JP7241966B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

電気鉄道車両には、架線を介して変電所から供給された電力を所望の直流電力または交流電力に変換し、変換した直流電力または交流電力を負荷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、それぞれが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２つの電力変換部と、それぞれが対応する電力変換部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２つのフィルタコンデンサと、を備える。この電力変換装置はさらに、２つの電力変換部を、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接触器と、を備える。

特開２０１７－２２１０５８号公報

特許文献１に開示される電力変換装置の電力変換部は二重化されている。詳細には、一方の電力変換部は稼動系に設定され、他方の電力変換部は待機系に設定されている。具体的には、この電力変換装置は、稼動系に設定された電力変換部のスイッチング素子を制御して、稼動系に設定された電力変換部を動作させて、直流電力から交流電力への電力変換を行う。稼動系に設定された電力変換部の故障が生じた場合は、待機系に設定されていた電力変換部を動作させることで、電力変換装置は電力変換の処理を継続することが可能となる。

しかしながら、この電力変換装置において、電力変換部は二重化されているのに対し、接触器は１つしか設けられていない。このため、接触器が故障してしまうと、電力変換装置は電力変換の処理を継続することができない。換言すれば、この電力変換装置の冗長性は十分ではない。

本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、冗長性の高い電力変換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、本開示の電力変換装置は、複数の電力変換ユニットと、接触器制御部と、センサ部と、を備える。複数の電力変換ユニットはそれぞれ、電力変換部と、接触器と、ユニット制御部と、を有する。電力変換部は、電源から供給される電力を負荷に供給するための電力に変換し、変換した電力を負荷に供給する。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。ユニット制御部は、電力変換部が有するスイッチング素子を制御する。また複数の電力変換ユニットは、電源に共通に接続される。接触器制御部は、複数の電力変換ユニットのそれぞれが有する接触器を投入または開放する。センサ部は、複数の電力変換ユニットのそれぞれが有する電力変換部の入力電流の値および出力電流の値の少なくともいずれかを測定し、電力変換部の入力電流および出力電流の少なくともいずれかの測定値を出力する。ユニット制御部は互いに伝送線で接続される。ユニット制御部は、制御対象である電力変換部の入力電流および出力電流の少なくともいずれかの測定値、ならびに、制御対象である電力変換部に対応する接触器が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニットの故障の有無を判別し、判別結果を他のユニット制御部に送る。

本開示に係る電力変換装置は、それぞれが電力変換部と接触器とを有し、電源に共通に接続される複数の電力変換ユニットを備えるため、冗長性の高い電力変換装置を提供することが可能となる。

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に係る入力電流センサの斜視図 実施の形態１に係る入力電流センサの断面図 実施の形態１に係るユニット制御部間の通信を示すシーケンス図 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に係るユニット制御部間の通信を示すシーケンス図 実施の形態３に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態３に係る入力電流センサの斜視図 実施の形態４に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態４に係る出力電流センサの斜視図 実施の形態４に係る出力電流センサの断面図 実施の形態５に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態５に係る出力電流センサの斜視図

以下、本開示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）
車両に搭載される電力変換装置、詳細には、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を例にして、実施の形態１に係る電力変換装置１について説明する。図１に示す電力変換装置１は、電源から供給された直流電力を、負荷に供給するための電力に変換し、負荷に供給する。なお実施の形態１では、架線５１を介して変電所から電力を取得する集電装置５２が電源に相当する。集電装置５２は、例えば、パンタグラフである。また電力変換装置１から電力の供給を受けて駆動し、電気鉄道車両の推進力を生じさせる電動機５３が負荷に相当する。なお電動機５３は、例えば、三相誘導電動機である。詳細には、電力変換装置１は、集電装置５２から供給された直流電力を、電動機５３に供給するための電力、例えば三相交流電力に変換して、三相交流電力を電動機５３に供給する。

電力変換装置１は、冗長性を高めるために、複数の電力変換ユニット１０，２０を備える。電力変換ユニット１０，２０の一方は稼動系に設定され、電力変換ユニット１０，２０の他方は待機系に設定される。なお電力変換ユニット１０，２０は、集電装置５２に共通に接続される。また電力変換ユニット１０，２０は、後述する切替器３１を介して、電動機５３に共通に接続される。

例えば、電力変換ユニット１０が稼動系に設定され、電力変換ユニット２０が待機系に設定される。この場合、電力変換ユニット１０は、集電装置５２から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、電動機５３に供給する。なお電力変換ユニット１０が電力変換の処理を行っている間、電力変換ユニット２０は電力変換の処理を行わない。また電力変換ユニット１０の故障が生じると、電力変換ユニット２０が稼動系に設定されて、電力変換ユニット２０が電力変換の処理を開始する。詳細には、電力変換ユニット２０は、集電装置５２から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機５３に供給する。

電力変換装置１の構成について以下に説明する。電力変換装置１は、集電装置５２に接続される正極入力端子１ａと、接地される負極入力端子１ｂと、を備える。なお電力変換ユニット１０，２０は、正極入力端子１ａを介して集電装置５２から直流電力の供給を受け、直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機５３に供給する。

電力変換ユニット１０は、集電装置５２から一次端子を介して供給される直流電力を電動機５３に供給するための三相交流電力に変換し、三相交流電力を二次端子から電動機５３に供給する電力変換部１１と、電力変換部１１を集電装置５２に電気的に接続し、または集電装置５２から電気的に切り離す接触器ＭＣ１と、電力変換部１１が有するスイッチング素子を制御するユニット制御部１２と、を備える。

さらに電力変換ユニット１０は、電力変換部１１の一次端子間に接続されるフィルタコンデンサＦＣ１と、フィルタコンデンサＦＣ１と共に高調波を低減するフィルタを形成するフィルタリアクトルＦＬ１と、を備えることが好ましい。

電力変換ユニット２０は、集電装置５２から一次端子を介して供給される直流電力を電動機５３に供給するための三相交流電力に変換し、三相交流電力を二次端子から電動機５３に供給する電力変換部２１と、電力変換部２１を集電装置５２に電気的に接続し、または集電装置５２から電気的に切り離す接触器ＭＣ２と、電力変換部２１が有するスイッチング素子を制御するユニット制御部２２と、を備える。

さらに電力変換ユニット２０は、電力変換部２１の一次端子間に接続されるフィルタコンデンサＦＣ２と、フィルタコンデンサＦＣ２と共に高調波を低減するフィルタを形成するフィルタリアクトルＦＬ２と、を備えることが好ましい。

また電力変換装置１は、電力変換ユニット１０，２０のいずれかを電動機５３に電気的に接続する切替器３１と、切替器３１を制御し、電力変換ユニット１０，２０のそれぞれが有する接触器ＭＣ１，ＭＣ２を投入または開放する接触器制御部３２と、電力変換部１１，２１のそれぞれの入力電流の値および出力電流の値の少なくともいずれかを測定し、測定値を出力するセンサ部３３と、を備える。なお電力変換部１１の入力電流は、電力変換部１１の一次端子を介して電力変換部１１に流入する電流または電力変換部１１の一次端子を介して電力変換部１１から流出する電流を示すものとする。同様に、電力変換部２１の入力電流は、電力変換部２１の一次端子を介して電力変換部２１に流入する電流または電力変換部２１の一次端子を介して電力変換部２１から流出する電流を示すものとする。また電力変換部１１の出力電流は、電力変換部１１の二次端子を介して電力変換部１１から流出する電流または電力変換部１１の二次端子を介して電力変換部１１に流入する電流を示すものとする。同様に、電力変換部２１の出力電流は、電力変換部２１の二次端子を介して電力変換部２１から流出する電流または電力変換部２１の二次端子を介して電力変換部２１に流入する電流を示すものとする。

実施の形態１では、センサ部３３は、電力変換部１１，２１のそれぞれの入力電流の値を測定する。詳細には、センサ部３３は、電力変換部１１の入力電流の値、詳細には、フィルタリアクトルＦＬ１と電力変換部１１とを接続する入力ブスバーＢ１に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する入力電流センサＣＴ１を有する。またセンサ部３３は、電力変換部２１の入力電流の値、詳細には、フィルタリアクトルＦＬ２と電力変換部２１とを接続する入力ブスバーＢ２に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する入力電流センサＣＴ２を有する。

電力変換装置１の各構成要素の詳細について説明する。
正極入力端子１ａは、電源である集電装置５２に接続される。負極入力端子１ｂは、例えば、接地ブラシ、車輪、およびレールを介して接地される。

電力変換ユニット１０の各構成要素について説明する。
接触器ＭＣ１の一端は、正極入力端子１ａ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ＭＣ１は、直流電磁接触器であり、接触器制御部３２によって制御される。詳細には、接触器制御部３２が出力する接触器制御信号Ｓ１によって、接触器ＭＣ１は、投入され、または開放される。

接触器制御部３２が接触器ＭＣ１を投入すると、接触器ＭＣ１の一端と他端は互いに接続される。この結果、電力変換部１１およびフィルタコンデンサＦＣ１は、フィルタリアクトルＦＬ１を介して集電装置５２に電気的に接続され、集電装置５２から電力の供給を受ける。
また接触器制御部３２が接触器ＭＣ１を開放すると、接触器ＭＣ１の一端と他端は絶縁される。この結果、電力変換部１１およびフィルタコンデンサＦＣ１は、集電装置５２から電気的に切り離され、集電装置５２から電力の供給を受けることができない。

フィルタリアクトルＦＬ１の一端は、接触器ＭＣ１の他端に接続され、他端は電力変換部１１の一次端子の一方およびフィルタコンデンサＦＣ１の一端にそれぞれ接続される。
フィルタコンデンサＦＣ１は、電力変換部１１の一次端子間に接続され、集電装置５２から供給される電力で充電される。詳細には、フィルタコンデンサＦＣ１の一端は、フィルタリアクトルＦＬ１の他端と電力変換部１１の一次端子の一方との接続点に接続される。またフィルタコンデンサＦＣ１の他端は、負極入力端子１ｂと電力変換部１１の一次端子の他方との接続点に接続される。
フィルタリアクトルＦＬ１とフィルタコンデンサＦＣ１は、高調波を低減するフィルタを形成する。

電力変換部１１は、一次端子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から切替器３１を介して電動機５３に供給する。例えば、電力変換部１１は、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）インバータである。詳細には、電力変換部１１は、高速スイッチングが可能な複数のスイッチング素子、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を有する。後述するように複数のスイッチング素子がユニット制御部１２によって制御され、オンオフを繰り返すことで、電力変換部１１は、直流電力を三相交流電力に変換する。そして、電力変換部１１は、三相交流電力を切替器３１を介して電動機５３に供給する。

ユニット制御部１２は、図示しない運転台に設けられた主幹制御器から運転指令を取得する。運転指令は、電気鉄道車両の目標加速度を示す力行指令、電気鉄道車両の目標減速度を示すブレーキ指令等を含む。そして、ユニット制御部１２は、運転指令に応じて、電力変換部１１が有するスイッチング素子にスイッチング制御信号Ｓ２１を送り、スイッチング素子を制御する。なおユニット制御部１２は、図示しない制御電源から電力の供給を受けて、作動する。

またユニット制御部１２は、制御対象である電力変換部１１の入力電流の値および出力電流の値の少なくともいずれか、ならびに、電力変換部１１に対応する接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する。実施の形態１では、ユニット制御部１２は、センサ部３３から電力変換部１１の入力電流の値を取得する。詳細には、ユニット制御部１２は、入力電流センサＣＴ１から測定値を取得する。またユニット制御部１２は、接触器制御部３２が出力する接触器制御信号Ｓ１を取得し、接触器制御信号Ｓ１に基づいて、接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかを判別する。

そして、ユニット制御部１２は、入力電流センサＣＴ１の測定値、ならびに、接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する。

詳細には、ユニット制御部１２は、接触器ＭＣ１が投入された状態であって、入力電流センサＣＴ１の測定値の絶対値が第１電流範囲にない場合に、電力変換ユニット１０の故障が生じていると判別する。なお第１電流範囲は、架線５１を流れる電流が取り得る値に応じて定められる。例えば、第１電流範囲の上限値は、架線５１を流れる電流が取り得る値の最大値の１．５倍の値であり、第１電流範囲の下限値は、架線５１を流れる電流が取り得る値の最小値の０．５倍の値である。またユニット制御部１２は、接触器ＭＣ１が開放された状態であって、入力電流センサＣＴ１の測定値の絶対値が第２電流範囲にない場合に、電力変換ユニット１０の故障が生じていると判別する。なお第２電流範囲は、下限値が０Ａである十分に狭い範囲である。

上述したように電力変換ユニット１０の故障の有無の判別を行うと、ユニット制御部１２は、判別結果を他のユニット制御部、すなわち、ユニット制御部２２に送る。さらにユニット制御部１２は、判別結果を接触器制御部３２に送る。

次に電力変換ユニット２０の各構成要素について説明する。
接触器ＭＣ２の一端は、正極入力端子１ａに接続され、他端はフィルタリアクトルＦＬ２の一端に接続される。接触器ＭＣ２は、直流電磁接触器であり、接触器制御部３２によって制御される。詳細には、接触器制御部３２が出力する接触器制御信号Ｓ１によって、接触器ＭＣ２は、投入され、または開放される。

接触器制御部３２が接触器ＭＣ２を投入すると、接触器ＭＣ２の一端と他端は互いに接続される。この結果、電力変換部２１およびフィルタコンデンサＦＣ２は、フィルタリアクトルＦＬ２を介して集電装置５２に電気的に接続され、集電装置５２から電力の供給を受ける。
また接触器制御部３２が接触器ＭＣ２を開放すると、接触器ＭＣ２の一端と他端は絶縁される。この結果、電力変換部２１およびフィルタコンデンサＦＣ２は、集電装置５２から電気的に切り離され、集電装置５２から電力の供給を受けることができない。

フィルタリアクトルＦＬ２の一端は、接触器ＭＣ２の他端に接続され、他端は電力変換部２１の一次端子の一方およびフィルタコンデンサＦＣ２の一端にそれぞれ接続される。
フィルタコンデンサＦＣ２は、電力変換部２１の一次端子間に接続され、集電装置５２から供給される電力で充電される。詳細には、フィルタコンデンサＦＣ２の一端は、フィルタリアクトルＦＬ２の他端と電力変換部２１の一次端子の一方との接続点に接続される。またフィルタコンデンサＦＣ２の他端は、負極入力端子１ｂと電力変換部２１の一次端子の他方との接続点に接続される。
フィルタリアクトルＦＬ２とフィルタコンデンサＦＣ２は、高調波を低減するフィルタを形成する。

電力変換部２１は、一次端子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から切替器３１を介して電動機５３に供給する。例えば、電力変換部２１は、ＶＶＶＦインバータである。詳細には、電力変換部２１は、高速スイッチングが可能な複数のスイッチング素子、例えば、ＩＧＢＴを有する。後述するように複数のスイッチング素子がユニット制御部２２によって制御され、オンオフを繰り返すことで、電力変換部２１は、直流電力を三相交流電力に変換する。そして、電力変換部２１は、三相交流電力を切替器３１を介して電動機５３に供給する。

ユニット制御部２２は、図示しない運転台に設けられた主幹制御器から運転指令を取得する。そして、ユニット制御部２２は、運転指令に応じて、電力変換部２１が有するスイッチング素子にスイッチング制御信号Ｓ２２を送り、スイッチング素子を制御する。なおユニット制御部２２は、図示しない制御電源から電力の供給を受けて、作動する。

またユニット制御部２２は、制御対象である電力変換部２１の入力電流の値および出力電流の値の少なくともいずれか、ならびに、電力変換部２１に対応する接触器ＭＣ２が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット２０の故障の有無を判別する。実施の形態１では、ユニット制御部２２は、センサ部３３から電力変換部２１の入力電流の値を取得する。詳細には、ユニット制御部２２は、入力電流センサＣＴ２から測定値を取得する。またユニット制御部２２は、接触器制御部３２が出力する接触器制御信号Ｓ１を取得し、接触器制御信号Ｓ１に基づいて、接触器ＭＣ２が投入された状態および開放された状態のいずれであるかを判別する。

そして、ユニット制御部２２は、入力電流センサＣＴ２の測定値、ならびに、接触器ＭＣ２が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット２０の故障の有無を判別する。

詳細には、ユニット制御部２２は、接触器ＭＣ２が投入された状態であって、入力電流センサＣＴ２の測定値の絶対値が第１電流範囲にない場合に、電力変換ユニット２０の故障が生じていると判別する。またユニット制御部２２は、接触器ＭＣ２が開放された状態であって、入力電流センサＣＴ２の測定値の絶対値が第２電流範囲にない場合に、電力変換ユニット２０の故障が生じていると判別する。

上述したように電力変換ユニット２０の故障の有無の判別を行うと、ユニット制御部２２は、判別結果を他のユニット制御部、すなわち、ユニット制御部１２に送る。さらにユニット制御部２２は、判別結果を接触器制御部３２に送る。

切替器３１の各一次端子は、電力変換ユニット１０，２０のそれぞれの対応する出力端子、詳細には、電力変換部１１，２１の各二次端子に接続されている。また切替器３１の各二次端子は、電動機５３に接続されている。なお切替器３１は、接触器制御部３２によって制御され、電力変換部１１に接続された各一次端子と、対応する各二次端子とを電気的に接続し、または、電力変換部２１に接続された各一次端子と、対応する各二次端子とを電気的に接続する。

接触器制御部３２は、接触器ＭＣ１，ＭＣ２を投入または開放する。また接触器制御部３２は、切替器３１を稼動系または待機系に切り替える。なお接触器制御部３２に、図示しない運転台から、電力変換装置１の始動または停止を指示する動作指示信号が供給される。また接触器制御部３２は、電力変換ユニット１０，２０のいずれを稼動系とするかについての情報を予め保持している。さらに接触器制御部３２には、上述したように、ユニット制御部１２，２２から電力変換ユニット１０，２０の故障の有無を示す判別結果が送られる。

詳細には、接触器制御部３２は、接触器ＭＣ１，ＭＣ２が共に開放された状態で、電力変換装置１の始動を指示する動作指示信号が供給されると、接触器ＭＣ１の投入を指示する接触器制御信号Ｓ１を出力して、接触器ＭＣ１を投入する。さらに接触器制御部３２は、切替器３１を稼動系に切り替える、すなわち、電力変換部１１の二次端子と電動機５３とを電気的に接続する。なお接触器制御部３２は、接触器ＭＣ２の開放を指示する接触器制御信号Ｓ１を出力して、接触器ＭＣ２を開放したままにする。
その後、電力変換装置１の停止を指示する動作指示信号が供給されると、接触器制御部３２は、投入されている接触器ＭＣ１を開放する。この結果、接触器ＭＣ１，ＭＣ２が共に開放された状態となる。

さらに接触器制御部３２は、接触器ＭＣ１が投入され、切替器３１が稼動系に切り替えられている状態で、ユニット制御部１２から電力変換ユニット１０の故障が生じていることを示す判別結果を取得した場合、接触器ＭＣ１を開放する。そして、接触器制御部３２は、切替器３１を待機系に切り替える、すなわち、電力変換部２１の二次端子と電動機５３とを電気的に接続する。その後、接触器制御部３２は、接触器ＭＣ２の投入を指示する接触器制御信号Ｓ１を出力して、接触器ＭＣ２を投入する。

センサ部３３は、上述したように、入力ブスバーＢ１に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する入力電流センサＣＴ１と、入力ブスバーＢ２に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する入力電流センサＣＴ２と、を備える。入力電流センサＣＴ１は、ユニット制御部１２から電力の供給を受けて作動し、測定値をユニット制御部１２に送る。入力電流センサＣＴ２は、ユニット制御部２２から電力の供給を受けて作動し、測定値をユニット制御部２２に送る。入力電流センサＣＴ１，ＣＴ２の構造は同じであるため、入力電流センサＣＴ１について説明する。

入力電流センサＣＴ１は、ＣＴ（Current Transformer：変流器）方式の電流センサである。詳細には、図２および図３に示すように、入力電流センサＣＴ１は、第１ケース４１と、第１磁気コア４２と、第１磁気コア４２に生じる磁束の変化に基づいて電流を測定する第１測定回路４３と、を備える。

第１ケース４１は、中央に貫通孔４１ａを有する環状の形状を有する。なお環状とは円環状の形状だけでなく、中央に貫通孔が形成された多角形の形状を含むものとする。また第１ケース４１は、絶縁体、例えば合成樹脂で形成される。
第１磁気コア４２は、中央に貫通孔を有する環状の形状を有する。入力ブスバーＢ１に電流が流れると、第１磁気コア４２の磁束が変化する。
第１測定回路４３は、第１磁気コア４２の磁束の変化から、入力ブスバーＢ１に流れる電流の値を測定する。そして、第１測定回路４３は、測定値を示す信号を、図示しない出力端子からユニット制御部１２に送る。

上記構造を有する入力電流センサＣＴ１は、第１ケース４１の中央の貫通孔４１ａに絶縁処理された入力ブスバーＢ１が挿通された状態で、入力ブスバーＢ１に取り付けられる。
同様に、入力電流センサＣＴ２は、第１ケース４１の中央の貫通孔４１ａに絶縁処理された入力ブスバーＢ２が挿通された状態で、入力ブスバーＢ２に取り付けられる。

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。まず電力変換ユニット１０，２０の故障が生じていない場合を例にして説明する。
電気鉄道車両の始動時に、集電装置５２を上昇させる上昇スイッチの操作が行われて、集電装置５２が架線５１に接触すると、集電装置５２は、変電所から電力の供給を受ける。

また上昇スイッチの操作に連動して、始動を指示する動作指示信号が接触器制御部３２に供給される。接触器制御部３２は、始動を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器ＭＣ２を開放した状態に維持し、接触器ＭＣ１を投入することを指示する接触器制御信号Ｓ１を出力する。この結果、接触器ＭＣ１が投入され、接触器ＭＣ２は開放された状態に維持される。そして、集電装置５２が架線５１を介して変電所から取得した電力が、接触器ＭＣ１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。

電気鉄道車両の始動後、運転開始されると、ユニット制御部１２，２２に、運転台からの運転指令が入力される。
ユニット制御部１２，２２はそれぞれ、図示しない電圧測定部からフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の端子間電圧の値を取得する。接触器ＭＣ１が投入されていて、接触器ＭＣ２が開放されている場合、フィルタコンデンサＦＣ１のみが充電されている。フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧の値が閾値電圧以上であって、運転指令が力行指令を含む場合、すなわち、フィルタコンデンサＦＣ１が充電されていて、電気鉄道車両の力行時に、ユニット制御部１２は、電力変換部１１のスイッチング素子を制御して、電力変換部１１に、直流電力を電動機５３を駆動するための三相交流電力に変換させる。

詳細には、ユニット制御部１２は、力行指令が示す目標加速度を得るための目標トルクを算出する。またユニット制御部１２は、図示しない電動機電流測定部から電動機５３に流れる電流の測定値を取得し、取得した測定値から電動機５３の実トルクを算出する。具体的には、ユニット制御部１２は、電動機５３に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流の値を測定する電動機電流測定部から電動機５３に流れる相電流の測定値を取得し、相電流の測定値から電動機５３の実トルクを算出する。そして、ユニット制御部１２は、電動機５３の実トルクを目標トルクに近づけるために、電力変換部１１のスイッチング素子にスイッチング制御信号Ｓ２１を送ってスイッチング素子を制御する。

なおユニット制御部２２は、接触器ＭＣ２が開放されていて、フィルタコンデンサＦＣ２が充電されていないため、電力変換部２１のスイッチング素子をオフの状態に維持する。

運転指令がブレーキ指令を含む場合、すなわち、電気鉄道車両のブレーキ時は、電動機５３は発電機として動作し、三相交流電力を電力変換部１１に供給する。
この場合、ユニット制御部１２は、電力変換部１１のスイッチング素子を制御して、電力変換部１１に、三相交流電力を直流電力に変換させる。これにより、電力変換装置１は、架線５１を介して、近隣に位置する他の電気鉄道車両に電力を供給することが可能となる。この結果、電気鉄道車両には回生ブレーキ力が生じ、電気鉄道車両が減速する。

次に、接触器ＭＣ１が投入されていて、ユニット制御部１２が電力変換部１１を制御している間に、電力変換ユニット１０の故障が生じた場合を例にして、稼動系から待機系に切り替える電力変換装置１の動作について説明する。

例えば運転指令が力行指令を含む場合に、電力変換ユニット１０において電力変換部１１の入力電流が過大となる場合を例にして電力変換装置１の動作について説明する。ユニット制御部１２は、入力電流センサＣＴ１の測定値が過大となり、第１電流範囲にないため、電力変換ユニット１０の故障が生じていると判別する。そして、ユニット制御部１２は、電力変換部１１のスイッチング素子をオフにする。またユニット制御部１２は、電力変換ユニット１０の故障が生じていることを示す判別結果をユニット制御部２２および接触器制御部３２に送る。

接触器制御部３２は、接触器ＭＣ１が投入されている場合に、ユニット制御部１２から、電力変換ユニット１０の故障が生じていることを示す判別結果を取得すると、接触器ＭＣ１を開放する。その後、接触器制御部３２は、切替器３１を制御して、電力変換部２１の二次端子と電動機５３とを電気的に接続する。換言すれば、切替器３１は、待機系に切り替えられる。そして、接触器制御部３２は、接触器ＭＣ２の投入を指示する接触器制御信号Ｓ１を出力し、接触器ＭＣ２を投入する。

接触器ＭＣ２が投入されると、集電装置５２が架線５１を介して変電所から取得した電力が、接触器ＭＣ２およびフィルタリアクトルＦＬ２を介して、フィルタコンデンサＦＣ２に供給され、フィルタコンデンサＦＣ２の充電が開始される。

ユニット制御部１２から、電力変換ユニット１０の故障が生じていることを示す判別結果を取得すると、ユニット制御部２２は、図示しない電圧測定部からフィルタコンデンサＦＣ２の端子間電圧の値を取得する。フィルタコンデンサＦＣ２の端子間電圧の値が閾値電圧以上であって、運転指令が力行指令を含む場合、すなわち、フィルタコンデンサＦＣ２が充電されていて、電気鉄道車両の力行時に、ユニット制御部２２は、電力変換部２１のスイッチング素子を制御して、電力変換部２１に、直流電力を電動機５３を駆動するための三相交流電力に変換させる。

詳細には、ユニット制御部２２は、力行指令が示す目標加速度を得るための目標トルクを算出する。またユニット制御部２２は、図示しない電動機電流測定部から電動機５３に流れる電流の測定値を取得し、取得した測定値から電動機５３の実トルクを算出する。具体的には、ユニット制御部２２は、電動機５３に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流の値を測定する電動機電流測定部から電動機５３に流れる相電流の測定値を取得し、相電流の測定値から電動機５３の実トルクを算出する。そして、ユニット制御部２２は、電動機５３の実トルクを目標トルクに近づけるために、電力変換部２１のスイッチング素子にスイッチング制御信号Ｓ２２を送ってスイッチング素子を制御する。

なおユニット制御部１２は、接触器ＭＣ１が開放されていて、フィルタコンデンサＦＣ１が充電されていないため、電力変換部１１のスイッチング素子をオフの状態に維持する。

また運転指令がブレーキ指令を含む場合、すなわち、電気鉄道車両のブレーキ時に、ユニット制御部１２から、電力変換ユニット１０の故障が生じていることを示す判別結果を取得すると、ユニット制御部２２は、電力変換部２１のスイッチング素子を制御して、電力変換部２１に、三相交流電力を直流電力に変換させる。また接触器制御部３２は、上述の例と同様に、切替器３１を制御して、電力変換部２１の二次端子と電動機５３とを電気的に接続する。そして、電力変換装置１は、架線５１を介して、近隣に位置する他の電気鉄道車両に電力を供給することが可能となる。

このように、電力変換ユニット１０の故障が生じても、電力変換ユニット２０を動作させることで、電動機５３に電力を供給し続けて電気鉄道車両を駆動すること、および、電動機５３で生じた電力を消費させて電気鉄道車両にブレーキ力を生じさせることが可能となる。

上述の電力変換装置１の動作中に、ユニット制御部１２，２２はそれぞれ、定められた間隔で、電力変換ユニット１０，２０の故障の有無を判別し、判別結果を送受信する。電力変換ユニット１０，２０が行う判別結果の送受信について、図４を用いて説明する。

上述したように、ユニット制御部１２は、入力電流センサＣＴ１の測定値、ならびに、接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する（ステップＳｑ１）。

同様に、ユニット制御部２２は、入力電流センサＣＴ２の測定値、ならびに、接触器ＭＣ２が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット２０の故障の有無を判別する（ステップＳｑ２）。

その後、ユニット制御部１２は、ステップＳｑ１の判別結果を含むテキストデータを、伝送線ＴＬ１を介してユニット制御部２２に送信する（ステップＳｑ３）。例えば、ユニット制御部１２は、伝送制御キャラクタを用い、ステップＳｑ１の判別結果を含むテキストデータを１つのブロックとしてユニット制御部２２に伝送する。

ユニット制御部１２からテキストデータを受信したユニット制御部２２は、ステップＳｑ２の判別結果を含むテキストデータを、伝送線ＴＬ１を介してユニット制御部１２に送信する（ステップＳｑ４）。ユニット制御部１２，２２は、上述の処理を定められた間隔、例えば、一定間隔で繰り返し行う。これにより、ユニット制御部１２，２２はそれぞれ、電力変換ユニット１０および電力変換ユニット２０の故障の有無についての情報を得ることができる。

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は、いずれか一方が稼動系に設定され、他方が待機系に設定された電力変換ユニット１０，２０を有する。詳細には、電力変換装置１は、電力変換ユニット１０の接触器ＭＣ１、フィルタリアクトルＦＬ１、フィルタコンデンサＦＣ１、および電力変換部１１と、電力変換ユニット２０の接触器ＭＣ２、フィルタリアクトルＦＬ２、フィルタコンデンサＦＣ２、および電力変換部２１と、を有するため、主回路が二重化されている。このため、電力変換装置１の冗長性は高い。

またユニット制御部１２，２２は伝送線ＴＬ１で接続されているため、ハードワイヤによってユニット制御部１２，２２を接続する場合と比べて、配線本数は少なくなり、配線の作業コストが低減可能となる。

（実施の形態２）
センサ部３３の構成は、電力変換部１１，２１のそれぞれの入力電流の値および出力電流の値の少なくともいずれかを測定するものであれば、任意である。実施の形態１に係る電力変換装置１と異なる点を中心に、実施の形態２に係る電力変換装置２について以下に説明する。

図５に示す電力変換装置２が備えるセンサ部３３は、電力変換部１１の入力電流の値、詳細には、フィルタリアクトルＦＬ１と電力変換部１１とを接続する入力ブスバーＢ１に流れる電流の値を測定する入力電流センサＣＴ１を有する。またセンサ部３３は、電力変換部２１の入力電流の値、詳細には、フィルタリアクトルＦＬ２と電力変換部２１とを接続する入力ブスバーＢ２に流れる電流の値を測定する入力電流センサＣＴ２を有する。

入力電流センサＣＴ１，ＣＴ２は共にユニット制御部１２に接続され、ユニット制御部１２から電力の供給を受けて作動する。そして、入力電流センサＣＴ１，ＣＴ２は、測定した電流値をユニット制御部１２に送る。

ユニット制御部１２は、実施の形態１と同様に、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する。
またユニット制御部１２は、入力電流センサＣＴ２から取得した電流の値をＡ－Ｄ（Analog-to-Digital）変換し、テキストデータとして、伝送線ＴＬ１を介してユニット制御部２２に送る。換言すれば、ユニット制御部２２は、ユニット制御部１２を介して、入力電流センサＣＴ２の測定値を取得する。

ユニット制御部２２は、ユニット制御部１２から取得した入力電流センサＣＴ２の測定値に基づいて、実施の形態１と同様に、電力変換ユニット２０の故障の有無を判別する。

詳細には、図６に示すように、ユニット制御部１２は、入力電流センサＣＴ１の測定値、ならびに、接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する（ステップＳｑ１）。

またユニット制御部１２は、入力電流センサＣＴ２から取得した電流の値をＡ－Ｄ変換する。その後、ユニット制御部１２は、ステップＳｑ１の判別結果、および、入力電流センサＣＴ２の測定値を含むテキストデータを、伝送線ＴＬ１を介してユニット制御部２２に送信する（ステップＳｑ５）。例えば、ユニット制御部１２は、伝送制御キャラクタを用い、ステップＳｑ１の判別結果、および、入力電流センサＣＴ２の測定値を含むテキストデータを複数のブロックに分割してユニット制御部２２に伝送する。

ユニット制御部１２からテキストデータを受信したユニット制御部２２は、入力電流センサＣＴ２の測定値、ならびに、接触器ＭＣ２が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット２０の故障の有無を判別する（ステップＳｑ２）。

そして、ユニット制御部２２は、ステップＳｑ２の判別結果を含むテキストデータを、伝送線ＴＬ１を介してユニット制御部１２に送信する（ステップＳｑ４）。ユニット制御部１２，２２は、上述の処理を定められた間隔、例えば、一定間隔で繰り返し行う。これにより、ユニット制御部１２，２２はそれぞれ、電力変換ユニット１０および電力変換ユニット２０の故障の有無についての情報を得ることができる。またユニット制御部２２は、ユニット制御部１２を介して、入力電流センサＣＴ２の測定値を取得することができる。

以上説明した通り、実施の形態２に係る電力変換装置２において、入力電流センサＣＴ１，ＣＴ２はいずれも、ユニット制御部１２に接続されている。このため、ユニット制御部１２のみを入力電流センサＣＴ１，ＣＴ２のそれぞれに接続すればよい。換言すれば、ユニット制御部２２は、入力電流センサＣＴ２を接続するためのインタフェースを設ける必要がない。このため、ユニット制御部２２の構成を簡易化することが可能となる。

（実施の形態３）
センサ部３３の構成は、実施の形態１，２の例に限られない。実施の形態３に係る電力変換装置３が備えるセンサ部３３は、電力変換ユニット１０，２０に共通の入力電流センサＣＴ３を有する。実施の形態１に係る電力変換装置１と異なる点を中心に、電力変換装置３について以下に説明する。

図７に示す実施の形態３に係る電力変換装置３が備えるセンサ部３３は、電力変換部１１の入力電流の値または電力変換部２１の入力電流の値を測定する入力電流センサＣＴ３を有する。入力電流センサＣＴ３は、フィルタリアクトルＦＬ１と電力変換部１１とを接続する入力ブスバーＢ１に流れる電流の値、または、フィルタリアクトルＦＬ２と電力変換部２１とを接続する入力ブスバーＢ２に流れる電流の値、を測定する。なお入力電流センサＣＴ３は、ユニット制御部１２から電力の供給を受けて作動し、測定値をユニット制御部１２に送る。

電力変換装置３において、電力変換ユニット１０，２０の一方が稼動系に設定され、他方が待機系に設定される。換言すれば、電力変換装置３の動作時は、入力ブスバーＢ１，Ｂ２のいずれかに電流が流れる。このため、電力変換ユニット１０，２０に共通の入力電流センサＣＴ３によって、電力変換部１１の入力電流の値または電力変換部２１の入力電流の値を測定することができる。

接触器ＭＣ１が投入されている場合、入力電流センサＣＴ３は、投入されている接触器ＭＣ１を有する電力変換ユニット１０の電力変換部１１の入力電流の値を測定する。一方、接触器ＭＣ２が投入されている場合、入力電流センサＣＴ３は、投入されている接触器ＭＣ２を有する電力変換ユニット２０の電力変換部２１の入力電流の値を測定する。

なお入力電流センサＣＴ３の構造は、実施の形態１に係る入力電流センサＣＴ１と同じである。ただし、図８に示すように、入力電流センサＣＴ３が有する第１ケース４１の貫通孔４１ａには、入力ブスバーＢ１，Ｂ２が挿通されている。上記構造を有する入力電流センサＣＴ３は、第１ケース４１の中央の貫通孔４１ａに絶縁処理された入力ブスバーＢ１，Ｂ２が挿通された状態で、入力ブスバーＢ１，Ｂ２の少なくともいずれかに取り付けられる。

入力ブスバーＢ１，Ｂ２のいずれかに電流が流れると、第１磁気コア４２の磁束が変化する。実施の形態１と同様に、第１測定回路４３は、第１磁気コア４２の磁束の変化から、入力ブスバーＢ１，Ｂ２のいずれかに流れる電流の値を測定する。そして、第１測定回路４３は、測定値を示す信号を、図示しない出力端子からユニット制御部１２に送る。

ユニット制御部１２は、接触器ＭＣ１が投入された状態であって、入力電流センサＣＴ３の測定値の絶対値が第１電流範囲にない場合に、電力変換ユニット１０の故障が生じていると判別する。

またユニット制御部１２は、入力電流センサＣＴ３から取得した電流の値をＡ－Ｄ変換し、テキストデータとして、伝送線ＴＬ１を介してユニット制御部２２に送る。換言すれば、ユニット制御部２２は、ユニット制御部１２を介して、入力電流センサＣＴ３の測定値を取得する。なおユニット制御部１２，２２の間の通信は、実施の形態２に係る電力変換装置２が有するユニット制御部１２，２２の間の通信と同様である。

ユニット制御部２２は、ユニット制御部１２から取得した入力電流センサＣＴ３の測定値に基づいて、電力変換ユニット２０の故障の有無を判別する。詳細には、ユニット制御部２２は、接触器ＭＣ２が投入された状態であって、入力電流センサＣＴ３の測定値の絶対値が第１電流範囲にない場合に、電力変換ユニット２０の故障が生じていると判別する。なお接触器ＭＣ２が投入された状態で、ユニット制御部２２がユニット制御部１２から取得した入力電流センサＣＴ３の測定値は、電力変換部２１の入力電流の値とみなすことができる。

以上説明したとおり、実施の形態３に係る電力変換装置３が備えるセンサ部３３は、電力変換ユニット１０，２０に共通の入力電流センサＣＴ３を有する。実施の形態１，２のように電力変換ユニット１０，２０のそれぞれに対応した入力電流センサＣＴ１，ＣＴ２を設ける場合と比べて、実施の形態３に係る電力変換装置３が備えるセンサ部３３の構成は簡易である。

（実施の形態４）
センサ部３３は、電力変換部１１または電力変換部２１の出力電流の値を測定してもよい。実施の形態４に係る電力変換装置４が備えるセンサ部３３は、電力変換部１１の入力電流の値および出力電流の値、または電力変換部２１の入力電流の値および出力電流の値を測定する。実施の形態３と異なる点を中心に、電力変換装置４について以下に説明する。

図９に示すように、実施の形態４に係る電力変換装置４が備える切替器３１の二次端子は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応する出力ブスバーＢ３，Ｂ４，Ｂ５によって、電動機５３に接続されている。換言すれば、出力ブスバーＢ３，Ｂ４，Ｂ５のそれぞれを流れる電流は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流である。

電力変換装置４が備えるセンサ部３３は、実施の形態３に係る電力変換装置３が備えるセンサ部３３の構成に加えて、電力変換部１１または電力変換部２１の出力電流の値を測定し、測定値を出力する出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６を有する。

詳細には、出力電流センサＣＴ４は、切替器３１と電動機５３とを接続する出力ブスバーＢ３に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する。出力電流センサＣＴ５は、切替器３１と電動機５３とを接続する出力ブスバーＢ４に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する。出力電流センサＣＴ６は、切替器３１と電動機５３とを接続する出力ブスバーＢ５に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する。

なお出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６は、ユニット制御部１２から電力の供給を受けて作動し、測定値をユニット制御部１２に送る。出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の構造は同じであるため、出力電流センサＣＴ４について説明する。

出力電流センサＣＴ４は、ＣＴ方式の電流センサである。詳細には、図１０および図１１に示すように、出力電流センサＣＴ４は、第２ケース４４と、第２磁気コア４５と、第２磁気コア４５に生じる磁束の変化に基づいて電流を測定する第２測定回路４６と、を備える。

第２ケース４４は、中央に貫通孔４４ａを有する環状の形状を有する。なお環状とは円環状の形状だけでなく、中央に貫通孔が形成された多角形の形状を含むものとする。また第２ケース４４は、絶縁体、例えば合成樹脂で形成される。
第２磁気コア４５は、中央に貫通孔を有する環状の形状を有する。出力ブスバーＢ３に電流が流れると、第２磁気コア４５の磁束が変化する。
第２測定回路４６は、第２磁気コア４５の磁束の変化から、出力ブスバーＢ３に流れる電流の値を測定する。そして、第２測定回路４６は、測定値を示す信号を、図示しない出力電流センサＣＴ４の端子からユニット制御部１２に送る。

上記構造を有する出力電流センサＣＴ４は、第２ケース４４の中央の貫通孔４４ａに絶縁処理された出力ブスバーＢ３が挿通された状態で、出力ブスバーＢ３に取り付けられる。
同様に、出力電流センサＣＴ５は、第２ケース４４の中央の貫通孔４４ａに絶縁処理された出力ブスバーＢ４が挿通された状態で、出力ブスバーＢ４に取り付けられる。
同様に、出力電流センサＣＴ６は、第２ケース４４の中央の貫通孔４４ａに絶縁処理された出力ブスバーＢ５が挿通された状態で、出力ブスバーＢ５に取り付けられる。

ユニット制御部１２は、制御対象である電力変換部１１の入力電流の値および出力電流の値、ならびに、電力変換部１１に対応する接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する。詳細には、入力電流センサＣＴ３の測定値、出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値、ならびに、接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する。

詳細には、ユニット制御部１２は、接触器ＭＣ１が投入されている状態であって、入力電流センサＣＴ３の測定値の絶対値が第１電流範囲にない、または、出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６から取得した測定値の振幅の少なくともいずれかが第１振幅範囲にない場合に、電力変換ユニット１０の故障が生じていると判別する。なお第１振幅範囲は、電力変換部１１または電力変換部２１が出力するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流の振幅が取り得る値に応じて定められる。例えば、第１振幅範囲の上限値は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流の振幅が取り得る値の最大値の１．５倍の値であり、第１振幅範囲の下限値は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流の振幅が取り得る値の最小値の０．５倍の値である。

またユニット制御部１２は、出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６から取得した測定値をＡ－Ｄ変換する。そして、ユニット制御部１２は、図６に示す処理と同様に、ステップＳｑ１の判別結果、入力電流センサＣＴ３の測定値、および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値を含むテキストデータを、伝送線ＴＬ１を介してユニット制御部２２に送信する。換言すれば、ユニット制御部２２は、ユニット制御部１２を介して、入力電流センサＣＴ３の測定値および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値を取得する。

ユニット制御部２２は、ユニット制御部１２から取得した入力電流センサＣＴ３の測定値および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値に基づいて、電力変換ユニット２０の故障の有無を判別する。詳細には、ユニット制御部２２は、接触器ＭＣ２が投入されている状態であって、入力電流センサＣＴ３の測定値の絶対値が第１電流範囲にない、または、出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値の振幅の少なくともいずれかが第１振幅範囲にない場合に、電力変換ユニット２０の故障が生じていると判別する。

またユニット制御部１２は、フィルタコンデンサＦＣ１が充電されていて、電気鉄道車両の力行時に、出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値から電動機５３の実トルクを算出する。
同様に、ユニット制御部２２は、フィルタコンデンサＦＣ２が充電されていて、電気鉄道車両の力行時に、ユニット制御部１２から取得した出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値から電動機５３の実トルクを算出する。

以上説明した通り、実施の形態４に係る電力変換装置４において、ユニット制御部１２，２２はそれぞれ、入力電流センサＣＴ３の測定値および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値に基づいて、電力変換ユニット１０，２０の故障の有無を判別する。したがって、電力変換装置１－３よりも精度よく電力変換ユニット１０，２０の故障の有無を判別することが可能となる。

またユニット制御部２２は、ユニット制御部１２から入力電流センサＣＴ３の測定値および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６の測定値を取得する。このため、ユニット制御部１２のみを入力電流センサＣＴ３および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６に接続すればよい。換言すれば、ユニット制御部２２は、入力電流センサＣＴ３および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６を接続するためのインタフェースを設ける必要がない。このため、ユニット制御部２２の構成を簡易化することが可能となる。

（実施の形態５）
電力変換部１１または電力変換部２１の出力電流の値を測定するセンサ部３３の構成は、実施の形態４の例に限られない。実施の形態５に係る電力変換装置５が備えるセンサ部３３は、電力変換ユニット１０，２０に共通の出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９を備える。実施の形態４と異なる点を中心に、電力変換装置５について以下に説明する。

図１２に示すように、実施の形態５に係る電力変換装置５が備える電力変換部１１，２１のそれぞれのＵ相に対応する二次端子は、出力ブスバーＢ６，Ｂ７によって、切替器３１に接続されている。また電力変換部１１，２１のそれぞれのＶ相に対応する二次端子は、出力ブスバーＢ８，Ｂ９によって、切替器３１に接続されている。また電力変換部１１，２１のそれぞれのＷ相に対応する二次端子は、出力ブスバーＢ１０，Ｂ１１によって、切替器３１に接続されている。

電力変換装置５が備えるセンサ部３３は、実施の形態３に係る電力変換装置３が備えるセンサ部３３の構成に加えて、電力変換部１１または電力変換部２１の出力電流の値を測定し、測定値を出力する出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９を有する。

詳細には、出力電流センサＣＴ７は、電力変換部１１と切替器３１とを接続する出力ブスバーＢ６に流れる電流の値、または、電力変換部２１と切替器３１とを接続する出力ブスバーＢ７に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する。
出力電流センサＣＴ８は、電力変換部１１と切替器３１とを接続する出力ブスバーＢ８に流れる電流の値、または、電力変換部２１と切替器３１とを接続する出力ブスバーＢ９に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する。
出力電流センサＣＴ９は、電力変換部１１と切替器３１とを接続する出力ブスバーＢ１０に流れる電流の値、または、電力変換部２１と切替器３１とを接続する出力ブスバーＢ１１に流れる電流の値を測定し、測定値を出力する。

なお出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９は、ユニット制御部１２から電力の供給を受けて作動し、測定値をユニット制御部１２に送る。

電力変換装置５において、電力変換ユニット１０，２０の一方が稼動系に設定され、他方が待機系に設定される。換言すれば、電力変換装置５の動作時は、出力ブスバーＢ６，Ｂ８，Ｂ１０、または出力ブスバーＢ７，Ｂ９，Ｂ１１のいずれかに電流が流れる。このため、電力変換ユニット１０，２０に共通の出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９によって、電力変換部１１の出力電流の値または電力変換部２１の出力電流の値を測定することができる。

接触器ＭＣ１が投入されている場合、出力電流センサＣＴ７は、投入されている接触器ＭＣ１を有する電力変換ユニット１０の電力変換部１１が出力するＵ相電流の値を測定する。一方、接触器ＭＣ２が投入されている場合、出力電流センサＣＴ７は、投入されている接触器ＭＣ２を有する電力変換ユニット２０の電力変換部２１が出力するＵ相電流の値を測定する。

接触器ＭＣ１が投入されている場合、出力電流センサＣＴ８は、投入されている接触器ＭＣ１を有する電力変換ユニット１０の電力変換部１１が出力するＶ相電流の値を測定する。一方、接触器ＭＣ２が投入されている場合、出力電流センサＣＴ８は、投入されている接触器ＭＣ２を有する電力変換ユニット２０の電力変換部２１が出力するＶ相電流の値を測定する。

接触器ＭＣ１が投入されている場合、出力電流センサＣＴ９は、投入されている接触器ＭＣ１を有する電力変換ユニット１０の電力変換部１１が出力するＷ相電流の値を測定する。一方、接触器ＭＣ２が投入されている場合、出力電流センサＣＴ９は、投入されている接触器ＭＣ２を有する電力変換ユニット２０の電力変換部２１が出力するＷ相電流の値を測定する。

出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の構造は同じであるため、出力電流センサＣＴ７について説明する。
出力電流センサＣＴ７の構造は、実施の形態４に係る出力電流センサＣＴ４と同じである。ただし、図１３に示すように、出力電流センサＣＴ７が有する第２ケース４４の貫通孔４４ａには、出力ブスバーＢ６，Ｂ７が挿通されている。

出力ブスバーＢ６，Ｂ７のいずれかに電流が流れると、第２磁気コア４５の磁束が変化する。実施の形態４と同様に、第２測定回路４６は、第２磁気コア４５の磁束の変化から、出力ブスバーＢ６，Ｂ７のいずれかに流れる電流の値を測定する。そして、第２測定回路４６は、測定値を示す信号を、図示しない出力端子からユニット制御部１２に送る。

上記構造を有する出力電流センサＣＴ７は、第２ケース４４の中央の貫通孔４４ａに絶縁処理された出力ブスバーＢ６，Ｂ７が挿通された状態で、出力ブスバーＢ６，Ｂ７の少なくともいずれかに取り付けられる。
同様に、出力電流センサＣＴ８は、第２ケース４４の中央の貫通孔４４ａに絶縁処理された出力ブスバーＢ８，Ｂ９が挿通された状態で、出力ブスバーＢ８，Ｂ９の少なくともいずれかに取り付けられる。
同様に、出力電流センサＣＴ９は、第２ケース４４の中央の貫通孔４４ａに絶縁処理された出力ブスバーＢ１０，Ｂ１１が挿通された状態で、出力ブスバーＢ１０，Ｂ１１の少なくともいずれかに取り付けられる。

ユニット制御部１２は、制御対象である電力変換部１１の入力電流の値および出力電流の値、ならびに、電力変換部１１に対応する接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する。詳細には、入力電流センサＣＴ３の測定値、出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の測定値、ならびに、接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、電力変換ユニット１０の故障の有無を判別する。

詳細には、ユニット制御部１２は、接触器ＭＣ１が投入されている状態であって、入力電流センサＣＴ３の測定値の絶対値が第１電流範囲にない、または、出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９から取得した測定値の振幅の少なくともいずれかが第１振幅範囲にない場合に、電力変換ユニット１０の故障が生じていると判別する。

またユニット制御部１２は、出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９から取得した測定値をＡ－Ｄ変換する。そして、ユニット制御部１２は、図６に示す処理と同様に、ステップＳｑ１の判別結果、入力電流センサＣＴ３の測定値、および出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の測定値を含むテキストデータを、伝送線ＴＬ１を介してユニット制御部２２に送信する。換言すれば、ユニット制御部２２は、ユニット制御部１２を介して、入力電流センサＣＴ３の測定値および出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の測定値を取得する。

ユニット制御部２２は、ユニット制御部１２から取得した入力電流センサＣＴ３の測定値および出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の測定値に基づいて、電力変換ユニット２０の故障の有無を判別する。詳細には、ユニット制御部２２は、接触器ＭＣ２が投入されている状態であって、入力電流センサＣＴ３の測定値の絶対値が第１電流範囲にない、または、出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の測定値の振幅の少なくともいずれかが第１振幅範囲にない場合に、電力変換ユニット２０の故障が生じていると判別する。なお接触器ＭＣ２が投入された状態で、ユニット制御部２２がユニット制御部１２から取得した入力電流センサＣＴ３の測定値は、電力変換部２１の入力電流の値とみなすことができる。また接触器ＭＣ２が投入された状態で、ユニット制御部２２がユニット制御部１２から取得した出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の測定値は、電力変換部２１の出力電流の値とみなすことができる。

またユニット制御部１２は、フィルタコンデンサＦＣ１が充電されていて、電気鉄道車両の力行時に、出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の測定値から電動機５３の実トルクを算出する。
同様に、ユニット制御部２２は、フィルタコンデンサＦＣ２が充電されていて、電気鉄道車両の力行時に、ユニット制御部１２から取得した出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９の測定値から電動機５３の実トルクを算出する。

以上説明したとおり、実施の形態５に係る電力変換装置５が備えるセンサ部３３は、電力変換ユニット１０，２０に共通の出力電流センサＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９を有する。出力ブスバーＢ６，Ｂ７，Ｂ８，Ｂ９，Ｂ１０，Ｂ１１のそれぞれに電流センサを設ける場合と比べて、実施の形態５に係る電力変換装置５が備えるセンサ部３３の構成は簡易である。

本開示の実施の形態は、上述の例に限られない。
上述の回路構成は一例である。電力変換ユニット１０，２０の回路構成は、集電装置５２から供給される電力を電動機５３に供給するための電力に変換することができる回路であれば、任意である。

一例として、電力変換ユニット１０において、直列に接続された充電用接触器および充電抵抗が、接触器ＭＣ１に対して並列に設けられてもよい。同様に、電力変換ユニット２０において、直列に接続された充電用接触器および充電抵抗が、接触器ＭＣ２に対して並列に設けられてもよい。

この場合、電力変換装置１－５の始動時に、接触器ＭＣ１，ＭＣ２を開放した状態で、電力変換ユニット１０が有する充電用接触器を投入することで、充電抵抗を介してフィルタコンデンサＦＣ１に電力が供給される。この結果、フィルタコンデンサＦＣ１の充電時に突入電流が発生することが抑制される。
電力変換ユニット２０が稼動系に設定される場合も同様に、接触器ＭＣ１，ＭＣ２を開放した状態で、電力変換ユニット２０が有する充電用接触器を投入することで、充電抵抗を介してフィルタコンデンサＦＣ２に電力が供給される。この結果、フィルタコンデンサＦＣ２の充電時に突入電流が発生することが抑制される。

他の一例として、電力変換ユニット１０において、接触器ＭＣ１に直列に充電用接触器が設けられ、充電用接触器に並列に充電抵抗が設けられてもよい。同様に、電力変換ユニット１０において、接触器ＭＣ１に直列に充電用接触器が設けられ、充電用接触器に並列に充電抵抗が設けられてもよい。

この場合、電力変換装置１－５の始動時に、充電用接触器を開放した状態で接触器ＭＣ１を投入することで、充電抵抗を介してフィルタコンデンサＦＣ１に電力が供給される。この結果、フィルタコンデンサＦＣ１の充電時に突入電流が発生することが抑制される。
電力変換ユニット２０が稼動系に設定される場合も同様に、充電用接触器を開放した状態で接触器ＭＣ２を投入することで、充電抵抗を介してフィルタコンデンサＦＣ２に電力が供給される。この結果、フィルタコンデンサＦＣ２の充電時に突入電流が発生することが抑制される。

電力変換装置１－５は、電動機５３に電力を供給するものに限られず、冗長性が求められる任意の電力変換装置である。また電力変換装置１－５は、電力変換装置１－５に電力を供給可能な任意の車両、任意の機器等に搭載可能である。

一例として、電力変換装置１－５は、交流き電方式の電気鉄道車両に搭載可能である。この場合、一次端子がパンタグラフに接続されたトランスと、トランスの二次端子に接続され、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、を設け、コンバータの出力を電力変換装置１－５に供給すればよい。
他の一例として、電力変換装置１－５は、第三軌条を介して電力を取得する電気鉄道車両に搭載されてもよい。

電力変換ユニットの数は、２つに限られず、２以上の任意の数である。例えば、電力変換装置１－５は、３つの電力変換ユニットと、３つの電力変換ユニットのそれぞれと電動機５３に接続された切替器３１と、を備えてもよい。この場合、接触器制御部３２は、電力変換装置１の始動を指示する動作指示信号が供給されると、稼動系に設定された電力変換ユニットが有する接触器を投入し、待機系に設定された他の２つの電力変換ユニットが有する接触器を開放された状態に維持する。また接触器制御部３２は、切替器３１を稼動系に切り替える。

また電力変換ユニット１０，２０の切り替えは、故障時に限られない。一例として、定められた周期で、動作する電力変換ユニット１０，２０を切り替えてもよい。具体的には、接触器制御部３２は、定められた周期で、稼動系を待機系に設定し、待機系を稼動系に設定することを繰り返し行ってもよい。これにより、電力変換ユニット１０，２０の使用時間が同程度に維持され、電力変換ユニット１０，２０の一方が劣化することが抑制される。

電力変換ユニット１０，２０のいずれを稼動系とするかは任意である。例えば、電力変換ユニット２０を稼動系とし、電力変換ユニット１０を待機系としてもよい。この場合、接触器制御部３２は、電力変換装置１－５の始動を指示する動作指示信号が供給されると、接触器ＭＣ２を投入し、接触器ＭＣ１を開放された状態に維持すればよい。そして、接触器制御部３２は、切替器３１を稼動系に切り替える、すなわち、電力変換部２１の二次端子と電動機５３とを電気的に接続すればよい。

電力変換ユニット１０，２０はそれぞれ、独立した電動機５３に接続されてもよい。この場合、電力変換装置１－５は切替器３１を備えずに、電力変換部１１，２１のそれぞれの二次端子は、独立した電動機５３に接続されればよい。

電力変換装置１－５の始動のトリガは動作指示信号に限られない。一例として、接触器制御部３２は、集電装置５２が架線５１に接触した時に、接触器ＭＣ１を投入してもよい。具体的には、接触器制御部３２は、架線５１の電圧に相当する正極入力端子１ａと負極入力端子１ｂとの間の電圧を測定する電圧測定部から、測定した電圧値を取得し、電圧値が閾値電圧以上となれば、接触器ＭＣ１を投入してもよい。この閾値電圧は、架線５１の電圧が取り得る値の最小値を考慮して設定されればよい。

電力変換部１１，２１は、ＶＶＶＦインバータに限られない。一例として、電力変換部１１，２１は、照明機器、空調機器等の負荷に電力を供給する補助電源装置でもよい。また電力変換部１１，２１は、ＤＣ（Direct Current：直流）－ＤＣコンバータでもよいし、ＡＣ（Alternating Current：交流）－ＤＣコンバータでもよい。

入力電流センサＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６，ＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９は、ＣＴ方式のセンサに限られない。入力電流センサＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３および出力電流センサＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６，ＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９として、ホール素子方式、ロゴスキーコイル方式等の任意の電流センサを採用することができる。

上述の実施の形態では、接触器制御部３２は、電力変換ユニット１０，２０から独立して設けられているが、電力変換ユニット１０，２０がそれぞれ、接触器制御部３２を備えてもよい。この場合、電力変換ユニット１０が備える接触器制御部３２は、接触器ＭＣ１を制御する。同様に、電力変換ユニット２０が備える接触器制御部３２は接触器ＭＣ２を制御する。

ユニット制御部１２は、接触器ＭＣ１から、接触器ＭＣ１が投入されているか、または開放されているか、を示す状態信号を取得してもよい。この場合、ユニット制御部１２は、接触器ＭＣ１から取得した状態信号に基づいて、接触器ＭＣ１が投入された状態および開放された状態のいずれであるかを判別すればよい。
同様に、ユニット制御部２２は、接触器ＭＣ２から、接触器ＭＣ２が投入されているか、または開放されているか、を示す状態信号を取得してもよい。この場合、ユニット制御部２２は、接触器ＭＣ２から取得した状態信号に基づいて、接触器ＭＣ２が投入された状態および開放された状態のいずれであるかを判別すればよい。

電動機５３は、三相誘導電動機に限られず、同期電動機、直流電動機等でもよい。

本開示は、本開示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、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、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開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。

１，２，３，４，５ 電力変換装置、１ａ 正極入力端子、１ｂ 負極入力端子、１０，２０ 電力変換ユニット、１１，２１ 電力変換部、１２，２２ ユニット制御部、３１ 切替器、３２ 接触器制御部、３３ センサ部、４１ 第１ケース、４１ａ，４４ａ 貫通孔、４２ 第１磁気コア、４３ 第１測定回路、４４ 第２ケース、４５ 第２磁気コア、４６ 第２測定回路、５１ 架線、５２ 集電装置、５３ 電動機、Ｂ１，Ｂ２ 入力ブスバー、Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８，Ｂ９，Ｂ１０，Ｂ１１ 出力ブスバー、ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３ 入力電流センサ、ＣＴ４，ＣＴ５，ＣＴ６，ＣＴ７，ＣＴ８，ＣＴ９ 出力電流センサ、ＦＣ１，ＦＣ２ フィルタコンデンサ、ＦＬ１，ＦＬ２ フィルタリアクトル、ＭＣ１，ＭＣ２ 接触器、Ｓ１ 接触器制御信号、Ｓ２１，Ｓ２２ スイッチング制御信号、ＴＬ１ 伝送線。

Claims (11)

1. それぞれが、電源から供給される電力を負荷に供給するための電力に変換し、変換した前記電力を前記負荷に供給する電力変換部と、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、前記電力変換部が有するスイッチング素子を制御するユニット制御部と、を有し、前記電源に共通に接続される複数の電力変換ユニットと、
   前記複数の電力変換ユニットのそれぞれが有する前記接触器を投入または開放する接触器制御部と、
   前記複数の電力変換ユニットのそれぞれが有する前記電力変換部の入力電流の値および出力電流の値の少なくともいずれかを測定し、前記電力変換部の前記入力電流および前記出力電流の少なくともいずれかの測定値を出力するセンサ部と、
   を備え、
   前記ユニット制御部は互いに伝送線で接続され、
   前記ユニット制御部は、制御対象である前記電力変換部の前記入力電流および前記出力電流の少なくともいずれかの前記測定値、ならびに、制御対象である前記電力変換部に対応する前記接触器が投入された状態および開放された状態のいずれであるかに基づいて、前記電力変換ユニットの故障の有無を判別し、判別結果を他の前記ユニット制御部に送る、
   電力変換装置。
2. 前記接触器制御部は、前記複数の電力変換ユニットの内、いずれかの前記電力変換ユニットが有する前記接触器を投入した場合は、他の前記電力変換ユニットが有する前記接触器を開放した状態に維持する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記ユニット制御部は、前記判別結果を前記接触器制御部に送り、
   投入されている前記接触器を有する前記電力変換ユニットの前記ユニット制御部から取得した前記判別結果が、前記電力変換ユニットの故障が生じていることを示す場合、前記接触器制御部は、投入されている前記接触器を開放し、前記他の電力変換ユニットのいずれかが有する開放した状態の前記接触器を投入する、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記複数の電力変換ユニットの少なくともいずれかが有する前記ユニット制御部は、前記電力変換部の前記入力電流および前記出力電流の少なくともいずれかの前記測定値を前記センサ部から取得し、前記センサ部から取得した前記電力変換部の前記入力電流および前記出力電流の少なくともいずれかの前記測定値を他の前記電力変換ユニットが有する前記ユニット制御部に送る、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記センサ部は、前記複数の電力変換ユニットに共通の入力電流センサを有し、
   前記共通の入力電流センサは、前記接触器が投入されている前記電力変換ユニットが有する前記電力変換部の前記入力電流の値を測定し、前記電力変換部の前記入力電流の測定値を出力する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記複数の電力変換ユニットのいずれかが有する前記ユニット制御部は、前記共通の入力電流センサに電力を供給し、前記共通の入力電流センサから前記入力電流の前記測定値を取得し、前記共通の入力電流センサから取得した前記入力電流の前記測定値を他の前記電力変換ユニットが有する前記ユニット制御部に送る、
   請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記共通の入力電流センサは、
   環状の第１磁気コアと、
   前記第１磁気コアに生じる磁束の変化に基づいて前記入力電流の値を測定し、前記入力電流の前記測定値を出力する第１測定回路と、
   前記第１磁気コアおよび前記第１測定回路を収容し、中央に貫通孔を有する第１ケースと、を有し、
   前記複数の電力変換ユニットのそれぞれにおいて、前記接触器と前記電力変換部は入力ブスバーで接続され、
   前記複数の電力変換ユニットのそれぞれの前記接触器と前記電力変換部を接続する前記入力ブスバーは前記第１ケースの前記貫通孔に挿通される、
   請求項５または６に記載の電力変換装置。
8. 前記複数の電力変換ユニットは、前記負荷に共通に接続される、
   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. 前記センサ部は、前記複数の電力変換ユニットに共通の出力電流センサを有し、
   前記共通の出力電流センサは、前記接触器が投入されている前記電力変換ユニットが有する前記電力変換部の前記出力電流の値を測定し、前記電力変換部の前記出力電流の測定値を出力する、
   請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記複数の電力変換ユニットのいずれかが有する前記ユニット制御部は、前記共通の出力電流センサに電力を供給し、前記共通の出力電流センサから前記電力変換部の前記出力電流の前記測定値を取得し、前記共通の出力電流センサから取得した前記電力変換部の前記出力電流の前記測定値を他の前記電力変換ユニットが有する前記ユニット制御部に送る、
    請求項９に記載の電力変換装置。
11. 前記共通の出力電流センサは、
    環状の第２磁気コアと、
    前記第２磁気コアに生じる磁束の変化に基づいて前記出力電流の値を測定する第２測定回路と、
    前記第２磁気コアおよび前記第２測定回路を収容し、中央に貫通孔を有する第２ケースと、を有し、
    前記複数の電力変換ユニットのそれぞれが有する前記電力変換部と前記負荷とは出力ブスバーで接続され、
    前記複数の電力変換ユニットのそれぞれの前記電力変換部と前記負荷とを接続する前記出力ブスバーは前記第２ケースの前記貫通孔に挿通される、
    請求項９または１０に記載の電力変換装置。

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