JPS63257401A

JPS63257401A - 電気車の制御装置

Info

Publication number: JPS63257401A
Application number: JP9099187A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Koyama; 裕小山; Shiroji Yamamoto; 城二山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1988-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0793763B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は電気車の制御装置に関わり、特にフィルタコン
デンサ充電抵抗器あるいは過電圧時フィルタコンデンサ
短絡抵抗器の焼損防止に関するものである。

（従来の技術）従来の電気車の制御装置について図面を用いて説明する
。第６図に電気車の主回路を示す。

集電器１には第１の断流器２．高速度しゃ断器３及び第
２の断流器４が順に接続する。高速度しゃ断器３及び第
２の断流器４にはそれぞれ抵抗器５及び抵抗器６が接続
する。電力変換器であるインバータ回路７はフィルタリ
アクトル８及びフィルタコンデンサ９を介して第２の断
流器に接続する。このインバータ回路７は交流出力側に
誘導電動機１０を接続する。フィルタコンデンサ９には
サイリスタ１１が抵抗器１２を介して接続する。集電器
１と第１の断流器２との接続部には集電器の電圧を検出
する第１の電圧検出器１３が接続する。また、フィルタ
コンデンサ９には第２の電圧検出器１４が接続する。

上述の構成による従来の電気車においては、起動指令が
入ると、第１の電圧検出器１３によって集電器１の電源
電圧が確立していることを確認して断流器２がオンする
。

そうすると、パンタグラフ１−断流器２−高速度しゃ断
器３−充電抵抗６−フィルタリアクトル８−フィルタコ
ンデンサ９の経路で電流が流れ。

フィルタコンデンサ９が充電される。断流器３がオンし
てから所定時間、たとえば０．８秒、経過すると断流器
４がオンされ充電抵抗６が短絡され、インバータ回路７
の制御が開始されて定常運転状態に入る。運転時は電圧
検出器１４がフィルタコンデンサ９の電圧を常に監視し
、回生ブレーキ時など、フィルタコンデンサ電圧が所定
電圧値、たとえば２０００　Ｖ以下になったような時に
はサイリスタ１１をオンし、抵抗器１２を通してフィル
タコンデンサ９の蓄積電荷を放電させる。また、高速度
しゃ断器３は常時オン状態であり、異常時のみオフして
事故電流を一瞬減流抵抗５に移し電流を抑えてから断流
器２をオフする。

尚、架線の電圧が１５００Ｖの場合、一般的に充電抵抗
６は２０Ω、抵抗１２は５Ω、減流抵抗５は０．５Ω程
度である。架線電圧が１５００Ｖの場合を考えると、電
気車がカ行状態にある時フィルタコンデンサ９の電圧ｖ
Ｆｃはほぼ１５００Ｖとなっているが、集電器の離縁あ
るいはデッドセクションなどで停電したような場合には
フィルタコンデンサ９は急速に放電して電圧ＶＦ’ｃは
低下する。このように、電圧ＶＦＣが性能上必要とする
最低レベル以下（たとえば９００ｖ以下）にまで下がる
と電圧検出器１４がフィルタコンデンサの低電圧を検知
して保護回路を動作させる。保護回路はカ行指令が入っ
たままの状態にあっても断流器２．断流器４を開放して
主回路をオフする。

しかし、集電器の離線あるいはデッドセクションの通過
などは一般的には比較的短い時間のものであるため、カ
行指令が入ったままの状態で断流器が開放し、その後も
カ行指令が入ったままになっていれば、その状態で電源
電圧が復帰したときには主回路は再び形成され、自動的
に制御が開始されてカ行を再開するようになっている。

ここで。

フィルタコンデンサ電圧低下の検出は断流器４がオンし
て制御開始の準備ができてから行なわれるようになって
いる。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、何らの原因によりサイリスタ１１が故障し導通
状態になった場合を考えると、この時次のような問題が
発生する。

制御装置にカ行指令が与えられると断流器２がオンして
フィルタコンデンサ９が充電されるのであるが、充電電
流は、集電器１−断流器２−高速度しゃ断器３−充電抵
抗６−フィルタリアクトル８−フィルタコンデンサ４０
の経路で流れる。また。

抵抗１２−サイリスタ１１にも電流が流れる。そのため
フィルタコンデンサ９に充電される電圧ＶＦＣはたとえ
ば、充電抵抗６の抵抗値が２０Ωで、抵抗１２の抵抗値
が５Ωとすると、次の式■より３００ｖとなる。

フィルタコンデンサ９が３００ｖに充電された状態で断
流器２がオンし、０．８秒後に断流器４が入ると、充電
抵抗６が短絡されるためフィルタコンデンサ９は３００
ｖの状態から１５００Ｖに急速に充電されることになる
。しかし、断流器４が入った直後フィルタコンデンサ９
の電圧値が９００　Ｖ以下であるのでフィルタコンデン
サ９の充電途中で断流器２がオフしてしまい１回路が断
たれる。

しかし、電源電圧は正常であるから、カ行指令が入った
ままになっていると再度断流器２が投入され、主回路が
形成されるが、再度電圧検出器Ｉ４により断流器３２が
開かれ、断流器３２は開閉を繰り返すことになる。

このような断流器３２の開閉は１秒に１回程度の周期で
繰り返されるが、充電抵抗６．抵抗１２などは通常は１
砂枠度しか電流が流れることはなく短時間定格で作られ
ているため、断流器２の開閉の繰り返しが何度も続くと
充電抵抗６あるいは抵抗１２が焼損してしまうことにな
る。

第７図はフィルタコンデンサ９の電圧Ｖｒｒｃの変化を
示した図である。実線Ａはサイリスタ１１が故障し導通
状態となった場合のものであり、破ＩＩＡＢは正常に動
作した場合のものである。

本発明の目的はフィルタコンデンサの過電圧を防止する
ためにこのフィルタコンデンサに抵抗器を介して接続さ
れた半導体スイッチが故障した際に生じる抵抗器の焼損
を防止することのできる電気車の制御装置を提供するも
のである。

〔発明の端成〕

（問題点を解決するための手段）集電器に直列接続する第１の断流器と、この第１の断流
器に直列接続し、抵抗器を並列接続する第２の断流器と
、第１の断流器及び前記第２の断流器に接続するフィル
タコンデンサと、このフィルタコンデンサに接続し負荷
に電力を供給する電力変換装置と、集電器の電圧が第１
の所定値より大きくなったことを検出した際に電源電圧
確立信号を出力する第１の電圧検出器と、フィルタコン
デンサの電圧が第２の所定値より小さくなったことを検
出した際に信号を出力する第２の電圧検出器と、フィル
タコンデンサに抵抗器を介して並列接続し、フィルタコ
ンデンサが過電圧になるのを防止する半導体スイッチン
グ素子と、第１の電圧検出器による電源電圧確立信号及
びカ行指令信号との論理和により第１の断流器に閉信号
を出力する第１の論理回路と、この第１の論理回路より
閉信号が出力された後所定時間経過後に第２の断流器の
閉信号を出力する遅延回路と、第１の論理回路より閉信
号が出力された後の所定時間帯に前記第２の電圧検出器
の信号を入力した際にカ行指令信号を無効にすることに
より第１の断流器及び第２の断流器に開信号を出力する
第２の論理回路とを設ける。

（作　用）第１の論理回路は第１の電圧検出器によるｗｔ電源電圧
確立信号びカ行指令信号との論理和により第１の断流器
に閉信号を出力する。

遅延回路はこの第１の論理回路より閉信号が出力された
後所定時間経過後に第２の断流器の閉信号を出力する。

さらに、第２の論理回路は第１の論理回路より閉信号が
出力された後の所定時間帯に前記第２の電圧検出器の信
号を入力した際にカ行指令信号を無効にすることにより
第１の断流器及び第２の断流器に開信号を出力する。

（実施例）本発明に基づく一実施例を図面を用いて説明する。第１
図は本発明に基づく電気車の制御装置のブロック図を示
す。第１図中、ｐｌｓＳ図に示されるものと同一のもの
には同一符号を付する。

電圧検出ｗ１１３の検出電圧Ｅｓは比較ｇＳ１５に入力
される。カ行指令１６はブリッププロップ回路１７のセ
ット端子Ｓに入力される。電圧検出器１４の検出電圧Ｖ
ＦＣは比較！ｍ１８に入力される６比較器１５及びブリ
ップフロップ回路１７の出力はアンド回路１９に入力さ
れる。一方、比較器１８の出力信号はアンド回路２０に
入力される。このアンド回路２０の出力（１号は反転回
路２１を介してアンド回路１９に入力される。比較器１
５は検出電圧Ｅ５が９００ｖ以上のときに′Ｈルベルの
論理信号をアンド回路１９に出力する。

また、比較器１８は検出電圧Ｖｌ’ｃが９００ｖ以下の
ときにＬ　Ｈｌレベルの論理信号をアンド回路２０に出
力する。アンド回路１９は断流器２の閉信号２２として
Ｉ　ＨＨレベルの論理信号を出力し、開信号として″Ｌ
ルベルの信号を出力する。またアンド回路１９の出力信
号は遅延回路２３に入力される。この遅延回路２３はア
ンド回路１９によりＩ　Ｈｌレベルの信号を入力し０．
８秒経過後に断流器４の閉信号２４として（Ｈｌレベル
の論理信号を出力する。この遅延回路２３は断流器の開
信号としてＩ　Ｌ　ルベルの信号を出力する。遅延回路
２３の出力信号はシングルショット回路２５に入力され
る。このシングルショット回路２５は′Ｈルベルの信号
を入力した後１秒間Ｉ　Ｈルベルの論理信号をアンド回
路２６に出力する。また、シングルショット回路２５の
出力信号は反転回路２７を介してアンド回路２０に入力
される。アンド回路２６はシングルショット回路２５の
出力信号を入力すると同時に比較器１８の出力信号をも
入力する。

このアンド回路２６の出力信号はフリップフロップ回路
１７のリセット端子Ｒに入力される。

次に上述の構成に基づく電気車制御装置の作用について
説明する。

まず、サイリスタ１１が正常である場合について説明す
る。検出電圧Ｅｓが９００ｖ以上であれば比較器１５よ
りｌ　Ｈｌレベルの信号が出力される。さらにカ行指令
１６が与えられるとフリップフロップ回路１７の出力Ｑ
は１Ｈルベルとなる。従って、アンド回路１９の出力は
ｌ　Ｈｌレベルとなり、断流器２の閉信号２２が出力さ
れる。断流器２の閉信号２２が出力された後０．８秒後
に断流器４の閉信号２４が出力される。フィルタコンデ
ンサ９は閉信号２２が出力された後０．８秒以内に架線
電圧である１５００Ｖまで充電される。

次に、断流器４の閉信号が遅延回路２３より出力されて
から１秒以内、すなわち断流器２の閉信号が出力された
後の０．８秒後から１．８秒以内にフィルタコンデンサ
の電圧が９００ｖより小さいことを検出した場合につい
て説明する。断流器２２の出力信号が“ＨＩＩｌレベル
なってから１秒以内にフィルタコンデンサ電圧Ｖ　ＦＣ
＜　９００　Ｖであることを検知すると、比較器１８の
出力は“Ｈ”レベルとなり、論理積２６の出力も“Ｈ”
レベルとなってサイリスタ異常表示信号２７が出力され
る。また、これと同時にフリップフロップ回路１７のリ
セット端子Ｒが１１　ＨＩＩｌレベルなり、フリップフ
ロップ回路１７の出力Ｑは“Ｌ　１１レベル、アンド回
路１９の出力も“Ｌ　１１レベルとなって断流器２の開
信号が出力される。また、断流器４の開信号も遅延回路
２３より出力される。ここで、フリップフロップ回路１
７は端子ＲがＩＩ　ｎ、　ＩＦレベルの時、端子Ｓに入
る入力（８号の立上りで出力Ｑに“Ｈ”レベルの信号を
出力するものである。このような場合、アンド回路２６
の出力はすぐにｌｊＬ”レベルに戻り、フリップフロッ
プ回路１７の端子Ｒも“Ｌ”レベルになるが端子Ｓに入
るカ行指令１６が“ＨＪｊｌレベルままでもフリップフ
ロップ回路１７の出力Ｑは“Ｌ”レベルを維持している
。従って、断流器２及び４はカ行指令１６を１度オフし
て再度投入しない限り再びオンすることはない。

次に断流器４の閉信号２４が出力されてから１秒以上た
ってからフィルタコンデンサｖＦｃが９００ｖより小さ
くなったことを検知した場合について説明する。

遅延回路２３の出力が“Ｈ”レベルになった時点からシ
ングルショット回路２５は“Ｈ”レベルの信号を１秒間
出力する。その後再び１１　Ｌ　Ｉｔｌレベル戻り。

反転回路２７の出力は１１　Ｈ１１レベルとなる０反転
回路２７の出力が′Ｈルベルとなった後、集電器の離縁
あるいはデッドセクションの通過によってフィルタコン
デンサ電圧ＶＦＣが低下し９００ｖより小さくなり、比
較器１８の出力が“Ｈ”レベルとなると、アンド回路２
０の出力はｉｔ　Ｈｊｊｌレベル反転器２１の出力は“
Ｌ”レベルとなり、アンド回路１９の出力も′Ｌ”レベ
ルとなって断流器２の閉信号、断流器４の閉信号が出力
される。

上述の説明ではサイリスタ１１が故障し、導通状態にな
った場合を考えているが、このような状態はたとえばイ
ンバータ電気車の場合、回生ブレーキ中に過電圧となり
サイリスタ１１をオンし、フィルタコンデンサ９の電荷
を放電して主回路を開放しても、サイリスタ１１の特性
と誘導電動機１０の特性によってはインバータ回路７を
オフさせていても誘導電動機１０の残留磁束の影響でサ
イリスタ１．１にごくわずかな電流、たとえば１００ｍ
Ａ程度、が流れ続はサイリスタ１１が消弧できない状態
になることがあり得る。このような場合は断流器４がオ
ンしてフィルタコンデンサ電圧低下検知回路が動作開始
するやいなや検知するため、特に断流器４が投入されて
から１秒以内と１秒以降とに検出モードを分けたもので
ある。

このようにすれば通常運転時の停電再送電に対してはカ
行指令が入ってる状態では自動リセットとし、サイリス
タ１１が導通したままの状態でカ行指令を与えたような
場合にはカ行指令オフリセット（ノツチオフリセット）
として、自動リセットにした場合に起こり得る抵抗器の
焼損事故を防止することができる。

以上はカ行時について説明しであるが回生ブレーキ時に
ついても全く同様である。

第２図は断流器４がオンした後１秒以内に異常を検出し
た際の各部の波形図を示す、（ａ）は集電器１の電源電
圧波形、（ｂ）はカ行指令、（ｃ）は断流器２の閉信号
、（ｄ）は断流器４の閉信号、（ｅ）はフィルタコンデ
ンサ９の電圧波形図である。

第３図は断流器４がオンした後１秒以上経過した後に集
電器１の離線などが生じた場合の各部の波形図を示す、
第３図中、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は第２図と
同一のものである。

（他の実施例）本発明に基づく他の実施例を図面を用いて説明する。第
４図は本発明に基づく電気車の制御装置のブロック図を
示す、第図中、第１図及び第６図に示されるものと同一
のものには同一符号を付する。

電圧検出器１３の検出電圧Ｅｓは比較器１５に入力され
る。カ行指令１６はフリップフロップ回路１７のセット
端子Ｓに入力される。電圧検出器１４の検出電圧ＶＦＣ
は比較器１８に入力される。比較器１５及びフリップフ
ロップ回路１７の出力はアンド回路１９に入力される。

一方、比較器１８の出力信号はアンド回路２０に入力さ
れる。このアンド回路２０の出力信号は反転回路２１を
介してアンド回路１９に入力される。比較器１５は検出
電圧Ｅ５が９００ｖより大きくなったときにＬ　Ｈｊレ
ベルの論理信号をアンド回路１９に出力する。また、比
較器１８は検出電圧ＶＦｅが９００ｖ小さくなったとき
に１Ｈルベルの論理信号をアンド回路２０に出力する。

アンド回路１９は断流器２の閉信号２２として１Ｌルベ
ルの論理信号を出力し、開信号として′Ｌルベルの信号
を出力する。

またアンド回路１９の出力信号は遅延回路２３に入力さ
れる。この遅延回路２３はアンド回路Ｉ９よりｄ　Ｈｊ
レベルの信号を入力し０．８秒経過後に断流器４の閉信
号２４として′Ｈルベルの論理信号を出力する。

また、アンド回路１９の出力は遅延回路２８に入力され
る。この遅延回路２８はアンド回路１９より′Ｈルベル
の信号を入力した後０．５秒経過後に１Ｈルベルの信号
をアンド回路２９に出力する。さらに。

アンド回路２９は遅延回路２３の出力信号を反転回路３
０を介して入力するとともに比較器１８の出力信号をも
入力する。このアンド回ｊ％２９の出力は反転回路３１
を介してアンド回路２０に入力されるとともにフリップ
フロップ回路１７のリセット端子Ｒに入力される。

上述の実施例においては断流器４がオンした後１秒以内
において、フィルタコンデンサの電圧Ｖｆ’ｃが低電圧
になった際にカ行指令を無効とし断流器４及び２をオフ
する制御が行なわれた。これに対し、以下に説明する他
の実施例においては断流器２がオンしてから０．５秒経
過した時点から断流器４がオンするまでの間にフィルタ
コンデンサの電圧ＶＦＣが低電圧になった際にカ行指令
を無効とし断流器２及び４をオフすることが行なねれる
。

カ行指令１６が出るとフリップフロップ１７のリセット
端子Ｒは“Ｌ”レベルとなっており、断流器２の閉信号
が出力され、０．５秒後に遅延回路２８の出力が′Ｈル
ベルとなる。返転器３０の出力は、断流ＷＩ２が“Ｈル
ーベルとなった時から０．８秒の間までは遅延回路２３
の出力がｌ　Ｌ　ｊレベルとなっているため′Ｈルベル
を出力する。従って、断流器２の閉信号が出力されて０
．５秒後から０．８秒後の間にフィルタコンデンサ電圧
Ｖ　ＦＣ＜　９００　Ｖであることを検知すると比較器
１８の出力は′Ｈルベルとなり、アンド回路２９の出力
も１１１ルベルとなって一０ＶＣＲｆ異常表示が出され
る。

また、これと同時にフリップフロップ１７の端子Ｒが′
Ｈルベルとなり、フリップフロップ１７の出力Ｑはｉｔ
Ｌ”レベル、アンド回路１９の出力も“Ｌ　Ｉ＋レベル
となって断流器２の閉信号、断流器４の閉信号が出力さ
れる。ここで、フリップフロップ１７は端子Ｒが“Ｌ″
ルベル時端子Ｓに入る久方信号の立上りで出力Ｑに“Ｈ
”レベル信号を出力するものである。このような場合、
アンド回路２９の出力はすぐにｊ　Ｌ　ｌレベルに戻り
、フリップフロップ１７の端子Ｒも′Ｌルベルになるが
端子Ｓに入るカ行指令１６が“Ｈｎレベルのままでもフ
リップフロップ１７の出力Ｑはｌ　Ｌ　ｌレベルを維持
している。従って、断流器２及び４はカ行指令１６を１
度オフして再度投入しない限り再びオンすることはない
。

上述の説明においてはサイリスタ１１が導通したままの
状態になった場合を考えているが、このような状態はた
とえばインバータ電気車の場合、回生ブレーキ中に過電
圧となりサイリスタ１１をオンし、フィルタコンデンサ
９の電荷を放電して主回路を開放しても、サイリスタ１
１の特性と誘導電動機１０の特性によってはインバータ
７をオフさせていても誘導電動機１０の残留磁束の影響
でサイリスタ１１にごくわずかな電流、たとえば１００
ｍＡａ度が流れ続はサイリスタ１１が消弧できない状態
になることがあり得る。このような場合を考慮しサイリ
スタｌｌが消弧状態にあることを確認するため、特に断
流器が投入されて０．５秒から０．８秒後の間にフィル
タコンデンサ電圧低下検知モードを設けたものである。

第５図は第４図の制御装置の各部の波形図を示す、（ａ
）は集電器１の［源電圧波形、（ｂ）はカ行指令、（Ｃ
）は断流器２の閉信号、（ｄ）は断流器４の閉信号、（
ｅ）はフィルタコンデシす９の電圧波形図である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フィルタコンデンサ充電開始後から充
電抵抗短絡用の断流器がオンするまでの期間においてフ
ィルタコンデン＋ｔｍ圧により半導体スイッチ素子の状
態を判定することができるので、この半導体スイッチ素
子が主回路がオフしているにもかかわらず導通状態とな
っている場合には、起動後充電抵抗短絡用断流器が入る
前後の所定時間内でフィルタコンデンサ電圧低下を検出
して主回路をオフし、それと同時に乗務員に警告し、か
つ起動指令を１度オフして再度投入するまでは断流器は
再び投入されることがなくなるため、抵抗器が焼損する
という危険性をなくす三とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく一実施例の電気車の制御装置の
構成図、第２図及び第３図は第１図に示される制御装置
の各部の波形図、第４図は本発明に基づく他の実施例の
電気車の制御′！Ａ置の構成図。第５図は第４図に示される制御装置の各部の波形図、第
６図は電気車の主回路図、第７図は第６図に示される主
回路におけるフィルタコンデンサの電圧の波形図を示す
。１３．１４・・・電圧検出器　　　　　　１５．１８・
・・比較器１６・・・カ行指令１７・・・フリッププロップ回路１９．２０，２６・・・アンド回路　　　　２２・・・
断流器２閉信号２４・・・断流器４閉信号第２図第３図第５図

Claims

【特許請求の範囲】集電器に直列接続する第１の断流器と、この第１の断流器に直列接続し、抵抗器を並列接続する
第２の断流器と、この第２の断流器に接続するフィルタコンデンサと、このフィルタコンデンサに接続し負荷に電力を供給する
電力変換装置と、集電器の電圧が第１の所定値より大きくなったことを検
出した際に電源電圧確立信号を出力する第１の電圧検出
器と、前記フィルタコンデンサの電圧が第２の所定値より小さ
くなったことを検出した際に信号を出力する第２の電圧
検出器と、前記フィルタコンデンサに抵抗器を介して並列接続し、
前記フィルタコンデンサが過電圧になるのを防止する半
導体スイッチング素子と、前記第１の電圧検出器による電源電圧確立信号及びカ行
指令信号との論理和により前記第１の断流器に閉信号を
出力する第１の論理回路と、この第１の論理回路より閉
信号が出力された後所定時間経過後に前記第２の断流器
の閉信号を出力する遅延回路と、前記第１の論理回路より閉信号が出力された後の所定時
間帯に前記第２の電圧検出器の信号を入力した際にカ行
指令信号を無効にすることにより第１の断流器及び第２
の断流器に開信号を出力する第２の論理回路とを有する
ことを特徴とする電気車の制御装置。