JPH01291602A - 電源装置の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は車両用電源装置において、フィルタコンデン
サ充電用抵抗器の過熱防止のための保護装置に関する。

（従来の技術） 車両用電源装置は一般に第４図や第５図のような回＃１
梢成をとる。第４図に示す電源装置はインバータであり
、第５図に示すものはコンバータである。

第４図に示す電源装置の場合、集電器１と、ヒユーズ２
と、架線電圧検出器３と、高速度遮断器４と、フィルタ
リアクトル５と、充電用抵抗器６と、フィルタコンデン
サ７と、このフィルタコンデンサ７に並列に設けられた
直流−交流変換器８と、この直流−交流変換器８の出力
に接続されるトランス９とから構成されている。そして
、前記充電用抵抗器６に並列に短絡器１０が接続され、
前記フィルタコンデンサ７に並列に電圧検出器１１が接
続されている。また、前記トランス９の出力に負荷１２
が接続されている。

このような従来の電源装置では、集電器１から架線電源
が供給されてくると、架線電圧検出器３がその電圧を検
出し、一定値以上になれば高速度遮断器４を投入させる
。この結果、架線電源は集電器１、ヒユーズ２、高速度
遮断器４、フィルタリアクトル５、充電用抵抗器６を通
してフィルタコンデンサ７を充電する。

電圧検出器１１は、このフィルタコンデンサ７の両端電
圧が一定値以上になったことを検出した時に短絡器１０
に短絡指令信号を出力し、充電用抵抗器６を短絡する。

そして、短絡器１０が確かに短絡したというアンサバッ
ク信号を受けた後に直流−交流変換器８に対してそのゲ
ートスタート指令を入力し、この電源装置のインバータ
運転を開始する。

しかしながら、今、直流−交流変換器８内の半導体素子
が何等かの原因で上下アーム共に短絡故障を起こした場
合には次のような不具合が生じる。

つまり、この場合にはフィルタコンデンサ７の両端が等
測的に短絡されたような状態になっているため、集電器
１、ヒユーズ２、高速度遮断器３、フィルタリアクトル
５、充電用抵抗器６を通して流れた電流はそのまま帰線
側に流れ続け、フィルタコンデンサ７は何時までなって
も充電されないままになり、電圧検出器１１の出力はほ
とんど０ボルト信号を出力し続ける。したがって、短絡
器１０のを短絡させる指令が出力されず、充電用抵抗器
６を通して電流が流れ続け、この充電用抵抗器６が過熱
焼損してしまう事故に至る不具合が発生する。

そして、このように充電用抵抗器６が過熱焼損してしま
うと、その周辺機器に悪影響を及ぼし、その復旧にも長
時間を要する問題点が生ずるのである。

第５図に示すコンバータの電源装置も、集電器１〜フイ
ルタコンデンサ７、短絡器１０、及び電圧検出器１１の
構成は第４図のインバータの電源装置と同様である。そ
して、直流−交流変換器８に代えて、直流−直流変換器
１３がフィルタコンデンサ７に対して並列に設けられ、
この直流−直流変換器１３の出力側にさらにフィルタリ
アクトル１４とフィルタコンデンサ１５が設けられ、過
電流抑制用サイリスタ１６を介して直流負荷１７が接続
される構成となっている。

このような従来のコンバータの電源装置にあっても、直
流−直流変換器１３内のスイッチ用半導体素子が最初か
ら短絡故障を起こしていると、架線電圧が充電用抵抗器
６を通してフィルタコンデンサ１５に充電され、結果的
に出力過電圧となり、過電圧抑制用サイリスタ１６が点
弧することになる。

そして、サイリスタ１６が点弧すると、第４図に示した
インバータの電源装置の場合と同様に短絡電流が充電用
抵抗器６、直流−直流変換器１３、フィルタリアクトル
１４、過電流抑制用サイリスタ１６を通して流れること
になり、フィルタコンデンサ７は何時までたっても充電
されることがない、この結果、電圧検出器１１は電圧検
出することがなくて短絡器１０を点弧せず、充電用抵抗
器６に過電流が流れ続け、焼損事故に至る不具合が生じ
ることになる。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の電源装置では、直流−交流変換器又は
直流−直流変換器に短絡故障が発生すると充電用抵抗器
が過熱焼損する問題点があった。

そこで、この問題点を解決するためには、（１）充電用
抵抗器の容量を短絡電流が連続して流れても耐え得る大
きさのものに設計すること、 （２）充電用抵抗器の抵抗値を大きくして損失を少なく
し、部品点数を増すことなく焼損を無くすこと、 （３）保護回路を付加することにより、現状の抵抗値、
部品構成はそのままにして焼損を防止すること、 等の観点からアプローチすることができる。

しかしながら、上記（１）については、数１゜ＫＷの抵
抗器容量が必要となり、装置の外形、重量の増大が避け
られず、好ましい解決策とはならない、また（２）につ
いても、抵抗値をあまり大きいものにすると、フィルタ
コンデンサの充電に時間が掛かり過ぎ、インバータやコ
ンバータがなかなか起動しない問題点が生じ、使用者の
サービスが低下することになり、良い解決策とならない
。

そこで、（３）の保護回路を設けて過電流による焼損を
防止する観点から解決を図るのがこの発明の電源装置の
保護装置であり、小形化、軽量化が図れて電源立ち上が
りも速い電源装置の保護装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明の電源装置の保護装置は、直流電源の入力側に
高速度遮断器を介して設けられたフィルタリアクトルと
フィルタコンデンサとの逆り形ＬＣフィルタ回路と、前
記フィルタリアクトルと直列に設けられた前記フィルタ
コンデンサ充電用の抵抗器と、この充電用抵抗器を短絡
するスイッチ回路と、前記直流電源の投入電圧を検出す
る架線電圧検出手段と、前記フィルタコンデンサに対す
る電圧検出手段と、前記高速度遮断器の投入、遮断制御
を行う遮断器制御手段であって、前記架線電圧検出手段
が高電圧を検出した時に前記高速度遮断器を投入するも
のと、この遮断器制御手段が遮断器投入信号を出力した
時から一定時間後に短絡検知パルス信号を出力する検知
パルス発生手段と、前記コンデンサ電圧検出手段からの
検出電圧を評価し、前記検知パルス信号の入力までにコ
ンデンサ電圧が所定値以上にならない時に前記遮断器制
御手段に対して高速度遮断器遮断指令信号を出力する保
護検知手段とを備えたものである。

（作用） この発明の電源装置の保護装置では、集電器を通して架
線電源が供給されてきた時には、架線電圧検出手段によ
りその電源投入を検出して遮断器制御手段により高速度
遮断器を投入させ、フィルタリアクトルと充電用抵抗器
を介してフィルタコンデンサに充電を図る。

上記の遮断器制御手段が高遠度遮断器投入指令信号を出
力する時には検知パルス発生手段は一定時間後に検知パ
ルス信号を出力する用意をする。

保護検知手段は、この検知パルス信号の入力があるまで
にフィルタコンデンサに充電がなく、電圧検出手段がフ
ィルタコンデンサの電圧を検出しない時には、短絡事故
が発生したものとして遮断器制御手段にその信号を出力
する。

遮断器制御手段はこの信号を受けて高速度遮断器を遮断
動作させて充電用抵抗器に流れる電流を遮断し、焼損事
故に至るのを防止する。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例を示しており、架線に対す
る集電器１、ヒユーズ２、架線電源供給を検出する架線
電圧検出器３、高速度遮断器４、フィルタリアクトル５
、充電用抵抗器６、フィルタコンデンサ７、短絡器１０
、フィルタコンデンサ７に対する電圧検出器１１は従来
例の第４図に示す構成と同様であり、このフィルタコン
デンサ７に対して並列に直流−交流変換器又は直流−直
流変換器が接続され、車両用補助電源として使用される
。

前記架線電圧検出器３の出力に対して遮断器制御回路１
８が設けられ、この遮断器制御回路１８の出力に対して
検知パルス発生回路１９が設けられ、さらにこの検知パ
ルス発生回路１９の出力に対して保護検知回路２０が設
けられている。

遮断器制御回路１８は、高速度遮断器４の動作制御指令
を行うものであり、検知パルス発生回路１つは遮断器制
御回路１８からの架線電圧検出信号を受けて一定時間Ｔ
が経過した後に検知パルス信号を保護回路２０に出力す
るものであり、保護検知回路２０はフィルタコンデンサ
７に対する電圧検出器１１の電圧検出信号を受けて短絡
器】０の動作を制御し、また遮断器制御回路１８に対し
て遮断器遮断動作指令信号を出方するらのである。

上記の構成の電源装置の保護装置の動作について、次に
説明する。

Ｌ１九止片 第１図及び第２図に基づき、集電器１からヒユーズ２を
介して架線電源が供給されてくると、架線電圧検出器３
はその電圧検出信号Ａを遮断器制御回路１８に入力する
。遮断器制御回路１８は、この入力信号Ａを監視し、そ
れが−室以上のレベルになると高速度遮断器４の励磁信
号Ｂを出力し、高速度遮断器４を投入する。

この遮断器４の投入により架線電源はフィルタリアクト
ル５、充電用抵抗器６を介してフィルタコンデンサ７に
充電される。

この高速度遮断器４の投入によりその補助接点がオンす
ると、高速度遮断器４の投入のアンサ−信号ＣＴが検知
パルス発生回路１つに入力される。

検知パルス発生回路１つでは、この信号Ｃを受けて、一
定時間Ｔ後に検知パルスの用意を行う、この時間Ｔは不
具合が生じた場合に充電用抵抗器６が焼損しない範囲で
過電流通電が出来る時間から適宜に設定されるものとす
る。

電圧検出器１１は、フィルタコンデンサ７の両端電圧を
検出しており、その出力信号りを保護検知回路２０に入
力する。

ここで、アンサ−信号Ｃが入力されてから前記時間Ｔが
経過するまでにフィルタコンデンサ７の電圧が確立した
場合には、短絡器１０の動作指令信号Ｅがこの保護検知
回路２０から短絡器１０に出力され、短絡器１０が短絡
動作し、そのアンサーバック信号Ｆを検知パルス発生回
路１９に与える。

検知パルス発生回路１９は、このアンサーバック信号Ｆ
が入力されると検知パルス信号Ｇの発生を取り止める。

第２図において、信号Ｇにおける点線で示すパルスが出
力せずにおかれた検知パルス信号の波形である。

このようにして、正常動作時には、架線電源の投入後の
一定時間Ｔ経過するまでにフィルタコンデンサ７の電圧
が確立するので、その電圧検出を行うことにより短絡事
故の発生なしを検知し、正常動作に移行するのである。

１権玖１几止芳 フィルタコンデンサ７に並列に接続される直流−交流変
換器（図示せず）や直流−直流変換器（図示せず）に短
絡故障が発生しているような場合、第３図に示すように
架線電圧検出器３が架線電圧を検出してその検出信号Ａ
を遮断器制御回路１８に入力し、遮断器制御回路１８が
遮断器投入信号Ｂを遮断器４に与えて、高遠度遮断器４
を動作させる。

この遮断器４への動作指令信号Ｂと共に検知パルス発生
回路１９には信号Ｃが入力され、この検知パルス発生回
路１９は時間Ｔ、後にパルス信号を発生する用意を開始
することになる。

高速度遮断器４が投入されると、フィルタリアクトル５
と充電用抵抗器６を介してフィルタコンデンサ７に充電
が開始されようとする。

しかしながら、その充電電流は短絡故障の発生している
変換器側に流れ込むことになり、このフィルタコンデン
サ７への充電が起こらない、そのため、コンデンサ７の
両端電圧は時間Ｔの間に確立することがなく、電圧検出
器１１は０ボルトに近い電圧検出信号りを保護検知回ｆ
％２０に出力することになる。

したがって、保護検知回路２０は短絡器動作指令信号Ｅ
を出力することがなく、短絡器２ｏがらのアンサーバッ
ク信号Ｆが検知パルス発生回路１９に入力されることも
ない。

この結果、検知パルス発生回路１９は一定時間Ｔ後に短
絡故障検知パルス信号Ｇを保護検知回路２０に与え、こ
の保護検知回路２０は遮断器制御回路１８に対して遮断
器遮断指令信号ト１を出力する。

そこで、遮断器制御回路１８は、高速度遮断器４の遮断
動作を行う。

この後、一定時間Ｔ、後に再起動を試みても同じように
して保護動作が起こる場合には起動不能とし、直流−交
流変換器又は直流−直流変換器の動作を完全に停止させ
、機器の保護を図るようにする。

このようにして、架線電源が供給されても一定時間Ｔの
うちにフィルタコンデンサ７に所定の電圧が確立されな
い場合には短絡故障が発生しているものと判断し、充電
用抵抗器６の焼損防止のために高速度遮断器４を遮断動
作させ、回路の保護を図ることができるのである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、架線電圧印加の後一定
時間経過してもフィルタコンデンサに所定の電圧が確立
されない場合には変換器の部分で短絡故障が発生してい
るものとして高速度遮断器を遮断動作させ、充電用抵抗
器への通電を停止するようにしているため、短絡故障に
より過電流が充電用抵抗器に流れて焼損事故が起こるこ
とが防止でき、この充電用抵抗器の焼損防止のために新
たに電源回路側に回路部品を追加したり回路部品の大型
化を必要とせず、回路保護動作の信頼性と応答性とを高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

は 第１図はこの発明の一実施例の回路図、第２図上記実施
例の正常動作時のタイミングチャート、第３図は上記実
施例の保護動作時のタイミングチャート、第４図は従来
例の回路図、第５図は他の従来例の回路図である。 １・・・集電器　　　　　　３・・・架線電圧検出器４
・・・高速度遮断器 ５・・・フィルタリアクトル ６・・・充電用抵抗器 ７・・・フィルタコンデンサ １０・・・短絡器　　　　　１１・・・電圧検出器１８
・・・遮断器制御回路 １９・・・検出パルス発生回路 ２０・・・保護検知回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電源の入力側に高速度遮断器を介して設けられたフ
   ィルタリアクトルとフィルタコンデンサとの逆Ｌ形ＬＣ
   フィルタ回路と、前記フィルタリアクトルと直列に設け
   られた前記フィルタコンデンサ充電用の抵抗器と、この
   充電用抵抗器を短絡するスイッチ回路と、前記直流電源
   の投入電圧を検出する架線電圧検出手段と、前記フィル
   タコンデンサに対する電圧検出手段と、前記高速度遮断
   器の投入、遮断制御を行う遮断器制御手段であって、前
   記架線電圧検出手段が高電圧を検出した時に前記高速度
   遮断器を投入するものと、この遮断器制御手段が遮断器
   投入信号を出力した時から一定時間後に短絡検知パルス
   信号を出力する検知パルス発生手段と、前記コンデンサ
   電圧検出手段からの検出電圧を評価し、前記検知パルス
   信号の入力までにコンデンサ電圧が所定値以上にならな
   い時に前記遮断器制御手段に対して高速度遮断器遮断指
   令信号を出力する保護検知手段とを備えて成る電源装置
   の保護装置。