(57)【要約】  実施形態の鉄道用電力変換装置は、集電装置を介して架線に一次巻線が電気的に接続されるトランスと、トランスの二次巻線に接続され、駆動用モータに接続される主電力変換装置と、トランスの三次巻線に接続され、鉄道車両に搭載された被駆動対象の補機に電力を供給する副電力変換装置と、トランスと架線とを電気的に遮断する遮断装置と、架線と遮断装置との間に設けられ、架線からの電力の供給の有無を検出する検出器と、検出器の出力に基づいて少なくとも前記架線からの電力の供給がなされない無電区間の通過期間中に、遮断装置によりトランスと架線とを電気的に遮断した状態で、主電力変換装置に、駆動用モータの回生電力をトランスを介して前記副電力変換装置に供給させる制御部と、を備えるので、セクション通過時であっても大電力の補機への電力供給が継続してできる。
2017056588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電装置を介して架線に一次巻線が電気的に接続されるトランスと、
前記トランスの二次巻線に接続され、駆動用モータに接続される主電力変換装置と、
前記トランスの三次巻線に接続され、鉄道車両に搭載された被駆動対象の補機に電力を供給する副電力変換装置と、
前記トランスと前記架線とを電気的に遮断する遮断装置と、
前記架線と前記遮断装置との間に設けられ、前記架線からの電力の供給の有無を検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づいて少なくとも前記架線からの電力の供給がなされない無電区間の通過期間中に、前記遮断装置により前記トランスと前記架線とを電気的に遮断した状態で、前記主電力変換装置に、前記駆動用モータの回生電力を前記トランスを介して前記副電力変換装置に供給させる制御部と、
を備えた鉄道車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記架線から供給される電力の電圧及び位相を検出する電力状態検出部を備え、
前記制御部は、前記無電区間の通過期間中に前記副電力変換装置に供給される電力の電圧及び位相が、前記電力状態検出部で検出した電圧及び位相となるように前記主電力変換装置を制御する、
請求項１記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記電力状態検出部は、前記集電装置と遮断装置との間に電気的に接続されている、
請求項２記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記無電区間への進入予告通知が入力されると、当該鉄道車両用電力変換装置を搭載した鉄道車両が前記無電区間へ進入するまでに、前記駆動用モータの回生電力の前記トランスを介した前記副電力変換装置への供給を開始させる、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記遮断装置により前記トランスと前記架線とが電気的に遮断された状態で、前記回生電力の電圧及び位相が前記電力状態検出部が検出した前記他の架線から供給される電力の電圧及び位相となるように前記主電力変換装置を制御するとともに、前記回生電力の電圧及び位相が、前記他の架線から供給される電力の電圧及び位相と等しくなったと見做せる状態で、前記遮断装置の遮断状態を解除させる、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項６】
前記主電力変換装置は、コンバータを備え、ＰＷＭ制御により電力変換を行っており、
前記制御部は、前記トランスの電気的固有周波数及び前記コンバータのキャリア周波数に起因して、発生する前記トランス内における共振現象を抑制するために、前記遮断装置の遮断時における前記ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を、前記遮断装置の非遮断時における前記ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数よりも高く設定する、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項７】
前記主電力変換装置は、複数設けられており、
前記回生電力の供給は、前記複数の主電力変換装置のうち、少なくともいずれか一つが行うようにされている、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項８】
前記トランスを複数備え、
複数の前記トランスの一次巻線が前記遮断装置を介して前記架線に接続されている、
請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項９】
前記鉄道車両の走行速度を検出する速度検出部を備え、
前記制御部は、前記鉄道車両の無電区間の通過時の走行速度が所定の走行速度未満の場合には、トランスを介した副電力変換装置への前記駆動用モータの回生電力の供給を禁止する、
請求項１乃至請求項８のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項１０】
集電装置を介して架線に一次巻線が電気的に接続されるトランスと、
前記トランスの二次巻線に接続され、車輪を駆動する駆動用モータにそれぞれ接続される複数の主電力変換装置と、
前記複数の主電力変換装置に対応づけて設けられ、前記車輪の滑走状態を検知する複数の滑走検知部と、
前記トランスの三次巻線に接続され、被駆動対象の鉄道車両に搭載された補機あるいは補機群に電力を供給する副電力変換装置と、
前記トランスと前記架線とを電気的に遮断する遮断装置と、
前記架線と他の架線との間に設けられている無電区間の通過時に、前記遮断装置により前記トランスと前記架線とを電気的に遮断した状態で、前記主電力変換装置に、前記駆動用モータの回生電力を前記トランスを介して昇圧させて前記副電力変換装置に供給させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記滑走検知部により滑走が検出された主電力変換装置の回生電力が滑走検出前よりも低くなるように設定し、
前記滑走検知部により滑走が検出されていない他の主電力変換装置に前記回生電力の低下分を追加して供給させる、
鉄道車両用電力変換装置。
【請求項１１】
前記主電力変換装置は、複数設けられており、少なくとも１つの前記主電力変換装置は、他の主電力変換装置に対応する全ての滑走検知部で前記滑走状態が検知されていない状態では、前記回生電力の前記副電力変換装置への供給を停止している予備の主電力変換装置とされている、
請求項１０記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項１２】
前記予備の主電力変換装置は、他の主電力変換装置に対応する全ての滑走検知部で前記滑走状態が検知された後、少なくとも前記無電区間を通過するまでは、前記回生電力の前記副電力変換装置への供給を継続する、
請求項１０記載の鉄道車両用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、鉄道車両用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、客車や貨車を牽引あるいは推進する電気機関車においては、当該電気機関車を駆動するためのモータに電力を供給する主電力変換装置とともに、客車や貨車に搭載されている空気調和装置等の補機に電力を供給する副電力変換装置が搭載されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１５０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電気機関車にパンタグラフなどの集電装置を介して電力を供給する架線には、異なる電源系統に属する架線間で円滑に電気機関車を移行させるために、異なる電源系統に属する架線間に電力を供給しない無電区間であるセクションが設けられていた。【０００５】
このセクションを通過する際には、集電装置への電力供給は停止してしまうため、空気調和装置等の大電力の補機については、一旦電力の供給を停止しており、再起動まで含めると、数十秒程度補機を駆動できない期間が生じることとなっていた。
したがって、列車運行において、快適な運行を妨げる一因となっていた。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、セクション通過時であっても大電力の補機への電力供給を継続可能な鉄道車両用電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の鉄道用電力変換装置は、集電装置を介して架線に一次巻線が電気的に接続されるトランスと、トランスの二次巻線に接続され、駆動用モータに接続される主電力変換装置と、トランスの三次巻線に接続され、鉄道車両に搭載された被駆動対象の補機に電力を供給する副電力変換装置と、トランスと架線とを電気的に遮断する遮断装置と、架線と遮断装置との間に設けられ、架線からの電力の供給の有無を検出する検出器と、検出器の出力に基づいて少なくとも前記架線からの電力の供給がなされない無電区間の通過期間中に、遮断装置によりトランスと架線とを電気的に遮断した状態で、主電力変換装置に、駆動用モータの回生電力をトランスを介して前記副電力変換装置に供給させる制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態の列車及び架線状態の説明図である。
【図２】図２は、第１実施形態にかかる機関車の電気系統の概要構成図である。
【図３】図３は、主電力変換装置の概要構成ブロック図である。
【図４】図４は、制御部の一部を構成する電圧信号生成部の詳細構成ブロック図である。
【図５】図５は、コンバータ制御部として機能する制御部の機能構成ブロック図である。
【図６】図６は、インバータ制御部として機能する制御部の機能構成ブロック図である。
【図７】図７は、第１実施形態の動作説明図である。
【図８】図８は、サージ電圧発生時の説明図である。
【図９】図９は、実施形態の変形例の動作説明図である。
【図１０】図１０は、第１変形例によるサージ電圧発生時の説明図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態において制御部の一部を構成する電圧信号生成部の詳細構成ブロック図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態においてコンバータ制御部として機能する制御部の詳細構成ブロック図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態の動作説明図である。
【図１４】図１４は、第３実施形態の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に図面を参照して、好適な実施形態について説明する。
図１は、実施形態の列車及び架線状態の説明図である。
列車１００は、電気機関車（鉄道車両）１０１と、電気機関車１０１により牽引（あるいは後方から推進）される客車（あるいは貨車）１０２と、を備えている。
【００１０】
ここで、電気機関車１０１は、架線（き電線）１１から交流電力が供給されるパンタグラフ１２と、線路１３を介して接地された車輪１４と、を備えている。
また、架線１１は、電源系統が異なる二つの架線１１Ａ、１１Ｂと、を備え、二つの架線１１Ａ、１１Ｂとの間には架線切り替えのためのセクション（無電区間［非通電区間］）１１Ｘが設けられている。
上記構成において、電気機関車１０１は、線路１３側に設けられた地上子ＥＴ及び当該電気機関車１０１に設けられた車上子ＴＴを介して、地上設備からの制御信号等の情報の送受信を行い、取得した情報を参酌して電気機関車１０１全体の制御を行う車両制御装置２１を備えている。そして、地上設備からは、地上子ＥＴ及び車上子ＴＴを介してセクション１１Ｘへ到達するのに先だってセクション１１Ｘに至る旨の予告（セクション到達予告）がなされる。
【００１１】
［１］第１実施形態
図２は、第１実施形態にかかる機関車の電気系統の概要構成図である。
実施形態の電気機関車１０１は、図２に示すように、架線（き電線）１１から交流電力が供給されるパンタグラフ１２と、線路１３を介して接地された車輪１４と、の間に、遮断器１５及びトランス１６の一次巻線（一次コイル）１６Ａが直列に接続されている。
【００１２】
トランス１６の複数（図２では、Ｎ系統。Ｎは、２以上の整数。）の二次巻線（二次コイル）１６Ｂには、それぞれ主電力変換装置（図２中、ＣＩと記載）１７−１〜１７−Ｎを介して駆動用のモータ１８が接続されている。このモータ１８は、本実施形態においては、惰行時に発電機として回生電力を供給する電力源とすることが可能とされている。
なお、以下の説明においては、主電力変換装置１７−１〜１７−Ｎをそれぞれ識別する必要が無い場合には、主電力変換装置１７と表記するものとする。
【００１３】
また、トランス１６の複数（図２では、４系統）の三次巻線（三次コイル）１６Ｃには、それぞれ対応する副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄが接続されている。ここで、副電力変換装置１９Ａ及び副電力変換装置１９Ｃ（図中、それぞれＡＰＵと表記）は、電気機関車１０１に搭載された補機（車載電気機器）２０Ａ及び補機２０Ｃに対し電力を供給している。また副電力変換装置１９Ｂ及び副電力変換装置１９Ｄ（図中、ＬＧＵと表記）は、客車１０２に搭載された補機（車載電気機器）２０Ｂ及び補機２０Ｄに対し電力を供給している。
【００１４】
パンタグラフ１２と遮断器１５との間には、架線電圧を検出し、検出した架線電圧を後述する制御部２３に出力するための電圧検出器（ＰＴ：Potential  transformer）２７が設けられている。ここで、電圧検出器２７は、架線１１からの電力の供給の有無を検出する検出器として機能している。
【００１５】
上記構成において、遮断器１５は、車両制御装置２１により制御される。
また、車両制御装置２１の制御下で、制御部２３は、主電力変換装置１７及び副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄを制御する。
【００１６】
さらに各二次巻線１６Ｂには、各二次巻線１６Ｂを流れる電流を検出するための電流センサ２４Ｂが設けられている。同様に、各三次巻線１６Ｃには、各三次巻線１６Ｃを流れる電流を検出するための電流センサ２４Ｃが設けられている。
【００１７】
図３は、主電力変換装置の概要構成ブロック図である。
主電力変換装置１７は、大別すると、通常動作時において、コンバータＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１に基づいてトランス１６から入力された交流電力を直流電力に変換するとともに、回生電力供給動作時には、コンバータＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１に基づいて後述のインバータ３２から入力された直流電力を交流電力に変換してトランス１６に供給するコンバータ（ＣＮＶ）３１と、通常動作時には、インバータＰＷＭ制御信号ＰＷＭ２に基づいてコンバータ３１から入力された直流電力を三相交流電力に変換してモータ１８に供給するとともに、インバータＰＷＭ制御信号ＰＷＭ２に基づいてモータ１８の回生電力（交流電力）を直流電力に変換してコンバータ３１に供給するインバータ（ＩＮＶ）３２と、コンバータ３１−インバータ３２間で入出力される直流電力の電圧を検出する直流電圧センサ３３と、を備えている。
【００１８】
図４は、制御部の一部を構成する電圧信号生成部の詳細構成ブロック図である。
この場合において、電圧信号生成部４０は、通常の走行時には、架線１１からパンタグラフを介して入力される交流電力と同一の位相及び同一の電圧（実効電圧）を有する電圧信号Ｖｓｖを生成し出力するとともに、セクション（無電区間）１１Ｘを走行することによる架線電圧の消失時には、セクション１１Ｘに侵入する直前に入力されていた交流電力と同一の位相及び同一の電圧（実効電圧）を有する電圧信号Ｖｓｖを仮想架線電圧信号として生成し、出力する。
【００１９】
電圧信号生成部４０は、電圧検出器２７が検出した架線電圧に基づいて所定の閾値時間以上架線電圧が検出されなかった場合に、架線１１から電力が供給されていないと判別して停電検知信号を“Ｈ”レベル（“１”）として出力する停電検知部４１と、電圧検出器２７が検出した架線電圧（瞬時電圧値の変動）に基づいて、架線１１から供給される交流電力の位相を検出する電源位相検出部４２と、電圧検出器２７が検出した架線電圧に基づいて架線１１から供給される交流電力の実効電圧を演算する電源電圧演算部４３と、電源位相検出部４２が検出した位相と後述する仮想架線電圧位相信号の位相との位相差を算出する減算器４４と、減算器４４の出力である位相差を所定範囲内に制限するリミッタ４５と、後述の仮想架線電圧生成部５１が出力した仮想架線電圧位相信号θｖにリミッタ４５の出力を加算する加算器４６と、を備えている。
【００２０】
減算器４４、リミッタ４５、加算器４６は、これらの組み合わせにより位相変化率リミッタを構成しており、仮想架線電圧位相信号θｖの値を徐々に電源位相検出部４２の出力に近づける機能を有している。この電圧変化率リミッタの設定値は、電圧信号Ｖｓｖを使う補機の制御が異常なく追従可能な値（例えば１８０度／ｓ）を設定する。例えば、この位相変化率リミッタの設定値を１８０度／ｓにする場合は、電圧信号生成部４０の処理がマイクロコンピュータ上で実行されるプログラム等で１ｍｓ周期で実行されているとすると、リミッタ４５の制限値を０．１８度（＝１８０度／１０００ｍｓ）とすればよい。
【００２１】
さらに電圧信号生成部４０は、電源電圧演算部４３が演算した実効電圧と後述する仮想架線電圧値信号Ｖｖとの電圧差を算出する減算器４７と、減算器４７の出力である電圧差を所定範囲内（例えば、３６０度以内）に制限するリミッタ４８と、電源電圧演算部４３の出力にリミッタ４８の出力を加算する加算器４９と、を備えている。
減算器４７、リミッタ４８、加算器４９は、これらの組み合わせにより電圧変化率リミッタを構成しており、仮想架線電圧値信号Ｖｖの値を徐々に電源電圧検出部４３の出力に近づける機能を有している。この電圧変化率リミッタの設定値は、電圧信号Ｖｓｖを使う補機の制御が異常なく追従可能な値（例えば、２００Ｖ／ｓ）を設定する。例えば、この電圧変化率リミッタの設定値を２００Ｖ／ｓにする場合は、電圧信号生成部４０の処理がマイクロコンピュータ上で実行されるプログラム等として１ｍｓ周期で実行されているとすると、リミッタ４５の制限値を０．２Ｖ（＝２００Ｖ／１０００ｍｓ）とすればよい。
【００２２】
さらに電圧信号生成部４０は、切替スイッチ５０の一方の端子Ｔ１１を介して加算器４６の出力が入力され、切替スイッチ５２の一方の端子Ｔ２１を介して加算器４９の出力が入力され、仮想架線電圧値信号Ｖｖ、仮想架線電圧位相信号θｖ及び架線電圧信号Ｖｓｖを出力する仮想架線電圧生成部５１を備えている。
【００２３】
ここで、仮想架線電圧生成部５１は、例えば、制御入力を電源位相値及び電源電圧値（実効値）とするマイクロコンピュータ上で実行されるプログラムとして構成されており、この仮想架線電圧生成部５１において、停電検知部４１が架線１１から電力が供給されていると判別されている期間中は、仮想架線電圧値信号Ｖｖは、電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧値と等しい値となっている。また、仮想架線電圧生成部５１において、停電検知部４１が架線１１から電力が供給されていると判別されている期間中は、仮想架線電圧位相信号θｖは、架線１１から供給される交流電力の位相値と等しい値となっている。
【００２４】
従って、仮想架線電圧生成部５１において、停電検知部４１が架線１１から電力が供給されていると判別されている期間中に出力される架線電圧信号Ｖｓｖは、電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧値と等しい値となっている。
【００２５】
換言すれば、電圧信号生成部４０が実効的な動作は行っていない場合と等価であり、電圧検出器２７が検出した架線電圧がそのまま架線電圧信号Ｖｓｖとして出力されている状態となっている。
【００２６】
また、仮想架線電圧生成部５１において、停電検知部４１が架線１１から電力が供給されていないと判別されている期間中は、仮想架線電圧値信号Ｖｖは、停電検知部４１が架線１１から電力が供給されていないと判別した直前の仮想架線電圧値信号Ｖｖをそのまま出力し続け、仮想架線電圧位相信号θｖは、停電検知部４１が架線１１から電力が供給されていないと判別した直前の仮想架線電圧位相信号θｖをそのまま出力し続ける。
従って、仮想架線電圧生成部５１において、停電検知部４１が架線１１から電力が供給されていないと判別されている期間中、すなわち、セクション通過中に出力される架線電圧信号Ｖｓｖは、電検知部４１が架線１１から電力が供給されていないと判別した直前の架線１１から供給された交流電力の実効電圧値と等しい値を出力し続けることとなっている。
【００２７】
以下においては、後述の回生準備動作の期間の開始から、回生電力が補機２０Ａ〜２０Ｄに供給される無電区間であるセクション１１Ｘを電気機関車１０１が通過するまでの期間を、回生処理期間と呼ぶものとし、この回生処理期間以外の期間を非回生処理期間と呼ぶものとする。
上記構成において、仮想架線電圧生成部５１は、非回生処理期間には、電源位相検出部４２の出力した架線１１から供給される交流電力の位相と同一の仮想架線電圧位相信号θｖを生成して減算器４４及び切替スイッチ５０の他方の端子Ｔ１２に出力する。
同様に、非回生処理期間には、仮想架線電圧生成部５１は、仮想架線電圧値信号Ｖｖ＝０を減算器４７及び切替スイッチ５２の他方の端子Ｔ２２に出力する。
【００２８】
これらの結果、非実効回生処理期間においては、仮想架線電圧生成部５１には、加算器４６の出力及び加算器４９の出力が入力される。そして、仮想架線電圧生成部５１は、加算器４６及び加算器４９の出力に基づいて実効的に制御に影響を与えない（＝実効的に零）架線電圧信号Ｖｓｖを出力することとなる。
このとき、仮想架線電圧生成部５１が出力する仮想架線電圧位相信号θｖ及び仮想架線電圧値信号Ｖｖは、リミッタ４５及びリミッタ４８が実効的に動作していない場合には、それぞれ電源位相検出部４２が検出した架線１１から供給される交流電力の位相及び電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧と等しい値を有している。
【００２９】
また、仮想架線電圧生成部５１は、セクション１１Ｘの通過時（無電期間：停電時）には、停電検知信号に基づいて、切替スイッチ５０は、端子Ｔ１２側に切り替えられ、切替スイッチ５２は、端子Ｔ２２側に切り替えられている。したがって、仮想架線電圧生成部５１には、自己が出力した仮想架線電圧位相信号θｖ及び仮想架線電圧値信号Ｖｖが入力されることとなる。
【００３０】
この結果、セクション１１Ｘの通過時（無電期間：停電時）においては、停電検知部４１が架線１１から電力が供給されていないと判別した直前まで入力されていた電源位相検出部４２の出力した架線１１から供給される交流電力の位相と同一の位相に相当する位相及び直前まで入力されていた電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧と同一の電圧を有する架線電圧信号Ｖｓｖを出力し続けることとなる。
【００３１】
図５は、コンバータ制御部として機能する制御部の機能構成ブロック図である。
制御部２３は、非回生処理期間において車両制御装置２１から入力される直流リンク電圧指令信号ＶｄｃＲｅｆに基づいて、直流電圧センサ３３により検出した直流電圧（直流リンク電圧）が直流リンク電圧指令信号ＶｄｃＲｅｆに相当する電圧となるように直流リンク電圧制御信号を出力するコンバータ３１用の直流リンク電圧制御部６１Ｃと、直流リンク電圧制御信号及び電源位相検出部の出力に基づいてコンバータ電流指令信号ＩｓＲｅｆを生成し出力するコンバータ電流指令生成部６２と、を備えている。
【００３２】
また、制御部２３は、二次巻線１６Ｂに設けられた電流センサ２４の出力及びコンバータ電流指令信号に基づいてコンバータ電流制御信号ＩｓＲｅｆを出力するコンバータ電流制御部６３と、電源電圧演算部の出力とコンバータ電流制御部の出力を加算する加算器６４と、加算器６４の出力信号に仮想電圧生成部が出力した架線電圧信号Ｖｓｖを加算する加算器６５と、加算器６５の出力に基づいてコンバータＰＷＭ制御信号ＰＷＭ１をコンバータに出力するコンバータＰＷＭ制御部６６と、を備えている。
【００３３】
図６は、インバータ制御部として機能する制御部の機能構成ブロック図である。
制御部２３は、回生処理期間において車両制御装置２１から入力される直流リンク電圧指令信号ＶｄｃＲｅｆに基づいて、直流電圧センサ３３により検出した直流電圧（直流リンク電圧）が直流リンク電圧指令信号ＶｄｃＲｅｆに相当する電圧となるように直流リンク電圧制御信号を出力するインバータ３２用の直流リンク電圧制御部６１Ｉと、直流リンク電圧制御部６１Ｉの出力に牽引力指令信号を加算して出力する加算部７１と、を備えている。
【００３４】
また、制御部２３は、加算部７１の出力に基づいてインバータ電流指令信号としてのｑ軸電流指令信号ＩｑＲｅｆ及びｄ軸電流指令信号ＩｄＲｅｆを生成し出力するインバータ電流指令生成部７２と、ｑ軸電流指令信号ＩｑＲｅｆ及びｄ軸電流指令信号ＩｄＲｅｆに基づいてインバータ電流制御信号を出力するインバータ電流制御部７３と、インバータ電流制御部７３の出力に基づいてインバータＰＷＭ制御信号ＰＷＭ２をインバータに出力するＰＷＭ制御部７４と、を備えている。
【００３５】
上記構成において、非回生処理期間においては、直流リンク電圧制御部６１Ｃは動作し、直流リンク電圧制御部６１Ｉは停止（出力０）する。
一方、回生処理期間においては、直流リンク電圧制御部６１Ｃは停止（出力０）し、直流リンク電圧制御部６１Ｉは動作する。このとき、牽引力指令信号は牽引力＝０となるように設定されている。
【００３６】
続いて、第１実施形態の動作を説明する。
図７は、第１実施形態の動作説明図である。
時刻ｔ１において、地上設備から軌道回路を用いてセクション１１Ｘに至ることが予告されるタイミング以前においては、一次巻線１６Ａに供給される架線電圧の位相と二次巻線１６Ｂに供給される電圧の位相とは、一致している。
【００３７】
そして時刻ｔ１において、地上子ＥＴ及び車上子ＴＴ（図１参照）を介した地上設備からのセクション制御信号に基づいて、セクション１１Ｘに至ることが予告されると、コンバータ電流指令信号（ＩｓＲｅｆ）及びインバータ電流指令信号（ＩｑＲｅｆ）は、モータ１８のトルク（電動機トルク）が徐々に減少するように制御する。すなわち、コンバータのコンバータ電流指令生成部６２は、コンバータ３１からインバータ３２に流れる直流側電流（＝直流リンク電流）が徐々に零になるように制御を行う。
【００３８】
この結果、コンバータ電流指令生成部６２は、時刻ｔ２において、コンバータの直流側電流（＝直流リンク電流）がほぼ零となるように制御を行い、インバータ電流指令生成部７２は、時刻ｔ２において、インバータ３２からモータ１８に流れる三相交流側電流がほぼ零となるように制御を行う。
そして、時刻ｔ２において、制御部２３は、主電力変換装置１７の動作を回生動作モードとするために回生準備動作に移行する。すなわち、時刻ｔ２において、非回生処理期間から回生処理期間に移行する。
【００３９】
これにより、動作状態となった直流リンク電圧制御部（インバータ）６１Ｉは、コンバータ３１からトランス１６に流れるコンバータ３１の交流側電流が徐々に増加するように制御を行う。また、インバータ電流指令生成部７２は、モータ１８が生成しコンバータ３１に出力する回生電流である直流側電流（＝直流リンク電流）が徐々に増加するように制御を行う。
【００４０】
これにより、非通電区間であるセクション１１Ｘに機関車１０１が至った場合でも、モータ１８の回生電力をトランス１６を介して副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄに供給することが可能となり、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄは、見かけ上、架線１１から継続して電力が供給され続けている状態を維持する準備が完了する。
【００４１】
そして、回生準備動作が確実に完了した時刻ｔ３において、遮断器１５は開状態（オフ状態：遮断状態）とされる。
したがって、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間においては、架線１１からパンタグラフ１２及びトランス１６の一次巻線１６Ａを介した副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄへの電力供給は行われていないが、主電力変換装置１７が、モータ１８の回生電力をトランス１６を介して副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄに供給していることとなる。したがって、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄは、補機２０Ａ〜補機２０Ｄへの電力供給を継続し、補機２０Ａ〜補機２０Ｄは動作を継続した状態を維持している。
【００４２】
一方、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間においては、未だ電圧検出器２７は、架線電圧を検出しているので、停電検知信号は“０”レベルのままとなっている。
【００４３】
そして、時刻ｔ４において、電気機関車１０１が無電区間であるセクション１１Ｘに至ると、電圧検出器２７は、架線電圧を検出できなくなり、停電検知信号が“１”レベルに遷移する。
この結果、停電検知信号が“１”レベルとなったので、切替スイッチ５０は、端子Ｔ１２側に切り替えられる。また、切替スイッチ５２は、端子Ｔ２２側に切り替えられている。したがって、仮想架線電圧生成部５１には、自己が出力した仮想架線電圧位相信号θＶ及び仮想架線電圧値信号Ｖｖが入力されることとなる。
【００４４】
この結果、仮想架線電圧生成部５１は、直前まで入力されていた電源位相検出部４２の出力した架線１１から供給される交流電力の位相と同一の位相に相当する位相及び直前まで入力されていた電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧と同一の電圧を有する架線電圧信号Ｖｓｖを加算器６５を介してＰＷＭ制御部６６に出力し続けることとなる。
【００４５】
このとき、コンバータ電流制御部６３の出力は零となっているので、実効的にＰＷＭ制御部６６には、架線電圧信号Ｖｓｖが出力されることとなる。これにより、コンバータ３１は、インバータ３２が出力しているモータ１８の回生電力を、架線１１Ａから電力供給を受けていた状態と同様（位相及び電圧）として、二次巻線１６Ｂ及び三次巻線１６Ｃを介して、セクション１１Ｘ通過期間中（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄを介して補機２０Ａ〜２０Ｄに供給する。したがって、補機２０Ａ〜２０Ｄは動作を継続させることとなる。
【００４６】
そして、時刻ｔ５において、電気機関車１０１がセクション１１Ｘを通過し終え、架線１１Ｂに至ると、電圧検出器２７は、再び架線電圧を検出することとなり、停電検知信号が“０”レベルに遷移する。
【００４７】
この時点においては、図７に示すように、架線１１Ｂから供給される交流電力の位相及び電圧は、架線１１Ａから供給されていた交流電力の位相及び電圧とは異なるものとなっている。このため、制御部２３は、主電力変換装置１７からのモータ１８の回生電力の補機２０Ａ〜２０Ｄへの供給を継続したままとする。
【００４８】
このとき、仮想架線電圧生成部５１には、再び加算器４６及び加算器４９を介して、電源位相検出部４２及び電源電圧演算部４３の出力が入力されることとなる。したがって、仮想架線電圧生成部５１は架線電圧信号Ｖｓｖを徐々に電圧検出器２７で検出した電圧波形に近づけていく。そして、コンバータ３１が出力している交流側電力である回生電力の位相が架線１１Ｂから供給される交流電力の位相および電圧と等しくなったと判断される（＝判断可能な）時刻を時刻ｔ６とする。
そこで、制御部２３は、時刻ｔ７において、架線電圧信号Ｖｓｖが電圧検出器２７で検出した電圧波形と一致したことを検出すると、遮断器１５を再び閉状態（オン状態）とする。
【００４９】
コンバータ電流指令生成部６２は、コンバータ電流指令信号（ＩｓＲｅｆ）によりトランス１６側に出力している回生電力の電流量が徐々に減少し、零となるように制御する。また、インバータ電流指令生成部７２は、インバータ電流指令信号（ＩｑＲｅｆ、ＩｄＲｅｆ）によりコンバータ３１側に出力している回生電力の電流量が徐々に減少し、零となるように制御する。
【００５０】
この結果、コンバータ電流指令生成部６２は、モータ１８の回生電力による電流が零となった時刻ｔ８において、コンバータ３１の直流側電流（＝直流リンク電流）がほぼ零となるように制御を行う。また、インバータ電流指令生成部７２は、時刻ｔ８において、インバータ３２の直流側電流がほぼ零となるように制御を行う。
【００５１】
そして、時刻ｔ８において、制御部２３は、主電力変換装置１７の動作を回生動作モードから通常動作モードに移行する。すなわち、制御部２３は架線１１（架線１１Ｂ）から供給された電力をトランス１６の一次巻線１６Ａ及び三次巻線１６Ｃを介して、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄに供給し、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄが対応する補機２０Ａ〜２０Ｄに電力を供給する状態である通常動作モードに移行する。
【００５２】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、電気機関車１０１が無電区間であるセクション１１Ｘを通過している場合であっても、架線１１からの電力供給に代えて、駆動用のモータ１８による回生電力をインバータ３２、コンバータ３１、トランス１６の二次巻線１６Ｂ及び三次巻線１６Ｃを介して、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄ、ひいては、補機２０Ａ〜２０Ｄに電力を供給できる。したがって、補機の動作を止めることなく、セクション１１Ｘを通過できるようになり、補機としての空気調和装置等の大電力の装置の復帰動作等も不要となり、快適な運行が行える。
【００５３】
［２］実施形態の変形例
［２．１］変形例
図２に示した回路において、遮断器１５の開状態（オフ状態：遮断状態）、すなわち、トランス１６の一次巻線１６Ａが解放状態においては、主電力変換装置１７を動作させると、スイッチング動作に伴って一次巻線１６Ａに大きなサージ電圧が発生する場合がある。
【００５４】
図８は、サージ電圧発生時の説明図である。
図８に示すように、ＰＷＭ制御波形Ｐ１を入力すると、目的とする出力電圧波形Ｐ２に対して大きなサージ電圧Ｐ３が発生している。
そこで、本変形例は、このサージ電圧Ｐ３を抑制するために、遮断器１５が閉状態（オン状態）である場合と、開状態（オフ状態）である場合とで、ＰＷＭ波形生成時のキャリア周波数を変更している。
【００５５】
以下、詳細に説明する。
図９は、実施形態の変形例の動作説明図である。
時刻ｔ１１において、地上設備からセクション１１Ｘに至ることが予告されると、コンバータ電流指令信号及びインバータ電流指令信号は、モータ１８のトルク（電動機トルク）が徐々に減少するように制御する。すなわち、コンバータ電流指令生成部６２は、コンバータ３１からインバータ３２に流れる直流側電流（＝直流リンク電流）が徐々に零になるように制御を行う。
【００５６】
この結果、コンバータ電流指令生成部６２は、時刻ｔ１２において、コンバータの直流側電流（＝直流リンク電流）がほぼ零となるように制御を行い、インバータ電流指令生成部は、時刻ｔ１２において、インバータ３２からモータ１８に出力する三相交流側電流がほぼ零となるように制御を行う。
【００５７】
そして、時刻ｔ１２において、制御部２３は、主電力変換装置１７の動作を回生動作モードとするために回生準備動作に移行する。すなわち、時刻ｔ１２において、非回生処理期間から回生処理期間に移行する。
【００５８】
このとき、トランス１６の電気的固有周波数と、コンバータ３１のキャリア周波数が近い値であると、トランス１６内で共振現象が発生し、通常よりも大きな電圧が発生することがある。これを回避するため、コンバータ電流指令生成部６２は、通常動作時よりも、ＰＷＭ制御部６６で用いるキャリア周波数を高く変更する（回生動作時キャリア周波数＞通常動作時キャリア周波数）。直流リンク電圧制御部（インバータ）６１Ｉは、コンバータ３１からトランス１６に流れるコンバータ３１の交流側電流が徐々に増加するように制御を行う。また、インバータ電流指令生成部７２は、モータ１８が生成しコンバータ３１に出力する回生電流である直流側電流（＝直流リンク電流）が徐々に増加するように制御を行う。
【００５９】
このようにトランス１６の電気的固有周波数と、コンバータ３１のキャリア周波数が近い値である場合に、通常動作時キャリア周波数よりも高い回生動作時キャリア周波数を用いることにより、トランス１６内部で発生する共振現象に起因する大電圧の発生、すなわち、図８に示したように、トランス１６の出力電圧波形Ｐ１に対して、それを大きく超える電圧Ｐ３が発生することを抑制できる。
【００６０】
図１０は、第１変形例によるサージ電圧発生時の説明図である。
図１０に示すように、ＰＷＭ制御波形Ｐ１１を入力しても、目的とする出力電圧波形Ｐ２に対して発生するサージ電圧Ｐ１３が抑制されていることがわかる。
【００６１】
そして、無電区間であるセクション１１Ｘに機関車１０１が至った場合でも、モータ１８の回生電力が、インバータ３２、コンバータ３１及びトランス１６を介して副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄに供給される。したがって、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄにおいては、見かけ上、架線１１から継続して電力が供給され続けている状態を維持する準備が完了する。
【００６２】
そして、回生準備動作が確実に完了した時刻ｔ３において、遮断器１５は開状態（オフ状態：遮断状態）とされる。
したがって、時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４の期間においては、架線１１からパンタグラフ１２及びトランス１６の一次巻線１６Ａを介した副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄへの電力供給は行われていない。しかしながら、主電力変換装置１７がモータ１８の回生電力をトランス１６を介して副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄに供給している。この結果、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄは、補機２０Ａ〜補機２０Ｄへの電力供給を継続し、補機２０Ａ〜補機２０Ｄは動作を継続した状態を維持している。
【００６３】
一方、未だ電圧検出器２７は、架線電圧を検出しているので、時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４の期間においては、停電検知信号は“０”レベルのままとなっている。
【００６４】
そして、時刻ｔ１４において、電気機関車１０１が無電区間であるセクション１１Ｘに至ると、電圧検出器２７は、架線電圧を検出できなくなり、停電検知信号が“１”レベルに遷移する。
この結果、停電検知信号が“１”レベルとなったので、切替スイッチ５０は、端子Ｔ１２側に切り替えられる。また、切替スイッチ５２は、端子Ｔ２２側に切り替えられている。したがって、仮想架線電圧生成部５１には、自己が出力した仮想架線電圧位相信号θＶ及び仮想架線電圧値信号Ｖｖが入力されることとなる。
【００６５】
これらの結果、仮想架線電圧生成部５１は、直前まで入力されていた電源位相検出部４２の出力した架線１１から供給される交流電力の位相と同一の位相に相当する位相及び直前まで入力されていた電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧と同一の電圧を有する架線電圧信号Ｖｓｖを加算器６５を介してＰＷＭ制御部６６に出力し続けることとなる。
【００６６】
このとき、コンバータ電流制御部６３の出力は零となっているので、実効的にＰＷＭ制御部６６には、架線電圧信号Ｖｓｖが出力されることとなる。すなわち、コンバータ３１は、インバータ３２が出力しているモータ１８の回生電力を、架線１１Ａから電力供給を受けていた状態と同様（位相及び電圧）として、二次巻線１６Ｂ及び三次巻線１６Ｃを介して、セクション１１Ｘ通過期間中（時刻ｔ１４〜時刻ｔ１５）、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄを介して補機２０Ａ〜２０Ｄに供給して、動作を継続させることとなる。
【００６７】
そして、時刻ｔ１５において、電気機関車１０１がセクション１１Ｘを通過し終え、架線１１Ｂに至ると、電圧検出器２７は、再び架線電圧を検出することとなり、停電検知信号が“０”レベルに遷移する。
【００６８】
この時点においては、図１０に示すように、架線１１Ｂから供給される交流電力の位相及び電圧は、架線１１Ａから供給されていた交流電力の位相及び電圧とは異なるものとなっている。したがって、制御部２３は、主電力変換装置１７からのモータ１８の回生電力の補機２０Ａ〜２０Ｄへの供給を継続したままとする。
【００６９】
このとき、仮想架線電圧生成部５１には、再び加算器４６及び加算器４９を介して、電源位相検出部及び電源電圧演算部の出力が入力されることとなり、架線電圧信号Ｖｓｖは、徐々に電圧検出器２７で検出した電圧波形に近づけられていく。そして、コンバータ３１が出力している交流側電力である回生電力の位相が架線１１Ｂから供給される交流電力の位相及び電圧と等しくなったと判断される（＝判断可能な）時刻を時刻ｔ１６とする。
そこで、制御部２３は、時刻ｔ１７において、架線電圧信号Ｖｓｖが電圧検出器２７で検出した電圧波形と実効的に一致したことを検出すると、遮断器１５を再び閉状態（オン状態）とする。
【００７０】
コンバータ電流指令生成部６２は、コンバータ電流指令信号によりトランス１６側に出力している回生電力の電流量が徐々に減少し、零となるように制御し、インバータ電流指令生成部７２は、ＩＮＶ電流指令信号によりコンバータ３１側に出力している回生電力の電流量が徐々に減少し、零となるように制御する。
【００７１】
この結果、コンバータ電流指令生成部６２は、モータ１８の回生電力による電流が零となった時刻ｔ８において、コンバータ３１の出力電流（＝直流リンク電流）がほぼ零となるように制御を行い、インバータ電流指令生成部７２は、時刻ｔ１８において、インバータ３２の出力電流がほぼ零となるように制御を行う。
【００７２】
そして、時刻ｔ１８において、制御部２３は、主電力変換装置１７の動作を回生動作モードから通常動作モードに移行する。
この段階においては、遮断器１５は、既に閉状態（オン状態）であるため、ＰＷＭ制御部６６で用いるキャリア周波数及びＰＷＭ制御部７４で用いるキャリア周波数を再び通常動作時キャリア周波数にさげ、主電力変換装置１７の動作を回生動作モードから、架線１１（架線１１Ｂ）から供給された電力をトランス１６の一次巻線１６Ａ及び三次巻線１６Ｃを介して、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄに供給し、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄが対応する補機２０Ａ〜２０Ｄに電力を供給する通常動作モードに移行する。
【００７３】
以上の説明のように、本実施形態の第１変形例によれば、実施形態の効果に加えて、サージ電圧の発生を抑制でき、より安定して補機を動作させることが可能となる。
【００７４】
［２．２］他の変形例
以上の説明においては、二つの主電力変換装置が同一の電気機関車１０１に搭載されているものとして説明したが、複数の電気機関車１０１に別々に搭載されているように構成することも可能である。
さらに３個以上の主電力変換装置を搭載する場合についても同様に適用が可能である。
さらにまた、複数の主電力変換装置が搭載されている場合には、回生電力の補機への供給は、複数の主電力変換装置のうち、少なくともいずれか一つが行うようにされているようにしてもよい。
【００７５】
また、鉄道車両の走行速度を検出する速度検出部を備えて、鉄道車両の無電区間の通過時の走行速度が所定の走行速度未満の場合には、トランスを介した副電力変換装置への前記駆動用モータの回生電力の供給を禁止するようにしてもよい。これにより、惰行状態である無電区間において、鉄道車両の速度が必要以上に低下するのを防止することができる。
【００７６】
［３］第２実施形態
本第２実施形態が上記第１実施形態と異なる点は、無電区間における回生動作時に車輪が滑ってしまう滑走が検出された場合に滑走を抑制して回生動作を確実に行わせている点である。
【００７７】
上述した第１実施形態の制御を行う場合には、回生動作により車両に対してはブレーキがかかった状態となるが、補助電源、客車電源等の消費電力が高くブレーキ力が強くなってしまったり、レールと車輪との間の粘着係数が小さくなってしまったりしていると、滑走状態となることがある。
【００７８】
このように滑走状態となると、レールや車輪を痛めるばかりで無く、必要な回生電力（回生エネルギー）も得られないこととなっていた。
そこで、本第２実施形態においては、滑走状態を抑制して効率的に回生動作を行わせるようにしている。
【００７９】
以下、具体的に説明する。
図１１は、第２実施形態において制御部の一部を構成する電圧信号生成部の詳細構成ブロック図である。
図１１において、図４と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
第２実施形態の電圧信号生成部４０が第１実施形態の電圧信号生成部４０と異なる点は、モータ１８の出力に基づいて、滑走状態であるか否かを検出する滑走検出部７１と、滑走検出部７１が滑走状態を検出している場合に架線電圧信号Ｖｓｖを制限して、滑走時架線電圧信号Ｖｓｖ’（＜Ｖｓｖ）を出力するパワー制御部７２と、を備えた点である。
【００８０】
図１２は、第２実施形態においてコンバータ制御部として機能する制御部の詳細構成ブロック図である。
図１２において、図５と異なる点は、加算器６５が、加算器６４の出力信号にパワー制御部７２が出力した架線電圧信号Ｖｓｖあるいは滑走時架線電圧信号Ｖｓｖ’を加算する点である。
【００８１】
続いて、第２実施形態の動作を説明する。
以下の説明においては、理解の容易のため、主電力変換装置を二つ備えている場合（Ｎ＝２）、すなわち、主電力変換装置１７−１〜１７−２を備えているものとし、遮断器１５が開状態（オフ状態：遮断状態）となっている期間（図２において、時刻ｔ３〜時刻ｔ７）における動作のみを説明する。
また、本第２実施形態においては、主電力変換装置１７−１側のモータ１８−１に対応する車輪１４で滑走が検出された場合について説明する。
【００８２】
図１３は、第２実施形態の動作説明図である。
遮断器１５が開状態（オフ状態：遮断状態）となっている期間において、時刻ｔ２１に示すように、主電力変換装置１７−１側のモータ１８−１に対応する滑走検知部７１により滑走が検知されると、主電力変換装置１７−１側のパワー制御部７２は、仮想架線電圧Ｖｓｖを制限して、滑走時仮想架線電圧Ｖｓｖ’（＜Ｖｓｖ）を主電力変換装置１７−１側の加算器６５に出力する。
これにより、主電力変換装置１７−１側において、加算器６５は、主電力変換装置１７−１側の加算器６４の出力信号にパワー制御部７２が出力した滑走時仮想架線電圧Ｖｓｖ’を加算する。
【００８３】
この結果、時刻ｔ２１において、仮想架線電圧生成部５１は、直前まで入力されていた電源位相検出部４２の出力した架線１１から供給される交流電力の位相と同一の位相に相当する位相及び直前まで入力されていた電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧と同一の電圧を有する架線電圧信号Ｖｓｖを出力していたのをやめて、電圧架線電圧信号Ｖｓｖよりも低い電圧を有する架線電圧信号Ｖｓｖ’を加算器６５を介してＰＷＭ制御部６６に出力することとなる。
【００８４】
この結果、主電力変換装置１７−１側のコンバータ３１（図１３中、ＣＮＶ１と表記）の回生電力が低下し、この回生電力の低下に伴って電力変換装置１７−１側のインバータ（図１３中、ＩＮＶ１と表記）の回生出力が低下し、モータ１８のトルクが小さくなって、滑走状態を収束させる側（滑走を再粘着させる側）に動作することとなる。
【００８５】
一方、主電力変換装置１７−２側のコンバータ３１（図１３中、ＣＮＶ２と表記）の回生電力は、主電力変換装置１７−１側のコンバータ３１（ＣＮＶ１）の回生電力が低下した分を補うように、回生電力を増加させる。この回生電力の増加に伴って電力変換装置１７−２側のインバータ（図１３中、ＩＮＶ２と表記）の回生出力が増加する。
【００８６】
これにより、主電力変換装置１７−１側及び主電力変換装置１７−２側の一対のコンバータ３１は、主電力変換装置１７−１側及び主電力変換装置１７−２側の一対のインバータ３２が出力しているモータ１８の回生電力を、トータルとして架線１１Ａから電力供給を受けていた状態と同様（位相及び電圧）として、二次巻線１６Ｂ及び三次巻線１６Ｃを介して、セクション１１Ｘ通過期間中（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄを介して補機２０Ａ〜２０Ｄに供給する。したがって、補機２０Ａ〜２０Ｄは動作を継続させることとなる。
【００８７】
そして、時刻ｔ２２に示すように、滑走状態が解消し、主電力変換装置１７−１側のパワー制御部７２は、仮想架線電圧Ｖｓｖ’に代えて、再び仮想架線電圧Ｖｓｖを電力変換装置１７−１側の加算器６５に出力するので、主電力変換装置１７−１及び主電力変換装置１７−２は、再び時刻ｔ２１の前と同様の状態に戻ることとなる。
【００８８】
以上の説明のように、本第２実施形態によれば、駆動状態にあった電力変換装置において、滑走を抑制しつつ、補機２０Ａ〜２０Ｄへの電力供給を継続できるので、レールや車輪を痛めることもなく、必要な回生電力（回生エネルギー）を得ることができる。
以上の説明においては、主電力変換装置１７が２個の場合であったが、３個以上であっても同様に適用が可能である。
【００８９】
［４］第３実施形態
次に再び図２を参照して、第３実施形態にかかる機関車の電気系統について説明する。
本第３実施形態が第２実施形態と異なる点は、待機状態（非駆動状態）にある主電力変換装置を、駆動状態にある主電力変換装置に対応する車輪が滑走状態となった場合に駆動することで滑走状態を抑制するようにした点である。
以下の説明においては、説明の簡略化のため、主電力変換装置を三つ備えている場合（Ｎ＝３）、すなわち、主電力変換装置１７−１〜１７−３を備えているものとし、遮断器１５が開状態（オフ状態：遮断状態）となっている期間（図２において、時刻ｔ３〜時刻ｔ７）における動作のみを説明する。
また、本第３実施形態においては、二つの主電力変換装置１７−１、１７−２（図２参照）が駆動状態となっているものとし、一つの主電力変換装置１７−３が待機状態となっているものとして主電力変換装置１７−１側のモータ１８−１に対応する車輪１４で滑走が検出された場合について説明する。
【００９０】
ここで、主電力変換装置１７−３は、主電力変換装置１７−１及び主電力変換装置１７−２が滑走状態の影響を受けずに正常に動作している場合には、電力変換動作は行っていない、待機状態にあるものとする。なお、三つの主電力変換装置のうち、いずれか一つあるいは二つを待機状態の主電力変換装置とするかは、任意で有り、例えば、使用頻度を均一にするため順番で待機状態の主電力変換装置とすることが可能である。
【００９１】
続いて、第３実施形態の動作を説明する。
以下の説明においても、理解の容易のため、遮断器１５が開状態（オフ状態：遮断状態）となっている期間（図２において、時刻ｔ３〜時刻ｔ７）における動作のみを説明する。また、本第３実施形態においては、初期状態において、二つの主電力変換装置１７−１、１７−２（図２参照）は、対となって一つの主電力変換装置として動作しているものとする。
【００９２】
図１４は、第３実施形態の動作説明図である。
遮断器１５が開状態（オフ状態：遮断状態）となっている期間において、時刻ｔ３１に示すように、主電力変換装置１７−１側のモータ１８−１に対応する滑走検知部７１により滑走が検知されると、主電力変換装置１７−１側のパワー制御部７２は、仮想架線電圧Ｖｓｖを制限して、滑走時仮想架線電圧Ｖｓｖ’（＜Ｖｓｖ）を主電力変換装置１７−１側の加算器６５に出力する。
【００９３】
これにより、主電力変換装置１７−１側において、加算器６５は、主電力変換装置１７−１側の加算器６４の出力信号にパワー制御部７２が出力した滑走時仮想架線電圧Ｖｓｖ’を加算する。
【００９４】
これにより、時刻ｔ３１において、仮想架線電圧生成部５１は、直前まで入力されていた電源位相検出部４２の出力した架線１１から供給される交流電力の位相と同一の位相に相当する位相及び直前まで入力されていた電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧と同一の電圧架線電圧信号Ｖｓｖの出力していたのをやめて、電圧架線電圧信号Ｖｓｖよりも低い電圧を有する架線電圧信号Ｖｓｖ’を加算器６５を介してＰＷＭ制御部６６に出力することとなる。
【００９５】
この結果、主電力変換装置１７−１側のコンバータ３１（図１４中、ＣＮＶ１と表記）の回生電力が低下し、この回生電力の低下に伴って電力変換装置１７−１側のインバータ（図１４中、ＩＮＶ１と表記）の回生出力が低下し、モータ１８のトルクが小さくなって、滑走状態を収束させる側に動作することとなる。
【００９６】
一方、主電力変換装置１７−２側のコンバータ３１（図１３中、ＣＮＶ２と表記）の回生電力は、主電力変換装置１７−１側のコンバータ３１（ＣＮＶ１）の回生電力が低下した分を補うように、回生電力を増加させる。この回生電力の増加に伴って電力変換装置１７−２側のインバータ（図１３中、ＩＮＶ２と表記）の回生出力が増加する。
【００９７】
これにより、主電力変換装置１７−１側及び主電力変換装置１７−２側の一対のコンバータ３１は、主電力変換装置１７−１側及び主電力変換装置１７−２側の一対のインバータ３２が出力しているモータ１８の回生電力を、トータルとして架線１１Ａから電力供給を受けていた状態と同様（位相及び電圧）として、二次巻線１６Ｂ及び三次巻線１６Ｃを介して、セクション１１Ｘ通過期間中（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄを介して補機２０Ａ〜２０Ｄに供給する。したがって、補機２０Ａ〜２０Ｄは動作を継続させることとなる。
【００９８】
しかしながら、時刻ｔ３２に示すように、主電力変換装置１７−１側のモータ１８−１に対応する滑走検知部７１により滑走が検知されている状態で、さらに、主電力変換装置１７−２側のモータ１８−１に対応する滑走検知部７１により滑走が検知されると、主電力変換装置１７−２側のパワー制御部７２は、仮想架線電圧Ｖｓｖを制限して、滑走時仮想架線電圧Ｖｓｖ’（＜Ｖｓｖ）を主電力変換装置１７−２側の加算器６５に出力する。
【００９９】
これにより、主電力変換装置１７−２側においても、加算器６５は、主電力変換装置１７−２側の加算器６４の出力信号にパワー制御部７２が出力した滑走時仮想架線電圧Ｖｓｖ’を加算する。
【０１００】
これにより時刻ｔ３２において、仮想架線電圧生成部５１は、直前まで入力されていた電源位相検出部４２の出力した架線１１から供給される交流電力の位相と同一の位相に相当する位相及び直前まで入力されていた電源電圧演算部４３が演算した架線１１から供給される交流電力の実効電圧と同一の電圧を有する架線電圧信号Ｖｓｖを出力していたのをやめて、架線電圧信号Ｖｓｖの電圧よりも低い電圧を有する架線電圧信号Ｖｓｖ’を加算器６５を介してＰＷＭ制御部６６に出力することとなる。
【０１０１】
この結果、主電力変換装置１７−２側のコンバータ３１（図１４中、ＣＮＶ２と表記）の回生電力が低下し、この回生電力の低下に伴って電力変換装置１７−２側のインバータ（図１４中、ＩＮＶ２と表記）の回生出力が低下し、モータ１８のトルクが小さくなって、滑走状態を収束させる側に動作することとなる。
【０１０２】
そして、主電力変換装置１７−３側のコンバータ３１（図１４中、ＣＮＶ３と表記）の回生電力は、主電力変換装置１７−１側のコンバータ３１（ＣＮＶ１）の回生電力が低下した分及び主電力変換装置１７−１側のコンバータ３１（ＣＮＶ１）の回生電力が低下した分を補うように、回生電力の出力を開始し、回生電力を増加させる。この回生電力の増加に伴って電力変換装置１７−３側のインバータ（図１４中、ＩＮＶ３と表記）の回生出力が増加する。
【０１０３】
これにより、主電力変換装置１７−１、主電力変換装置１７−２及び主電力変換装置１７−３の三つのコンバータ３１は、主電力変換装置１７−１側、主電力変換装置１７−２側及び主電力変換装置１７−３の三つのインバータ３２が出力しているモータ１８の回生電力を、トータルとして架線１１Ａから電力供給を受けていた状態と同様（位相及び電圧）として、二次巻線１６Ｂ及び三次巻線１６Ｃを介して、セクション１１Ｘ通過期間中（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄを介して補機２０Ａ〜２０Ｄに供給する。したがって、補機２０Ａ〜２０Ｄは動作を継続させることとなる。
【０１０４】
そして、時刻ｔ３３に示すように、主電力変換装置１７−１側のモータ１８−１に対応する車輪の滑走状態が解消すると、主電力変換装置１７−１側のパワー制御部７２は、架線電圧信号Ｖｓｖ’に代えて、再び架線電圧信号Ｖｓｖを電力変換装置１７−１側の加算器６５に出力するので、主電力変換装置１７−３側のコンバータ３１（図１４中、ＣＮＶ３と表記）の回生電力は、主電力変換装置１７−１側のコンバータ３１（ＣＮＶ１）の回生電力が低下した分を補うのに十分なように、回生電力を減少させる。この回生電力の減少に伴って電力変換装置１７−３側のインバータ（図１４中、ＩＮＶ３と表記）の回生出力も減少する。
【０１０５】
これにより、主電力変換装置１７−１、主電力変換装置１７−２及び主電力変換装置１７−３の三つのコンバータ３１は、主電力変換装置１７−１側、主電力変換装置１７−２側及び主電力変換装置１７−３の三つのインバータ３２が出力しているモータ１８の回生電力を、再びトータルとして架線１１Ａから電力供給を受けていた状態と同様（位相及び電圧）として、二次巻線１６Ｂ及び三次巻線１６Ｃを介して、セクション１１Ｘ通過期間中（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）、副電力変換装置１９Ａ〜１９Ｄを介して補機２０Ａ〜２０Ｄに供給する。したがって、補機２０Ａ〜２０Ｄは動作を継続させることとなる。
【０１０６】
そして、時刻ｔ３４に示すように、主電力変換装置１７−１側のモータ１８−１に対応する車輪の滑走状態が解消すると、主電力変換装置１７−３側のパワー制御部７２は、架線電圧信号Ｖｓｖ’に代えて、再び架線電圧信号Ｖｓｖを電力変換装置１７−３側の加算器６５に出力するので、主電力変換装置１７−１、主電力変換装置１７−２及び主電力変換装置１７−１は、回生電力供給比率が均等になるように動作する。
【０１０７】
これは、再び時刻ｔ３１の前と同じ状態に戻すと、一対の主電力変換装置だけでは、負荷が大きすぎて、再び滑走状態に移行する虞があるので、当該無電区間においてこれを回避するためである。
【０１０８】
以上の説明のように、本第３実施施形態によれば、３個の主電力変換装置１７を備えた鉄道車両において、滑走を抑制しつつ、補機２０Ａ〜２０Ｄへの電力供給を継続できるので、レールや車輪を痛めることもなく、必要な回生電力（回生エネルギー）を得ることができるともに、同一の無電区間で再び滑走状態に移行するのを抑制できる。
以上の説明においては、主電力変換装置が３個の場合であったが、主電力変換装置を２個備えた鉄道車両の場合であっても、いずれか一方の主電力変換装置のみを駆動している状態で、当該主電力変換装置に対応する車輪が滑走したことを検知した場合に、他方の非駆動状態にある主電力変換装置を駆動させて、滑走を抑制しつつ、補機への電力供給を継続させることも可能である。
同様に主電力変換装置１７が４個以上であっても同様に適用が可能である。この場合に、非駆動状態にある主電力変換装置１７が複数存在する場合には、いずれか一つあるいは複数の主電力変換装置１７を駆動状態に移行させるかは任意である。
【０１０９】
また、以上の説明においては、遮断器の接地側には、一つのトランス１６の一つの一次巻線１６Ａが電気的に接続されている場合について説明したが、複数のトランスの複数の一次巻線が遮断器の接地側に電気的に接続されている場合でも同様に適用が可能である。
【０１１０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月20日(2017.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電装置を介して架線に一次巻線が電気的に接続されるトランスと、
前記トランスの二次巻線に接続され、駆動用モータに接続される主電力変換装置と、
前記トランスの三次巻線に接続され、鉄道車両に搭載された被駆動対象の補機に電力を供給する副電力変換装置と、
前記トランスと前記架線とを電気的に遮断する遮断装置と、
前記架線と前記遮断装置との間に設けられ、前記架線からの電力の供給の有無を検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づいて少なくとも前記架線からの電力の供給がなされない無電区間の通過期間中に、前記遮断装置により前記トランスと前記架線とを電気的に遮断した状態で、前記主電力変換装置に、前記駆動用モータの回生電力を前記トランスを介して前記副電力変換装置に供給させる制御部と、
を備えた鉄道車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記架線から供給される電力の電圧及び位相を検出する電力状態検出部を備え、
前記制御部は、前記無電区間の通過期間中に前記副電力変換装置に供給される電力の電圧及び位相が、前記電力状態検出部で検出した電圧及び位相となるように前記主電力変換装置を制御する、
請求項１記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記電力状態検出部は、前記集電装置と遮断装置との間に電気的接続されている、
請求項２記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記無電区間への進入予告通知が入力されると、当該鉄道車両用電力変換装置を搭載した鉄道車両が前記無電区間へ進入するまでに、前記駆動用モータの回生電力の前記トランスを介した前記副電力変換装置への供給を開始させる、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記遮断装置により前記トランスと前記架線とが電気的に遮断された状態で、前記回生電力の電圧及び位相が前記電力状態検出部が検出した前記架線と前記無電区間を介して設けられた他の架線から供給される電力の電圧及び位相となるように前記主電力変換装置を制御するとともに、前記回生電力の電圧及び位相が、前記他の架線から供給される電力の電圧及び位相と等しくなったと見做せる状態で、前記遮断装置の遮断状態を解除させる、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項６】
前記主電力変換装置は、コンバータを備え、ＰＷＭ制御により電力変換を行っており、
前記制御部は、前記トランスの電気的固有周波数及び前記コンバータのキャリア周波数に起因して、発生する前記トランス内における共振現象を抑制するために、前記遮断装置の遮断時における前記ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を、前記遮断装置の非遮断時における前記ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数よりも高く設定する、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項７】
前記主電力変換装置は、複数設けられており、
前記回生電力の供給は、前記複数の主電力変換装置のうち、少なくともいずれか一つが行うようにされている、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項８】
前記トランスを複数備え、
複数の前記トランスの一次巻線が前記遮断装置を介して前記架線に接続されている、
請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項９】
前記鉄道車両の走行速度を検出する速度検出部を備え、
前記制御部は、前記鉄道車両の無電区間の通過時の走行速度が所定の走行速度未満の場合には、トランスを介した副電力変換装置への前記駆動用モータの回生電力の供給を禁止する、
請求項１乃至請求項８のいずれか一項記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項１０】
集電装置を介して架線に一次巻線が電気的に接続されるトランスと、
前記トランスの二次巻線に接続され、車輪を駆動する駆動用モータにそれぞれ接続される複数の主電力変換装置と、
前記複数の主電力変換装置に対応づけて設けられ、前記車輪の滑走状態を検知する複数の滑走検知部と、
前記トランスの三次巻線に接続され、被駆動対象の鉄道車両に搭載された補機あるいは補機群に電力を供給する副電力変換装置と、
前記トランスと前記架線とを電気的に遮断する遮断装置と、
前記架線と他の架線との間に設けられている無電区間の通過時に、前記遮断装置により前記トランスと前記架線とを電気的に遮断した状態で、前記主電力変換装置に、前記駆動用モータの回生電力を前記トランスを介して前記副電力変換装置に供給させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記滑走検知部により滑走が検出された主電力変換装置の回生電力が滑走検出前よりも低くなるように設定し、
前記滑走検知部により滑走が検出されていない他の主電力変換装置に前記回生電力の低下分を追加して供給させる、
鉄道車両用電力変換装置。
【請求項１１】
前記主電力変換装置は、複数設けられており、少なくとも１つの前記主電力変換装置は、他の主電力変換装置に対応する全ての滑走検知部で前記滑走状態が検知されていない状態では、前記回生電力の前記副電力変換装置への供給を停止している予備の主電力変換装置とされている、
請求項１０記載の鉄道車両用電力変換装置。
【請求項１２】
前記予備の主電力変換装置は、他の主電力変換装置に対応する全ての滑走検知部で前記滑走状態が検知された後、少なくとも前記無電区間を通過するまでは、前記回生電力の前記副電力変換装置への供給を継続する、
請求項１１記載の鉄道車両用電力変換装置。
【国際調査報告】
2017056588.tif 000017
2017056588.tif 000018
2017056588.tif 000019
2017056588.tif 000020