JPH04285402A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスイッチング素子で構成
した電力変換装置を具備する電気車制御装置において、
フィルタコンデンサの故障を判別する電気車制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング素子で構成した電力変換装
置を具備する電気車制御装置の一般的な回路図を図５に
示す。図５において、１は集電装置、２ａは遮断器主接
続点、２ｂは遮断器の励磁コイル、３はフィルタリアク
トル、４はフィルタコンデンサ、４１１　〜４１４　、
４２１　〜４２４　は電解コンデンサ、５は電力変換装
置、６は主電動機である。

【０００３】しかして、電力変換装置５はスイッチング
素子により構成されたもので、主電動機６が誘導電動機
の場合はインバータ装置が用いられ、直流電動機の場合
はチヨッパ装置が用いられる。

【０００４】かくのごとく、スイッチング素子で構成し
た電力変換装置５を具備する電気車制御装置は、電力変
換装置５から発生する高調波成分が集電装置１を介して
架線への流出防止を目的として、フィルタリアクトル３
とフィルタコンデンサ４で構成されるフィルタ回路を具
備している。従来、上述のフィルタコンデンサ４はオイ
ルコンデンサが多く使われていたが、近年、車両用制御
機器の小型軽量化のため電解コンデンサが採用される傾
向にある。

【０００５】しかるに、電解コンデンサは構造上高い耐
圧を得ることが困難であるため架線電圧が６００　Ｖや
１５００Ｖの電気車に使用する場合には、あらかじめ耐
圧の低い電解コンデンサを直列に接続する、なお、フィ
ルタ回路に必要な大きい静電容量を得るには、前記直列
接続した電解コンデンサ群の複数組を並列接続してフィ
ルタコンデンサ４を構成することになる。

【０００６】なお、１例を示せば、単体の耐圧が４５０
　ＷＶで静電容量が８２００μＦの電解コンデンサを６
個直列、６組並列（６Ｓ６Ｐ）に接続すれば全体の耐圧
が２７００ＷＶで静電容量が８２００μＦのフィルタコ
ンデンサが構成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】複数個の電解コンデン
サを直列接続した回路において、そのうちの１個以上が
極間短絡故障を起こした状態で電気車の運転を継続する
と、残りの正常な電解コンデンサに過電圧が印加され故
障を拡大する可能性があった。

【０００８】また、複数個の並列に接続された電解コン
デンサ群のうちの１群以上が極間開放故障を起こした状
態で電気車の運転を継続すると、残りの群の電解コンデ
ンサに温度の上昇をうながし寿命を短くすることがあっ
た。

【０００９】上述のごとく、直列に接続した電解コンデ
ンサ群のうちの１個以上が極間短絡、もしくは開放故障
の状態で電気車の運転が継続すると故障が拡大し、場合
によっては電解コンデンサのケースの爆発の危険性もあ
った。

【００１０】さらに、複数個の直並列に接続した電解コ
ンデンサ群の一部のコンデンサが故障すると、フィルタ
コンデンサ全体の静電容量が変化し、フィルタリアクト
ルのインダクタンスと前記静電容量によって決まるフィ
ルタ共振周波数が変化し、電力変換装置により発生する
高調波成分が架線側に多量に流れ出し、車両外部の信号
機器に誤動作の障害を与える可能性があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した点に鑑
みてなされたもので、フィルタコンデンサの回路に下記
のごとき電解コンデンサの故障検出手段と故障判別手段
を設けるものであり、これらの手段は実施態様により選
択ができるものである。

【００１２】第１の故障検出手段は、請求項２記載のご
とく逆極性の変流器を設けるものである。第２の故障検
出手段は、請求項３記載のごとく同電位点に電圧検出器
を設けるものである。第３の故障検出手段は、請求項４
記載のごとくフィルタコンデンサの静電容量検出用に電
圧検出器および電流検出器を設けるものである。なお、
前記各故障検出手段からの出力を入力として電解コンデ
ンサの故障を判別する判別器を設けるものである。そこ
で判別器は一例として継電器で構成される。

【００１３】

【作用】直並列接続された電解コンデンサのうち一部の
電解コンデンサが故障すると故障検出手段および故障判
別出段が動作し、しゃ断器の補助継電器を動作させて、
すみやかに回路にも設けられたしゃ断器を開放して電気
車の運転を停止する。また前述の電力変換装置を停止さ
せたのち、しゃ断器を開放させてもよい。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 図１は本発明の請求項１記載の詳細を説明するために、
スイッチング素子で構成した電力変換装置５を具備する
電気車制御装置の回路図を図５に類して示したもので、
図中、図５と同符号のものは同じ構成部品を示す。

【００１５】図１において、７はフィルタコンデンサの
故障検出手段、８は故障判別手段、９ａはしゃ断器用補
助継電器の電磁コイル、９ｂは該しゃ断器用補助継電器
の接点である。なお故障判別手段８は、例えば継電器な
どで構成された故障判別器である。

【００１６】しかして、本実施例のフィルタ回路は、前
記フィルタリアクトル３と、４この電解コデンサが直列
接続された二組の電解コンデンサ群４１１　〜４１４　
、４２１　〜４２４の並列接続よりなるフィルタコンデ
ンサ４で構成される。

【００１７】したがって、フィルタコンデンサ４の一部
のコンデンサの故障が発生すると故障検出手段７は故障
判別手段８に信号を送り故障判別手段８は故障判別信号
をしゃ断器用補助継電器のコイル９ａに送る。この場合
、正常時に励磁していたしゃ断器用補助継電器の電磁コ
イル９ａが消磁され、上記しゃ断器用補助継電器の接点
９ｂが開きしゃ断器の励磁コイル２ｂが消磁され、しゃ
断器の主接点２ｂが開放されて電気車の運転は停止する
。

【００１８】あるいは、故障判別手段８がフィルタコン
デンサ４の故障を検出した時、該故障判別手段８より電
力変換装置５に直接停止指令を出力し、前記電力変換装
置５の動作の停止後、しゃ断器主接点２ａを開いてもよ
い。図１において、故障検出手段７および故障判別手段
８は各種の実施態様があり、以下その方法について実施
例で説明する。

【００１９】しかして、図２は、図１に構成されたフィ
ルタコンデンサ４の故障検出手段７と故障判別出段８に
関して、請求項２の詳細を説明するために示した回路図
で、図１と同符号のものは同じ構成部品を示す。なお、
５１は故障検出手段、７１ａは交流変流器、７１ｂは交
流変流器の二次巻線、８１は故障判別手段、Ｉ１　，Ｉ
２　は電解コンデンサの回路電流である。

【００２０】かくて、図２において個々の電解コンデン
サ（以下コンデンサという）４１１　〜４１４　、４２
１　〜４２４　のインピーダンスは同じとする。いま各
々のコンデンサのインピーダンスは同じであるから、こ
れらすべてのコンデンサが正常な場合には第１群のコン
デンサ４１１　〜４１４　、と第２群のコンデンサ４２
１　〜４２４　の点Ａと点Ｂ間のインピーダンスは等し
い、従ってコンデンサ回路に流れる電流Ｉ１　と電流Ｉ
２　も等しくなる。

【００２１】なお、第１群のコンデンサ回路と第２群の
コンデンサ回路は、故障検出手段である変流器７１ａに
互に逆極性となるように接続されているので、変流器７
１ａの一次側の電流の総和は零となり、変流器７１ａの
二次巻線７１ｂの出力電圧は発生しない。

【００２２】しかるに、フィルタコンデンサ４のうち一
部のコンデンサが故障すると前記第１群のコンデンサ回
路と第２群のコンデンサ回路の点Ａと点Ｂ間のインピー
ダンスが異なり、したがってコンデンサ回路に流れる電
流Ｉ１　とＩ２　も異り、変流器７１ａ　の一次側の電
流の総和が零でなくなり、変流器７１ａの二次巻線７１
ｂに故障検出手段としての出力電流を得る。この電流を
例えば継電器などで構成された故障判別手段８１にて判
別することにより、フィルタコンデンサの故障を判別す
ることができる。

【００２３】次に、図３は図１に構成されたフィルタコ
ンデンサ４の故障検出手段７と故障判別手段８に関して
、請求項３の詳細を説明するために示した回路図で、図
１と同符号のものは同じ構成部品を示す。なお、７２は
故障検出手段、８２は故障判別手段である。

【００２４】かくして、第３図においても第２図と同様
に個々のコンデンサ４１１　〜４１４　、４２１　〜４
２４　のインピーダンスは同一とする。そこで第１群の
コンデンサ４１２　と４１３の間の点を検出点Ｃ、第２
群コンデンサ４２２　と４２３　の間の点を検出点Ｄと
すると、すべてのコンデンサが正常な場合には検出点Ｃ
とＤの電位は同じとなる。

【００２５】しかるに、フィルタコンデンサ４のうち一
部のコンデンサが故障すると前記第１群のコンデンサと
第２群のコンデンサの点Ａと点Ｂ間のインピーダンスが
異なり、したがって検出点ＣとＤ間に故障検出手段７２
となる電位差を得る。この電位差を例えば、継電器で構
成された故障判別手段８２にて判別することにより、フ
ィルタコンデンサの故障を判別することができる。

【００２６】なお、別の故障検出手段として、検出点Ｃ
とＤの電位差は点Ｃと点Ｄを流れる電流を検出するか、
または点ＢとＣ間の電圧と、点ＢとＤ間の電圧を比較し
てもよい。

【００２７】次に、図４は図１に構成されたフィルタコ
ンデンサ４の故障検出手段７と故障判別手段８に関して
、請求項４の詳細を説明するために示した回路図で、図
１と同符号のものは同じ構成部品を示す。なお、７３は
故障検出手段、８３は故障判別手段、７３１　は電流検
出器、７３２　は電圧検出器である。

【００２８】かくして、図４において、電流検出器７３
１　で検出したフィルタコンデンサ４の電流Ｉｃ　、ま
た電圧検出器７３２　で検出したフィルタコンデンサ電
圧をＶｃ　とし、コンデンサ４１１　〜４１４　、４２
１　〜４２４　全体の静電容量をＣとすると、Ｉｃ　＝
Ｃ・ｄＶｃ　／ｄｔ　なる式が成立するから、前記フィ
ルタコンデンサ４の電流Ｉｃ　とフィルタコンデンサの
電圧ＶＣ　を検出することにより、静電容量Ｃを演算す
ることができる。

【００２９】しかるに、コンデンサ４１１　〜４１４　
、４２１　〜４２４　の一部のコンデンサが故障すると
、前記フィルタコンデンサ電圧Ｖｃ　、フィルタコンデ
電流Ｉｃ　が変化する、したがってこれらＶｃ　とＩｃ
　を入力として、前記フィルタコンデンサの静電容量を
演算する演算器と例えば継電器などを具備する故障判別
手段８３によって、フィルタコンデンサの故障を判別す
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】実施例の図２から図４に示したごとく、
フィルタコンデンサの故障検出手段と故障判別手段のい
ずれかを選択して電気車制御装置に設けることにより、
フィルタコンデンサの故障の拡大を防止することができ
る。さらにはコンデンサの故障時に電力変換装置が発生
する高調波成分の架線側への流出の増加を未然に阻止す
ることができるので、外部の信号機に対しての障害を防
ぐことができる。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による請求項１記載の実施例を示す回路
図である。

【図２】本発明による請求項２記載の詳細を説明するた
めに示した回路図である。

【図３】本発明による請求項３記載の詳細を説明するた
めに示した回路図である。

【図４】本発明による請求項４記載の詳細を説明するた
めに示した回路図である。

【図５】従来のスイッチング素子で構成した電力変換装
置を具備する電気車制御装置の一般的な回路図である。

【００３２】

【符号の説明】

２ａ　　　　しゃ断器の主接点 ２ｂ　　　　しゃ断器の電磁コイル ３　　　　　　フィルタリアクトル ４　　　　　　フィルタコンデンサ ５　　　　　　電力変換装置 ６　　　　　　主電動機 ７　　　　　　故障検出手段 ７１ａ　　　　変流器 ７１ｂ　　　　変流器の二次巻線 ７３１　　　　　電流検出器 ７３２　　　　　電圧検出器 ８　　　　　　故障判別手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主電動機と、スイッチング素子で構成
   した電力変換装置と、直並列接続の電解コンデンサから
   なるフィルタコンデンサと、フィルタリアクトルと、遮
   断器を具備する電気車制御装置において、前記フィルタ
   コンデンサの故障を検出し、かつその故障判別を行なう
   手段を設けたことを特徴とする電気車制御装置。
2. 【請求項２】　　前記フィルタコンデンサを遇数個の並
   列群に分割し、かつ各々の一対になるフィルタコンデン
   サ群の電流が互に逆極性となるように流す変流器を設け
   、該変流器の二次巻線出力により前記フィルタコンデン
   サの故障を検出する第１の故障検出手段と、該第１の故
   障検出手段の出力を入力とする第１の故障判別手段を設
   けた請求項１記載の電気車制御装置。
3. 【請求項３】　　前記フィルタコンデンサを遇数個の並
   列群に分割し、かつ各々の群の電解コンデンサは直列の
   複数個に構成し、１組の一対になる電解コンデンサ群か
   ら各々同電位点に電圧検出器を設け、その電圧差により
   フィルタコンデンサの故障を検出する第２の故障検出手
   段と該第２の故障検出手段の出力を入力とする第２の故
   障判別手段を設けた請求項１記載の電気車制御装置。
4. 【請求項４】　　前記フィルタコンデンサの電圧を検出
   する電圧検出器と、前記フィルタコンデンサに流れる電
   流を検出する電流検出器からなる第３の故障検出手段と
   、これから検出された電圧と前記フィルタコンデンサの
   静電容量を演算する演算器を具備する第３の故障判別手
   段を設けた請求項１記載の電気車制御装置。