WO2007122671A1 - 電気車の制御装置 - Google Patents

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Yutaka Higuchi
Toshiaki Takeoka
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Definitions

  • the present invention relates to an electric vehicle control device having an inverter, and more particularly to improvement of a discharge circuit of a smoothing capacitor.
  • FIG. 2 shows an example used in an electric vehicle system in which two wheels are driven by an AC motor.
  • 1 is a secondary battery that serves as a DC power source
  • 2 is a fuse that shuts off the circuit when an abnormality occurs
  • 3 is a
  • the main circuit switch 4 is composed of, for example, a three-phase transistor inverter, and is an inverter having smoothing capacitors 5 connected to both ends thereof.
  • 6 is an AC motor
  • 7 is a differential
  • 8 is a wheel.
  • 9 is a charging switch connected in parallel to the main circuit switch 3
  • 10 is a resistance sharing a charging resistance and a braking resistance
  • 11 is a discharging switch, which can also be constituted by a semiconductor switching element.
  • the main circuit switch 3 When power is no longer regenerated in the secondary battery 1, the main circuit switch 3 is opened and the discharge switch 11 is closed, and the smoothing capacitor 5 passes through the shared resistor 10 and the discharge switch 1 1 The discharge circuit is operated to switch the braking to regenerative braking power generation braking.
  • the discharge switch 11 of the smoothing capacitor must be established by always closing the discharge switch 11 during the power generation braking.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 3-289362 Japanese Patent Laid-Open No. 6-276608
  • the present invention has been made in view of the above-described background, and in an electric vehicle control device in which a circuit configuration is simplified by sharing a charging resistor and a discharging resistor, a discharge switch fails.
  • an object is to secure a discharge circuit for a smoothing capacitor with a simple configuration.
  • the present invention provides a smoothing capacitor that is charged from a DC power source through a shared resistor, an inverter that converts DC power charged in the smoothing capacitor into AC power, and supplies the AC power to the load,
  • an electric vehicle control device equipped with a discharge switch that discharges the DC voltage charged in the smoothing capacitor through the shared resistor, it is inserted into the main circuit to which DC power is supplied from the DC power source.
  • the main switch is connected to the above discharge switch. It is characterized in that an auxiliary switch that is connected in a row and that opens and closes opposite to the main switch is provided.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of an electric vehicle control device implemented in a railway vehicle according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 A configuration example used in a conventional electric vehicle system is shown.
  • FIG. 1 shows a configuration example of an electric vehicle control apparatus implemented in a railway vehicle according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a train line
  • DC power is taken in via pantograph P.
  • 2a is a main switch inserted at the beginning of the DC power supply circuit for electrically opening the supply circuit completely.
  • Reference numeral 2b denotes an auxiliary switch connected in parallel to the discharge switch 11.
  • the auxiliary switch 2b is opened when the main switch 2a is closed, and is closed when the main switch 2a is released. It is configured.
  • the main switch 2a and the auxiliary switch 2b are reversed with each other by an electromagnetic contactor (not shown).
  • Reference numeral 12 denotes a high-speed circuit breaker inserted after the main switch la, which corresponds to the fuse 2 described in FIG. From there, the main circuit contactor 3 and the filter rear tuttle 13 are branched into a series circuit, and a charging contactor 9 and a shared resistor 10 are connected in series.
  • the discharging switch 11 is inserted between the connection point of the charging switch 9 and the shared resistor 10 and the ground, and for example, a semiconductor element with a control electrode is used.
  • 5 is a smoothing capacitor
  • 4 is a three-phase transistor inverter
  • 6 is an AC motor that serves as a load.
  • the main switch 2a is short-circuited.
  • the auxiliary switch 2b is opened.
  • the high-speed circuit breaker 12 is short-circuited, and then the charging contactor 9 is short-circuited.
  • the DC voltage introduced from the train line 1 through the Pantograph graph P is applied to the common resistor 10 through the main switch 2a, the high-speed circuit breaker 12, and the charging contactor 9, and is connected thereto. Charge the smoothing capacitor 5.
  • the charging contactor 9 is opened and the main circuit contactor 3 is short-circuited.
  • the above-mentioned predetermined voltage is set to such a value that the current that flows when the main circuit contactor 3 is short-circuited is such that no damping occurs due to the resonant voltage due to the capacitance value of the smoothing capacitor 5 and the inductance value of the filter rear tuttle 13. Has been.
  • the switching element force inverter switching operation constituting the inverter 4 is performed, and the AC motor 6 rotates, so that a so-called caulking operation is possible.
  • the discharge switch 11 becomes conductive when it reaches a predetermined voltage set below the withstand voltage of the switching element constituting the voltage force inverter 4 of the smoothing capacitor 5.
  • the voltage charged in the capacitor 5 is discharged through the shared resistor 10. As a result, normal power generation braking is applied.
  • the auxiliary switch 2b that opens and closes opposite to the main switch 2a is provided in parallel with the discharge switch 11, and in such a case, the main switch 2a is provided with the auxiliary switch 2b.
  • the auxiliary switch 2b is immediately closed, through which the above smoothing A discharge circuit for the capacitor 5 can be formed.
  • the smoothing capacitor 5 is always discharged via the auxiliary switch 2b, so that the safety and reliability of the system can be improved.
  • Embodiment 1 of the present invention there is an effect that this can be realized by a simple and inexpensive means by simply adding an auxiliary switch 2b that takes an open / closed state opposite to the main switch 2a used conventionally. Have also. Further, since the auxiliary switch 2b is connected in parallel to the discharge switch 11, the shared resistor 10 can be used for the operation of the auxiliary switch 2b, so that it is not necessary to prepare a special discharge resistor.

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Abstract

　直流電源から充電用抵抗を介して充電される平滑用コンデンサと、この平滑用コンデンサに充電された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、上記平滑用コンデンサに充電された電圧を放電用抵抗を介して放電させる放電用スイッチを備え、上記充電用抵抗と放電用抵抗とを共用して回路構成を簡略化した電気車制御装置において、上記直流電源から直流電力が供給される主回路に挿入された主スイッチと、上記放電用スイッチに並列接続され上記主スイッチと反対の開閉動作を行う補助スイッチとを設けたものである。

Description

電気車の制御装置
技術分野
[0001] 本発明は、インバータを有する電気車制御装置に係り、特に平滑用コンデンサの 放電回路の改良に関するものである。
背景技術
[0002] 従来の鉄道車両や電気自動車などの電気車にお!、ては、直流電源から平滑用コ ンデンサを介して交流に変換するインバータを備え、これにより得られた出力を負荷 である交流電動機に供給してカ行運転を行うと共に、交流電動機で発生した電力を 上記インバータにより直流に変換しこれを直流電源に回生する回生制動あるいは制 御回路内でこれを消費させる発電制動を行っている。このため、上記インバータには 平滑用コンデンサが並列接続され、カ行運転時には充電用抵抗を介して上記コンデ ンサが充電され、発電制動時には放電用抵抗を介して放電されるようになされて 、る
[0003] 従来から上記充電用抵抗と放電用抵抗とを共用して回路構成を簡略化する試みが なされており（例えば特許文献 1及び特許文献 2を参照）、その代表例を図 2に示して いる。図 2は交流電動機により 2個の車輪を駆動する電気自動車システムに用いた例 であり、図において、 1は直流電源となる二次電池、 2は異常時に回路を遮断するヒュ ーズ、 3は主回路スィッチ、 4は例えば 3相のトランジスタインバータにより構成され、 その両端に平滑用コンデンサ 5が接続されているインバータである。 6は交流電動機 、 7は差動装置、 8は車輪である。 9は上記主回路スィッチ 3に並列に接続された充電 用スィッチ、 10は充電抵抗と制動抵抗とを共用した抵抗、 11は放電用スィッチであり 、これを半導体スイッチング素子で構成することも出来る。
[0004] 次にこの回路の動作を簡単に説明する。初期充電時には主回路スィッチ 3及び放 電用スィッチ 11は開放されており、その状態で充電用スィッチ 9を閉成すると、二次 電池 1からヒューズ 2、充電用スィッチ 9、共用抵抗 10を通して上記平滑用コンデンサ 5が充電される。充電完了後は充電用スィッチ 9を開放、主回路スィッチ 3を閉成し、 インバータ運転を介して交流電動機 6のカ行運転を行う。一方、電気自動車の制動 時には、インバータ 4を整流器として作動させ、放電用スィッチ 11を開放状態のま、 で上記主回路スィッチ 3を介して二次電池 1に電力を回生させる。
[0005] 二次電池 1に電力が回生されなくなったら、上記主回路スィッチ 3を開放すると共に 放電用スィッチ 11を閉成し、平滑用コンデンサ 5から共用抵抗 10、放電用スィッチ 1 1を介した放電回路を動作させ、制動を回生制動力 発電制動に切り換えるものであ る。しかし、このような従来の電気車制御装置においては、上記発電制動時に必ず放 電用スィッチ 11を閉成して平滑用コンデンサの放電回路を成立させなければない。
[0006] しかし、この放電用スィッチ 11が故障して閉成しなくなつた場合、上記平滑用コン デンサの放電回路が形成されず、上記平滑用コンデンサが放電できなくなって電気 車の制動に支障を来たすという問題があった。この場合、機械制動のみで電気車を 停止しなければならず、傾斜面を走行時等事故の原因となることも考えられる。 また、鉄道車両用の電気車にこのシステムを用いられる場合には、上記平滑用コン デンサ 5は電車線から取り込まれる架線電圧 (約 1500V)程度まで充電されており、 放電用スィッチ 11の故障により放電できなくなると、点検'修理に際しても非常に危 険な状態となることがあった。
[0007] 特許文献 1 :特開平 3— 289362号公報 特開平 6— 276608号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明は、上述のような背景に鑑みてなされたもので、充電用抵抗と放電用抵抗と を共用して回路構成を簡略化した電気車制御装置において、放電用スィッチが故障 しても簡単な構成により平滑用コンデンサの放電回路を確保することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0009] この発明は、直流電源から共用抵抗器を介して充電される平滑用コンデンサと、こ の平滑用コンデンサに充電された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する インバータと、上記平滑用コンデンサに充電された直流電圧を上記共用抵抗器を介 して放電させる放電用スィッチを備えた電気車制御装置にお ヽて、上記直流電源か ら直流電力が供給される主回路に挿入された主スィッチと、上記放電用スィッチに並 列接続され上記主スィッチと反対の開閉状態をとる補助スィッチとを設けたことを特 徴とするちのである。
発明の効果
[0010] 以上述べたように本発明によれば、放電用スィッチが故障しても平滑用コンデンサ を確実に放電させることが可能となり、電気車制御装置の信頼性、安全性の向上を 図ることができる効果を有する。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]この発明の実施の形態 1に係る鉄道車両に実施された電気車制御装置の構成 例を示す。
[図 2]従来の電気自動車システムに用いた構成例を示す。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 実施の形態 1.
以下、本発明による電気車制御装置の実施形態について図面を用いて説明する。 図 1に、本発明の実施の形態 1による鉄道車両に実施された電気車制御装置の構成 例を示す。ここで、図 2で説明した従来の構成例と同一部分あるいは相当部分には 同一符号を付して示している。図において、 1は電車線で、パンタグラフ Pを介して直 流電力が取り込まれる。 2aは上記直流電力供給回路の最初に挿入された主スィッチ で、上記供給回路を電気的に完全に開路するためのものである。
[0013] 2bは放電用スィッチ 11に並列接続された補助スィッチで、上記主スィッチ 2aが閉 成しているときは開放され、上記主スィッチ 2aが解放されているときは閉成される関 係に構成されている。上記主スィッチ 2a、補助スィッチ 2bは図示しない電磁接触器 等で互いに反転動作するようになっている。 12は上記主スィッチ laの後段に挿入さ れた高速度遮断器で、図 1で説明したヒューズ 2に相当するものである。そこから主回 路接触器 3とフィルタリアタトル 13との直列回路と、充電用接触器 9と共用抵抗器 10と の直列回路とに分岐している。上記放電用スィッチ 11は上記充電用スィッチ 9と共用 抵抗器 10との接続点と接地間に挿入されており、例えば制御電極付半導体素子が 用いられる。 5は平滑用コンデンサ、 4は 3相のトランジスタインバータ、 6は負荷となる 交流電動機である。 [0014] 次に、この鉄道車両用電気車制御装置の動作を説明する。先ず、主スィッチ 2aを 短絡する。この時、補助スィッチ 2bは開放されることとなる。そして、高速度遮断器 12 が短絡され、その後、充電用接触器 9が短絡される。この時、電車線 1からパンタグラ フ Pを介して導入された直流電圧が、主スィッチ 2a、高速遮断器 12、充電用接触器 9 を介して共用抵抗器 10に印加され、それに接続されている平滑用コンデンサ 5を充 電する。
[0015] そして、平滑用コンデンサ 5に充電された直流電圧が、所定の電圧に達すると、充 電用接触器 9は開放され、主回路接触器 3は短絡される。上記所定の電圧とは主回 路接触器 3が短絡された際に流れる電流が平滑用コンデンサ 5の静電容量値とフィ ルタリアタトル 13のインダクタンス値による共振電圧でダンピングが発生しない程度の 値に設定されている。
その後、パンタグラフ Pを介して取り込まれた直流電力が主回路接触器 3、フィルタ リアタトル 13を介して直接平滑用コンデンサ 5を充電することとなる。
[0016] その後インバータ 4を構成するスイッチング素子力インバータスイッチング動作を行 い交流電動機 6は回転し、いわゆるカ行運転が可能となる。上記交流電動機 6の力 行動作時に、平滑用コンデンサ 5の電圧力インバータ 4を構成するスイッチング素子 の耐圧以下で設定される所定の電圧に達すると、上記放電用スィッチ 11が導通状 態となり、平滑用コンデンサ 5に充電された電圧は共用抵抗器 10を介して放電するこ ととなる。これにより通常の発電制動が掛カることになる。
[0017] ところが、たとえば過電圧印加等の原因で上記放電用スィッチ 11の絶縁破壊が発 生した場合には、上記放電用スィッチ 11が導通状態にならない状態となり、上記平 滑用コンデンサ 5を放電できなくなる結果となる。平滑用コンデンサ 5には、前述した ように 1500V程度の電圧が充電された状態であるので、このままでは平滑用コンデ ンサ 5を放電させる手段がなぐ点検 ·修理作業を行うに際して非常に危険な状態と なる。
[0018] この発明の実施の形態 1によれば、上記放電用スィッチ 11と並列に主スィッチ 2aと 反対の開閉状態をとる補助スィッチ 2bを設けているので、このような場合、主スィッチ 2aを開放することにより直ちに補助スィッチ 2bが閉成され、これを通して上記平滑用 コンデンサ 5の放電回路を形成させることができるものである。これにより、放電用スィ ツチ 11が故障により導通状態にならない場合でも、補助スィッチ 2bを介して平滑用コ ンデンサ 5は必ず放電されるため、システムの安全性、信頼性を向上させることができ る。
また、この発明の実施の形態 1によれば、従来力 使用される主スィッチ 2aにこれと 反対の開閉状態をとる補助スィッチ 2bを付加するだけの簡単且つ安価な手段でこれ を実現できる効果も併せ有する。更に、この補助スィッチ 2bを放電用スィッチ 11に並 列接続するようにしているため、補助スィッチ 2bの動作に際して上記共用抵抗器 10 を利用できるので特別に放電用抵抗器を準備する必要はない。

Claims

請求の範囲
[1] 直流電源から共用抵抗器を介して充電される平滑用コンデンサと、この平滑用コン デンサに充電された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、 上記平滑用コンデンサに充電された直流電圧を上記共用抵抗器を介して放電させ る放電用スィッチを備えた電気車制御装置において、上記直流電源から直流電力が 供給される主回路に挿入された主スィッチと、上記放電用スィッチに並列接続され上 記主スィッチと反対の開閉状態をとる補助スィッチとを設けたことを特徴とする電気車 制御装置。
[2] 起動時に上記直流電源から共用抵抗器を介して前記平滑用コンデンサを充電する 充電回路を形成する充電用接触器を設けたことを特徴とする請求項 1に記載の電気 車制御装置。
[3] 前記平滑用コンデンサが所定電圧に充電されたことを検出して上記直流電源から共 用抵抗器を介さずに前記平滑用コンデンサを充電する充電回路を形成する主回路 接触器を設けたことを特徴とする請求項 1に記載の電気車制御装置。
[4] 前記放電用スィッチは半導体スイッチング素子であり、前記充電用接触器と共用抵 抗器との接続点と接地端子間に接続されたことを特徴とする請求項 1に記載の電気 車制御装置。
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