JPH09247805A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石界磁同期電動機を電気車駆動用電動
機として用いた電気車制御装置において、インバータ回
路の故障時にその損傷が拡大しないように防止する。 【解決手段】 論理制御回路８による論理演算処理によ
り、インバータ回路５に故障が発生した時には直流回路
開放手段２と電動機回路開放手段６とを共に開放動作さ
せることによって直流電源からも永久磁石界磁同期電動
機７からもインバータ回路５を切離し、直流電源から直
流が、また電動機７から交流がインバータ回路５に流れ
込まないようにしてその損傷拡大を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気車制御装置に関
し、特に直流電源を交流電力に変換して動輪駆動用の永
久磁石界磁同期電動機を駆動制御する電気車制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】直流架線から集電器を通じて直流電源を
取込み、フィルタ回路に通してインバータ回路のような
電力変換回路に直流電力を供給し、このインバータ回路
で直流−交流変換し、任意の電圧、位相の交流電力を永
久磁石界磁同期電動機を供給して動輪を駆動する電気車
においては、従来一般に図１７に示すような回路構成の
電気車制御装置が用いられている。

【０００３】この従来の電気車制御装置は、架線の直流
電源を集電器１で取込んで、高速度遮断器２を介してフ
ィルタリアクトル３とフィルタコンデンサ回路４で構成
される直流回路に供給し、この直流回路の直流電力を多
数のＩＧＢＴのようなスイッチング素子とダイオードで
構成されるインバータ回路５において所望の電圧、位相
の交流電力に変換し、この交流電力を電磁接触器６を介
して永久磁石界磁電動機７に供給して所望の速度で回転
駆動する構成である。

【０００４】そしてインバータ回路５の多数のスイッチ
ング素子のＰＷＭゲート制御を行うために論理制御回路
８が備えられ、この論理制御回路８はインバータ回路５
の動作制御と共に、直流電源と直流回路との間の高速度
遮断器２の開放／投入動作制御、インバータ回路５と電
動機７との間の電磁接触器６の開放／投入動作制御、直
流回路の過電圧を抑制するための過電圧抑制回路１０の
動作制御、さらにフィルタコンデンサ充電電流抑制回路
１１の動作制御を果すようにしている。

【０００５】ここで高速度遮断器２はインバータ回路５
に故障が発生した時などに直流電源とインバータ回路５
とを切離すためのものであり、電磁接触器６はインバー
タ回路５と電動機７とを切離すためのものである。

【０００６】過電圧抑制回路１０はインバータ回路５の
直流側回路の電圧が過電圧となった場合に動作して過電
圧を抑制し、フィルタコンデンサ回路４やインバータ回
路５に過電圧が印加されるのを防止するためものであ
り、抵抗１０ａとサイリスタ１０ｂとの直列回路で構成
されていて、フィルタコンデンサ回路４の両端電圧が過
電圧になった時に論理制御回路８がサイリスタ１０ｂを
オンさせることによってフィルタコンデンサ回路４の電
荷を抵抗１０ａに導いて消費させ、過電圧を抑制する。

【０００７】またフィルタコンデンサ充電電流抑制回路
１１はインバータ回路５を起動するために高速度遮断器
２を投入した時に、フィルタコンデンサ回路４に大きな
突入電流が流れ込まないように抑制するためのもので、
抵抗器１１ａと電磁接触器１１ｂとの並列回路で構成さ
れている。このフィルタコンデンサ充電電流抑制回路１
１は論理制御回路８の制御により、高速度遮断器２が投
入される時には電磁接触器１１ｂをオフにして、直流電
流が抵抗器１１ａ側を通ってフィルタコンデンサ回路４
に供給されるようにして突入電流がフィルタコンデンサ
回路４に流れ込まないように抑制し、フィルタコンデン
サ回路４が充電完了するのに必要な時間が経過した時に
電磁接触器１１ｂを投入するように動作する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の電気
車制御装置では、次のような問題点があった。電気車の
動輪駆動用に永久磁石界磁同期電動機を用いた場合、電
力変換回路であるインバータ回路５に故障が発生した時
に、適切なタイミングと順序で直流回路開放手段として
の高速度遮断器２と電動機回路開放手段としての電磁接
触器６とを開放動作させないと架線から故障したインバ
ータ回路５に電流が流れ込み、他方、永久磁石界磁同期
電動機７が回転している場合にはこの電動機で発電され
る電圧によって電動機７からもインバータ回路５に電流
が流れ込むことがあってインバータ回路５の損傷を大き
くしてしまいかねない問題点があった。

【０００９】また直流回路の過電圧を検知して過電圧抑
制回路１０を動作させる時にも、高速度遮断器２と電磁
接触器６とを適切に開放動作させないと、架線から電流
が流れ込むと共に、永久磁石界磁同期電動機７からもイ
ンバータ回路５を経て過電圧抑制回路１０に電流が流れ
込み、過電圧抑制回路１０を損傷しかねない問題点があ
った。

【００１０】本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、電力変換回路の故障発生時にその損傷
の拡大を確実に防止することができる電気車制御装置を
提供することを目的とする。

【００１１】本発明はまた、直流回路に過電圧が発生し
て抑制動作する時に過電圧抑制回路が損傷を受けないよ
うにすることができる電気車制御装置を提供することを
目的とする。

【００１２】

【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、直流電源から供給される直流電力を任意の
電圧、位相の交流電力に変換する電力変換回路と、電力
変換回路の交流電力によって駆動される永久磁石界磁同
期電動機と、直流電源と電力変換回路の直流側との間の
開放、投入動作を行う直流回路開放手段と、電力変換回
路の交流側と永久磁石界磁同期電動機との間の開放、投
入動作を行う電動機回路開放手段と、電力変換回路の故
障を検出する故障検出手段と、故障検出手段が電力変換
回路の故障を検出した時に直流回路開放手段と電動機回
路開放手段とに開放動作させる保護動作回路とを備えた
ものである。

【００１３】この請求項１の発明の電気車制御装置で
は、電力変換回路に故障が発生した時には直流回路開放
手段と電動機回路開放手段とを共に開放動作させること
によって直流電源からも永久磁石界磁同期電動機からも
電力変換回路を切離し、直流電源から直流が、また電動
機から交流が電力変換回路に流れ込まないようにしてそ
の故障拡大を防止する。

【００１４】請求項２の発明の電気車制御装置は、直流
電源から供給される直流電力を任意の電圧、位相の交流
電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の交流電
力によって駆動される永久磁石界磁同期電動機と、直流
電源と電力変換回路の直流側との間の開放、投入動作を
行う直流回路開放手段と、電力変換回路の交流側と永久
磁石界磁同期電動機との間の開放、投入動作を行う電動
機回路開放手段と、電力変換回路の直流側の過電圧を検
出する過電圧検出手段と、電力変換回路の直流側に接続
され、抵抗成分とスイッチ手段から成る過電圧抑制回路
と、過電圧検出手段が過電圧を検出した時に直流回路開
放手段と電動機回路開放手段とを開放動作させると共に
過電圧抑制回路のスイッチ手段を投入して抵抗成分で過
電圧を抑制させる保護動作回路とを備えたものである。

【００１５】この請求項２の発明の電気車制御装置で
は、電力変換回路の直流側に過電圧が発生した時には過
電圧抑制回路のスイッチ手段を投入して抵抗成分によっ
て過電圧を抑制し、同時に直流回路開放手段と電動機回
路開放手段とを共に開放動作させて電力変換回路の直流
側、交流側それぞれを直流電源及び永久磁石界磁同期電
動機から切離し、過電圧抑制回路にさらに過大な電流が
流れて損傷されないように保護する。

【００１６】請求項３の発明は、請求項１記載の電気車
制御装置において、さらに、電力変換回路の直流側に接
続され、抵抗成分とスイッチ手段から成る過電圧抑制回
路を備え、保護動作回路は、故障検出手段が電力変換回
路の故障を検出した時に過電圧抑制回路のスイッチ手段
を投入して抵抗成分で過電圧を抑制させるようにしたも
のである。

【００１７】この請求項３の発明の電気車制御装置で
は、電力変換回路に故障が発生した時には直流回路開放
手段と電動機回路開放手段とを共に開放動作させること
によって直流電源からも永久磁石界磁同期電動機からも
電力変換回路を切離し、直流電源から直流が、また電動
機から交流が電力変換回路に流れ込まないようにし、ま
た過電圧抑制回路のスイッチ手段を投入することによっ
て直流回路内の電荷を過電圧抑制回路の抵抗成分で消費
させて電力変換回路に大電流が流れ込まないようにし、
電力変換回路の故障拡大をより確実に防止する。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かの電気車制御装置において、電力変換回路が複数のス
イッチング素子を有し、保護動作回路は、故障検出手段
が電力変換回路の故障を検出した時に電力変換回路のス
イッチング素子の動作を停止させるようにしたものであ
る。

【００１９】この請求項４の発明の電気車制御装置で
は、電力変換回路に故障が発生した時には直流回路開放
手段と電動機回路開放手段とを共に開放動作させ、さら
に電力変換回路のスイッチング素子の動作を停止させる
ことにより、直流電源からも永久磁石界磁同期電動機か
らも電力変換回路を切離し、電力変換回路の直流側の過
電圧を抑制し、さらにスイッチング素子の動作を停止さ
せることにより電力変換回路の保護をより確実にする。

【００２０】請求項５の発明の電気車制御装置は、直流
電源から供給される直流電力を任意の電圧、位相の交流
電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の交流電
力によって駆動される永久磁石界磁同期電動機と、直流
電源と電力変換回路の直流側との間の開放、投入動作を
行う直流回路開放手段と、電力変換回路の交流側と永久
磁石界磁同期電動機との間の開放、投入動作を行う電動
機回路開放手段と、電力変換回路の直流側の過電圧を抑
制する過電圧抑制回路と、電動機回路開放手段が開放状
態から電力変換回路の運転を再開する時に、次の（ｉ）
〜（ iii）の条件にしたがって直流回路開放手段と電動
機回路開放手段とを投入動作させる再起動制御手段と備
えたものである。

【００２１】（ｉ） 永久磁石界磁同期電動機が停止
し、又はその端子電圧実効値Vmと電力変換回路の直流側
電圧Vdc とが、

【数５】 の関係となる回転数である時には、直流回路開放手段と
電動機回路開放手段とを投入動作させ、電力変換回路を
起動し、（ii） 永久磁石界磁同期電動機が、

【数６】 の関係となる回転数である時には、直流回路開放手段を
投入動作させ、電力変換回路を起動し、その後、電力変
換回路の交流側の電圧が永久磁石界磁同期電動機の端子
電圧と等しく、かつ電力変換回路の交流側の位相が永久
磁石界磁同期電動機の回転子の位相と等しい交流電力を
出力するようになった時に電動機回路開放手段を投入動
作させ、（iii ） 永久磁石界磁同期電動機が、

【数７】 の関係となる回転数である時には、直流回路開放手段を
投入動作させ、電力変換回路を起動し、その後、電力変
換回路の交流側の電圧が、

【数８】 であり、かつ電力変換回路の交流側の位相が永久磁石界
磁電動機の回転子の位相と等しい交流電力を出力するよ
うになった時に電動機回路開放手段に投入動作させる。

【００２２】この請求項５の発明の電気車制御装置は次
のように作用をする。電動機回路開放手段の開放によっ
て電動機が電力変換回路から切離されても回転を続けて
いる場合、永久磁石界磁同期電動機が回転により電動機
端子に発電電圧が生じていることがあって、電動機回路
開放手段を投入し、電力変換回路を再起動すると電動機
回路に過電流が流れるようになる可能性があるが、上記
のように電動機の回転数に応じて直流回路開放手段、電
力変換回路及び電動機回路開放手段の投入順序、タイミ
ングを調整することによって電動機回路に過電流が流れ
るようになるのを防止する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は請求項１の発明の１つの実施
の形態の回路構成を示している。この実施の形態の電気
車制御装置は、直流架線から直流電圧を電源として取得
する集電器１、直流回路開放手段としての高速度遮断器
２、直流側フィルタ回路を構成するフィルタリアクトル
３とフィルタコンデンサ回路４、直流を所望の電圧、位
相の交流に変換する電力変換回路としてのインバータ回
路５、インバータ回路５の出力の開放、投入を行う電動
機回路開放手段としての電磁接触器６、インバータ回路
５から電磁接触器６を経由して供給される交流により駆
動される永久磁石界磁同期電動機７、各部の動作制御を
行う論理制御回路８、フィルタコンデンサ回路４の両端
電圧が過電圧になった時に、すなわち直流回路ＤＣが過
電圧になった時に動作して過電圧を抑制する過電圧抑制
回路１０、直流回路ＤＣのフィルタコンデンサ回路４へ
の充電電流を抑制するフィルタコンデンサ充電電流抑制
回路１１を備えている。

【００２４】電気車制御装置にはさらに、直流回路ＤＣ
の電圧を検出するための電圧検出器９１と直流電流を検
出するための電流検出器９２が設置されており、インバ
ータ回路５の出力側である電動機回路ＡＣの交流電流を
検出するためにＵ相、Ｗ相それぞれに電流検出器９３が
設置されている。また永久磁石界磁同期電動機７の回転
子に直結してその回転角度を検出する回転子角検出器９
４が設置されている。これらの直流電圧用の電圧検出器
９１、直流電流用の電流検出器９２及び交流電流用の電
流検出器９３、また回転子角検出器９４それぞれの検出
信号Vdc ，Idc，Iu，Iw，θｒは論理制御回路８に入力
されるようになっている。

【００２５】高速度遮断器２は論理制御回路８から出力
される直流回路開放／投入制御信号によってオン（投入
動作）／オフ（開放動作）し、架線電源に対して直流回
路ＤＣとインバータ回路５を接続／切離する。

【００２６】フィルタリアクトル３とフィルタコンデン
サ回路４で構成される直流フィルタ回路はインバータ回
路５に入力される直流電圧を安定させ、またインバータ
回路５で発生するリプル電圧を架線へ伝達させないため
に設けられている。

【００２７】電力変換回路としてのインバータ回路５は
図２に示す構成で、複数のスイッチング素子Su1 〜Su4
，Sv1 〜Sv4 ，Sw1 〜Sw4 を有し、論理制御回路８か
ら出力されるパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号）を
入力としてパルス幅変調（ＰＷＭ）を行い、直流架線か
ら供給される直流を任意の電圧、位相の交流に変換して
出力する。

【００２８】この図２に示したインバータ回路５は３相
出力の中性点クランプ形インバータであり、導通制御端
子を有する半導体スイッチング素子Su1 〜Su4 ，Sv1 〜
Sv4，Sw1 〜Sw4 と、各スイッチング素子に並列に接続
されたダイオードDu1 〜Du4，Dv1 〜Dv4 ，Dw1 〜Dw4
と、直流電圧中性点クランプダイオードDcu1，Dcu2，Dc
v1，Dcv2，Dcw1，Dcw2で構成され、直流電圧Vdc を図３
に示すように相電圧Vdc ，Vdc/2 ，０の３レベルの交流
電圧に変換し、位相が相互に１２０°ずれたＵ相、Ｖ
相、Ｗ相の３相交流を出力する。なお、フィルタコンデ
ンサ回路４は、中性点を挟んで両側にコンデンサ素子FC
1 ，FC2 が設置された形で接続されることになる。

【００２９】インバータ回路５の動作をさらに詳しく説
明すると、Ｕ相電圧については次のスイッチング素子の
オン／オフ制御によって３レベルの交流電圧を出力す
る。 Ｕ相電圧： スイッチング素子Su1 ，Su2 がオン、Su3 ，Su4 がオフ → 電圧Vdc スイッチング素子Su2 ，Su3 がオン、Su1 ，Su4 がオフ → 電圧Vdc/2 スイッチング素子Su1 ，Su2 がオフ、Su3 ，Su4 がオン → 電圧０ Ｖ相、Ｗ相についても同様にスイッチング素子Sv1 〜Sv
4 ，Sw1 〜Sw4 をオン／オフ制御することによってそれ
ぞれ３レベルの交流電圧を出力する。

【００３０】電動機回路開放手段としての電磁接触器６
は論理制御回路８から出力される電動機回路開放／投入
制御信号によりオン（投入動作）／オフ（開放動作）
し、インバータ回路５の交流側と永久磁石界磁同期電動
機７との間のＵ，Ｖ，Ｗ各相の同時接続／切離を行う。

【００３１】過電圧抑制回路１０は抵抗器１０ａとサイ
リスタ１０ｂとの直列回路であり、過電圧検知時に論理
制御回路８からの過電圧抑制動作信号によってサイリス
タ１０ｂをオンさせることによってフィルタコンデンサ
回路４の蓄積電荷を抵抗器１０ａに導くことによって消
費させ、直流回路ＤＣの過電圧を抑制する働きをする。

【００３２】フィルタコンデンサ充電電流抑制回路１１
はインバータ回路５の運転開始時に高速度遮断器２が投
入され、直流電源の直流がフィルタコンデンサ回路４に
充電される時の突入電流を抑制するためのもので、抵抗
器１１ａと電磁接触器１１ｂとの並列回路で構成されて
いて、電磁接触器１１ｂは高速度遮断器２と連動し、高
速度遮断器２が投入された後、あらかじめ設定された時
間が経過した時に投入される設定になっている。これに
より、高速度遮断器２が投入された直後の電流は抵抗器
１１ａを経由してフィルタコンデンサ回路４に流れ込む
ようになり、フィルタコンデンサ回路４に大きな突入電
流が流れないように抑制する。フィルタコンデンサ回路
４の充電が完了した後に接触器１１ｂが投入されて、以
後、直流回路ＤＣにこの接触器１１ｂを通じて直流電流
が供給されるようになる。

【００３３】この第１の実施の形態の特徴をなす論理制
御回路８の機能構成は図４に示すもので、直流電圧検出
器９１の信号Vdc 、直流電流検出器９２の信号Idc 、交
流電流検出器９３の信号Iu，Iw、回転子角検出器９４の
信号θｒを入力し、また運転台指令（ノッチ信号）を入
力し、インバータ回路５に対してＰＷＭ信号（Gu，Gv，
Gw）を出力し、後述する論理演算に基づき、高速度遮断
器２に直流回路開放／投入信号を、電磁接触器６に電動
機回路開放／投入制御信号を、過電圧抑制回路１０に過
電圧抑制動作信号をそれぞれ出力する。

【００３４】図４に示すように論理制御回路８は、電動
機角速度演算部８１、電流指令値演算部８２、電流極座
標変換部８３、電流制御部８４、電圧極座標変換部８
５、ＰＷＭ電圧演算部８６、ＰＷＭ信号発生部８７、イ
ンバータ故障検出部８８、過電圧検出部８９及び制御信
号出力部８１０から構成されている。

【００３５】電動機角速度演算部８１は、電動機回転子
角検出器９４から出力される回転子角θｒを入力とし
て、次の数９式によって電動機角速度ωｒを算出する。

【００３６】

【数９】 電流指令値演算部８２は、電動機角速度演算部８１から
出力される電動機角速度ωｒと運転台から出力される運
転台指令とを入力として、次の数１０式によって弱め磁
束電流指令値Idref とトルク電流指令値Iqref とを算出
する。

【００３７】

【数１０】 ここで、ωr1：任意の設定値 Φf ：電動機の永久磁石磁束 Tqref ：電動機トルク設定値 Ld：電動機ｄ軸インダクタンス Lq：電動機ｑ軸インダクタンス である。ただし、Tqref はあらかじめ設定されたパター
ンとして一定値でなくてもよい。

【００３８】電流極座標変換部８３は、電動機回路電流
検出器９３の出力であるＵ相電流IuとＷ相電流Iwと、電
動機回転子角検出器９４の出力である回転子角θｒとを
入力とし、次の数１１式によって弱め磁束電流実際値I
d、トルク電流実際値Iqを算出する。

【００３９】

【数１１】 電流制御部８４は、弱め磁束電流指令値Idref と弱め磁
束電流実際値Idとの差、またトルク電流指令値Iqref と
トルク電流実際値Iqとの差を入力とし、次の数１２式に
よってｄ軸電圧指令値Vdref 、ｑ軸電圧指令値Vqref を
算出する。

【００４０】

【数１２】 ここで、ｓ：微分演算子 Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲインである。

【００４１】電圧極座標変換部８５は、電流制御部８４
から出力されるｄ軸電圧指令値Vdref とｑ軸電圧指令値
Vqref とを入力とし、次の数１３式によって電圧ベクト
ルの大きさ｜V1｜と電圧ベクトルの角度δを算出する。

【００４２】

【数１３】 ＰＷＭ電圧演算部８６は、電圧極座標変換部８５からの
電圧ベクトルの大きさ｜V1｜と、同じ電圧極座標変換部
８５からの電圧ベクトルの角度δと電動機回転子角検出
器９４からの回転子角θｒとの和と、さらに直流回路電
圧検出器９１の出力Vdc とを入力とし、以下の手順によ
ってＵ，Ｖ，Ｗ各相のＰＷＭ電圧Vu，Vv，Vwを算出す
る。ここで、各相のＰＷＭ電圧は相電圧で図３に示した
波形となる。

【００４３】まず電圧ベクトルの大きさ｜V1｜と、直流
回路電圧Vdc とを入力して、次の数１４式により、イン
バータの出力電圧の変調率αを算出する。

【００４４】

【数１４】 ここで、１≧α≧０である。

【００４５】次に、この変調率αと、電圧極座標変換部
８５から出力される電圧ベクトルの角度δと電動機回転
子角θｒとの和であるインバータ出力電圧位相角θ１
（＝δ＋θｒ）から、以下の演算によりＵ，Ｖ，Ｗ各相
のＰＷＭ電圧Vu，Vv，Vwを出力する。

【００４６】まずインバータ出力電圧位相角θ１を用い
て、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の出力電圧位相角θｕ，θｖ，θｗ
を次のようにして算出する。

【００４７】

【数１５】θｕ＝θ１＋（π／２） θｖ＝θ１＋（π／２）−（２π／３） θｗ＝θ１＋（π／２）−（４π／３） この各相の出力電圧位相角θｕ，θｖ，θｗを用いて、
次の演算によってＵ，Ｖ，Ｗ各相のＰＷＭ電圧を出力す
る。

【００４８】

【数１６】θａ＝arccos（α）として、Ｕ相の場合： θａ＞θｕ≧０の時、 Vu＝Vdc/2 （π−θａ）＞θｕ≧θａの時、 Vu＝Vdc （π−θａ）＞θｕ≧（π−θａ）の時、 Vu＝Vdc/2 （２π−θａ）＞θｕ≧（π＋θａ）の時、 Vu＝０ ２π＞θｕ≧（２π−θａ）の時、 Vu＝Vdc/2 Ｖ相の場合： θａ＞θｖ≧０の時、 Vv＝Vdc/2 （π−θａ）＞θｖ≧θａの時、 Vv＝Vdc （π−θａ）＞θｖ≧（π−θａ）の時、 Vv＝Vdc/2 （２π−θａ）＞θｖ≧（π＋θａ）の時、 Vv＝０ ２π＞θｖ≧（２π−θａ）の時、 Vv＝Vdc/2 Ｗ相の場合： θａ＞θｗ≧０の時、 Vw＝Vdc/2 （π−θａ）＞θｗ≧θａの時、 Vw＝Vdc （π−θａ）＞θｗ≧（π−θａ）の時、 Vw＝Vdc/2 （２π−θａ）＞θｗ≧（π＋θａ）の時、 Vw＝０ ２π＞θｗ≧（２π−θａ）の時、 Vw＝Vdc/2 ＰＷＭ信号発生部８７は、ＰＷＭ電圧演算部８６から出
力されるＵ，Ｖ，Ｗ各相のＰＷＭ電圧Vu，Vv，Vwを入力
とし、インバータ回路５の有するＵ，Ｖ，Ｗ各相のスイ
ッチング素子に対してＰＷＭゲート信号Gu，Gv，Gwを出
力する。例えば、Ｕ相のスイッチング素子Su1 〜Su4 に
対しては、入力されるＰＷＭ電圧Vuに基づき次の論理表
に示すＰＷＭ信号Guを出力する。 なお、Ｖ相、Ｗ相についても同様の論理でＰＷＭ信号G
v，Gwを出力する。

【００４９】インバータ故障検出部８８は、直流回路電
流検出器９２から出力される直流回路電流Idc を入力と
し、直流回路電流Idc の大きさがあらかじめ設定されて
いる電流設定値Idcsetを超えた場合にインバータ回路５
に故障が発生したものと判断し、インバータ故障検知信
号Qinvを出力する。これは次の理由による。

【００５０】図２に示したような中性点クランプ形イン
バータ回路５では、正常時には直列接続されている２つ
のスイッチング素子がペアになってオンするようにＰＷ
Ｍ信号によって制御される。しかしながら、例えば、ス
イッチング素子Su3 が故障してオフできなくなった場
合、次にスイッチング素子Su1 ，Su2 が共にオンした時
（Ｕ相の相電圧がVdc となるモード）にはフィルタコン
デンサFC1 がスイッチング素子Su1 ，Su2 ，Su3 とクラ
ンプダイオードDcu2で短絡され、瞬間的に直流回路ＤＣ
に大きな電流が流れることになる。またスイッチング素
子Su3 ，Su4 が共に故障してオフできなくなった時に
は、次にスイッチング素子Su1 ，Su2 がオンした時にフ
ィルタコンデンサFC1 ，FC2 がスイッチング素子Su1 〜
Su4 のすべてによって短絡され、同様に瞬間的な大電流
が流れることになる。そこで、インバータ故障検出部８
８はこのようにいずれかのスイッチング素子、ダイオー
ドの短絡故障、又はＰＷＭ信号の異常などによって直流
回路ＤＣに異常な大電流が流れたことを検知してインバ
ータ故障と判断し、インバータ故障検知信号Qinvを出力
するようにしているのである。

【００５１】直流回路過電圧検出部８９は、直流回路電
圧検出器９１の出力である直流回路電圧Vdc を入力と
し、この直流回路電圧Vdc とあらかじめ設定されている
過電圧設定値とを比較し、Vdc が設定値を超えた時に直
流回路ＤＣに過電圧が発生したと判断し、過電圧検出信
号Qvt を出力する。

【００５２】制御信号出力部８１０は図５のフローチャ
ートに示す論理演算処理を所定の周期で繰返し実行し、
運転台指令のオン／オフ、直流回路過電圧検知の有無、
インバータ故障検出の有無によって直流回路開放／投入
制御、電動機回路開放／投入制御、過電圧抑制動作制御
を行う。

【００５３】まず入力である運転台指令とインバータ故
障検出部８８からの出力と過電圧検出部８９からの出力
をチェックし（ステップＳ１）、運転台指令がオフであ
れば、直流回路開放判定と電動機回路開放判定を行う
（ステップＳ２，Ｓ３）。

【００５４】続いて運転台指令が直流回路過電圧検知信
号Qvt が入力されているかどうかチェックし（ステップ
Ｓ４）、直流回路過電圧検知信号Qvt が入力されていれ
ば、過電圧抑制動作判定を行い、同時に直流回路開放判
定を行う（ステップＳ５）。

【００５５】続いてインバータ故障検知信号Qinvが入力
されているかどうかチェックし（ステップＳ６）、イン
バータ故障検知信号Qinvが入力されていれば、直流回路
開放判定と電動機回路開放判定を行う（ステップＳ
７）。

【００５６】続いて、以上の判定結果に基づき、直流回
路開放判定が出ていれば（ステップＳ８）、高速度遮断
器２をオフ動作させて直流電源から直流回路ＤＣを切離
す（ステップＳ９）。他方、直流回路開放判定が出てい
なければ高速度遮断器２をオン動作させ直流電源に直流
回路ＤＣを接続することになる（ステップＳ１０）。

【００５７】また電動機回路開放判定が出ていれば（ス
テップＳ１１）、電磁接触器６をオフ動作させてインバ
ータ回路５を電動機７から切離す（ステップＳ１２）。
他方、電動機回路開放判定が出ていなければ電磁接触器
６をオン動作させてインバータ回路５と電動機７に接続
する（ステップＳ１３）。

【００５８】さらに過電圧抑制動作判定が出ていれば
（ステップＳ１４）、過電圧抑制回路１０のサイリスタ
１０ｂをオンして過電圧抑制動作させる（ステップＳ１
５）。しかし過電圧抑制動作判定が出ていなければ、す
べての処理を終了する。

【００５９】こうして制御信号出力部８１０は、運転台
指令とインバータ故障検出部８８の出力と過電圧検出部
８９の出力とを入力とし、次の論理によって直流回路開
放／投入制御信号と電動機回路開放／投入制御信号と過
電圧抑制動作信号を出力するのである。

【００６０】（１）運転台指令がオンの時 直流回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） （２）運転台指令がオフの時 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （３）直流回路過電圧検知信号Qvt が入力された時運転
台指令のオン／オフにかかわりなく、 過電圧抑制動作信号 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （４）インバータ故障検知信号Qinvが入力された時運転
台指令のオン／オフにかかわりなく、 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作）

【００６１】この第１の実施の形態の電気車制御装置で
は、インバータ回路５に故障が発生すれば高速度遮断器
２をオフさせ、また電磁接触器６をオフさせることによ
って直流電源架線と永久磁石界磁同期電動機７から故障
したインバータ回路５を切り離し、それらから電流が流
れ込むのを防止してインバータ回路５の損傷拡大を防止
することができる。

【００６２】次に、請求項２の発明の１つの実施の形態
について図６に基づいて説明する。この第２の実施の形
態の電気車制御装置は、図１〜図４に示した第１の実施
の形態の電気車制御装置と回路構成及び動作を共通にす
る。そしてその特徴は、論理制御回路８における制御信
号出力部８１０の論理演算処理にある。

【００６３】すなわち、第２の実施の形態では制御信号
出力部８１０が運転台指令とインバータ故障検出部８８
からの故障検出信号Qinvと過電圧検出部８９からの過電
圧検出信号Qvt とを入力として、次の論理演算を行い、
直流回路開放／投入制御信号と電動機回路開放／投入制
御信号と過電圧抑制動作信号を出力するのである。

【００６４】（１）運転台指令がオンの時 直流回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） （２）運転台指令がオフの時 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （３−１）直流回路過電圧検知信号Qvt が入力された時
運転台指令のオン／オフにかかわりなく、 過電圧抑制動作信号 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （４）インバータ故障検知信号Qinvが入力された時運転
台指令のオン／オフにかかわりなく、 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作）

【００６５】以上の制御信号出力部８１０の論理演算処
理をフローチャートに示すと図６のようになる。このフ
ローチャートの特徴は、ステップＳ４で直流回路過電圧
検知信号Qvt が過電圧検出部８９から入力されていると
判断された時には、ステップＳ５−１で過電圧抑制動作
判定を行って、直流回路開放判定を行うことに加えて、
電動機回路開放判定をも行う点にある。その他の各ステ
ップは、図５の第１の実施の形態のフローチャートと共
通する。

【００６６】したがって、この第２の実施の形態の電気
車制御装置では、直流回路ＤＣに過電圧が発生した時に
は過電圧抑制回路１０を動作させて過電圧抑制を行うと
共に、高速度遮断器２をオフさせ、また電磁接触器６を
オフさせることによって直流電源架線と永久磁石界磁同
期電動機７からインバータ回路５を完全に切離すことに
よって両者から電流が流れ込むのを防止し、インバータ
回路５の損傷拡大を防止することができる。

【００６７】次に、請求項３の発明の１つの実施の形態
について図７に基づいて説明する。この第３の実施の形
態の電気車制御装置も、図１〜図４に示した第１の実施
の形態の電気車制御装置と回路構成及び動作を共通にす
る。そしてその特徴は、論理制御回路８における制御信
号出力部８１０の論理演算処理にある。

【００６８】すなわち、第３の実施の形態では制御信号
出力部８１０が運転台指令とインバータ故障検出部８８
からの故障検出信号Qinvと過電圧検出部８９からの過電
圧検出信号Qvt とを入力として、次の論理演算を行い、
直流回路開放／投入制御信号と電動機回路開放／投入制
御信号と過電圧抑制動作信号を出力するのである。

【００６９】（１）運転台指令がオンの時 直流回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） （２）運転台指令がオフの時 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （３）直流回路過電圧検知信号Qvt が入力された時運転
台指令のオン／オフにかかわりなく、 過電圧抑制動作信号 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （４−１）インバータ故障検知信号Qinvが入力された時
運転台指令のオン／オフにかかわりなく、 過電圧抑制動作信号 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作）

【００７０】以上の制御信号出力部８１０の論理演算処
理をフローチャートに示すと図７のようになる。このフ
ローチャートの特徴は、ステップＳ６でインバータ故障
検知信号Qinvがインバータ故障検出部８８から入力され
ていると判断された時には、ステップＳ７−１で直流回
路開放判定と電動機回路開放判定を行うことに加えて、
さらに直流回路過電圧抑制動作判定も行う点にある。そ
の他の各ステップは、図５の第１の実施の形態のフロー
チャートと共通する。

【００７１】この第３の実施の形態の電気車制御装置で
は、インバータ回路５に故障が発生した時には高速度遮
断器２をオフさせ、また電磁接触器６をオフさせること
によって直流電源架線と永久磁石界磁同期電動機７から
インバータ回路５を完全に切離すことによって両者から
電流が流れ込むのを防止し、さらに過電圧抑制回路１０
を動作させることによって、フィルタコンデンサ回路４
から故障したインバータ回路５に流れ込む電流を過電圧
抑制回路１０に分流させ、インバータ回路５の損傷が拡
大しないようにすることができる。

【００７２】次に、請求項４の発明の１つの実施の形態
を図８〜図１０に基づいて説明する。この第４の実施の
形態の電気車制御装置は、第１の実施の形態と同様に図
１〜図３に示す主回路構成であるが、図４に示した第１
の実施の形態の論理制御回路８の回路構成に対して、図
８に示すように論理制御回路８におけるＰＷＭ信号発生
部８７の入力と、制御信号出力部８１０の出力に変更が
加えられている。その他の回路要素については第１の実
施の形態と共通するので、同一の符号を付すことによっ
てその詳しい説明を省略する。

【００７３】制御信号出力部８１０は、電気車の運転台
からの運転台指令と、インバータ故障検出部８８からの
インバータ故障検知信号Qinvと、直流回路過電圧検出部
８９からの過電圧検知信号Qvt とを入力とし、次の論理
演算によって直流回路開放／投入制御信号、電動機回路
開放／投入制御信号、過電圧抑制動作信号を出力すると
共に、ＰＷＭ信号オフ指令信号を出力する。

【００７４】（１）運転台指令がオンの時 直流回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） （２）運転台指令がオフの時 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （３−２）直流回路過電圧検知信号Qvt が入力された時
運転台指令のオン／オフにかかわりなく、 ＰＷＭ信号オフ指令信号 過電圧抑制動作信号 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （４−２）インバータ故障検知信号Qinvが入力された時
運転台指令のオン／オフにかかわりなく、 ＰＷＭ信号オフ指令信号 過電圧抑制動作信号 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作）

【００７５】ＰＷＭ信号発生部８７は、ＰＷＭ電圧演算
部８６から出力されるＵ，Ｖ，Ｗ各相のＰＷＭ電圧Vu，
Vv，Vwと、制御信号出力部８１０から出力されるＰＷＭ
信号オフ指令信号を入力とし、ＰＷＭ信号オフ指令信号
が入力されなければ、上述した表１のＰＷＭ信号Gu，G
v，Gwを出力する。しかしながら、ＰＷＭ信号オフ指令
信号が入力されれば、インバータ回路５のすべてのスイ
ッチング素子をオフする信号をＰＷＭ信号Gu，Gv，Gwと
して出力し、これを受けてインバータ回路５の健全なス
イッチング素子はすべてオフとなる。

【００７６】なお、過電圧抑制回路１０は制御信号出力
部８１０から過電圧抑制動作信号を受けてサイリスタ１
０ｂをオンすることによって過電圧抑制動作し、高速度
遮断器２は直流回路開放制御／投入制御信号がオフであ
れば開放動作し、オンであれば投入動作する。また電磁
接触器６も電動機回路開放／投入制御信号がオフであれ
ば開放動作し、オンであれば投入動作する。

【００７７】こうしてこの第４の実施の形態の電気車制
御装置では、論理制御回路８が図９及び図１０のフロー
チャートに示す論理演算処理によってインバータ回路５
の保護動作を行うことになる。この図９及び図１０のフ
ローチャートの演算処理は、大部分が図５に示した第１
の実施の形態と共通するが、ステップＳ４で直流回路過
電圧検知信号Qvt が入力されていれば過電圧抑制動作の
判定をし、直流回路開放制御の判定をすることに加え
て、ＰＷＭ信号オフ指令の判定を行い（ステップＳ５−
２）、またステップＳ６でインバータ故障検知信号Qinv
が入力されていれば過電圧抑制動作の判定をし、直流回
路開放制御と電動機回路開放制御の判定をすることに加
えて、ＰＷＭ信号オフ指令の判定を行い（ステップＳ７
−２）、ＰＷＭ信号オフ指令の判定が出ていれば（ステ
ップＳ１６）、インバータ回路５のすべてのスイッチン
グ素子をオフさせる制御を行うように変更が加えられて
いる（ステップＳ１７）。

【００７８】以上のように第４の実施の形態によれば、
第３の実施の形態と同様にインバータ回路５に故障が発
生した時には高速度遮断器２をオフさせ、また電磁接触
器６をオフさせることによって直流電源架線と永久磁石
界磁同期電動機７からインバータ回路５を完全に切離す
ことによって両者から電流が流れ込むのを防止し、また
過電圧抑制回路１０を動作させることによって、フィル
タコンデンサ回路４から故障したインバータ回路５に流
れ込む電流を過電圧抑制回路１０に分流させ、インバー
タ回路５の損傷が拡大しないようにすることができる。
さらに加えて、インバータ回路５の故障発生時には健全
なスイッチング素子をすべてオフさせることによって運
転を停止し、健全なスイッチング素子の保護を行うこと
ができる。

【００７９】次に、請求項１の発明の別の実施の形態を
図１１〜図１３に基づいて説明する。この第５の実施の
形態は、図１〜図３に示した電気車制御装置と共通の回
路構成を有するが、論理制御回路８の内部構成が図１１
に示すように変更されている。すなわち電動機回路電流
検出器９３によって検出したＵ相、Ｗ相の電流Iu，Iwを
入力とし、それぞれあらかじめ設定されている過電流基
準値と比較することによって電流Iu，Iwのいずれかが過
電流基準値を超えている時には過電流検知信号Qac を出
力する過電流検出部８１１が追加されている。また制御
信号出力部８１０に対する入力として、インバータ故障
検出部８８からのインバータ故障検知信号Qinv、過電圧
検出部８９からの過電圧検知信号Qvt と共に、過電流検
出部８１１から過電流検知信号Qac が与えられるように
している。

【００８０】この制御信号出力部８１０は、次の論理に
基づいて直流回路開放／投入制御信号、電動機回路開放
／投入制御信号、過電圧抑制動作信号を出力する。

【００８１】（１）運転台指令がオンの時 直流回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） （２）運転台指令がオフの時 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （３）直流回路過電圧検知信号Qvt が入力された時運転
台指令のオン／オフにかかわりなく、 過電圧抑制動作信号 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （４）インバータ故障検知信号Qinvが入力された時運転
台指令のオン／オフにかかわりなく、 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （５）電動機回路過電流検知信号Qac が入力された時運
転台指令のオン／オフにかかわりなく、 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作）

【００８２】以上の論理演算処理をフローチャートに表
せば図１２及び図１３のようになる。この演算処理の特
徴は、図５に示した第１の実施の形態のフローチャート
においてステップＳ６の次にステップＳ６１を追加し
て、電動機回路ＡＣの過電流が検知されたかどうか判定
し、過電流が検知されている時には電動機回路を開放す
る判定を行うようにした点にある（ステップＳ６２）。
したがって、このステップＳ６２で電動機回路ＡＣの開
放判定がなされると、ステップＳ１１でＹＥＳに分岐し
て電磁接触器６がオフされてインバータ回路５と電動機
７とを切離し、これらに過電流が流れて損傷を受けるの
を防止することができる。

【００８３】こうしてこの第５の実施の形態では、第１
の実施の形態と同様に、直流回路ＤＣの過電圧抑制、イ
ンバータ回路５の故障発生時の保護動作と共に、特に電
動機回路ＡＣに過電流が流れた時には論理制御回路８が
これを検知して電動機回路開放用の電磁接触器６を開放
動作させてインバータ回路５と永久磁石界磁同期電動機
７の損傷を防止するのである。

【００８４】次に、請求項５の実施の形態について、図
１４及び図１５に基づいて説明する。この第６の実施の
形態の電気車制御装置の回路構成は図１〜図３に示した
第１の実施の形態と同一であるが、論理制御回路８の機
能構成が図１４に示すように変更されている。

【００８５】電動機回路開放手段としての電磁接触器６
の開放によって永久磁石界磁同期電動機７がインバータ
回路５から切離されても回転を続けている場合、電動機
７の回転により電動機端子に発電電圧が生じていること
があって、電磁接触器６を再投入してインバータ回路５
を再起動すると、過渡的に過大な電動機トルクが生じる
と共に、電動機回路ＡＣが過電流になる可能性がある。
そこで、この第６の実施の形態の電気車制御装置では、
電動機７の回転数に応じて直流回路開放手段としての高
速度遮断器２、電力変換回路としてのインバータ回路５
及び電動機回路解放手段としての電磁接触器６の投入順
序、タイミングを調整することによって電動機回路が過
電流になるのを防止することを目的とするものである。

【００８６】この第６の実施の形態の電気車制御装置に
おける論理制御回路８は図１４に示すように、電動機角
速度演算部８１、電流指令値演算部８２、電流極座標変
換部８３、電流制御部８４、電圧極座標変換部８５、Ｐ
ＷＭ電圧演算部８６、ＰＷＭ信号発生部８７、インバー
タ故障検出部８８、過電圧検出部８９及び制御信号出力
部８１０、そして電圧指令値演算部８１２から構成され
ている。

【００８７】電動機角速度演算部８１は第１の実施の形
態と同様に、数９式の演算によって電動機角速度ωｒを
算出する。

【００８８】電流指令値演算部８２は、電動機角速度演
算部８１からの電動機角速度ωｒと運転台からの運転台
指令と、制御信号出力部８１０から出力される電流指令
許可信号とを入力として、次の数１７式によって弱め磁
束電流指令値Idref とトルク電流指令値Iqref とを算出
する。

【００８９】

【数１７】 ここで、ωr1：任意の設定値 Φf ：電動機の永久磁石磁束 Tqref ：電動機トルク設定値 Ld：電動機ｄ軸インダクタンス Lq：電動機ｑ軸インダクタンス である。ただし、Tqref はあらかじめ設定されたパター
ンとして一定値でなくてもよい。

【００９０】電流極座標変換部８３は第１の実施の形態
と同様に、電動機回路電流検出器９３の出力であるＵ相
電流IuとＷ相電流Iwと、電動機回転子角検出器９４の出
力である回転子角θｒとを入力とし、上述の数１１式に
よって弱め磁束電流実際値Id、トルク電流実際値Iqを算
出する。

【００９１】電流制御部８４は、弱め磁束電流指令値Id
ref と弱め磁束電流実際値Idとの差に制御信号出力部８
１０から出力される電流制御重み係数ｋを乗じた値と、
トルク電流指令値Iqref とトルク電流実際値Iqとの差に
制御信号出力部８１０から出力される電流制御重み係数
ｋを乗じた値とを入力とし、次の数１８式によってｄ軸
電圧指令値Vdref 、ｑ軸電圧指令値Vqref を算出する。

【００９２】

【数１８】 ここで、ｓ：微分演算子 Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン ｋ：電流制御重み係数 である。

【００９３】電圧指令値演算部８１２は、電流指令値演
算部８２の出力である弱め磁束電流指令値Idref とトル
ク電流指令値Iqref と、電動機角速度演算部８１の出力
である電動機角速度ωｒとを入力とし、次の数１９式に
よってｄ軸電圧演算値Vdとｑ軸電圧演算値Vqを出力す
る。

【００９４】

【数１９】 ここで、Φｆ：電動機の永久磁石磁束 ωｒ：電動機回転子角速度 Ld：電動機ｄ軸インダクタンス Lq：電動機ｑ軸インダクタンス Rd：電動機ｄ軸抵抗 Rq：電動機ｑ軸抵抗 である。

【００９５】これらの電流制御部８４から出力されるｄ
軸電圧指令値Vdref 、ｑ軸電圧指令値Vqref は電圧指令
値演算部８１２から出力されるｄ軸電圧演算値Vd、ｑ軸
電圧演算値Vqそれぞれと加算され、これらが新たなｄ軸
電圧指令値Vdref 、ｑ軸電圧指令値Vqref として電圧極
座標変換部８５に入力される。

【００９６】電圧極座標変換部８５は、入力されるｄ軸
電圧指令値Vdref とｑ軸電圧指令値Vqref とに対して、
第１の実施の形態と同様に数１３式によって電圧ベクト
ルの大きさ｜V1｜と電圧ベクトルの角度δを算出する。

【００９７】続くＰＷＭ電圧演算部８６、ＰＷＭ信号発
生部８７は第１の実施の形態と同様の演算処理を行い、
最終的にＰＷＭ信号発生部８７からインバータ回路５の
有するＵ，Ｖ，Ｗ各相のスイッチング素子に対して上述
した表１に基づくＰＷＭゲート信号Gu，Gv，Gwを出力す
る。

【００９８】またインバータ故障検出部８８は第１の実
施の形態と同様に、直流回路電流検出器９２から出力さ
れる直流回路電流Idc を入力とし、直流回路電流Idc の
大きさがあらかじめ設定されている電流設定値Idcsetを
超えた場合にインバータ回路５に故障が発生したものと
判断してインバータ故障検知信号Qinvを出力し、過電圧
検出部８９も第１の実施の形態と同様に、直流回路電圧
検出器９１の出力である直流回路電圧Vdc を入力とし、
この直流回路電圧Vdc とあらかじめ設定されている過電
圧設定値と比較してVdc が設定値を超えた時に直流回路
ＤＣに過電圧が発生したと判断し、過電圧検出信号Qvt
を出力する。

【００９９】制御信号出力部８１０は、運転台指令とイ
ンバータ故障検出部８８の出力と過電圧検出部８９の出
力と、さらに電動機角速度演算部８１からの電動機角速
度ωｒとを入力とし、次の論理によって直流回路開放／
投入制御信号と電動機回路開放／投入制御信号と過電圧
抑制動作信号を出力する。

【０１００】（１−１）電磁接触器６がオフ（開放）状
態において運転台指令がオンした時

【数２０】 直流回路開放／投入制御信号：オン（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オン（開放動作） 電流指令許可信号：オン 電流制御重み係数ｋ＝１

【数２１】 まず、次の信号を出力する。 直流回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） 電流指令許可信号：オフ 電流制御重み係数ｋ＝０ この後、次の信号を出力する。 電動機回路開放／投入制御信号：オン（投入動作） 電流指令許可信号：オン 電流制御重み係数ｋ＝１ ここで、Φｆ：電動機の永久磁石磁束 ωｒ：電動機回転子角速度 Vdc ：直流回路電圧 である。

【０１０１】（１−２）高速度遮断器２と電磁接触器６
が共にオン（投入）状態において運転台指令がオンした
時 電流指令許可信号：オン 電流制御重み係数ｋ＝１ （２）運転台指令オフの時 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （３）直流回路過電圧検知信号Qvt が入力された時運転
台指令のオン／オフにかかわりなく、 過電圧抑制動作信号 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） （４）インバータ故障検知信号Qinvが入力された時運転
台指令のオン／オフにかかわりなく、 直流回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作） 電動機回路開放／投入制御信号：オフ（開放動作）

【０１０２】以上の制御信号出力部８１０の演算処理動
作をフローチャートで表すと図１５及び図１６のように
なる。制御信号出力部８１０はこのフローチャートに示
す論理演算処理を所定の周期で繰返し実行し、運転台指
令のオン／オフ、直流回路過電圧検知の有無、インバー
タ故障検出の有無によって直流回路開放／投入制御、電
動機回路開放／投入制御、過電圧抑制動作、加えて電流
指令許可、電流制御重み係数ｋの設定を行う。

【０１０３】まず入力である運転台指令とインバータ故
障検出部８８からの出力と過電圧検出部８９からの出力
をチェックし、加えて電動機角速度演算部８１から電動
機回転子角速度ωｒを入力する（ステップＳ３１）。

【０１０４】そして運転台指令がオフであれば、直流回
路開放／投入制御信号オフ、電動機回路開放／投入制御
信号オフを出力し、直流回路ＤＣの高速度遮断器２を開
放し、また電動機回路ＡＣの電磁接触器６も開放する
（ステップＳ３２，Ｓ３３）。

【０１０５】続いて直流回路過電圧検知信号Qvt が入力
されると（ステップＳ３４）、過電圧抑制動作信号を出
力して過電圧抑制回路１０に過電圧抑制動作を行わせ、
同時に直流回路開放／投入制御信号オフを出力して高速
度遮断器２を開放する（ステップＳ３５）。

【０１０６】さらにインバータ故障検知信号Qinvが入力
されているかどうかチェックし（ステップＳ３６）、イ
ンバータ故障検知信号Qinvが入力されていれば、直流回
路開放／投入制御信号オフ、電動機回路開放／投入制御
信号オフを出力し、直流回路の高速度遮断器２を開放
し、また電動機回路の電磁接触器６も開放する（ステッ
プＳ３７）。

【０１０７】次に、運転台指令がオンとなり（ステップ
Ｓ３２）、回路各部に異常がなくて電動機回路ＡＣが投
入（電磁接触器６がオン）されており（ステップＳ３
８）、また直流回路ＤＣも投入（高速度遮断器２がオ
ン）されていれば（ステップＳ３９）、直ちに直流指令
許可オン信号を出力し、電流制御重み係数ｋ＝１を出力
する（ステップＳ４０）。

【０１０８】他方、インバータ回路５の故障検出などで
電動機回路ＡＣが開放状態にあって、その後に再起動の
ために運転台指令がオンされると（ステップＳ３８，Ｓ
４１）、電動機回転子角速度ωｒ、直流回路電圧Vdc に
ついて上記の数２０式、数２１式の判定を行い（ステッ
プＳ４２）、数２０式が成立てば直ちに直流回路投入動
作、電動機回路投入動作を行い、また電流指令許可オン
信号を出力し、電流制御重み係数ｋ＝１を出力してイン
バータ回路５を起動する（ステップＳ４３）。

【０１０９】しかしながら、ステップＳ４２で数２１式
が成立つならば、まず直流回路投入動作を行い、また電
流指令許可オフ信号を出力し、電流制御重み係数ｋ＝０
を出力し（ステップＳ４４）、この後、電動機回路投入
動作を行い、また電流指令許可オン信号を出力し、電流
制御重み係数ｋ＝１を出力する（ステップＳ４５）。

【０１１０】このようにしてこの第６の実施の形態によ
れば、永久磁石界磁同期電動機７が停止し、又はその端
子電圧実効値Vmと直流回路電圧Vdc とが、

【数２２】 の関係となる回転数である時には、直流回路ＤＣの高速
度遮断器２と電動機回路ＡＣの電磁接触器６とに投入動
作させ、インバータ回路５を起動する。

【０１１１】また永久磁石界磁同期電動機７が、

【数２３】 の関係となる回転数である時には、高速度遮断器２をま
ず投入動作させ、インバータ回路５を起動し、その後、
インバータ回路５の出力線間電圧が永久磁石界磁同期電
動機７の端子電圧と等しく、かつインバータ回路５の出
力の位相が永久磁石界磁同期電動機７の回転子の位相と
等しい交流電圧を出力するようになった時に電動機回路
ＡＣの電磁接触器７に投入動作させる。

【０１１２】さらに永久磁石界磁同期電動機７が、

【数２４】 の関係となる回転数である時には、高速度遮断器２に投
入動作させ、インバータ回路５を起動し、その後、イン
バータ回路５の出力線間電圧が、

【数２５】 であり、かつインバータ回路５の出力の位相が永久磁石
界磁電動機７の回転子の位相と等しい交流電圧を出力す
るようになった時に電磁接触器７に投入動作させる。

【０１１３】この手順でインバータ回路５の起動制御を
行うことにより、電動機端子に発電電圧が生じている場
合でも、電動機回路開放手段を投入した時の過渡的な電
流を抑制し、インバータ回路５と電動機７を保護するこ
とができる。

【０１１４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、電力変換回路
に故障が発生した時には直流回路開放手段と電動機回路
開放手段とを共に開放動作させるので、直流電源からも
永久磁石界磁同期電動機からも電力変換回路を切離し、
直流電源から直流が、また電動機から交流が電力変換回
路に流れ込まないようにしてその故障拡大を防止するこ
とができる。

【０１１５】請求項２の発明によれば、電力変換回路の
直流側に過電圧が発生した時には過電圧抑制回路のスイ
ッチ手段を投入して抵抗成分によって過電圧を抑制し、
同時に直流回路開放手段と電動機回路開放手段とを共に
開放動作させて電力変換回路の直流側、交流側それぞれ
を直流電源及び永久磁石界磁同期電動機から切離し、過
電圧抑制回路にさらに過大な電流が流れて損傷されない
ように保護することができる。

【０１１６】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
において、さらに電力変換回路に故障が発生した時には
過電圧抑制回路のスイッチ手段を投入して抵抗成分で過
電圧を抑制させるようにしているので、直流電源からも
永久磁石界磁同期電動機からも電力変換回路を切離し、
また電力変換回路の直流側の電流を過電圧抑制回路に分
流させることによって電力変換回路に過大な電流が流れ
込まないようにし、電力変換回路の損傷拡大をより確実
に防止することができる。

【０１１７】請求項４の発明によれば、電力変換回路に
故障が発生した時には電力変換回路のスイッチング素子
の動作を停止させるので、直流電源からも永久磁石開始
同期電動機から電力変換回路を切離し、さらに電力変換
回路のスイッチング素子の動作を停止させることにより
電力変換回路の保護をより確実に行うことができる。

【０１１８】請求項５の発明によれば、電動機の回転数
に応じて直流回路開放手段、電力変換回路及び電動機回
路開放手段の投入順序、タイミングを調整するので電力
変換回路の再起動時に電動機回路が過電流になるのを防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び請求項２の発明の共通する実施の
形態の回路ブロック図。

【図２】上記の実施の形態におけるインバータ回路の回
路図。

【図３】上記の実施の形態のインバータ回路に対するＰ
ＷＭゲート信号を示す波形図。

【図４】上記の実施の形態における論理制御回路の機能
ブロック図。

【図５】上記の論理制御回路の演算処理手順を示すフロ
ーチャート。

【図６】請求項２の発明の実施の形態における論理制御
回路の演算処理手順を示すフローチャート。

【図７】請求項３の発明の実施の形態における論理制御
回路の演算処理手順を示すフローチャート。

【図８】請求項４の発明の実施の形態における論理制御
回路の機能ブロック図。

【図９】上記の実施の形態における論理演算制御回路の
演算処理手順の前段のフローチャート。

【図１０】上記の実施の形態における論理演算制御回路
の演算処理手順の後段のフローチャート。

【図１１】請求項１の発明の他の実施の形態における論
理制御回路の機能ブロック図。

【図１２】上記の実施の形態における論理演算制御回路
の演算処理手順の前段のフローチャート。

【図１３】上記の実施の形態における論理演算制御回路
の演算処理手順の後段のフローチャート。

【図１４】請求項５の発明の実施の形態の論理演算制御
回路の機能ブロック図。

【図１５】上記の実施の形態における論理演算制御回路
の演算処理手順の前段のフローチャート。

【図１６】上記の実施の形態における論理演算制御回路
の演算処理手順の後段のフローチャート。

【図１７】従来例の回路図。

【符号の説明】

１ 集電器 ２ 高速度遮断器 ３ フィルタリアクトル ４ フィルタコンデンサ回路 ５ インバータ回路 ７ 永久磁石界磁同期電動機 ８ 論理制御回路 １０ 過電圧抑制回路 １０ａ 抵抗器 １０ｂ サイリスタ １１ 電流抑制回路 １１ａ 抵抗器 １１ｂ 電磁接触器 ９１ 電圧検出器 ９２ 電流検出器 ９３ 電流検出器 ９４ 回転子角検出器 ＤＣ 直流回路 ＡＣ 電動機回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２ Ｈ０２Ｐ 5/408 Ｃ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源から供給される直流電力を任意
   の電圧、位相の交流電力に変換する電力変換回路と、 前記電力変換回路の交流電力によって駆動される永久磁
   石界磁同期電動機と、 前記直流電源と前記電力変換回路の直流側との間の開
   放、投入動作を行う直流回路開放手段と、 前記電力変換回路の交流側と前記永久磁石界磁同期電動
   機との間の開放、投入動作を行う電動機回路開放手段
   と、 前記電力変換回路の故障を検出する故障検出手段と、 前記故障検出手段が前記電力変換回路の故障を検出した
   時に前記直流回路開放手段と前記電動機回路開放手段と
   を開放動作させる保護動作回路とを備えて成る電気車制
   御装置。
2. 【請求項２】 直流電源から供給される直流電力を任意
   の電圧、位相の交流電力に変換する電力変換回路と、 前記電力変換回路の交流電力によって駆動される永久磁
   石界磁同期電動機と、 前記直流電源と前記電力変換回路の直流側との間の開
   放、投入動作を行う直流回路開放手段と、 前記電力変換回路の交流側と前記永久磁石界磁同期電動
   機との間の開放、投入動作を行う電動機回路開放手段
   と、 前記電力変換回路の直流側過電圧を検出する過電圧検出
   手段と、 前記電力変換回路の直流側に接続され、抵抗成分とスイ
   ッチ手段から成る過電圧抑制回路と、 前記過電圧検出手段が過電圧を検出した時に前記直流回
   路開放手段と前記電動機回路開放手段とを開放動作させ
   ると共に前記スイッチ手段を投入して前記抵抗成分で過
   電圧を抑制させる保護動作回路とを備えて成る電気車制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記電力変換回路の直流側に接続され、
   抵抗成分とスイッチ手段から成る過電圧抑制回路を備
   え、 前記保護動作回路は、前記故障検出手段が前記電力変換
   回路の故障を検出した時に前記スイッチ手段を投入して
   前記抵抗成分で過電圧を抑制させることを特徴とする請
   求項１記載の電気車制御装置。
4. 【請求項４】 前記電力変換回路が複数のスイッチング
   素子を有し、 前記保護動作回路は、前記故障検出手段が前記電力変換
   回路の故障を検出した時に前記電力変換回路のスイッチ
   ング素子の動作を停止させることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載の電気車制御装置。
5. 【請求項５】 直流電源から供給される直流電力を任意
   の電圧、位相の交流電力に変換する電力変換回路と、前
   記電力変換回路の交流電力によって駆動される永久磁石
   界磁同期電動機と、前記直流電源と前記直流回路との間
   の開放、投入動作を行う直流回路開放手段と、前記電力
   変換回路と前記永久磁石界磁同期電動機との間の開放、
   投入動作を行う電動機回路開放手段と、前記直流回路の
   過電圧を抑制する過電圧抑制回路と、前記電動機回路開
   放手段が開放状態から前記電力変換回路の運転を再開す
   る時に、次の（ｉ）〜（ iii）の条件にしたがって前記
   直流回路開放手段と前記電動機回路開放手段とを投入動
   作させる再起動制御手段と備えて成る電気車制御装置。 （ｉ） 前記永久磁石界磁同期電動機が停止し、又はそ
   の端子電圧実効値Vmと前記電力変換回路の直流側電圧Vd
   c とが、 【数１】 の関係となる回転数である時には、前記直流回路開放手
   段と前記電動機回路開放手段とを投入動作させ、前記電
   力変換回路を起動し、 （ii） 前記永久磁石界磁同期電動機が、 【数２】 の関係となる回転数である時には、前記直流回路開放手
   段に投入動作させ、前記電力変換回路を起動し、その
   後、前記電力変換回路の交流側の電圧が前記永久磁石界
   磁同期電動機の端子電圧と等しく、かつ前記電力変換回
   路の交流側の位相が前記永久磁石界磁同期電動機の回転
   子の位相と等しい交流電力を出力するようになった時に
   前記電動機回路開放手段を投入動作させ、 （ iii） 前記永久磁石界磁同期電動機が、 【数３】 の関係となる回転数である時には、前記直流回路開放手
   段を投入動作させ、前記電力変換回路を起動し、その
   後、前記電力変換回路の交流側の電圧が、 【数４】 であり、かつ前記電力変換回路の交流側の位相が前記永
   久磁石界磁電動機の回転子の位相と等しい交流電力を出
   力するようになった時に前記電動機回路開放手段に投入
   動作させる。