JP3998632B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車制御装置に関する。

従来の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図５は従来の電気車制御装置の構成図である。尚、同一の機器でも固体同士区別する必要がある場合には、ローマ字（たとえば、ａ,ｂ,c）を付して記載する。

従来の電気車制御装置は、架線１から電力を受け取るパンタグラフ２,パンタグラフ２と、高速度遮断器３,接触器５,フィルタリアクトル６,フィルタコンデンサ７を介して接続され、電気車を駆動する電動機９を制御する可変電圧可変周波インバータ８（以下ＶＶＶＦインバータ８）と、パンタグラフ２と、高速度遮断器１０,接触器１２,トランス１３,切替器１４ａを介してして接続され、サービス電源となる定電圧定周波電力（例えばＡＣ４４０Ｖ、６０Ｈｚ）を供給するＣＶＣＦインバータ１５と,ＣＶＣＦインバータ１５の出力側に設けられた切替器１４ｂから主に構成されている。

このように構成された従来の電気車制御装置において、ＣＶＣＦインバータ１５が故障すると、切替器１４ａ，１４ｂを動作させ、高速度遮断器１０，接触器１２、フィルタリアクトル１３、切替器接点１４ａを介して、ＶＶＶＦインバータ群８ＣをＣＶＣＦモードで動作させ、その出力を切替器接点１４ｂを介して、トランス１６等の機器へ交流電力を供給する。

このように構成された従来の電気車制御装置は、ＣＶＣＦインバータ１５が万一故障をしても、ＶＶＶＦインバータ８CがＣＶＣＦインバータとして動作するため、安全性が高い。
特開2003−143701号公報

しかし、ＣＶＣＦインバータ１５が故障した場合に、ＶＶＶＦインバータ８ＣはＣＶＣＦインバータとして動作させるので、モータ９Ｃはトルクを発生しなくなる。モータ９Ｃはトルクを発生しなくなるので、電車１両分の駆動性能は、２／３に低下する問題がある。

そこで、本発明の目的は、車両の駆動性能を落とすことなく、安全性の高い電気車制御装置を提供することである。

上記課題は、２台のＣＶＣＦインバータを有する電気車制御装置において、前記２台のＣＶＣＦインバータの入力側に設けられたフィルタリアクトルと、前記フィルタリアクトルと前記２台のＣＶＣＦインバータの間に各々設けられた第１の接触器と、前記２台のＣＶＣＦインバータの出力側に設けられた１台の交流フィルタと、前記交流フィルターの出力側に設けられた１台のトランスと、前記２台のＣＶＣＦインバータの出力側と前記交流フィルターの間に各々設けられた第２の接触器とを有し、前記２台のＣＶＣＦインバータの動作回数及び動作時間、又はインバータの保護動作の検知、又は手動によるインバータの選択情報に基づきいずれのインバータを起動させるか判定する切替条件判定部と、前記切替条件判定部による判定に基づき、一方のＣＶＣＦインバータが動作をする場合には、当該ＣＶＣＦインバータの動作に必要な前記第１の接触器及び第２の接触器を閉じ、他方のＣＶＣＦインバータの動作に必要な前記第１の接触器及び前記第２の接触器は開く制御を行う起動優先司令部を備え、前記切替条件判定部は、前記第１又は第２の接触器の固渋を検知する固渋検知部を有し、この固渋検知部により接触器の固渋が検知された場合には、前記起動優先司令部は、第１及び第２の接触器が固渋していない一方のＣＶＣＦインバータを動作させることによって達成できる。

本発明に基づく電気車制御装置により、車両の駆動性能を落とすことなく、安全性の高い電気車制御装置を提供することが出来る。

（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置のブロック図である。尚、図５に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置において、接触器（第１の接触器）１７ａ，接触器（第１の接触器）１７ｂ、接触器（第２の接触器）１９ａ，接触器（第２の接触器）１９ｂは、起動優先指令部２２の指令に基づいて動作をするＣＶＣＦインバータ１５を切り替える。即ち、接触器１７ａと接触器１９ａを導通させＣＶＣＦインバータ１５ａが動作している際には、、接触器１７ｂと１１ｂを開放させ、ＣＶＣＦインバータ１５ｂは動作をしない。尚、交流側開放スイッチ１１ａ、１１ｂと負荷側の間には、１組の交流フィルタ２０とトランス１６を設けている。

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置において、比較的故障する頻度の高いＣＶＣＦインバータ１５ａ，ＣＶＣＦインバータ１５ｂとＣＶＣＦインバータ１５に付随するフィルタコンデンサ１８ａ，フィルタコンデンサ１８ｂおよび接触器１７ａ，接触器１７ｂ，接触器１９ａ，接触器１９ｂを２群構成とし、比較的故障が少なく、装置が大型になりやすいその他の部分については共通化している。

このように構成された電気車制御装置において、ＣＶＣＦインバータ１５ａ及びＣＶＣＦインバータ１５ｂのいずれも正常状態である場合、起動優先指令部２２より優先起動指令を与え、優先起動指令を得たＣＶＣＦインバータが動作を行い、他のＣＶＣＦインバータは待機群とする。又起動優先司令部２２は、動作するインバータ群の各接触器へ投入指令を送り、待機側となる接触器には開放指令を送る。

このように構成された電気車制御装置において、起動優先司令部２２は、条件優先起動指令を切替条件判定部２１からの入力に応じて、ＣＶＣＦインバータ１５ａ及びＣＶＣＦインバータ１５ｂに交互に送る。切替条件判定部２１は、所定の決められた時間間隔（タイマー２１ｂにより計測）や動作回数（動作回数カウンタ２１ａにより計測）のＡＮＤ条件を満たす場合（判定部２１ｅにて判定する）と、他群保護動作の検知（保護検知部２１ｃにより検知）時、手動群選択検知（手動群選択検知部２１ｄにより検知）時に、ＣＶＣＦインバータ１５の切替を判定する（判定部２１ｇにより判定する）。

このように構成された電気車制御装置は、２台のＣＶＣＦインバータ１５の動作機会を均等にすること出来るので、ＣＶＣＦインバータの消耗もバランス良く行われ、長寿化することができる。

このように構成された電気車制御装置は、ＶＶＶＦインバータとは構成要素が完全に独立しているため、車両の駆動性能を落とさず、冗長性も確保することができる。

（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置について、図１を参照し詳細に説明する。尚、図１及び図２に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。

本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置は、接触器が開放側に固まり動かなくなったり、逆に接触器が閉じたまま固まってしまい動かなくなる状態（以後固渋）になった場合に、固渋した接触器の状態に応じて、接触器を制御するものである。

このように構成された電気車制御装置は、たとえば、接触器１７ａが閉じたまま固渋してしまった場合には、接触器１９ａを閉じ、ＣＶＣＦインバータ１５ａの動作を継続させ、
他のＣＶＣＦインバータ１５ｂと接続されている接触器１７ｂ及び接触器１９ｂは開放状態とする。逆に、接触器１７ａが開いたまま固渋してしまった場合には、接触器１９ａを開放状態にし、接触器１７ｂ及び接触器１９ｂを閉じた状態にし、ＣＶＣＦインバータ１５ｂを動作させる。固渋状態は、切替条件判定部２１内の、固渋検知部（図示しない）により検知する。

このように構成された電気車制御装置は、接触器１７ａ,接触器１７ｂ,接触器１９ａ,接触器１９ｂは、ＣＶＣＦインバータへの電力の供給の切替用に使用され、固渋の状態によって動作させるＣＶＣＦインバータを選択することができるので、安全性が大幅に向上する。

このように構成された電気車制御装置は、２台のＣＶＣＦインバータ１５の動作機会を均等にすること出来るので、ＣＶＣＦインバータの消耗もバランス良く行われ、長寿化することができる。

このように構成された電気車制御装置は、ＶＶＶＦインバータとは構成要素が完全に独立しているため、車両の駆動性能を落とさず、冗長性も確保することができる。

（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図３は、本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。尚、図１及び図２に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。

本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置は、フィルターコンデンサ１８ａ及びフィルターコンデンサ１８ｂ各々を、ＣＶＣＦインバータ１５ａ及びＣＶＣＦインバータ１５ｂの近傍に配置し、コンデンサ２３をＣＶＣＦインバータ１５ａの架線側の入力端と出力端間に配置している。

このように構成された電気車制御装置において、フィルターコンデンサー１８ａ及びフィルターコンデンサ１８ｂの容量は、コンデンサ２３よりも小さくしている。

フィルターコンデンサ１８は、素子スイッチング時の電流跳ね上がりを抑制する役割を持ち、コンデンサ２３は、コンデンサ１８の容量では不足するパンタグラフ２離線時の架線１からの電力中断時にも一定時間ＣＶＣＦインバータ装置１５ａ，ＣＶＣＦインバータ１５ｂの動作を補償する役割を持つ。

このように構成された電気車制御装置は、フィルタコンデンサ１８ａ及びフィルタコンデンサ１８ｂの容量は、コンデンサ２３に比較して容量を小さくすることが可能なため、フィルタコンデンサ１８ａ及びフィルタコンデンサ１８ｂの大きさもコンデンサ７より小さくるすることが出来る。

また、このように構成された電気車制御装置は、いずれか一方しか稼動しないフィルタコンデンサ１８ａ及びフィルタコンデンサ１８ｂの容量を最小限に抑えるので、どちらのＣＶＣＦインバータ１５が動作しても常に稼動状態にあるコンデンサ２３の容量を大きくすることにより、静電容量の大きさに応じて大型化するコンデンサの大きさを最小限に抑えることができるため、装置全体の小型化が可能になる。

このように構成された電気車制御装置は、２台のＣＶＣＦインバータ１５の動作機会を均等にすること出来るので、ＣＶＣＦインバータの消耗もバランス良く行われ、長寿化することができる。

このように構成された電気車制御装置は、ＶＶＶＦインバータとは構成要素が完全に独立しているため、車両の駆動性能を落とさず、冗長性も確保することができる。

（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図４は、本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。尚、図１乃至図３に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。

本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置は、各ＣＶＣＦインバータ１５の動作に対応する接触器（同時動作手段を有した接触器）１７と接触器（同時動作手段を有した接触器）１９の動作を同時に行うことを特徴としている。そのため、接触器１７及び接触器１９は、主回路接点を４極有した接触器となっており、１つの投入/開放指令でＣＶＣＦインバータ各群の投入開放が可能になり、小型化を実現することができる。

このように構成された電気車制御装置において、ＣＶＣＦインバータ１５ａを起動する際には、起動優先司令部２２から接触器１７ａ及び１９ａに同時に指令が送られ、接触器１７ａ及び接触器１９ａは同時に閉じる。

このように構成された電気車制御装置は、２台のＣＶＣＦインバータ１５の動作機会を均等にすること出来るので、ＣＶＣＦインバータの消耗もバランス良く行われ、長寿化することができる。

このように構成された電気車制御装置は、ＶＶＶＦインバータとは構成要素が完全に独立しているため、車両の駆動性能を落とさず、冗長性も確保することができる。

（第５の実施の形態）
本発明に基づく第５の実施の形態の電気車制御装置について、図４を用いて詳細に説明する。尚、図１乃至図３に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。

本発明に基づく第５の実施の形態の電気車制御装置は、接触器を自己保持方式のものとした。自己保持方式でない接触器を適用すると、電源投入時に、接触器は初期状態となるため、接触器１７ａ,接触器１７ｂ,接触器１９ａ,接触器１９ｂは同じ状態となる。

このように構成された電気車制御装置は、自己保持方式の接触器を採用しているため、電源投入時には、電源投入前の状態が保持される。そのため、電源投入時の起動シーケンスを簡素化することができ、接触器の動作回数も最小限に抑え、接触器の長寿命化を実現することができる。

このように構成された電気車制御装置は、２台のＣＶＣＦインバータ１５の動作機会を均等にすること出来るので、ＣＶＣＦインバータの消耗もバランス良く行われ、長寿化することができる。

このように構成された電気車制御装置は、ＶＶＶＦインバータとは構成要素が完全に独立しているため、車両の駆動性能を落とさず、冗長性も確保することができる。

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置である。 本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置のブロック図である。 本発明に基づく第３の施の形態の電気車制御装置の構成図である。 本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。 従来の電気車制御装置の構成図である。

符号の説明

１・・・架線
２・・・パンタグラフ
３・・・高速度遮断器
４・・・充電抵抗器
５・・・接触器
６・・・フィルタリアクトル
７・・・フィルタコンデンサ
８・・・ＶＶＶＦインバータ
９・・・電動機
１０・・・高速度遮断器
１１・・・充電抵抗器
１２・・・接触器
１３・・・トランス
１４・・・切替器
１５・・・ＣＶＣＦインバータ
１６・・・トランス
１７・・・接触器
１８・・・フィルタコンデンサ
１９・・・接触器
２０・・・交流フィルタ
２１・・・切替判定部
２２・・・起動優先指令部
２３・・・コンデンサ

Claims (2)

1. ２台のＣＶＣＦインバータを有する電気車制御装置において、
   前記２台のＣＶＣＦインバータの入力側に設けられたフィルタリアクトルと
   前記フィルタリアクトルと前記２台のＣＶＣＦインバータの間に各々設けられた第１の接触器と、
   前記２台のＣＶＣＦインバータの出力側に設けられた１台の交流フィルタと、
   前記交流フィルターの出力側に設けられた１台のトランスと、
   前記２台のＣＶＣＦインバータの出力側と前記交流フィルターの間に各々設けられた第２の接触器とを有し、
   前記２台のＣＶＣＦインバータの動作回数及び動作時間、又はインバータの保護動作の検知、又は手動によるインバータの選択情報に基づきいずれのインバータを起動させるか判定する切替条件判定部と、
   前記切替条件判定部による判定に基づき、一方のＣＶＣＦインバータが動作をする場合には、当該ＣＶＣＦインバータの動作に必要な前記第１の接触器及び第２の接触器を閉じ、他方のＣＶＣＦインバータの動作に必要な前記第１の接触器及び前記第２の接触器は開く制御を行う起動優先司令部を備え、
   前記切替条件判定部は、前記第１又は第２の接触器の固渋を検知する固渋検知部を有し、この固渋検知部により接触器の固渋が検知された場合には、前記起動優先司令部は、第１及び第２の接触器が固渋していない一方のＣＶＣＦインバータを動作させることを特徴とする電気車制御装置。
2. 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、
   前記ＣＶＣＦインバータの直流入出力端に各々設けられた第１のフィルターコンデンサと、
   パンタグラフの離線時に前記ＣＶＣＦインバータの動作を補償するために、前記第１のフィルターコンデンサよりも架線側の前記ＣＶＣＦインバータの直流入出力端に設けられ、前記第１のフィルターコンデンサの容量よりも容量が大きな第２のフィルタコンデンサと備えたことを特徴とする電気車制御装置。

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