形開閉器であって、
複数の第１サイリスタが直列接続され、前記第１単相交流電源と前記中セクションの架線との間に接続された第１サイリスタスイッチと、
複数の第２サイリスタが直列接続され、前記第２単相交流電源と前記中セクションの架線との間に接続された第２サイリスタスイッチと、
電車が前記中セクションの架線から給電されて走行するときに前記第１サイリスタスイッチおよび前記第２サイリスタスイッチの開閉を切り換える制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電車が前記第１エアセクションおよび前記第２エアセクションのいずれも通過した後に、前記第１サイリスタスイッチまたは前記第２サイリスタスイッチをオフする場合に、
前記中セクションの架線と電流帰還経路との間に存在している静電容量に流れる第１電流にもとづいて、前記第１サイリスタスイッチまたは前記第２サイリスタスイッチに流れる第２電流の位相を演算し、前記第２電流の瞬時値が前記複数の第１サイリスタおよび前記複数の第２サイリスタのそれぞれが有するいずれのラッチング電流よりも小さいときにゲート信号をオフする静止形開閉器。
前記第１サイリスタスイッチに接続された第１スナバ回路と、
前記第２サイリスタスイッチに接続された第２スナバ回路と、
をさらに備え、
前記第２電流は、
オン状態の前記第１サイリスタスイッチをオフする場合には、前記第２スナバ回路を流れる電流を含み、
オン状態の前記第２サイリスタスイッチをオフする場合には、前記第１スナバ回路を流れる電流を含む請求項１記載の静止形開閉器。
前記制御装置は、前記第２電流の瞬時値がゼロとなる位相を演算し、前記位相に制御遅れ角を加算した位相で、前記ゲート信号をオフする請求項１または２に記載の静止形開閉器。
前記制御装置は、
前記第１単相交流電源および前記第２単相交流電源それぞれのフーリエ変換にもとづいて、前記位相を演算する請求項３記載の静止形開閉器。
前記制御装置は、前記第２電流の瞬時値がゼロとなるタイミングを演算し、前記タイミングに制御遅れ角に相当する遅れ時間を加算して、前記ゲート信号をオフする請求項１または２に記載の静止形開閉器。
前記制御装置は、
前記第１単相交流電源および前記第２単相交流電源それぞれの瞬時値にもとづいて、前記タイミングを演算する請求項５記載の静止形開閉器。