JPH0698409A

JPH0698409A - インバータ制御式鉄道電気車両

Info

Publication number: JPH0698409A
Application number: JP26788992A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Miyashita; 友治宮下; Hiroshi Yamaguchi; 博史山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本来架線から給電を受けて使用するように設
定されたインバータ制御装置によって駆動される電気車
両において、架線より電圧の低い別電源により給電を受
けた場合でも、前記インバータ制御装置を動作させるよ
うにすることにより、従来別々の車両で行われていた複
数の用途の作業を１両の車両で行え得るインバータ制御
式鉄道電気車両を提供することにある。【構成】単数または複数のインバータ制御装置３と、そ
れによって駆動され、鉄道車両としてのけん引力を発生
する単数または複数の三相交流電動機７を有する電気車
両９において、架線１からの給電によりインバータ制御
装置を介して三相交流電動機を駆動する運転モードとは
別に、架線より低い電圧を有する別電源６から同一の前
記インバータ制御装置に給電し、前記インバータ制御装
置を介して三相交流電動機を駆動する、という構成にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ制御式鉄道
電気車両に係り、特に、架線電源からの給電がなくとも
別電源により運転可能なインバータ制御式鉄道電気車両
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気車両において、従来より架線（トロ
リー）のない区間を走行するとき、バッテリーなどによ
る補助駆動装置を利用する。この種装置は、特開昭５７
−３６５０２号公報および特開昭５７−６２７０３号公
報に記載されているように、トロリーバス等に採用さ
れ、チョッパ制御装置を用いて１組の電動機を駆動し
て、道路閉鎖などの区間を走行するものである。また、
鉄道車両においては、特開昭５０−７８０１３号公報に
記載されているように、架線のない非電化区間を自車の
内燃機関を駆動して発電し、この発電した電力を用いて
自走する車両が考えられている。一方、現在、各鉄道車
両として広く使用されているインバータ制御式鉄道電気
車両は、ＤＣ１５００ＶやＡＣ２００００Ｖ等の架線か
ら給電を受けて走行する電車や機関車である。これらの
車両のインバータ制御装置の入力電圧は、ＤＣ１５００
Ｖを中心に４０％程度の変動範囲以内に設定されてお
り、この範囲を超えた変動に対しては、その主回路機器
を保護するための各種の保護機能が施されている。ま
た、上記架線から給電される鉄道車両とは別に、蓄電地
を電源として走行するインバータ制御鉄道車両が使用さ
れている。この鉄道車両は、蓄電地の１セル当りの電圧
が１．０〜２．３Ｖ程度である性質上、電圧を高める必
要があり、そのために、複数のセルを直列に接続し、使
用される電圧は数十Ｖから２００Ｖ程度が普通である。
上記したように、架線電源からの給電により運転される
インバータ制御式電気車両と、蓄電地などの低い電圧の
別電源より給電されて運転されるインバータ制御式電気
車両は、全く別の鉄道車両として考えられており、その
用途に応じた別々の車両が使用される。このため、例え
ば、電化された線区を架線から給電を受けて走行するイ
ンバータ式電気機関車によりけん引されてきた貨車など
を、架線のない側線へ移す作業を行うためには、別途蓄
電池等の別電源から給電されて前記の機関車よりも少な
いけん引力を発生する入替用機関車などに継なぎかえ
て、作業を実行する必要がある。このように、貨車など
のけん引に際し、電化された線区では、架線から給電を
受けて走行するインバータ式電気機関が使用され、架線
のない側線では、蓄電池等の別電源から給電されて運転
されるインバータ制御式電気車両が使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、本来
架線から給電を受けて使用するように設定されたインバ
ータ制御装置と、それによって駆動され、車両としての
けん引力を発生する三相交流電動機を有する電気車両に
おいて、架線からでなく、電圧の低い別電源により給電
を受けた場合でも、前記インバータ制御装置を動作し、
電動機にある値以上の有効なけん引力を発生させるよう
にすることにより、従来別々の車両で行われていた複数
の用途の作業を１両の車両で行え得るインバータ制御式
鉄道電気車両を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、単数または
複数のインバータ制御装置と、それによって駆動され、
鉄道車両としてのけん引力を発生する単数または複数の
三相交流電動機を有する電気車両において、架線からの
給電によりインバータ制御装置を介して三相交流電動機
を駆動する運転モードとは別に、架線より低い電圧を有
する別電源から同一の前記インバータ制御装置に給電
し、前記インバータ制御装置を介して三相交流電動機を
駆動する、という構成によって達成される。また、複数
個のインバータ制御装置と、複数個の三相交流電動機を
有し、別電源からの給電により運転するモードでは、そ
の車両に装備したすべてのインバータ制御装置と三相交
流電動機を駆動せずに、１組または数組のインバータ制
御装置と１個または数個の三相交流電動機のみを駆動す
る、という構成によって達成される。

【０００５】

【作用】本発明は、インバータ制御装置の動作可能な電
圧範囲が広いことに着目するとともに、電気車両に置い
て、架線電圧より低い電圧の別電源を使用する場合に
は、その運転速度を高くする必要がないことが多く、ま
た、使用電源の電圧とその運転速度をほぼ比例させるこ
とにより、架線電圧の６０％以下の低い電圧の別電源で
も、架線電源を給電すると同一インバータ制御装置を使
用することを可能としたものである。また、別電源を使
用する場合は、速度のみならずけん引力も少なくするこ
とが可能なことが多いことから、複数個のインバータ制
御装置のうち１組または数組のみを選択使用するように
したものである。

【０００６】

【実施例】以下、本発明によるインバータ制御式電気車
両について、図示の実施例により説明する。図１は、本
発明の一実施例であり、インバータ制御式電気車両がＤ
Ｃ１５００Ｖの架線１からの給電により運転されている
状態を示している。図１において、１は架線、２はパン
タグラフ、３はインバータ制御装置、４は補機回路電源
装置、５は充電装置、６は蓄電池、７は三相交流電動
機、８は車輪、９は車体を示す。この実施例では、パン
タグラフ２を介してＤＣ１５００Ｖの電源が各インバー
タ制御装置３に供給され、各インバータ制御装置３は、
それぞれ三相交流電動機７の回転数とトルクを変化させ
て、車両として必要な速度とけん引力をコントロールす
る。また、補機回路電源４へも同様にＤＣ１５００Ｖが
荷電され、補機回路電源装置４において、一担３相ＡＣ
４４０Ｖに変換されたあと、充電装置５により再びＤＣ
６００Ｖに変換し、蓄電池６を常に充電するようにして
いる。次に、図２に、このインバータ制御式電気車両が
架線のない区間を運転される状態を示す。この実施例で
は、インバータ制御装置３が１組だけ蓄電池６から荷電
され、その電圧は、ＤＣ５００からＤＣ５５０Ｖ程度と
なる。ここでは、インバータ制御装置３が１組だけ蓄電
池６から荷電される例を示したが、より速い速度および
大きなけん引力を必要とするときは、複数個のインバー
タ制御装置３に蓄電池６から荷電し、使用することも可
能である。なお、図１と同一符号は、同一対象物を示
す。以下も同様である。

【０００７】図１と図２で説明した実施例の電気回路ツ
ナギ図を図４に示す。図４において、２１は切替スイッ
チ、２２はパンタグラフ２の折りたたみ動作と連動して
開閉するパンタグラフ切断スイッチ、２３はパンタグラ
フ切断スイッチ２２とインターロックされる連動接点、
２４は補機回路の蓄電池電源接点３１の励磁コイル、２
５は主回路蓄電池電源接点３０の励磁コイル、２６は主
回路主接点２８の励磁コイル、２７は制御回路部分、２
８は主回路主接点、３０は主回路蓄電池接点、３１は補
機回路の蓄電池電源接点、３２は補機回路部分、３３は
遮断器を示す。なお、補機回路３２の負荷としては、コ
ンプレッサーのモータや送風機のモータ等がある。イン
バータ制御式電気車両が架線１からの給電により運転さ
れるときは、パンタグラフ２が架線１に接触することか
ら、、パンタグラフ切断スイッチ２２が閉じ、パンタグ
ラフ切断スイッチ２２とインターロックされる連動接点
２３が開き、制御回路部分２７の各励磁コイル２４、２
５、２６が励磁されないので、パンタグラフ２、パンタ
グラフ切断スイッチ２２、遮断器３３、主回路主接点２
８を介して各インバータ制御装置３に電力が供給され、
各三相交流電動機７を駆動し、車両が運転される。ここ
で、架線からの給電により運転するモードから、蓄電池
６からの給電により運転するモードへ切替えるに際し、
連動接点２３とパンタグラフ切断スイッチ２２とはイン
ターロックをとっているため、モード切替えの誤操作を
防止する。また、同時に、補機回路電源装置４、充電装
置５および補機回路の蓄電池電源接点３１を介して蓄電
池６を充電する。また、補機回路３２の負荷には補機回
路電源装置４から電力が供給される。一方、蓄電池６に
よる運転を行うためには、パンタグラフ２が折たたまれ
るため、この動作と連動してパンタグラフ切断スイッチ
２２が切りとなり、次いで、切替スイッチ２１を操作す
ると、パンタグラフ切断スイッチ２２とインターロック
されている連動接点２３が閉じているので、各励磁コイ
ル２４、２５、２６が励磁され、図１と図２で説明した
蓄電池運転のための回路が構成される。つまり、インバ
ータ制御装置３が１組だけ、蓄電池６と主回路蓄電池接
点３０、遮断器３３および主回路接点２８を介して接続
され、１組のインバータ制御装置３を蓄電池６により荷
電し、三相交流電動機７を駆動する。この例では、充電
装置５も補機回路の蓄電池電源接点３１を介して蓄電池
６から荷電され、この充電装置５を逆運転することによ
り、補機回路部分３２に必要な３相ＡＣ４００Ｖ電源を
供給する。

【０００８】本実施例の車両の性能を速度とけん引力の
関係により表すと、図５のようになる。この図５におい
て、曲線１１は、架線電圧ＤＣ１５００Ｖ下における性
能曲線、曲線２は、蓄電池６からの給電時の性能曲線、
曲線１３は、車両の入替ヤード等の平担系における列車
の抵抗曲線を示す。性能曲線１１に比し、性能曲線２
は、大幅に低くなっているが、列車の抵抗曲線１３より
も実使用速度範囲の２０Ｋｍ／ｈ程度まではけん引力が
うわ上まっており、十分使用可能であることがわかる。
本実施例では、蓄電池６は、図１に示すように、通常は
連続的に充電されており、車両が架線１のない側線へ移
動する時にのみ、図２のように蓄電池６を放電させて運
転され、その運転時間は、数分から十数分と短い場合に
は、蓄電池６の容量もあまり大きなものを必要としな
い。

【０００９】図３に、本発明の他の実施例を示す。この
例では蓄電池６を隣りの車両に配置して、これから電気
接続器１０を介して給電をうける１組のインバータ制御
装置が三相交流電動機７を駆動して、車両を運転する。
この場合の車両の性能は、図４の性能曲線１２と同じで
あるが、使用する蓄電池６が隣りの車両に搭載されるた
め、前例に比較して、蓄電池６に対する寸法および位置
の自由度が大きく、大容量の蓄電池６を使用することが
可能となり、蓄電池６からの給電で車両を運転する時間
を長くすることができる。また、この図３の実施例で
は、架線が有る区間を運転するときには、この蓄電池６
を搭載した車両を連結せずに運転し、架線のない区間を
運転する時にのみ連結することにより、架線の有る区間
で使用しない蓄電池６を不要時に運ぶことによる無駄を
なくすことが可能となる。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、架線からの給電により
運転されて来た列車を、架線がない区間に移動させる場
合にも別電源で駆動される車両又は内燃機関などを搭載
した車両など他の車両を接続することなしに、架線から
の給電時に使用されて来た車両をそのまま使用すること
により、連結作業等をおこなう必要がなくなり、一連の
作業の効率を向上する効果がある。また、上記のように
列車入替などのために他の車両を準備しておく必要がな
くなるので、保守点検すべき車両の数を減じることも可
能となり、保守費用の低減が図れる。また、使用する蓄
電池を隣りの車両に搭載した場合、蓄電池６に対する寸
法および位置の自由度が大きく、大容量の蓄電池を使用
することが可能となり、蓄電池からの給電で車両を運転
する時間を長くすることができる。また、架線が有る区
間を運転するときには、この蓄電池を搭載した車両を連
結せずに運転し、架線のない区間を運転する時にのみ連
結することにより、架線の有る区間で使用しない蓄電池
を不要時に運ぶことによる無駄をなくすことが可能とな
る。また、運転モードの切替は、パンタグラフの折りた
たみ動作とインターロックをとるので、誤操作を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の基本構成を説明する図。

【図２】本発明の一実施例の蓄電池の使用状態を説明す
る図。

【図３】本発明の他の実施例の蓄電池の使用状態を説明
する図。

【図４】本発明の一実施例の電気回路ツナギ図。

【図５】本発明の一実施例の車両性能の例を説明する
図。

【符号の説明】

１架線２パンタグラフ３インバータ制御装置４補機回路電源装置５充電装置６蓄電池７三相交流電動機８車輪９車体１０電気接続器１１車両の性能曲線１２車両の性能曲線１３列車の抵抗曲線２１切替スイッチ２２パンタグラフ切断スイッチ２３パンタグラフ切断スイッチとの連動接点２４補機回路の蓄電池電源接点の励磁コイル２５主回路蓄電池電源接点の励磁コイル２６主回路主接点の励磁コイル２７制御回路部分２８主回路主接点３０主回路蓄電池接点３１補機回路の蓄電池電源接点３２補機回路部分３３遮断器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータ制御装置と、それによって駆
動され、鉄道車両としてのけん引力を発生する三相交流
電動機を有する電気車両において、架線からの給電によ
りインバータ制御装置を介して三相交流電動機を駆動す
る運転モードとは別に、架線より低い電圧を有する別電
源から同一の前記インバータ制御装置に給電し、前記イ
ンバータ制御装置を介して三相交流電動機を駆動するこ
とを特徴とするインバータ制御式鉄道電気車両。
【請求項２】請求項１において、複数個のインバータ
制御装置と、複数個の三相交流電動機を有し、別電源か
らの給電により運転するモードでは、その車両に装備し
たすべてのインバータ制御装置と三相交流電動機を駆動
せずに、１組または数組のインバータ制御装置と１個ま
たは数個の三相交流電動機のみを駆動することを特徴と
するインバータ制御式鉄道電気車両。
【請求項３】請求項１において、別電源を蓄電地と
し、この蓄電地を自車両内または他車両に搭載すること
を特徴とするインバータ制御式鉄道電気車両。
【請求項４】請求項３において、別電源からの受電を
車両端部に配置した電気的接続器を介して行うことを特
徴とするインバータ制御式鉄道電気車両。
【請求項５】請求項１または請求項２において、架線
からの給電により運転するモードから、別電源からの給
電により運転するモードへの切替は、架線からの給電に
使用するパンタグラフの折りたたみ動作とインターロッ
クをとり、別電源による運転モードでは常にパンタグラ
フをさげた状態となることを特徴とするインバータ制御
式鉄道電気車両。