JP4194646B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数台の主電力変換器により可変電圧可変周波数制御された交流電力を電気車駆動用交流モータに供給すると共に、補助電力変換器により定電圧定周波数制御された交流電力を電気車補助機器に供給する電気車制御装置に関するものである。

図６は、従来の電気車制御装置の構成を示す回路図である。この図において、架線１からの直流電力はパンタグラフ２により集電されるようになっている。パンタグラフ２には、高速度遮断器３ａ、充電抵抗５ａが並列接続された単位スイッチ４ａ、単位スイッチ４ｂ、フィルタリアクトル６ａを介して主電力変換器であるインバータ８Ａが接続されており、更に、単位スイッチ４ａ，４ｂの接続点からは、単位スイッチ４ｃ及びフィルタリアクトル６ｂを介して主電力変換器であるインバータ８Ｂが接続されている。パンタグラフ２には、また、高速度遮断器３ｂ、充電抵抗５ｂが並列接続された単位スイッチ４ｄ、フィルタリアクトル６ｃ、切換用単位スイッチ７ｂ、を介して補助電力変換器であるインバータ８Ｃが接続されている。なお、フィルタリアクトル６ｂの他端側とフィルタリアクトル６ｃ及び切換用単位スイッチ７ｂの接続点との間には切換用単位スイッチ７ａが設けられている。

インバータ８Ａの出力側には電気車駆動用の誘導モータＩＭ1，ＩＭ2が接続されており、インバータ８Ｂの出力側には切換用単位スイッチ７ｃを介して電気車駆動用の誘導モータＩＭ3，ＩＭ4が接続されている。また、インバータ８Ｃの出力側には、切換用単位スイッチ７ｅ及びトランス９を介して電気車補助機器等（空調機器、照明機器等）の負荷１０が接続されている。そして、インバータ８Ｂの出力端子とトランス９の１次側との間には切換用単位スイッチ７ｄが接続されている。

インバータ８Ａ，８Ｂ，８Ｃに対する制御は、それぞれインバータ制御装置５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃが行うようになっている。インバータ制御装置５１Ａは、ＶＶＶＦ制御部５２Ａ及びＰＷＭ制御部５３Ａを有している。ＶＶＶＦ制御部５２Ａは、トルク指令Ｔ1*、モータ電流Ｉ1、ロータ周波数ｆr1、及びフィルタコンデンサ電圧Ｖ1の入力に基づいてＶＶＶＦ制御（可変電圧可変周波数制御）を行い、ＰＷＭ制御部５３ＡはＶＶＶＦ制御部５２Ａからの入力に基づいてＰＷＭ制御を行い、ゲート信号Ｇ1をインバータ８Ａに出力するようになっている。

インバータ制御装置５１Ｂは、ＶＶＶＦ制御部５２Ｂ及びＰＷＭ制御部５３Ｂ1と、ＣＶＣＦ制御部５４Ｂ及びＰＷＭ制御部５３Ｂ2と、これら２つのＰＷＭ制御部５３Ｂ1，５３Ｂ2からの出力の切換を行う制御切換器５５とを有しており、この制御切換器５５からゲート信号Ｇ2がインバータ８Ｂに出力されるようになっている。そして、ＶＶＶＦ制御部５２Ｂは、トルク指令Ｔ2*、モータ電流Ｉ2、ロータ周波数ｆr2、及びフィルタコンデンサ電圧Ｖ2の入力に基づいてＶＶＶＦ制御を行い、一方、ＣＶＣＦ制御部５４Ｂは、フィルタコンデンサ電圧Ｖ2、出力電圧ＶO、及び出力電圧指令ＶO*の入力に基づいてＣＶＣＦ制御（定電圧定周波数制御）を行うようになっている。また、制御切換器５５は、外部からのＶＶＶＦ指令又はＣＶＣＦ指令に基づいて２つのＰＷＭ制御部５３Ｂ1，５３Ｂ2の出力の切換を行うようになっている。

インバータ制御装置５１Ｃは、ＣＶＣＦ制御部５４Ｃ及びＰＷＭ制御部５３Ｃを有している。ＣＶＣＦ制御部５４Ｃは、フィルタコンデンサ電圧Ｖ3、出力電圧ＶO、及び出力電圧指令ＶO*の入力に基づいてＣＶＣＦ制御を行い、ＰＷＭ制御部５３ＣはＣＶＣＦ制御部５４Ｃからの入力に基づいてＰＷＭ制御を行い、ゲート信号Ｇ3をインバータ８Ｃに出力するようになっている。

なお、上記のようにＶＶＶＦ制御されるインバータ８Ａ，８Ｂ、及びＣＶＣＦ制御されるインバータ８Ｃには、ＧＴＯサイリスタやＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体素子が用いられており、これらにより３相ブリッジ回路が構成され、任意のタイミングで導通・非導通状態が制御されて直流電力から交流電力への変換が行われている。

次に、図６の動作につき説明する。通常の運転状態では、高速度遮断器３ａ，３ｂ、単位スイッチ４ａ〜４ｄ、切換用単位スイッチ７ｂ，７ｃ，７ｅはオンとなっており、切換用単位スイッチ７ａ，７ｄがオフとなっている。したがって、インバータ８Ａは誘導モータＩＭ1，ＩＭ2に対し、また、インバータ８Ｂは誘導モータＩＭ3，ＩＭ4に対してそれぞれ可変電圧可変周波数制御された交流電力を供給し、更にインバータ８Ｃは負荷１０に対して定電圧定周波数制御された交流電力を供給している。そして、インバータ制御装置５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは、それぞれインバータ８Ａ，８Ｂ，８Ｃに対してゲート信号Ｇ1〜Ｇ3を出力している。このとき、インバータ制御装置５１Ｂ内では制御切換器５５にＶＶＶＦ指令が入力されており、ＰＷＭ制御部５３Ｂ1からの出力信号がゲート信号Ｇ2としてインバータ８Ｂに出力されている。

上記のように通常運転が行われている間に、インバータ８Ｃに異常（例えば、スイッチング素子の焼損等）が発生し、この異常が検出されたとすると、インバータ制御装置５１Ｃからのゲート信号Ｇ3の出力が停止されると共に、切換用単位スイッチ７ｂ，７ｅがオフとなりインバータ８Ｃの運転が停止される。

インバータ８Ｃの運転停止により空調機器及び照明機器等の負荷１０に対する電力供給が遮断された状態となるが、このような状態では乗客へのサービスを行うことができなくなり営業上運転を継続できなくなる。そこで、単位スイッチ４ｃがオフ、切換用単位スイッチ７ａがオンになって、インバータ８Ｂの入力経路がそれまでのインバータ８Ｃの入力経路に切り換わる。また、切換用単位スイッチ７Ｃがオフ、切換用単位スイッチ７ｄがオンとなり、それまで誘導モータＩＭ3，ＩＭ4に供給されていたインバータ８Ｂからの電力が負荷１０に切り換えられるようになる。

このとき、それまで制御切換器５５に入力されていたＶＶＶＦ指令はＣＶＣＦ指令に切り換わり、ＶＶＶＦ制御部５２Ｂ及びＰＷＭ制御部５３Ｂ1が運転を停止すると共に、ＣＶＣＦ制御部５４Ｂ及びＰＷＭ制御部５３Ｂ2が運転を開始する。そして、ＰＷＭ制御部５３Ｂ2からの出力信号がゲート信号Ｇ2としてインバータ８Ｂに出力される。

ここで、インバータ制御装置５１ＢがＶＶＶＦ制御系としてのＶＶＶＦ制御部５２Ｂ及びＰＷＭ制御部５３Ｂ1の他に、ＣＶＣＦ制御系としてのＣＶＣＦ制御部５４Ｂ及びＰＷＭ制御部５３Ｂ2を有しているのは次の理由によるものである。すなわち、電圧及び周波数を固定すればＶＶＶＦ制御部５２ＢによってもＣＶＣＦ制御を行うことは一応可能ではあるが、電気車における負荷１０には蛍光灯やトルクリップルを有するコンプレッサ等の種々の機器が含まれており、これらの機器のオンオフや外乱に対しては必ずしも安定且つ迅速な制御を期待することができない。そこで、負荷１０のバックアップ用としてＣＶＣＦ制御系を別個に設け、専用の電圧制御を行うようにすることで、電気車の負荷１０に対して安定且つ迅速な制御を確保するようにしたものである。

なお、上記のように、主電力変換器制御装置のうち予め設定された１つのものに、可変電圧可変周波数制御手段及び定電圧定周波数制御手段の双方を含ませて構成した従来装置として、例えば特許文献１に開示されたものもある。
特開平１０−１４１３３号公報

上述したように、インバータ８Ｃの故障によって電力供給が遮断されていた負荷１０は、今度はインバータ８Ｂから定電圧定周波数制御された交流電力の供給を受けるようになり、再び稼働を開始することができる。

しかし、従来装置の構成は、ＶＶＶＦ制御専用のインバータ制御装置５１Ａ、ＶＶＶＦ及びＣＶＣＦの双方の制御が可能なインバータ制御装置５１Ｂ、及びＣＶＣＦ制御専用のインバータ制御装置５１Ｃの合計３種類のインバータ制御装置を使用した構成となっている。そのため、故障時の予備品を考慮する場合も３種類のものが必要となるなど、製造上もメインテナンス上も不利なものとなっていた。

また、インバータ制御装置５１Ｂについては、ＶＶＶＦ制御系及びＣＶＣＦ制御系の双方の機器と、これらの機器間の切換を行う制御切換器５５を搭載しなければならないために必然的に大型化してしまい、スペース上も不利なものとなっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、製造上及びメインテナンス上、更にはスペース上も有利な電気車制御装置を提供することを目的としている。

本発明は上記課題を解決するための手段として、架線からの直流電力を交流電力に変換して、これを電気車駆動用の交流モータに出力する複数台の主電力変換器と、前記主電力変換器から出力される交流電力を可変電圧可変周波数制御する複数台の主電力変換器制御装置と、架線からの直流電力を交流電力に変換して、これを電気車補助機器に出力する補助電力変換器と、前記補助電力変換器から出力される交流電力を定電圧定周波数制御する補助電力変換器制御装置と、を備え、前記補助電力変換器が故障した場合に、この補助電力変換器に代わって前記複数台の主電力変換器のうち予め設定されたいずれかの主電力変換器が、定電圧定周波数制御された交流電力を前記電気車補助機器に出力する、電気車制御装置において、前記主電力変換器制御装置及び補助電力変換器制御装置は、互いに構成が同一のものであって、いずれも記憶手段及び制御処理部を内部に有する電力変換器制御部を有すると共に、この電力変換器制御部に対して、可変電圧可変周波数制御又は定電圧定周波数制御のうちのいずれの制御をいずれの変換器に行わせるかについての制御指令を出力する制御指令出力部を有しており、更に、前記記憶手段には可変電圧可変周波数制御手段及び定電圧定周波数制御手段が保持されており、前記電力変換器制御部は、前記制御指令出力部からの制御指令に基づき、前記記憶手段に保持されている可変電圧可変周波数制御手段又は定電圧定周波数制御手段のいずれかを前記制御処理部にインストール可能なものであり、通常運転中の主電力変換器制御装置では、その電力変換器制御部が制御処理部にインストールされている可変電圧可変周波数制御手段により可変電圧可変周波数制御を行うと共に、通常運転中の補助電力変換器制御装置では、その電力変換器制御部が制御処理部にインストールされている定電圧定周波数制御手段により定電圧定周波数制御を行い、しかも、前記補助電力変換器が故障した場合には、前記複数台のうち予め設定されたいずれかの主電力変換器制御装置の前記制御指令出力部が、それまで出力していた可変電圧可変周波数制御指令に代えて定電圧定周波数制御指令を出力し、これに基づきその主電力変換器制御装置の電力変換器制御部は前記記憶手段に保持されている定電圧定周波数制御手段を制御処理部にインストールし、このインストールした定電圧定周波数制御手段により定電圧定周波数制御を行い、更に、外部からの指令に基づいて通常運転モード信号又は異常時運転モード信号のいずれかを出力する運転モード切換指令回路を備えており、前記複数台のうち予め設定されたいずれかの主電力変換器制御装置の制御指令出力部は、前記運転モード切換指令回路から前記２つの運転モード信号のうちの一方の信号を入力し且つ他方の信号を入力しないことを条件として、通常運転中は可変電圧可変周波数制御指令を出力すると共に、前記補助電力変換器が故障した場合には定電圧定周波数制御指令を出力し、前記補助電力変換器制御装置の制御指令出力部は、前記運転モード切換指令回路から前記通常運転モード信号を入力することを条件として、通常運転中に定電圧定周波数制御指令を出力する、ことを特徴とする。

本発明によれば、主電力変換器制御装置及び補助電力変換器制御装置が、いずれも可変電圧可変周波数制御手段及び定電圧定周波数制御手段の双方を有する構成となっているので、製造上及びメインテナンス上、更にはスペース上も有利な電気車制御装置を得ることができ、更に、電力変換器制御装置の入力側の信号線に断線等の事故が発生したとしても誤った起動動作が行われるのを防止することができる。

以下、本発明の参考例及び実施形態を図に基づき説明する。但し、図６と同様の構成要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。図１は、第１の参考例の構成図である。この図において、インバータ８Ａ〜８Ｃは、互いに同一構成を有するインバータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃにより制御されるようになっている。 インバータ８Ａの制御を行うインバータ制御装置１１Ａは、制御指令出力部１２Ａ、インバータ制御部１３Ａ、及びＰＷＭ制御部１４Ａを有している。そして、制御指令出力部１２Ａは、「インバータ１」の指令信号を入力するとＶＶＶＦ制御指令をインバータ制御部１３Ａに出力し、これによりインバータ制御部１３Ａは、トルク指令Ｔ1*、モータ電流Ｉ1、ロータ周波数ｆr1、フィルタコンデンサ電圧Ｖ1の入力に基づいてＶＶＶＦ制御を行うようになっている。

インバータ８Ｂの制御を行うインバータ制御部１３Ｂは、制御指令出力部１２Ｂ、インバータ制御部１３Ｂ、及びＰＷＭ制御部１４Ｂを有している。そして、制御指令出力部１２Ｂは、「インバータ２」の指令信号を入力し且つ「ＶＶＶＦ」又は「ＣＶＣＦ」のいずれかの指令信号を入力すると、ＶＶＶＦ制御指令又はＣＶＣＦ制御指令をインバータ制御部１３Ａに出力するようになっている。制御指令出力部１２Ｂは、通常運転中、「ＶＶＶＦ」の指令信号の入力に基づきＶＶＶＦ制御指令を出力しており、したがって、インバータ制御部１３Ｂは、通常運転中、トルク指令Ｔ2*、モータ電流Ｉ2、ロータ周波数ｆr2、及びフィルタコンデンサ電圧Ｖ2の入力に基づいてＶＶＶＦ制御を行っている。

インバータ８Ｃの制御を行うインバータ制御装置１１Ｃは、制御指令出力部１２Ｃ、インバータ制御部１３Ｃ、及びＰＷＭ制御部１４Ｃを有している。そして、制御指令出力部１２Ｃは、「インバータ３」の指令信号を入力するとＣＶＣＦ制御指令をインバータ制御部１３Ｃに出力し、これによりインバータ制御部１３Ｃは、フィルタコンデンサ電圧Ｖ3、出力電圧ＶO、出力電圧指令ＶO*の入力に基づいてＣＶＣＦ制御を行うようになっている。

図２は、図１におけるインバータ制御部１３Ｂが内部に有する可変電圧可変周波数制御手段１５及び定電圧定周波数制御手段１８の構成を示すブロック図である。なお、図２はインバータ制御装置１１Ｂを代表例として図示したものであり、インバータ制御装置１１Ａ，１１Ｃも同様の構成を有している。

インバータ制御部１３Ｂは、内部に記憶手段を有しており、この記憶手段に可変電圧可変周波数制御手段１５及び定電圧定周波数制御手段１８を保持している。そして、必要に応じて可変電圧可変周波数制御手段１５又は定電圧定周波数制御手段１８のいずれかを制御処理部にインストールできるようになっている。

図２に図示するように、可変電圧可変周波数制御手段１５は電流制御回路１６及びＶＶＶＦ制御回路１７を有している。電流制御回路１６は、トルク指令Ｔ2*及びモータ電流Ｉ2の入力に基づいて電流制御信号を出力し、ＶＶＶＦ制御回路１７は、この電流制御信号とロータ周波数ｆr2及びフィルタコンデンサ電圧Ｖ2との入力に基づいてＶＶＶＦ制御信号を出力するようになっている。

また、定電圧定周波数制御手段１８は電圧制御回路１９及びＣＶＣＦ制御回路２０を有している。電圧制御回路１９は、出力電圧指令ＶO*及び出力電圧ＶOの入力に基づいて電圧制御信号を出力し、ＣＶＣＦ制御回路２０は、この電圧制御信号とフィルタコンデンサ電圧Ｖ3との入力に基づいてＣＶＣＦ制御信号を出力するようになっている。

次に、上記のように構成される第１の参考例の動作につき説明する。図６の従来装置において説明したように、通常の運転状態では、高速度遮断器３ａ，３ｂ、単位スイッチ４ａ〜４ｄ、切換用単位スイッチ７ｂ，７ｃ，７ｅはオンとなっており、切換用単位スイッチ７ａ，７ｄがオフとなっている。したがって、インバータ８Ａは誘導モータＩＭ1，ＩＭ2に対し、また、インバータ８Ｂは誘導モータＩＭ3，ＩＭ4に対してそれぞれ可変電圧可変周波数制御された交流電力を供給し、更にインバータ８Ｃは負荷１０に対して定電圧定周波数制御された交流電力を供給している。そして、インバータ制御装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、それぞれインバータ８Ａ，８Ｂ，８Ｃに対してゲート信号Ｇ1〜Ｇ3を出力している。このとき、インバータ制御装置１１Ｂ内では制御指令出力部１２Ｂに「インバータ２」及び「ＶＶＶＦ」の指令信号が入力されており、ＶＶＶＦ制御指令をインバータ制御部１３Ｂに出力している。したがって、インバータ制御部１３Ｂでは、図２に示した可変電圧可変周波数制御手段１５がトルク指令Ｔ2*、モータ電流Ｉ2、ロータ周波数ｆr2、及びフィルタコンデンサ電圧Ｖ2を入力し、ＶＶＶＦ制御をおこなっており、このＶＶＶＦ制御に基づくゲート信号Ｇ2をインバータ８Ｂに出力している。

上記のように通常運転が行われている間に、インバータ８Ｃに異常（例えば、スイッチング素子の焼損等）が発生し、この異常が検出されたとすると、インバータ制御装置１１Ｃからのゲート信号Ｇ3の出力が停止されると共に、切換用単位スイッチ７ｂ，７ｅがオフとなりインバータ８Ｃの運転が停止される。

次いで、単位スイッチ４ｃがオフ、切換用単位スイッチ７ａがオンになって、インバータ８Ｂの入力経路がそれまでのインバータ８Ｃの入力経路に切り換わる。また、切換用単位スイッチ７Ｃがオフ、切換用単位スイッチ７ｄがオンとなり、それまで誘導モータＩＭ3，ＩＭ4に供給されていたインバータ８Ｂからの電力が負荷１０に切り換えられるようになる。このとき、それまで制御指令出力部１２Ｂに入力されていた「ＶＶＶＦ」の指令信号はＣＶＣＦ指令に切り換わる。これにより、制御指令出力部１２Ｂでは、それまでの可変電圧可変周波数制御手段１５の動作が終了され、今度は定電圧定周波数制御手段１８がインストールされる。そして、定電圧定周波数制御手段１８の電圧制御回路１９は出力電圧指令ＶO*及び出力電圧ＶOの入力に基づいて電圧制御信号を出力し、ＣＶＣＦ制御回路２０は、この電圧制御信号及びフィルタコンデンサ電圧Ｖ3の入力に基づいてＣＶＣＦ制御信号をＰＷＭ制御部１４Ｂに出力する。ＰＷＭ制御部１４Ｂは、このＣＶＣＦ制御信号に基づきＰＷＭ制御を行い、ゲート信号Ｇ2をインバータ８Ｂに出力する。これにより、インバータ８Ｃの故障によって電力供給が遮断されていた負荷１０は、今度はインバータ８Ｂから定電圧定周波数制御された交流電力の供給を受けるようになり、再び稼働を開始することができる。なお、ＣＶＣＦ制御の場合は、制御対象が種々の補助機器であり、制御の高速応答性が要求されるために、制御サンプリング時間をＶＶＶＦ制御の場合の２分の１以下に可変できるようになっている。

上記した図１の構成におけるインバータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃは、いずれも同一構成のものである。すなわち、図６の従来装置では３種類のインバータ制御装置を使用した構成となっていたが、この図１では１種類のみのインバータ制御装置を使用した構成となっている。したがって、製造時にもメインテナンス時にも１種類のインバータ制御装置のみを対象とすればよくなるので、製造上もメインテナンス上も非常に有利なものとなる。また、従来装置では、インバータ制御装置５１Ａ，５１Ｂに比べてインバータ制御装置５１Ｂのみが突出して大きなものであったため、スペース的な条件が限定されてしまい設計自由度が小さくならざるを得なかったが、この図１の構成ではインバータ制御装置１１Ａ〜１１Ｃが全て同じ大きさとなるために設計の自由度が大幅に大きなものとなっている。

図３は、本発明の第２の参考例の構成図である。但し、図面の簡略化のため、図１における高速度遮断器３ａ，３ｂ、単位スイッチ４ａ〜４ｄ、充電抵抗５ａ，５ｂ、フィルタリアクトル６ａ〜６ｃ等の図示は省略してある。図３において、インバータユニット２１Ａはインバータ８Ａ及びインバータ制御装置１１Ａにより構成されている。同様に、インバータユニット２１Ｂはインバータ８Ｂ及びインバータ制御装置１１Ｂにより構成され、インバータユニット２１Ｃはインバータ８Ｃ及びインバータ制御装置１１Ｃにより構成されている。そして、インバータ８Ｂの入力側及び出力側にはそれぞれ切換スイッチ２２ａ，２２ｃが設けられており、インバータ８Ｃの入力側及び出力側にはそれぞれ切換スイッチ２２ｂ，２２ｄが設けられている。

このように、インバータとインバータ制御装置とを組み合わせ、インバータユニットとして一体化することにより、システムとしての冗長性部位を明確にすることができ、また、客先が管理する機器の種類を、これまでのインバータ及びインバータ制御装置の２種類から１種類とすることができる。さらに、インバータすなわち主回路部とインバータ制御装置とを一体化することにより、万一故障が発生した場合でも、故障部位を容易に推定することができ、したがって、故障部位の準備と復旧時間を短縮することができるようになる。

図４は、本発明の実施形態についての説明図であり、図３におけるインバータ制御装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ内における制御指令出力部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの入力信号と出力信号の対応関係についての説明図である。制御指令出力部１２Ａの「ＳＵ１」及び「ＶＶＶＦモード」の入力端子には論理信号が入力されるようになっており、制御指令出力部１２Ａは、これら両端子に論理信号が入力され且つ「ＣＶＣＦモード」の入力端子に論理信号が入力されていないことを条件にインバータ制御部１３ＡにＶＶＶＦ指令を出力するようになっている。

また、制御指令出力部１２Ｂは、ＶＶＶＦモードにおいては、「ＳＵ１」及び「ＶＶＶＦモード」の入力端子に論理信号が入力されるようになっており、制御指令出力部１２Ｂは、これら両端子に論理信号が入力され且つ「ＣＶＣＦモード」の入力端子に論理信号が入力されていないことを条件にインバータ制御部１３ＢにＶＶＶＦ指令を出力するようになっている。そして、ＣＶＣＦモードにおいては、「ＳＵ２」及び「ＣＶＣＦ」の入力端子に論理信号が入力されるようになっており、制御指令出力部１２Ｂは、これら両端子に論理信号が入力され且つ「ＶＶＶＦモード」の入力端子に論理信号が入力されていないことを条件にインバータ制御部１３ＢにＣＶＣＦ指令を出力するようになっている。

更に、制御指令出力部１２Ｃの「ＳＵ２」及び「ＣＶＣＦモード」の入力端子には論理信号が入力されるようになっており、制御指令出力部１２Ｃは、これら両端子に論理信号が入力され且つ「ＶＶＶＦモード」の入力端子に論理信号が入力されていないことを条件にインバータ制御部１３ＣにＣＶＣＦ指令を出力するようになっている。

切換指令部２３は、通常時には制御指令出力部１２Ｂの「ＶＶＶＦモード」入力端子に対して論理信号を出力し、切換時すなわち異常時には「ＣＶＣＦモード」入力端子に対して論理信号を出力するものである。切換指令部２３は、また、通常時には制御指令出力部１２Ｃの「ＣＶＣＦモード」入力端子に対して論理信号を出力し、切換時にはこの論理信号の出力を停止するものである。この切換指令部２３は、図３におけるインバータユニット２１Ｂ又は２１Ｃのいずれかに設けられるものである。そして、図３における切換スイッチ２２ａ〜２２ｄは、この切換指令部２３の出力状態に応じて動作するようになっている。

図５は、上述したインバータユニット２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの各入力条件と各起動条件との関係を整理して示した図表である。

次に、図３及び図４に示した本発明の実施形態の動作につき説明する。通常の運転状態では、図３における切換スイッチ２２ａ〜２２ｄの接点位置は図示の状態となっており、インバータ８Ｂからの交流電力は誘導モータＩＭ3，ＩＭ4に供給され、また、インバータ８Ｃからの交流電力はトランス９を介して負荷１０に供給されている。このとき、図４における制御指令出力部１２Ｂには、その「ＳＵ１」入力端子に論理信号が入力されている。また、切換指令部２３の切換接点位置は通常時の「Ｖ」位置であり、切換指令部２３からは制御指令出力部１２Ｂの「ＶＶＶＦモード」入力端子に論理信号が出力されると共に、制御指令出力部１２Ｃの「ＣＶＣＦモード」入力端子に論理信号が出力されている。したがって、制御指令出力部１２Ｂは、インバータ制御部１３Ｂに対してＶＶＶＦ指令を出力し、制御指令出力部１２Ｃはインバータ制御部１３Ｃに対してＣＶＣＦ指令を出力している状態となっている。

このように通常運転が行われている間に、インバータ８Ｃに異常が発生し、この異常が検出されたとすると、切換指令部２３の切換接点位置は通常時の「Ｖ」位置から切換時の「Ｓ」位置に切り換わり、切換指令部２３からは制御指令出力部１２Ｂの「ＣＶＣＦモード」入力端子に論理信号が出力されると共に、それまで制御指令出力部１２Ｃの「ＣＶＣＦモード」入力端子に出力されていた論理信号の出力が停止される。したがって、制御指令出力部１２Ｂは、インバータ制御部１３Ｂに対してＣＶＣＦ指令を出力し、制御指令出力部１２Ｃはインバータ制御部１３Ｃに対して何らの指令を出力しない状態となる。

また、このとき図３における切換スイッチ２２ａの接点はａ側からｂ側に切り換わると共に、切換スイッチ２２ｂの接点はｂ側からａ側に切り換わる。すなわち、インバータ８Ｂにはインバータ８Ｃと同様の経路で直流電力が入力される。そして、切換スイッチ２２ｃの接点もａ側からｂ側に切り換わると共に、切換スイッチ２２ｄの接点もｂ側からａ側に切り換わる。したがって、インバータ８Ｂからの交流電力はトランス９を介して負荷１０に供給されることになる。

なお、図５の図表に示したように、各ユニットの起動条件は、ユニット認識コード用入力端子及び制御モード用入力端子の双方に論理信号が入力されたという条件の他に、他方の制御モードの入力端子に論理信号が入力されていないという条件を加重して、ＶＶＶＦモード及びＣＶＣＦモード間のインタロックを取るようにしている。したがって、制御指令出力部１２Ａ〜１２Ｃの入力側の信号線に断線等の事故が発生したとしても誤った起動動作が行われるのを防止することができ、安全性を向上させることができる。

本発明の第１の参考例の構成図。 図１におけるインバータ制御部１３Ｂが内部に有する可変電圧可変周波数制御手段１５及び定電圧定周波数制御手段１８の構成を示すブロック図。 本発明の第２の参考例の構成図。 本発明の実施形態についての説明図であり、図３におけるインバータ制御装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ内における制御指令出力部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃの入力信号と出力信号の対応関係についての説明図。 図３におけるインバータユニット２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの各入力条件と各起動条件との関係を整理して示した図表。 従来の電気車制御装置の構成を示す回路図。

符号の説明

１：架線
２：パンタグラフ
３ａ，３ｂ：高速度遮断器
４ａ〜４ｄ：単位スイッチ
５ａ，５ｂ：充電抵抗
６ａ〜６ｃ：フィルタリアクトル
７ａ〜７ｅ：切換用単位スイッチ
８Ａ，８Ｂ：インバータ（主電力変換器）
８Ｃ：インバータ（補助電力変換器）
９：トランス
１０：負荷
１１Ａ，１１Ｂ：インバータ制御装置（主電力変換器制御装置）
１１Ｃ：インバータ制御装置（補助電力変換器制御装置）
１２Ａ〜１２Ｃ：制御指令出力部
１３Ａ〜１３Ｃ：インバータ制御部
１４Ａ〜１４Ｃ：ＰＷＭ制御部
１５：可変電圧可変周波数制御手段
１６：電流制御回路
１７：ＶＶＶＦ制御回路
１８：定電圧定周波数制御手段
１９：電圧制御回路
２０：ＣＶＣＦ制御回路
２１Ａ，２１Ｂ：インバータユニット（主電力変換ユニット）
２１Ｃ：（補助電力変換ユニット）
２２ａ〜２２ｄ：切換スイッチ
２３：切換指令部
ＩＭ1〜ＩＭ4：誘導モータ（電気車駆動用の交流モータ）
Ｔ1*，Ｔ2*：トルク指令
Ｉ1，Ｉ2：モータ電流
ｆr1，ｆr2：ロータ周波数
Ｖ1〜Ｖ3：フィルタコンデンサ電圧
ＶO：出力電圧
ＶO*：出力電圧指令

Claims (1)

1. 架線からの直流電力を交流電力に変換して、これを電気車駆動用の交流モータに出力する複数台の主電力変換器と、
   前記主電力変換器から出力される交流電力を可変電圧可変周波数制御する複数台の主電力変換器制御装置と、
   架線からの直流電力を交流電力に変換して、これを電気車補助機器に出力する補助電力変換器と、
   前記補助電力変換器から出力される交流電力を定電圧定周波数制御する補助電力変換器制御装置と、
   を備え、前記補助電力変換器が故障した場合に、この補助電力変換器に代わって前記複数台の主電力変換器のうち予め設定されたいずれかの主電力変換器が、定電圧定周波数制御された交流電力を前記電気車補助機器に出力する、電気車制御装置において、
   前記主電力変換器制御装置及び補助電力変換器制御装置は、互いに構成が同一のものであって、いずれも記憶手段及び制御処理部を内部に有する電力変換器制御部を有すると共に、この電力変換器制御部に対して、可変電圧可変周波数制御又は定電圧定周波数制御のうちのいずれの制御をいずれの変換器に行わせるかについての制御指令を出力する制御指令出力部を有しており、
   更に、前記記憶手段には可変電圧可変周波数制御手段及び定電圧定周波数制御手段が保持されており、前記電力変換器制御部は、前記制御指令出力部からの制御指令に基づき、前記記憶手段に保持されている可変電圧可変周波数制御手段又は定電圧定周波数制御手段のいずれかを前記制御処理部にインストール可能なものであり、
   通常運転中の主電力変換器制御装置では、その電力変換器制御部が制御処理部にインストールされている可変電圧可変周波数制御手段により可変電圧可変周波数制御を行うと共に、通常運転中の補助電力変換器制御装置では、その電力変換器制御部が制御処理部にインストールされている定電圧定周波数制御手段により定電圧定周波数制御を行い、
   しかも、前記補助電力変換器が故障した場合には、前記複数台のうち予め設定されたいずれかの主電力変換器制御装置の前記制御指令出力部が、それまで出力していた可変電圧可変周波数制御指令に代えて定電圧定周波数制御指令を出力し、これに基づきその主電力変換器制御装置の電力変換器制御部は前記記憶手段に保持されている定電圧定周波数制御手段を制御処理部にインストールし、このインストールした定電圧定周波数制御手段により定電圧定周波数制御を行い、
   更に、外部からの指令に基づいて通常運転モード信号又は異常時運転モード信号のいずれかを出力する運転モード切換指令回路を備えており、
   前記複数台のうち予め設定されたいずれかの主電力変換器制御装置の制御指令出力部は、前記運転モード切換指令回路から前記２つの運転モード信号のうちの一方の信号を入力し且つ他方の信号を入力しないことを条件として、通常運転中は可変電圧可変周波数制御指令を出力すると共に、前記補助電力変換器が故障した場合には定電圧定周波数制御指令を出力し、
   前記補助電力変換器制御装置の制御指令出力部は、前記運転モード切換指令回路から前記通常運転モード信号を入力することを条件として、通常運転中に定電圧定周波数制御指令を出力する、
   ことを特徴とする電気車制御装置。

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