JPH05316601A - 電気車輛用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 初期起動時には適当な時限遅れを持って起動
し、故障回復後の再起動時には、時限遅れの少ない最短
時間で起動出来る電車用電源装置を得る。 【構成】 起動状態識別回路20と時限設定変更回路21と
可変時限回路22とを有し、起動のたび毎に初期起動か故
障回復再起動か、その他の起動かを識別し、初期起動時
には動作の開始時限を長く、又故障回復再起動時には動
作の開始時限を短く、その他の起動時には状態に応じて
適当な時限にする事が出来るので、走行中の異常による
電源の停止時間を常に最短にすることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、架空電車線あるいは
第三レール等のき電線から受電して例えば低圧の直流あ
るいは交流電源を得る電気車両用の電源装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】電気車のき電線から供給される電力に
は、直流のものも交流のものもあるが、ここでは説明の
都合上直流の場合について説明する。又電気車の車上で
用いられる電源は、車輛の駆動に用いられる主電源と車
内照明や冷房等に用いられる、いわゆる補助電源とがあ
るが、ここでは説明の都合上補助電源を例として説明す
る。

【０００３】図５は、例えば実開平1-162780号公報に示
された従来の補助電源装置に類似の補助電源装置の接続
図である。図に於て、１は電車線の架線で、図示しない
高圧の直流電源装置のプラス極に接続されている。又こ
の直流電源装置のマイナス極は接地されている。２は架
線１に対し離着線が自在の集電器（以後パンタグラフと
言う）、３はパンタグラフ２に接続された高速度しゃ断
器、４は高速度しゃ断器３の出力側に接続された直流リ
アクトル、５は直流リアクトル５の出力側に接続された
スイッチング素子、６はスイッチング素子５の出力側と
アース間に接続された入力用フィルタコンデンサ、７は
入力用フィルタコンデンサ６に接続され架線１からの入
力電圧を必要な電圧に変換するためのチョッパ回路、８
はチョッパ回路７を構成する電子回路素子である。

【０００４】９はスイッチング素子５に並列に接続さ
れ、パンタグラフ２と高速度しゃ断器３とを、ともに閉
とした時に、架線１から入力用フィルタコンデンサ６へ
突入電流が流れるのを防止するための充電抵抗、10はチ
ョッパ回路７の出力側に接続された負荷である。

【０００５】11は補助電源装置の制御装置である。12は
スイッチング素子５の制御極に接続され、スイッチング
素子５をオンする信号とチョッパ回路７の動作開始タイ
ミング信号とを出力するスイッチング素子オン回路、13
はチョッパ回路７とスイッチング素子オン回路12とに接
続され、スイッチング素子オン回路12からチョッパ回路
７の動作開始タイミング信号を受けて、チョッパ回路７
の動作を開始させるチョッパ制御回路である。

【０００６】14は入力用フィルタコンデンサ6 に接続さ
れ、入力用フィルタコンデンサ６の電圧が一定値Ｖ₀ を
起えると信号を発する電圧検出回路、15は補助電源装置
に外部から入力される起動指令信号、16は電圧検出回路
14から信号を受け、入力用フィルタコンデンサ６の電圧
が一定値を越えてから、スイッチング素子オン回路12を
動作させるまでに一定の時限遅れを設ける一定時限回
路、17は起動指令信号15を受け、高速度しゃ断器３と一
定時限回路16に接続され、補助電源装置の内部故障や回
復、あるいは架線１からの入力電圧の喪失等の発生と回
復を検出し、高速度しゃ断器３のオンオフと起動指令信
号15を一定時限回路16へ伝えたり、しゃ断したりする故
障管理回路である。なお、制御装置11はスイッチング素
子オン回路12と、チョッパ制御回路13と電圧検出回路14
と一定時限回路16と故障管理回路17とを含んでいる。以
上の装置は架線１を除き全て電気車に車載されているも
のである。

【０００７】動作について説明する前に、電気車に於け
るパンタグラフ２の操作について説明する。電気車のパ
ンタグラフ２の上げ下げの操作は電気車の運転席から手
動操作で例えばエアーバルブを操作して行われる。パン
タグラフ２を操作する装置と電気車の補助電源装置との
間には、種々の合理的な理由から、起動順序に関して一
切のインターロックが設けられておらず、パンタグラフ
２を上げる操作と、補助電源装置を起動する操作とは、
運転手の判断で、どちらが先でも、あるいは同時にでも
行うことが出来るようになっているのが一般的である。
なお補助電源装置の制御装置11を作動させるための電源
は車載のバッテリ（図示しない。）から供給されている
ので、パンタグラフ２を上げる前に起動する事が可能な
わけである。

【０００８】次に、従来の補助電源装置の起動時の回路
動作のタイミングについて図６〜８に示すタイミングチ
ャートにより説明する。なお、起動には初期起動と、故
障回復再起動とがある。初期起動とは、架線電力を受電
するためのパンタグラフ２を上げる操作と、図示してい
ない起動スイッチをオンして起動指令信号15を制御装置
11へ入力する操作とが、共に行われた事により、故障管
理回路17から信号が出力され、高速度しゃ断器３が投入
されるとともに、制御装置11の各部が後述するように順
次作動して、負荷10へ電力を供給するようになる一連の
動作が開始されることを言う。この際パンタグラフ２を
上げる操作と起動指令信号15を入力する操作との順序は
いずれが先に行われるかは問わない。

【０００９】又、故障回復再起動とは、補助電源装置が
後述する異常停止状態にあるときに、その異常が回復し
た事によって故障管理回路17が信号を出力し高速度しゃ
断器３が投入されるとともに、制御装置11の各部が後述
するように順次作動して、負荷10へ電力を供給するよう
になる一連の動作が開始される事を言う。なお、異常停
止状態とは架線電力を受電するためのパンタグラフ２を
上げる操作と、図示していない起動スイッチをオンして
起動指令信号15を制御装置11へ入力する操作とが、共に
行われたにもかかわらず、故障管理回路17は後述する異
常などを検知しているため、信号を出力せず、高速度し
ゃ断器３は投入されず、制御装置11の各部も後述する一
連の動作を開始せず、負荷10ヘ電力が供給されない状態
を言う。

【００１０】又、前記の初期起動又は故障回復再起動に
続く制御装置11の一連の動作の内、チョッパ制御回路13
が動作を開始して、チョッパ回路７が負荷10に電力を供
給し始める事を動作の開始と言う。

【００１１】初期起動は、更にパンタグラフ２を上げる
操作と起動指令信号15を入力するタイミングに応じて何
通りかに区分し、故障回復再起動も故障の内容に応じて
何通りかに区分する事が出来るが、ここでの詳細な説明
は省略する。図６は補助電源装置を初期起動し、動作を
開始させるため、起動指令信号15を入力した後に、パン
タグラフ２を上げる操作を行った場合の補助電源装置各
部の動作タイミングを示すものである。このような順序
による操作は一般的ではないかも知れないが、たいてい
の電気車に於ては、先に述べた理由により、この様な操
作はあり得るものであり、間違った操作であるとは言え
ないものである。

【００１２】図６に於て、補助電源装置に起動指令信号
15を指令すると、故障管理回路17が何等の異常も検出し
ていない場合には、ｔ₁ 秒後に高速度しゃ断器３がオン
し、同時に一定時限回路16へも信号が送られる。ｔ₁ は
一般に１秒程度である。図６では高速度しゃ断器３がオ
ンした後にパンタグラフ２の上げ操作が行われた場合を
示している。高速度しゃ断器３の出力側の電圧を架線入
力電圧として図示する。パンタグラフ２を操作した直後
はパンタグラフ２は架線１に対して振動的に接触するた
め、しばらくの間、架線入力電圧は安定しないが、入力
用フィルタコンデンサ６に、架線１からパンタグラフ
２、高速度しゃ断器３、入力用直流リアクトル４、およ
び充電抵抗９を通して充電電流が流れ、入力用フィルタ
コンデンサ６の電圧が徐々に上昇する。

【００１３】パンタグラフ２が架線１から離れている間
には入力用フィルタコンデンサ６の電圧は少し下るが、
パンタグラフ２が接触すると再び上昇し、やがて一定値
Ｖ₀を越える。パンタグラフ２を上げる操作が行われた
後、パンタグラフ２の振動がおさまって安定な接触とな
るまでの時間をｔ₂ で示す。入力用フィルタコンデンサ
６の電圧は電圧検出回路14により、常に検出され監視さ
れている。一定値Ｖ₀ とはスイッチング素子５をオンし
て充電抵抗９を短絡しても、もはや突入充電電流が流れ
ることはない電圧であるから、この時点から以後は、何
時、スイッチング素子５をオンしてもよい。

【００１４】パンタグラフ２と架線１との接触が安定す
るまでの時間ｔ₂ は、車輛や架線１の状態、場合によっ
ては風等の自然現象の影響もあって、一般には数秒の間
で変動するもので一定の値ではない。そのため図６に示
すように入力用フィルタコンデンサ６の電圧が一定値Ｖ
₀ を越えた後まで振動が続く場合がある。一定時限回路
16は故障管理回路17と電圧検出回路14との両者から信号
を受けた時、初めて時限タイマーがスタートするように
構成されている。

【００１５】パンタグラフ２と架線１との接触が安定し
ない内に、チョッパ回路７の動作を開始すると、チョッ
パ回路７が誤動作する場合があるので、入力用フィルタ
コンデンサ６の電圧が一定値Ｖ₀ に達した後、パンタグ
ラフ２と架線１との接触が十分に安定するまでの時間余
裕として、一定時限回路16で時限ｔ₃ 秒の遅れを設け、
前記両信号を受けてからｔ₃ 秒後に、スイッチング素子
オン回路12へ信号を送る。スイッチング素子オン回路12
は信号を受けると、直ちにスイッチング素子５をオンす
るとともに、チョッパ制御回路13へ信号を送る。ｔ₃ は
一般に数秒程度である。

【００１６】スイッチング素子５がオンすると充電抵抗
９が短絡され、入力回路が成立する。又前記したよう
に、チョッパ制御回路13へ信号が送られて、ごく短い時
間、ｔ₄ 秒以内にチョッパ回路７が動作を開始して出力
電圧が出力される。ここで時間ｔ₄ 秒は故意に設けた時
限遅れではなく、回路上の伝達遅れであり、一般に１秒
以下である。

【００１７】以上のように図６のタイミングチャートに
示す初期起動の場合、入力用フィルタコンデンサ６の電
圧が一定値Ｖ₀ に達してからチョッパ回路７が動作を開
始するまでに数秒、即ち（ｔ₃ ＋ｔ₄ ）秒を必要とす
る。

【００１８】次に図７にパンタグラフ２を上げる操作を
先に行い、十分な時間の後に補助電源装置を起動した場
合の動作を説明する。この場合も初期起動状態に相当す
る。図７に於て、まず、パンタグラフ２を上げる操作を
行うと、図６の場合と同じく、パンタグラフ２は架線１
に接触した後も、ｔ₂ 秒間にわたって振動し、すぐには
安定な接触が得られない。ｔ₂ 秒以上たってパンタグラ
フ２が安定した後に、補助電源装置の制御装置11へ起動
指令信号15を入力する。

【００１９】故障管理回路17が、何等の異常も検出して
いない場合は、起動指令信号15が故障管理回路17へ入力
されると、一定時限回路16へ信号を送るとともにｔ₁ 秒
後に高速度しゃ断器３が投入され、充電抵抗９を通じて
入力用フィルタコンデンサ６の電圧は徐々に上昇し、や
がて一定値Ｖ₀ を越えると、電圧検出回路14から一定時
限回路16へ信号が送られるので、一定時限回路16のタイ
マーがスタートする。一定時限ｔ₃ 秒の後、一定時限回
路16からスイッチング素子オン回路12へ信号が送られ、
スイッチング素子オン回路12は直ちにスイッチング素子
５をオンして充電抵抗９を短絡し、入力回路を成立させ
るとともに、チョッパ制御回路13へ信号を送る。

【００２０】チョッパ制御回路13は直ちにチョッパ回路
７の動作を開始させるので出力電圧が出力される。入力
用フィルタコンデンサ６の電圧が一定値Ｖ₀ に達してか
ら、チョッパ回路７が動作を開始するまでに、図６の場
合と同様に数秒即ち（ｔ₃ ＋ｔ₄ ）秒を必要とする。

【００２１】次に図５の従来の装置が運転中に、故障の
発生等により一時的に停止した後、故障回復再起動する
場合について、図８により説明する。故障管理回路17
は、車輛の走行中に補助電源装置の瞬間的な過電流とか
外部の異常、たとえば電車線間のセクション通過時にお
ける架線電圧入力の瞬時停電等があると、これを検出し
て補助電源装置を一時停止し、故障が回復すると再起動
を行う機能を有している。これらの異常は、たいていの
場合、１秒以下の短時間で回復するものが多い。図８に
於て、上記のような場合に異常を検出すると、故障検出
信号を発して一時停止した後、異常な条件が回復する
と、故障リセット信号がオンして補助電源装置が自動的
に再起動する状況を示している。故障検出信号や故障リ
セット信号は、外部から見える状態で存在するものとは
かぎっていないが、説明の都合上図８に示すものであ
る。

【００２２】図８ではパンタグラフ２の操作タイミング
は示していないが、パンタグラフ２は事前に上げ操作が
なされたままの状態にある。故障回復後のタイムチャー
トは、故障リセット信号が図７に於ける起動指令信号15
に相当し、以後、図７に示す初期起動時と全く同一とな
るので、順を追っての説明は省略する。この場合にも、
入力用フィルタコンデンサ６の電圧が一定値Ｖ₀ に達し
てから出力電圧が上昇し初めるまで、図６、図７の場合
と同様に（ｔ₃ ＋ｔ₄ ）秒を必要とする。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気車輛用電源
装置は以上のように構成されているので、故障が回復し
てから、自動再起動するまでに要する時間が、初期起動
時に要する時間（ｔ₃ ＋ｔ₄ ）秒と同じ時間を必要とし
ているため、実際の異常状態は短時間で回復する場合が
多いにもかかわらず、走行中に補助電源装置から電力を
供給されている車内照明等の再点灯に、常に数秒以上を
必要とし、乗客サービス上不都合であるなどの問題点が
あった。

【００２４】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、故障回復再起動時に時間遅れ
の少ないす早い再起動が出来て乗客サービスを低下させ
る事がなく、一方初期起動時などの、早く起動させると
支障が生じる恐れのある場合には適度な時間遅れがあっ
て、支障が生じないようにした電源装置を得ることを目
的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電気車輛
用電源装置は、時限回路の設定時限を変更する時限設定
変更回路と、起動の状態を初期起動か、又は故障回復再
起動か、あるいはその他のどんな起動状態か等の識別を
行う起動状態識別回路とを設けたものである。

【００２６】

【作用】この発明における電気車輛用電源装置は、故障
回復再起動するとき、あるいは、初期起動する時に動作
の開始の遅れ時間を変える事が出来るので、起動状態に
応じた必要な最短時間で出力を負荷へ供給することが出
来る。

【００２７】

【実施例】実施例１．以下この発明の実施例を図に於て
説明する。図１は、本発明の接続図である。図に於て１
〜10，12〜14は従来と同様であるので説明を省略する。
18は本発明による補助電源装置の制御装置である。19は
本発明による故障管理回路であり、従来例に示す故障管
理回路17の機能の他に故障の原因等起動状態を識別する
のに有用な信号を出力する機能を有する。

【００２８】20は起動状態識別回路で、故障管理回路19
から前記起動状態を識別するのに有用な信号を受けて、
起動の際に起動の状態を識別するものである。例えば、
故障を検出してスイッチング素子オン回路12やチョッパ
制御回路13の動作を停止しているのではない正常な停止
状態にあるときに、起動指令信号15を受けて動作を開始
する場合には初期起動であると識別する。一方、故障又
は異常等によりチョッパ制御回路13等の動作を停止して
いるときに、故障等が回復した事によって、故障管理回
路17が信号を出力し停止していた動作が再び動作し始め
る場合には、故障回復再起動であると識別する。又、前
記識別を行った後、識別結果に応じた信号を出力するも
のである。

【００２９】21は可変の時限設定時間ｔ_x を有する時限
設定変更回路であり、起動状態識別回路20から前記識別
結果信号が送られると、その結果に応じて、例えば起動
状態が初期起動である場合は、時限ｔ_x ＝ｔ₃ 秒とし、
起動状態が故障回復再起動である場合は時限ｔ_x ＝０秒
と設定する。22は可変時限回路であり、電圧検出回路14
が電圧Ｖ₀ を検出した後、スイッチング素子オン回路12
をオンするのに、時限設定変更回路21が設定した時限に
応じた時間遅れを与えるものである。

【００３０】図２に図１の装置に於いて、初期起動時に
先に補助電源装置を起動し、後から、パンタグラフ２を
上げる操作をしたときのタイムチャートを示す。図２に
於て時間ｔ_x は時限設定変更回路21の起動遅れ時間を示
す。パンタグラフ２が最初に架線１に接触した後、何度
かのチャタリングを経る間に、入力用フィルタコンデン
サ６の電圧は上下をくり返しつつ一定値Ｖ₀ に達する。
この後、時限ｔ_x を経てスイッチング素子５がオンされ
る。この起動状態は初期起動状態であるから、時限設定
変更回路21ではｔ_x ＝ｔ₃ 秒の設定が行われるので、図
２のタイムチャートは従来の場合の図６と同じ起動タイ
ムチャートとなる。

【００３１】図３に図１の装置に於いて、初期起動時
に、先にパンタグラフ２を上げ、後から補助電源装置を
起動したときのタイムチャートを示す。この場合も起動
条件は図２の場合と同様に初期起動状態であるから、時
限設定変更回路21の時限ｔ_x は、ｔ_x ＝ｔ₃ 秒として動
作する。ここで示した操作手順の場合、とくにパンタグ
ラフ２を上げた後、十分な時間を置いて補助電源装置を
起動した場合には、パンタグラフ２の架線１への接触が
安定しており、時限ｔ_x を長くする必要はないのである
が、補助電源装置を起動するタイミングは人手による操
作であり、とくに起動を短時間にしても何の効果もない
ので、図２のタイミングチャートの場合と同じくｔ_x ＝
ｔ₃ で十分なのである。

【００３２】次に図４に故障回復後の再起動に於けるタ
イミングチャートを示す。入力用フィルタコンデンサ６
の電圧が一定値Ｖ₀ に達した後、時限ｔ_x の後にスイッ
チング素子５がオンされる。この場合の起動条件は故障
回復再起動であるので、時限設定変更回路21で時限ｔ_x
はほぼ０秒に設定される。ただし、図４のタイムチャー
ト上では０秒では図が判りにくくなるので、図示説明の
都合上ｔ_x は０でない短い時間のように記している。

【００３３】実施例１では、時限設定変更回路21の可変
時間は０秒とｔ₃ 秒の２種類として説明したが、例えば
入力用フィルタコンデンサ６の電圧がＶ₀ に達するより
どの程度前の時間（仮にｔとする）にパンタグラフ２の
上げ操作が行われたかによって、ｔ_x を何通りかに変え
てもよい。この場合のｔは架線入力電圧が最初に上昇し
始めた瞬間から入力フィルタコンデンサ６の電圧がＶ₀
に達するまでの時間を計ることによって得られる。又、
上記に説明した時限ｔ_x の設定の内、０秒については、
０に近い値であれば適宜変更してよいものである。

【００３４】本実施例では架線電圧が直流で、補助電源
装置の出力が架線電圧とは異なる他の直流である場合に
ついて説明したが、架線電圧は交流又は直流、補助電源
装置の出力は上記とは異なる交流又は直流で、これらの
いかなる組合せの場合にも用いることが出来る。架線電
圧が交流の場合に本実施例に於ける入力用フィルタコン
デンサ６の電圧に相当するものを得るには、架線入力電
圧を整流し、直流に変換すれば、直流受電の場合と同様
の回路で動作させることが出来る。又、集電器はパンタ
グラフとして説明したがトロリーあるいは第３軌条から
集電する集電靴に於ても同様に適用することが出来る。

【００３５】又、可変時限ｔ_x は、入力用フィルタコン
デンサ６の電圧がＶ₀ に達した後、スイッチング素子５
がオンするまでの間に設けているが、スイッチング素子
５は直ちにオンさせ、その後、チョッパ回路７が動作を
開始するまでの間に設けてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、起動
の状態が初期起動であるか、故障回復再起動であるかな
ど複数の起動状態を識別する起動状態識別回路を設け、
又入力用フィルタコンデンサの電圧が一定のレベルに達
した後のチョッパ回路が動作を開始するまでの時限遅れ
時間を変更出来るようにし、起動状態が初期起動か、故
障回復再起動かあるいは又別の起動状態であるかに応じ
て前記時限を種々、切替えられるようにしたので、故障
回復再起動時に補助電源装置の動作開始時間を短くする
事ができ、又必要な起動状態に応じて常に最短の動作開
始時間で起動させることが出来るので乗客サービスの向
上になるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す補助電源装置の接続
図である。

【図２】この発明の実施例１の補助電源装置の動作を説
明する初期起動タイミングチャートである。

【図３】この発明の実施例１の補助電源装置の動作を説
明する初期起動タイミングチャートである。

【図４】この発明の実施例１の補助電源装置の動作を説
明する故障回復再起動タイミングチャートである。

【図５】従来の補助電源装置の接続図である。

【図６】従来の補助電源装置の動作を説明する初期起動
タイミングチャートである。

【図７】従来の補助電源装置の動作を説明する初期起動
タイミングチャートである。

【図８】従来の補助電源装置の動作を説明する故障回復
再起動タイミングチャートである。

【符号の説明】

１ 架線 ２ パンタグラフ ７ チョッパ回路 20 起動状態識別回路 21 時限設定変更回路 22 可変時限回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 き電線から集電装置を介して得た交流又
   は直流電力を別の交流又は直流電力に変換する、半導体
   を用いた静止形変換装置と、前記静止形変換装置の動作
   の開始を遅らせる時限回路とを有する電気車輛用電源装
   置に於いて、信号によって前記時限回路の設定時限を変
   更する時限設定変更回路と、起動の状態が初期起動およ
   び異常回復再起動を含む複数の起動状態のいずれである
   かを識別し、状態に応じた信号を出力する起動状態識別
   回路とを有し、起動時に、前記起動状態識別回路の出力
   信号に応じて、前記時限設定変更回路により、前記動作
   の開始を遅らせる時間の長さを変更するようにした事を
   特徴とする電気車輛用電源装置。