JPH08275570A

JPH08275570A - 電力制御装置

Info

Publication number: JPH08275570A
Application number: JP7330434A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tanaka; 毅田中; Hideo Koo; 秀夫小尾; Takeo Matsumoto; 武郎松本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】続流電流が流れ続けようとする放電回路のサ
イリスタを確実に消弧し、インバータ回路の再起動時間
を短縮する。【解決手段】インバータ回路５に、フィルタコンデン
サ３と、サイリスタ１０、放電用の抵抗９およびトラン
ジスタ１２からなる放電回路８とを並列接続し、フィル
タコンデンサ３の過電圧でサイリスタ１０を点弧して放
電して、フィルタコンデンサ３の過電圧を解消し、フィ
ルタコンデンサ３の電圧の低下でトランジスタ１２をオ
フ制御してサイリスタ１０を消弧させ、消弧を検出した
らすぐに遮断器２の投入を許可してインバータ回路５の
再起動時間を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鉄道車両などを
駆動するための電動機の制御に用いられる電力制御装置
に関し、特に、回生制動時における過電圧吸収の放電回
路に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、例えば特開昭６２−２５０８７
８号公報に示された従来の三相誘導電動機制御用の電力
制御装置を示す回路図である。図４において、１は鉄道
線路の架線などから供給される直流電源、２はこの直流
電源１を切り放す遮断器、３は回生制動などをするとき
の発電エネルギーを吸収させるフィルタコンデンサで、
フィルタリアクトル４と共に逆Ｌ形フィルタ回路を構成
する。５は三相のインバータ回路を構成する電力変換回
路で、ゲートターンオフサイリスタなどの制御整流素子
５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ，５Ｘ，５Ｙ，５Ｚとそれぞれ逆並列
接続されたダイオード６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ，６Ｘ，６Ｙ，
６Ｚとにより構成される。５ＰＵ，５ＰＶ，５ＰＷは
Ｕ，Ｖ，Ｗ相の正極側素子群、５ＮＵ，５ＮＶ，５ＮＷ
はＵ，Ｖ，Ｗ相の負極側素子群である。７はインバータ
回路５の負荷端に接続された鉄道車両などを駆動する三
相誘導電動機である電動機、８はインバータ回路５の電
源端と、フィルタコンデンサ３とに並列接続された回生
制動などをするときの過電圧抑制または発電エネルギー
の放電のための放電回路であり、放電用の抵抗９と、サ
イリスタ１０と、ダイオード１１との直列回路により構
成される。

【０００３】次に動作について説明する。鉄道車両を運
転するために電動機を駆動する、いわゆる力行の場合に
は、直流電源１の電圧をインバータ回路５の図示しない
ゲート制御回路にて、各制御整流素子５Ｕ，５Ｖ，５
Ｗ，５Ｘ，５Ｙ，５Ｚを順次スイッチング制御すること
によって三相の可変電圧、可変周波数を発生させ三相誘
導電動機７の回転数を制御する。また、鉄道車両の速度
を減速するために電動機で制動する、いわゆる回生制動
の場合には、三相誘導電動機７を発電機として三相交流
を発生させ、インバータ回路５の各ダイオード６Ｕ，６
Ｖ，６Ｗ，６Ｘ，６Ｙ，６Ｚにて直流に変換し、その発
電エネルギーを直流電源１とフィルタコンデンサ３とに
吸収させることによって鉄道車両の速度を減速する。こ
のとき、電源側に負荷となる鉄道車両などがなく直流電
源１の内部インピーダンスが高い場合には、三相誘導電
動機７で発電されたエネルギーが吸収しきれないことに
なる。この状態では、回生制動が充分に行われないだけ
でなく、直流電源１またはフィルタコンデンサ３などの
直流電圧が異常に上昇し、機器の故障さらには閃絡事故
または地絡事故などの重大事故に進展することがある。

【０００４】このようなときは、フィルタコンデンサ３
の過電圧を検出し、インバータ回路５の図示しないゲー
ト制御回路を停止させると共に、遮断器２を遮断させる
ことにより直流電源１からインバータ回路５を切り放
す。そして、インバータ回路５が直流電源１から切り放
されてから、サイリスタ１０の図示しないゲート制御回
路にてこのサイリスタ１０を点弧させ、放電用の抵抗９
にてフィルタコンデンサ３の電圧を放電して電圧を低下
させると共に、三相誘導電動機７の発電エネルギーを放
電用の抵抗９にて吸収させる。

【０００５】しかし、フィルタコンデンサ３の電圧が放
電回路８で放電されて電圧が低下しても、三相誘導電動
機７の残留誘起電圧Ｖによって続流電流Ｉが流れ続ける
ので、サイリスタ１０が数秒から数十秒間は消弧できな
い状態が続く。このとき、インバータ回路５を起動する
ために遮断器２を再投入すると、放電回路８に直流電源
１から大電流が流れ込み、図示しない過電流保護回路に
より遮断器２がすぐに遮断動作を行うので、サイリスタ
１０が消弧できないときは遮断器２が投入できず、イン
バータ回路５の再起動ができなかった。そのため放電回
路８において、サイリスタ１０と直列にダイオード１１
を接続し、サイリスタ１０とダイオード１１との順方向
降伏電圧を三相誘導電動機７の残留誘起電圧Ｖ以上に設
定する。すなわち、フィルタコンデンサ３の電圧を放電
回路８にて放電させ、その電圧がサイリスタ１０とダイ
オード１１との順方向降伏電圧より低くなり、続流電流
Ｉが流れなくなってサイリスタ１０が消弧してから遮断
器２を再投入するので、インバータ回路５を短時間に再
起動できるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力制御装置は
以上のように構成されているので、自己消弧機能のない
サイリスタ１０を速やかに消弧させて電力変換回路を短
時間に再起動するためには、サイリスタ１０とダイオー
ド１１との順方向降伏電圧を三相誘導電動機７の残留誘
起電圧Ｖより高く設定する必要があり、そのためダイオ
ード１１を複数個直列に接続しなければならなかった。
しかしながら、ダイオード１１の順方向降伏電圧は一般
には１ボルト以下であるから所期の動作を実現させるた
めには、ダイオード１１を４個乃至５個直列に接続する
必要があった。ところが、放電回路８には時として数百
アンペアオーダの大電流が流れることがあり、当然ダイ
オード１１としてもそれを許容する大容量のものを用意
せねばならず、その個数を増すことはコストの増大また
小形化の妨げとなっていた。さらに、ダイオード１１の
順方向降伏電圧は個々のばらつきが大きく、これに伴っ
てサイリスタ１０の消弧時間が異なるので電力変換回路
５の再起動時間は、ダイオード１１の最小降伏電圧によ
る規制を受けてサイリスタ１０の消弧時間の最大値を超
える時間に設定する必要があり、その時間を短縮できな
いという問題点があった。

【０００７】この発明による電力制御装置は上記のよう
な問題点を解消するためになされたもので、放電回路の
サイリスタを速やかにかつ確実に消弧できるようにし、
またサイリスタの消弧を検出して電力変換回路の再起動
時間を短縮すると共に、低コストでかつ小形化が実現で
きる電力制御装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電力制御
装置においては、直流電源に接続され、電動機に供給す
る電力の変換を行うと共に、電動機からの回生電力を上
記直流電源に戻す電力変換回路と、この電力変換回路に
並列接続されたフィルタコンデンサと、このフィルタコ
ンデンサに並列接続された、フィルタコンデンサの電圧
が第一の所定値以上のときに点弧されるサイリスタ、抵
抗およびトランジスタの直列回路からなる放電回路と、
サイリスタが点弧されたときに上記トランジスタをオン
とし、上フィルタコンデンサの電圧が上記第一の所定値
より低い第二の所定値以下のとき上記トランジスタをオ
フとする電圧応動回路とを備えることにより、電圧応動
回路で、サイリスタを確実に消弧するものである。

【０００９】また、直流電源に遮断器を介して接続さ
れ、電動機に供給する電力の変換を行うと共に、電動機
からの回生電力を直流電源に戻す電力変換回路と、この
電力変換回路に並列接続されたフィルタコンデンサと、
サイリスタ、抵抗およびトランジスタの直列回路からな
り、フィルタコンデンサに並列接続された放電回路と、
フィルタコンデンサの電圧が第一の所定値以上のとき遮
断器を遮断すると共に、トランジスタに係わる電圧（又
は電流）が第三の所定値を越えたとき遮断器の投入を禁
止し、トランジスタに係わる電圧（又は電流）が上記第
三の所定値以下のとき遮断器の投入を許可する遮断器制
御回路と、フィルタコンデンサの電圧が上記第一の所定
値以上のときにサイリスタを点弧させるゲート制御回路
と、サイリスタが点弧されたときトランジスタをオンと
し、フィルタコンデンサの電圧が上記第一の所定値より
低い第二の所定値以下のとき上記トランジスタをオフと
する電圧応動回路とを備えることにより、電圧応動回路
で、サイリスタを確実に消弧し、この消弧をトランジス
タに係わる電圧（又は電流）が上記第三の所定値以下に
なったことで検出し、遮断器の投入を許可するものであ
る。

【００１０】また、放電回路のトランジスタをオンオフ
制御する電圧応動回路を、放電回路のトランジスタのコ
レクタ−ベース間に接続したゼナーダイオードにより構
成したものである。

【００１１】また、放電回路のトランジスタをオンオフ
制御する電圧応動回路を、放電回路のトランジスタのコ
レクタ−ベース間に接続した第１の抵抗とベース−エミ
ッタ間に接続した第２の抵抗とにより構成したものであ
る。

【００１２】また、電力変換回路をインバータ回路によ
り構成したものである。

【００１３】さらにまた、電力変換回路をチョッパ回路
により構成したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明に係る電力制御装置の実
施の形態１を示す回路図である。図１において、１は鉄
道線路の架線などから供給される直流電源、２はこの直
流電源１を切り放す遮断器、３は回生制動などをすると
きの発電エネルギーを吸収させるフィルタコンデンサ、
４はこのフィルタコンデンサ３と共に逆Ｌ形フィルタ回
路を構成して、直流電圧の安定化と直流電流リップルを
平滑化するフィルタリアクトルである。

【００１５】５はＵ，Ｖ，Ｗ相の正極側素子群５ＰＵ，
５ＰＶ，５ＰＷと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の負極側素子群５Ｎ
Ｕ，５ＮＶ，５ＮＷとを各相毎に直列接続し、その直列
接続されたＵ，Ｖ，Ｗ相の両端の全てがフィルタコンデ
ンサ３に並列接続された三相のインバータ回路を構成す
る電力変換回路、５Ｕ，５Ｖ，５ＷはＵ，Ｖ，Ｗ相の正
極側に設けられたゲートターンオフサイリスタなどの制
御整流素子、５Ｘ，５Ｙ，５ＺはＵ，Ｖ，Ｗ相の負極側
に設けられたゲートターンオフサイリスタなどの制御整
流素子、６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ，６Ｘ，６Ｙ，６Ｚはこれら
各相の制御整流素子とそれぞれ逆並列接続されたダイオ
ードであり、この逆並列接続された各相の制御整流素子
とダイオードとはそれぞれ上記正極側素子群５ＰＵ，５
ＰＶ，５ＰＷおよび負極側素子群５ＮＵ，５ＮＶ，５Ｎ
Ｗを構成している。

【００１６】７はインバータ回路５の出力端子、すなわ
ちＵ，Ｖ，Ｗ相の正極側素子群５ＰＵ，５ＰＶ，５ＰＷ
と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の負極側素子群５ＮＵ，５ＮＶ，５Ｎ
Ｗとの中間接続点に各相毎に接続された鉄道車両などを
駆動する三相誘導電動機、８はインバータ回路５の電源
端と、フィルタコンデンサ３とに並列接続された回生制
動などをするときの過電圧抑制または発電エネルギーの
放電のための放電回路であり、放電用の抵抗９、サイリ
スタ１０および従来装置のダイオード１１に代わるトラ
ンジスタ１２を直列接続して構成される。

【００１７】１３はトランジスタ１２をオンオフ制御す
る電圧応動回路となるゼナーダイオードであり、トラン
ジスタ１２のコレクタ−ベース間電圧を決定する。１４
はトランジスタ１２の誤動作を防ぐためベース−エミッ
タ間のインピーダンスを下げる抵抗、１５はトランジス
タ１２がオフしたときにこのトランジスタのコレクタ−
エミッタ間の電圧を０ボルト近傍に安定化させる抵抗で
ある。１６はフィルタコンデンサ３の所定の過電圧を検
出する電圧検出回路、１８は電圧検出回路１６がフィル
タコンデンサ３の所定の過電圧を検出したとき、遮断器
２遮断してインバータ回路５を直流電源１から切り放す
と共に、トランジスタ１２のコレクタ−エミッタ間電圧
が所定値を越えたとき遮断器２の投入を禁止し、上記ト
ランジスタ１２のコレクタ−エミッタ間電圧が上記所定
値以下のときを上記遮断器２の投入を許可する遮断器制
御回路である。１７は上記電圧検出回路１６でフィルタ
コンデンサ３の所定の過電圧が検出されたとき、遮断器
２の遮断後、つまり一定遅延時間後に放電回路８のサイ
リスタ１０を点弧させるゲート制御回路である。Ｉはフ
ィルタコンデンサ３の過電圧を検知して放電回路８のサ
イリスタ１０が点弧されたときに、三相誘導電動機７の
残留誘起電圧Ｖによって、例えばダイオード６Ｕ、放電
回路８およびダイオード６Ｙを流れる続流電流である。

【００１８】次に電力変換回路全体の動作について説明
する。鉄道車両を運転するために電動機を駆動する、い
わゆる力行の場合には、遮断器２を投入すると直流電源
１の電圧がフィルタリアクトル４を通じてフィルタコン
デンサ３に充電され、電力変換回路であるインバータ回
路５の直流電圧源となる。この直流電圧をインバータ回
路５の図示しないゲート制御回路にて、各制御整流素子
５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ，５Ｘ，５Ｙ，５Ｚを順次スイッチン
グ制御することによって三相の可変電圧、可変周波数の
交流電圧に変換して三相誘導電動機７の回転数を制御し
て鉄道車両を力行制御する。

【００１９】また、鉄道車両の速度を減速するために電
動機で制動する、いわゆる回生制動の場合には、三相誘
導電動機７を発電機として三相交流を発生させ、インバ
ータ回路５の各ダイオード６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ，６Ｘ，６
Ｙ，６Ｚにて直流に変換し、その発電エネルギーを直流
電源１とフィルタコンデンサ３とに吸収させることによ
って鉄道車両の速度を減速する。このとき、電源側に負
荷となる鉄道車両などがなく直流電源１の内部インピー
ダンスが高い場合には、三相誘導電動機７で発電された
エネルギーが吸収しきれないことになる。このため、直
流電源１またはフィルタコンデンサ３などの直流電圧が
異常に上昇しだす。

【００２０】すると、フィルタコンデンサ３の所定値以
上の過電圧を電圧検知回路１６で検出し、電圧検出回路
１６の出力でインバータ回路５の図示しないゲート制御
回路を停止させると共に、遮断器制御回路１８にて遮断
器２を遮断させることにより直流電源１からインバータ
回路５を切り放す。そして、遮断器２の所定の遮断時間
が経過してインバータ回路５が直流電源１から切り放さ
れてから、すなわち、所定の遅延時間後にゲート制御回
路１７にてこのサイリスタ１０を点弧させる。すると、
トランジスタ１２のコレクターベース間にゼナー電圧以
上の電圧がかかり、ゼナーダイオード１３を経由してト
ランジスタ１２のベース電流が流れるので、トランジス
タ１２は導通し、抵抗９−サイリスタ１０−トランジス
タ８の放電回路８に電流が流れ、放電用の抵抗９にてフ
ィルタコンデンサ３の電圧を放電させて電圧を低下させ
ると共に、三相誘導電動機７の発電エネルギーを放電用
の抵抗９にて吸収させる。

【００２１】フィルタコンデンサ３の電圧が放電回路８
にて放電されて電圧が低下していくが、三相誘導電動機
７の残留誘起電圧Ｖによって、例えばダイオード６Ｕ、
放電回路８およびダイオード６Ｙを経て、続流電流Ｉが
流れ続けると共に、三相誘導電動機７の残留誘起電圧Ｖ
がダイオード６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ，６Ｘ，６Ｙ，６Ｚによ
って直流電圧に変換されてフィルタコンデンサ３を充電
する。ゆえに、サイリスタ１０には続流電流Ｉが流れ続
けるので、サイリスタ１０だけでは消弧できない。

【００２２】ここで、トランジスタ１２およびこれをオ
ンオフ制御する電圧応動回路であるゼナーダイオード１
３の動作について説明する。トランジスタ１２のコレク
タ−ベース間電圧がゼナーダイオード１３のゼナー電圧
を超えると、トランジスタ１２のベースにはゼナーダイ
オード１３を介してベース電流が流れ、トランジスタ１
２はオンとなる。また、トランジスタ１２のコレクタ−
ベース間電圧がゼナーダイオード１３のゼナー電圧以下
になるとベース電流が流れなくなり、トランジスタ１２
はオフとなる。また、一般にトランジスタ１２のベース
ーエミッタ間の電圧はダイオード１１の順方向降伏電圧
と同様に１ボルト以下の一定電圧となるので、トランジ
スタ１２のコレクタ−エミッタ間電圧はゼナーダイオー
ド１３のゼナー電圧と、トランジスタ１２のベースーエ
ミッタ間の電圧とを合算した電圧に制御される。

【００２３】従って、トランジスタ１２の所定の上記コ
レクタ−エミッタ間電圧を、三相誘導電動機７の残留誘
起電圧Ｖ以上に設定しておけば、フィルタコンデンサ３
の電圧がトランジスタ１２のコレクタ−エミッタ間電圧
より低くなったときに、続流電流Ｉが流れなくなるので
サイリスタ１０が消弧する。そのため、サイリスタ１０
が続流電流Ｉにより消弧するのが遅れることによる、イ
ンバータ回路５の再起動時間が長くなることを防止でき
る。

【００２４】たとえば、三相誘導電動機７の残留誘起電
圧Ｖが３ボルトの場合について、従来の技術と本実施の
形態との比較を行う。従来の技術では、ダイオード１１
の順方向降伏電圧を例えば０．７ボルトとすると、三相
誘導電動機７の残留誘起電圧Ｖ以上にするためには、一
般には数百アンペアの大電流が流せるダイオード１１を
５個以上直列に接続する必要がある。また、ダイオード
１１の順方向降伏電圧のばらつきが０．６ボルト乃至
０．９ボルトの場合、５個直列したときのダイオード１
１全体の順方向降伏電圧は３ボルトから４．５ボルトま
でばらつきが生じる。従って、インバータ回路５の再起
動時間は、ダイオード１１の最小降伏電圧による規制を
受けてサイリスタ１０の消弧時間の最大値を超える時間
に設定する必要があり、その時間を短縮できない。

【００２５】一方、トランジスタ１２のオンオフ制御を
する電圧応動回路を、ゼナーダイオード１３で構成した
とすると、ダイオード１１の直列接続による順方向降伏
電圧を用いたのと比べてゼナーダイオード１３のゼナー
電圧にはばらつきが少ないため、サイリスタ１０が消弧
するまでの時間にばらつきが少なくなり、インバータ回
路５の再起動時間を短縮できる。また、ゼナーダイオー
ド１３にはトランジスタ１２のベース電流が流れるだけ
なので、ゼナーダイオード１３を制御基板上で設置でき
低コストでかつ小形化できる。

【００２６】また、遮断器制御回路１８は、トランジス
タ１２がオフして続流電流Ｉが流れなくなりサイリスタ
１０が消弧したとき、トランジスタ１２のコレクタ−エ
ミッタ間電圧が０ボルト近傍になるので、この電圧を検
出して遮断器２の投入を許可する。つまり、サイリスタ
１０の消弧をトランジスタ１２のコレクタ−エミッタ間
電圧で検出し、サイリスタ１０が消弧したらすぐに遮断
器２を投入を許可してインバータ回路５を起動できるよ
うにするので、インバータ回路５の再起動時間をさらに
短縮できる。

【００２７】実施の形態１では、三相誘導電動機７の残
留誘起電圧Ｖが３ボルトの場合について述べているが、
残留誘起電圧Ｖが変化すればゼナー電圧の違うゼナーダ
イオード１３に交換すればよい。

【００２８】実施の形態２．図２はこの発明に係る電力
制御装置の実施の形態２を示す回路図である。１９はト
ランジスタ１２のコレクタ−ベース間に接続された第１
の抵抗、２０はトランジスタ１２のベース−エミッタ間
に接続された第２の抵抗であり、上記第１および第２の
抵抗によりトランジスタ１２をオンオフ制御する電圧応
動回路１３を構成する。

【００２９】トランジスタ１２の動作は、電圧応動回路
１３の第１の抵抗１９と第２の抵抗２０とにより分圧さ
れる電圧値で制御されるトランジスタ１２のベース電流
によって、トランジスタ１２がオンオフ制御されること
で実施の形態１と同様の動作を行う。このとき、上記し
たようにトランジスタ１２のベースーエミッタ間の電圧
は１ボルト以下の一定電圧となる。トランジスタ１２の
コレクタ−ベース間電圧とベース−エミッタ間電圧との
比率は、第１の抵抗１９と第２の抵抗２０との比率に等
しくなるようにトランジスタ１２がオンオフ制御される
ので、トランジスタ１２のコレクタ−ベース間電圧はベ
ース−エミッタ間電圧に第１の抵抗１９と第２の抵抗２
０との比率を乗じた電圧に制御される。ゆえに、トラン
ジスタ１２のコレクタ−ベース間電圧とベースーエミッ
タ間の電圧との合算である、トランジスタ１２のコレク
タ−エミッタ間電圧は一定電圧に制御される。

【００３０】従って、実施の形態１と同様に、トランジ
スタ１２のコレクタ−エミッタ間電圧を、三相誘導電動
機７の残留誘起電圧Ｖ以上に設定しておけば、フィルタ
コンデンサ３の電圧がトランジスタ１２の所定の上記コ
レクタ−エミッタ間電圧より低くなったときに、続流電
流Ｉが流れなくなるのでサイリスタ１０が消弧する。そ
のため、サイリスタ１０が続流電流Ｉにより消弧するの
が遅れることによる、インバータ回路５の再起動時間が
長くなることを防止できる。

【００３１】以上のように、トランジスタ１２のオンオ
フ制御をする電圧応動回路を、第１の抵抗１９と第２の
抵抗２０との分圧回路で構成し、トランジスタ１２のベ
ース−エミッタ間電圧に第１の抵抗１９と第２の抵抗２
０との比率をかけた電圧により制御すると、ダイオード
１１の直列接続による順方向降伏電圧を用いたのと比べ
てトランジスタ１２のベース−エミッタ間電圧にはばら
つきが少ないため、サイリスタ１０が消弧するまでの時
間にばらつきが少なくなり、インバータ回路５の再起動
時間を短縮できる。また、第１の抵抗１９と第２の抵抗
２０とはトランジスタ１２のベース電流等の小電流が流
れるだけなので、第１の抵抗１９と第２の抵抗２０とを
制御基板上で設置でき低コストでかつ小形化できる。

【００３２】また、遮断器制御回路１８は、トランジス
タ１２がオフして続流電流Ｉが流れなくなりサイリスタ
１０が消弧したとき、トランジスタ１２のコレクタ−エ
ミッタ間電圧が０ボルト近傍になるので、この電圧を検
出して遮断器２の投入を許可する。つまり、サイリスタ
１０の消弧をトランジスタ１２のコレクタ−エミッタ間
電圧で検出し、サイリスタ１０が消弧したらすぐに遮断
器２を投入を許可してインバータ回路５を起動できるよ
うにするので、インバータ回路５の再起動時間をさらに
短縮できる。

【００３３】実施の形態１および２では、電力変換回路
であるインバータ回路５は２レベルインバータ回路とし
て説明したが、３レベルインバータ回路でもよい。

【００３４】実施の形態３．図３はこの発明に係る電力
制御装置の実施の形態３である、電力変換回路を直流電
動機制御用のチョッパ回路に適用したときの回路図であ
る。２１は制御整流素子２１Ａとダイオード２２Ａとを
逆並列接続した正極側素子群２１ＰＡ、制御整流素子２
１Ｂとダイオード２２Ｂとを逆並列接続した正極側素子
群２１ＰＢ、制御整流素子２１Ｃとダイオード２２Ｃと
を逆並列接続した負極側素子群２１ＮＣおよび制御整流
素子２１Ｄとダイオード２２Ｄとを逆並列接続した負極
側素子群２１ＮＤの４個の素子群でブリッジ回路を構成
するチョッパ回路を構成する電力変換回路である。この
ブリッジ回路の正極側素子群２１ＰＡ，２１ＰＢの接続
点と負極側素子群２１ＮＣ，２１ＮＤの接続点とが上記
フィルタコンデンサ３に並列接続され、このブリッジ回
路の他端である正極側素子群２１ＰＡおよび負極側素子
群２１ＮＣの直列回路の中間点と正極側素子群２１ＰＢ
および負極側素子群２１ＮＤの直列回路の中間点とが鉄
道車両を駆動する直流電動機の界磁巻線２３に接続され
ている。なお制御整流素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２
１Ｄは直流電動機の界磁巻線２３に流れる界磁電流を制
御するためゲートターンオフサイリスタなどが用いられ
ている。

【００３５】２４は直流電動機の電機子巻線２５に流れ
る電機子電流を制御するゲートターンオフサイリスタな
どの電機子チョッパ用の制御整流素子、２６は直流電動
機の電機子巻線２５に並列接続された直流電動機の電機
子巻線２５に流れる電機子電流を環流するフライホイー
ルダイオードであり、電機子巻線２５および電機子チョ
ッパ用の制御整流素子２４の直列回路が、フィルタコン
デンサ３およびチョッパ回路５に並列接続される。Ｉは
フィルタコンデンサ３の過電圧を検知して放電回路８の
サイリスタ１０が点弧されたときに、直流電動機の界磁
巻線２３の残留誘起電圧Ｖによって、ダイオード２２
Ａ、放電回路８およびダイオード２２Ｄを流れる続流電
流である。

【００３６】従って、実施の形態１と同様に、回生制動
などをしたときにおいて、直流電源１またはフィルタコ
ンデンサ３などの直流電圧が異常に上昇した場合には、
遮断器２を遮断し、サイリスタ１０を点弧させ放電用の
抵抗９にて放電させた後も、直流電動機の界磁巻線２３
の残留誘起電圧Ｖによって放電回路８に続流電流Ｉが流
れ続ける。しかし、トランジスタ１２の所定のコレクタ
−エミッタ間電圧を直流電動機の界磁巻線２３の残留誘
起電圧Ｖ以上に設定しておけば、フィルタコンデンサ３
の電圧がトランジスタ１２のコレクタ−エミッタ間電圧
より低くなったときに、トランジスタ１２がオフし、続
流電流Ｉが流れなくなるのでサイリスタ１０が消弧す
る。そのため、サイリスタ１０が続流電流Ｉにより消弧
するのが遅れることによる、チョッパ回路５の再起動時
間が長くなることを防止できる。

【００３７】以上のように、トランジスタ１２のオンオ
フ制御をする電圧応動回路を、実施の形態１と同様にゼ
ナーダイオード１３で構成したとすると、ダイオード１
１の直列接続による順方向降伏電圧を用いたのと比べて
ゼナーダイオード１３のゼナー電圧にはばらつきが少な
いため、サイリスタ１０が消弧するまでの時間にばらつ
きが少なくなり、チョッパ回路１１の再起動時間を短縮
できる。また、ゼナーダイオード１３にはトランジスタ
１２のベース電流が流れるだけなので、ゼナーダイオー
ド１３を制御基板上で設置でき低コストでかつ小形化で
きる。

【００３８】また、遮断器制御回路１８は、トランジス
タ１２がオフして続流電流Ｉが流れなくなりサイリスタ
１０が消弧したとき、トランジスタ１２のコレクタ−エ
ミッタ間電圧が０ボルト近傍になるので、この電圧を検
出して遮断器２の投入を許可する。つまり、サイリスタ
１０の消弧をトランジスタ１２のコレクタ−エミッタ間
電圧で検出し、サイリスタ１０が消弧したらすぐに遮断
器２を投入を許可してチョッパ回路５を起動できるよう
にするので、チョッパ回路５の再起動時間をさらに短縮
できる。

【００３９】実施の形態１から３では、サイリスタ１０
が消弧して続流電流Ｉが流れなくなったことを、トラン
ジスタ１２がオフしてトランジスタ１２のコレクタ−エ
ミッタ間電圧が０ボルト近傍となったことで検出すると
説明したが、トランジスタ１２のコレクタ−ベース間電
圧が０ボルト近傍となったことで検出しても、トランジ
スタ１２のベース電流が０アンペア近傍となったことで
検出してもどちらでもよい。

【００４０】また、実施の形態１から３では、インバー
タ回路の制御整流素子５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ，５Ｘ，５Ｙ，
５Ｚまたはチョッパ回路の制御整流素子２１Ａ，２１
Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄと、電機子チョッパ用の制御整流素
子２４とをゲートターンオフサイリスタを用いて説明し
たが、トランジスタ、電界効果トランジスタまたはＩＧ
ＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの自己
消弧形の各種半導体素子を用いてもよい。

【００４１】また、実施の形態１から３では、インバー
タ回路の制御整流素子５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ，５Ｘ，５Ｙ，
５Ｚにそれぞれ逆並列接続されたダイオード６Ｕ，６
Ｖ，６Ｗ，６Ｘ，６Ｙ，６Ｚまたはチョッパ回路の制御
整流素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄにそれぞれ逆
並列接続されたダイオード２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２
２Ｄは、別の素子として説明したが、同一素子上に逆並
列接続された制御整流素子とダイオードとを組み合せた
自己消弧形の各種半導体素子を用いてもよい。

【００４２】また、実施の形態１から３では、放電回路
８の構成を直流電源のマイナス側からトランジスタ１
２、サイリスタ１０、放電用の抵抗９の順番で説明した
が、その順番はいずれでもよい。

【００４３】さらにまた、実施の形態１から３では、ト
ランジスタ１２はＮＰＮトランジスタで説明したが、Ｐ
ＮＰトランジスタのほか、電界効果トランジスタまたは
ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの
各種半導体素子を用いてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る電力制御装
置によれば、直流電源に接続され、電動機に供給する電
力の変換を行うと共に、電動機からの回生電力を直流電
源に戻す電力変換回路と、この電力変換回路に並列接続
されたフィルタコンデンサと、このフィルタコンデンサ
に並列接続された、フィルタコンデンサの電圧が第一の
所定値以上のときに点弧されるサイリスタ、抵抗および
トランジスタの直列回路からなる放電回路と、サイリス
タが点弧されたときにトランジスタをオンとし、フィル
タコンデンサの電圧が上記第一の所定値より低い第二の
所定値以下のときトランジスタをオフとする電圧応動回
路とを備えたので、サイリスタを速やかにかつ確実に消
弧でき、電力変換回路の再起動時間を短縮できる。

【００４５】また、直流電源に遮断器を介して接続さ
れ、電動機に供給する電力の変換を行うと共に、電動機
からの回生電力を直流電源に戻す電力変換回路と、この
電力変換回路に並列接続されたフィルタコンデンサと、
サイリスタ、抵抗およびトランジスタの直列回路からな
り、フィルタコンデンサに並列接続された放電回路と、
フィルタコンデンサの電圧が第一の所定値以上のとき遮
断器を遮断すると共に、トランジスタに係わる電圧（又
は電流）が第三の所定値を越えたとき遮断器の投入を禁
止し、トランジスタに係わる電圧（又は電流）が上記第
三の所定値以下のとき遮断器の投入を許可する遮断器制
御回路と、フィルタコンデンサの電圧が上記第一の所定
値以上のときにサイリスタを点弧させるゲート制御回路
と、サイリスタが点弧されたときトランジスタをオンと
し、フィルタコンデンサの電圧が上記第一の所定値より
低い第二の所定値以下のときトランジスタをオフとする
電圧応動回路とを備えたので、サイリスタを速やかにか
つ確実に消弧でき、電力変換回路の再起動時間を短縮で
きる。

【００４６】また、電圧応動回路をトランジスタのコレ
クタ−ベース間に接続されたゼナーダイオードにより構
成したので、サイリスタを速やかにかつ確実に消弧で
き、電力変換回路の再起動時間を短縮でき、かつ低コス
トで小形化が実現できる。

【００４７】また、電圧応動回路をトランジスタのコレ
クタ−ベース間に接続された第１の抵抗とベース−エミ
ッタ間に接続された第２の抵抗により構成したので、サ
イリスタを速やかにかつ確実に消弧でき、電力変換回路
の再起動時間を短縮でき、かつ低コストで小形化が実現
できる。

【００４８】また、電力変換回路をインバータ回路で構
成し、このインバータ回路に並列接続されたフィルタコ
ンデンサの電圧が所定値以下のとき電圧応動回路により
放電回路のトランジスタをオフし、放電回路に流れる続
流電流を制限するようにしたことにより、サイリスタを
速やかにかつ確実に消弧できるので、インバータ回路の
再起動時間を短縮できる。

【００４９】さらにまた、電力変換回路をチョッパ回路
で構成し、このチョッパ回路に並列接続されたフィルタ
コンデンサの電圧が所定値以下のとき電圧応動回路によ
り放電回路のトランジスタをオフし、放電回路に流れる
続流電流を制限するようにしたことにより、サイリスタ
を速やかにかつ確実に消弧できるので、チョッパ回路の
再起動時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電力制御装置の実施の形態１を示
す回路図である。

【図２】この発明の電力制御装置の実施の形態２を示
す回路図である。

【図３】この発明の電力制御装置の実施の形態３を示
す回路図である。

【図４】従来の三相誘導電動機制御用の電力制御装置
を示す回路図である。

【符号の説明】

１直流電源２遮断器３フィルタコンデンサ５電力変換回路であるインバータ回路７電動機８放電回路９抵抗１０サイリスタ１２トランジスタ１３電圧応動
回路１６電圧検出回路１７ゲート制
御回路１８遮断器制御回路１９第１の抵
抗２０第２の抵抗２１電力変換回路であるチョッパ回路２３電動機の界磁巻線２５電動機の
電機子巻線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源に接続され、電動機に供給する
電力の変換を行うと共に、上記電動機からの回生電力を
上記直流電源に戻す電力変換回路と、この電力変換回路
に並列接続されたフィルタコンデンサと、このフィルタ
コンデンサに並列接続された、上記フィルタコンデンサ
の電圧が第一の所定値以上のときに点弧されるサイリス
タ、抵抗およびトランジスタの直列回路からなる放電回
路と、上記サイリスタが点弧されたときに上記トランジ
スタをオンとし、上記フィルタコンデンサの電圧が上記
第一の所定値より低い第二の所定値以下のとき上記トラ
ンジスタをオフとする電圧応動回路とを備えたことを特
徴とする電力制御装置。
【請求項２】直流電源に遮断器を介して接続され、電
動機に供給する電力の変換を行うと共に、上記電動機か
らの回生電力を上記直流電源に戻す電力変換回路と、こ
の電力変換回路に並列接続されたフィルタコンデンサ
と、サイリスタ、抵抗およびトランジスタの直列回路か
らなり、上記フィルタコンデンサに並列接続された放電
回路と、上記フィルタコンデンサの電圧が第一の所定値
以上のとき上記遮断器を遮断すると共に、上記トランジ
スタに係わる電圧（又は電流）が第三の所定値を越えた
とき上記遮断器の投入を禁止し、上記トランジスタに係
わる電圧（又は電流）が上記第三の所定値以下のとき上
記遮断器の投入を許可する遮断器制御回路と、上記フィ
ルタコンデンサの電圧が上記第一の所定値以上のときに
上記サイリスタを点弧させるゲート制御回路と、上記サ
イリスタが点弧されたとき上記トランジスタをオンと
し、上記フィルタコンデンサの電圧が上記第一の所定値
より低い第二の所定値以下のとき上記トランジスタをオ
フとする電圧応動回路とを備えたことを特徴とする電力
制御装置。
【請求項３】電圧応動回路をトランジスタのコレクタ
−ベース間に接続されたゼナーダイオードにより構成し
たことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電
力制御装置。
【請求項４】電圧応動回路をトランジスタのコレクタ
−ベース間に接続された第１の抵抗とベース−エミッタ
間に接続された第２の抵抗により構成したことを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項５】電力変換回路をインバータ回路により構
成したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいず
れかに記載の電力制御装置。
【請求項６】電力変換回路をチョッパ回路により構成
したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれ
かに記載の電力制御装置。