JPH07203604A - 鉄道機関車用機関のためのアベイラビリティの高い交直両用給電システム - Google Patents

鉄道機関車用機関のためのアベイラビリティの高い交直両用給電システム

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JPH07203604A
JPH07203604A JP6309275A JP30927594A JPH07203604A JP H07203604 A JPH07203604 A JP H07203604A JP 6309275 A JP6309275 A JP 6309275A JP 30927594 A JP30927594 A JP 30927594A JP H07203604 A JPH07203604 A JP H07203604A
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JP6309275A
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Alain Thevenon
アラン・テブノン
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Alstom Transport SA
GEC Alsthom Transport SA
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 一つのコンバータまたはインバータが故障の
時、それを隔離し、少なくとも３台の電動機において引
張り力が保持され、アベイラビリティが著しく向上する
給電システムを提供する。 【構成】 Ｎ≧２として、２Ｎ台の電動機を備えた交直
両用機関車の給電システムにおいて、２Ｎ対の電圧コン
バータＢi1〜Ｂi2を備え、２Ｎ台の電動機に接続され、
各電動機Ｍi はインバータから給電され、コンデンサＣ
i の両端子に接続されている。交流給電の時は、コンバ
ータ対は４象限コンバータを形成し、その２つの部分は
変圧器の二次巻線Ｓi で実現され、変圧器の一次巻線は
交流給電用の端子に直接接続されている。直流給電の時
はスイッチＨi1〜Ｈi2によって、電圧コンバータを降圧
チョッパ、あるいは昇圧チョッパとして使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に言えば輸送用
動力車への給電に関するものであり、より具体的に言え
ば、機関車のための交直両用給電システムを、直流給電
が利用できる区間にも、また交流給電が利用できる区間
にも適応させ、また高いアベイラビリティを持たせるこ
とに関係している。
【０００２】
【従来の技術】フランスおよび諸外国において、鉄道網
が使用している電力は区間によって異なっている。一般
に、５０Ｈｚで２５ｋＶまたは１６．６７Ｈｚで１５ｋ
Ｖの交流給電を採用している区間と、電圧が３ｋＶある
いは１．５ｋＶの直流給電を採用している区間が存在し
ている。
【０００３】列車が異なった区間を分け隔てなく走行で
きるためには、交直両用機関車、すなわち交流からでも
直流からでも給電することが可能な機関車を用意するこ
とが必要である。
【０００４】交直両用機関車は、雑誌ＺＥＶ誌の１９８
９年７月号に掲載されたＧ．Ｗｉｅｇｎｅｒの論文「鉄
道輸送のためのＧＴＯ式コンバータ」に記載されたよう
なＧＴＯサイリスタを利用したコンバータを採用するこ
とで本当の飛躍を遂げた。この論文には、ＧＴＯサイリ
スタを使えば、いわゆる１象限、２象限、または４象限
コンバータを、交流給電電流からでも、直流給電電流か
らでも、断続電流へと変換するのに利用し、その断続電
流を、機関車の電動機を制御しているインバータの入力
点に直接印加できるようになったことが記されている。
【０００５】かくして、論文に述べてあるとおり、ドイ
ツ連邦鉄道のＩＣＥ機関車は交流給電に対して４象限電
力用コンバータを使用し、そのコンバータ内では２対の
ＧＴＯコンバータの中点どうしを変圧器の二次巻線を通
して接続し、また変圧器の一次巻線は交流給電網に接続
されている。
【０００６】同様に、この論文はスペイン国鉄（ＲＥＮ
ＦＥ）の交直両用機関車、シリーズ２５２にも言及して
いるが、この機関車は交流給電に対して４象限コンバー
タを３つ使用しており、そのうち２つは３ｋＶの直流給
電のもとで走行する場合の降圧チョッパとして使用され
ている。
【０００７】あいにく、この種の機関車において各台車
は電動機を２つ備えているが、それらは２つまたは３つ
のコンバータと、一つまたは２つのインバータから成る
集合体から給電されている。同じ台車の中にあるコンバ
ータとインバータは共通点（瀘波用静電容量、ＧＴＯ制
御など）を持っているので、どんな故障でも（コンバー
タについてもっとも起こりやすい故障は、それらの３出
力間の短絡である）、同じ台車の２つの電動機から引張
り力が失われることになる。従って電動機を４台備えた
機関車の場合、故障は引張り力の５０％の喪失につなが
る。機関車が重い載貨を牽引しているとき、もしそうな
れば、運行目的を達成するのは不可能である。その列車
の運行時刻を乱し、また同じく他の列車への妨害も引き
起こす。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上の理由から、本発
明の第１の目的は、少なくとも４つの電動機を持った交
直両用給電システムを作製し、その給電システムにおい
ては、たとえ電圧コンバータが一つ故障した場合でも、
それらの電動機が給電され続けるようにすることであ
る。
【０００９】本発明の別の目的は、４台の電動機のため
の交直両用給電システムを作製し、その給電システムに
よって、コンバータが故障した場合には、その４台の電
動機における引張り力を保持し、またインバータまたは
電動機が故障した場合には、３台の電動機における引張
り力が利用できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】従って本発明の第１の対
象は、Ｎが２より大きいか、２に等しいとして、２Ｎ台
の電動機を搭載した交直両用機関車の給電システムであ
り、その給電システムは２Ｎ対の電圧コンバータを備え
ており、それらのコンバータは２Ｎ台の電動機にそれぞ
れつながっており、各電動機はインバータを介して給電
され、そのインバータはコンデンサの両端子に接続され
ており、また各コンバータ対は第１電圧コンバータと第
２電圧コンバータを含んでおり、それらも並列に同じコ
ンデンサの両端子に接続されている。機関車に交流を給
電しなければならないとき、各コンバータ対の第１コン
バータの中点を同じコンバータ対の第２コンバータの中
点に接続することで、それぞれのコンバータ対は４象限
コンバータを形成するようになっており、その接続は変
圧器の二次巻線を経由して実現され、また変圧器の一次
巻線は交流給電用の端子と、閉位置にある区分開閉器の
端子に直接接続される。機関車に直流を給電するとき、
ｉが１≦ｉ≦Ｎであるとして、電動機Ｍ2iをすべて並列
に接続し、また電動機Ｍ2i-1を同じくすべて並列に接続
し、また第２ｉ番目の各電圧コンバータ対の第１および
第２コンバータの中点を、インダクタンスを経由して第
（２ｉ−１）番目の電圧コンバータ対に接続し、また第
（２ｉ−１）番目の各電圧コンバータ対の第１および第
２コンバータの中点を第２ｉ番目の電圧コンバータ対に
接続する。
【００１１】それぞれの電圧コンバータ対につながれた
スイッチによって、 ａ）それの第１位置において、機関車に給電している直
流給電電圧がそれぞれの電動機の端子において必要な電
圧より高いとき、第（２ｉ−１）番目または第２ｉ番目
の各電圧コンバータ対を、それぞれ電動機Ｍ2iまたはＭ
2i-1のための降圧チョッパとして接続し、また ｂ）それの第２位置において、機関車に給電している直
流給電電圧がそれぞれの電動機の端子において必要な電
圧より低いとき、第（２ｉ−１）番目または第２ｉ番目
の各電圧コンバータ対を、それぞれ電動機Ｍ2iまたはＭ
2i-1のための昇圧チョッパとして接続することが可能で
ある。
【００１２】本発明の給電システムは、同じくスイッチ
を備えており、そのスイッチ第２ｉ番目のは各電圧コン
バータ対につながっており、故障の場合にそのコンバー
タ対を切り離す。
【００１３】本発明のもう一つの対象は、同じくＮを２
より大きいか、２に等しいとして、２Ｎ台の電動機を持
った機関車の給電システムであるが、その給電システム
は２Ｎ対の電圧コンバータを含み、それらのコンバータ
対は２Ｎ台の電動機にそれぞれつながっており、それぞ
れの電動機はインバータを介して給電されているが、そ
のインバータはコンデンサの両端子に接続されており、
またそれぞれのコンバータ対は第１電圧コンバータと第
２電圧コンバータを含み、それらは並列にそのコンデン
サの両端子に接続されている。機関車に交流を給電しな
ければならないとき、各コンバータ対の第１コンバータ
の中点を、同じコンバータ対の第２コンバータの中点に
接続することで、それぞれのコンバータ対が４象限コン
バータを形成するようにし、その接続は変圧器の二次巻
線を経由して実現され、また変圧器の一次巻線は交流給
電用の端子と、閉位置にある区分開閉器の端子に直接接
続される。機関車に直流を給電するとき、ｉが１≦ｉ≦
Ｎであるとして、 ａ）供給されている給電電圧が電動機への給電電圧より
高ければ、 ｉ）第（２ｉ−１）番目の各電圧コンバータ対の第１コ
ンバータの中点を、インダクタンスを経由して第２ｉ番
目の電圧コンバータ対の高電位点に接続し、また第２ｉ
番目の各電圧コンバータ対の中点を、インダクタンスを
経由して第（２ｉ−１）番目の電圧コンバータ対の低電
位点に接続し、 ｉｉ）第（２ｉ−１）番目の各電圧コンバータ対の第２
コンバータの中点を、インダクタンスを経由して第（２
ｉ＋２）番目の電圧コンバータ対の高電位点に接続し、
また第２ｉ番目の各電圧コンバータ対の中点を、インダ
クタンスを経由して第（２ｉ＋１）番目の電圧コンバー
タ対の低電位点に接続し、また ｉｉｉ）第（２Ｎ−１）番目の電圧コンバータ対の第２
コンバータの中点を、インダクタンスを経由して第２番
目の電圧コンバータの高電位点に接続し、また第２Ｎ番
目の電圧コンバータ対の第２コンバータの中点を、イン
ダクタンスを経由して第１番目の電圧コンバータ対の低
電位点に接続することで、これらの電圧コンバータが降
圧チョッパとして機能するようにし、また ｂ）供給されている給電電圧が電動機への給電電圧より
低ければ、第（２ｉ−１）番目の各電圧コンバータ対の
第１コンバータの中点と第２コンバータの中点を、イン
ダクタンスを経由して第２ｉ番目の電圧コンバータ対の
低電位点に接続し、また第２ｉ番目の各電圧コンバータ
対の第１コンバータの中点と第２コンバータの中点を、
第（２ｉ−１）番目の電圧コンバータ対の高電位点に接
続することで、上記電圧コンバータが昇圧チョッパとし
て機能するようにする。
【００１４】本発明の上記その他の目的は、添付の図面
を参照しながら以下の説明を読めば、よりよく理解され
るであろう。
【００１５】
【実施例】本発明の２つの実施例が図２および図３に示
されており、４台の電動機は図式的に円で表現されてい
る。図には電動機と、それにつながれたインバータから
成る集合体が図式的に描かれているが、実際のところ、
それらは本発明の対象ではなく、従って以下の説明中で
それらについて述べることはない。
【００１６】図１に示された第１の実施例において、ｉ
を１から４までの数値として、（しばしば区分開閉器と
呼ばれる）スイッチＨi5およびＨi6は、以下で説明する
とおり給電システム内のある特定要素が故障した場合を
除いて、常に閉位置にある。この実施例において、２台
の電動機Ｍ1 およびＭ3 は点Ｐ1 と点Ｐ3 の間で並列に
接続されており、また２台の電動機Ｍ2 およびＭ4 は点
Ｐ2 と点Ｐ4 の間で並列に接続されている。各電動機
は、電動機Ｍ1 に対してはコンデンサＵ1 の、Ｍ2 に対
してはＵ2 の、Ｍ3 に対してはＵ3 の、そしてＭ4 に対
してはＵ4 の両端子において受電した電圧が給電され
る。
【００１７】電動機につながれた各コンデンサに給電し
ている回路は、主として一対の電圧コンバータで構成さ
れている。こうして、コンデンサＣ1 の両端子には、コ
ンバータＢ11およびＢ12が並列に接続されている。それ
ぞれの電圧コンバータはＧＴＯサイリスタを用いた形式
であり、このＧＴＯサイリスタは、そのサイリスタのゲ
ートに印加される制御信号によって、そのサイリスタの
中点に生じる出力電圧を出力することができる。コンバ
ータを構成している２つのサイリスタのそれぞれのゲー
トは、論理信号によって開閉が互いに逆になるように制
御され、その論理信号は固定周波数を持ち、また０から
１までの範囲内にある平均値でパルス幅変調されてお
り、それによって出力電圧値を、サイリスタのゲートに
印加される制御信号のパルス幅の関数として得ることが
できる。この技法は周知であって、多くの専門書、並び
に先に引用した論文の中で説明されているので、ここで
の説明においてはこれ以上詳しく説明しない。しかしな
がら、サイリスタを採用したことは、本発明において使
用される電圧コンバータにとって好ましい実現方法であ
るけれども、サイリスタと同じ機能を遂行する他のスイ
ッチング機構も使用できることは当然であるということ
に留意されたい。
【００１８】すでに言及したとおり、機関車は、例えば
５０Ｈｚ、２５ｋＶの交流が給電されている区間内にあ
ってもよい。この場合、一つの同じコンバータ対を構成
している２つのコンバータを結び付けて、この技術にお
いて周知の４象限コンバータを形成させる。こうして２
つのコンバータＢ11およびＢ12は、スイッチＣＴ1 を閉
じることで、変圧器の二次巻線Ｓ1 を経由してそれらの
中点どうしが接続され、また変圧器の一次巻線は交流給
電源に直接接続されている。
【００１９】同じように、スイッチＣＴ2 、ＣＴ3 およ
びＣＴ4 が閉じられ、残りのコンバータ対の中点どうし
も同じ変圧器の二次巻線Ｓ2 、Ｓ3 、およびＳ4 を経由
してつながれ、また変圧器の一次巻線は交流給電源から
給電され、その交流電力は架空線を介して受電される。
【００２０】交流給電の場合、ｉ＝１から４までとし
て、すべてのスイッチＨi1、Ｈi2が開いていることに留
意されたい。
【００２１】同様に、４台の電動機はスイッチＨ13、Ｈ
23、Ｈ33およびＨ43を閉じることで並列に接続され、従
って電動機への給電電圧Ｕ1 と、Ｕ2 と、Ｕ3 と、Ｕ4
とは等しいことに気付くであろう。このことから、コン
バータＢi1、Ｂi2によるチョッピングを交互に行わせる
ことで、コンデンサＣi 内の実効電流を減少させること
が可能になる。
【００２２】機関車が直流で給電されている区間内にあ
るとき、第１の実施例による給電系統の動作は以下のと
おりである。
【００２３】もしその区間が、一般に電動機への給電に
必要な２．８ｋＶの電圧より高い３ｋＶの直流電圧で給
電されているならば、コンバータは降圧チョッパとして
機能するようになる。この場合、電圧Ｂ11のコンバータ
の中点と、電圧Ｂ12のコンバータの中点は両方とも、ス
イッチＨ12を閉じることで、インダクタンスＬ11および
Ｌ12を経由して電位Ｐ4 の点に対応する導線に接続され
る。対照的に、電圧Ｂ12のコンバータの中点と、電圧Ｂ
22のコンバータの中点は両方とも、スイッチＨ 22を閉じ
ることで、それぞれのインダクタンスＬ21およびＬ22を
経由して電位Ｐ3 の点に対応する導線に接続される。同
様に、電圧Ｂ31のコンバータの中点と、電圧Ｂ32のコン
バータの中点は両方とも、スイッチＨ32を閉じること
で、それぞれのインダクタンスＬ31およびＬ32を経由し
て、電位Ｐ4 に対応する導線に接続され、また電圧Ｂ41
およびＢ42のコンバータの各中点は、スイッチＨ42を閉
じることで、それぞれのインダクタンスＬ41およびＬ42
を経由して電位Ｐ3 の点に対応する導線に接続される。
【００２４】図１に示すとおり、直流給電源から受電す
る電圧は、電位Ｐ1 の点と電位Ｐ2 の点との間のＵE で
あるが、後者は接地されていてもよい。先に述べたよう
にコンバータを降圧チョッパとして結線したのであるか
ら、点Ｐ3 およびＰ4 は０から３ｋＶまでの間の中間電
位にある。以上の特性は本発明の一部を構成していない
けれども、降圧チョッパとしての結線において、例えば
コンバータＢ11はインダクタンスＬ11の出力点に電圧を
供給するが、このインダクタンスはコンデンサＣ2 を、
Ｐ2 の電位（これはゼロと見なすことができる）を基準
にして電圧Ｕ2 まで充電するためのものであり、またこ
の電圧は電圧ＵE より低く、そしてこの電圧は制御パル
スの幅に依存しており、この制御パルスはコンバータを
構成しているサイリスタのゲートに印加され、また制御
パルスの幅は０から１までの範囲内にある係数αに従っ
ていることを思い出すことは有益である。このことは次
式から導き出される。
【００２５】Ｕ2 ＝ＵE −Ｕ1 ＋αＵ1 Ｕ1 ＝Ｕ2 であるから、 Ｕ1 ＝ＵE −Ｕ1 ＋αＵ1 すなわち Ｕ2 ＝Ｕ1 ＝ＵE ／（２−α）が得られる。
【００２６】給電電圧ＵE の揺らぎがどれだけあろう
と、一定の電圧Ｕ1 （またはＵ2 ）を得るように制御で
きることに気付くであろう。
【００２７】もし今、機関車が直流給電区間内にあり、
給電電圧が１．５ｋＶであれば、つまり電動機に供給す
べき公称電圧より低ければ、コンバータは昇圧チョッパ
として機能するようになる。この場合、電圧Ｂ11および
Ｂ12のコンバータの中点どうしは相互接続され、またス
イッチＨ11を閉じることにより（Ｈ12は開いたままであ
る）、それぞれのインダクタンスＬ11およびＬ12を経由
して電位Ｐ2 の点に対応する導線に接続される。対照的
に、電圧Ｂ21およびＢ22のコンバータの中点どうしは相
互接続され、またスイッチＨ21を閉じることにより（Ｈ
22は開いたままである）、それぞれのインダクタンスＬ
21およびＬ22を経由して電位Ｐ1 の点に対応する導線に
接続される。
【００２８】同様に、電圧Ｂ31およびＢ32のコンバータ
の中点どうしは相互接続され、またスイッチＨ31を閉じ
ることで、それぞれのインダクタンスＬ31およびＬ32を
経由して電位Ｐ2 の点に対応する導線に接続され、また
コンバータの中点Ｂ41とＢ42は相互接続され、またスイ
ッチＨ41を閉じることによって、それぞれのインダクタ
ンスＬ41およびＬ42を経由して電位Ｐ1 の点に対応する
導線に接続される。
【００２９】コンバータを降圧チョッパとして接続する
際に言及したとおり、点Ｐ1 とＰ2 の間に印加される給
電電圧はＵE である。ただし今回は、点Ｐ3 とＰ4 の電
位は、Ｐ1 −Ｐ2 の範囲の外側にある。確かに、昇圧チ
ョッパの動作は周知であり、本発明の一部を構成してい
ないけれども、それの原理を思い出すことは有益であ
る。こうしてコンバータＢ21はこの場合、コンデンサＵ
1 に充電電圧を供給するが、その充電電圧は入力電圧Ｕ
E より高く、また制御パルスの幅に依存し、また制御パ
ルスはコンバータを構成しているサイリスタのゲートに
印加され、また制御パルスに対して、０から１までの範
囲内にある以下のような係数αを適用している。
【００３０】Ｕ1 ．α＝ＵE すなわち Ｕ1 ＝ＵE ／α 今説明した実施例は、先行技術の給電システムに勝るい
くつかの利点を持っている。まず初めに、もしいずれか
の電動機が急に故障した場合、その電動機につながって
いるスイッチを開くことで、すなわちＭ1 に対してはＨ
15を、Ｍ2 に対してはＨ25を、Ｍ3 に対してはＨ35を、
そしてＭ4 に対してはＨ45を開くことでその電動機を隔
離することが可能である。これにより残り３台の電動機
を動作状態に保つことができる。
【００３１】しかし何よりも、いずれかの電圧コンバー
タが故障したときでも、先行技術における場合のよう
に、その故障がシステム全体の停止を引き起こすことが
ない。確かに、コンバータが故障したとき、ほとんどの
場合そのコンバータは短絡している。故障したコンバー
タがＢ11またはＢ12であると仮定して、その短絡の結果
として電圧Ｕ1 はゼロとなる。従って、故障したコンバ
ータを隔離し、４台の電動機を使用し続けるために、ス
イッチ（つまり区分開閉器）Ｈ11、Ｈ12、Ｈ13、Ｈ
16と、（給電が交流のときは）ＣＴ1 を開くことが必要
である。この動作原理は、故障が他の３台の電動機につ
ながれたコンバータに関係しているとき、スイッチ
Ｈi1、Ｈi2、Ｈi3、Ｈi6及び、ＣＴi を開くことで同じ
ように当てはまる。図１に示した回路図の中で、電動機
に関して採用した好ましい配分法は、電動機Ｍ1 とＭ2
を一方の台車に搭載し、電動機Ｍ3 とＭ4 を他方の台車
に搭載することである。しかし、これ以外の電動機の配
分法も本発明の趣旨から逸脱することなく可能であるこ
とは当然である。
【００３２】図１に示した給電システムは４台の電動機
を含んでいるけれども、この組合せを２Ｎ台の電動機に
一般化することが可能である。追加されたそれぞれの電
動機対について、電動機Ｍ2i-1と、それにつながれたコ
ンデンサおよびコンバータ対を含む集合体とを点Ｐ1 と
Ｐ3 の間に接続し、また電動機Ｍ2iと、並びにそれにつ
ながれたコンデンサおよびコンバータ対とを点Ｐ2 とＰ
4 の間に接続するだけで十分である。追加された各電動
機対につながれたコンバータ対どうしの接続は、第１の
実施例に関連して今説明したとおり、図１に示したのと
同じ仕方で実現される。言い替えると、２台の電動機を
含む追加分岐は、電圧変換要素と、インダクタンスと、
スイッチとを含んでいるが、それらは電動機Ｍ1 とＭ2
から構成される分岐内に存在するものと同じである。
【００３３】２Ｎ台の電動機を含む接続の場合に、一台
の電動機または一つのコンバータが故障しても、図１を
参照しながら説明した動作原理を適用して、少なくとも
（２Ｎ−１）台の電動機を利用することが可能である。
【００３４】本発明の第２の実施例を、これから図２を
参照しながら説明する。
【００３５】図１の第１の実施例とは反対に、この実施
例において、電動機は２つづつ並列に接続されているの
ではなく、独立している。しかし前と同じ仕方で各電動
機には、電動機Ｍ1 についてはコンデンサＵ1 の、Ｍ2
についてはＵ2 の、Ｍ3 についてはＵ3 の、そしてＭ4
についてはＵ4 の両端子において受電した電圧が供給さ
れる。
【００３６】電動機につながれた各コンデンサに給電し
ている回路は第１の実施例における回路と同じである。
先に述べたとおり、サイリスタを採用したことは、電圧
コンバータの選択にとって好ましい実現方法ではあるけ
れども、サイリスタと同じ機能を果たす別のスイッチン
グ機構を使用できることは明白である。
【００３７】機関車が交流（５０Ｈｚで２５ｋＶ）で給
電されている区間内にあるとき、コンバータの接続は第
１の実施例における接続と同じであり、すなわちｉを１
から４までとして、区分開閉器ＣＴi およびＨi3は閉じ
ており、その一方でスイッチＨi1とＨi2はすべて開いて
いる。動作は第１の実施例と同じである。
【００３８】機関車が直流で給電されている区間内にあ
るとき、第２の実施例による給電システムの動作は以下
のとおりである。
【００３９】もしその区間が３ｋＶの直流電圧で給電さ
れていれば、この電圧は電動機への給電に必要な公称電
圧、一般に２．８ｋＶより高いので、コンバータは降圧
チョッパとして機能するように仕向けられる。この場
合、電圧Ｂ11のコンバータの中点は、スイッチＨ12を閉
じることで、インダクタンスＬ11を経由して電位Ｐ4 の
点に対応する導線に接続され、また点Ｂ12のコンバータ
の中点は、スイッチＨ14を閉じることで、インダクタン
スＬ12を経由して電位Ｐ6 に対応する導線に接続され
る。
【００４０】対照的に、電圧Ｂ21のコンバータの中点
は、スイッチＨ22を閉じることで、インダクタンスＬ21
を経由して電位Ｐ3 の点に対応する導線に接続され、ま
た電圧Ｂ22のコンバータの中点は、スイッチＨ24を閉じ
ることで、インダクタンスＬ22を経由して電位Ｐ5 の点
に対応する導線に接続される。
【００４１】同じように、電圧Ｂ31のコンバータの中点
は、スイッチＨ32を閉じることで、インダクタンスＬ31
を経由して電位Ｐ6 の点に対応する導線に接続され、ま
た電圧Ｂ32のコンバータの中点は、スイッチＨ34を閉じ
ることで、インダクタンスＬ32を経由して、電位Ｐ4 の
点に対応する導線に接続される。
【００４２】同時に、電圧Ｂ41のコンバータの中点は、
スイッチＨ42を閉じることで、インダクタンスＬ41を経
由して電位Ｐ5 の点に対応する導線に接続され、また電
圧Ｂ42のコンバータの中点は、スイッチＨ44を閉じるこ
とで、インダクタンスＬ42を経由して電位Ｐ3 の点に対
応する導線に接続される。
【００４３】図２に図示したとおり、直流給電源から受
電した電圧は電位Ｐ1 の点と、電位Ｐ2 の点との間のＵ
E であり、後者は接地してもよい。図２に示した結線に
おけるコンバータは降圧チョッパであるから、点Ｐ3 、
Ｐ4 、Ｐ5 およびＰ6 は、Ｐ1 とＰ2 の間の中間電位に
ある。降圧チョッパとしてのコンバータの動作は周知で
あり、すでに図１を参照しながら説明したので、ここで
再度説明は行なわない。
【００４４】今もし、機関車が直流給電区間内にあり、
その電圧が電動機に供給しなければならない公称電圧よ
り低ければ、コンバータは昇圧チョッパとして機能する
ように設定される。この場合、実現される接続を新たに
説明は行なわない。なぜなら接続は図１を参照しながら
説明した第１の実施例における接続と同じであり、この
ときコンバータはやはり昇圧チョッパとして使用されて
いるからである。
【００４５】コンバータを降圧チョッパとして機能させ
るように結線する際に言及したとおり、点Ｐ1 とＰ2 の
間に印加される電圧はＵE であるが、しかし点Ｐ3 、Ｐ
4 、Ｐ5 およびＰ6 の電位はＰ1 −Ｐ2 の範囲外にあ
る。昇圧チョッパとしてのコンバータの動作は周知であ
るばかりでなく、図１を参照しながら第１の実施例を説
明したとき、すでにそのことを簡潔に想起させておい
た。第１の実施例とは異なり、４台の電動機への給電電
圧は、それぞれの電動機について独立に制御される。図
１の結線と異なり、図２の結線が（ｉを１から４までと
して）スイッチつまり区分開閉器Ｈi5およびＨi6を含ん
でいないのはこうした理由からであり、前者ではこれら
のスイッチによって電動機Ｍi を、その電動機自身や、
その電動機につながれたコンバータが、例えば短絡によ
って故障した場合に隔離することが可能であるが、後者
ではそれが不要だからである。このような故障の場合、
機関車は４台の電動機のうち、まだ３台を利用できる。
【００４６】図１の説明の際にすでに言及したとおり、
電動機に関して採用した好ましい配分は、一方の台車に
電動機Ｍ1 とＭ2 を搭載し、他方の台車に電動機Ｍ3 と
Ｍ4 を搭載するものである。しかし別の配分も、本発明
の趣旨から逸脱することなく可能であることは当然であ
る。
【００４７】図２を参照しながら説明した実施例は電動
機を４台しか含んでいないけれども、図３に示したとお
り、この実施例を２Ｎ台の電動機に一般化することが可
能である。
【００４８】コンバータを昇圧チョッパとして機能する
ように仕向ける接続は、２台の電動機を付け足しても何
の問題も生じない。なぜならそうした接続は、その２台
の追加電動機につながれたコンバータ対どうしの間で確
立されるからである。こうして、図３において、コンバ
ータを昇圧チョッパとして使用するための接続（図示せ
ず）は、グループ１とグループ２の間、およびグループ
３とグループ４の間、以下同様にグループ２Ｎ−１とグ
ループ２Ｎの間に存在する。
【００４９】それとは反対に、降圧チョッパとしてのコ
ンバータの結線においては、接続は向かい合った２つの
グループ間、すなわちグループ１とグループ２の間、以
下同様にグループ２Ｎ−１とグループ２Ｎの間でただ２
つだけ確立される。しかし別の２つの接続が、図３に示
した方式で確立される。以下列挙すれば、グループ１は
スイッチＨ14によって、電位Ｐ6 の点に対応するグルー
プ４の導線に接続され、グループ４はスイッチＨ44によ
って、電位Ｐ3 の点に対応するグループ１の導線に接続
され、以下２Ｎ−３まで同様に、グループ２Ｎ−３はス
イッチＨ2N-3,4によって、電位Ｐ2N+2の点に対応するグ
ループ２Ｎの導線に接続され、またグループ２Ｎはスイ
ッチＨ2N,4によって、電位Ｐ2N-1の点に対応するグルー
プ２Ｎ−３の導線に接続される。最後に、グループ２Ｎ
−１はスイッチＨ2N-1,4によって、電位Ｐ4 の点に対応
するグループ２の導線に接続され、またグループ２はス
イッチＨ24によって、電位Ｐ2N+2の点に対応するグルー
プ２Ｎの導線に接続される。
【００５０】図３に示したような２Ｎ台の電動機を含む
結線の場合、一台の電動機または一つのコンバータが故
障しても、図２で４台の電動機を含む結線において実施
されたのと同じ動作原理を適用して、少なくとも２Ｎ−
１台の電動機が利用できることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による交直両用給電システムを４台の電
動機で実現した第１の実施例を示す概略図である。
【図２】本発明による交直両用給電システムを４台の電
動機で実現した第２の実施例を示す概略図である。
【図３】図２の第２の実施例を２Ｎ台の電動機に拡張し
たところを示す概略図である。
【符号の説明】
Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 電動機 Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 コンデンサ Ｂ11，Ｂ12，Ｂ21，Ｂ22，Ｂ31，Ｂ32，Ｂ41，Ｂ42 コ
ンバータ ＣＴ1 ，ＣＴ2 ，ＣＴ3 ，ＣＴ4 スイッチ Ｈ11，Ｈ12，Ｈ21，Ｈ22，Ｈ31，Ｈ32，Ｈ41，Ｈ42 ス
イッチ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｎが２より大きいか、または２に等しい
    として、２Ｎ個の電動機を持った交直両用機関車の給電
    システムにおいて、該給電システムは２Ｎ対の電圧コン
    バータを備え、前記各コンバータ対は２Ｎ個の電動機と
    それぞれつながっており、前記電動機はおのおのがイン
    バータを介して給電され、前記インバータはコンデンサ
    （Ｃ1 からＣ4 まで）の端子に接続されており、また前
    記の各コンバータ対は第１電圧コンバータおよび第２電
    圧コンバータを含み、それらは並列に前記コンデンサの
    端子に接続され、各コンバータ対の第１コンバータの中
    点を同じコンバータ対の第２コンバータの中点に接続す
    ることで、各コンバータ対が４象限コンバータを形成で
    きるようになっており、前記接続は変圧器の二次巻線
    （Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 ）を経由して実現され、また
    変圧器の一次巻線は交流給電用の端子と、区分開閉器
    （ＣＴ1 、ＣＴ2 、ＣＴ3 、ＣＴ4 ）の端子に直接接続
    されており、前記区分開閉器は、機関車に交流を給電し
    たいときは閉位置にあり、前記給電システムは、機関車
    に直流が給電されているとき、ｉが１≦ｉ≦Ｎであると
    して、 電動機Ｍ2iはすべて並列に接続され、また電動機Ｍ2i-1
    も同様にすべて並列に接続されており、 各第（２ｉ−１）番目の電圧コンバータ対の第１コンバ
    ータ（Ｂ11）および第２コンバータ（Ｂ12）は、インダ
    クタンス（Ｌ11またはＬ12）を経由して第２ｉ番目の電
    圧コンバータ対（Ｂ21およびＢ22）に接続され、また各
    ２ｉ番目の電圧コンバータ対の第１コンバータ（Ｂ21）
    および第２コンバータ（Ｂ22）の中点は、インダクタン
    ス（Ｌ21またはＬ22）を経由して第（２ｉ−１）番目の
    電圧コンバータ対（Ｂ11およびＢ12）に接続しており、 スイッチ（Ｈｉ1 、Ｈｉ2 ）は、前記の各電圧コンバー
    タ対とつながっており、前記スイッチにより、 ａ）第１位置（Ｈｉ1 ）において、機関車に給電してい
    る直流給電電圧が前記各電動機の端子において必要な電
    圧より高いとき、第２ｉ番目または第（２ｉ−１）番目
    の前記各電圧コンバータ対を、電動機Ｍ2i-1またはＭ2i
    に対する降圧チョッパとして接続し、また ｂ）第２位置（Ｈi2）において、機関車に給電している
    直流給電電圧が前記各電動機の端子において必要な電圧
    より低いとき、第２ｉ番目または第（２ｉ−１）番目の
    前記各電圧コンバータ対を、電動機Ｍ2i-1またはＭ2iに
    対する昇圧チョッパとして接続することができることを
    特徴とする交直両用機関車の給電システム。
  2. 【請求項２】 Ｎが２より大きいか、または２に等しい
    として、２Ｎ個の電動機を備えた交直両用機関車の給電
    システムにおいて、前記給電システムは２Ｎ個の電圧コ
    ンバータ対を備え、前記コンバータ対は２Ｎ個の電動機
    にそれぞれつながっており、前記各電動機はインバータ
    を介して給電されており、前記インバータはコンデンサ
    Ｃ1 からＣ4 までの端子に接続され、また前記の各電圧
    コンバータ対は第１電圧コンバータと第２電圧コンバー
    タとを備え、それらは並列に前記コンデンサの端子に接
    続されており、各コンバータ対の第１コンバータの中点
    を同じコンバータ対の第２コンバータの中点に接続する
    ことで、前記の各コンバータ対が４象限コンバータを形
    成できるようになっており、前記接続は変圧器の二次巻
    線（Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 ）を経由して行われ、また
    変圧器の一次巻線は交流給電用の端子と、区分開閉器
    （ＣＴ1 、ＣＴ2 、ＣＴ3 、ＣＴ4 ）の端子に直接接続
    されており、前記区分開閉器は機関車に交流を給電しな
    ければならないとき閉位置にあり、前記給電システムは ａ）機関車に交流が給電されており、前記電圧が前記電
    動機への給電電圧より高いとき、ｉが１≦ｉ≦Ｎである
    として、 第（２ｉ−１）番目の各電圧コンバータ対の第１コンバ
    ータ（Ｂ11）の中点を、インダクタンス（Ｌ11）を経由
    して第２ｉ番目の電圧コンバータ対（Ｂ21およびＢ22）
    の高電位点（Ｐ4 ）に接続し、また第２ｉ番目の各電圧
    コンバータ対の第１コンバータ（Ｂ21）の中点を、イン
    ダクタンス（Ｌ21）を経由して第（２ｉ−１）番目の電
    圧コンバータ対（Ｂ11およびＢ12）の低電位点（Ｐ3 ）
    に接続し、 第（２ｉ−１）番目の各電圧コンバータ対の第２コンバ
    ータ（Ｂ12）を、インダクタンス（Ｌ12）を経由して第
    （２ｉ＋２）番目の電圧コンバータ対（Ｂ41および
    Ｂ42）の高電位点（Ｐ6 ）に接続し、また第２ｉ番目の
    各電圧コンバータ対の第２コンバータ（Ｂ22）の中点
    を、インダクタンス（Ｌ42）を経由して第（２ｉ＋１）
    番目の電圧コンバータ対（Ｂ31およびＢ32）の低電位点
    （Ｐ5 ）に接続し、 第（２Ｎ−１）番目の電圧コンバータ対の第２コンバー
    タ（Ｂ32）の中点を、インダクタンス（Ｌ32）を経由し
    て第２番目の電圧コンバータ対（Ｂ21およびＢ22）の高
    電位点（Ｐ4 ）に接続し、また第２Ｎ番目の電圧コンバ
    ータ対の第２コンバータ（Ｂ42）を、インダクタンス
    （Ｌ22）を経由して第１番目の電圧コンバータ（Ｂ11お
    よびＢ12）の低電位点（Ｐ3 ）に接続することで前記電
    圧コンバータが降圧チョッパとして機能するようにし、
    また ｂ）機関車に直流が給電されており、前記電圧が前記電
    動機への給電電圧より低いとき、やはりｉが１≦ｉ≦Ｎ
    であるとして、 第（２ｉ−１）番目の各電圧コンバータ対の第１コンバ
    ータ（Ｂ11）および第２コンバータ（Ｂ12）の中点を、
    インダクタンス（Ｌ11またはＬ12）を経由して第２ｉ番
    目の電圧コンバータ対（Ｂ21およびＢ22）の低電位点
    （Ｐ2 ）に接続し、また第２ｉ番目の各電圧コンバータ
    対の第１コンバータ（Ｂ21）および第２コンバータ（Ｂ
    22）の中点を、インダクタンス（Ｌ21またはＬ22）を経
    由して第（２ｉ−１）番目の電圧コンバータ対（Ｂ11お
    よびＢ12）の高電位点（Ｐ1 ）に接続することで上記電
    圧コンバータが昇圧チョッパとして機能することを特徴
    とする給電システム。
  3. 【請求項３】 前記電圧コンバータがＧＴＯサイリスタ
    から構成されており、それぞれのサイリスタが、前記サ
    イリスタのゲートに印加される制御信号によって制御さ
    れている請求項１または２に記載の給電システム。
  4. 【請求項４】 機関車に交流が給電されているとき、前
    記区分開閉器につながれた前記電圧コンバータ対の第１
    コンバータ（Ｂi1）および第２コンバータ（Ｂi2）のい
    ずれか一方が故障した場合に、前記区分開閉器（Ｃ
    Ｔi ）が、開いている請求項１から３のいずれか一項に
    記載の給電システム。
  5. 【請求項５】 前記の各電流コンバータ対（Ｂi1および
    Ｂi2）が、区分開閉器（Ｈ16、Ｈ26、Ｈ36、Ｈ46）によ
    って関連した電動機に接続されており、前記電圧コンバ
    ータ対の前記第１コンバータまたは第２コンバータのい
    ずれか一方に故障が突然発生したとき、前記区分開閉器
    が開く請求項１から４のいずれか一項に記載の給電シス
    テム。
  6. 【請求項６】 前記電動機のそれぞれについて、前記電
    動機が突然故障したとき、前記故障した電動機を区分開
    閉器（Ｈ15、Ｈ25、Ｈ35、Ｈ45）によって給電システム
    から完全に切り離すことができる請求項５に記載の給電
    システム。
  7. 【請求項７】 それぞれ一対の電動機Ｍ2i-1およびＭ2i
    が同じ台車に搭載されている請求項６に記載の給電シス
    テム。
  8. 【請求項８】 ｉ＝２であるとして、電動機Ｍ1 および
    Ｍ2 が第１の台車を駆動し、電動機Ｍ3 およびＭ4 が第
    ２の台車を駆動しており、従って前記電圧コンバータの
    いずれか、または前記電動機のいずれかが故障しても、
    給電システムの公称電力の少なくとも７５％を保持し続
    け、また前記故障にもかかわらず二つの台車の駆動を継
    続できるようにした請求項７に記載の給電システム。
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