JP3808701B2 - 車両用電源装置及びそれに対する制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置及びそれに対する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両駆動用モータに給電する可変電圧可変周波数方式の主インバータ(以下、「VVVFインバータ」と称する)と車両用補機に給電する補機用インバータ(以下、「SIVインバータ」と称する)とを備え、架線電力をパンタグラフを介して受電し、それぞれの負荷に必要な電力に変換する車両用電源装置は、図9に示す構成であった。
【0003】
この従来の車両用電源装置において、VVVFインバータ側の回路は、パンタグラフ(Pan)100、主フューズ(MF)101、主スイッチ(MS)102、高速度遮断器103、充電接触器(CHK)104と充電抵抗器(CHRe)105の直列回路、この直列回路に並列に設けられた接触器(LB)106、フィルタリアクトル(FL)107及びフィルタコンデンサ(FC1)108、直流電力を交流電力に変換するVVVFインバータパワーユニット(VVVF−PU)109、これによって給電される誘導電動機110、フィルタコンデンサ108の電荷を放電させるための放電用抵抗器(FCRe)111、主スイッチ102に連動するスイッチ接点(MSA)112、そして接地スイッチ113から構成されている。
【0004】
一方、車両用電源装置におけるSIVインバータ側の回路は、パンタグラフ100に対してメインフューズ101と共に並列に設けられたSIV用フューズ(AF)201、SIV用スイッチ(AS)202、SIV用高速度遮断器(IvHB)203、SIV用充電接触器(IvCHK)204とSIV用充電抵抗器(IvCHRe)205の直列回路、この直列回路に並列に設けられたSIV用接触器(IvLB)206、SIV用フィルタリアクトル(IvFL)207及びSIV用フィルタコンデンサ(FC2)208、SIVインバータパワーユニット(SIV−PU)209、これによって給電される負荷210、SIV用フィルタコンデンサ208の電荷を放電させるための放電用抵抗器(IvFCRe)211、接地スイッチ(IGS)213、ブロッキングダイオード(BD)214、そして放電接触器(HK)215から構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の車両用電源装置の場合、VVVFインバータ回路とSIVインバータ回路との入力は、パンタグラフ100の低電位側で完全に分かれていて、高速度遮断器、充電回路を含めそれ以降の回路用品のすべてに同種のものが2個ずつ並設された構成になっており、VVVFインバータ回路とSIVインバータ回路とを含めた電源装置全体を1つのシステムとしてみると、高速度遮断器や充電回路のように重複している回路用品が数多くある。
【0006】
このため、従来の車両用電源装置では、回路用品数が多いために故障率がそれに伴って多くなり、またコスト的にも高くなる問題点があった。
【0007】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、回路用品数を削減し、それに伴って故障率を低減し、またコストも低減できる車両用電源装置及びそれに対する制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、車両駆動用モータに給電するためのVVVFインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのSIVインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第1のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第2のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第2のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、前記第1のフィルタコンデンサに並列に第1の放電回路を接続し、前記ブロッキングダイオードに対して前記第2のフィルタコンデンサと並列に第2の放電回路を接続し、前記主インバータ及び副インバータに対して、高速度遮断器と、充電接触器と充電抵抗器とで構成され、前記高速度遮断器に直列に接続される充電回路と、前記高速度遮断器に対して前記充電回路と並列に接続される接触器と、前記充電回路と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルとを共用するように接続したものである。
【0009】
請求項2の発明は、車両駆動用モータに給電するためのVVVFインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのSIVインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第1のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第2のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第2のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、前記ブロッキングダイオードに対する前記副インバータと第2のフィルタコンデンサとの共通接続点と低圧入力線との間に、放電抵抗器と放電接触器とが直列に接続された放電回路を挿入し、前記主インバータ及び副インバータに対して、高速度遮断器と、充電接触器と充電抵抗器とで構成され、前記高速度遮断器に直列に接続される充電回路と、前記高速度遮断器に対して前記充電回路と並列に接続される接触器と、前記充電回路と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルと、前記放電回路とを共用するように接続したものである。
【0010】
請求項3の発明は、車両駆動用モータに給電するためのVVVFインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのSIVインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第1のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第2のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第2のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、前記第1のフィルタコンデンサに並列に第1の放電抵抗と放電用スイッチとが直列に接続された第1の放電回路を接続し、前記第2のフィルタコンデンサに並列に第2の放電抵抗を有する第2の放電回路を接続し、高速度遮断器と、前記高速度遮断器に直列に接続される、充電抵抗器と第1の接触器の並列回路と、前記充電抵抗器と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルとを、前記主インバータに対して第2の接触器を介して接続し、かつ、前記充電抵抗器と第1の接触器の並列回路と、当該充電抵抗器と第1の接触器との並列回路に直列接続される前記フィルタリアクトルとを、前記副インバータに対して前記ブロッキングダイオード及び第3の接触器の直列接続回路を介して接続したものである。
【0011】
請求項4の発明は、車両駆動用モータに給電するためのVVVFインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのSIVインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けたフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けたフィルタコンデンサと、前記副インバータとフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、前記第1のフィルタコンデンサに並列に第1の放電抵抗器と放電用スイッチとが直列に接続された第1の放電回路を接続し、前記第2のフィルタコンデンサに並列に第2の放電抵抗を有する第2の放電回路を接続し、前記パンタグラフからの電力を遮断するための単一の高速度遮断器を、前記主インバータと副インバータとの両者に対して接触器とフィルタリアクトルとの直列回路それぞれを介して接続したものである。
【0013】
請求項1〜4の発明の車両用電源装置では、従来の装置と比較して、パンタグラフ以下主インバータ及び副インバータに至る回路用品、例えば、主スイッチ、高速度遮断器、充電回路、接触器、フィルタリアクトルを共用することにより部品点数を削減し、故障率の低減とコストの低減を図っている。
【0014】
請求項5の発明の車両用電源装置に対する制御装置は、請求項1又は2の車両用電源において、前記主インバータの回生ブレーキ動作の検出部と、前記副インバータに接続される間欠負荷に電流を流す間欠負荷制御部とを備え、前記主インバータの回生ブレーキを検出した時に前記間欠負荷に電流を流すように制御するようにしたものである。
【0015】
請求項5の発明の車両用電源装置に対する制御装置では、電気車の架線状態にかかわらず主インバータの回生電力を有効に利用する。
【0016】
請求項6の発明の車両用電源装置に対する制御装置は、請求項3の車両用電源装置に対して、前記主インバータの第1のフィルタコンデンサの電圧を検出する第1フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記副インバータの第2のフィルタコンデンサの電圧を検出する第2フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記第1のフィルタコンデンサの電圧と第2のフィルタコンデンサの電圧とを比較し、前記第1の放電回路の放電用スイッチを動作させる放電回路制御部とを備え、前記第1のフィルタコンデンサの電圧が第2のフィルタコンデンサの電圧よりも高いときに前記第1の放電回路を動作させるようにしたものである。
【0017】
請求項6の発明の車両用電源装置に対する制御装置では、主インバータから副インバータへ大電流が流れ込むことを防止する。
【0018】
請求項7の発明の車両用電源装置に対する制御装置は、請求項4の車両用電源装置に対して、前記主インバータの第1のフィルタコンデンサの電圧を検出する第1フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記副インバータの第2のフィルタコンデンサの電圧を検出する第2フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記第1のフィルタコンデンサの電圧と第2のフィルタコンデンサの電圧とを比較し、前記第1の放電回路の放電用スイッチを動作させる放電回路制御部とを備え、前記第1のフィルタコンデンサの電圧が第2のフィルタコンデンサの電圧よりも高いときに前記第1の放電回路を動作させるようにしたものである。
【0019】
請求項7の発明の車両用電源装置に対する制御装置では、主インバータから副インバータへ大電流が流れ込むことを防止する。
【0020】
【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。図1は本発明の第1の実施の形態の車両用電源装置の回路構成を示している。第1の実施の形態の車両用電源装置は、車両駆動用の誘導電動機(IM)110に給電するためのVVVFインバータパワーユニット(VVVF−PU)109と、照明灯、ACコンプレッサその他の車両用補機(LOAD)210に給電するためのSIVインバータパワーユニット(SIV−PU)209とを備えている。
【0021】
VVVF−PU109には、フィルタコンデンサ(FC1)108と放電用抵抗器(FCRe)111を並列に設け、SIV−PU209には、フィルタコンデンサ(FC2)208とSIV放電用抵抗器(IvFCRe)211を並列に設けている。
【0022】
そしてVVVF−PU109とSIV−PU209が架線の電力をパンタグラフ(Pan)100を介して並列に受電するように、このパンタグラフ100の低電圧側に、メインフューズ(MF)101、メインスイッチ(MS)102、高速度遮断器(HB)103、充電接触器(CHK)104と充電抵抗器(CHRe)105との直列回路で構成され、高速度遮断器103に直列に接続される充電回路、高速度遮断器103に対して充電回路と並列に接続される接触器(LB)106、そして充電回路と接触器106との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトル(FL)107が順に接続してあり、このフィルタリアクトル107と接地スイッチ(GS)113との間に、VVVF−PU109及びSIV−PU209が並列に接続してある。なお、SIV−PU209の高圧側はフィルタリアクトル107に対してブロッキングダイオード(BD)214を介して接続してある。
【0023】
放電用抵抗器(FCRe)111とSIV放電用抵抗器(IvFCRe)211の抵抗値は、主回路が架線から切り離されたときにフィルタコンデンサ108,208それぞれの電圧が3分以内にほぼ0Vとなるように選定する。
【0024】
上記の回路構成の車両用電源装置は、次のように動作する。メインスイッチ102が投入状態にある。そしてまず、SIV−PU209の投入指令により、高速度遮断器103がオンする。次に充電用リアクトル104がオンして、パンタグラフ100からの直流電力が充電回路に流れ込み、充電抵抗器105によって突入電流が抑制され、さらにフィルタリアクトル107によって交流成分が除去された後、VVVFインバータ側、SIVインバータ側のフィルタコンデンサ(FC1,FC2)108,208を充電する。
【0025】
フィルタコンデンサ108,208の充電が完了すると、接触器(LB)106がオンし、その後に充電接触器(CHK)104はオフする。そしてこの時点で、SIV−PU209はゲートスタートし、補機210への電力供給を開始する。なお、この時点では、VVVF−PU109側はゲートスタートしていない。
【0026】
VVVF−PU109側は、マスコンによる指令に基づいてゲートスタートし、誘導電動機110に交流電力を給電して回転させる。
【0027】
この第1の実施の形態の車両用電源装置では、図9の従来例の回路構成と比較して、VVVF−PU109側ではメインスイッチ102に連動する連動接点112を削減し、SIV−PU209側においては、SIV用フューズ(AF)201、SIV用スイッチ(AS)202、SIV用高速度遮断器(IvHB)203、SIV用充電接触器(IvCHK)204とSIV用充電抵抗器(IvCHRe)205の直列回路、この直列回路に並列に設けられたSIV用接触器(IvLB)206、SIV用フィルタリアクトル(IvFL)207、SIV用接地スイッチ(IGS)213及び放電接触器(HK)215を削減することができ、部品点数を削減して故障率を低減し、またコストも低減することができる。
【0028】
次に、本発明の第2の実施の形態の車両用電源装置を、図2に基づいて説明する。第2の実施の形態の車両用電源装置では、図1に示した第1の実施の形態に対して、VVVF−PU109にはフィルタコンデンサ(FC1)108だけを並列に設け、SIV−PU209にはフィルタコンデンサ(FC2)208だけを並列に設けている。
【0029】
そしてVVVF−PU109とSIV−PU209が架線の電力をパンタグラフ(Pan)100を介して並列に受電するように、パンタグラフ100の低電圧側に、メインフューズ(MF)101、メインスイッチ(MS)102、高速度遮断器(HB)103、充電接触器(CHK)104と充電抵抗器(CHRe)105とで構成される充電回路、高速度遮断器103に対して充電回路と並列に接続される接触器(LB)106、そして充電回路と接触器106との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトル(FL)107、ブロッキングダイオード(BD)214、放電用抵抗器(FCRe)111、放電用接触器(HK)215が順に接続してある。
【0030】
そしてフィルタコンデンサ(FC1)108とVVVF−PU109は、フィルタリアクトル107とブロッキングダイオード214との接続点と接地スイッチ(GS)113との間に、ブロッキングダイオード214〜放電用接触器215の直列回路に並列に接続してある。またフィルタコンデンサ(FC2)208とSIV−PU209は、ブロッキングダイオード214と放電用抵抗器111との接続点と接地スイッチ113との間に、放電用抵抗器111と放電用接触器215との直列回路に並列になるように接続してある。
【0031】
上記の回路構成の車両用電源装置は、次のように動作する。メインスイッチ102が投入状態にある。また放電用接触器(HK)215はオフ状態である。そしてまず、SIV−PU209の投入指令により、第1の実施の形態と同様に順次に回路用品が動作し、両方のフィルタコンデンサ(FC1,FC2)108,208を充電する。フィルタコンデンサ108,208の充電が完了すると、接触器(LB)106がオンし、その後に充電接触器(CHK)104はオフする。そしてこの時点で、SIV−PU209はゲートスタートし、補機210への電力供給を開始する。なお、この時点では、VVVF−PU109側はゲートスタートしていない。
【0032】
VVVF−PU109側は、マスコンによる指令に基づいてゲートスタートし、誘導電動機110に交流電流を給電して回転させる。
【0033】
この第2の実施の形態の車両用電源装置では、図9の従来例の回路構成と比較して、SIV−PU209側において、SIV用フューズ(AF)201、SIV用スイッチ(AS)202、SIV用高速度遮断器(IvHB)203、SIV用充電接触器(IvCHK)204、SIV用充電抵抗器(IvCHRe)205、SIV用接触器(IvLB)206、SIV用フィルタリアクトル(IvFL)207、SIV放電用抵抗器(IvFCRe)211、SIV用接地スイッチ(IGS)213を削減することができ、部品点数を削減して故障率を低減し、またコストも低減することができる。
【0034】
次に、本発明の第3の実施の形態の車両用電源装置について、図3に基づいて説明する。第3の実施の形態の車両用電源装置では、VVVF−PU109には、フィルタコンデンサ(FC1)108と放電用抵抗器(FCRe)111を並列に設け、SIV−PU209には、フィルタコンデンサ(FC2)208とSIV放電用抵抗器(IvFCRe)211を並列に設けている。さらにVVVF−PU109側の放電用抵抗器111にはメインスイッチ102に連動する連動接点(MSA)112が直列に接続され、SIV放電用抵抗器211には放電接触器215が直列に接続されている。
【0035】
そしてVVVF−PU109とSIV−PU209が架線の電力をパンタグラフ(Pan)100を介して並列に受電するように、このパンタグラフ100の低電圧側に、メインフューズ(MF)101、メインスイッチ(MS)102、高速度遮断器(HB)103、充電抵抗器(CHRe)105と接触器(LB1)106との並列回路、フィルタリアクトル(FL)107が順に接続してある。
【0036】
さらに、このフィルタリアクトル107とVVVF−PU109、フィルタコンデンサ108及び放電用抵抗器111の間に接触器(LB2)114が挿入されている。またフィルタリアクトル107とSIV−PU209、SIV用フィルタコンデンサ208及びSIV放電用抵抗器211との間にブロッキングダイオード(BD)214と接触器(LB3)217が挿入されている。
【0037】
上記の回路構成の車両用電源装置は、次のように動作する。メインスイッチ102が投入状態にある。そしてまず、SIV−PU209の投入指令により、高速度遮断器103がオンする。次に接触器(LB2)114とSIV用接触器(LB3)217をオンして、パンタグラフ100からの直流電力を充電抵抗器105とフィルタリアクトル107を介して両方のフィルタコンデンサ(FC1,FC2)108,208に流して充電する。
【0038】
フィルタコンデンサ108,208の充電が完了すると、接触器(LB1)106がオンする。そしてこの時点で、SIV−PU209はゲートスタートし、補機210への電力供給を開始する。なお、この時点では、VVVF−PU109側はゲートスタートしていない。
【0039】
VVVF−PU109側は、マスコンによる指令に基づいてゲートスタートし、誘導電動機110に交流電流を給電して回転させる。
【0040】
この第3の実施の形態の車両用電源装置では、機能的には、VVVF−PU109とSIV−PU209のどちらかが故障した場合、接触器(LB2,LB3)114,217により故障した側だけを切り離すことができる。
【0041】
また第3の実施の形態の車両用電源装置では、図9の従来例の回路構成と比較して、SIV−PU209側においては、SIV用フューズ(AF)201、SIV用スイッチ(AS)202、SIV用高速度遮断器(IvHB)203、SIV用充電抵抗器(IvCHRe)205、SIV用接触器(IvLB)206、SIV用フィルタリアクトル(IvFL)207、SIV用接地スイッチ(IGS)213及び放電接触器(HK)215を削減することができ、部品点数を削減して故障率を低減し、またコストも低減することができる。
【0042】
次に、本発明の第4の実施の形態の車両用電源装置について、図4及び図5に基づいて説明する。第4の実施の形態は、図3に示した第3の実施の形態に対して、フィルタリアクトル(FL)107を接触器(LB2)114と1を入れ替え、同時に、SIV用接触器(LB3)217とSIV−PU209、フィルタコンデンサ(FC2)208及びSIV放電用抵抗器(IvFCRe)211との間にSIV用フィルタリアクトル207を設けている。また、第3の実施の形態における放電用接触器(HK)215に代えて、メインスイッチ(MS)102に連動する連動接点(MSA2)216を用いている。なお、VVVF−PU109側の連動接点112は、ここでは連動接点(MSA1)としている。
【0043】
この第4の実施の形態の場合、VVVF−PU109に接続するフィルタリアクトル(FL)107とSIV−PU209に接続するフィルタリアクトル(IvFL)207とを分離した構成にすることにより、VVVF−PU109の接触器(LB2)114とSIV−PU209の接触器(LB3)217のいずれかを開放しても、フィルタリアクトル(FL)107とフィルタコンデンサ(FC1)108、及びフィルタリアクトル(IvFL)207とフィルタコンデンサ(FC2)208から構成されるフィルタの特性(共振周波数)を変更しないようにできる。
【0044】
電気車の場合、図5に示すように、フィルタリアクトルとフィルタコンデンサの定数から決定されるフィルタの特性により、電力変換器であるVVVF−PU109やSIV−PU209から線路に流れる電流の低周波成分を抑制し、信号機器へ悪影響を与えないようにしているシステムが存在するが、本実施の形態の場合、フィルタ特性(共振周波数fc)を変更しないようにでき、第3の実施の形態の効果に加えて、高速度遮断器、充電回路が共通化していてもVVVF−PU109とSIV−PU209の冗長性を高くできる効果がある。
【0045】
次に、本発明の第5の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置を、図6に基づいて説明する。図6に示す第5の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の構成を示している。したがって、車両用電源装置の回路構成は図1に示したものと共通である。そして制御装置の構成は、VVVF−PU109のフィルタコンデンサ(FC1)108に対する電圧検出器120からの電圧信号(FC1電圧)とブレーキ信号を入力とし、回生ブレーキ指令が入り、かつFC1電圧が所定値を超えた場合に間欠負荷始動指令を出力する回生ブレーキ検出部1と、複数の補機負荷(LOAD)210の中から動作可能な間欠負荷を選択し、強制的に動作させるための始動信号を出力するSIV間欠負荷制御部2から構成される。
【0046】
次に、上記の構成の車両用電源装置に対する制御装置の動作について説明する。図1の車両用電源装置においてVVVF−PU109が回生ブレーキ動作すると、VVVF−PU109から架線に向けて回生電力が出力される。ところが、架線電圧の変化や回生電力を消費する負荷車両が存在しない場合、フィルタコンデンサ(FC1)108の電圧が高くなるので、回生電力の制御が必要になる。
【0047】
一方、SIV−PU209には照明灯、ACコンプレッサその他の様々な負荷210が接続され、常に架線から電力を供給する必要がある。そして様々な負荷の中には、一定周期で動作する負荷もある。例えば、コンプレッサ、抵抗器用ブロアなどは一定間隔で動作と停止を繰り返す。そしてこれらは停止期間中に強制的に動作させたとしても支障を来すものではなく、場合によっては回生電力を消費することによって電力料金を節約できるメリットも期待できる。
【0048】
そこで、本実施の形態の制御装置では、回生ブレーキ検出部1が回生ブレーキ中に、VVVF−PU109のフィルタコンデンサ(FC1)108の電圧が上昇したことを検出した場合、SIV間欠負荷制御部2が動作可能なSIV間欠負荷210を選択して起動させ、回生電力をSIV−PU209側に供給して選択された間欠負荷210によって回生電力を消費させる。
【0049】
これにより、車両用電源装置に関しては図1の第1の実施の形態と同様の効果を奏し、しかも制御装置としては回生電力を有効に利用して電力料金の節約が図れることになる。
【0050】
次に、本発明の第6の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置を、図7に基づいて説明する。図7に示す第6の実施の形態は、図2に示した第2の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の構成を示している。したがって、車両用電源装置の回路構成は図2に示したものと共通である。そして制御装置は、必要な箇所に設置されている各種センサからの信号と故障信号とを入力し、VVVF−PU109とSIV−PU209それぞれの保護動作の必要性と必要な保護動作の種類を決定する保護動作検出部11と、高速度遮断器(HB)103、充電接触器(CHK)104及び接触器(LB)106を動作させるシーケンス制御部12と、VVVF−PU109のゲート信号を制御するVVVFゲート制御部13と、SIV−PU209のゲート信号を制御するSIVゲート制御部14とを備え、保護動作検出部11が検出する保護動作の種類に応じて、VVVF−PU109とSIV−PU209との相互の保護の影響を最小にするように高速度遮断器103、充電接触器104、接触器106及びゲート信号を制御するようにしたものである。
【0051】
上記の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置は、次のように動作する。保護動作検出部11は、VVVF−PU109、SIV−PU209の各種センサや故障信号からシステムの保護動作を検出する。
【0052】
例えば、VVVF−PU109において、空転動作などの外乱によるモータ過電流を検出した場合には、VVVF−PU109とSIV−PU209の共通回路に故障はないと判断し、軽故障指令をシーケンス制御部12に出力する。シーケンス制御部12では、軽故障指令を受けると、高速度遮断器103、接触器106をオフしないように指令する。同時に、VVVFゲート制御部13にも軽故障指令を出力し、VVVFゲート制御部13はこれを受けてゲート信号をオフする。この場合、保護の必要のあるのがVVVF−PU109側であり、軽故障であるのでSIV−PU209側の保護動作は必要でないので、保護動作検出部11はSIVゲート制御部14には軽故障指令を出力せず、SIVゲート制御部14は継続してゲート信号を出力し、SIV−PU209の動作を継続させる。
【0053】
また、VVVF−PU109側ではなく、SIV−PU209側の故障の場合には上記とは逆の動作をさせ、SIV−PU209側のゲート信号をオフし、VVVF−PU109側は動作を継続させる制御を行う。
【0054】
さらに、共用化した部分の故障やVVVF−PU109、SIV−PU209を同時に動作させることができない保護動作である、例えば、高速度遮断器103がトリップする保護のような場合は、保護動作検出部11にて共用回路の故障と判断し、重事故指令をシーケンス制御部12と出力する。シーケンス制御部12はこの重事故指令を受けると、高速度遮断器103、接触器104,106のすべてをオフさせるように制御する。同時に、重事故指令はVVVFゲート制御部13とSIVげーと制御部14にも出力され、VVVF−PU109もSIV−PU209も共にゲート信号をオフして停止させ、システムの保護協調をとる。
【0055】
こうして、第6の実施の形態によれば、多くの回路用品をVVVF−PU109とSIV−PU209とで共用化することによって車両用電源装置の故障率を低減し、またコストも低減できる上に、軽事故に対してはVVVF−PU109,SIV−PU209のいずれか必要な側だけを停止させ、反対側は継続して動作させ、重事故の場合には両方を同時に停止させるという柔軟な保護動作が可能となる。
【0056】
次に、本発明の第7の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置を、図8に基づいて説明する。第7の実施の形態は、図3に示した第3の実施の形態の車両用電源装置又は図4に示した第4の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置であり、VVVF−PU109のフィルタコンデンサ(FC1)108の電圧検出器120の信号に基づき、このフィルタコンデンサ108の電圧を検出するVVVF・FCフィルタコンデンサ電圧検出部21と、SIV−PU209のフィルタコンデンサ(FC2)208の電圧検出器220の信号に基づき、このフィルタコンデンサ208の電圧を検出するSIV・FC電圧検出部22と、これらのVVVF・FC電圧検出部21とSIV・FC電圧検出部22との検出電圧同士を比較し、放電用抵抗器(0VRe)116と放電用サイリスタ(0VTH)117との放電回路に対してその放電用サイリスタ117を動作させる放電回路制御部23から構成されている。
【0057】
この車両用電源装置に対する制御装置は、次のように動作する。図3に示した第3の実施の形態の車両用電源装置あるいは図4に示した第4の実施の形態の車両用電源装置の場合、システムを起動させるとき、接触器(LB2,LB3)114,217を動作させ、架線からパンタグラフ100を介してフィルタコンデンサ(FC1,FC2)108,208を充電する。ところが、VVVF−PU109のフィルタコンデンサ(FC1)108とSIV−PU209のフィルタコンデンサ(FC2)208の電位に差があると、電流を制限する抵抗素子が両者間に介在していないため、図8に矢付き破線で示したような大電流が流れ、部品が劣化する可能性がある。
【0058】
このため、システムを起動する前にVVVF・FC電圧検出部21でVVVF−PU109のフィルタコンデンサ108の電圧を検出し、SIV・FC電圧検出部22でSIV−PU209のフィルタコンデンサ208の電圧を検出し、放電回路制御部23において、それぞれの検出電圧を比較し、VVVF−PU109側のフィルタコンデンサ電圧がSIV−PU209側のフィルタコンデンサ電圧よりも高い場合には、VVVF−PU109側の放電回路の放電用サイリスタ(0VTH)117を動作させ、フィルタコンデンサ108に貯まっている電荷を放電用抵抗器(0VRe)116によって放電させる。
【0059】
これにより、VVVF−PU109側のフィルタコンデンサ(FC1)108の電位が0Vとなり、VVVF−PU109側のフィルタコンデンサ108からSIV−PU209側のフィルタコンデンサ208に大電流が流れるのを防止し、部品の劣化を防止することができる。
【0060】
【発明の効果】
以上のように請求項1〜4の発明の車両用電源装置によれば、従来の装置と比較して、パンタグラフ以下主インバータ及び副インバータに至る回路用品、例えば、主スイッチ、高速度遮断器、充電回路、接触器、フィルタリアクトルを共用することにより部品点数を削減し、故障率の低減とコストの低減が図れる。
【0061】
請求項5の発明の車両用電源装置に対する制御装置によれば、電気車の架線状態にかかわらず主インバータの回生電力を有効に利用することができる。
【0062】
請求項6及び7の発明の車両用電源装置に対する制御装置によれば、主インバータから副インバータへ大電流が流れ込むことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の車両用電源装置の回路ブロック図。
【図2】本発明の第2の実施の形態の車両用電源装置の回路ブロック図。
【図3】本発明の第3の実施の形態の車両用電源装置の回路ブロック図。
【図4】本発明の第4の実施の形態の車両用電源装置の回路ブロック図。
【図5】上記の実施の形態のフィルタ特性図。
【図6】本発明の第5の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の回路ブロック図。
【図7】本発明の第6の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の回路ブロック図。
【図8】本発明の第7の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の回路ブロック図。
【図9】従来例の車両用電源装置の回路ブロック図。
【符号の説明】
1 回生ブレーキ検出部
2 SIV間欠負荷制御部
11 保護動作検出部
12 シーケンス制御部
13 VVVFゲート制御部
14 SIVゲート制御部
21 VVVF・FC電圧検出部
22 SIV・FC電圧検出部
23 放電回路制御部
100 パンタグラフ(Pan)
101 メインフューズ(MF)
102 メインスイッチ(MS)
103 高速度遮断器(HB)
104 充電接触器(CHK)
105 充電抵抗器(CHRe)
106 接触器(LB)
107 フィルタリアクトル(FL)
108 フィルタコンデンサ(FC1)
109 VVVFインバータパワーユニット(VVVF−PU)
110 誘導電動機(IM)
111 放電用抵抗器(FCRe)
112 連動接点(MSA)
113 接地スイッチ(GS)
114 接触器(LB2)
116 放電用抵抗器(0VRe)
117 放電用サイリスタ(0VTH)
120 電圧検出器
208 フィルタコンデンサ(FC2)
209 SIVインバータパワーユニット(SIV−PU)
210 補機負荷(LOAD)
211 放電用抵抗器(IvFCRe)
214 ブロッキングダイオード(BD)
215 放電用スイッチ(HK)
216 連動接点(MSA2)
217 接触器(LB3)
220 電圧検出器
Claims (7)
- 車両駆動用モータに給電するためのVVVFインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのSIVインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第1のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第2のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第2のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、
前記第1のフィルタコンデンサに並列に第1の放電回路を接続し、前記ブロッキングダイオードに対して前記第2のフィルタコンデンサと並列に第2の放電回路を接続し、前記主インバータ及び副インバータに対して、高速度遮断器と、充電接触器と充電抵抗器とで構成され、前記高速度遮断器に直列に接続される充電回路と、前記高速度遮断器に対して前記充電回路と並列に接続される接触器と、前記充電回路と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルとを共用するように接続したことを特徴とする車両用電源装置。 - 車両駆動用モータに給電するためのVVVFインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのSIVインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第1のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第2のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第2のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、
前記ブロッキングダイオードに対する前記副インバータと第2のフィルタコンデンサとの共通接続点と低圧入力線との間に、放電抵抗器と放電接触器とが直列に接続された放電回路を挿入し、前記主インバータ及び副インバータに対して、高速度遮断器と、充電接触器と充電抵抗器とで構成され、前記高速度遮断器に直列に接続される充電回路と、前記高速度遮断器に対して前記充電回路と並列に接続される接触器と、前記充電回路と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルと、前記放電回路とを共用するように接続したことを特徴とする車両用電源装置。 - 車両駆動用モータに給電するためのVVVFインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのSIVインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第1のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第2のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第2のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、
前記第1のフィルタコンデンサに並列に第1の放電抵抗と放電用スイッチとが直列に接続された第1の放電回路を接続し、
前記第2のフィルタコンデンサに並列に第2の放電抵抗を有する第2の放電回路を接続し、
高速度遮断器と、前記高速度遮断器に直列に接続される、充電抵抗器と第1の接触器の並列回路と、前記充電抵抗器と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルとを、前記主インバータに対して第2の接触器を介して接続し、かつ、前記充電抵抗器と第1の接触器の並列回路と、当該充電抵抗器と第1の接触器との並列回路に直列接続される前記フィルタリアクトルとを、前記副インバータに対して前記ブロッキングダイオード及び第3の接触器の直列接続回路を介して接続したことを特徴とする車両用電源装置。 - 車両駆動用モータに給電するためのVVVFインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのSIVインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けたフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けたフィルタコンデンサと、前記副インバータとフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、
前記第1のフィルタコンデンサに並列に第1の放電抵抗器と放電用スイッチとが直列に接続された第1の放電回路を接続し、
前記第2のフィルタコンデンサに並列に第2の放電抵抗を有する第2の放電回路を接続し、
前記パンタグラフからの電力を遮断するための単一の高速度遮断器を、前記主インバータと副インバータとの両者に対して接触器とフィルタリアクトルとの直列回路それぞれを介して接続したことを特徴とする車両用電源装置。 - 前記主インバータの回生ブレーキ動作の検出部と、前記副インバータに接続される間欠負荷に電流を流す間欠負荷制御部とを備え、前記主インバータの回生ブレーキを検出した時に前記間欠負荷に電流を流すように制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用電源装置に対する制御装置。
- 前記主インバータの第1のフィルタコンデンサの電圧を検出する第1フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記副インバータの第2のフィルタコンデンサの電圧を検出する第2フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記第1のフィルタコンデンサの電圧と第2のフィルタコンデンサの電圧とを比較し、前記第1の放電回路の放電用スイッチを動作させる放電回路制御部とを備え、前記第1のフィルタコンデンサの電圧が第2のフィルタコンデンサの電圧よりも高いときに前記第1の放電回路を動作させることを特徴とする請求項3に記載の車両用電源装置に対する制御装置。
- 前記主インバータの第1のフィルタコンデンサの電圧を検出する第1フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記副インバータの第2のフィルタコンデンサの電圧を検出する第2フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記第1のフィルタコンデンサの電圧と第2のフィルタコンデンサの電圧とを比較し、前記第1の放電回路の放電用スイッチを動作させる放電回路制御部とを備え、前記第1のフィルタコンデンサの電圧が第2のフィルタコンデンサの電圧よりも高いときに前記第1の放電回路を動作させることを特徴とする請求項4に記載の車両用電源装置に対する制御装置。
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