WO2020110288A1 - 電力変換装置および故障判別方法 - Google Patents

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佳範 千葉
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三菱電機株式会社
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    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device and a failure determination method.
  • Patent Document 1 discloses an example of this type of power conversion device. This power converter is connected to a contactor, an inverter that converts DC power supplied from a power supply through a primary terminal into AC power and supplies the AC power to a load connected to a secondary terminal, and a primary terminal of the inverter. A filter capacitor charged with electric power supplied from a power source, and a control unit for opening or closing the contactor.
  • the contactor included in the power conversion device disclosed in Patent Document 1 is controlled by the control unit and electrically connects or disconnects the inverter from the power supply.
  • This power conversion device determines whether there is a failure in the contactor based on whether or not the filter capacitor is charged after the contactor is turned on. Whether or not the filter capacitor is charged can be determined based on whether or not the voltage of the filter capacitor rises above the threshold voltage immediately after the contactor is turned on. By setting the threshold voltage to a sufficiently small value, the process of determining whether or not the filter capacitor is charged can be performed in a short time.
  • the contactor included in the power conversion device may fail, for example, after the charging of the filter capacitor is started. In this case, the power conversion device determines that the filter capacitor is charged when the voltage of the filter capacitor rises above the threshold voltage, so that the contactor may fail after the voltage of the filter capacitor rises. The presence or absence cannot be determined.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to make it possible to determine the presence or absence of a failure of a contactor after the charging of a filter capacitor is started.
  • the power conversion device of the present invention includes a power conversion unit, a filter capacitor, a contactor, a first voltage measurement unit, a contactor control unit, and a failure determination unit.
  • the power conversion unit converts DC power supplied from the power supply through one of the primary terminals into DC power or AC power and supplies the DC power or AC power to a load connected to the secondary terminal. Both ends of the filter capacitor are connected between the primary terminals of the power converter.
  • the filter capacitor is charged with the electric power supplied from the power supply.
  • the contactor electrically connects the power converter to the power source or electrically disconnects it from the power source.
  • the first voltage measuring unit measures a first voltage value which is a value of a voltage between terminals of the filter capacitor.
  • the contactor control unit turns on the contactor to electrically connect the power conversion unit to the power supply, or opens the contactor to electrically disconnect the power conversion unit from the power supply.
  • the failure determination unit determines whether or not the contactor is in a closed state for a predetermined determination period after the contactor control unit turns on the contactor, and a change in the first voltage value during the determination period. Based on this, it is determined whether or not there is a failure in the contactor.
  • the power conversion device determines whether or not the contactor is in a closed state for a predetermined determination period after the contactor is turned on, and the terminal voltage of the filter capacitor in the determination period. Whether or not there is a failure in the contactor is determined based on the change in the value of. As a result, it becomes possible to determine whether or not there is a failure in the contactor after the charging of the filter capacitor is started.
  • Block diagram of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention Flowchart of operation of failure determination performed by the power conversion device according to the first embodiment
  • Block diagram of a power conversion device according to a second embodiment of the present invention Flowchart of operation of failure determination performed by the power conversion device according to the second embodiment
  • the block diagram of the modification of the structure of the power converter device which concerns on embodiment.
  • An electric railway vehicle is equipped with a power conversion device that converts direct-current power supplied from a substation through overhead lines into alternating-current power and supplies the alternating-current power to an electric motor.
  • a power conversion device mounted on a DC feeding type electric railway vehicle will be described in the first embodiment.
  • the power conversion device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 converts the supplied DC power into AC power for driving the electric motor 51, and supplies the AC power to the electric motor 51.
  • the current collector 4 acquires DC power from a substation, which is a DC power source, via the overhead line 3, and supplies power to the power converter 1 via the high-speed circuit breaker 5.
  • the high-speed circuit breaker 5 electrically connects the power converter 1 to the current collector 4 or electrically disconnects it from the current collector 4.
  • the high-speed circuit breaker 5 is controlled by a circuit breaker control unit (not shown).
  • the electric motor 51 is, for example, a three-phase induction motor. When the power converter 1 supplies electric power to the electric motor 51, the electric motor 51 is driven and the propulsive force of the electric railway vehicle is obtained.
  • the power converter 1 includes a contactor 11 having one end connected to the high-speed circuit breaker 5, a resistor R1 having one end connected in series to the other end of the contactor 11, and a contactor 11 and a resistor R1 connected in parallel to a series circuit. To the contactor 12, one end of which is connected to the other end of the resistor R1 and a filter reactor FL1 that reduces harmonic components, and one end of which is connected to the other end of the filter reactor FL1 and the other end of which is grounded. And a filter capacitor FC1.
  • the power conversion device 1 further includes a filter capacitor FC1 connected between the primary terminals, each secondary terminal connected to the electric motor 51, and converts DC power supplied through one of the primary terminals into three-phase AC power.
  • the electric power conversion unit 13 that supplies the electric motor 51, the first voltage measurement unit 14 that measures the first voltage value EFC that is the value of the terminal voltage of the filter capacitor FC1, the one end of the contactor 11, and the electric power conversion unit 13
  • the second voltage measuring unit 15 that measures the second voltage value ES that is the voltage value between the other of the primary terminals, the contactor control unit 16 that turns on and off the contactors 11 and 12, and the contactor 11
  • a failure determination unit 17 that determines whether or not there is a failure is provided.
  • Each of the contactors 11 and 12 is composed of a DC electromagnetic contactor.
  • the contactors 11 and 12 are each controlled by a contactor control unit 16 described later.
  • One end of the contactor 11 is connected to the high speed circuit breaker 5, and the other end is connected to the resistor R1.
  • the contactor controller 16 turns on the contactor 11, one end and the other end of the contactor 11 are connected to each other.
  • the high speed circuit breaker 5 and the resistor R1 are electrically connected to each other.
  • the contactor 11 outputs a high-level state signal indicating that the contactor 11 has been turned on.
  • the power converter 13 is electrically connected to the current collector 4.
  • the contactor control unit 16 opens the contactor 11, one end and the other end of the contactor 11 are insulated. As a result, the resistor R1 is electrically disconnected from the high speed circuit breaker 5. At this time, the contactor 11 outputs a low-level state signal indicating that the contactor 11 is in an open state, that is, not in a closed state.
  • One end of the contactor 12 is connected to the high speed circuit breaker 5, and the other end is connected to one end of the filter reactor FL1.
  • the contactor controller 16 turns on the contactor 12, one end and the other end of the contactor 12 are connected to each other.
  • high-speed circuit breaker 5 and filter reactor FL1 are electrically connected to each other.
  • the contactor 12 outputs a state signal indicating that the contactor 12 has been turned on.
  • the power converter 13 is electrically connected to the current collector 4.
  • the contactor controller 16 opens the contactor 12, one end and the other end of the contactor 12 are insulated.
  • the filter reactor FL1 is electrically disconnected from the high speed circuit breaker 5.
  • the contactor 12 outputs a state signal indicating that the contactor 12 is in an open state, that is, not in a closed state.
  • One end of the resistor R1 shown in FIG. 1 is connected to the other end of the contactor 11, and the other end is connected to one end of the filter reactor FL1.
  • One end of the filter reactor FL1 is connected to the other end of the resistor R1 and the other end of the contactor 12, and the other end is connected to one end of the filter capacitor FC1 and one of the primary terminals of the power conversion unit 13.
  • the filter reactor FL1 gradually reduces harmonic components.
  • the filter capacitor FC1 is connected between the primary terminals of the power conversion unit 13, and is charged with the power acquired by the current collector 4 via the overhead wire 3.
  • the power converter 13 converts DC power supplied through one of the primary terminals into three-phase AC power, and supplies the three-phase AC power to the electric motor 51 connected to each secondary terminal.
  • the switching element included in the power conversion unit 13 is controlled by a switching control unit (not shown), so that the power conversion unit 13 converts the DC power into three-phase AC power and outputs the three-phase AC power to the electric motor 51.
  • the power conversion unit 13 is composed of, for example, a VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) inverter.
  • the contactor controller 16 is supplied with an opening/closing instruction signal for instructing the contactors 11 and 12 to be turned on or off from a driver's cab (not shown).
  • the contactor control unit 16 turns on or opens the contactors 11 and 12 according to the opening/closing instruction signal.
  • the failure determination unit 17 is supplied with a status signal from each of the contactors 11 and 12, and an opening/closing instruction signal from the driver's cab.
  • the failure determination unit 17 acquires the first voltage value EFC from the first voltage measurement unit 14 and the second voltage value ES from the second voltage measurement unit 15.
  • the failure determination unit 17 stores the acquired first voltage value EFC in a storage unit (not shown).
  • the failure determination unit 17 determines whether or not there is a failure in the contactor 11 based on the status signal, the first voltage value EFC, and the second voltage value ES. Further, the failure determination unit 17 has a timer and measures the time from the start of the process of determining the presence or absence of a failure.
  • the contactor 11 As an example of the failure of the contactor 11, although the status signal indicates that the contactor 11 is turned on after the charging of the filter capacitor FC1 is started, the contactor 11 is actually There is a failure that it is in an open state. In this case, since the contactor 11 is actually open, the filter capacitor FC1 is not charged. If the filter capacitor FC1 is not sufficiently charged, the power conversion unit 13 cannot be operated and the electric motor 51 cannot be driven. In the conventional power converter that determines the presence or absence of a failure of the contactor 11 based on the voltage across the terminal of the filter capacitor FC1 immediately after the contactor 11 is turned on, the charging of the filter capacitor FC1 is started and the voltage across the terminal of the filter capacitor FC1. It is not possible to determine whether or not there is a failure in the contactor 11 after the rise of.
  • the failure determination unit 17 starts the process of determining the presence or absence of a failure. Then, the failure determination unit 17 determines whether or not the state signal is at the High level during the determined determination period after the opening/closing instruction signal for instructing the closing of the contactor 11 is supplied. Further, the failure determination unit 17 determines whether or not the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC during the determination period is equal to or greater than the reference value W1. Specifically, the failure determination unit 17 acquires the first voltage value EFC1 acquired immediately after starting the process of determining the presence or absence of a failure, and the first voltage value EFC2 acquired most recently, from the first voltage value EFC2 acquired most recently.
  • the decrease width ⁇ EFC of the voltage value EFC
  • is calculated. Then, the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC is compared with the reference value W1. Further, the failure determination unit 17 determines whether or not the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES at the time when the determination period has elapsed is equal to or more than the first threshold voltage Th1 after the determination period has elapsed. judge.
  • the determination period is longer than the time required to charge the filter capacitor FC1. Specifically, the determination period is longer than the time determined by the product of the capacitance of the filter capacitor FC1 and the resistance value of the resistor R1, for example, after the opening/closing instruction signal for instructing the closing of the contactor 11 is supplied. , 100 msec or more and 1 sec or less. Further, the reference value W1 is set to a value larger than the fluctuation width of the DC voltage of the overhead wire 3, and is, for example, 1/3 of the value of the terminal voltage when the filter capacitor FC1 is fully charged. This suppresses erroneous determination that a failure has occurred in the contactor 11 due to a change in the DC voltage of the overhead wire 3.
  • the first threshold voltage Th1 is determined according to the voltage across the terminals of the filter capacitor FC1. For example, the first threshold voltage Th1 is 2/3 of the inter-terminal voltage when the filter capacitor FC1 is fully charged.
  • the failure determination unit 17 holds the reference value W1, the first threshold voltage Th1, and the length of the determination period in advance.
  • the failure determination unit 17 determines that the state signal is at the High level during the determination period, and the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC during the determination period is equal to or greater than the reference value W1. Moreover, it is determined whether or not the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES after the lapse of the determination period is the first threshold voltage Th1 or more, and the determination result is provided on, for example, the driver's cab. Output to display device.
  • the failure determination unit 17 determines that the state signal is at the high level during the determination period, the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC during the determination period is equal to or greater than the reference value W1, and the determination period has elapsed. If it is determined that the absolute value
  • the failure determination signal shown is supplied to the display device as the determination result. When it is displayed on the display device that the contactor 11 is out of order, the operator can perform restoration work for the contactor 11.
  • the failure determination signal is such that the failure determination unit 17 determines that the status signal is at a high level during the determination period, the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC during the determination period is equal to or greater than the reference value W1, and The high level is reached when it is determined that the absolute value
  • the failure determination signal indicates that the failure determination unit 17 determines that the state signal is not at the high level during the determination period, or the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC in the determination period is less than the reference value W1, or the determination period.
  • of the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES after is less than the first threshold voltage Th1
  • the low level is set.
  • the operation of the power conversion device 1 having the above configuration will be described.
  • the operation of the raising switch for raising the pantograph which is an example of the current collector 4
  • the current collector 4 comes into contact with the overhead line 3
  • the current collector 4 receives power from the substation. Received the supply of.
  • an opening/closing instruction signal for instructing the closing of the contactor 11 is supplied from the driver's cab to the contactor control unit 16 and the failure determination unit 17.
  • the contactor control unit 16 turns on the contactor 11 when an opening/closing instruction signal for instructing to turn on the contactor 11 is supplied.
  • the contactor 11 is turned on, the electric power obtained by the current collector 4 from the substation via the overhead wire 3 is passed through the high-speed circuit breaker 5, the contactor 11, the resistor R1, and the filter reactor FL1, and the filter capacitor FC1 is connected. And the charging of the filter capacitor FC1 is started. Since the resistor R1 is connected in series to the contactor 11, it is possible to suppress the inrush current from flowing through the filter capacitor FC1 when the contactor 11 is turned on.
  • the contactor 11 If the contactor 11 has not failed, charging of the filter capacitor FC1 is started after the contactor 11 is turned on, the first voltage value EFC rises, and the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES is increased. Is less than the reference voltage difference.
  • the contactor control unit 16 determines that the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES is less than the reference voltage difference, the contactor 12 is turned on and then the contactor 11 is opened.
  • the contactor 12 is turned on after the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES becomes sufficiently small. Therefore, when the contactor 12 is turned on, inrush current is suppressed from flowing through the filter capacitor FC1.
  • a switching control unit controls the switching element included in the power conversion unit 13 according to a power running command from the driver's cab.
  • the power conversion unit 13 converts the DC power supplied via one of the primary terminals into AC power and supplies the AC power to the electric motor 51 connected to the secondary terminal.
  • the electric motor 51 is driven and the propulsive force of the electric railway vehicle is obtained.
  • the contactor 11 fails after the charging of the filter capacitor FC1 is started after the contactor 11 is turned on and the first voltage value EFC once rises, the first voltage value EFC starts to decrease.
  • the contactor controller 16 does not turn on the contactor 12 when the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES is greater than or equal to the reference voltage difference. As a result, the electric power converter 13 cannot be operated to drive the electric motor 51. The process of determining the presence or absence of such a failure will be described with reference to FIG.
  • the failure determination unit 17 starts the process of determining the presence/absence of a failure in the contactor 11 and starts the timer. Then, the failure determination unit 17 acquires the first voltage value EFC from the first voltage measurement unit 14, acquires the second voltage value ES from the second voltage measurement unit 15, and stores it in the storage unit (step S11). The failure determination unit 17 determines whether the status signal supplied from the control circuit of the contactor 11 is at the High level (step S12).
  • step S12 When the status signal is at the Low level (step S12; No), the failure determination unit 17 outputs to the display device that the contactor 11 is not turned on (step S17). Note that the determination of No in step S12 indicates that the contactor 11 is open, even though the contactor 11 is instructed to be closed. When the processing of step S17 is completed, the failure determination unit 17 ends the failure determination processing.
  • the failure determination unit 17 determines whether or not the determined determination period has elapsed since the contactor 11 was turned on (step S13). Specifically, the failure determination unit 17 determines whether or not the measurement time of the timer started when starting the failure determination process has reached the determination period. When the determination period has not elapsed (step S13; No), the failure determination unit 17 returns to step S11 and repeats the above processing.
  • step S13 When the determination period has elapsed (step S13; Yes), the failure determination unit 17 proceeds to step S14.
  • the determination of Yes in step S13 indicates that the status signal was at the High level during the determination period.
  • the failure determination unit 17 calculates the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC from the first voltage value EFC stored in the storage unit in step S11, and the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC is greater than or equal to the reference value W1. Is determined (step S14).
  • the first voltage measuring unit 14 is connected in parallel to the filter capacitor FC1, so the filter that has risen before the failure of the contactor 11 occurs. The voltage across the capacitor FC1 begins to decrease. Therefore, it is possible to determine that the contactor 11 is out of order from the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC.
  • step S14 If the decrease width ⁇ EFC of the first voltage value EFC is not greater than or equal to the reference value W1 (step S14; No), the failure determination unit 17 returns to step S11 and repeats the above-described processing.
  • the failure determination unit 17 determines whether the first voltage value EFC and the second voltage value ES have passed after the determination period. It is determined whether the absolute value of the difference
  • the contactor 11 fails after the charging of the filter capacitor FC1 is started, the voltage across the terminals of the filter capacitor FC1 decreases as described above, so that the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES is reduced. growing. Therefore, by comparing the absolute value
  • step S15 the absolute value
  • the decrease in the value suppresses erroneous determination that the contactor 11 is out of order.
  • step S15 determines that the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES is less than the first threshold voltage Th1 (step S15; No)
  • the process returns to step S11 and the above-described processing is repeated. ..
  • the failure determination unit 17 determines that the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES is greater than or equal to the first threshold voltage Th1 (step S15; Yes)
  • the failure has occurred in the contactor 11.
  • a high-level failure determination signal indicating is output (step S16).
  • the contactor 11 is turned on based on the state signal output from the contactor 11, the first voltage value EFC, and the second voltage value ES. It is possible to determine whether or not there is a failure in the contactor 11 that has occurred.
  • the power conversion device can be mounted not only on the DC feeding type electric railway vehicle as shown in the first embodiment, but also on the AC feeding type electric railway vehicle.
  • the power conversion device 2 according to the second embodiment shown in FIG. 3 is installed in an AC railroad electric railway vehicle.
  • the current collector 4 acquires AC power from a substation, which is an AC power supply, via the overhead line 3, and supplies the AC power to the transformer 6 via the high-speed circuit breaker 5.
  • One of the primary terminals of the transformer 6 is connected to the high speed circuit breaker 5, and the other is grounded.
  • One of the secondary terminals of the transformer 6 is connected to one of the primary terminals of the converter 18 via the contactor 11 or the contactor 12.
  • one of the secondary terminals of the transformer 6 is connected to one end of the contactor 11 and one end of the contactor 12, and the other end of the contactor 11 is connected to one of the primary terminals of the converter 18 via the resistor R1.
  • the other end of the contactor 12 is connected to one of the primary terminals of the converter 18.
  • the other secondary terminal of the transformer 6 is connected to the other primary terminal of the converter 18.
  • the transformer 6 converts the AC voltage applied to the primary terminal into a desired AC voltage, and outputs the AC power with the converted voltage to the power conversion device 2 connected to the secondary terminal.
  • the desired AC voltage is a voltage suitable for the operation of the power conversion device 2.
  • the contactors 11 and 12 are composed of AC electromagnetic contactors.
  • the basic configuration and operation of the contactors 11 and 12 are the same as those of the first embodiment, and a state signal indicating whether or not the contactor 11 is turned on is output. Similar to the first embodiment, it is possible to determine whether the contactor 11 is in the closed state based on the state signal.
  • the power conversion device 2 further includes a converter 18 that converts AC power supplied through one of the primary terminals into DC power and outputs DC power from the secondary terminal.
  • One of the primary terminals of the converter 18 is connected to the other end of the resistor R1 and the other end of the contactor 12.
  • the other of the primary terminals of the converter 18 is connected to the other of the secondary terminals of the transformer 6.
  • One of the secondary terminals of converter 18 is connected to one end of filter reactor FL1.
  • the other of the secondary terminals of the converter 18 is connected to the other of the primary terminals of the power conversion unit 13 and the other end of the filter capacitor FC1.
  • a switching element included in the converter 18 is controlled by a switching control unit (not shown), and the converter 18 converts the AC power supplied through one of the primary terminals into DC power and outputs the DC power from the secondary terminal.
  • the power converter 2 is mounted on an AC-powered railway vehicle, and therefore does not include the second voltage measuring unit 15 included in the power converter 1 according to the first embodiment. Therefore, the failure determination unit 17 determines whether there is a failure in the contactor 11 based on the status signal and the first voltage value EFC. Specifically, the failure determination unit 17 determines whether the state signal is at the high level during the determination period, and whether the first voltage value EFC after the determination period has elapsed is the second threshold voltage Th2 or less. Judges and outputs the judgment result to the display device.
  • the failure determination unit 17 determines that the state signal is at the High level during the determination period and the first voltage value EFC after the determination period has elapsed is the second threshold voltage Th2 or less, the contactor A failure determination signal indicating that a failure has occurred in 11 is supplied to the display device as a determination result.
  • the failure determination unit 17 holds the second threshold voltage Th2 in advance.
  • the second threshold voltage Th2 is determined according to the terminal voltage of the filter capacitor FC1. For example, the second threshold voltage Th2 is 2 ⁇ 3 of the inter-terminal voltage when the filter capacitor FC1 is fully charged.
  • the failure determination unit 17 determines that the state signal is at the high level during the determination period, and the first voltage value EFC after the determination period has elapsed is equal to or lower than the second threshold voltage Th2. In this case, it becomes High level.
  • the failure determination signal is obtained when the failure determination unit 17 determines that the state signal is not at the high level during the determination period or that the first voltage value EFC after the determination period has elapsed is greater than the second threshold voltage Th2. , Low level.
  • the operation of the power conversion device 2 having the above configuration will be described.
  • the operation at the time of starting the operation of the electric railway vehicle is the same as that in the first embodiment.
  • the power converter 2 when the power converter 2 is supplied with the opening/closing instruction signal that instructs the contactor 11 to be closed, the power converter 2 starts the process of determining whether the contactor 11 has a failure. To do.
  • the process performed by the power conversion device 2 to determine whether there is a failure will be described with reference to FIG.
  • the failure determination unit 17 starts the process of determining the presence/absence of a failure in the contactor 11 and starts the timer. Then, the failure determination unit 17 acquires the first voltage value EFC from the first voltage measurement unit 14 and stores it in the storage unit (step S18). The processing of steps S12-S14, S16 and S17 of FIG. 4 is the same as the processing of steps S12-S14, S16 and S17 of FIG.
  • the failure determination unit 17 determines that the reduction width ⁇ EFC of the first voltage value EFC is equal to or greater than the reference value W1 (step S14; Yes), whether the first voltage value EFC is equal to or less than the second threshold voltage Th2. It is determined (step S19).
  • the contactor 11 fails after the charging of the filter capacitor FC1 is started, the voltage between the terminals of the filter capacitor FC1 decreases, and the difference between the first voltage value EFC and the second threshold voltage Th2 increases. Therefore, by comparing the first voltage value EFC and the second threshold voltage Th2, it is possible to determine whether the contactor 11 has a failure. In addition to the determination in step S14, by comparing the first voltage value EFC and the second threshold voltage Th2 in step S18, it is erroneous that the contactor 11 has a failure due to fluctuations in the amplitude of the AC voltage of the overhead wire 3. It is suppressed to judge.
  • step S19; No When the failure determination unit 17 determines that the first voltage value EFC is higher than the second threshold voltage Th2 (step S19; No), the process returns to step S18 and the process is repeated.
  • the failure determination unit 17 determines that the first voltage value EFC is less than or equal to the second threshold voltage Th2 (step S19; Yes)
  • the failure determination signal indicating that the contactor 11 has failed is displayed on the display device. Output (step S16).
  • the contactor generated after the contactor 11 is turned on based on the state signal output from the contactor 11 and the first voltage value EFC. It is possible to determine the presence or absence of 11 failures.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above example.
  • the power converters 1 and 2 can be mounted on any vehicle, device, or the like to which power is supplied to the power converters 1 and 2.
  • the electric power conversion devices 1 and 2 can be mounted not only on an electric railway vehicle but also on a railcar.
  • the above circuit configuration is an example.
  • An example of another circuit configuration is shown in FIG.
  • the contactors 11 and 12 may be connected in series, and the contactor 12 may be provided with the resistor R1 in parallel.
  • the contactor control unit 16 turns on the contactor 12 and then turns on the contactor 12 if the difference between the first voltage value EFC and the second voltage value ES is less than the reference voltage difference.
  • the contactors 11 and 12 may be connected in series, and the resistor R1 may be provided in parallel with the contactor 12.
  • the method for determining whether or not there is a failure in the power conversion devices 1 and 2 is not limited to the above example.
  • the order of performing the processes of steps S14 and S15 in FIG. 2 is arbitrary, and the failure determination unit 17 included in the power conversion device 1 may perform the process of step S15 and then the process of step S14.
  • the order of performing the processes of steps S14 and S18 in FIG. 4 is arbitrary, and the failure determination unit 17 included in the power conversion device 2 performs the process of step S18 and then the process of step S14. Good.
  • the power conversion devices 1 and 2 may determine whether or not the contactor 12 has a failure in addition to determining whether or not the contactor 11 has a failure.
  • the failure determination unit 17 included in the power conversion device 1 is supplied with an opening/closing instruction signal that instructs the contactor 12 to be closed, and outputs a state signal, a first voltage value EFC, and a second voltage value that the contactor 12 outputs. Based on ES, it is determined whether the contactor 12 has a failure. Specifically, the failure determination unit 17 determines that the state signal is at the High level and the reduction width ⁇ EFC of the first voltage value EFC is equal to or greater than the reference value W1 during the determination period after the contactor 12 is turned on.
  • the failure determination unit 17 determines that the state signal output from the contactor 12 is at the High level during the determination period, and It is determined whether the first voltage value EFC after the lapse of the determination period is equal to or less than the second threshold voltage Th2, and the radius result is output.
  • the power conversion unit 13 is not limited to the VVVF inverter, and any power conversion device may be used as long as it is a power conversion device in which a filter capacitor is connected between the primary terminals and supplies power to a load connected to the secondary terminal. Composed of.
  • the power conversion unit 13 may be configured by a static inverter that supplies power to lighting equipment, air conditioning equipment, and the like.
  • the contactor control unit 16 may acquire the failure determination signal from the failure determination unit 17. When the high-level failure determination signal is supplied, the contactor control unit 16 opens the contactor 11.

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Abstract

電力変換装置（１）は、フィルタコンデンサ（ＦＣ１）と、フィルタコンデンサ（ＦＣ１）を電源に電気的に接続、または電源から電気的に切り離す接触器（１１）と、接触器（１１）の故障の有無を判別する故障判別部（１７）と、を備える。故障判別部（１７）は、接触器（１１）が投入されてから判別期間の間、接触器（１１）が投入された状態であって、かつ、判別期間にフィルタコンデンサ（ＦＣ１）の電圧の減少幅が基準値以上である場合に、接触器（１１）が故障していると判別する。

Description

電力変換装置および故障判別方法
　この発明は、電力変換装置および故障判別方法に関する。
　電気鉄道車両には、架線を通して変電所から供給された電力を所望の交流電力に変換し、変換した電力を電動機に供給する電力変換装置が搭載されるものがある。この種の電力変換装置の一例が特許文献１に開示されている。この電力変換装置は、接触器と、電源から一次端子を介して供給された直流電力を交流電力に変換して二次端子に接続された負荷に供給するインバータと、インバータの一次端子に接続され、電源から供給される電力で充電されるフィルタコンデンサと、接触器を投入または開放する制御部と、を備える。
特開２０１２－１７０２６６号公報
　特許文献１に開示される電力変換装置が有する接触器は、制御部によって制御され、インバータを電源に電気的に接続、または電源から電気的に切り離す。この電力変換装置は、接触器が投入されてから、フィルタコンデンサが充電されるか否かに基づき、接触器の故障の有無を判別する。フィルタコンデンサが充電されるか否かは、接触器の投入直後にフィルタコンデンサの電圧が閾値電圧以上に上昇するか否かに基づいて判定することができる。閾値電圧を十分に小さい値とすることで、フィルタコンデンサが充電されるか否かを判定する処理を短時間で行うことができる。この電力変換装置が有する接触器が、例えば、フィルタコンデンサの充電が開始された後に、故障することがある。この場合は、この電力変換装置は、フィルタコンデンサの電圧が閾値電圧以上に上昇した時点で、フィルタコンデンサが充電されると判定してしまうため、フィルタコンデンサの電圧が上昇した後に接触器の故障の有無を判別することができない。
　本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、フィルタコンデンサの充電開始後の接触器の故障の有無を判別可能とすることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、電力変換部と、フィルタコンデンサと、接触器と、第１電圧測定部と、接触器制御部と、故障判別部と、を備える。電力変換部は、電源から一次端子の一方を介して供給された直流電力を、直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する。フィルタコンデンサの両端は、電力変換部の一次端子の間に接続される。フィルタコンデンサは、電源から供給される電力で充電される。接触器は、電力変換部を電源に電気的に接続し、または、電源から電気的に切り離す。第１電圧測定部は、フィルタコンデンサの端子間電圧の値である第１電圧値を測定する。接触器制御部は、接触器を投入して電力変換部を電源に電気的に接続し、または接触器を開放して電力変換部を電源から電気的に切り離す。故障判別部は、接触器制御部が接触器を投入してから定められた判別期間の間、接触器が投入された状態であるか否か、および、判別期間の第１電圧値の変化に基づいて、接触器の故障の有無を判別する。
　本発明によれば、電力変換装置は、接触器が投入されてから定められた判別期間の間、接触器が投入された状態であるか否か、および、判別期間のフィルタコンデンサの端子間電圧の値の変化に基づいて、接触器の故障の有無を判別する。その結果、フィルタコンデンサの充電開始後の接触器の故障の有無の判別が可能となる。
本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態１に係る電力変換装置が行う故障判別の動作のフローチャート 本発明の実施の形態２に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態２に係る電力変換装置が行う故障判別の動作のフローチャート 実施の形態に係る電力変換装置の構成の変形例のブロック図
　以下、本発明の実施の形態に係る電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
　（実施の形態１）
　電気鉄道車両には、架線を通して変電所から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電動機に供給する電力変換装置が搭載される。直流き電方式の電気鉄道車両に搭載された電力変換装置について、実施の形態１で説明する。
　図１に示す実施の形態１に係る電力変換装置１は、供給された直流電力を、電動機５１を駆動するための交流電力に変換して、交流電力を電動機５１に供給する。集電装置４は、架線３を介して、直流電源である変電所から直流電力を取得し、高速遮断器５を介して、電力変換装置１に電力を供給する。高速遮断器５は、電力変換装置１を、集電装置４に電気的に接続し、または集電装置４から電気的に切り離す。なお高速遮断器５は、図示しない遮断器制御部によって制御される。電動機５１は、例えば、三相誘導電動機で構成される。電力変換装置１が、電動機５１に電力を供給すると、電動機５１が駆動され、電気鉄道車両の推進力が得られる。
　電力変換装置１は、一端が高速遮断器５に接続される接触器１１と、一端が接触器１１の他端に直列に接続された抵抗Ｒ１と、接触器１１と抵抗Ｒ１の直列回路に並列に接続された接触器１２と、一端が抵抗Ｒ１の他端に接続され、高調波成分を逓減するフィルタリアクトルＦＬ１と、一端がフィルタリアクトルＦＬ１の他端に接続され、他端が接地されているフィルタコンデンサＦＣ１と、を備える。
　電力変換装置１はさらに、一次端子間にフィルタコンデンサＦＣ１が接続され、各二次端子が電動機５１に接続され、一次端子の一方を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換して電動機５１に供給する電力変換部１３と、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧の値である第１電圧値ＥＦＣを測定する第１電圧測定部１４と、接触器１１の一端と、電力変換部１３の一次端子の他方との間の電圧値である第２電圧値ＥＳを測定する第２電圧測定部１５と、接触器１１，１２をそれぞれ投入または開放する接触器制御部１６と、接触器１１の故障の有無を判別する故障判別部１７と、備える。
　接触器１１，１２はそれぞれ、直流電磁接触器から構成される。また接触器１１，１２はそれぞれ、後述する接触器制御部１６によって制御される。
　接触器１１の一端は、高速遮断器５に接続され、他端は抵抗Ｒ１に接続される。接触器制御部１６が接触器１１を投入すると、接触器１１の一端と他端は互いに接続される。この結果、高速遮断器５と抵抗Ｒ１は互いに電気的に接続される。このとき、接触器１１は、接触器１１が投入された状態であることを示すＨｉｇｈレベルの状態信号を出力する。高速遮断器５と接触器１１が投入されると、電力変換部１３は、集電装置４に電気的に接続される。
　また接触器制御部１６が接触器１１を開放すると、接触器１１の一端と他端は絶縁される。この結果、抵抗Ｒ１は、高速遮断器５から電気的に切り離される。このとき、接触器１１は、接触器１１が開放された状態であること、すなわち、投入された状態でないことを示す、Ｌｏｗレベルの状態信号を出力する。
　接触器１２の一端は、高速遮断器５に接続され、他端はフィルタリアクトルＦＬ１の一端に接続される。接触器制御部１６が接触器１２を投入すると、接触器１２の一端と他端は互いに接続される。この結果、高速遮断器５とフィルタリアクトルＦＬ１は互いに電気的に接続される。このとき、接触器１２は、接触器１２が投入された状態であることを示す状態信号を出力する。高速遮断器５と接触器１２が投入されると、電力変換部１３は、集電装置４に電気的に接続される。
　また接触器制御部１６が接触器１２を開放すると、接触器１２の一端と他端は絶縁される。この結果、フィルタリアクトルＦＬ１は、高速遮断器５から電気的に切り離される。このとき、接触器１２は、接触器１２が開放された状態であること、すなわち、投入された状態でないことを示す状態信号を出力する。
　図１に示す抵抗Ｒ１の一端は、接触器１１の他端に接続され、他端はフィルタリアクトルＦＬ１の一端に接続される。
　フィルタリアクトルＦＬ１の一端は、抵抗Ｒ１の他端と接触器１２の他端に接続され、他端はフィルタコンデンサＦＣ１の一端と電力変換部１３の一次端子の一方に接続される。フィルタリアクトルＦＬ１は、高調波成分を逓減する。
　フィルタコンデンサＦＣ１は、電力変換部１３の一次端子の間に接続され、集電装置４が架線３を介して取得した電力で充電される。
　電力変換部１３は、一次端子の一方を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を各二次端子に接続された電動機５１に供給する。詳細には、電力変換部１３が有するスイッチング素子が、図示しないスイッチング制御部によって制御されることで、電力変換部１３は直流電力を三相交流電力に変換し、電動機５１に出力する。電力変換部１３は、例えば、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency)インバータから構成される。
　接触器制御部１６に、図示しない運転台から、接触器１１，１２の投入または開放を指示する開閉指示信号が供給される。接触器制御部１６は、開閉指示信号に従って、接触器１１，１２を投入または開放する。
　故障判別部１７に、接触器１１，１２のそれぞれから状態信号が供給され、運転台から開閉指示信号が供給される。また、故障判別部１７は、第１電圧測定部１４から第１電圧値ＥＦＣを取得し、第２電圧測定部１５から第２電圧値ＥＳを取得する。なお故障判別部１７は、取得した第１電圧値ＥＦＣを図示しない記憶部に記憶しておく。そして、故障判別部１７は、後述するように、状態信号と、第１電圧値ＥＦＣと、第２電圧値ＥＳに基づいて、接触器１１の故障の有無を判別する。また故障判別部１７は、タイマを有し、故障の有無を判別する処理を開始してからの時間を測定する。
　接触器１１の故障の一例として、フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始された後に、状態信号は接触器１１が投入された状態であることを示しているにも関わらず、実際には接触器１１が開放された状態であるという故障がある。この場合、実際には接触器１１は開放された状態であるため、フィルタコンデンサＦＣ１が充電されない。フィルタコンデンサＦＣ１が十分に充電されないと、電力変換部１３を動作させ、電動機５１を駆動することができない。接触器１１の投入直後のフィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧に基づいて接触器１１の故障の有無を判別する従来の電力変換装置では、フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始され、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧が上昇した後の接触器１１の故障の有無を判別することができない。
　そこで、故障判別部１７は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、故障の有無を判別する処理を開始する。そして、故障判別部１７は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されてから定められた判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであったか否かを判定する。
　また故障判別部１７は、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であるか否かを判定する。詳細には、故障判別部１７は、故障の有無を判別する処理を開始した直後に取得し、記憶部に記憶した第１電圧値ＥＦＣ１と、直近で取得した第１電圧値ＥＦＣ２から、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣ＝｜ＥＦＣ１－ＥＦＣ２｜を算出する。そして、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣと基準値Ｗ１を比較する。
　また故障判別部１７は、判別期間の経過後、例えば、判別期間が経過した時点での第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。
　なお判別期間は、フィルタコンデンサＦＣ１の充電に要する時間より長い時間とする。具体的には、判別期間は、フィルタコンデンサＦＣ１の静電容量と抵抗Ｒ１の抵抗値の積で定められる時間より長い時間、例えば、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されてから、１００ｍｓｅｃ以上、１ｓｅｃ以下の期間である。
　また基準値Ｗ１は、架線３の直流電圧の変動幅より大きい値に設定され、例えば、フィルタコンデンサＦＣ１の満充電時の端子間電圧の値の１／３の値である。これにより、架線３の直流電圧の変動によって、接触器１１で故障が生じていると誤って判定することが抑制される。また第１閾値電圧Ｔｈ１は、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧に応じて定められる。例えば、第１閾値電圧Ｔｈ１は、フィルタコンデンサＦＣ１の満充電時の端子間電圧の２／３の値である。故障判別部１７は、基準値Ｗ１、第１閾値電圧Ｔｈ１、判別期間の長さを予め保持している。
　上述の判定結果をあわせて、故障判別部１７は、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であるか否かを判定し、判定結果を、例えば運転台に設けられた表示機器に出力する。
　なお故障判別部１７は、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ－ＥＳ｜が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であると判定した場合に、接触器１１で故障が生じていることを示す故障判別信号を判定結果として表示機器に供給する。表示機器に接触器１１で故障が生じている旨が表示されると、運転員は、接触器１１の復旧作業を行うことができる。
　なお故障判別信号は、故障判別部１７が、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ－ＥＳ｜が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であると判定した場合に、Ｈｉｇｈレベルとなる。
　また故障判別信号は、故障判別部１７が、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルでない、または、判別期間の第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１未満である、または、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ－ＥＳ｜が第１閾値電圧Ｔｈ１未満であると判定した場合に、Ｌｏｗレベルとなる。
　次に、上記構成を有する電力変換装置１の動作について説明する。
　電気鉄道車両の運転開始時に、集電装置４の一例であるパンタグラフを上昇させる上昇スイッチの操作が行われて、集電装置４が架線３に接触すると、集電装置４は、変電所から電力の供給を受ける。
　またパンタグラフ上昇スイッチの操作に連動して、運転台から、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が接触器制御部１６と故障判別部１７に供給される。接触器制御部１６は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１１を投入する。接触器１１が投入されると、集電装置４が架線３を介して変電所から取得した電力が、高速遮断器５、接触器１１、抵抗Ｒ１、およびフィルタリアクトルＦＬ１を介して、フィルタコンデンサＦＣ１に供給され、フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始される。接触器１１に抵抗Ｒ１が直列に接続されているため、接触器１１の投入時にフィルタコンデンサＦＣ１に突入電流が流れることが抑制される。
　接触器１１が故障していなければ、接触器１１の投入後にフィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始されて、第１電圧値ＥＦＣが上昇して、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が基準電圧差未満になる。接触器制御部１６は、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が基準電圧差未満であると判定すると、接触器１２を投入してから、接触器１１を開放する。基準電圧差を十分に小さくすると、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が十分に小さくなってから、接触器１２が投入される。そのため、接触器１２の投入時にフィルタコンデンサＦＣ１に突入電流が流れることが抑制される。
　接触器１２が投入された後、運転台からの力行指令に従って、図示しないスイッチング制御部が、電力変換部１３が有するスイッチング素子を制御する。これにより、電力変換部１３が一次端子の一方を介して供給された直流電力を交流電力に変換し、二次端子に接続された電動機５１に供給する。その結果、電動機５１が駆動され、電気鉄道車両の推進力が得られる。
　一方、接触器１１の投入後にフィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始されて、第１電圧値ＥＦＣが一旦上昇してから、接触器１１の故障が生じると、第１電圧値ＥＦＣは減少し始める。接触器制御部１６は、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が基準電圧差以上であると、接触器１２を投入しない。その結果、電力変換部１３を動作させて、電動機５１を駆動することができない。このような故障の有無を判別する処理について図２を用いて説明する。
　故障判別部１７は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１１の故障の有無を判別する処理を開始し、タイマをスタートする。そして、故障判別部１７は、第１電圧測定部１４から第１電圧値ＥＦＣを取得し、第２電圧測定部１５から第２電圧値ＥＳを取得し、記憶部に記憶する（ステップＳ１１）。故障判別部１７は、接触器１１が有する制御回路から供給される状態信号がＨｉｇｈレベルであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
　状態信号がＬｏｗレベルである場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、故障判別部１７は、接触器１１が投入されていないことを表示機器に出力する（ステップＳ１７）。なおステップＳ１２でＮｏと判定されることは、接触器１１の投入が指示されているにも関わらず、接触器１１が開放されていることを示す。故障判別部１７は、ステップＳ１７の処理が完了すると、故障判別処理を終了する。
　故障判別部１７は、状態信号がＨｉｇｈレベルである場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、接触器１１が投入されてから定められた判別期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、故障判別部１７は、故障判別処理を開始する際にスタートしたタイマの測定時間が判別期間に到達したか否かを判定する。故障判別部１７は、判別期間が経過していない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。
　故障判別部１７は、判別期間が経過した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１３でＹｅｓと判定されることは、判別期間に亘って、状態信号がＨｉｇｈレベルであったことを示す。そして、故障判別部１７は、ステップＳ１１で記憶部に記憶された第１電圧値ＥＦＣから第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣを算出し、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始された後に接触器１１の故障が生じると、フィルタコンデンサＦＣ１に並列に第１電圧測定部１４が接続されているため、接触器１１の故障が生じるまでに上昇したフィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧は、減少し始める。そのため、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣから接触器１１が故障していると判定することが可能となる。
　故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上でない場合は（ステップＳ１４；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上である場合は（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ－ＥＳ｜が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。
　フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始された後に接触器１１の故障が生じると、上述したようにフィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧は減少するため、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が大きくなる。そのため、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ－ＥＳ｜を、第１閾値電圧Ｔｈ１と比較することで、接触器１１の故障の有無を判別することが可能となる。また架線３の直流電圧が低下すると、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳは供に低下する。ステップＳ１４の判定に加えて、ステップＳ１５で第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差の絶対値｜ＥＦＣ－ＥＳ｜を第１閾値電圧Ｔｈ１と比較することで、架線３の直流電圧の低下によって、接触器１１が故障していると誤って判定することが抑制される。
　故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１未満であると判定した場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って上述の処理を繰り返す。故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であると判定した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、接触器１１で故障が生じていることを示すＨｉｇｈレベルの故障判別信号を出力する（ステップＳ１６）。
　以上説明したとおり、実施の形態１に係る電力変換装置１によれば、接触器１１が出力する状態信号、第１電圧値ＥＦＣおよび第２電圧値ＥＳに基づき、接触器１１が投入された後に生じた接触器１１の故障の有無の判別が可能となる。
　（実施の形態２）
　電力変換装置は、実施の形態１に示すように直流き電方式の電気鉄道車両だけでなく、交流き電方式の電気鉄道車両にも搭載可能である。図３に示す実施の形態２に係る電力変換装置２は、交流き電方式の電気鉄道車両に搭載される。集電装置４は、架線３を介して、交流電源である変電所から交流電力を取得し、高速遮断器５を介して、トランス６に交流電力を供給する。トランス６の一次端子の一方は高速遮断器５に接続され、他方は接地される。トランス６の二次端子の一方は、接触器１１または接触器１２を介してコンバータ１８の一次端子の一方に接続される。詳細には、トランス６の二次端子の一方が接触器１１の一端と接触器１２の一端に接続され、接触器１１の他端が抵抗Ｒ１を介してコンバータ１８の一次端子の一方に接続され、接触器１２の他端がコンバータ１８の一次端子の一方に接続される。またトランス６の二次端子の他方は、コンバータ１８の一次端子の他方に接続される。トランス６は、一次端子に印加される交流電圧を所望の交流電圧に変換して、電圧が変換された交流電力を二次端子に接続された電力変換装置２に出力する。所望の交流電圧とは、電力変換装置２の動作に適した電圧である。
　実施の形態１とは異なり、接触器１１，１２は、交流電磁接触器で構成される。接触器１１，１２の基本構成と動作は、実施の形態１と同様であり、接触器１１が投入された状態であるか否かを示す状態信号を出力する。実施の形態１と同様に、状態信号に基づいて、接触器１１が投入された状態であるか否かを判定することができる。
　実施の形態１に係る電力変換装置１と異なる電力変換装置２の各部について説明する。
　電力変換装置２は、一次端子の一方を介して供給された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を二次端子から出力するコンバータ１８をさらに備える。コンバータ１８の一次端子の一方は、抵抗Ｒ１の他端と、接触器１２の他端とに接続される。またコンバータ１８の一次端子の他方は、トランス６の二次端子の他方に接続される。コンバータ１８の二次端子の一方は、フィルタリアクトルＦＬ１の一端に接続される。コンバータ１８の二次端子の他方は、電力変換部１３の一次端子の他方とフィルタコンデンサＦＣ１の他端に接続される。コンバータ１８が有するスイッチング素子が、図示しないスイッチング制御部によって制御され、コンバータ１８は一次端子の一方を介して供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を二次端子から出力する。
　電力変換装置２は、交流き電方式の鉄道車両に搭載されるため、実施の形態１に係る電力変換装置１が備える第２電圧測定部１５を備えない。
　そこで、故障判別部１７は、状態信号と第１電圧値ＥＦＣに基づいて、接触器１１の故障の有無を判別する。詳細には、故障判別部１７は、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定し、判定結果を表示機器に出力する。
　故障判別部１７は、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であると判定した場合に、接触器１１で故障が生じていることを示す故障判別信号を判定結果として表示機器に供給する。なお故障判別部１７は、第２閾値電圧Ｔｈ２を予め保持している。第２閾値電圧Ｔｈ２は、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧に応じて定められる。例えば、第２閾値電圧Ｔｈ２は、フィルタコンデンサＦＣ１の満充電時の端子間電圧の２／３の値である。
　故障判別信号は、故障判別部１７が、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であると判定した場合に、Ｈｉｇｈレベルとなる。
　また故障判別信号は、故障判別部１７が、判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルでない、または、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２より大きいと判定した場合に、Ｌｏｗレベルとなる。
　次に、上記構成を有する電力変換装置２の動作について説明する。電気鉄道車両の運転開始時の動作は、実施の形態１と同様である。
　電力変換装置２は、実施の形態１に係る電力変換装置１と同様に、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１１の故障の有無を判別する処理を開始する。電力変換装置２が行う故障の有無を判別する処理について図４を用いて説明する。
　故障判別部１７は、接触器１１の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１１の故障の有無を判別する処理を開始し、タイマをスタートする。そして、故障判別部１７は、第１電圧測定部１４から第１電圧値ＥＦＣを取得し、記憶部に記憶する（ステップＳ１８）。図４のステップＳ１２－Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７の処理は、図２のステップＳ１２－Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７と同様である。故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であると判定した場合は（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。
　フィルタコンデンサＦＣ１の充電が開始された後に接触器１１の故障が生じると、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧は減少するため、第１電圧値ＥＦＣと第２閾値電圧Ｔｈ２との差は大きくなる。そのため、第１電圧値ＥＦＣと第２閾値電圧Ｔｈ２とを比較することで、接触器１１の故障の有無を判別することが可能となる。ステップＳ１４の判定に加えて、ステップＳ１８で第１電圧値ＥＦＣと第２閾値電圧Ｔｈ２とを比較することで、架線３の交流電圧の振幅の変動によって、接触器１１が故障していると誤って判定することが抑制される。
　故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２より大きいと判定した場合（ステップＳ１９；Ｎｏ）、ステップＳ１８に戻って処理を繰り返す。故障判別部１７は、第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であると判定した場合（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、接触器１１の故障が生じていることを示す故障判別信号を表示機器に出力する（ステップＳ１６）。
　以上説明したとおり、実施の形態２に係る電力変換装置２によれば、接触器１１が出力する状態信号、および、第１電圧値ＥＦＣに基づき、接触器１１が投入された後に生じた接触器１１の故障の有無の判別が可能となる。
　本発明の実施の形態は、上述の例に限られない。電力変換装置１，２は、電力変換装置１，２に電力が供給される任意の車両、機器等に搭載可能である。車両の一例として、電気鉄道車両に限らず、気動車にも電力変換装置１，２を搭載することが可能である。
　上述の回路構成は一例である。他の回路構成の一例を図５に示す。図５に示すように、接触器１１，１２が直列に接続され、接触器１２に並列に抵抗Ｒ１が設けられてもよい。この場合、接触器制御部１６は、接触器１１を投入してから、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が基準電圧差未満となれば、接触器１２を投入する。電力変換装置２においても同様に、接触器１１，１２が直列に接続され、接触器１２に並列に抵抗Ｒ１が設けられてもよい。
　電力変換装置１，２の故障の有無を判別する方法は、上述の例に限られない。図２におけるステップＳ１４，Ｓ１５の処理を実行する順序は任意であり、電力変換装置１が有する故障判別部１７は、ステップＳ１５の処理を行ってから、ステップＳ１４の処理を行ってもよい。同様に、図４におけるステップＳ１４，Ｓ１８の処理を実行する順序は任意であり、電力変換装置２が有する故障判別部１７は、ステップＳ１８の処理を行ってから、ステップＳ１４の処理を行ってもよい。
　電力変換装置１，２は、接触器１１の故障の有無の判別に加えて、接触器１２の故障の有無の判別を行ってもよい。例えば、電力変換装置１が有する故障判別部１７は、接触器１２の投入を指示する開閉指示信号が供給されると、接触器１２が出力する状態信号と第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとに基づいて、接触器１２の故障の有無を判別する。詳細には、故障判別部１７は、接触器１２が投入されてから判別期間の間、状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、第１電圧値ＥＦＣの減少幅ΔＥＦＣが基準値Ｗ１以上であって、かつ、第１電圧値ＥＦＣと第２電圧値ＥＳとの差が第１閾値電圧Ｔｈ１以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する。
　また交流き電方式の電気鉄道車両に電力変換装置１，２が搭載される場合、故障判別部１７が、判別期間の間、接触器１２が出力する状態信号がＨｉｇｈレベルであって、かつ、判別期間の経過後の第１電圧値ＥＦＣが第２閾値電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定し、半径結果を出力する。
　電力変換部１３は、ＶＶＶＦインバータに限られず、一次端子の間にフィルタコンデンサが接続されていて、二次端子に接続される負荷に電力を供給する電力変換装置であれば、任意の電力変換装置で構成される。例えば、電力変換部１３は、照明機器、空調機器等に電力を供給する静止型インバータで構成されてもよい。
　接触器制御部１６は、故障判別部１７から故障判別信号を取得してもよい。Ｈｉｇｈレベルの故障判別信号が供給されると、接触器制御部１６は、接触器１１を開放する。
　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
　１，２　電力変換装置、３　架線、４　集電装置、５　高速遮断器、６　トランス、１１，１２　接触器、１３　電力変換部、１４　第１電圧測定部、１５　第２電圧測定部、１６　接触器制御部、１７　故障判別部、１８　コンバータ、５１　電動機、ＦＣ１　フィルタコンデンサ、ＦＬ１　フィルタリアクトル、Ｒ１　抵抗。

Claims (12)

  1. 　電源から一次端子の一方を介して供給された直流電力を、直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する電力変換部と、
    　両端が前記電力変換部の前記一次端子の間に接続され、前記電源から供給される電力で充電されるフィルタコンデンサと、
    　前記電力変換部を前記電源に電気的に接続し、または、前記電源から電気的に切り離す接触器と、
    　前記フィルタコンデンサの端子間電圧の値である第１電圧値を測定する第１電圧測定部と、
    　前記接触器を投入して前記電力変換部を前記電源に電気的に接続し、または前記接触器を開放して前記電力変換部を前記電源から電気的に切り離す接触器制御部と、
    　前記接触器制御部が前記接触器を投入してから定められた判別期間の間、前記接触器が投入された状態であるか否か、および、前記判別期間の前記第１電圧値の変化に基づいて、前記接触器の故障の有無を判別する故障判別部と、
    　を備える電力変換装置。
  2. 　前記接触器は、前記接触器が投入された状態であるか否かを示す状態信号を出力し、
    　前記故障判別部は、前記状態信号、および、前記判別期間の前記第１電圧値の変化に基づいて、前記接触器の故障の有無を判別する、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記電源は直流電源であって、
    　前記接触器の一端と、前記電力変換部の前記一次端子の他方との間の電圧の値である第２電圧値を測定する第２電圧測定部をさらに備え、
    　前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であるか否か、前記判別期間の前記第１電圧値の変化、および、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値と前記第２電圧値との差に基づいて、前記接触器の故障の有無を判別する、
    　請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記電源は交流電源であって、
    　前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であるか否か、前記判別期間の前記第１電圧値の変化、および、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値に基づいて、前記接触器の故障の有無を判別する、
    　請求項１または２に記載の電力変換装置。
  5. 　前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が基準値以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する、
    　請求項１または２に記載の電力変換装置。
  6. 　前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が基準値以上であると判定した場合に、前記接触器の故障が生じていることを示す故障判別信号を前記判定結果として出力する、
    　請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値と前記第２電圧値との差の絶対値が第１閾値電圧以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する、
    　請求項３に記載の電力変換装置。
  8. 　前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が前記基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値と前記第２電圧値との差の絶対値が前記第１閾値電圧以上であると判定した場合に、前記接触器の故障が生じていることを示す故障判別信号を前記判定結果として出力する、
    　請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 　前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値が第２閾値電圧以下であるか否かを判定し、判定結果を出力する、
    　請求項４に記載の電力変換装置。
  10. 　前記故障判別部は、前記判別期間の間、前記接触器が投入された状態であって、かつ、前記判別期間の前記第１電圧値の減少幅が前記基準値以上であって、かつ、前記判別期間の経過後の前記第１電圧値が前記第２閾値電圧以下であると判定した場合に、前記接触器の故障が生じていることを示す故障判別信号を前記判定結果として出力する、
    　請求項９に記載の電力変換装置。
  11. 　前記接触器制御部は、前記故障判別部が、前記接触器が故障していると判別した場合に、前記接触器を開放する、
    　請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  12. 　電源から一次端子を介して供給された直流電力を、直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する電力変換部を前記電源に電気的に接続、または、前記電源から電気的に切り離す接触器が投入されてから定められた判別期間の間、前記接触器が投入された状態であるか否か、および、前記判別期間に前記電力変換部の一次端子の間に接続されたフィルタコンデンサの端子間電圧の値の変化に基づいて、前記接触器の故障の有無を判別する、
    　故障判別方法。
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