JPH02159902A - 電気車制御装置の保護回路 - Google Patents

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） この発明は電気車制御装置の保護回路に関する。

（従来の技術） 一般に、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータに
より誘導電動機を制御する電気車の主回路は第２図に示
すような構成を備えており、パンタグラフ１により集電
したＭ源電流を断流器２−高速度しゃ断器３−フィルタ
リアクトル４を通してフィルタコンデンサ５に充電し、
このフィルタコンデンサ５に並列に接続されているＶＶ
Ｖ　Ｆインバータ６に対して直流電力を供給でるように
している。

そして、このような電気車制御装置の主回路に対して、
従来は、フィルタコンデンサ５に並列に電圧検出器７を
接続し、フィルタコンデンサ５の両端電圧を常に検出す
るようにしている。また、ＶＶＶＦインバータ６は３相
であり、各アームにはスイッチング素子としてのＧＴＯ
サイリスタ８１〜８６が配置されており、各アームのＧ
ＴＯすィリスタ８１〜８６それぞれに流れる過電流を検
知するための過電流検出器９１〜９６が短絡検出手段と
して配置されている。

ＶＶＶＦインバータ６の交流出力は誘導電動機１０に接
続され、フィルタコンデンサ５の直流電力をＶＶＶＦイ
ンバータ６によって交流電力に変換してこの誘導電動機
１０の回転制御を行なうようなしている。

ＶＶＶＦインバータ６は正常な時には同じ相の上下のア
ームのＧＴＯサイリスタ、例えばＧＴＯサイリスタ８１
とＧＴＯサイリスタ８２が同時にＯＮすることはあり得
ないが、何等かの原因で上下のアームのＧＴ、○サイリ
スタ８１．８２が同時にＯＮｔ、た場合にはその相にフ
ィルタコンデンサ５からの放電電荷が集中しないように
３相全てのＧＴ○ザイリスタ８１〜８６をＯＮさせてフ
ィルタコンデンサ５の放電電流を６つのアームに分散さ
せるようにし、同時に高速度しゃ断器３をＯＦＦするこ
とにより架線側から電源電流が流れ込まないように保護
動作するようにしている。

つまり、第３図に示す従来の電気車制御′ｌＩ装置の保
護回路は、上下対称なアームに対する過電流検出器９１
．９２　；９３．９４　；９５，９６からの短絡検出信
号を２人力とする論理積回路１１と、論理積回路１１の
ハイレベル出力によって反転するフリップフロップ回路
１２とを備えており、フリップフロップ回路１２のハイ
レベル出力により故障表示灯１３が点灯し、同時にフリ
ップフロップ回路１２から信号により高速度しゃ断器（
ＨＢ）３をトリップさせるようにしている。加えて、フ
リップフロップ回路１２のリセット端子には運転士の高
速度しゃ断器リセットボタン１４が接続されており、フ
リップフロップ回路１２が反転動作した時も、リセット
ボタン１４からのリセット信号が入力されることにより
ハイレベル信号の出力を停止するようにしている。

従って、ＶＶＶＦインバータ６の何れかのアームのＧＴ
Ｏサイリスタ、例えば８２に導通破壊が発生した場合、
上下対称なアームそ、れぞれに殿けられている過電流検
出器９１．９２から同時に短絡検知信号が論理積回路１
１に入力され、論理積回路１１はハイレベル信号をフリ
ップフロップ回路１２に与え、フリップフロップ回路１
２は反転してハイレベル信号を故障表示灯１３と高速度
しゃ断器３に与え、故障表示灯１３により運転士に対し
てＶＶＶＦインバータ６の故障発生を知らせると共に、
高速度しゃ断器３をトリップさせて電源電力がＶＶＶＦ
インバータ６に入力されるのをしゃ断づる。そして、運
転士はリセットボタン１４を操作することによりリセッ
ト信号をフリップフロップ回路１２のリセット端子に入
力覆ると、フリップフロップ回路１２の出力はロウレベ
ルとなり、故障表示灯１３を消灯すると共に高速度しゃ
断器３を復帰させ、再び電源電力をＶＶＶＦインバータ
６に入力可能な状態とする。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の電気車制御装置の保護
回路では、運転士はＶＶＶＦインバータが実際に故障し
たのか、単なる誤動作により一時的に短絡検出信号が入
力されるようになったのか判断できず、リセット１４を
操作して再度主回路を形成しようとするが、実際にＶＶ
ＶＦインバータ６の何れかのＧＴＯサイリスタに導通破
壊が起っているような場合には、例えばＧＴＯサイリス
タ８２が導通破壊していたような場合には、リセットボ
タン１４の操作によって再起動した途端に正常なＧＴＯ
サイリスタ８１がＯＮしてアーム短絡を起こしてしまう
。

アーム短絡が発生すると、高速度しゃ断器３は大電流を
しゃ断するために大音響を轟かせることになるが、車両
に乗っている乗客はこの大音響により不安感を覚えるよ
うになることもあり、特に運転士がリセット再起動操作
を２度、３度繰り返すならば全てのＧＴＯサイリスタに
対して電流過負荷動作を強いることになり、健全であっ
たＧＴＯサイリスタまでが破壊されてしまう問題点があ
った。同時に、既に破壊してしまっているＧＴＯサイリ
スタに対し何度も過電流が流れると、損傷個所の荒れが
ひどくなり、事故調査、原因調査を困難にしてしまう問
題点もあった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みて成されて
ものであって、アーム短絡動作発生直後に自動的にＶＶ
ＶＦインバータの各アームのＧＴＯサイリスタの故障診
断を行ない、ＧＴＯサイリスタの１つに導通破壊が発生
しているような場合には運転士のリセットボタンの操作
に対してもリセット動作を行なわせないようにし、回路
の保護を図ることができる電気車制御装置の保護回路を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明の電気車制御装置の保護回路は、電源をしゃ断
する断流手段と、この断流手段を通して入力される電源
電流に対するフィルタコンデンサと、このフィルタコン
デンサの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記フィ
ルタコンデンサからの直流を変換して誘導電動機に交流
電力を与える可変電圧可変周波数インバータと、この可
変電圧可変周波数インバータの各アームのＧＴＯサイリ
スタの短絡を検出する短絡検出手段と、この短絡検出手
段の短絡検出信号を受けて前記断流手段を動作させる断
流制御手段と、前記フィルタコンデンサの電圧検出手段
の電圧検出値が所定値以下である時に前記断流制御手段
のリセット動作を禁止する断流リセット禁止手段とを備
えたものである。

（作用） この発明の電気車制御装置の保護回路では、ＶＶＶＦイ
ンバータの一対の上下のアームに短絡故障が発生した場
合、短絡検出手段が短絡検出信号を断流制御手段に与え
、断流制御手段はこの短絡検出信号を受けて断流手段を
動作させ、電源電流がフィルタコンデンサを通してＶＶ
ＶＦインバータに供給されるのを停止する。

そして、断流手段が断流動作を行ない主回路が開かれる
と、直ちにＶＶＶＦインバータは回生モードに移り、残
留磁束をフィルタコンデンサに充電するようになる。

しかしながら、ＶＶＶＦインバータ内の何れかのＧＴＯ
サイリスタに導通破壊が生じていると、フィルタコンデ
ンサに対する充電は行なわれなくなり、フィルタコンデ
ンサの両端電圧を検出する電圧検出手段からの電圧検出
値は所定値以下になり、断流リセット禁止手段は断流制
御手段に対してリセット動作を禁止する。この結果断流
制御手段は断流手段のリセット動作を行なえなくし、運
転士のリセット操作に対しても断流手段をリセットされ
ることを防止できる。

（実施例〉 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例のブロック図であり、第３
図に示した従来例と共通の構成を有する部分については
同一の符号を用いて示している。

そしてこの実施例では、運転士のリセットボタン１４か
らの運転士リセット信号とフリップフロップ回路１２の
リセット端子との間に新たに論理積回路１５を設け、ま
たフリップフロップ回路１２の出力に対して論理積回路
１５を設けている。

そして論理積回路１５に対してはフリップフロップ回路
１６の反転出力をインバータ１７を介して入力するよう
にしている。

またもう一方の論理積回路１８は、フリップフロップ回
路１２０反転借号と共に、実測車速へと車速比較値ＶＬ
Ｃとの比較器１９の出力と、高速度しゃ断器（ＨＢ）３
に対するトリップ確認信号とを入力とし、この論理積回
路１８の出力はデイレイ回路２０に与えられるようにな
っている。

そしてデイレイ回路２０の出力はすべり周波数（「Ｓ）
演算回路２１に与えられ、このすべり周波数演算回路２
１の出力がゲートスタート信号となると共に、もう１つ
のデイレイ回路２２に入力されるようになっており、こ
のデイレイ回路２２の出力が論理積回路２３に入力され
るようになっている。

論理積回路２３のもう一方の入力は、フィルタコンデン
サの電圧検出器７からのフィルタコンデンサ電圧検出値
Ｘを比較電圧（５０Ｖ）と比較するコンパレータ２４の
出力が接続されてＪ３す、この論理積回路２３の出力は
前記フリップフ口ツブ回路１６の入力となっている。

前記デイレイ回路２０のデイレイ時間は１秒にセットさ
れ、もう１つのデイレイ回路２２のデイレイ時間は３秒
にセットされている。

さらに前記フリップフロップ回路１６のリセット端子に
はパンタグラフが運転士によってダウンされたことを検
出するパンタグラフダウン信号が接続されている。

上記の構成の電気車制御装置の保護回路の動作について
、次に説明する。

第２図に示づ主回路において、ＶＶＶＦインバータ６の
ＧＴＯサイリスタ８１〜８６のうちの何れか１つに導通
破壊が発生した時、その故障の発生したＧＴＯサイリス
タと上下対になるＧＴＯサイリスタもほぼ同時に短絡し
、過電流検出器９１〜９６のうち短絡事故の起こったＧ
ＴＯサイリスタに対するものが第１図に示すように同時
に短絡検知信号を論理積回路１１に入力し、論理積回路
１１はハイレベル信号を７リツプ７０ツブ回路１２に与
える。

するとフリツプフロツプ回路１２は反転しハイレベル信
号を出力し、高速度しゃ断器３はトリップし、主回路の
電源側の電力供給を直ちに停止することになる。そして
この動作と同時に、運転室に設けられている故障表示灯
１３も点灯することになる。

そして、このような高速度しゃ断器３のトリップにより
主回路が切られた後、運転士がリセットボタン１４の操
作によりリセット信号を入力した場合、従来ならばリセ
ット信号が直接フリップフロップ回路１２のリセット端
子に入力され、高速度しゃ断器３のトリップ解除がなさ
れることとなったが、この実施例の場合には、運転士に
よるリセットボタン１４の操作によるリセット信号はひ
とまず論理積回路１５の一方の入力に与えられることに
なる。この論理積回路１５の他方の入力には反転回路１
７の出力が与えられているが、反転回路１７はフリップ
フロップ回路１６の出力がロウレベルにある時にハイレ
ベレ出力とすることになり、フリツプフロツプ回路１６
の出力は後述するように直ちにロウレベルとなることは
ないために、論理積回路１５からハイレベル信号がフリ
ップフロップ回路１２のリセット端子に出力されること
はなく、運転士によるリセットボタン１４のリセット操
作により直ちに高速度しゃ断器３のトリップ解除が行な
われることはない。

フリップフロップ回路１２のリセット端子に論理積回路
１５からリセット入力が与えられるのは次の場合である
。

まず論理積回路１８には、短絡故障によりフリツプフロ
ツプ回路１２から高速度しゃ断器３のトリップ指令が与
えられ、そのトリップ指令により高速度しゃ断器３がト
リップ動作をしたことを確認する信号が与えられ、さら
に電気車が走行状態にあって実測車速Ｘが車速基準値Ｖ
ＬＣよりも大きくて比較器１９からハイレベル信号が与
えられる場合にのみハイレベル信号を出力する。

そしてこの論理積回路１８の出力はデイレイ回路２０に
入力され、予め設定されている時間、この実施例の場合
には１秒たった後にハイレベル信号をすべり周波数演算
回路２１に出力し、すべり周波数演算回路２１はこのハ
イレベル入力により演算動作を開始し、インバータ６の
各ＧＴＯサイリスタ８１〜８６のゲートスタートを行な
わせる。

電気車の走行中に保護動作が働いた時、高速度しゃ断器
３がＯＦＦとなって主回路がＯＦＦとなるが、誘導電動
１１１０にはいくらかの残留磁束があり、（べり周波数
演算回路２１によって回生モード運転、すなわちすべり
周波数［Ｓ〈０として運転すると、短時間でフィルタコ
ンデンサ５を再充電し始める。しかし、ＶｖＶＦインバ
ータ６のＧＴｏサイリスタ８１〜８６のいずれかが導通
破壊していると、フィルタコンデンサ５の電圧はほぼＯ
ｖのままとなり、電圧検出器７はコンパレータ２４に対
してＯ■信号を与え、比較基！＄−電圧５０Ｖとの比較
により、フィルタコンデンサ電圧検出値Ｘの方が小さい
ためにハイレベル信号を論理積回路２３に与えることに
なる。

そこで、すべり周波数演算回路２．１が動作を行ないゲ
ートスタートし、もう１つのデイレイ回路２２に対して
ハイレベル信号が与えられると、このデイレイ回路２２
は所定の設定時間、例えば３秒たった後に論理積回路２
３にハイレベル信号を入力することになる。

この結果、論理積回路２３の出力はデイレイ回路２２か
らのハイレベル信号とコンパレータ２４からのハイレベ
ル信号との入力により、ハイレベル出力をフリップフロ
ップ回路１６に与えることになり、フリップフロップ回
路１６は反転して反転回路１７にハイレベル信号を与え
、反転回路１７の出力は逆にロウレベルにロックされる
ことになる。

これにより、論理積回路１５の出力もロウレベルのまま
となり、運転士のリセットボタン１４のボタンの操作に
よるリセット信号は受は付けられなくなり、高速度しゃ
断器３を再投入することを防止できるようになる。

そしてこのように７リツプフロツブ回路１２のリセット
入力が防止されることにより、高速度しゃ断器３が短絡
故障が発生した時に直ちに再投入されることがなくなり
、大音響の発生により乗客に不安感を与えることを解消
することができ、また伯のＧＴＯサイリスタへの悪影響
をも防ぐことができるようになる。

高速度しゃ断器３のトリップが誤動作により発生したよ
うな場合、ＶＶＶＦインバータ６の全てのＧＴＯサイリ
スタ８１〜８６が正常であるため、トリップ発生後すべ
り周波数演算回路２１によりゲートスタートが行なわれ
ると、ＶＶＶＦインバータ６は回生モード運転に移り、
誘導電動機１０の残留磁束がフィルタコンデンサ５に充
電されるようになり、電圧検出器７の検出値Ｘは比較電
圧５０Ｖよりも大きくなり、コンバータ２４の出力はロ
ウレベルとなり、論理積回路２３の出力も［ｌウレベル
となり、フリツプフロツプ回路１６は反転されずにロウ
レベル信号を反転回路１７に与えることになる。

従って、反転回路１７の出力はハイレベルとなり、論理
積回路１５は運転士のリセットボタン１４の操作による
リセット信号に応答してフリップフロップ回路１２にリ
セット信号を与えることができるようになり、フリツプ
フロツプ回路１２は運転士のリセットボタン１４の操作
によるリセット信号の入力によって直ちにリセットされ
、通常の動作に復帰することができるようになる。

なお、ＶＶＶＦインバータ６のＧＴＯサイリスタ８１〜
８６のうちの何れかに導通破壊が発生しており、運転士
のリセットボタン１４のリセット操作によっても高速度
しゃ断器３のトリップ解除が行なえない場合、元の状態
に復帰するためには電気車を完全にＯＦＦ状態にするこ
とによってパンタグラフダウン信号を７リツプフロツプ
回路１６のリセット端子に入力するようにする。この結
果、フリップフロップ回路１６はリセットされ、ロウレ
ベル信号を反転回路１７に与え、反転回路１７はハイレ
ベル信号を論理積回路１５に与えることになり、運転士
のリセットボタン１４の操作によりもう１つのフリツプ
フロツプ回路１２をリセットし、高速度しゃ断器３のト
リップの解除を行なうことができるようになるのである
。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、ＶＶＶＦインバータの
ＧＴＯサイリスタの１つに導通破壊が生じたような場合
、自動的にＧＴＯサイリスタの故障診断を行ない、ＧＴ
Ｏサイリスタの１つの導通破壊が発生しているならばそ
れを検出して運転士のリセット操作を無効とし、主回路
が再投入されないようにしているため、従来のように導
通破壊による断流手段のトリップの後も運転士のリセッ
ト操作により２度、３度断流手段が再投入されて大音響
を発６乗客に不安感を与えるということがなく、また健
全なＧＴＯサイリスタの一斉尋通に起因した過電流の通
流による悪影響をも防止することができ、さらに導通破
壊の生じているＧＴＯサイリスタに再導通が行なわれる
ために破損個所の荒れが拡大することも防止でき、原因
調査を容易なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路ブロック図、第２図
は一般的な電気車制御装置の主回路の回路図、第３図は
従来例の回路ブロック図である。 １・・・パンタグラフ　３・・・高速度しゃ断器４・・
・フィルタリアクトル ５・・・フィルタコンデンサ ー６・・・可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ ７・・・電圧検出器 ８１〜８６・・・ＧＴＯサイリスタ ９１〜９６胃過電流検出器 １０・・・誘導電動機　１１・・・論理積回路１２・・
・フリップフロップ回路 １３・・・故障表示灯　１４・・・リセットボタン１５
・・・論理積回路 １６・・・フリップフロップ回路 １７・・・反転回路　１８・・・論理積回路１９・・・
コンパレータ　２０・・・デイレイ回路２１・・・すべ
り周波数演算回路 ２２・・・デイレイ回路　２３・・・論理積回路２４・
・・コンパレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源をしゃ断する断流手段と、この断流手段を通して入
   力される電源電流に対するフィルタコンデンサと、この
   フィルタコンデンサの両端電圧を検出する電圧検出手段
   と、前記フィルタコンデンサからの直流を変換して誘導
   電動機に交流電力を与える可変電圧可変周波数インバー
   タと、この可変電圧可変周波数インバータの各アームの
   ＧＴＯサイリスタの短絡を検出する短絡検出手段と、こ
   の短絡検出手段の短絡検出信号を受けて前記断流手段を
   動作させる断流制御手段と、前記フィルタコンデンサの
   電圧検出手段の電圧検出値が所定値以下である時に前記
   断流制御手段のリセット動作を禁止する断流リセット禁
   止手段とを備えて成る電気車制御装置の保護回路。