JPH06261402A - 車両用補助電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】平滑コンデンサの充電時の抵抗器の焼損を防
ぎ、平滑リアクトルによる外形の増大を防ぐ。 【構成】架線の電力を電磁接触器１で受電し、この電磁
接触器の負荷にバイポーラトランジスタ４を直列に接続
する。このバイポーラトランジスタ４の負荷側には入力
電流検出器５と電圧検出器６を設ける。電流検出器５と
電圧検出器６の出力信号は、制御回路９で受信して、バ
イポーラトランジスタ４のベース電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両用補助電源装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用補助電源装置の主回路単線
結線図の一例を図４に示す。図４において、架線11に摺
動するパンタグラフ20の負荷側には、事故電流を遮断す
る高速度遮断器17が接続され、この高速度遮断器17の負
荷側には、直流リアクトル18が接続されている。この直
流リアクトル18の負荷側には、並列に接続された充電抵
抗器３とサイリスタスイッチ又はＧＴＯサイリスタスイ
ッチでなるスイッチ19が接続されている。これらの充電
抵抗器３及びスイッチ19の負荷側には、コンデンサ７と
詳細省略した電力変換回路８が接続されている。

【０００３】このように構成された従来の補助電源装置
では、この装置が動作中の入力側に流れる高周波電流
を、直流リアクトル18とコンデンサ７を逆Ｌ形に構成し
たフィルタ回路で抑制している。また、車両用補助電源
装置を起動するときのコンデンサ７へ流れる電流のピー
ク電流値は、充電抵抗器３で抑制している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された車両用補助電源装置においては、充電抵抗器
３が接続された状態で電力変換回路８が動作して、入力
側の充電抵抗器３に電流が流れると、充電抵抗器３が焼
損してしまうため、これをバイパス短絡するための、サ
イリスタスイッチ又はＧＴＯサイリスタスイッチなどの
スイッチ19が必要である。

【０００５】また、架線電圧が上昇して規定電圧以上に
なると、この過電圧から電力変換部８とコンデンサ７を
保護するために、電力変換回路８の運転を一旦停止し
て、保護する必要がある。すると、車両の電源系統の関
係で、客室車内灯や冷房装置への電力が中断され、サー
ビスの低下となる。

【０００６】一方、電力変換回路８の故障時又は正極側
の回路の接地事故時に架線11から流入する過電流を遮断
するために、高価な高速度遮断器が必要である。

【０００７】さらに、直流リアクトル18を用いた補助電
源装置は外形が大きくなり、重量も増える。充電抵抗器
３は、サイリスタスイッチ又はＧＴＯサイリスタスイッ
チなどのスイッチ19が不点弧故障を起こすと、入力電流
が充電抵抗器３へ流れてこの充電抵抗器３が焼損するお
それがある。充電抵抗器３は、この充電抵抗器３の負荷
側で接地事故が発生して、コンデンサ７が充電されない
状態のときには、スイッチ19がＯＮするまで、または、
高速度遮断器17が開極するまでは、架線電圧が印加した
状態となり、大きな電力を消費する。この場合でも、充
電抵抗器３が焼損しないように保護協調を取るには、大
きな容量の抵抗器が必要である。

【０００８】そこで本発明の目的は、架線の電圧が上昇
しても、電力の供給を続行することができ、小形化と軽
量化を図ることのできる車両用補助電源装置を得ること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、架線から直流電力を受電する電磁接触器と、この電
磁接触器の負荷側に接続されたトランジスタと、このト
ランジスタに流れる入力電流を検出する電流検出器と、
受電した直流電力の電圧を検出する電圧検出器と、受電
した直流電力を変換する電力変換器と、この電力変換器
の入力側に接続された平滑コンデンサと、電流検出器と
電圧検出器の検出信号が入力されトランジスタのベース
電流を制御する制御部を具備したことを特徴とする。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、架線から
直流電力を受電する電磁接触器と、この電磁接触器の負
荷側に接続されたトランジスタと、このトランジスタに
流れる入力電流を検出する電流検出器と、受電した直流
電力の電圧を検出する電圧検出器と、受電した直流電力
を変換する電力変換器と、この電力変換器の入力側に接
続された平滑コンデンサと、電流検出器と電圧検出器の
検出信号が入力され電磁接触器を入・切しトランジスタ
のベース電流を制御する制御部を具備したことを特徴と
する。

【００１１】さらに、請求項３に記載の発明は、架線か
ら直流電力を受電する電磁接触器と、この電磁接触器の
負荷側に接続されたトランジスタと、このトランジスタ
に流れる入力電流を検出する電流検出器と、受電した直
流電力の電圧を検出する電圧検出器と、受電した直流電
力を変換する電力変換器と、この電力変換器の入力側に
接続された平滑コンデンサと、電流検出器と電圧検出器
の検出信号が入力され電磁接触器を入・切し、トランジ
スタのベース電流を制御する制御部を具備し、この制御
部には、入力電流中に含まれる高周波成分を抽出する手
段と、この高周波成分の抽出結果でトランジスタのベー
ス電流を制御して、入力電流に含まれる高周波成分を抑
制する手段を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明においては、平滑コンデ
ンサを充電する充電電流は、制御部によって制御される
トランジスタのベース電流で制御される。

【００１３】請求項２に記載の発明においては、平滑コ
ンデンサを充電する充電電流は、制御部によって制御さ
れ、事故によって過大となった入力電流は、制御部でベ
ース電流を制御され限流された後に、電磁接触器で遮断
される。

【００１４】請求項３に記載の発明においては、平滑コ
ンデンサを充電する充電電流は、制御部によって制御さ
れるトランジスタのベース電流で制御され、入力電流中
の高周波成分は、この高周波成分を抑制する手段で抑制
される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の概略構成を図１を用いて説明
する。電力変換回路８が動作中には、この電力変換回路
８によって発生する高周波電流が入力側に流れるが、こ
の高周波の電流分を含んだ入力電流を検出した入力電流
検出器５の検出信号が入力された制御回路９によって、
電力変換回路８から発生する特定の周波数成分を図２で
示すフィルタ回路で抽出し、特定の周波数成分の高周波
電流が減衰するようにバイポーラトランジスタ４のベー
ス電流を制御する。この制御を行なうことにより、直流
リアクトルを用いることなく、電力変換回路８から発生
する高周波電流の架線側への流入を防ぐことができる。

【００１６】補助電源装置を起動する場合にコンデンサ
７を充電するときには、まず、電磁接触器１を投入す
る。このときはまだ、バイポーラトランジスタ４はＯＦ
Ｆした状態であるため、入力電流は、ダイオード２とス
ナバコンデンサ３ａ，スナバ抵抗器３ｂを経て、コンデ
ンサ７に流れる。このときの電流は、スナバ抵抗器３ｂ
によって抑制される。又、スナバコンデンサ３ａは、コ
ンデンサ７に比べて、容量が小さいため、流れる電流は
微小で架線電圧の電圧値に充電され、コンデンサ７には
ほとんど電圧が印加されない状態で安定する。

【００１７】次に、制御回路９では、バイポーラトラン
ジスタ４のベース電流を徐々に増やして、このバイポー
ラトランジスタ４のコレクターエミッタ間のインピーダ
ンスを下げる。バイポーラトランジスタ４のコレクター
エミッタ間のインピーダンスが下がるに従がい、架線11
から供給される電流は徐々に増え、コンデンサ７は充電
されていく。制御回路９は、コンデンサ７の充電電流を
検出した入力電流検出器５の検出信号によって、充電電
流の値が一定値以下になるように、バイポーラトランジ
スタ４のベース電流を制御する。この制御によって、従
来の車両用補助電源装置のように、コンデンサ７の充電
用として抵抗器を用いることなく、突入大電流を流すこ
となく、充電することができる。

【００１８】一方、架線電圧が規定値以上に上昇した場
合には、電圧検出器６によりコンデンサ７の電圧を検出
し、制御回路９は、この検出電圧が規定値電圧以上とな
った場合に、バイポーラトランジスタ４のベース電流を
絞り、このバイポーラトランジスタ４のコレクターエミ
ッタ間のインピーダンスを高めて、図２に示すように、
架線からの入力電圧と規定電圧の差分の電圧がバイポー
ラトランジスタ４のコレクターエミッタ間に印加される
ように制御する。この制御により、架線電圧が規定値以
上に上昇しても、コンデンサ７の電圧は規定値の電圧以
上には上昇しないため、電力変換回路８への過電圧の印
加を防ぐことができ、電力変換回路８の運転を継続する
ことができる。

【００１９】なお、架線電圧が規定電圧以上に上昇する
のは、一般に、駆動用主電動機の負荷電流が遮断された
ときであり、持続時間は、 400mS前後の短時間で、この
状態は終了してしまう。このため、上述したように、バ
イポーラトランジスタ４に電圧を印加させた状態で電力
変換回路８によって負荷電流を流すと、バイポーラトラ
ンジスタ４は一時的に加熱するが、時間が短いため、熱
耐容量を連続で考慮する必要はない。

【００２０】ただし、架線電圧が規定値以上となる事態
が頻繁に発生した場合には、バイポーラトランジスタ４
を加熱から防ぐために、温度検出器による加熱検知や、
タイマによる過電圧印加頻度の検出によって電磁接触器
１を一時的に開極する。

【００２１】電力変換部の故障時、または、正極側の回
路が接地したときには、コンデンサ７の放電電流を事故
電流検出器10により検知し、図２に示すようにバイポー
ラトランジスタ４に過電流が流れ始める前に、バイポー
ラトランジスタ４のベース電流を絞り込み、入力電流を
安価な電磁接触器１でも遮断できる値まで抑制した後
に、この電磁接触器１を開極して事故の過電流が架線に
流れるのを防ぐ。

【００２２】なお、電磁接触器１とバイポーラトランジ
スタ４の間に接続されたダイオード２は、補助電源装置
が動作中において、架線側で地絡事故が発生した場合
に、バイポーラトランジスタ４に逆電圧が印加されるの
を防ぐ。

【００２３】図３は、図１の詳細図を示す。本実施例
は、架線の定格電圧が直流1500Ｖ，車両用ハーフブリッ
ジ式ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の場合である。

【００２４】図３において、制御回路９は、起動時に
は、電磁接触器１を投入後バイポーラトランジスタ４に
ベース電流を供給し、徐々にＯＮさせる。入力電流検出
器５で検出された入力側の電流信号が入力された制御回
路９でコンデンサ７Ａ，７Ｂの充電電流が一定（例え
ば、10Ａ）となるようにバイポーラトランジスタ４のベ
ース電流を制御する。

【００２５】コンデンサ７Ａ，７Ｂの受電が完了する
と、バイポーラトランジスタ４が完全にＯＮするように
ベース電流を充分に流す。その後、制御回路９は、一対
のＧＴＯサイリスタ12を交互にスイッチングさせ、交流
電圧を発生させる。発生した交流電圧は、絶縁トランス
14で降圧されて、２次側に低圧の交流電圧が印加され
る。この低圧の交流電圧は、整流器12で整流された後、
直流リアクトル13とコンデンサ16でリップルの少ない直
流電圧に変換される。

【００２６】この最終段の直流電圧は、電圧検出器15で
検出されて制御回路９に入力され、この制御回路９で
は、入力された直流出力電圧信号により、出力電圧が一
定になるように、ＧＴＯサイリスタ12の通電時間（通流
率）を制御する。

【００２７】制御回路９は、ＧＴＯサイリスタ12をスイ
ッチングすることにより発生する高周波電流を、入力電
流検出器５により検出された信号によって、高周波電流
の流れる周期（又は、周波数）に同期させて、バイポー
ラトランジスタ４の電流を減少させることにより、この
バイポーラトランジスタ４のコレクターエミッタ間のイ
ンピーダンスを高めて、高周波電流が架線側に流れるの
を抑制する。

【００２８】また、制御回路９は、架線電圧が上昇した
ときには、電圧検出器６で検出されたコンデンサ７Ａ，
７Ｂのコンデンサ電圧が2200Ｖ以上になった場合には、
バイポーラトランジスタ４のベース電流を絞り、このバ
イポーラトランジスタ４を非飽和状態として、コンデン
サ７Ａ，７Ｂの電圧が2200Ｖ一定となるように制御す
る。一方、架線電圧が2200Ｖ以下になると、ベース電流
を充分に流して、バイポーラトランジスタ４を完全にＯ
Ｎする。

【００２９】さらに、一対のＧＴＯサイリスタ12が同時
にＯＮした場合、または、負荷側で短絡事故が発生した
場合には、事故電流を各々事故電流検出器10Ａ，10Ｂで
検出し、この電流が 500Ａ以上となったとき、バイポー
ラトランジスタ４のベース電流を絞り、電磁接触器１に
流れる電流が 300Ａ以下になるように制御する。電流が
300Ａ以下になったことを入力電流検出器５から入力さ
れた信号で確認すると、電磁接触器１を開極して、架線
の事故の影響を防ぐ。

【００３０】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
架線から直流電力を受電する電磁接触器と、この電磁接
触器の負荷側に接続されたトランジスタと、このトラン
ジスタに流れる入力電流を検出する電流検出器と、受電
した直流電力の電圧を検出する電圧検出器と、受電した
直流電力を変換する電力変換器と、この電力変換器の入
力側に接続された平滑コンデンサと、電流検出器と電圧
検出器の検出信号が入力されトランジスタのベース電流
を制御する制御部を具備することで、平滑コンデンサを
充電する充電電流を、制御部によって制御されるトラン
ジスタのベース電流で制御したので、架線の電圧が上昇
しても、電力の供給を続行することができ、小形化と軽
量化を図ることのできる車両用補助電源装置を得ること
ができる。

【００３１】また、請求項２に記載の発明によれば、架
線から直流電力を受電する電磁接触器と、この電磁接触
器の負荷側に接続されたトランジスタと、このトランジ
スタに流れる入力電流を検出する電流検出器と、受電し
た直流電力の電圧を検出する電圧検出器と、受電した直
流電力を変換する電力変換器と、この電力変換器の入力
側に接続された平滑コンデンサと、電流検出器と電圧検
出器の検出信号が入力され電磁接触器を入・切しトラン
ジスタのベース電流を制御する制御部を具備すること
で、平滑コンデンサを充電する充電電流を、制御部によ
って制御し、事故によって過大となった入力電流は、制
御部でベース電流を制御し限流された後に、電磁接触器
で遮断したので、架線の電圧が上昇しても、電力の供給
を続行することができ、小形化と軽量化を図ることので
きる車両用補助電源装置を得ることができる。

【００３２】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
架線から直流電力を受電する電磁接触器と、この電磁接
触器の負荷側に接続されたトランジスタと、このトラン
ジスタに流れる入力電流を検出する電流検出器と、受電
した直流電力の電圧を検出する電圧検出器と、受電した
直流電力を変換する電力変換器と、この電力変換器の入
力側に接続された平滑コンデンサと、電流検出器と電圧
検出器の検出信号が入力され電磁接触器を入・切し、ト
ランジスタのベース電流を制御する制御部を具備し、こ
の制御部には、入力電流中に含まれる高周波成分を抽出
する手段と、この高周波成分の抽出結果でトランジスタ
のベース電流を制御して、入力電流に含まれる高周波成
分を抑制する手段を設けることで、平滑コンデンサを充
電する充電電流を、制御部によって制御されるトランジ
スタのベース電流で制御し、入力電流中の高周波成分
は、この高周波成分を抑制する手段で抑制したので、架
線の電圧が上昇しても、電力の供給を続行することがで
き、小形化と軽量化を図ることのできる車両用補助電源
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用補助電源装置の一実施例を示す
接続図。

【図２】本発明の車両用補助電源装置の作用を示すブロ
ック図。

【図３】図１の詳細図。

【図４】従来の車両用補助電源装置を示す接続図。

【符号の説明】

１…電磁接触器、２…ダイオード、３ａ…スナバコンデ
ンサ、３ｂ…スナバ抵抗器、４…バイポーラトランジス
タ、５…入力電流検出器、６…電圧検出器、７…コンデ
ンサ、８…電力変換回路、９…制御回路、10，10Ａ，10
Ｂ…事故電流検出器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 架線から直流電力を受電する電磁接触器
   と、この電磁接触器の負荷側に接続されたトランジスタ
   と、このトランジスタに流れる入力電流を検出する電流
   検出器と、前記受電した直流電力の電圧を検出する電圧
   検出器と、前記受電した直流電力を変換する電力変換器
   と、この電力変換器の入力側に接続された平滑コンデン
   サと、前記電流検出器と前記電圧検出器の検出信号が入
   力され前記トランジスタのベース電流を制御する制御部
   を具備したことを特徴とする車両用補助電源装置。
2. 【請求項２】 架線から直流電力を受電する電磁接触器
   と、この電磁接触器の負荷側に接続されたトランジスタ
   と、このトランジスタに流れる入力電流を検出する電流
   検出器と、前記受電した直流電力の電圧を検出する電圧
   検出器と、前記受電した直流電力を変換する電力変換器
   と、この電力変換器の入力側に接続された平滑コンデン
   サと、前記電流検出器と前記電圧検出器の検出信号が入
   力され前記電磁接触器を入・切し前記トランジスタのベ
   ース電流を制御する制御部を具備したことを特徴とする
   車両用補助電源装置。
3. 【請求項３】 架線から直流電力を受電する電磁接触器
   と、この電磁接触器の負荷側に接続されたトランジスタ
   と、このトランジスタに流れる入力電流を検出する電流
   検出器と、前記受電した直流電力の電圧を検出する電圧
   検出器と、前記受電した直流電力を変換する電力変換器
   と、この電力変換器の入力側に接続された平滑コンデン
   サと、前記電流検出器と前記電圧検出器の検出信号が入
   力され前記電磁接触器を入・切し、前記トランジスタの
   ベース電流を制御する制御部を具備し、この制御部に
   は、前記入力電流中に含まれる高周波成分を抽出する手
   段と、この高周波成分の抽出結果で前記トランジスタの
   ベース電流を制御して、前記入力電流に含まれる前記高
   周波成分を抑制する手段を設けたことを特徴とする車両
   用補助電源装置。