JPS6311001A - 電気車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はパルス幅変調コンバータ回路を有する交流電気
車に係、す、特にパルス幅変調コンバータ回路の異常を
検出する故障検出器を右する電気車の制御装置に関する
ものである。

（従来の技術） パルス幅変調（以下、ＰＷＭと言う。）］ンバータ回路
とインバータ回路を用いた交流電気車においては集電器
より受電した交流電力は変圧器、リアクトルを介してＰ
ＷＭコンバータ回路に入力される。ＰＷＭコンバータ回
路の直流出力はコンデン１ｙを介してインバータ回路に
接ｖｃされる。インバータ回路の三相交流出力は、誘導
電動機に接続される。上述の構成の交流電気車では、特
に回生ブレーキ動作時に、集電器が離線したり、また交
流−交流セクションのような無加圧区間を走行する時、
回生電力の経路が無くなることがある。

そのため、コンデンサの直流電圧や、変圧器の交流電圧
が上昇し過電圧となって機器の破損を招く。

従ってずみやかに架線停電を検知し、インバータ回路お
よびＰ〜ＶＭコンバータ回路を停止させることが必要で
ある。また、ＰＷＭコンバータ回路が故障し、電力回生
動作が出来なくなった場合にもインバータ回路を停止さ
せることが必要である。

従来、架線停電の検出はＰＷＭコンバータ回路の交流入
力電圧を検出することによって行う。あるいはコンデン
“りの電圧及び変圧器の過電圧を検出することによって
行う。

（発明が解決しようとする問題点） 一般にＰＷＭコンバータ回路は交流電源に同期させて動
作させでおり、この為に同期電源フィルターを使用して
同期信号を１ｑているが、架線停電時にフィルターの残
留信号があると、ＰＷＭコンバータ回路はこの撮動に同
期して動作を続【プろ。

さらに、ＰＷＭコンバータ回路が動作すると、架線側に
電源が無くなっても出力側のコンデンサの電圧からＰＷ
Ｍコンバータ回路が交流入力側に交流電圧を発生させる
。そのため、同期電源フィルターへその電圧が印加され
、この同期電源フィルターの出力がＰＷＭコンバータ回
路の制御回路へ入力され、ＰＷＭコンバーク回路自体の
発生する交流電圧に同期して動作が継続り−る。従って
、交流電圧を検出し、その右・無によって架線停電であ
るかどうかを判断することは困難である。

一方、架線停電の検知方法としてコンデンサの電圧及び
変圧器の電圧が設定値となったことにより検知を行うこ
とが考えられる。しかし、この設定値は誤検知とならな
いようにある程度高めに設定されている。そのため、検
知精度を高めるために設定値を定常値付近に設定するこ
とはできない。

このようにコンデンサの電圧及び変圧器の電圧を検出す
ることによって精度の高い架線停電の検知を行うことは
困難である。

本発明の目的は架線停電の検出及びＰＷＭコンバータ回
路の故障の検出を正確に行うことができかつ信頼性の高
い検出を行うことができる架線停電検出器及び故障検出
器を有する電気車の制御装置を提供することである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 第１図に本発明の概念図を示す。ＰＷＭコンバータ回路
Ｃ０ＮＶは変圧器ＴＲを介して集電器ＰＡＮに接続する
。インバター回路ＩＮＶはコンデンサＣＯを介してＰＷ
Ｍコンバータ回路Ｃ０ＮＶの出力側に接続する。誘導雷
！ｌ１機ＩＭはインバータ回路ＩＮＶの出力側に接続す
る。ＰＷＭコンバータ回路Ｃ０ＮＶの入力側には電力検
出３ＰＤ１が接続される。またＰＷＭコンバータ回路Ｃ
０ＮＶの出力側には電力検出器ＰＤ２が接続される。電
力検出器ＰＤ１及び電力検出器ＰＤ２の出力は比較器Ｒ
ＥＦに入力する。比較器ＲＥＦの出力信号はコンバータ
回路及びインバータ回路の停止信号ＳＳとして故障検出
器ＫＤに入力する。また電圧検出器ＶＤ１による電圧検
出値ＶＳは架線停電検出器ＴＤに入力する。この架線停
電検出器ＴＤの出力信号は架線停電信号ＴＳとして故障
検出器ＫＤに入力する。故障検出器ＫＤは故障信号ＫＳ
を出力する。

（作　用） ＰＷＭコンバータ回路Ｃ０ＮＶは変１■器ＴＲを介して
集電器ＰＡＮより得た交流電力を交流電力に変換しコン
デンサＣＯを介してインバータ回路ＩＮＶに供給する。

インバータ回路ＩＮＶはＰＷＨコンバータ回路Ｃ０ＮＶ
より得た直流型ツノを三相交流電力に変換して誘導電動
機ＩＭに供給する。

電力検出器ＰＤＩはＰＷＭコンバータ回路Ｃ０ＮＶの入
力側の電力を検出し、その値を比較器ＲＥ　Ｆに出力す
る。また電力検出器ＰＤ２はＰＷＭコンバータ回路Ｃ０
ＮＶの出力側電力を求め、モの（１７ｉを比較器ＲＥＦ
に出力する。比較器ＲＥ　ＦはＰ聞コンバータ回路Ｃ０
ＮＶの入力側電力及び出力側電力とを比較して両者の差
が所定値になった際にコンバータ回路Ｃ０ＮＶ及びイン
バータ回路ＩＮＶの停止信号ＳＳを出力する。

架線停電検出器ＴＤは電圧検出値ｖＳがなくなった際に
架線停電信号ＴＳを検出する。

故障検出器ＫＤは架線停電信号ＴＳが入力していない状
態でコンバータ回路Ｃ０ＮＶ及びインバータ回路ＩＮＶ
の停止信号ＳＳを入力した際に故障信号ＫＳを出力り”
る。

（実施例） 本発明に基づく一実施例を図面を用いて説明する。ＰＷ
Ｍコンバータ回路Ｃ０ＮＶは変圧器ＴＲ及びリアクトル
Ｌを介して集電器ＰＡＮに接続する。このＰＷＭコンバ
ータ回路Ｃ０ＮＶは、ゲートターンオフサイリスタＴ１
．Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４及びダイオードＤ１．Ｄ２．Ｄ３．
Ｄ４により構成される。ＰＷＭコンバータ回路Ｃ０ＮＶ
の出力側にコンデンサＣＯが接続され、さらにインバー
タ回路ＩＮＶが接続される。このインバータ回路ＩＮＶ
はゲートターンオフサイリスタＴ１１．Ｔ１２゜Ｔ１３
．　Ｔ１４．　Ｔ１５．　ＴｌａおよびダイオードＤ１
１゜Ｄ１２．　Ｄ１３．　Ｄ１４．　Ｄ１５．　Ｄｌｅ
により構成される・誘導電動機ＩＭはインバータ回路Ｉ
ＮＶの出力側に接続される。

ＰＷＭコンバータ回路Ｃ０ＮＶの入力側には入力電圧を
検出する電圧検出器ＭＤＩ及び入力電流を検出する電流
検出器ＣＴ１が設けられる。また、ＰＷＭコンバータ回
路Ｃ０ＮＶの出力側には出力電圧を検出する電圧検出器
ＶＤ２及び出力電流を検出する電流検出器ＣＴ２が設け
られる。

電圧検出器ＶＤ２による電圧検出値ＶＤ及び電流検出器
ＣＴ２による電流検出値ＩＬは電力検出器ＰＤ２に入力
される。この電力検出ｍＰＤ２は掛停器ＭＸＩ及び積分
器ＩＴ１により４１４成される。

１１）算器ＭＸ１は電圧検出値ＶＤ及び電流検出値ＩＬ
を入力し演算してその結集積分器ＩＴＩに出力する。積
分器ＩＴＩはその出力を電力検出器ＰＤ２の出力として
比較ｍＲＥＦに出力する。また、電圧検出器ＶＤ１によ
る電圧検出値ＶＳ及び電流検出器ＣＴＩによる電流検出
値Ｉｓは電力検出器ＰＤ１に入力される。この電力検出
器ＰＤＩは電力検出ＺＰＤＩと同様にｔｉｈｉ器ＭＸ２
及び積分器ＩＴ２により構成される。この電力検出器Ｐ
Ｄ１の出力は比較器ＲＥＦに入力される。

比較器ＲＥＦは演算器ＣＯＭ及び電圧検出器ＶＤ３によ
り構成される。演算器ＣＯＭは電力検出ＺＰＤ１及び電
力検出器ＰＤ２の出力を入力し両者の差を演算づる。演
算器ＣＯＭはその出力を電圧検出器ＶＤ３に出力する。

電圧検出器ＶＤ３は演算器ＣＯＩ’ｖ１の出力が所定値
になった際にコンバータ回路Ｃ０ＮＶ及びインバータ回
路ＩＮＶの停止信号ＳＳを出力する。

架線停電検出器ＴＯは電圧検出器ＶＤ１に接続し、その
出力は故障検出器ＫＤに入力される。

故障検出器ＫＤは遅延回路ＤＬ、反転器ＩＮ及びＡＮＤ
回路ＡＤにＪ、り構成される。比較器ＲＥＦの出力は遅
延回路ＤＬを介してＡＮＤ回路ＡＤに入力する。また架
線停電検出器ＴＤの出力は反転器ＩＮを介してＡＮＤ回
路ＡＤに入力する。このＡＮＤ回路ＡＤの出力は故障信
号として出力される。

同期電源フィルタＦＬは集電器ＰＡＮから入力する交流
電圧の波形の歪みを取り交流電圧の周期に同期した信号
を積分器ＩＴ１．ＩＴ２に出力する。

上）小の構成に基づ〈実施例の動作について説明する。

起動指令によりコンバータ回路Ｃ０ＮＶが起動し、集電
器ＰＡＮより主変圧器ＴＲを介して冑られる交流電力を
直流電力に変換しインバータ回路ＩＮＶに供給する。コ
ンバータ回路Ｃ０ＮＶの出力である直流電圧が一定に保
たれるとインバータ回路ＩＮＶはインバータ制御回路（
図示ｔ！ツ。）により制御され、誘導電動機ＩＭに交流
電力を供給する。

掛痒器ＭＸ２は変圧器ＴＲの２次巻線間に接続された電
圧検出器ＶＤ１の電圧検出値ＶＳ及びＰＷＭコンバータ
Ｃ０ＮＶの交流入力側に接続された電流検出器０丁１の
電流検出値Ｉｓを入力する。ｕト綽器ＭＸ１は電圧検出
値ｖＳと電流検出値Ｉｓとの四〇を行い波節結果を積分
器Ｉ　Ｔ　２に出力する。積分器ＩＴ２は同期電源フィ
ルターＦＬの出力信号により交流入力電源の半周期間毎
に交流ｌ力を演算する。積分器ＩＴ２はその）寅障結果
を比較器ＲＥＦに出力する。

掛ｎＡＭ　Ｘ　１　ハＰ　ＷＭ　コ’／　／’１　　’
１　回路Ｃ０ＮＶの直流側に接続された電圧検出器ＶＤ
２の電圧検出値ＶＤ及び電流検出器ＣＴ２の電流検出器
ＩＬを入力する。ｍ算器ＭＸＩは電圧検出値ＶＤと苺流
検出値ＩＬとの掛算を行い演算結果を積分°器ｒＴ１に
出力する。積分器ＩＴＩは同期電源フィルターＦＬの出
力信号により交流入力電源の半周期間色に直流電力を演
算する。積分器ＩＴ１はその演算結果を比較器ＲＥＦに
出力する。

演ｎ器ＣＯＭは電力検出器ＰＣＩの出力及び電力検出器
Ｐ［）２の出力を入力する。そして演算器ＣＯＭはＰＷ
Ｍコンバータ回路Ｃ０ＮＶの交流入力側の交流電力と直
流出力側の直流電力との芒ご演算しその演算結果を電圧
検出器ＶＤ３に出力する。電圧検出器ＶＤ３は交流電力
と直流電力との外が所定値になった際にコンバータ回路
ＣＯＮ　Ｖ及びイバータ回路ＩＮＶの停止信号ＳＳを出
力する。

次に架線停電が発生した際について説明する。

ＰＷＭコンバータ回路Ｃ０ＮＶは力率を常に１に保つよ
うに制御されているため、交流側電力と直流側電力とは
内部損失による着分を芒し引けば（よぼ等しい値となっ
ている。ここで架線停電が発生した場合、交流側電力は
零になるが、直流側には大きな容態のコンデンサＣＯが
接涜されているため、ＰＷＭコンバータＣ０ＮＶへの電
流の流入、流出が続く。従って演算器ＣＯＭの出力が大
きくなり、その値が所定値になると電圧検出器ＶＤ３は
停止信号ＳＳをコンバータ回路Ｃ０ＮＶ及びインバータ
回路ＩＮＶに対するコンバータ制御回路（図示せず。〉
及びインバータ制御回路（図示せず。）に出力する。こ
のコンバータ制御回路及びインバータ制御回路は停止信
号ＳＳに基づいてコンバータ回路Ｃ０ＮＶ及びインバー
タ回路ＩＮＶを停止させる。架線停電が発生ずるとＰＷ
Ｍコンバータ回路Ｃ０ＮＶの交流側入力電圧が星になる
。

従って電圧検出器ＭＤＩの電圧検出１直ＶＳも零になる
。これによって架線停電検出器下りは架線）字型信号Ｔ
Ｓを出力する。りｇ線からの交流電力が変圧器ＴＲに再
印加されると架線停電検出器下りは架線停電信号ＴＳ８
解除する。

次に、Ｐ〜ｖ〜１コンバータ回路ＣＯ’ＮＶが故障した
際について説明する。、ＰＷＭコンバータ回路ＣＯＮが
何らかの原因により正常に力５メ制御を行うことができ
なくなると、Ｐ　’ｖＶ　Ｍコンパ−タ回路Ｃ０ＮＶの
交流側電力と直流側電力との聰が増大する。この差が所
定値になると、電圧検出器Ｖ　Ｄ　３　（ま停止信号Ｓ
Ｓを出力する。この停止信号ＳＳは図示しないコンバー
タ制御回路及びインバータ、ｌｉｌ制御回路に入力され
る。また停止信号ＳＳは遅延回路ＤＬを介してＡ　Ｎ　
Ｄ回路ＡＤに入力される。一方、電圧検出器ＶＤ１の電
圧検出１直ＶＳは零でないため、架線停電検出器ＴＤの
出力信号はｌ　Ｌ　ｌ　レベルとなる。従って反転器Ｉ
Ｎの出力信号は“Ｈ°レベルとなる。Ａ　Ｎ　Ｄ回路Ａ
Ｄは比較ｍＲＥＦより゛Ｈルベルの停止信号ＳＳ及び反
転器ＩＮの“ト１′　レベルの出力信号を入力する。

これによりＡＮＤ回路Ａ　Ｄは故障信号ＫＳを出力する
。

すなわち、この故障信号ＫＳはＰＷＭコンバータ回路Ｃ
０ＮＶの交流側入力電力と直流側出力電力との差が所定
値となりかつＰＷＭコンバータ回路Ｃ０ＮＶの交流側電
圧がある場合に故障検出器ＫＤより出力される。

遅延回路ＤＬは架線停電の際にＰＷＭコンバータ回路Ｃ
０ＮＶが停止してから架線停電検出器ＴＤが“Ｈ’　レ
ベルの架線停電信号ＴＳか出力されるまでの間、ｉ　Ｌ
　＋　レベルの信号をＡＮＤ回路ＡＤに入力する。これ
にＪ、って架線停電１１．１Ｎに誤って＆陣信号が出力
されろことを防止Ｊる。

〔発明の効果〕

１）ＷＭコンバータ回路を交直変換：：にとして持つ交
流電気車において、ＰＷＭコンバータ回路の交流側電力
と直流側電力を検出、演樟、比較することにＪ、って、
ずみやかに架線停電、またはＰＷＭコンバーク回路の故
障を正ｆ（ｒに検出Ｊることが出来、機器を保護すろこ
とができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念図、第２図（Ｊ、本発明に基づく
一実施１シリの電気中制御賃首のブロック図を示す。 Ｃ０ＮＶ・・・ＰＷＭコンバータ回路 ＩＮＶ・・・インバータ回路 Ｐｉ）１．ＰＤ２・・・電力検出器 ＲＩヨ「・・・比較器 ＫＤ・・・故障検出回路 ＴＤ・・・架線停電検出回路 代理人　弁理士　１月　近　憲　イイｊ同　　三俣弘文

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 変圧器を介して集電器からの交流電力を直流電力に変換
   するコンバータ回路と、 コンデンサを介して前記コンバータ回路より直流電力を
   入力し交流電力に変換して誘導電動機に供給するインバ
   ータ回路と、 前記コンバータ回路の入力側の入力電力を検出する第１
   の電力検出器と、 前記コンバータ回路の出力側の出力電力を検出する第２
   の電力検出器と、 前記第１及び第２の電力検出器より検出された前記コン
   バータ回路の入力及び出力電力の差が所定値以上のとさ
   に前記コンバータ回路及びインバータ回路に停止信号を
   出力する比較器と、 前記コンバータ回路の入力電圧がなくなったことを検出
   した際に架線停電信号を出力する架線停電検出器と、 前記比較器の出力信号及び架線停電検出器の出力信号を
   入力して前記比較器の出力である停止信号のみを入力し
   た際に故障信号を出力する故障検出器と、 を有する電気車の制御装置。