JPH08182105A - 電気車制御装置 - Google Patents

電気車制御装置

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JPH08182105A
JPH08182105A JP6317831A JP31783194A JPH08182105A JP H08182105 A JPH08182105 A JP H08182105A JP 6317831 A JP6317831 A JP 6317831A JP 31783194 A JP31783194 A JP 31783194A JP H08182105 A JPH08182105 A JP H08182105A
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育也 青山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータの故障時の保護協調、及び冗長性
の向上が可能な電気車制御装置を提供することを目的と
する。 【構成】 直流電力を３相交流電力に変換するインバー
タ３と、このインバータ３の３相交流出力端子に３相出
力線Ｕ，Ｖ，Ｗを介して接続される永久磁石同期電動機
５と、インバータ３と永久磁石同期電動機５との間の３
相出力線Ｕ，Ｗを開放する接触器６ａ，６ｂと、通常時
には接触器６ａ，６ｂを閉成させ、インバータ３の故障
を検出した際に接触器６ａ，６ｂを開放する制御手段４
とを有してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気車駆動用の永久磁
石同期電動機を制御する電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】可変電圧可変周波数インバータ（以下、
インバータという。）により制御される交流電動機駆動
の電気車を円滑に走行させるためには、万一、インバー
タが故障しても、故障部位を速やかに開放し、電気車を
運転継続可能なように電気車制御装置を構成しなければ
ならない。
【０００３】一方、電気車の駆動用電動機としては３相
誘導電動機が代表的であるが、近年、インバータから３
相交流電力を供給し、永久磁石同期電動機（以下、ＰＭ
モータという。）で駆動する電気車の開発がなされてい
る。ＰＭモータは永久磁石を電動機の回転子表面に貼り
付けた表面磁石構造と、回転子内部に埋め込んだ埋込磁
石構造の大きく２種類に大別でき、保守性、制御性、耐
環境性に優れ、高効率、高力率運転が可能であるため、
電気車駆動用電動機として望ましい特性、特徴を有して
いる。
【０００４】図２は、１台のインバータにより１台のＰ
Ｍモータを制御する電気車制御装置の構成図である。架
線（図示せず）からパンタグラフ１を介して集電された
直流電力は、電流の入切を行う断流器２を通り、インバ
ータ３により可変電圧・可変周波数の交流電力に変換さ
れてＰＭモータ５へ供給される。制御手段４はインバー
タ３に取り付けられているセンサ等（図示せず）からの
情報Ｐと、ＰＭモータ５の回転数、回転角度等の情報Ｒ
を入力する。そしてインバータ周波数、さらにモータ電
圧を演算して制御信号Ｃとして出力する。この制御信号
Ｃに基づいてインバータ３は制御される。インバータ３
は自己消弧型半導体素子３ａ〜３ｆより構成されてい
る。ここでいう自己消弧型半導体素子とは、例えばＧＴ
ＯサイリスタやＩＧＢＴなどであり、制御手段４からの
制御信号Ｃにより任意のタイミングにおいて導通、非導
通状態に制御することが可能な半導体素子である。これ
ら自己消弧型半導体素子３ａ〜３ｆにはそれぞれ逆並列
にダイオード31が接続されている。
【０００５】図３は図２に示した従来の電気車制御装置
において、インバータ３を構成する自己消弧型半導体素
子（以下、半導体素子という。）３ａ〜３ｆのうちの３
ａが故障し、常時導通状態になった場合の動作を示す図
である。
【０００６】半導体素子３ａが導通故障すると、インバ
ータ３はＰＭモータ５へ３相交流電力を供給できなくな
るため、断流器２を開放状態にしてインバータ３の動作
を停止させる。この場合、電気車は他の健全な電気車制
御装置から他のＰＭモータに３相交流電力を供給するこ
とにより運転継続されることが一般的である。しかしな
がら、電気車が運転を継続するとインバータ３に接続さ
れているＰＭモータ５の回転子が回転することになる。
ＰＭモータ５は永久磁石で構成されているため、インバ
ータ３からの電力供給がない状態でも電動機内部に磁束
が発生し、発電機動作をする。この時、半導体素子３ａ
〜３ｆが全て健全な状態の場合は、ＰＭモータ５から電
流が流れ続けることはないが、半導体素子３ａが導通故
障していると、図中の矢印の経路によりＰＭモータ５の
相間を短絡電流が流れる。よって、この状態で電気車を
運転継続するとＰＭモータ５が短絡電流による過電流、
過熱により焼損に至るという問題が生じてしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
電気車制御装置では、万一インバータを構成する半導体
素子が導通故障して故障したインバータに対する架線側
からの電力供給を断流器などにより遮断しても、他の健
全な電気車制御装置により電気車は運転が継続されるた
め、ＰＭモータにインバータを介して短絡電流が流れ、
焼損に至るという問題点があった。このため電気車自体
の運転を継続することができなくなり、営業運転を阻害
するという問題が生じてしまった。
【０００８】そこで本発明は上述した問題点を解決する
ためになされたもので、インバータの故障時の保護協
調、及び冗長性の向上が可能な電気車制御装置を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、請求項１に記載の発明は、直流電力を３相交流
電力に変換するインバータと、このインバータの３相交
流出力端子に３相出力線を介して接続される永久磁石同
期電動機と、インバータと永久磁石同期電動機との間の
３相出力線を開放する開放手段とを有してなる。又請求
項２に記載の発明は、直流電力を３相交流電力に変換す
るインバータと、このインバータの３相交流出力端子に
３相出力線を介して接続される永久磁石同期電動機と、
インバータと永久磁石同期電動機との間の３相出力線を
開放する開放手段と、通常時に開放手段を閉成させ、イ
ンバータの故障を検出した際に開放手段を開放する制御
手段とを有してなる。又請求項３に記載の発明は、請求
項１又は請求項２に記載の電気車制御装置において、開
放手段を３相出力線のうち少なくとも２相の出力線に備
えてなる。
【００１０】
【作用】上述した構成によりインバータが故障した場合
や、インバータの運転を停止させた際に、このインバー
タに接続された永久磁石同期電動機のみを電気的に開放
することができるため、電気車の運転を他の電気車制御
装置により継続でき、営業運転を阻害することを防止す
ることができる。又３相電流の和は常に零であることか
ら３相出力線のうち少なくとも２相の出力線に開放手段
を備えることにより残り１相にも電流が流れることを防
ぐことができる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照し詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施例を示す電気車制御装置の構
成図である。架線（図示せず）からパンタグラフ１を介
して集電された直流電力は、電流の入切を行う断流器２
を通り、インバータ３により可変電圧・可変周波数の交
流電力に変換されてＰＭモータ５へ供給される。制御手
段４はインバータ３に取り付けられているセンサ等（図
示せず）からの情報Ｐと、ＰＭモータ５の回転数、回転
角度等の情報Ｒを入力する。そしてインバータ周波数、
さらにモータ電圧を演算して制御信号Ｃとして出力す
る。この制御信号Ｃに基づいてインバータ３は制御され
る。インバータ３は半導体素子３ａ〜３ｆ、これら半導
体素子３ａ〜３ｆそれぞれに逆並列に接続されたダイオ
ード31より構成されている。
【００１２】又インバータ３の３相交流出力端子には３
相出力線Ｕ，Ｖ，Ｗを介してＰＭモータ５が直接接続さ
れるのではなく、３相出力線Ｕ，Ｖ，Ｗのうち２相の出
力線に、それぞれ接触器６ａ，６ｂが接続されている。
接触器６ａ，６ｂは、通常時は投入されており、制御手
段４からの開放指令により開放動作する。
【００１３】インバータ３を構成する半導体素子３ａ〜
３ｆのいずれか１つ、もしくは複数の半導体素子が導通
故障すると、前述したようにインバータ３からの電力供
給がない状態でもＰＭモータ５が発電機動作をする。一
方、半導体素子３ａ〜３ｆの導通故障をインバータ３に
取り付けられたセンサ等からの情報Ｐにより制御手段４
が検出すると、制御手段４は断流器２に対して開放指令
ａ1 、接触器６ａ，６ｂに対して開放指令ａ2 を出力す
る。すると断流器２は開放し、更に接触器６ａ，６ｂは
インバータ３とＰＭモータ５間の３相出力線Ｕ，Ｗを開
放するため、ＰＭモータ５の相間を短絡電流が流れるこ
とを防止することができる。
【００１４】尚、本実施例では、インバータ３とＰＭモ
ータ５間の３相出力線Ｕ，Ｗに接触器６ａ，６ｂを備え
ているが、これは３相電流の和は常に零であることから
３相出力線Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの２相の出力線Ｕ，Ｗを接
触器６ａ，６ｂにより開放すれば、残り１相の出力線Ｖ
にも電流が流れないからである。すなわち、３相出力線
Ｕ，Ｖ，Ｗのうち少なくとも２相の出力線を開放すれば
よい。従って、３相出力線Ｕ，Ｖ，Ｗ全てに接触器など
の開放手段を設けても、本実施例と同様の結果が得られ
ることは勿論である。
【００１５】従って本実施例によれば、インバータ３を
構成する半導体素子３ａ〜３ｆが故障した場合でも、故
障したインバータ３により駆動されるＰＭモータ５のみ
を電気的に開放することができるため、電気車は他の健
全な電気車制御装置により運転を継続させることができ
る。
【００１６】又ＰＭモータ５とインバータ３とを接続す
る３相出力線Ｕ，Ｖ，Ｗを開放する手段として接触器６
ａ，６ｂを使用しているが、これを半導体素子を用いた
無接点式に置き換えたり、過電流ヒューズなどで代用し
ても同様の効果が期待できる。
【００１７】更に１台のＰＭモータ５を１台のインバー
タ３にて制御する電気車の場合について説明したが、本
発明は個々のＰＭモータにかかわっているため、例えば
複数のＰＭモータを１台のインバータにて制御する場合
は、それぞれのＰＭモータに対して開放手段を設けるこ
とにより同様の効果を得ることができる。
【００１８】また、開放手段を開放するのはインバータ
３が故障した場合についてのみ説明したが、これに限定
することはなく電気車運転中に故意にインバータ３を停
止させておく場合、例えば、だ行中の時や、比較的加
速、減速力が少なくて済む状態で一部の電気車制御装置
を停止させておく時などにも適用することにより、不要
な電流がインバータ３へ流れ込むことを防止できる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンバータにより制御されるＰＭモータ駆動の電気車にお
いて、装置異常時の保護協調、及び冗長性の向上が可能
な電気車制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す電気車制御装置の構成
図である。
【図２】従来の電気車制御装置の構成図である。
【図３】図２の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１…パンタグラフ ２…断流器 ３…インバータ ４…制御装置 ５…ＰＭモータ ６ａ，６ｂ…接触器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直流電力を３相交流電力に変換するイン
    バータと、 このインバータの３相交流出力端子に３相出力線を介し
    て接続される永久磁石同期電動機と、 前記インバータと前記永久磁石同期電動機との間の前記
    ３相出力線を開放する開放手段とを有する電気車制御装
    置。
  2. 【請求項２】 直流電力を３相交流電力に変換するイン
    バータと、 このインバータの３相交流出力端子に３相出力線を介し
    て接続される永久磁石同期電動機と、 前記インバータと前記永久磁石同期電動機との間の前記
    ３相出力線を開放する開放手段と、 通常時に前記開放手段を閉成させ、前記インバータの故
    障を検出した際に前記開放手段を開放する制御手段とを
    有する電気車制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の電気車制
    御装置において、前記開放手段を前記３相出力線のうち
    少なくとも２相の出力線に備えることを特徴とする電気
    車制御装置。
JP6317831A 1994-12-21 1994-12-21 電気車制御装置 Pending JPH08182105A (ja)

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