JP3677534B2 - 電気車制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気車制御装置に関し、特に架線から得られる電力が交流である区間と直流である区間とを直通して運転される交直流電気車の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
本発明の図1の構成に類似した公知例としては、特開平6−141404 号公報が挙げられる。特開平6−141404 号公報によれば、交流区間であれば集電器1により架線から集電された交流電力は遮断器2を介した後、交直切替器3にて交流側に接続され、変圧器4で降圧された後交流接触器11を介してコンバータ装置6に入力され、ここで直流電力に変換してフィルタコンデンサ7を充電し、インバータ装置8にて誘導電動機9を駆動する。このとき、交流接触器11を閉し、直流接触器14を開く。
【0003】
また、直流区間であれば集電された直流電力は、交直切替器3にて直流側に接続された直流接触器14及びフィルタリアクトル17を介してフィルタコンデンサ7を充電し、インバータ装置8にて誘導電動機9を駆動する。このとき、交流接触器11は開き、直流接触器14は閉じる。
【0004】
ここで、交流接触器11と直流接触器14の動作を考える。
【0005】
従来の直流電気車の接触器の動作を示す例として、特開昭63−18905 号公報が挙げられる。図2に一般的なインバータ装置を用いた直流電気車の主回路構成を示す。集電器1により取り込まれた直流電力は、直列に接続された遮断器2,直流接触器14,フィルタリアクトル17を介してインバータ装置8に供給され誘導電動機9を駆動する。インバータ装置の入力側両極間にはフィルタコンデンサが接続され、負極側は接地ブラシ10に接続されている。また、直流接触器14と並列に充電抵抗器16と補助直流接触器15の直列体が接続され、フィルタコンデンサ7の充電時には補助直流接触器15が閉じ、充電抵抗器16により制限された充電電流で充電される。
【0006】
特開昭63−18905 号公報によると図2における直流接触器14の動作は、設定速度より高い条件下で力行オフ又は回生ブレーキゆるめを行った後の惰行状態時には、直流接触器14を開かずにインバータ装置8のみの運転を停止させておき、再ブレーキ時にはインバータ装置8の運転を開始させるとある。図3に特開昭63−18905 号公報によるノッチ指令や直流接触器14の動作のタイムチャートを示す。最初の運転時には直流接触器14は開いている。ここでノッチ指令があるとはじめに補助直流接触器15を閉じフィルタコンデンサを充電した後、補助直流接触器15を開き直流接触器14を閉じてインバータ装置8のゲートがスタートし運転を開始する。
【0007】
次にノッチ指令がオフし惰行運転に移るときはインバータ装置8のゲートは停止するが直流接触器14は閉じたままである。そして再度のノッチ指令時には直流接触器14は既に閉じているので、直ちにインバータ装置8はゲートがスタートし運転を再開する。
【0008】
このようにインバータ装置8の停止中に直流接触器14を開放しないことにより、再運転時のフィルタコンデンサ7の充電時間が不要になり、ノッチ指令からインバータ装置の運転開始までの時間を短縮できる。交流電気車における変圧器とコンバータ装置の間に挿入される交流接触器においても同様である。このようなことから、直流電気車,交流電気車共にノッチオフ中においても接触器を閉じておく方式が最近の主流である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、交直流電気車が直流区間を走行中において、ノッチオフ時に直流接触器を開かないと直流区間から交流区間に切り替わる際に、直流と交流の境界点にある架線の無電圧区間に進入しても、架線の直流電圧がなくなったことを検知できないという問題がある。
【0010】
図1に交直流電気車の回路図を示す。集電器1で集電された電力は、車両を駆動するための電力として遮断器2へ接続されると共に、架線の電気方式が交流であるか、直流であるかを検出するために計器用変圧器21の1次巻線へも接続される。計器用変圧器21の接地側には第1直流電圧継電器抵抗器23と第2直流電圧継電器抵抗器24が直列に接続され接地される。計器用変圧器21の2次側には交流電圧継電器22が接続され、第2直流電圧継電器抵抗器24には並列に直流電圧継電器25が接続される。
【0011】
交流区間であれば、計器用変圧器21の2次側には計器用変圧器21の巻数比で降圧された架線電圧が発生し、交流電圧継電器22が動作して架線の電圧が交流であることを検知する。このとき、直流電圧継電器25には計器用変圧器21,第1直流電圧継電器抵抗器23,第2直流電圧継電器抵抗器24で分圧された電圧が印加されるが、第2直流電圧継電器抵抗器24の抵抗値より計器用変圧器21の1次巻線のインピーダンスの方が格段に大きく、第2直流電圧継電器抵抗器24にはほとんど電圧が発生しない。
【0012】
直流区間であれば、計器用変圧器21の1次巻線のインピーダンスは巻線の抵抗分のみになり無視できるほど小さな値になるため、直流電圧継電器25には第1直流電圧継電器抵抗器と第2直流電圧継電器抵抗器で分圧された電圧が印加され、直流電圧継電器25が動作して架線の電圧が直流であることを検知する。
【0013】
交直切替えの際は、無電圧区間に進入する前に乗務員が交直切替えの操作を行うと、まず遮断器2が開放され交直切替器3がこれから進入する電気方式の回路側に転換する。その後、車両が無電圧区間を通過し、新たな電気方式の区間に進入して交直切替器3の接続されている電気方式と、交流電圧継電器22または直流電圧継電器25で検出された電気方式が一致すると遮断器2が投入され新たな電気方式での運転が可能となる。ここで、直流区間から交流区間に進入する際に、乗務員が交直切替えの操作を失念すると回路を切り替えないままで交流区間に進入してしまうため、無電圧区間に進入し直流電圧継電器25が直流電圧がないことを検知したら遮断器2を開放するシーケンスが組まれている。
【0014】
図1において直流区間走行中は、交直切替器3は直流接触器14側に接続されていて、集電器1から集電された電力は遮断器2,交直切替器3,直流接触器 14、及びフィルタリアクトル17を介してフィルタコンデンサ7を充電し、インバータ装置8へ供給される。
【0015】
ここで、惰行中においても直流接触器14を開かないと、上述の直流から交流へ転換する際に乗務員が交直切替えの操作を失念して無電圧区間に進入したときに、フィルタコンデンサ7に充電されている電荷がフィルタリアクトル17,直流接触器14,交直切替器3,遮断器2を介して逆流し、直流電圧継電器25を動作させ無電圧区間に進入したことを検出できなくなり、直流回路のままで交流区間に進入して機器を破損することになってしまう。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、交流電源区間運転時は、交流接触器を常時閉じて直流接触器は常時開き、直流電源区間運転時は、交流接触器を常時開き、インバータ装置を動作させる指令(ゲートスタート指令)が発せられた時のみ直流接触器を閉じさせる手段を備え、交流電源区間運転から直流電源区間運転に切り替える時、直流電源区間運転に切り替える前はゲートスタート指令をオフし、充電抵抗器と補助直流接触器の直列体を介してフィルタコンデンサを充電した後、インバータ装置を動作させるゲートスタート指令を発し、交流電源区間運転時に開いていた直流接触器を閉じる。
【0017】
これにより、直流区間ではインバータ装置の動作が停止したことで直流接触器14を開くことによって、無電圧区間に進入し架線電圧がなくなったことを検出でき交流区間に進入する前に遮断器3を開き機器を保護することができる。
【0018】
また、万一インバータ動作中に無電圧区間に進入しても、力行動作中であればフィルタコンデンサ7への電力の供給が途絶えるためにフィルタコンデンサ7の電圧が急速に低下して、あらかじめセットした電圧まで低下すれば低電圧検知の保護動作が動作してインバータ装置の動作を停止し、直流接触器14を開くことができる。
【0019】
回生ブレーキ動作中であれば架線に回生電力を戻せなくなるためフィルタコンデンサ7の電圧が急速に上昇し、過電圧検知の保護動作が動作してインバータ装置の動作を停止し、直流接触器14を開くことができる。なお、交流区間では、コンバータ装置6側から交流電圧継電器22を逆加圧することはないため、交流接触器11が閉じていても無電圧区間に進入して架線電圧がなくなったことを検出できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【0021】
図4は本発明による交直流電気車の詳細な回路図である。本発明の特徴である交流接触器11や直流接触器14の動作を図5を用いて説明する。
【0022】
車両の運転を開始する前は交流接触器11,補助交流接触器12,直流接触器14,補助直流接触器15はいずれも開いている。
【0023】
交流区間においては、最初のノッチ投入によりまず補助交流接触器12を閉じ、充電抵抗器13で制限された充電電流が単相PWMコンバータ30に流れ込む。単相PWMコンバータ装置30では各アームのIGBT31〜34と並列に接続されたフリーホイールダイオード35〜38にて整流されフィルタコンデンサ7を充電する。フィルタコンデンサ7が充電されたことで補助交流接触器12を開き、交流接触器11を閉じて単相PWMコンバータ装置30がゲートスタートし、その後インバータ装置8がゲートスタートする。
【0024】
ノッチオフ時にはインバータ装置8及び単相PWMコンバータ装置30のゲートがストップするのみである。そして、再度のノッチ投入時には既に交流接触器11が投入されているので、フィルタコンデンサ7の充電時間が不要となり、直ちに単相PWMコンバータ装置30、及びインバータ装置8がゲートスタートする。
【0025】
直流区間においては、最初のノッチ投入によりまず補助直流接触器15を閉じ、充電抵抗器16で制限された電流がフィルタリアクトル17を介してフィルタコンデンサ7を充電する。フィルタコンデンサ7が充電されたことで補助直流接触器15を開き、直流接触器14を閉じてインバータ装置8がゲートスタートする。
【0026】
ノッチオフ時にはインバータ装置8のゲートがストップし、その後直流接触器15を開く。これにより、乗務員が交直切替えの操作を失念したまま無電圧区間に進入したときに、直流電圧継電器25にフィルタコンデンサ7の電圧が逆加圧されず、架線の電圧がなくなったことを検知して遮断器2を開くことにより、回路が直流区間の状態のまま交流区間に進入し機器を破損することを防止することができる。
【0027】
再度のノッチ投入時には、最初のノッチ投入時と同様にまず補助直流接触器
15を閉じ、フィルタコンデンサ7が充電された後に補助直流接触器15を開き直流接触器14を閉じてインバータ装置8がゲートスタートする。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば交直流電気車が直流区間から交流区間に進入する際に乗務員が交直切替えを失念しても、無電圧区間に進入して架線に直流電圧がなくなったことを検知して遮断器を開くことにより、回路が直流区間の状態のまま交流区間に進入して機器を破損することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく実施例の交直流電気車の回路図。
【図2】従来の直流電車の回路図。
【図3】従来の直流電車の接触器等の動作のタイムシーケンス。
【図4】本発明に基づく実施例の交直流電気車の詳細な回路図。
【図5】本発明に基づく接触器等の動作のタイムシーケンス。
【符号の説明】
1…集電器、2…遮断器、3…交直切替器、4…変圧器、6…コンバータ装置、7…フィルタコンデンサ、8…インバータ装置、9…誘導電動機、10…接地ブラシ、11…交流接触器、12…補助交流接触器、13…充電抵抗器、14…直流接触器、15…補助直流接触器、16…充電抵抗器、17…フィルタリアクトル、21…計器用変圧器、22…交流電圧継電器、23…第1直流電圧継電器抵抗器、24…第2直流電圧継電器抵抗器、25…直流電圧継電器、31〜34…IGBT、35〜38…フリーホイールダイオード。
Claims (1)
- 架線に交流区間と直流区間を有し、この両区間を走行可能な電気鉄道車両システムにおいて、架線から電源を取り込むための集電器と、電源を遮断するために前記集電器に接続された遮断器と、前記集電器,遮断器を介して得られる架線からの電力を交流側と直流側とに切り替える交直切替器と、前記交直切替器の交流出力側に接続された変圧器と、前記変圧器の2次側出力に交流接触器を介して接続され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、前記コンバータ装置の直流出力側に接続されたインバータ装置と、前記交直切替器の直流出力側と前記インバータ装置の直流入力側との間に直列に接続された直流接触器、前記直流接触器と並列に接続される充電抵抗器と補助直流接触器の直列体、及びフィルタリアクトルと、前記インバータ装置の直流入力側の正負両極間に接続されたフィルタコンデンサと、交流電源区間運転時は、前記交流接触器を常時閉じて前記直流接触器は常時開き、直流電源区間運転時は、前記交流接触器を常時開き、インバータ装置を動作させる指令(ゲートスタート指令)が発せられた時のみ前記直流接触器を閉じさせる手段を備え、前記交流電源区間運転から前記直流電源区間運転に切り替える時、前記直流電源区間運転に切り替える前は前記ゲートスタート指令をオフし、前記直列体を介して前記フィルタコンデンサを充電した後、インバータ装置を動作させる前記ゲートスタート指令を発し、前記交流電源区間運転時に開いていた前記直流接触器を閉じることを特徴とする電気車制御装置。
Priority Applications (1)
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JP32270097A JP3677534B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 電気車制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP32270097A JP3677534B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 電気車制御装置 |
Publications (2)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP32270097A Expired - Lifetime JP3677534B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 電気車制御装置 |
Country Status (1)
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1997
- 1997-11-25 JP JP32270097A patent/JP3677534B2/ja not_active Expired - Lifetime
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