JPH06141404A - 電気車制御装置 - Google Patents

電気車制御装置

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JPH06141404A
JPH06141404A JP4285612A JP28561292A JPH06141404A JP H06141404 A JPH06141404 A JP H06141404A JP 4285612 A JP4285612 A JP 4285612A JP 28561292 A JP28561292 A JP 28561292A JP H06141404 A JPH06141404 A JP H06141404A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路の小型化を可能とする。 【構成】 この発明の電気車制御装置は、交流電源区間
では切替器を交流側に設定し、第１の開閉手段を閉じ、
第２の開閉手段を開くことによって、集電器から取り込
む交流電力を変圧器で降圧し、二次出力を第１の開閉器
を通して電力変換器に供給し、ここで直流に変換し、フ
ィルタコンデンサを介してインバータ装置に供給し、誘
導電動機の電源制御を行なう。また直流電源区間では、
切替器を直流側に切り替え、第１の開閉手段を開き、第
２の開閉手段を閉じることによって、集電器から取り込
んだ直流電力を第２の開閉器を通して直接インバータ装
置に供給し、誘導電動機の電源制御を行なう。こうし
て、交直切替手段を１つしか備えていないにもかかわら
ず、フィルタリアクトルの存在によってインバータ装置
の高周波成分を架線側に流すことがないようにして、動
作の信頼性を高くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電気車制御装置に関
し、特に架線から得られる電力が交流である区間と直流
である区間とを直通して運転される交直流電気車の制御
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の交直流電気車を制御する電気車制
御装置として、図３に示す構成のものが知られている。
この従来の電気車制御装置は、架線から電力を集電する
集電器１、電源遮断のための第１の遮断器２、交流直流
を切り替える切替器３、交流電力の変圧を行なう変圧器
４、交流一次電流を接地する接地ブラシ５、変圧器４の
二次出力側に設けられた交流整流用の整流器６、この整
流器６の出力側に接続された平滑リアクトル７、このリ
アクトル７の出力側に接続され、前記切替器３と連動し
て交流直流を切り替えるための交直転換器８を備えてい
る。また、交直転換器８の出力側に設けられた第２の遮
断器９、この第２の遮断器９の出力側に設けられた直流
を電源とし、電動機１０を駆動制御する電動機制御回路
１１を備えている。さらに、電動機制御回路１１の入力
側に並列に補助電源装置１２が接続されている。さら
に、交流電源区間で回路の地絡事故を検出するために、
変圧器４の二次側とグランドとの間に接地継電器１３が
設けられている。この継電器１３には電圧継電器が用い
られる。
【０００３】この従来の電気車制御装置では、交流電源
区間では交直切替器３および交直転換器８を交流側ａに
設定することにより、集電器１と遮断器２を介して得ら
れた電力が変圧器４で降圧され、整流器６で整流され、
平滑リアクトル７によって平滑され、第２の遮断器９を
通して電動機制御回路１１に供給されると共に、第２の
遮断器９を通さずに補助電源装置１２に供給される。
【０００４】また直流電源区間では、交直切替器３およ
び交直転換器８を直流側ｄに切り替えることにより、集
電器１と遮断器２を介して得られた直流電力が第２の遮
断器９を通して電動機制御回路１１に、また第２の遮断
器９を通さずに直接に補助電源装置１２に供給される。
そして、この直流電源区間では、架線からの直流電力が
変圧器４に流れ込まないように、交直切替器３と交直転
換器８によって変圧器４が通電部位から絶縁される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の電気車制御装置では、交流、直流を切り替えるた
めに交直切替器３と交直転換器８との２つの切替機構を
必要とし、機器の大型化が避けられず、保守にも労力が
かかる問題点があった。
【０００６】また、近年では、ダイオードを用いた整流
回路に代わってＧＴＯサイリスタなどを用いたパルス幅
変調コンバータを用い、また電動機制御回路にインバー
タ装置を用い、電動機として誘導電動機を使用し、さら
に補助電源装置として静止形変換器を用いるようになっ
てきているが、これらの機器を交直流電気車に適用する
場合には、最も適した交流、直流の切替回路の採用が重
要な課題となっていた。
【０００７】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、制御、保護動作上の特性を落とすこ
となく、回路部品点数を低減して装置の小型化を可能に
する電気車制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の電気車制御装
置は、架線から電源を取り込むための集電器と、電源遮
断を行なうために前記集電器に接続された遮断器と、前
記集電器、遮断器を介して得られる架線からの電力を交
流側と直流側とに切り替える切替器と、前記切替器の交
流出力側に接続された変圧器と、前記変圧器の二次出力
側に第１の開閉手段を介して接続され、交流電力を直流
電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器の直流出
力端に接続されたインバータ装置と、前記切替器の直流
出力側と前記インバータ装置の直流入力側との間に直列
に接続された第２の開閉手段およびフィルタリアクトル
と、前記インバータ装置の直流入力側の正負両極間に接
続されたフィルタコンデンサとを備え、互いに接続され
た前記電力変換器の直流出力端とインバータ装置の直流
入力端との負極側を接地し、交流電源区間運転時には前
記第１の開閉手段を閉じ、第２の開閉手段を開き、直流
電源区間運転時には前記第１の開閉手段を開き、第２の
開閉手段を閉じるようにしたものである。
【０００９】また、上記の電気車制御装置において、フ
ィルタリアクトルの一方の端部に１つのダイオードのア
ノードを接続し、フィルタリアクトルの他方の端部に他
の１つのダイオードのアノードを接続し、これら２つの
ダイオードのカソード同士を接続した点に補助電源装置
の電源端子を接続することができる。
【００１０】また、上記の電気車制御装置において、電
力変換器の直流出力端とインバータ装置の直流入力端と
の接続点と、車体接地点との間に電流検出器を設け、こ
れを交流電源区間における回路地絡検出手段として用い
るようにすることができる。
【００１１】
【作用】この発明の電気車制御装置では、交流電源区間
では切替器を交流側に設定し、第１の開閉手段を閉じ、
第２の開閉手段を開くことによって、集電器から取り込
む交流電力を変圧器で降圧し、二次出力を第１の開閉器
を通して電力変換器に供給し、ここで直流に変換し、フ
ィルタコンデンサを介してインバータ装置に供給し、誘
導電動機の電源制御を行なう。また直流電源区間では、
切替器を直流側に切り替え、第１の開閉手段を開き、第
２の開閉手段を閉じることによって、集電器から取り込
んだ直流電力を第２の開閉器を通して直接インバータ装
置に供給し、誘導電動機の電源制御を行なう。
【００１２】そしてインバータ装置によって発生する高
周波成分は、フィルタリアクトルによって阻止されて架
線側に流れることを防止することができる。
【００１３】こうして、交直切替手段を１つしか備えて
いないにもかかわらず、フィルタリアクトルの存在によ
ってインバータ装置の高周波成分を架線側に流すことが
ないようにでき、またインバータ装置の電源短絡故障時
などの事故電流を制限することができ、小形にして信頼
性のある電気車制御装置とすることができる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。
【００１５】図１はこの発明の一実施例の回路ブロック
図であり、架線から電源を取り込むための集電器１、電
源遮断を行なうために集電器１に接続された遮断器２、
集電器１、遮断器２を介して得られる架線からの電力を
交流側ａと直流側ｄとに切り替える切替器３、この切替
器３の交流出力側に接続された変圧器４、この変圧器４
の二次出力側に第１の開閉手段として設けられた接触器
１４、この接触器１４を介して変圧器４の二次出力に接
続され、交流電力を直流電力に変換する電力変換器１
５、この電力変換器１５の直流出力端に接続されたＶＶ
ＶＦインバータ装置１６を備えている。
【００１６】また、前述の交直切替器３の直流側ｄとイ
ンバータ装置１６の直流入力側との間に直列に接続され
た第２の開閉手段としての遮断器１７およびフィルタリ
アクトル１８、インバータ装置１６の直流入力側の正負
両極間に接続されたフィルタコンデンサ１９を備えてい
る。
【００１７】さらに、フィルタリアクトル１８の一方の
端部に１つのダイオードＤ１のアノードを接続し、フィ
ルタリアクトル１８の他方の端部に他の１つのダイオー
ドＤ２のアノードを接続し、これら２つのダイオードＤ
１，Ｄ２のカソード同士を接続した点に補助電源装置１
２の電源端子を接続してある。
【００１８】さらにまた、電力変換器１５の直流出力端
とインバータ装置１６の直流入力端との接続点と、車体
接地点との間に電流検出器２０を設け、これを交流電源
区間における回路地絡検出手段とし、この検出信号によ
って保護回路２１を保護動作するようにしてある。
【００１９】なお、電動機１０は誘導電動機であり、イ
ンバータ装置１６の交流出力によって駆動される。また
５は従来例と同様の接地ブラシである。
【００２０】次に、上記構成の電気車制御装置の動作に
ついて説明する。
【００２１】交流電源運転区間では、交直切替器３を交
流側ａに設定し、接触器１４を閉じ、逆に遮断器１７を
開いた状態に保持する。これによって、集電器１、遮断
器２を介して得られる交流電力は変圧器４で降圧され、
電力変換器１５で直流に変換され、フィルタコンデンサ
１９を介してインバータ装置１６へ入力される。そし
て、インバータ装置１６では、ＶＶＶＦ制御によって誘
導電動機１０を駆動する。この場合、電力変換器１５を
４象現コンバータとすれば、電力回生ブレーキ動作も可
能となる。
【００２２】一方、直流電源運転区間では、交直切替器
３を直流側ｄに切り替え、接触器１４を開き、逆に遮断
器１７を閉じる。これによって、集電器１、遮断器２を
介して得られる直流電力は遮断器１７、フィルタリアク
トル１８を経てインバータ装置１６へ入力される。フィ
ルタリアクトル１８はインバータ装置１６のスイッチン
グによって発生する高周波成分が架線に流れることを抑
制し、またインバータ装置１６の電源短絡故障時などの
事故電流を制限する働きもする。
【００２３】こうして、交直切替機構を切替器３の１つ
だけとしながらも、交直両電源に対して電力変換、電源
制御することができ、機器の小型化が可能となるのであ
る。
【００２４】また、空調設備、照明設備などのための補
助電源装置１２の電源は、フィルタリアクトル１８の両
端に接続された２個のダイオードＤ１，Ｄ２から得るこ
とによって、交流電源区間、直流電源区間のいずれであ
っても、また力行時、回生ブレーキ時のいずれでもフィ
ルタリアクトル１８を介さずに得ることができる。これ
によって、補助電源装置１２から見た電源側の回路定数
を常に一定にすることができ、電源側の回路定数が変化
することで生じる補助電源装置１２の制御上の外乱を防
止することができる。そして、このことは、フィルタリ
アクトル１８の定格を低減できることにもなる。
【００２５】さらに、電力変換器１５とインバータ装置
１６を結ぶ線の負極側と接地点の間に設けた変流器２０
には、正常時には交流電源区間では電流が流れないが、
回路の本来の接地電位以外の部位が地絡した場合には電
流が流れる。したがって、交流区間で変流器２０が電流
を検出した場合、それを地絡とみなし、保護回路２１を
動作させて遮断器２を遮断動作させ、架線電力の入力を
遮断し、回路を保護する。
【００２６】図２はこの発明の実施例のさらに詳しい回
路構成を示しており、図１に示す回路と共通する部分に
は同一の符号を付して示してある。この実施例の電気車
制御装置では、電力変換器１５がダイオードＤとＧＴＯ
サイリスタＧとのブリッジ回路で構成されていることを
示し、インバータ装置１６も一般的なダイオードＤとＧ
ＴＯサイリスタＧとのブリッジ回路で構成されているこ
とを示している。そして、この実施例では、変圧器４の
二次出力側に、第１の開閉手段として接触器１４を設け
ると共に、抵抗器２２と第２の接触器２３を設けてい
る。この抵抗器２２と第２の接触器２３は、フィルタコ
ンデンサ１９の初期充電用のもので、交流電源区間での
運転開始時にのみ動作し、以後は接触器２３が閉じた状
態となる。
【００２７】また、補助電源装置１２の入力側には、電
源に対して高周波の影響を避け、また直流を平滑するた
めに補助電源用フィルタリアクトル２４とフィルタコン
デンサ２５が設けられているが、ダイオードＤ１，Ｄ２
を介して補助電源装置１２の電源を得ているために、補
助電源用フィルタリアクトル２４と直列にフィルタリア
クトル１８が挿入されることがなく、このため、交流電
源区間か直流電源区間か、また力行か回生ブレーキかに
よって補助電源装置１２の制御定数を変化させる必要が
ない。
【００２８】さらに変流器２０の検出信号を受けて遮断
器２の保護動作を行なう保護回路２１は、電流検出を示
す電圧信号に対する絶対値回路２６、この絶対値回路２
６の出力を基準電圧設定器２７からの基準電圧と比較す
る比較回路２８、そして、交流電源区間条件信号ＡＣと
比較回路２８の出力とのＡＮＤ論理によって遮断器２に
対して遮断動作信号を出力するＡＮＤ回路２９から構成
されている。
【００２９】したがって、変流器２０が電流検出して電
圧信号を絶対値回路２６に入力すると、その入力電圧信
号の絶対値が比較回路２８において基準電圧と比較さ
れ、入力信号の方が大きい場合には、それが交流電源区
間で発生すれば、ＡＮＤ回路２９から遮断器２に動作信
号が出力され、遮断器２を遮断動作させて回路保護を行
なうことができる。
【００３０】こうして、この実施例にあっても、交直切
替手段は切替器３の１つだけにして、交流電源、直流電
源いずれにも対応することができ、回路の小型化が可能
となる。
【００３１】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、交流電
源区間では切替器を交流側に設定し、第１の開閉手段を
閉じ、第２の開閉手段を開くことによって、集電器から
取り込む交流電力を変圧器で降圧し、二次出力を第１の
開閉器を通して電力変換器に供給し、ここで直流に変換
し、フィルタコンデンサを介してインバータ装置に供給
し、誘導電動機の電源制御を行ない、また直流電源区間
では、切替器を直流側に切り替え、第１の開閉手段を開
き、第２の開閉手段を閉じることによって、集電器から
取り込んだ直流電力を第２の開閉器を通して直接インバ
ータ装置に供給し、誘導電動機の電源制御を行なうよう
にしているので、交直切替手段を１つしか備えていない
にもかかわらず、フィルタリアクトルの存在によってイ
ンバータ装置の高周波成分を架線側に流すことがないよ
うにでき、またインバータ装置の電源短絡故障時などの
事故電流を制限することができ、小形にして信頼性のあ
る電気車制御装置とすることができる。
【００３２】またこの発明によれば、フィルタリアクト
ルの一方の端部に１つのダイオードのアノードを接続
し、フィルタリアクトルの他方の端部に他の１つのダイ
オードのアノードを接続し、これら２つのダイオードの
カソード同士を接続した点に補助電源装置の電源端子を
接続しているので、交流時、直流時いずれであっても補
助電源装置への電源をフィルタリアクトルを通さずに取
り込むことができ、安定した補助電源が確保できる。
【００３３】またこの発明によれば、電力変換装置の直
流出力端とインバータ装置の直流入力端との接続点と、
車体接地点との間に電流検出器を設け、これを交流電源
区間における回路地絡検出手段として用いるようにして
いるので、交流電源区間での地絡電流の発生を確実に検
出して回路保護動作を行なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の回路ブロック図。
【図２】この発明の他の実施例の回路ブロック図。
【図３】従来例の回路ブロック図。
【符号の説明】
１ 集電器 ２ 遮断器 ３ 交直切替器 ４ 変圧器 ５ 接地ブラシ １０ 誘導電動機 １２ 補助電源装置 １４ 接触器 １５ 電力変換器 １６ インバータ装置 １７ 遮断器 １８ フィルタリアクトル １９ フィルタコンデンサ ２０ 変流器 ２１ 保護回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 架線から電源を取り込むための集電器
    と、 電源遮断を行なうために前記集電器に接続された遮断器
    と、 前記集電器、遮断器を介して得られる架線からの電力を
    交流側と直流側とに切り替える切替器と、 前記切替器の交流出力側に接続された変圧器と、 前記変圧器の二次出力側に第１の開閉手段を介して接続
    され、交流電力を直流電力に変換する電力変換器と、 前記電力変換器の直流出力端に接続されたインバータ装
    置と、 前記切替器の直流出力側と前記インバータ装置の直流入
    力側との間に直列に接続された第２の開閉手段およびフ
    ィルタリアクトルと、 前記インバータ装置の直流入力側の正負両極間に接続さ
    れたフィルタコンデンサとを備え、 互いに接続された前記電力変換器の直流出力端とインバ
    ータ装置の直流入力端との負極側を接地し、 交流電源区間運転時には前記第１の開閉手段を閉じ、第
    ２の開閉手段を開き、直流電源区間運転時には前記第１
    の開閉手段を開き、第２の開閉手段を閉じるようにして
    成ることを特徴とする電気車制御装置。
  2. 【請求項２】 前記フィルタリアクトルの一方の端部に
    １つのダイオードのアノードを接続し、前記フィルタリ
    アクトルの他方の端部に他の１つのダイオードのアノー
    ドを接続し、前記２つのダイオードのカソード同士を接
    続した点に補助電源装置の電源端子を接続して成ること
    を特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
  3. 【請求項３】 前記電力変換器の直流出力端とインバー
    タ装置の直流入力端との接続点と、車体接地点との間に
    電流検出器を設け、これを交流電源区間における回路地
    絡検出手段として用いることを特徴とする請求項１また
    は２に記載の電気車制御装置。
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