JPH1189003A

JPH1189003A - 電気車制御装置

Info

Publication number: JPH1189003A
Application number: JP9245753A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Makino; 友由牧野; Takuma Henmi; 琢磨逸見; Ikuya Aoyama; 育也青山
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Transport Engineering Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Transport Engineering Inc
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ＶＶＶＦインバータ装置の自己消弧形半導体
素子が短絡故障しても、運転に冗長性を持たせ、継続し
て運転できるようにする。【解決手段】この発明の電気車制御装置は、ＶＶＶＦ
インバータ装置３の自己消弧形半導体素子が短絡故障し
た場合、短絡故障を起こしている素子数を検出し、健全
な残りの自己消弧形半導体素子により電気車の走行が継
続できるかどうか、あるいは主回路の開放が必要かどう
か開放制御部１３で判断する。例えば、並列接続した自
己消弧形半導体素子が全数短絡故障した場合には、ＶＶ
ＶＦインバータ装置を動作させることができないが、並
列接続した自己消弧形半導体素子の１つが動作できるの
であれば、インバータ動作可能と判断し、負荷である交
流電動機５を駆動して運転を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の駆動用電
動機を制御する電気車制御装置に関し、特に装置異常時
の保護協調に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気車を駆動する電動機の制御装置とし
ては、１車両に対して複数台の交流電動機を設け、これ
ら各交流電動機をそれぞれ対応する可変電圧、可変周波
数インバータ装置（以後、ＶＶＶＦインバータ装置と称
する）により制御するようにしたものがある。このよう
なＶＶＶＦインバータ装置による交流電動機駆動の電気
車においては、万一、ＶＶＶＦインバータ装置が故障し
た場合、電気車を円滑に走行できるように故障部位を速
やかに主回路から切り離し、電気車を継続運転可能な構
成にしておく必要がある。

【０００３】図６はＶＶＶＦインバータ装置により制御
される交流電動機として三相誘導電動機駆動の電気車の
代表的な主回路構成を示すものである。図６に示すよう
に、直流架線からパンタグラフ１を介して集電された直
流電力はその入出力を行う断流器２、充電抵抗７が並列
に接続された充電投入接触器８、フィルタリアクトル９
ａ〜９ｄを通して、それぞれ並列接続された４個のＶＶ
ＶＦインバータ装置３ａ〜３ｄに入力し、これらの各Ｖ
ＶＶＦインバータ装置３ａ〜３ｄは直流電力を可変電圧
可変周波数の交流電力に変換して三相誘導電動機（Ｉ
Ｍ）５ａ〜５ｄ各々に供給するようにしている。そして
各ＶＶＶＦインバータ装置３ａ〜３ｄの入力側には、故
障時に各ＶＶＶＦインバータ装置を個別に開放するため
の主回路開放スイッチ６ａ〜６ｄが設けられている。ま
た、各三相ブリッジ回路の入力側にはフィルタコンデン
サ１０ａ〜１０ｄが設けられている。

【０００４】上記各ＶＶＶＦインバータ装置３ａ〜３ｄ
には自己消弧形半導体素子、例えば、ＧＴＯサイリスタ
やＩＧＢＴが使用され、これらにより三相ブリッジ回路
を構成して任意のタイミングで導通、非導通状態に制御
可能になっている。

【０００５】図７に従来の自己消弧形半導体素子が短絡
故障したときの制御ブロック図を示す（この図７では、
ＶＶＶＦインバータ装置３を１台だけ示しているが、図
６におけるＶＶＶＦインバータ装置３ａ〜３ｄそれぞれ
に対応するものである）。ＶＶＶＦインバータ装置の三
相ブリッジ回路に自己消弧形半導体素子３ａａ〜３ａｆ
をオン／オフさせるには、ゲート抵抗３ｂａ，３ｂｂ
（図７では、半導体素子３ａｃ〜３ａｆのゲート抵抗は
省略しているが、同様に設けられている。）を介してゲ
ート信号を供給する。そして図示していないゲート信号
発生部からのゲート信号を、半導体素子３ａａ〜３ａｆ
をオン／オフさせるのに十分なレベルまで増幅させるゲ
ートアンプ部２２とゲートアンプ部へ電源供給するゲー
ト電源部２１が必要である。

【０００６】このゲート電源部２１は通常、１つのイン
バータ装置に１台あり（組み合わせにより変更はでき
る）、一般には、半導体素子をオン動作させる時以外は
オン動作しないようにオフバイアス電圧を印加してい
る。しかしながら、上側の自己消弧形半導体素子３ａａ
が短絡して下側の自己消弧形半導体素子３ａｂがオンす
ると、最終的にゲート電源部２１が短絡状態となる。

【０００７】電気車の場合、ゲート電源部２１は車両の
バッテリから電力が供給されているため、ゲート電源部
２１が短絡状態となると、車両全体の電源をオフするま
で短絡状態が続くことになる。このため、従来は、負荷
短絡状態に耐える容量のある電源装置にて構成してい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電気車制御
装置を車両に搭載するには、車両の外形、スペース、質
量に制約があることから、小型軽量であることが要求さ
れ、また自己消弧形半導体素子が故障しても、運転に冗
長性を持たせ、継続運転できなければならない。

【０００９】しかし、上述した構成の電気車制御装置で
は、自己消弧形半導体素子が短絡しても、それに耐える
大容量の電源装置を用いていたため、発熱スペースが必
要となるばかりか、質量的にも経済的にも問題点があっ
た。

【００１０】本発明では、上記のような問題点を解消
し、重量的、空間的、経済的に優れ、自己消弧形半導体
素子が故障しても故障部位を速やかに検知、開放し、拡
大被害を最小限にし、かつ電気車の運転継続が可能な電
気車制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、自己
消弧形半導体素子の三相ブリッジで、それぞれ並列に構
成されたインバータ装置により駆動用交流電動機を駆動
制御する電気車制御装置において、前記インバータ装置
のいずれかの自己消弧形半導体素子の短絡故障を、該当
する自己消弧形半導体素子からゲート回路に流れる過電
流にて検出する素子過電流検出手段を備えたものであ
る。

【００１２】請求項１の発明の電気車制御装置では、イ
ンバータ装置のいずれかの自己消弧形半導体素子に短絡
故障が発生したとき、該当する自己消弧形半導体素子か
らゲート回路に流れる過電流によって短絡故障を検出す
る。これにより、短絡故障を起こした自己消弧形半導体
素子を識別することができる。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の電気車制御
装置において、前記素子過電流検出手段によりいずれか
の自己消弧形半導体素子の短絡故障を検出したとき、該
当する自己消弧形半導体素子のゲート回路及び自己消弧
形半導体素子を開放する保護手段を備えたものである。

【００１４】請求項２の発明の電気車制御装置では、イ
ンバータ装置の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場
合、自己消弧形半導体素子のゲート信号に流れる電流を
ゲート−エミッタ間、主回路のＰＮ間であるコレクタ−
エミッタ間のエミッタ側を開放することにより、短絡さ
れたゲート回路を開放し、同時に短絡された主回路を開
放する保護動作を行う。こうして、ゲートのオフバイア
ス電圧が継続して短絡する前に自己消弧形半導体素子の
短絡故障を検知することによって、短絡電流によるゲー
ト抵抗の焼損、出力トランジスタの破壊を防止する。

【００１５】請求項３の発明は、請求項２の電気車制御
装置において、さらに、故障検出により開放した自己消
弧形半導体素子の数を検出する手段と、この故障検出し
た自己消弧形半導体素子の数から該当するインバータ装
置を動作させるか、開放するかを決定する開放制御手段
とを備えたものである。

【００１６】請求項３の発明の電気車制御装置では、イ
ンバータ装置の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場
合、短絡故障を起こしている素子数を検出し、健全な残
りの自己消弧形半導体素子により電気車の走行が継続で
きるかどうか、あるいは主回路の開放が必要かどうか判
断する。例えば、並列接続した自己消弧形半導体素子の
いずれもが短絡故障した場合には、インバータ装置を動
作させることができないが、並列接続した自己消弧形半
導体素子の１つが動作できるのであればインバータ動作
可能と判断し、負荷である交流電動機を駆動して運転を
継続する。

【００１７】請求項４の発明は、請求項３の電気車制御
装置において、さらに、前記開放制御手段により前記イ
ンバータ装置を動作させると決定したとき、故障した自
己消弧形半導体素子の数により、電流制御指令量を決定
する手段を備えたものである。

【００１８】請求項４の発明の電気車制御装置では、イ
ンバータ装置の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場
合、短絡故障を起こしている素子数を検出し、健全な残
りの自己消弧形半導体素子により電気車の走行が継続で
きるかどうか、あるいは主回路の開放が必要かどうか判
断し、さらに走行が継続できると判断した場合には、健
全な残りの自己消弧形半導体素子にて走行できる電流値
を算出し、インバータ装置の電流指令を自己消弧形半導
体素子の数により、次の関数式に基づいて算出した電流
値に補正する。

【００１９】ＩＭmax＝（Ｎｐ−Ｂ＊ｋ）＊ＩＭｐ／Ｎｐここで、ＩＭｐ：正常時の電流最大値Ｎｐ：並列している自己消弧形半導体素子の数Ｂ：開放した自己消弧形半導体素子の数ｋ：補正係数この補正電流指令値により、インバータ装置運転を行う
ことにより、負荷である交流電動機を駆動することがで
き、運転継続できる。

【００２０】請求項５の発明は、自己消弧形半導体素子
の三相ブリッジで、それぞれ並列に構成されたインバー
タ装置により駆動用交流電動機を駆動制御する電気車制
御装置において、前記インバータ装置の各自己消弧形半
導体素子のゲート信号を検出する検出手段と、前記自己
消弧形半導体素子各々のゲート指令信号と前記検出手段
によって検出したゲート信号とを比較して異常を検出
し、該当する自己消弧形半導体素子に対するゲート電源
を開放するゲート電源開放手段と、前記異常検出時にイ
ンバータ装置の主回路を開放する主回路開放手段とを備
えたものである。

【００２１】請求項５の発明の電気車制御装置では、イ
ンバータ装置の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場
合、ゲート指令信号と現実のゲート信号とを比較し、信
号波形の異常によりインバータ装置の上下のアームが短
絡動作したことを検出し、故障と判断して主回路を開放
し、フィルタコンデンサ電圧を放電させる。その後、故
障判定したゲート電源を開放する。

【００２２】これにより、ゲート電源の容量を負荷短絡
状態に耐え得るものから、通常のスイッチングによる電
源容量へ低減できる。またゲートのオフバイアス電圧
が、継続して短絡する前に検知できることから、短絡電
流によるゲート抵抗の焼損、出力トランジスタの破壊を
防止することができる。

【００２３】請求項６の発明は、１台のゲート電源にト
ランスを介して前記インバータ装置の複数台それぞれの
ゲートアンプ回路を共通に接続している電気車制御装置
において、前記ゲート電源開放手段は、いずれかの自己
消弧形半導体素子の短絡故障を検出した場合に、短絡故
障した自己消弧形半導体素子を含むインバータ装置に対
する前記ゲートアンプ回路だけを開放するものである。

【００２４】インバータ装置のゲート電源を小形軽量、
低コスト化するために、１台のゲート電源にトランスを
介して複数台のインバータ装置それぞれのゲートアンプ
回路を接続している場合、インバータ装置の自己消弧形
半導体素子が短絡故障した場合、ゲートのオフバイアス
電圧が短絡されるために、共通であるゲート電源が過負
荷状態となる。

【００２５】ところが、請求項６の電気車制御装置で
は、自己消弧形半導体素子が短絡故障した場合、故障し
ている自己消弧形半導体素子を認識すると、それを含む
インバータ装置に対するゲートアンプ回路を開放する。
これにより、ゲート電源の容量は負荷短絡状態から通常
のスイッチングによる電源容量へ低減できる。

【００２６】特に、短絡故障した自己消弧形半導体素子
を含むインバータ装置へのゲート電源出力だけを切り離
すことができて、複数台のゲート電源を共通化すること
により、インバータゲート制御装置のゲート電源を小形
軽量化、低コスト化できる。

【００２７】請求項７の発明は、自己消弧形半導体素子
の三相ブリッジで、それぞれ並列に構成されたインバー
タ装置の複数台により駆動用交流電動機の複数台を個別
に駆動制御する電気車制御装置において、前記自己消弧
形半導体素子のいずれかが短絡故障したときに、自己消
弧形半導体素子駆動用ゲート電源をインバータゲート制
御装置単位に切り離す手段を備えたものである。

【００２８】請求項７の発明の電気車制御装置では、イ
ンバータ装置の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場
合、フィルタコンデンサから自己消弧形半導体素子へ短
絡電流が流れるが、この短絡電流を検出して保護動作
し、その後、個別に制御されるインバータ装置の断流器
を開放し、同時に短絡状態にあるゲート電源を開放す
る。これにより、ゲート電源の容量が、負荷短絡状態か
ら通常のスイッチングによる電源容量へ低減できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。複数台の交流電動機５ａ〜５ｄそれ
ぞれを個別に複数台のＶＶＶＦインバータ装置３ａ〜３
ｄで駆動する電気車制御装置の回路構成は一般的に、図
６に示すものであり、直流架線からパンタグラフ１を介
して集電された直流電力は、その入出力を行う断流器
２、充電抵抗７を並列に接続した充電投入接触器８、そ
れぞれ並列に接続された、フィルタリアクトル９ａ〜９
ｄ、主回路開放用スイッチ６ａ〜６ｄを介し、ＶＶＶＦ
インバータ装置３ａ〜３ｄに入力され、これら各ＶＶＶ
Ｆインバータ装置は直流電力を可変電圧可変周波数の交
流電力へ変換して三相誘導電動機５ａ〜５ｄに供給する
ようにしている。

【００３０】上記の各ＶＶＶＦインバータ装置３ａ〜３
ｄは自己消弧形半導体素子、例えば、ＧＴＯサイリスタ
やＩＧＢＴが使用され、これにより三相ブリッジ回路を
構成して任意のタイミングで導通、非導通状態に制御可
能となっている。また、三相ブリッジ回路の入力側には
フィルタコンデンサ１０ａ〜１０ｄが設けられている。

【００３１】図１は、本発明の第１の実施の形態の回路
構成を示している。図１は三相ブリッジ回路の１つを示
しており、図６に示すＶＶＶＦインバータ装置３ａ〜３
ｄそれぞれは図１に示すＶＶＶＦインバータ装置３に対
応し、自己消弧形半導体素子として各アームのＩＧＢＴ
をＩＧＢＴ３ａａ１と３ａａ２、またＩＧＢＴ３ａｂ１
と３ａｂ２のように並列に接続した構成であり、また各
ＩＧＢＴには主回路とゲート回路２０とを開放する短絡
開放器３０を備えている。

【００３２】このＶＶＶＦインバータ装置３をゲート制
御する制御装置４は、並列接続されたＩＧＢＴ３ａａ
１，３ａａ２、また図示していないがＩＧＢＴ３ａｂ
１，３ａｂ２各々が短絡した時にゲート回路２０へと流
れる過電流を検出するゲート過電流検出部１１、検出し
た結果から保護動作信号を出力する故障検出部１２、故
障検出結果からゲート回路２０または主回路を開放する
かどうかを決定する開放制御部１３、ゲートの開放条件
により、インバータ動作する時に電流の制御量を演算す
る電流制御部１４及びＰＷＭゲート信号を生成して出力
するＰＷＭ指令制御部１６から構成されている。

【００３３】また、ゲート回路２０はＤＣ１００Ｖを交
流へ変換しゲートアンプ部２２へ電源を供給するゲート
電源部２１、制御装置４からのゲート信号を変換増幅す
るゲートアンプ部２２、各ＩＧＢＴ素子のゲート信号に
流れる電流を検出するゲート過電流検出器２５、ＩＧＢ
Ｔゲート電源部２１を開放するゲート電源開放器２３か
ら構成されている。なお、ＩＧＢＴ３ａａ１，３ａａ
２，…各々のゲートにゲート抵抗３ａｂ１，３ａｂ２，
３ｂｂ１，３ｂｂ２，…が接続されている。

【００３４】ＶＶＶＦインバータ装置３は自己消弧形半
導体素子であるＩＧＢＴにより三相ブリッジで、それぞ
れ並列に構成されているので、並列ＩＧＢＴ３ａａ１と
ＩＧＢＴ３ａａ２、またＩＧＢＴ３ａｂ１とＩＧＢＴ３
ａｂ２などのペアにおいて、どちらか一方が短絡故障し
た場合、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間が短絡され、
同時にゲート−エミッタ間も短絡状態となる。このゲー
ト−エミッタ間の短絡によりゲート回路２０に短絡電流
が流れる。

【００３５】そこでこの短絡電流をゲート過電流検出器
２５から、ゲート過電流検出部１１により検出し、故障
検出部１２にて故障検知させ、ＶＶＶＦの保護動作シー
ケンスを動作さて主回路をいったん開放する。また開放
制御部１３においてＩＧＢＴのゲート電源開放器２３、
ＩＧＢＴ短絡開放器３０と開放スイッチ６の制御を行
う。

【００３６】この第１の実施の形態の場合には、各アー
ムでＩＧＢＴを並列１ペアに接続しているため、１ペア
のＩＧＢＴのうちの１つだけが短絡故障した場合は、そ
れを切り離した残りの健全なＩＧＢＴだけを用いればイ
ンバータ装置の主回路が構成できる。そこでゲート電流
検出により故障したＩＧＢＴを認識することで、ＩＧＢ
Ｔのコレクタ−エミッタ間とゲート−エミッタ間の共通
部分で開放できるＩＧＢＴ短絡開放器３０により、短絡
状態のＩＧＢＴと主回路を開放する。また、並列のＩＧ
ＢＴが両方共に短絡故障した場合は、インバータ装置の
主回路が構成できないため、ＩＧＢＴゲート電源開放器
２３と主回路開放スイッチ６にてＶＶＶＦインバータ装
置３を開放する。

【００３７】同時に、ＩＧＢＴの保護動作後にインバー
タ動作を再開、継続できる場合は、本来２個のＩＧＢＴ
が１個のＩＧＢＴで構成されるため、誘導電動機へ流せ
る電流が以下のようになる。

【００３８】最大過電流値が３００Ａの場合、１８０（Ａ）＝（２−１×０．８）／２×３００（Ａ）ここで、０．８は１対の並列接続時のアンバランス率を
補正した係数である。

【００３９】この電流値を最大としてＶＶＶＦインバー
タ装置の電流制御を行う。

【００４０】以上の内容から、ＩＧＢＴゲート電源開放
器２３により負荷短絡状態のゲート電源部２１を開放で
き、ゲート電源部２１の熱的容量の低減化及び省スペー
ス化が実現でき、ゲート回路２０が短絡状態を継続する
前に検知できることから、短絡電流によるゲート抵抗の
焼損、ゲート回路２０の出力部の部品（最終段トランジ
スタ）破壊を防止できる。また、ＩＧＢＴの故障を検出
することで、開放条件に冗長性を持たせ、電気車の運転
を継続できる。

【００４１】図２は、本発明の第２の実施の形態の電気
車制御装置の構成例を示すブロック図である。図２に示
すＶＶＶＦインバータ装置３は、図６に示すインバータ
装置３ａ〜３ｄのいずれかの１台に対応する。

【００４２】このＶＶＶＦインバータ装置３の制御装置
４０は、ゲート指令を検出するゲート信号検出部１５、
ゲート波形の異常を検知し、保護動作する故障検出部１
２、主回路を開放し、ゲート電源を開放する開放制御部
１３、ＰＷＭゲート信号を生成して出力するＰＷＭ指令
制御部１６から構成されている。

【００４３】またこのＶＶＶＦインバータ装置３のＩＧ
ＢＴ素子を駆動するゲート回路２０は、ゲート電源部２
１、ゲートアンプ部２２、自己消弧形半導体素子ＩＧＢ
Ｔが短絡したときにゲート信号出力を開放するゲート信
号開放器２８、ＩＧＢＴのゲート信号を検出し、制御装
置４０のゲート信号検出部１５にフィードバックするゲ
ート信号検出器２４から構成されている。

【００４４】インバータゲート制御装置４０から指令さ
れるＰＷＭゲート信号は、ＩＧＢＴ素子を任意に導通、
非導通させる信号で、図３に示すオン、オフ信号により
制御されているが、ＩＧＢＴが短絡故障になるとゲート
回路２０も短絡状態となる。

【００４５】このＩＧＢＴのゲート指令はゲートアンプ
部２２のゲート信号検出器２４より制御装置４０のゲー
ト信号検出部１５へ入力される。このゲート信号検出部
１５は図４に示すようにゲート指令信号とゲート信号検
知部２４からの実ゲート信号のフィードバック信号を検
出し、ゲート指令信号とゲート検出信号波形を比較診断
する。そして波形に異常があれば故障とし、故障検出部
１２にてＶＶＶＦインバータ装置３の保護動作シーケン
スを動作させ、主回路の断流器２を開放し、フィルタコ
ンデンサ１０も放電させる。

【００４６】フィルタコンデンサ１０の電荷の放電後、
開放制御部１３により、主回路の開放スイッチ６とゲー
トアンプ部２２内の電源回路を、ゲート信号開放器２３
により開放する。

【００４７】これにより、短絡状態のゲート電源部２１
を開放でき、ゲート電源部２１の熱的容量の低減化及び
省スペース化が実現できる。

【００４８】次に、本発明の第３の実施の形態を図５に
基づいて説明する。図５に示すＶＶＶＦインバータ装置
３は、図６に示すインバータ装置３ａ〜３ｄそれぞれに
対応する。

【００４９】このＶＶＶＦインバータ装置３の制御装置
４は、フィルタコンデンサ電流が過電流になったことで
ＩＧＢＴの短絡故障を検知するフィルタコンデンサ（Ｆ
Ｃ）過電流検知部１７、その結果から故障を検知し保護
動作を行う故障検出部１２、故障検知の保護動作後、主
回路の開放スイッチ６とゲート電源部２１を開放する開
放制御部１３から構成されている。また、ＶＶＶＦイン
バータ装置３の自己消弧形半導体素子ＩＧＢＴを駆動す
るゲート回路２０は、ＩＧＢＴを駆動するゲートアンプ
部２２、このゲートアンプ部２２へ電源を供給するゲー
ト電源部２１、このゲート電源部２１を開放するゲート
電源開放器２３から構成されている。

【００５０】インバータ装置３のＩＧＢＴが短絡すると
フィルタコンデンサ１０から短絡電流が流れ、この短絡
電流をフィルタコンデンサ（ＦＣ）電流検出器３１によ
りフィルタコンデンサ過電流検出部１６へ入力し、この
フィルタコンデンサ過電流検出部１６で過電流を検出す
る。フィルタコンデンサ過電流検出部１６で過電流を検
出すると、故障検出部１２にて過電流により故障とし、
ＶＶＶＦインバータ装置３の保護動作シーケンスを動作
させ、主回路の断流器２を開放し、フィルタコンデンサ
１０も放電させる。このフィルタコンデンサ１０の放電
後、開放制御部１３により、主回路の開放スイッチ６と
ゲート電源部２１をゲート電源開放器２３により開放す
る。

【００５１】これにより、短絡状態のゲート電源部２１
を開放でき、ゲート電源の熱的容量の低減化及び省スペ
ース化が実現できる。

【００５２】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れることはなく、次のような変更が可能である。例え
ば、ＶＶＶＦインバータ装置が４台の場合を説明した
が、本発明はそれらのインバータ装置個々に関わるもの
であるので、対象となるインバータ装置の数は任意であ
り、また１台のインバータ装置が駆動する交流電動機の
数も任意である。

【００５３】また上記の実施の形態それぞれでは自己消
弧形半導体素子の短絡故障時の開放制御をインバータゲ
ート制御装置によって行わせるようにしたが、同じ機能
を自己消弧形半導体素子内部またはゲート回路２０にて
行うようにすることもできる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、インバータ装
置のいずれかの自己消弧形半導体素子に短絡故障が発生
したとき、該当する自己消弧形半導体素子に流れる過電
流によって短絡故障を検出するので、短絡故障を起こし
た自己消弧形半導体素子を識別することができる。

【００５５】請求項２の発明によれば、いずれかの自己
消弧形半導体素子の短絡故障を検出したとき、該当する
自己消弧形半導体素子のゲート回路及び自己消弧形半導
体素子を開放する保護動作を行うので、ゲートのオフバ
イアス電圧が継続して短絡する前に自己消弧形半導体素
子の短絡故障が検知でき、短絡電流によるゲート抵抗の
焼損、出力トランジスタの破壊を防止することができ
る。

【００５６】請求項３の発明によれば、インバータ装置
の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場合、短絡故障
を起こしている素子数を検出し、健全な残りの自己消弧
形半導体素子により電気車の走行が継続できるかどう
か、あるいは主回路の開放が必要かどうか判断するよう
にしたので、インバータ装置を構成する自己消弧形半導
体素子のいくつかに短絡故障が発生しても、インバータ
動作可能と判断した場合には負荷である交流電動機を駆
動して運転を継続することができる。

【００５７】請求項４の発明によれば、インバータ装置
の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場合、短絡故障
を起こしている素子数を検出し、健全な残りの自己消弧
形半導体素子により電気車の走行が継続できるかどう
か、あるいは主回路の開放が必要かどうか判断し、さら
に走行が継続できると判断した場合には、健全な残りの
自己消弧形半導体素子にて走行できる電流値を算出し、
この補正電流指令値によりインバータ装置運転を行うこ
とにより、負荷である交流電動機を駆動して電気車を運
転継続できる。

【００５８】請求項５の発明によれば、インバータ装置
の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場合、ゲート指
令信号と現実のゲート信号とを比較し、信号波形の異常
によりインバータ装置の上下のアームが短絡動作したこ
とを検出し、故障と判断して主回路を開放し、フィルタ
コンデンサ電圧を放電させ、その後、故障判定したゲー
ト電源を開放するので、ゲート電源の容量を負荷短絡状
態に耐え得るものから、通常のスイッチングによる電源
容量へ低減できる。またゲートのオフバイアス電圧が、
継続して短絡する前に検知できることから、短絡電流に
よるゲート抵抗の焼損、出力トランジスタの破壊を防止
することができる。

【００５９】請求項６の発明によれば、は、１台のゲー
ト電源にトランスを介して前記インバータ装置の複数台
それぞれのゲートアンプ回路を共通に接続している電気
車制御装置において、自己消弧形半導体素子が短絡故障
した場合、故障している自己消弧形半導体素子を認識す
ると、それを含むインバータ装置に対するゲートアンプ
回路を開放するので、ゲート電源の容量を負荷短絡状態
から通常のスイッチングによる電源容量へ低減でき、イ
ンバータゲート制御装置のゲート電源を小形軽量化、低
コスト化できる。

【００６０】請求項７の発明によれば、インバータ装置
の自己消弧形半導体素子が短絡故障した場合、フィルタ
コンデンサから自己消弧形半導体素子へ短絡電流が流れ
るが、この短絡電流を検出して保護動作し、その後、個
別に制御されるインバータ装置の断流器を開放し、同時
に短絡状態にあるゲート電源を開放するので、ゲート電
源の容量が負荷短絡状態から通常のスイッチングによる
電源容量へ低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の回路図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の回路図。

【図３】上記の実施の形態のＰＷＭゲート指令信号の波
形図。

【図４】上記の実施の形態における自己消弧形半導体素
子の短絡故障時のＰＷＭゲート指令信号と実ゲート信号
のフィードバック信号とを対比した波形図。

【図５】本発明の第３の実施の形態の回路図。

【図６】一般的な複数台の交流電動機を複数台のＶＶＶ
Ｆインバータ装置で駆動する電気車制御装置の回路図。

【図７】従来例の回路図。

【符号の説明】

３，３ａ〜３ｄＶＶＶＦインバータ装置４制御装置５，５ａ〜５ｄ交流電動機６，６ａ〜６ｄ主回路開放スイッチ９，９ａ〜９ｄフィルタリアクトル１０，１０ａ〜１０ｄフィルタコンデンサ１１ゲート過電流検出部１２故障検出部１３開放制御部１４電流制御部１５ゲート信号検出部１６ＰＷＭ指令制御部１７フィルタコンデンサ（ＦＣ）過電流検出部２０ゲート回路２１ゲート電源部２２ゲートアンプ部２３ゲート電源開放器２８ゲート信号開放器３０短絡開放器３１フィルタコンデンサ電流検出器４０制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者逸見琢磨東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者青山育也東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自己消弧形半導体素子の三相ブリッジ
で、それぞれ並列に構成されたインバータ装置により駆
動用交流電動機を駆動制御する電気車制御装置におい
て、前記インバータ装置のいずれかの自己消弧形半導体素子
の短絡故障を、該当する自己消弧形半導体素子からゲー
ト回路に流れる過電流にて検出する素子過電流検出手段
とを備えて成る電気車制御装置。
【請求項２】前記素子過電流検出手段によりいずれか
の自己消弧形半導体素子の短絡故障を検出したときに、
該当する自己消弧形半導体素子のゲート回路及び自己消
弧形半導体素子を開放する保護手段を備えたことを特徴
とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】故障検出により開放した自己消弧形半導
体素子の数を検出する手段と、この故障検出した自己消弧形半導体素子の数から該当す
るインバータ装置を動作させるか、開放するかを決定す
る開放制御手段とを備えたことを特徴とする請求項２に
記載の電気車制御装置。
【請求項４】前記開放制御手段により前記インバータ
装置を動作させると決定したとき、故障した自己消弧形
半導体素子の数により、電流制御指令量を決定する手段
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の電気車制御
装置。
【請求項５】自己消弧形半導体素子の三相ブリッジ
で、それぞれ並列に構成されたインバータ装置により駆
動用交流電動機を駆動制御する電気車制御装置におい
て、前記インバータ装置の各自己消弧形半導体素子のゲート
信号を検出する検出手段と、前記自己消弧形半導体素子各々のゲート指令信号と前記
検出手段によって検出したゲート信号とを比較して異常
を検出し、該当する自己消弧形半導体素子に対するゲー
ト電源を開放するゲート電源開放手段と、前記異常検出時にインバータ装置の主回路を開放する主
回路開放手段とを備えて成る電気車制御装置。
【請求項６】１台のゲート電源にトランスを介して前
記インバータ装置の複数台それぞれのゲートアンプ回路
を共通に接続している電気車制御装置において、前記ゲート電源開放手段は、いずれかの自己消弧形半導
体素子の短絡故障を検出した場合に、短絡故障した自己
消弧形半導体素子を含むインバータ装置に対する前記ゲ
ートアンプ回路だけを開放することを特徴とする請求項
５に記載の電気車制御装置。
【請求項７】自己消弧形半導体素子の三相ブリッジ
で、それぞれ並列に構成されたインバータ装置の複数台
により駆動用交流電動機の複数台を個別に駆動制御する
電気車制御装置において、前記自己消弧形半導体素子のいずれかが短絡故障したと
きに、自己消弧形半導体素子駆動用ゲート電源をゲート
制御装置単位に切り離す手段を備えて成る電気車制御装
置。