JP5856645B2

JP5856645B2 - 電気車制御装置

Info

Publication number: JP5856645B2
Application number: JP2014092841A
Authority: JP
Inventors: 牧野　友由; 友由牧野; 敦矢島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: JP2014135900A

Description

本発明は、電気車制御装置に関する。

従来の電気車制御装置は、架線からパンタグラフを介して供給された交流電力を直流電
力に変換するコンバータと、コンバータの交流側両端が充電接触器と接触器を介して、そ
れぞれ２次巻線の両端に接続された変圧器と、この変圧器と前記パンタグラフの間に設け
られた高速度遮断器と、コンバータの直流側に接続され直流電力を交流電力に変換するイ
ンバータと、このインバータの交流側に接続され前記インバータから供給される交流電力
により駆動するモータと、コンバータの直流端子間に接続されたフィルタコンデンサと、
コンバータの直流端子の一端に接続された電流検出器と、電流検出器により検出された電
流値が所定値以上になった場合に、地絡検知信号を出力する地絡検知手段とを有し、地絡
検知手段により地絡検知信号が入力された場合には、高速度遮断器、第１と第２の接触器
の少なくともいずれかを開放する制御部とから構成されている。

このように構成された従来の電気車制御装置は、コンバータの直流端子の一端に電流検
出器設けているため、地絡を迅速に検知することが出来、地絡電流が流れ続けるのを防止
することが出来た（特許文献１参照）。

特開平１１−２３５０３９号公報

しかしながら、従来の電気車制御装置において、地絡を検出するための地絡検出手段は
、電流検出器からの電流検出値を受け取るためのバッファ（受信部）や、電流検出値を比
較するための比較部等が必要になる。バッファや比較部には、基本的に複数の半導体チッ
プが必要になり、部品点数が多くなってしまうので、必然的に故障率が高くなる。

鉄道車両において地絡検知手段は、一般的に定期検修が２年に一回と定められているが
、上述した電流検出器による地絡検知方式では、故障率が高いため、２年に一回の検修で
は品質上、不充分な可能性があった。

この課題を解決するために、定期検修の周期を短くするという方法も考えられるが、電
気車制御装置の検修を行うためには、車両から機器を取り出し、試験を行う必要があり、
大掛かりな作業が必要になるため、場所と人手の問題もあり、実務上難しいという問題が
あった。

そこで、本発明は、地絡検知手段の検修作業を軽減し、検修周期を短くすることが可能
な電気車制御装置を提供することを目的とする。

上記課題は、パンタグラフ、遮断器、変圧器、および接触器を介して受けた交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータから出力された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記コンバータとインバータとの間に一端が接続され、地絡によって流れる電流を検出するための電流検出器と、制御部とを備えるとともに、前記制御部が、電気車に搭載されているバッテリを用いて前記電流検出器に検修用の電流を流し、この検修用の電流を流しているときに前記電流検出器で検出される電流値が、所定の電流値を満たさないと、地絡によって流れる電流の検出が正しく行えないと判断することにより達成することが出来る。

本発明により、地絡検知手段の検修作業を軽減し、検修周期を短くすることが可能な電
気車制御装置を提供することができる。

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。

（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明す
る。図１は、本発明基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。

本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置において、パンタグラフ１は、架線
から交流電力を授受するために、車両の屋根に設けられている。高速度遮断器２は、電流
の遮断を行うために設けられ、その一端がパンタグラフ１と接続され、他端は変圧器３の
一次巻線と接続される。変圧器３は、電圧変換を行うために設けられ、２次巻線の両端に
は、第１の接触器４と第２の接触器５が各々接続されている。コンバータ６は、交流電力
を直流電力を変換するために設けられ、第１の接触器５と第２の接触器６を介して、変圧
器３の２次巻線に接続されている。コンバータ６の直流側には、直流電力を交流電力を変
換するインバータ９が接続されている。コンバータ６の直流端子間には、第１のフィルタ
コンデンサ７と第２のフィルタコンデンサ８が接続されている。インバータ９の交流側に
は、モータ１０が接続されている。フィルタコンデンの中性点（第１のフィルタコンデン
サ７と第２のフィルタコンデンサ８の間）に、抵抗１２と電流検出器１３とから構成され
る直列回路の一端が接続され、他端は接地されている。コンデンサ１１は、抵抗１２と電
流検出器１３とから構成される直列回路に並列接続されている。電流検出器１３により検
出された電流値は、制御部１４に入力される。電流検出器１３の一次側の一端には、抵抗
２０、スイッチ２１、バッテリ２２からなる検修回路が接続され、他端は接地されている
。

制御部１４は、コンバータ・インバータ制御手段１９と、地絡電流を検知し地絡検知信
号を出力する地絡検知手段１５と、高速度遮断器２、接触器４と接触器５の開閉を制御す
る接触器制御手段１７とから構成されている。

地絡検知手段１５は、図示しないバッファを介して、電流検出器１３と接続された比較
器１６と、比較器１６と接続された検修判断手段１８から構成されている。

このように構成された電気車制御装置において、制御部１４の地絡検知手段１５は、電
流検出器１６により検出された電流値を比較し、電流値が所定値以上であった場合には、
地絡検知信号を接触器制御手段１７に入力する。接触器制御手段１７は、地絡検知信号が
地絡検知手段１５から入力された場合に、接触器４、５を開き、所定時間以上、地絡検知
信号が入力された場合には高速度遮断器２を開き電流を遮断させる。コンバータ・インバ
ータ制御手段１９は、コンバータ６、インバータ９の素子のスイッチングを制御すること
により、モータ１０に交流電力を供給する。

地絡検知手段１５に入力された電流値は、図示しないバッファを介して、比較器１６に
入力され、入力された電流値を比較し、所定値以上であった場合には、地絡検知信号を出
力する。地絡検知信号は、検修判断手段１８と接触器制御手段１７とコンバータ・インバ
ータ制御手段１９に入力される。

検修判断手段１８は、第１の接触器４と第２の接触器５が開放されている場合に、スイ
ッチ２１をＯＮして、バッテリ２２から抵抗２０を介して電流検出器１３に、検修電流を
流す。各機器が正常であれば、検修用電流が流れると、電流検出器１３により電流値が検
出され、比較器１６により地絡検知信号が入力され地絡検知信号が検修判断手段１８に入
力される。しかしながら、各機器が正常でない場合には、検修判断手段１８に地絡検知信
号が入力されない。そのため、地絡検知手段１５は、所定の条件に基づき、スイッチ２１
をＯＮした際に、地絡検知信号が入力されれば、電流検出器１３や地絡検知手段１５が正
常とみなし、地絡検知信号が入力されなかった場合には、電流検出器１３や地絡検知手段
１５が故障したものとみなし、図示しないモニタに故障信号を出力する。

このように構成された電気車制御装置は、検修回路（２０、２１、２２）を装置内に備
えているため電流検出器が正常か否か判断をする場合であっても、電気車制御装置を車両
から降ろす必要がない。また、所定のタイミングで、システム側で前記検修回路（２０、
２１、２２）を動作させ、前記電流検出器１３に検修用電流を流し、電流検出器１３や地
絡検知手段１５が正常に動作しているか否かを判別することができるため、検修周期を短
くすることも、実運用上で可能になる。

また、本実施の形態の電気車制御装置において、地絡した場合の電流は抵抗１２を介し
て地絡電流が流れるため、小電流を流せばよいので大型のバッテリを設ける必要がないの
で、検修回路（２０、２１、２２）を小型化することが出来、制御部１４への内蔵が可能
となる。そのため、従来の電気車制御装置への搭載も可能となるというメリットがある。

（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置は、本発明に基づく第１の実施の形
態の電気車制御装置とは、検修判断手段１８がスイッチ２１をＯＮして検修用電流を流す
タイミングが異なる。

本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置は、高速度遮断器２が開いているこ
とを条件に、スイッチ２１をオンして、検修用電流を流す。検修判断手段１８は、検修用
電流の電流値が、比較器１６により地絡検知信号が入力された場合には、地絡検知手段１
５は正常とみなし、比較器１６により地絡検知信号が入力されなかった場合には、地絡検
知手段１５が故障したものとみなし、図示しないモニタに故障信号を出力する。

このように構成された電気車制御装置は、地絡検知手段の検修作業を軽減し、検修周期
を短くすることが出来る。

（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置は、本発明に基づく第１の実施の形
態の電気車制御装置とは、検修判断手段１８がスイッチ２１をＯＮして検修用電流を流す
タイミングが異なる。

本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置は、図示しない運転室のレバーサ（
レバーサを入れると第１、第２の接触器をオンさせるシステムが前提）が中立になってい
ることを条件に、スイッチ２１をオンして、検修用電流を流す。検修判断手段１８は、検
修用電流の電流値が、比較器１６により地絡検知信号が入力された場合には、地絡検知手
段１５は正常とみなし、比較器１６により地絡検知信号が入力されなかった場合には、地
絡検知手段１５が故障したものとみなし、図示しないモニタに故障信号を出力する。

尚、本発明に基づく第１乃至第３の実施の形態の電気車制御装置において、電流検出器
は、コンデンサの中性点に接続される構成としているが、例えば交直両用電気車の場合に
は、直流端子のアース側に電流検出器を接続する構成とし、本発明を適用をする。交直両
用の電気車の場合であっても、他の実施の形態と同様に、地絡検知手段の検修作業を軽減
し、検修周期を短くすることが出来る。

なお、この発明は、前記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では
その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施の形態に
開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる
。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更
に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１・・・パンタグラフ
２・・・高速度遮断器
３・・・変圧器
４・・・第１の接触器
５・・・第２の接触器
６・・・コンバータ
７・・・第１のフィルタコンデンサ
８・・・第２のフィルタコンデンサ
９・・・インバータ
１０・・・モータ
１１・・・コンデンサ
１２・・・抵抗
１３・・・電流検出器
１４・・・制御部
１５・・・地絡検知手段
１６・・・比較器
１７・・・接触器制御手段
１８・・・検修判断手段
１９・・・コンバータ・インバータ制御手段
２０・・・抵抗
２１・・・スイッチ
２２・・・バッテリ

Claims

パンタグラフ、遮断器、変圧器、および接触器を介して受けた交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
このコンバータから出力された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記コンバータとインバータとの間に一端が接続され、地絡によって流れる電流を検出するための電流検出器と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
電気車に搭載されているバッテリを用いて前記電流検出器に検修用の電流を流し、
この検修用の電流を流しているときに前記電流検出器で検出される電流値が、所定の電流値を満たさないと、地絡によって流れる電流の検出が正しく行えないと判断する
ことを特徴とする電気車制御装置。
互いに直列接続された第１のコンデンサおよび第２のコンデンサが前記コンバータとインバータとの間に設けられ、前記電流検出器の一端は、前記第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
前記電流検出器の他端は、接地されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気車制御装置。
前記制御部は、前記接触器が開放されているときに前記検修用の電流を流すようにすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の電気車制御装置。
前記電流検出器に直列接続された抵抗と、前記電流検出器と抵抗に対して並列接続された第３のコンデンサと、を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の電気車制御装置。