(57)【要約】【課題】回生電力吸収装置に異常が生じた際、フィルタリアクトルに蓄積されたエネルギーを安全に放出させる。【解決手段】直流電気車６が回生運転を行うことによって生じる回生電力のうち余剰な回生電力を、チョッパ回路３と回生抵抗Ｒとで放出させる回生電力吸収装置７１において、還流ダイオードＤ２を備えるとともに、回生電力吸収装置７１に異常が生じた場合、スイッチング素子Ｓの動作を停止せずに直流遮断器１を開放する。これにより、フィルタリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを回生抵抗Ｒで放出し、回路に備えらえた各部品が過電圧となることを抑制する。【選択図】図１
2010023598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンオフ制御が可能なスイッチング素子を有し、架線から入力される直流電力を変圧して出力するチョッパ回路と、
前記架線とチョッパ回路との間に介挿されて、高調波ノイズが架線に帰還するのを阻止するフィルタ回路と、
前記架線とフィルタ回路との間に介挿された直流遮断器と、
前記チョッパ回路から出力された電力を熱エネルギーに変換して放出させる回生抵抗と、を備え、
直流電気車が回生運転を行うことによって生じる回生電力を回生抵抗において熱エネルギーに変換して放出させる回生電力吸収装置であって、
カソードが前記直流遮断器とフィルタ回路との間に介挿され、アノードが前記回生抵抗に接続された還流ダイオードを備え、
前記回生電力吸収装置動作時において、回生電力吸収装置に異常が生じた場合、前記チョッパ回路に備えられたスイッチング素子の動作を停止せずに直流遮断器を開放することを特徴とする回生電力吸収装置。
【請求項２】
前記回生電力吸収装置動作時において、回生電力吸収装置に異常が生じた場合、直流遮断器開放後、前記チョッパ回路に備えられたスイッチング素子を一定の通流率での動作または連続オン動作とすることを特徴とする請求項１記載の回生電力吸収装置。
【請求項３】
前記回生電力吸収装置動作時において、回生電力吸収装置に異常が生じた場合、直流遮断器開放後、フィルタ回路のエネルギーが消滅するまで前記チョッパ回路に備えられたスイッチング素子を一定の通流率での動作または連続オン動作とすることを特徴とする請求項１または２記載の回生電力吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電気車における回生電力吸収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は一般的な電鉄用直流電力供給設備の一例を示す構成図である。この図２において、交流電源４から出力された交流電圧Ｖｓは、変電所５において変圧および整流された後、架線８を介して直流電気車６へ供給される。したがって、この直流電気車６は、変電所５から出力される直流電力をパンタグラフ（図示せず）から取り込み、電動機（図示せず）を駆動させることで走行する。
【０００３】
その直流電気車６が回生ブレーキによって制動を行うと、架線８へ回生電力が放出される。例えば、同じ架線区内に２台の直流電気車６（図３中では省略して１台のみ記載）が走行しているとし、一方の直流電気車６が力行運転中であり、他方の直流電気車６は回生運転中であるとすると、力行運転中である直流電気車６は、変電所５からの電力と回生運転中である直流電気車６からの回生電力との合計で力行運転される。すなわち、変電所５から出力される電力は、力行運転中である直流電気車６が必要とする電力から、回生運転中である直流電気車６により回生される電力を、差し引いた値となる。例えば、力行運転中である直流電気車６において必要とされる電力が減少、あるいは回生運転中である直流電気車６から回生される電力が増大した場合、変電所５から出力される電力も減少する。
【０００４】
しかしながら、変電所５から出力される電力を零にしても、回生運転中である直流電気車６から回生される電力を力行中である直流電気車６において消費しきれず、余剰な回生電力が存在する場合には、架線８の電圧が上昇してしまう。このように架線８における電圧が上昇すると、回生ブレーキの効きが悪化し、さらには、直流電気車６および架線８の過電圧故障を起こす恐れがある。
【０００５】
上記のような問題を解消するために、一般的な電鉄用直流電力供給設備には、チョッパ回路３と回生抵抗Ｒとを有し、余剰な回生電力を熱エネルギーに変換させて放出させる回生電力吸収装置７が備えられている（例えば、特許文献１，２）。
【０００６】
図３は、一般的な回生電力吸収装置７の一例を示す回路構成図である。電鉄用直流電力供給設備において回生電力吸収装置７が備えられた場合、架線８の電圧が上昇すると回生電力吸収装置７に入力される電圧値も上昇する。直流遮断器１を介して架線８から入力された電力は、フィルタ回路２におけるフィルタリアクトルＬ１を介してフィルタコンデンサＣに蓄えられる。そのフィルタコンデンサＣに蓄えられた電圧値（以下、入力電圧値Ｖｄｃ１と称する）が所定の設定電圧値よりも大きい場合、前記チョッパ回路３に備えられたスイッチング素子Ｓがオンオフ制御される。チョッパ回路３から出力された電気エネルギーは回生抵抗Ｒに導出され、その回生抵抗Ｒにおいて熱エネルギーに変換され放出される。
【０００７】
また、図２に示すように、架線８には符号９で示した架線インピーダンスに相当する抵抗値が存在するため、回生電力吸収装置７と直流電気車６との間の距離に比例した電圧降下が発生する。その結果、前記入力電圧値Ｖｄｃ１は、直流電気車６により回生された電圧値（以下、出力電圧値Ｖｄｃ２と称する）から、前記架線インピーダンス９による電圧降下分を差し引いた値となる。
【特許文献１】特許公報２５３１１５３号公報（図１）
【特許文献２】特開２００４−３５８９８４号公報（段落［００２７］〜［００４６］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
回生電力吸収装置動作時（フィルタ回路２のフィルタリアクトルＬ１に電流が印加されている時）において、回生電力吸収装置７（例えば、制御電源や周囲温度等）に異常が生じた場合、直流遮断器１が開放される。
【０００９】
しかしながら、直流遮断器１が開放される前に、前記スイッチング素子Ｓがオフ状態になると、前記フィルタ回路２においてフィルタリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーがフィルタコンデンサＣに流入し、回路における素子が過電圧となり破損してしまう可能性が生じる。
【００１０】
以上示したようなことから、回生電力吸収装置に異常が生じた際、前記フィルタリアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを安全に放出させることが要求される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、請求項１記載の発明は、オンオフ制御が可能なスイッチング素子を有し、架線から入力される直流電力を変圧して出力するチョッパ回路と、前記架線とチョッパ回路との間に介挿されて、高調波ノイズが架線に帰還するのを阻止するフィルタ回路と、前記架線とフィルタ回路との間に介挿された直流遮断器と、前記チョッパ回路から出力された電力を熱エネルギーに変換して放出させる回生抵抗と、を備え、直流電気車が回生運転を行うことによって生じる回生電力を回生抵抗において熱エネルギーに変換して放出させる回生電力吸収装置であって、カソードが前記直流遮断器とフィルタ回路との間に介挿され、アノードが前記回生抵抗に接続された還流ダイオードを備え、前記回生電力吸収装置動作時において、回生電力吸収装置に異常が生じた場合、前記チョッパ回路に備えられたスイッチング素子の動作を停止せずに直流遮断器を開放することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回生電力吸収装置動作時において、回生電力吸収装置に異常が生じた場合、直流遮断器開放後、前記チョッパ回路に備えられたスイッチング素子を一定の通流率での動作または連続オン動作とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記回生電力吸収装置動作時において、回生電力吸収装置に異常が生じた場合、直流遮断器開放後、フィルタ回路のエネルギーが消滅するまで前記チョッパ回路に備えられたスイッチング素子を一定の通流率での動作または連続オン動作とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明で明らかなように、請求項１〜３記載の発明によれば、回生電力吸収装置運転時に、回生電力吸収装置に異常が生じた際、回路における素子が過電圧となり破損してしまうことを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施形態に係る回生電力吸収装置を実施例に基づいて詳細に説明する。なお、図３と同様なものについては同一符号等を用い、その詳細な説明は省略する。
【００１６】
本実施形態は、直流電気車が回生運転を行うことによって生じる回生電力のうち、余剰な回生電力をチョッパ回路と回生抵抗とで放散させる回生電力吸収装置において、閉回路を作る還流ダイオードを備えるとともに、回生電力吸収装置に異常が生じた場合、前記スイッチング素子の動作を停止せずに、直流遮断器を開放することで、フィルタ回路のフィルタリアクトルに蓄積されたエネルギーを回生抵抗で放出し、回生電力吸収装置を構成する各部品が過電圧となることを抑制するものである。
【００１７】
［実施例］
図１は、本実施の形態における回生電力吸収装置の一例を示す回路構成図である。図１中の回生電力吸収装置７１は、架線８と回生電力吸収装置７１とを必要に応じて遮断する直流遮断器１と、フィルタリアクトルＬ１とフィルタコンデンサＣとから成るフィルタ回路２と、スイッチング素子ＳとダイオードＤ１とリアクトルＬ２とから成るチョッパ回路３と、回生抵抗Ｒと、カソードが直流遮断器１とフィルタリアクトルＬ１との間に介挿されアノードが回生抵抗Ｒに接続された還流ダイオードと、を主として構成している。なお、フィルタ回路２は、チョッパ回路３と直流遮断器１との間に介挿され、前記スイッチング素子を高速でオンオフ制御することによって発生する高調波ノイズが架線８に帰還することを防止する。
【００１８】
上記のように構成された回生電力吸収装置７１において、架線８から入力された直流電力は、直流遮断器１およびフィルタリアクトルＬ１を介してフィルタコンデンサＣに蓄えられる。このようにしてフィルタコンデンサＣに蓄えられた入力電圧値Ｖｄｃ１が前記設定電圧値以上になった場合、架線８に余剰な回生電力が存在すると判断され、入力電圧値Ｖｄｃ１と設定電圧値との偏差が０になるようにスイッチング素子Ｓが適切な通流率でオンオフ制御される。
【００１９】
スイッチング素子Ｓがオンオフ制御されると、フィルタコンデンサＣに蓄えられたエネルギーは、スイッチング素子Ｓがオン状態の時、スイッチング素子Ｓ，リアクトルＬ２を介して回生抵抗Ｒに流れ熱エネルギーに変換されて放出される。スイッチング素子Ｓがオフ状態の時は、スイッチング素子Ｓがオン状態のときにリアクトルＬ２に蓄積されたエネルギーが、回生抵抗Ｒ，ダイオードＤ１に流れ、その回生抵抗Ｒによって熱エネルギーに変換され放出される。
【００２０】
なお、前記所定の設定電圧値は、通常変電所５から出力される電圧値よりも若干高く設定されている。上記のように設定することにより、変電所５から出力される電力が回生電力吸収装置７１で消費されるようなエネルギーの無駄使いを防止し、直流電気車６が回生運転を行い余剰な回生電力が生じた時のみ、この回生電力吸収装置７１（のチョッパ回路３）を作動させる。
【００２１】
本実施例における回生電力吸収装置７１は、閉回路を作るための還流ダイオードＤ２を設けるとともに、回生電力吸収装置７１に異常が生じた場合、スイッチング素子Ｓの動作を停止させずに、直流遮断器１を開放させる。直流遮断器１開放後、電圧制御ができないことがあるためスイッチング素子Ｓは、一定の通流率での動作または連続オン動作とさせる。
【００２２】
その結果、回生電力吸収装置７１に異常が生じた場合、フィルタリアクトルＬ１およびフィルタコンデンサＣに蓄えられたエネルギーは、スイッチング素子Ｓがオン状態の時、スイッチング素子Ｓ，リアクトルＬ２を介して回生抵抗Ｒに流れ熱エネルギーに変換されて放出され、還流ダイオードＤ２を介してフィルタリアクトルＬ１に還流する。また、スイッチング素子Ｓがオフ状態の時は、スイッチング素子Ｓがオン状態のときにリアクトルＬ２に蓄積されたエネルギーが、回生抵抗Ｒ,還流ダイオードＤ２に流れ、回生抵抗Ｒによって熱エネルギーに変換され放出される。
【００２３】
その後、フィルタリアクトルＬ１およびフィルタコンデンサＣに蓄えられたエネルギーが無くなった状態であると判断されると、スイッチング素子Ｓのゲート端子に停止信号が出力され、回生電力吸収装置７１は停止した状態となる。
【００２４】
本実施例のように制御および構成することにより、回生電力吸収装置７１に異常が生じた場合、直流遮断器１は開放されるものの、フィルタリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーは、スイッチング素子ＳおよびリアクトルＬ２を介して回生抵抗Ｒに流れ熱エネルギーに変換され放出される。そのため、スイッチング素子ＳおよびコンデンサＣ，ダイオードＤ１が過電圧となり破損してしまうことを、抑制することが可能となる。
【００２５】
なお、回生抵抗Ｒは、短時間定格容量のものを採用する場合、スイッチング素子Ｓを連続オン動作させると回生抵抗Ｒの過熱または焼損の恐れがあるため、タイマ信号等を基に断続的な投入制御とすることが望ましい。
【００２６】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００２７】
例えば、回生電力吸収装置において蓄電素子と回生抵抗とを備え、蓄電素子が満充電状態となって回生電力を吸収できないときに、余剰な回生電力を回生抵抗にて放出させる構成にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例における回生電力吸収装置７１の回路構成図。
【図２】一般的な電鉄用直流電力供給設備の一例を示す構成図。
【図３】一般的な回生電力吸収装置７の回路構成図。
【符号の説明】
【００２９】
１…直流遮断器
２…フィルタ回路
３…チョッパ回路
６…直流電気車
７，７１…回生電力吸収装置
８…架線
Ｌ１…フィルタリアクトル
Ｃ…フィルタコンデンサ
Ｓ…スイッチング素子
Ｒ…回生抵抗
Ｄ２…還流ダイオード
【図１】
2010023598.tif 000003
【図２】
2010023598.tif 000004
【図３】
2010023598.tif 000005