JPH02285930A - 電気車制御装置 - 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） 本発明は、コンバータ及びインバータを有する電気車制
御装置に関する。

（従来の技術） 第２図は従来の電気車制御装置の構成を示すブロック図
である。

この図において、架線１からの交流電圧はパンタグラフ
２を介して変圧器３の１次側に入力され、変圧器３の２
次側からは降圧された交流電圧が電源遮断器（電磁接触
器）の接点４ａを介してコンバータ５に供給されるよう
になっている。なお、６は接地ブラシである。

コンバータ５としては、例えばパルス幅変調コンバータ
（ＰＷＭコンバータ）が用いられ、変圧器３からの交流
電力が定電圧の直流電力に変換される。変換された直流
電力は平滑コンデンサ７により平滑化された後、可変電
圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）等のイ
ンバータ８に出力される。そして、インバータ８は、こ
の平滑化された直流電力を所望の電圧及び所望の周波数
の交流電力に変換して、これを交流電動機９に出力する
。

平滑コンデンサ７と並列に、過電圧保護用スイッチング
素子であるサイリスタ１０及び抵抗器１１が接続されて
おり、さらに、電圧検出器（ＰＴ）１２も平滑コンデン
サ７と並列に接続されている。

この電圧検出器１２の検出信号は比較器１３の一方の入
力端子に入力されるようになっており、比較器１３の出
力信号はゲート制御回路１４゜１５．１６及び電磁接触
器のコイル制御部４ｂに送出されるようになっている。

なお、比較器１３の他方の入力端子には比較基準抵抗器
１７が接続されている。

次に、第２図の動作につき説明する。架線１からの交流
電力は変圧器３で降圧され、コンバータ５により定電圧
の直流電力に変換される。コンバータ５で変換された直
流電力は平滑コンデンサ７で平滑化された後、インバー
タ８に送られる。インバータ８では、この平滑化された
直流電力を適切な電圧、周波数の交流電力に変換し、交
流電動機９を駆動する。ただし、以上の動作はカ行制御
を行う場合の説明であり、回生ブレーキ動作を行う場合
は、インバータ８側からコンバータ５側に向けて電力が
送られることになる。

そして、上記のように交流電動機９の駆動制御が行なわ
れている間に、電源側の条件、負荷側の条件あるいは制
御機器の異常等により、コンバータ５から出力される直
流電圧即ちコンデンサ７の充電電圧が異常に上昇するこ
とがある。

このような場合、比較器１３は、電圧検出器１２からの
検出信号のレベルを比較基準値と比較し、検出信号のレ
ベルが比較基準値より高い場合には、ゲート制御回路１
４．１５．１６及びコイル制御部４ｂに対して制御信号
を出力する。

この制御信号により、ゲート制御回路１４゜１６は、コ
ンバータ５及びインバータ８を構成するゲートターンオ
ンサイリスク（ＧＴＯ）等の内部スイッチング素子に対
してオフゲートパルス即ちターンオフ信号を出力し、コ
ンバータ５及びインバータ８の運転を停止させる。

これと同時に、ゲート制御回路１５は、サイリスタ１０
のゲートにトリガパルス即ちターンオン信号を出力する
。すると、このターンオンされたサイリスタ１０及び抵
抗器１１により、平滑コンデンサ７の放電回路が形成さ
れ、平滑コンデンサ７の両端間に過電圧が生じるのを防
ぐことができる。

そして、電磁接触器のコイル制御部４ｂも比較器１３か
らの制御信号に基いて、コイルの励磁を解除して接点４
ａをオフにし、電源を遮断する。

このような動作により、電源側又は負荷側等に電圧変動
が生じたとしても、コンバータ５及びインバータ８の内
部スイッチング素子、あるいは平滑コンデンサ７等の機
器の損傷を防止することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、内部スイッチング素子の耐圧しベルと平
滑コンデンサ７の耐圧レベルとは、互いに異なるもので
あり、内部スイッチング素子にとっては耐圧レベル以上
であっても、平滑コンデンサ７にとっては耐圧レベル以
下である場合がある。

このような場合についても、サイリスタ１０をターンオ
ンさせ平滑コンデンサ７を放電させてしまうと、コンパ
−５及びインバータ８を再起動する場合に、平滑コンデ
ンサ７の再充電に一定時間を要するため、装置の運転を
円滑に行うことができないことがある。

さらに、上記の構成では、内部スイッチング素子のター
ンオフ及びサイリスタ１０のターンオンと共に、電磁接
触器の接点４ａもオフにするようにしている。ところが
、変圧器３から出力される交流電力は、この接点４ａを
介して車両内のサービス機器にも供給されるようになっ
ているため、内部スイッチング素子のターンオフなどに
よる保護動作が直ちに乗客に対するサービス低下につな
がってしまうことになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、装置を
構成する各機器に対し、必要最小限の保護動作を行うこ
とにより、装置の運転を円滑に行なわせると共に、乗客
へのサービス低下を極力防止し得る電気車制御装置を提
供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するための手段として、架線か
ら電源遮断器を介して供給される交流電力を、内部スイ
ッチング素子を有するコンバータにより直流電力に変換
し、この変換した直流電力を平滑コンデンサにより平滑
化し、この平滑化した直流電力を、内部スイッチング素
子を有するインバータにより所望の電圧及び所望の周波
数の交流電力に変換し、この変換した交流電力を交流電
動機に出力するようにした電気車制御装置において、前
記平滑コンデンサの両端部間に接続された保護スイッチ
ング素子と、前記平滑コンデンサの両端部間の電圧を検
出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出された
電圧が、予め設定された第１の基準値以上であるか否か
を判別する第１の判別回路と、前記電圧検出手段で検出
された電圧が、前記第１の基準値よりも高いレベルに設
定された第２の基準値以上であるか否かを判別する第２
の判別回路と、前記第１の判別回路が前記第１の基準値
以上であると判別した判別信号に基いて、前記コンバー
タ内及び前記インバータ内の内部スイッチング素子に対
してターンオフ信号を出力する第１の保護制御回路と、
前記第２の判別回路が前記第２の基準値以上であると判
別した判別信号に基いて、前記保護スイッチング素子に
対しターンオン信号を出力すると共に、前記電源遮断器
に対し電源遮断信号を出力する第２の保護制御回路と、
を備えた構成としである。

（作　用） 上記構成において、平滑コンデンサの両端部間の電圧は
電圧検出手段により検出され、その検出信号は第１及び
第２の判別回路に送られる。

この検出信号により、第１の判別回路は、検出された電
圧が第１の基準値以上であるか否かを判別し、第２の判
別回路は検出された電圧が第２の基準値以上であるか否
かを判別する。

そして、第１の判別回路が第１の基準値以上であると判
別した場合、第１の保護制御回路はコンバータ内及びイ
ンバータ内の内部スイッチング素子をターンオフし、コ
ンバータ及びインバータの運転を停止させる。

また、第２の判別回路が第２の基準値以上であると判別
した場合、第２の保護制御回路は、平滑コンデンサの両
端部間に接続された保護スイッチング素子をターンオン
して平滑コンデンサを放電させると共に、電源遮断器に
電源遮断動作を行なわせる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図に基き説明する。

ただし、第２図のものと同様の構成要素には同一符号を
付することとして重複した説明を省略する。

電圧検出器１２の検出信号は、第１の判別回路１８内の
比較器１９の一方の入力端子と、第２の判別回路２０内
の比較器２１の一方の入力端子とに送られるようになっ
ている。そして、比較器１９．２１の他方の入力端子に
は、それぞれ第１゜第２の基準値に対応する抵抗器２２
．２３が接続されている。すなわち、比較器１９は電圧
検出器１２からの検出信号のレベルが第１の基準値のレ
ベルより高い場合にＨ信号を出力し、比較器２１は電圧
検出器１２からの検出信号のレベルが第２の基準値（第
１の基準値より大）のレベルより高い場合にＨ信号を出
力するようになっている。

第１の判別回路１８から出力される信号は、第１の保護
制御回路２４を構成するゲート制御回路２５．２６に送
られる。ゲート制御回路２５はコンバータ５内の内部ス
イッチング素子にターンオン信号又はターンオフ信号を
出力するものであり、ゲート制御回路２６はインバータ
８内の内部スイッチング素子にターンオン信号又はター
ンオフ信号を出力するものである。

第２の判別回路２０から出力される信号は、第２の保護
制御回路２７を介して、電磁接触器のコイル制御部４ｂ
に送られ、また、第２の保護制御回路２７を構成するゲ
ート制御回路２８に送られる。ゲート制御回路２８は、
保護スイッチング素子としてのサイリスク１０にターン
オン信号又はターンオフ信号を出力するものである。

次に、以上のように構成されるこの実施例の動作につき
説明する。

通常の運転状態では、電磁接触器の接点４ａはオン、サ
イリスタ１０はオフの状態となっている。

そして、架線１からパンタグラフ２を介して供給される
交流電力は、変圧器２で降圧された後、コンバータ５に
入力される。コンバータ５は、この交流電力を定電圧の
直流電力に変換する。変換された直流電力は平滑コンデ
ンサ７で平滑化された後、インバータ８に入力される。

インバータ８は、この平滑化された直流電力を所望の電
圧及び所望の周波数の交流電力に変換して交流電動機９
に出力する。

このような運転がなされている間に、電源側若しくは負
荷側の変動、又はその他の原因によって、コンバータ５
の出力側即ち平滑コンデンサ７の両端間に過電圧が生じ
ることがある。

このときの過電圧は、電圧検出器１２により検出され、
その検出信号は第１の判別回路１８及び第２の判別回路
２０の双方に送出される。そして、第１の判別回路１８
では、この検出された電圧がＭｌの基準値より大きなも
のであるか否かが判別され、第２の判別回路２０では検
出された電圧が第２の基準値より大きなものであるか否
かが判別される。

いま、電圧検出器１２で検出された電圧が第１の基準値
より大きなものではあるが、第２の基準値よりも小さな
ものである場合、比較器１９から出力される信号はＨ信
号となり、比較器２１から出力される信号はＬ信号とな
る。

第１の保護制御回路２４内のゲート制御回路２５．２６
は、この比較器１９からのＨ信号に基いて、コンバータ
５及びインバータ８の内部スイッチング素子（サイリス
タ）にターンオフ信号を出力する。これにより、コンバ
ータ５及びインバータ８の運転が停止される。

このとき、第２の保護制御回路２７内のゲート制御回路
２８、及びコイル制御部４ｂには、比較器２１からＬ信
号が送出されているので、サイリスタ１０はそのままオ
フ状態を維持し、また接点４ａもオン状態を維持してい
る。したがって、この状態においては、コンバータ５及
びインバータ８の再起動を速やかに行うことができ、さ
らに、乗客に対するサービス低下を生じることもない。

また、電圧検出器１２で検出された電圧が第２の基準値
よりも大きなものである場合は、比較器１９．２１の双
方から出力される信号がＨ信号となる。したがって、こ
の場合は、コンバータ５及びインバータ８の運転が停止
されると共に、サイリスタ１０がオン状態となり、接点
４ａがオフとなる。すなわち、平滑コンデンサ７の放電
により、平滑コンデンサに過電圧が印加されるのを防止
することができ、また、サービス機器に対し電源を遮断
することにより、これらサービス機器の損傷を防止する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、架線から？ｌ！ｉ遮断
器を介して供給される交流電力をコンバータにより直流
電力に変換し、この直流電力を平滑コンデンサで平滑化
した後インバータにより所望の電圧及び所望の周波数の
交流電力に変換する際に、電圧検出手段が平滑コンデン
サの両端部間の電圧を検出してその検出信号を第１及び
第２の判別回路に送るようにし、第１の判別回路がこの
検出した電圧を第１の基準値以上であると判別した場合
は、第１の保護制御回路がコンバータ内及びインバータ
内の内部スイッチング素子をターンオフし、第２の判別
回路がこの検出した電圧を第２の基準値以上であると判
別した場合は、第２の保護制御回路が平滑コンデンサの
両端部間に接続した保護スイッチング素子をターンオン
すると共に、電源遮断器に電源遮断動作を行なわせるよ
うに構成したので、電源側又は負荷側等の異常により過
電圧が発生した場合に、装置内の各機器に対し、それぞ
れの保護レベルに応じた必要最小限の保護動作を行うこ
とができる。

すなわち、平滑コンデンサを不必要に放電させることが
ないので、コンバータ及びインバータを円滑に再起動す
ることができ、また、電源遮断器に不必要な遮断動作を
させてサービス機器を停止させることがないので、乗客
に対するサービス低下を極力防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図、第２
図は従来例の構成を示すブロック図である。 ５・・・コンバータ、７・・・平滑コンデンサ、８・・
・インバータ、９・・・交流電動機、１０・・・保護ス
イッチング素子（サイリスタ）、１２・・・電圧検出器
（ＰＴ）、１８・・・第１の判別回路、２０・・・第２
の判別回路、２４・・・第１の保護制御回路、２７・・
・第２の保護制御回路。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 架線から電源遮断器を介して供給される交流電力を、内
   部スイッチング素子を有するコンバータにより直流電力
   に変換し、この変換した直流電力を平滑コンデンサによ
   り平滑化し、この平滑化した直流電力を、内部スイッチ
   ング素子を有するインバータにより所望の電圧及び所望
   の周波数の交流電力に変換し、この変換した交流電力を
   交流電動機に出力するようにした電気車制御装置におい
   て、 前記平滑コンデンサの両端部間に接続された保護スイッ
   チング素子と、 前記平滑コンデンサの両端部間の電圧を検出する電圧検
   出手段と、 前記電圧検出手段で検出された電圧が、予め設定された
   第１の基準値以上であるか否かを判別する第１の判別回
   路と、 前記電圧検出手段で検出された電圧が、前記第１の基準
   値よりも高いレベルに設定された第２の基準値以上であ
   るか否かを判別する第２の判別回路と、 前記第１の判別回路が前記第１の基準値以上であると判
   別した判別信号に基いて、前記コンバータ内及び前記イ
   ンバータ内の内部スイッチング素子に対してターンオフ
   信号を出力する第１の保護制御回路と、 前記第２の判別回路が前記第２の基準値以上であると判
   別した判別信号に基いて、前記保護スイッチング素子に
   対しターンオン信号を出力すると共に、前記電源遮断器
   に対し電源遮断信号を出力する第２の保護制御回路と、 を備えたことを特徴とする電気車制御装置。