JPH07245803A - 電気車制御装置 - Google Patents

電気車制御装置

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Publication number
JPH07245803A
JPH07245803A JP6036689A JP3668994A JPH07245803A JP H07245803 A JPH07245803 A JP H07245803A JP 6036689 A JP6036689 A JP 6036689A JP 3668994 A JP3668994 A JP 3668994A JP H07245803 A JPH07245803 A JP H07245803A
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JP
Japan
Prior art keywords
current
circuit
current limiting
limiting element
inverter
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JP6036689A
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English (en)
Inventor
Takashi Iida
隆志 飯田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 主回路の小型化、軽量化を図る。 【構成】 この発明の電気車制御装置は、フィルタコン
デンサの負荷側直後に直列に接続した限流素子によっ
て、負荷に通常電流が流れているときには限流作用を行
なわず、負荷の短絡事故によって過大電流が流れるよう
になれば、限流作用を開始して過大電流の通流を抑制す
る。こうして、限流素子によって負荷の短絡事故時の過
大電流の通流を防止することにより、各回路要素を従来
のよりも比較的小容量のものを使用できるようにし、制
御装置全体の小型化、軽量化を可能とする。

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
する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気車を駆動する電力の制御を行
なう電気車制御装置は図5に示すような回路構成を備え
ている。すなわち、直流架線1の電力をパンタグラフ
2、主スイッチ3を介して取り込み、高速度遮断器4お
よび接触器5を通してリアクトル6とフィルタコンデン
サ7に供給し、ここで定電圧制御を行なってインバータ
8に与え、ここで直流電力を可変電圧可変周波数(以
下、VVVFと称する)変換して所望の電力の交流に変
換し、負荷である主電動機9に供給する回路構成であ
る。なお、インバータ8の負極側は接地スイッチ10を
介して接地するようにしてある。
【0003】そして、このような電気車制御装置では、
インバータ8の素子に短絡事故が発生して大電流が流れ
るようになると、高速度遮断器4がそれを検知して主回
路を高速度に遮断する保護動作を行なう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に、電気車の主電
動機は数100kWの大電力を消費するので、この主電
動機を制御する制御装置のフィルタコンデンサにも大容
量のものを使用している。したがって、負荷側の短絡事
故を想定すると、短絡電流が非常に大きな値となる。一
方、電気車制御装置の据え付けスペースは床下に限られ
ているために、狭いスペースに各種の導体を配列するこ
とになり、大電流が流れる場合に誘起される電磁力も過
大なものとなる。
【0005】そこで、従来からこれらを考慮して、主回
路導体の機械的強度、また取り付け強度を大きくするた
めに補強を行ない、絶縁構成を厳重にするといった対策
がとられているが、これによって、重量増、コスト増、
設置スペースの拡大といった不都合が生じ、電気車の高
速化を阻害する問題点があった。
【0006】この発明はこのような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、短絡事故時に大きな短絡電流が流れ
るのをすばやく阻止する回路要素として比較的簡単、か
つ小型の素子を使用し、制御装置全体の小型化、軽量化
を可能とする電気車制御装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の電気車
制御装置は、フィルタコンデンサの負荷側直後に、負荷
と直列に限流素子を接続したものである。
【0008】請求項2の発明は、請求項1の電気車制御
装置において、フィルタコンデンサの入力側にも、電力
変換装置保護のための限流素子を直列に接続したもので
ある。
【0009】請求項3の発明は、請求項1または2の電
気車制御装置において、限流素子として超電導素子を用
いたものである。
【0010】請求項4の発明は、請求項3の電気車制御
装置において、限流素子の冷却に車両に搭載されている
空調装置のコンプレッサおよびコンデンサを使用したも
のである。
【0011】
【作用】請求項1の発明の電気車制御装置では、フィル
タコンデンサの負荷側直後に直列に接続した限流素子に
よって、負荷に通常電流が流れているときには限流作用
を行なわず、負荷の短絡事故によって過大電流が流れる
ようになれば、限流作用を開始して過大電流の通流を抑
制する。
【0012】こうして、限流素子によって負荷の短絡事
故時の過大電流の通流を防止することにより、各回路要
素を従来よりも比較的小容量のものを使用できるように
し、制御装置全体の小型化、軽量化を可能とする。
【0013】請求項2の発明の電気車制御装置では、フ
ィルタコンデンサの入力側にも、電力変換装置保護のた
めの限流素子を直列に接続することにより、負荷の短絡
事故時に負荷およびフィルタコンデンサに対して過大電
流が流れるのを抑制する。
【0014】請求項3の発明では、限流素子として超電
導素子を用いることにより、通常時の限流素子のインピ
ーダンスを極めて低いものとすることができ、限流素子
の存在による損失を抑制する。
【0015】請求項4の発明では、限流素子としての超
電導素子の冷却に車両に搭載されている空調装置のコン
プレッサおよびコンデンサを利用することにより、限流
素子使用のために他の回路要素の追加を無用とし、回路
要素数の増加を防止する。
【0016】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。図1はこの発明の第1実施例の回路構成を示して
おり、直流架線1の電力をパンタグラフ2、主スイッチ
3を介して取り込み、高速度遮断器4および接触器5を
通してリアクトル6とフィルタコンデンサ7に供給し、
ここで定電圧制御を行なって三相インバータ8に与え、
ここで直流電力を可変電圧可変周波数(以下、VVVF
と称する)変換して所望の電力の交流に変換し、負荷で
ある主電動機9に供給するようにしている。なお、イン
バータ8の負極側は接地スイッチ10を介して接地する
ようにしてある。
【0017】そしてこの実施例の特徴として、フィルタ
コンデンサ7の負荷側直後に限流素子11が挿入されて
いる。この限流素子11は、図2に示すようなクエンチ
特性を示し、通常電流では超電導状態にあって素子抵抗
がほぼ0であるが、この回路に短絡事故などによって過
大電流が流れるようになるとクエンチ状態になって一定
インピーダンスを示し、事故電流を制限する働きをな
す。
【0018】この限流素子1としては、温度が上昇する
につれて抵抗値が上がるサーミスタ素子、超電導素子、
酸化物超電導素子などを用いることができるが、通常の
電流条件で抵抗値が0で、短絡事故時の過大電流に対し
て高インピーダンスとなるような特性を示すものが理想
的である。現在使用できる超電導素子としては、例えば
Nb−Ti(ニオブチタン)超電導素子がある。このN
b−Ti超電導素子は、Nb−TiのまわりにCu
(銅)70%、Ni(ニッケル)30%の合金を施した
組成であり、4°K程度のヘリウム温度で抵抗値が急上
昇する特性を示す。
【0019】また酸化物超電導素子としては、115K
°で抵抗値が急上昇する特性のBi2 Sr2 Ca2 Cu
3 Ox、また85K°で抵抗値が急上昇する特性のBi
2 Sr2 CaCu2 Oxのようなものを用いることがで
きるが、これらの酸化物超電導素子を使用することによ
って最も有効なシステムが構築できる。
【0020】そしてこの酸化物超電導素子を使用する場
合、その冷却のために窒素温度程度の低温容量を必要と
するが、そのためには、図3に示すように液体窒素容器
21内に限流素子11を浸漬し、この液体窒素容器21
の周囲の冷媒管22に電気車に搭載されている空調装置
のコンプレッサ、コンデンサを利用して、それによって
冷却された冷媒を通流させて冷却する構成とする。な
お、液体窒素容器21は断熱保護容器23によって床下
に支持させる。
【0021】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。通常時には、主スイッチ3および接触
器5を投入することによって、直流架線1の電力をパン
タグラフ2を介して取り込み、フィルタコンデンサ7に
電荷が蓄積される。この電荷は三相インバータ8を介し
て三相電流に変換され、主電動機9に供給される。この
主電動機9はインバータ8によってVVVF制御され、
電気車を駆動する動力となる。なお、システムによって
は、インバータ8に4個の主電動機9を制御させること
もある。
【0022】いま、インバータ8や主電動機9に何らか
の原因で短絡事故が発生すると、フィルタコンデンサ7
の充電電荷が大きいために過大な短絡電流がインバータ
8に流れるようになるが、この過大電流が限流素子11
に通流することにより、限流素子11がクエンチ特性を
示して、過大電流に対して大きなインピーダンスを示
し、過大電流がインバータ8に流れるのを抑制する。そ
して、高速度遮断器4が入力側の大電流の通流を検出し
て遮断動作し、これらの作用によって短絡事故時にイン
バータ8の回路素子に過大電流が流れるのを効果的に防
止し、焼損その他の障害の発生を防止する。
【0023】また、こうして短絡事故時に過大電流が流
れないように限流素子11が作用するため、インバータ
8の回路要素、またその周辺回路に過大電流の通流に対
応する大容量の回路要素を用いなくても済むようにな
り、制御装置全体の小型化、軽量化が図れることにな
る。
【0024】次に、この発明の第2実施例について、図
4に基づいて説明する。この実施例の回路構成は、大部
分、図1に示した第1実施例と共通するので、同一要素
については同一の符号を付して示す。
【0025】この第2実施例の特徴は、フィルタコンデ
ンサ7の入力側に、前述の高速度遮断器4に代えて、も
う一つの限流素子12と接触器13を挿入したことにあ
る。つまり、インバータ8や主電動機9などの負荷の短
絡事故に対してフィルタコンデンサ7の出力側の限流素
子11によって過大電流の通流を制限すると共に、フィ
ルタコンデンサ7の両端短絡が発生した場合に、直流回
路からの短絡電流とコンデンサ電荷からの短絡電流の和
がトータルの短絡電流となり、大きな回路的ダメージを
生じる恐れがある。そこで、この直流回路側に第1実施
例の高速度遮断器4に代えて、限流素子12と接触器1
3を挿入することにより、接触器5、リアクトル6を含
むフィルタコンデンサ7よりも電源側の短絡事故に対し
て保護動作させ、電源側の主回路導体の変形、絶縁部の
破損その他の損傷の発生を防止するようにしているので
ある。
【0026】この第2実施例における限流素子12はフ
ィルタコンデンサ7の出力側の限流素子11と同じ仕様
のものを使用することができるが、通流する電流に応じ
て仕様を変えることもできる。
【0027】
【発明の効果】以上のように請求項1の発明によれば、
フィルタコンデンサの負荷側直後に限流素子を直列に接
続しているので、負荷に通常電流が流れているときには
限流作用を行なわず、負荷の短絡事故によって過大電流
が流れるようになれば、限流作用を開始して過大電流の
通流を確実に抑制することができ、このために回路素子
に過大電流を見越した大容量のものを使用しなくても済
むようになり、装置の小型化、軽量化が図れる。
【0028】請求項2の発明によれば、フィルタコンデ
ンサの入力側にも、電力変換装置保護のための限流素子
と接触器を直列に接続しているので、フィルタコンデン
サに両端短絡事故が発生した場合に電源側に過大電流が
流れるのを抑制することができ、回路全体の素子の容量
を小さなものにすることができ、装置のいっそうの小型
化、軽量化が図れる。
【0029】請求項3の発明では、限流素子として超電
導素子を用いているので、通常時の限流素子のインピー
ダンスを極めて低くいものとすることができ、限流素子
の存在による損失をきわめて小さなものとすることがで
きる。
【0030】請求項4の発明では、限流素子としての超
電導素子の冷却に車両に搭載されている空調装置のコン
プレッサおよびコンデンサを利用しているので、限流素
子使用のために他の回路要素の追加を無用とし、回路要
素数の増加を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例の回路図。
【図2】上記実施例で使用する限流素子の特性グラフ。
【図3】上記実施例で使用する限流素子の冷却装置の断
面図。
【図4】この発明の第2実施例の回路図。
【図5】従来例の回路図。
【符号の説明】
1 直流架線 2 パンタグラフ 3 主スイッチ 4 高速度遮断器 5 接触器 6 リアクトル 7 フィルタコンデンサ 8 インバータ 9 主電動機 10 接地スイッチ 11 限流素子 12 限流素子 13 接触器 21 液体窒素容器 22 冷媒管 23 断熱保護容器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フィルタコンデンサを有する電力変換装
    置を備えた電気車制御装置において、前記フィルタコン
    デンサの負荷側直後に、負荷と直列に限流素子を接続し
    て成る電気車制御装置。
  2. 【請求項2】 前記フィルタコンデンサの入力側に、前
    記電力変換装置保護のための限流素子を直列に接続して
    成る請求項1記載の電気車制御装置。
  3. 【請求項3】 前記限流素子が超電導素子であることを
    特徴とする請求項1または2記載の電気車制御装置。
  4. 【請求項4】 前記限流素子の冷却に車両に搭載されて
    いる空調装置のコンプレッサおよびコンデンサを使用し
    て成ることを特徴とする請求項3記載の電気車制御装
    置。
JP6036689A 1994-03-08 1994-03-08 電気車制御装置 Pending JPH07245803A (ja)

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JP6036689A JPH07245803A (ja) 1994-03-08 1994-03-08 電気車制御装置

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JP6036689A JPH07245803A (ja) 1994-03-08 1994-03-08 電気車制御装置

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JP (1) JPH07245803A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016163552A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 丈一 三重野 野生動物屠殺用具
WO2016180019A1 (zh) * 2015-05-11 2016-11-17 永济新时速电机电器有限责任公司 辅助变流器和车辆

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016163552A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 丈一 三重野 野生動物屠殺用具
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