JPH02151201A - 電気車駆動制御装置およびその制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気車駆動制御装置およびその制御方法に係り
、特に、電気車駆動用半導体素子として用いられた自己
消弧形半導体素子１例えばゲートターンオフサイリスタ
、トランジスタの駆動を制御するに好適な電気車駆動制
御装置およびその制御方法に関する。

〔従来の技術〕

電気車は、一般に、第７図に示されるように、誘動電動
機２０を律動するためのインバータ１６をゲートターン
オフサイリスタ（以下ＧＴＯと称する）１８で構成し、
パンタグラフ１０によって集電された電力を遮断器１２
．高速度遮断器１４を介してインバータ１６に取込み、
ＧＴＯ１８のスイッチングにより直流電力を交流電力に
変換して誘導電動機２０を駆動する構成が採用されてい
る。そしてインバータ１６は、第８図に示されるように
、各種の運転モード、例えば力行モード、惰行モード、
ブレーキモード、停止モードに従ってＧＴＯ１８に対す
るスイッチング制御がおこなわれるようになっている。

ところで、ＧＴＯ１８は、通常オフ期間中逆バイアス電
圧が印加されている。ＧＴＯ１８のゲートとカソード間
に逆バイアス電圧を印加する場合、第９図にふされるよ
うに、逆バイアス電圧が高いほどＧＴＯ１８のｄｖ／ｄ
ｔ酎量を向耐できることが知られている。一方高い逆バ
イアス電圧をＧＴＯ１８に印加するとＧＴＯ１８の寿命
が低下することも知られている。このため、ＧＴＯ１８
のゲートカソード間に逆バイアス電圧を印加する場合ゲ
ートカソード間逆方向耐圧の絶対最大定格の３０％程度
の電圧を印加することがおこなわれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の電気車においては、ＧＴＯ１８のオフ期
間中は常にＧＴ○１８のゲートカソード間に逆バイアス
電圧を印加する構成が採用されていたため、ＧＴＯＬ８
の長寿命化を図るには十分ではなかった。

本発明の目的は、逆バイアス信号の印加に伴う自己消弧
形半導体素子の寿命の低下を抑制することができる電気
車体動制御装置およびその制御方法を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、第１の装置とし
て、パンタグラフと電動機とを結ぶ回路を開閉する遮断
器の開閉状Ｊｍを検出する開閉状態検出手段と、開閉状
態検出手段により遮断器が閉になったことが検出された
ときに、電動機駆動用自己消弧形半導体素子のオフ期間
中この半導体素子の制御端子へ逆バイアス信号を出力し
、遮断器が開になったことが検出されたときには逆バイ
アス信号の出力を停止する逆バイアス信号発生手段とを
有する電気車駆動制御装置を構成したものである。

第２の装置として、電気車の運転モードが力行モードま
たはブレーキモードになったことを検出する運転モード
検出手段と、運転モード検出手段により運転モードが力
行モードまたはブレーキモードになったことが検出され
たときに、電動機駆動用自己消弧形半導体素子のオフ期
間中この半導体素子の制御端子へ逆バイアス信号を出力
し、運転モードが前記いずれかのモードから他のモード
になったことが検出されたときには逆バイアス信号の出
力を停止する逆バイアス信号発生手段とを有する電気車
駆動制御装置を構成したものである。

第３の装置として、電動機駆動用自己消弧形半導体素子
に電力を供給する電源回路の電圧を検出する電圧検出手
段と、電圧検出手段の検出出力を受け、この検出出力が
設定値を越えたときに、前記半導体素子のオフ期間中こ
の半導体素子の制御端子に逆バイアス信号を出力し、前
記検出出力が設定値以下になったときには逆バイアス信
号の出力を停止する逆バイアス信号発生手段とを有する
電気車駆動制御装置を構成したものである。

第１〜第３の装置のうちいずれか１の装置を含む第４の
装置として、逆バイアス信号の出力を停止する条件が成
立したときでも、前記条件成立時から負荷回路の残留エ
ネルギーによる電圧変動が抑制される時間を経過するま
で逆バイアス信号の出力停止タイミングを遅らせる遅延
手段を有する電気車駆動制御装置を構成したものである
。

第１の制御方法として、パンタグラフと電動機とを結ぶ
電源回路を開閉する遮断器がオンになったときに、電動
機駆動用自己消弧形半導体素子のオフ期間中この半導体
素子の制御端子に逆バイアス信号を印加し、前記遮断器
がオフになったときには前記半導体素子に対する逆バイ
アス信号の出力を停止する電気車駆動制御装置の制御方
法を採用したものである。

第２の制御方法として、電気車の運転モードのうち力行
モードとブレーキモードのときに、電動ｔｉｌｌ動用自
己消弧形半導体素子のオフ期間中この半導体素子の制御
端子へ逆バイアス信号を印加し。

運転モードが前記いずれかのモードから他の運転モード
に切り替ったときには前記半導体素子に対する逆バイア
ス信号の出力を停止する電気車駆動制御装置の制御方法
を採用したものである。

第３の制御方法として、Ｘ動機駆動用自己消弧形半導体
素子に電力を供給する電源回路の電圧を検出し、この電
圧が設定値を越えたときに、前記半導体素子のオフ期間
中この半導体素子の制御端子に逆バイアス信号を印加し
、前記Ｗｉ電源回路電圧が設定値以下になったときには
前記半導体素子に対する逆バイアス信号の出力を停止す
る電気車駆動制御装置の制御方法を採用したものである
。

第１〜第３の制御方法のうちいずれか１の制御方法を含
む第４の制御方法として、半導体素子の制御端子に対す
る逆バイアス信号の印加を停止する条件が成立したとき
でも、前記条件成立時から負荷回路の残留エネルギーに
よる電圧変動が抑制される時間を経過するまで逆バイア
ス信号の印加停止タイミングを遅らせる電気車駆動制御
装置の制御方法を採用したものである。

〔作用〕

遮断器が閉状態になったこと、運転モードが力行モード
またはブレーキモードになったことあるいは自己消弧形
半導体素子に電力を供給する電源回路の電圧が設定電圧
を越えたことを条件に、自己消弧形半導体素子のオフ期
間中この半導体素子の制御端子へ逆バイアス信号を印加
し、前記条件が成立しないときには自己消弧形半導体素
子に対する逆バイアス信号の出力を停止するようにした
ため、半導体素子に逆バイアス信号を印加する時間が短
縮され、逆バイアス信号の印加に伴う半導体素子の寿命
低下を防止することが可能となる。

さらに、逆バイアス信号の印加を停止するタイミングを
逆バイアス信号出力停止条件成立時から負荷回路の残留
エネルギーによる電圧変化が抑制される時間を経過する
まで遅らせるようにしたため、電圧変動に伴なって半導
体素子が劣下するのを未然に防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、誘導層′動機２０はインバータ１６に
接続されており、インバータ１６はＧＴＯ１８によって
構成されている。インバータ１６にはパンタグラフ１０
によって集電された電力が遮断器１２、高速度遮断器１
４を介して供給されており、ＧＴＯ１８のゲートカソー
ド間にはゲート開動装置！２２からの信号が供給される
ようになっている。そして各ＧＴＯ１８がゲート駆動装
置２２からのパルス信号によってスイッチング制御され
ると直流電力が交流電力に変換され、誘導電動機２０の
駆動が制御されるようになっている。ゲート駆動装置２
２にはオンオフ指令発生回路２４からオンオフ指令が入
力されているとともに逆バイアススタート信号発生回路
２６から逆バイアススタート信号が入力されており、オ
ンオフ指令に基づいてＧＴＯ１８のオンオフ期間が制御
され、逆バイアススタート信号に基づいて、各ＧＴＯＬ
８のオフ期間中各ＧＴＯ１８のゲートカソード間に逆バ
イアス信号としての逆バイアス電圧が印加されるように
なっている。

オンオフ指令および逆バイアススタート信号を発生させ
るためのシーケンス回路として、高速度遮断器１４が閉
じたとき接点を閉じる補助接点３０、遮断器１２が閉じ
たときに接点を閉じる補助接点３２．３８、ＡＮＤゲー
ト２８、運転モードが力行モードまたはブレーキモード
になったときに指令を発生する指令発生回路３４．遮断
器１２を駆動する電磁弁３６、高速度遮断器１４を開動
する電磁弁４０が設けられている。そして運転モードが
力行モードまたはブレーキモードになると指令発生回路
３４からの指令によって電磁弁３６が駆動し、遮断器１
２が回路を閉じるとともに補助接点３２．３８が接点を
閉じる。補助接点３２が接点を閉じると逆バイアススタ
ート信号発生回路２６から逆バイアススタート信号が出
力される。

さらに補助接点３８が接点を閉じると電磁弁４０が駆動
し、高速度遮断器１４が回路を閉じる。これにより補助
接点３０の接点が閉じＡＮＤゲート２８からゲート信号
が出力され、オンオフ指令発生回路２４からオンオフ指
令が出力される。すなわち、補助接点３２．３８は遮断
器１２の開閉状態を検出する開閉状態検出手段を構成す
るとともに、運転モードが力行モードまたはブレーキモ
ードになったことを検出する運転モード検出手段として
構成されている。

ゲート駆動３Ａｉが２２は、第２図に示されるように、
オンゲートパルス発生部２２Ａ、オフゲートパルス発生
部２２Ｂ、逆バイアス信号発生部２２Ｃから構成されて
おり、オンオフ指令を受けたときに、このオンオフ指令
に応じたゲートパルスをＧＴ０１８のゲートカソード間
に印加し、各ＧＴＯ１８のスイッチングを制御するよう
に構成されている。さらに逆バイアススタート信号を受
けたときにはオフゲートパルスによりＧＴＯ１８がオフ
となる期間中ＧＴＯ１８のゲートカソード間に逆バイア
ス信号を印加するように構成されている。

これらの発生部は、例えばトランスと、トランスの１次
側にスイッチングパルスを印加するパルス発生回路と、
トランスの２次巻線および３次巻線の出力側に設けられ
た整流回路と、各ｆｉ流回路の出力をオンオフするスイ
ッチ群から構成され、方の゛整流回路の出力をｊ須バイ
アス電圧としてスイッチを介してＧＴＯのゲートカソー
ド間に印加し、他の整流回路の出力を逆バイアス電圧と
してスイッチを介してＧＴＯ１８のゲートカソード間に
印加するようにした回路によって構成することができる
。

以上の構成において、運転モードが力行モートとなり、
力行指令が指令発生回路３４から出力されると、電磁弁
３６が作動し、補助接点３２，３８の接点が閉じ、遮断
器１２が回路を閉じる。これにより逆バイアススタート
信号がゲート駆動装置２２に入力される。続いて電磁弁
４０が作動し補助接点３０の接点が閉じると高速度遮断
器１・１が回路を閉じる。これによりオンオフ指令がゲ
ート睡動装置２２に入力され、各ＧＴＯ１８のゲートカ
ソード間には第３図に示されるようなゲートパルスが１
項次印加され、ＧＴＯ１８のスイッチング制御がおこな
われる。このとき各ＧＴＯ１８がオフになったときには
、逆バイアス信号発生部２２Ｃからの逆バイアス信号が
各ＧＴＯ１８のゲートカソード間に印加され、各ＧＴＯ
１８のｄｖ／ｄｔ耐量を向上するための制御がおこなわ
れる。

次に、運転モードが力行モードから惰行モードに切り換
すると電磁弁３６がオフになり、各補助接点３０，３２
．３８の接点が開きオンオフ指令および逆バイアススタ
ート信号の発生が停止される。これによりオフゲートパ
ルスによって各ＧＴ０１８がオフになるとともに各ＧＴ
Ｏ１８に対する逆バイアス信号の印加が停止される。こ
の場合には、第３図に示されるように、各ＧＴＯ１８の
ゲートカソード間には電圧が印加されない、また運転モ
ードが惰行モードからブレーキモードに切り換ったとき
には力行モードと同様な制御がおこなわれ、運転モード
が停止モードになったときには惰行モードと同様な制御
がおこなわれる。すなわち、惰行モードとブレーキモー
ドのときにのみ。

各ＧＴＯ１８がオフの期間中各ＧＴＯ１８のゲートカソ
ード間に逆バイアス信号が出される。一方、運転モード
が惰行モードおよび停止モードになったときには各ＧＴ
Ｏ１８のゲートカソード間にはゲートパルスおよび逆バ
イアス信号が印加されない状態となる。このため、各Ｇ
ＴＯ１８に逆バイアス信号を印加する時間が短縮され、
逆バイアス信号の印加に伴ってＧＴＯ１８の寿命が低下
するのを防止することが可能となる。

次に、第４図に示されるように、補助接点３２と逆バイ
アススタート信号発生回路２６との間にＯＲゲート４２
とワンショットマルチ４４を設け。

第５図に示されるように、補助接点３２の接点が閉の状
態から開の状態になったときに、ワンショットマルチ４
４から一定時間Ｔ□パルス信号を出力し、このパルス信
号をＯＲゲー１−４２を介して逆バイアススタート信号
発生回路２６へ入力するように構成すれば、補助接点３
２の接点が閉の状態から開の状態になっても、一定時間
Ｔユ逆バイアススタート信号の発生が停止されるタイミ
ングを遅延させることができる。すなわち、運転モード
が力行モードから惰行モードに移行したときに、補助接
点３２が開かれると同時に逆バイアススタート信号の発
生を停止したのでは、ＩＷ導電動機２０の残留エネルギ
ーによって生ずる電圧がＧＴＯ１８に印加されてＧＴＯ
１８が劣下する恐れがある。そこで、誘導電動機２０の
残留エネルギーによる電圧変動が抑制される時間′ｒ□
だけ遅らせて各ＧＴＯ１８に逆バイアス信号を印加すれ
ば、誘二、４．電導機２０の残留エネルギーによる電圧
変動によってＧ’Ｔ○１８が劣下するのを防止すること
ができる。この時間Ｔ工としては、例えば１００〜１０
１００Ｏ程度が適当である。なお、この場合ＯＲゲート
４２とワンショットマルチ４４が遅延手段を構成するこ
とになる。

又、第６図に示されるように、パンタグラフ１０と誘導
電動機２０とを結ぶ電源回路の電圧を検出する電圧検出
手段としての電圧検出器４６を設けるとともに電圧検出
器４６の検出出力が設定値としての基準電圧を越えたと
きに、比較出力を逆バイアススタート信号発生回路２６
へ出力する比較器４８を設け、比較器４８の比較信号に
よって逆バイアススタート信号発生回路２６を起動させ
るようにしても、前記実施例に同様な効果を得ることが
できる。すなわち、電圧検出器４６によりインバータ１
６に供給される電圧が基準電圧を越えたときにのみ逆バ
イアススタート信号を出力するようにすれば、力行モー
ドおよびブレーキモードのときにＧＴＯ１８のゲートカ
ソード間に逆バイアス信号を印加することができる。な
お、この場合、オンオフ指令は前記実施例と同様な条件
によって発生する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、遮断器が閉状態
になったこと、運転モードが力行モードまたはブレーキ
モードになったこと、電源回路の電圧が設定電圧を越え
たことのいずれかの条件が満たされたときにのみ、自己
消弧形半導体素子のオフ期間中この半導体素子の制御端
子に逆バイアス信号を印加するようにしたため、自己消
弧形半導体素子に逆バイアス信号を印加する時間を短縮
することができ、逆バイアス信号の印加に伴う自己消弧
形半導体素子の寿命の低下を抑制することができる。さ
らに、逆バイアス信号の印加停止タイミングを負荷回路
の残留エネルギーによる゛ａ圧変動が抑制される時間ま
で延期するようにしたため、負荷回路の残留エネルギー
によって自己消弧形半導体素子が劣化するので防止する
ことができ、素子の長寿命化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はゲー
トＩＩＩ動装置の構成説明図、第３図は運転モードにお
けるゲートパルスの波形図、第４図は遅延手段の構成説
明図、第５図は第４図の動作説明図、第６図の本発明の
他の実施例を示す構成図、第７図は従来例の要部構成図
、第８図は各種運転モードにおける時間と速度との関係
を示す線図、第９図はゲートカソード間の逆電圧とｄｖ
／ｄｔ耐量との関係を示す特性図である。 １０・・・パンタグラフ、１２・・・遮断器、１４・・
・高速度遮断器、１６・・・インバータ、１８・・・Ｇ
ＴＯ１２０・・・誘導電動機、２２・・・ゲート駆動装
置、 ２４・・・オンオフ指令発生回路。 ２６・・・逆バイアス信号発生回路、 ２８・・・ＡＮＤゲート。 ３０．３２．３８・・・補助接点、 ３４・・・指令発生回路、３６．４０・・・電磁弁、４
２・・・ＯＲゲート、４４・・・ワンショットマルチ、
４６・・・電圧検出器、４８・・・比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パンタグラフと電動機とを結ぶ回路を開閉する遮断
   器の開閉状態を検出する開閉状態検出手段と、開閉状態
   検出手段により遮断器が閉になったことが検出されたと
   きに、電動機駆動用自己消弧形半導体素子のオフ期間中
   この半導体素子の制御端子へ逆バイアス信号を出力し、
   遮断器が開になったことが検出されたときには逆バイア
   ス信号の出力を停止する逆バイアス信号発生手段とを有
   する電気車駆動制御装置。 ２、電気車の運転モードが力行モードまたはブレーキモ
   ードになったことを検出する運転モード検出手段と、運
   転モード検出手段により運転モードが力行モードまたは
   ブレーキモードになったことが検出されたときに、電動
   機駆動用自己消弧形半導体素子のオフ期間中この半導体
   素子の制御端子へ逆バイアス信号を出力し、運転モード
   が前記いずれかのモードから他のモードになったことが
   検出されたときには逆バイアス信号の出力を停止する逆
   バイアス信号発生手段とを有する電気車駆動制御装置。 ３、電動機駆動用自己消弧形半導体素子に電力を供給す
   る電源回路の電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出
   手段の検出出力を受け、この検出出力が設定値を越えた
   ときに、前記半導体素子のオフ期間中この半導体素子の
   制御端子に逆バイアス信号を出力し、前記検出出力が設
   定値以下になったときには逆バイアス信号の出力を停止
   する逆バイアス信号発生手段とを有する電気車駆動制御
   装置。 ４、逆バイアス信号の出力を停止する条件が成立したと
   きでも、前記条件成立時から負荷回路の残留エネルギー
   による電圧変動が抑制される時間を経過するまで逆バイ
   アス信号の出力停止タイミングを遅らせる遅延手段を有
   する請求項１、２または３項記載の電気車駆動制御装置
   。 ５、パンタグラフと電動機とを結ぶ電源回路を開閉する
   遮断器がオンになったときに、電動機駆動用自己消弧形
   半導体素子のオフ期間中この半導体素子の制御端子に逆
   バイアス信号を印加し、前記遮断器がオフになったとき
   には前記半導体素子に対する逆バイアス信号の出力を停
   止する電気車駆動制御装置の制御方法。 ６、電気車の運転モードのうち力行モードとブレーキモ
   ードのときに、電動機駆動用自己消弧形半導体素子のオ
   フ期間中この半導体素子の制御端子へ逆バイアス信号を
   印加し、運転モードが前記いずれかのモードから他の運
   転モードに切り替ったときには前記半導体素子に対する
   逆バイアス信号の出力を停止する電気車駆動制御装置の
   制御方法。 ７、電動機駆動用自己消弧形半導体素子に電力を供給す
   る電源回路の電圧を検出し、この電圧が設定値を越えた
   ときに、前記半導体素子のオフ期間中この半導体素子の
   制御端子に逆バイアス信号を印加し、前記電源回路の電
   圧が設定値以下になったときには前記半導体素子に対す
   る逆バイアス信号の出力を停止する電気車駆動制御装置
   の制御方法。 ８、半導体素子の制御端子に対する逆バイアス信号の印
   加を停止する条件が成立したときでも、前記条件成立時
   から負荷回路の残留エネルギーによる電圧変動が抑制さ
   れる時間を経過するまで逆バイアス信号の印加停止タイ
   ミングを遅らせる請求項５、６または７記載の電気車駆
   動制御装置の制御方法。