(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源入力系統を共有するように並設された変換部と、
前記並設された変換部それぞれの第１のゲート回路に対するゲート電源回路と、
前記並設された変換部それぞれの入力側に挿入された切離し接触器と、
前記変換部が保護動作した時に前記変換部の入力側に接続された入力コンデンサの電荷を放電させるためのスイッチング素子のゲート制御を行う第２のゲート回路と、
前記ゲート電源回路のいずれかに前記第２のゲート回路を接続する電源切換え手段と、
前記並設された変換部それぞれのゲート電源回路の停止を検出して当該停止したゲート電源回路側の変換部に接続された前記切離し接触器をオープンさせ、前記第２のゲート回路に接続されている前記ゲート電源回路の停止を検出した時に当該停止したゲート電源回路側の変換部に接続された前記切離し接触器をオープンさせると共に、前記電源切換え手段により前記第２のゲート回路を健全な他のゲート電源回路側に切換えて接続させる変換部切離し制御部とを備えて成る電力変換装置。
【請求項２】
電源入力系統を共有するように並設された変換部と、
前記並設された変換部それぞれの第１のゲート回路に対するゲート電源回路と、
前記並設された変換部それぞれの入力側に挿入された切離し接触器と、
前記電源入力系統に含まれる充電用抵抗器を短絡する自己消弧型スイッチング素子のゲート制御を行う第２のゲート回路と、
前記ゲート電源回路のいずれかに前記第２のゲート回路を接続する電源切換え手段と、
前記並設された変換部それぞれのゲート電源回路の停止を検出して当該停止したゲート電源回路側の変換部に接続された前記切離し接触器をオープンさせ、前記第２のゲート回路に接続されている前記ゲート電源回路の停止を検出した時に、前記電源切換え手段により前記第２のゲート回路を健全な他のゲート電源回路のいずれかに切換えて接続させる変換部切離し制御部とを備えて成る電力変換装置。
【請求項３】
電源入力系統を共有するように並設された変換部と、
前記電源入力系統に設けられた、電源中断時の運転時間を延長するための入力フィルタコンデンサと、
前記変換部が保護動作した時に前記変換部の入力側に接続された入力コンデンサの電荷と前記入力フィルタコンデンサの電荷とを放電させるためのスイッチング素子と、
前記並設された変換部それぞれの入力側に挿入された切離し接触器と、
前記切離し接触器それぞれを開閉動作させる接触器コイルと、
前記接触器コイルと並列に接続された、抵抗器とコンデンサとを直列接続した回路と、
前記変換部のいずれかの故障を検出して、前記スイッチング素子を導通させ、かつ前記故障の発生した変換部に接続されている前記切離し接触器に対する接触器コイルへの通電をカットする変換部切離し制御部とを備えて成る電力変換装置。
【請求項４】
電源入力系統を共有するように並設された変換部と、
前記電源入力系統に設けられた、電源中断時の運転時間を延長するための入力フィルタコンデンサと、
前記変換部が保護動作した時に前記変換部の入力側に接続された入力コンデンサの電荷と前記入力フィルタコンデンサの電荷とを放電させるためのスイッチング素子と、
前記並設された変換部それぞれの入力側に挿入された第１の切離し接触器と、
前記変換部それぞれの入力コンデンサの中間点と前記入力フィルタコンデンサの中間点との間に挿入された第２の切離し接触器と、
前記第１、第２の切離し接触器それぞれを開閉動作させる接触器コイルと、
前記接触器コイルと並列に接続された、抵抗器とコンデンサとを直列接続した回路と、
前記変換部のいずれかの故障を検出して、前記スイッチング素子を導通させ、かつ前記故障の発生した変換部に接続されている前記第１、第２の切離し接触器それぞれに対する前記接触器コイルへの通電をカットする変換部切離し制御部とを備えて成る電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、変換部を２回路有し、それぞれの出力を負荷それぞれを個別に供給し、また一方の変換部が故障した時には出力側の接触器の切換えによって健全な変換部からの出力を両方の負荷に同時に供給するようにした電力変換装置として、図７に示す構成のものが知られている。
【０００３】
この従来の電力変換装置は、パンタグラフ１から集電する直流電力を接触器２Ａ，２Ｂ、リアクトル３Ａ，３Ｂ、抵抗４Ａ，４Ｂを経て変換部５Ａ，５Ｂそれぞれに入力するようにしている。そして接触器２Ａ，２Ｂそれぞれを投入すると、リアクトル３Ａ，３Ｂ、充電用抵抗器４Ａ，４Ｂを通して変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの入力コンデンサ（図示せず）を充電する。この充電が完了すると、ゲート回路６Ａ，６ＢによってＧＴＯサイリスタ７Ａ，７Ｂそれぞれをオンして充電用抵抗器４Ａ，４Ｂそれぞれを短絡し、変換部５Ａ，５Ｂに対する直流電力の供給を開始し、この変換部５Ａ，５Ｂの変換電力を出力側接触器８Ａ，８Ｂを介してそれぞれの負荷９Ａ，９Ｂに供給する。
【０００４】
そしてこの従来の電力変換装置には、変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの入力側にサイリスタ１０Ａ，１０Ｂと、これらのサイリスタ１０Ａ，１０Ｂそれぞれがオンした時に電流制限をかけるための抵抗器１１Ａ，１１Ｂを設け、また変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの入力電圧を検出するために電圧検出器１２Ａ，１２Ｂそれぞれを設置している。また負荷９Ａ，９Ｂの入力側を接続するための接触器１３が負荷９Ａ，９Ｂの入力側に設けてあって、変換部５Ａ，５Ｂのいずれか、たとえば変換部５Ａが停止した時に、その出力側の接触器８Ａをオフすると共にこの接触器１３をオンすることによって健全な変換部５Ｂ側から負荷９Ａに電力を供給するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の電力変換装置では、２台の変換部を備えるだけでなく、ほとんど構成を共通にする直流入力回路をも２系統備えていたため、装置全体として大型化する問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、直流入力回路を１系統にすることによって小型化が図れる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の電力変換装置は、電源入力系統を共有するように並設された変換部と、前記並設された変換部それぞれの第１のゲート回路に対するゲート電源回路と、前記並設された変換部それぞれの入力側に挿入された切離し接触器と、前記並設された変換部それぞれのゲート電源回路の停止を検出し、当該停止したゲート電源回路側の変換部に接続された前記切離し接触器をオープンさせる変換部切離し制御部とを備えたものである。
請求項１の発明の電力変換装置はさらに、前記変換部が保護動作した時に前記変換部の入力側に接続された入力コンデンサの電荷を放電させるためのスイッチング素子のゲート制御を行う第２のゲート回路と、前記ゲート電源回路のいずれかに前記第２のゲート回路を接続する電源切換え手段とを備え、前記変換部切離し制御部が、前記第２のゲート回路に接続されている前記ゲート電源回路の停止を検出した時に当該停止したゲート電源回路側の変換部に接続された前記切離し接触器をオープンさせると共に、前記電源切換え手段により前記第２のゲート回路を健全な他のゲート電源回路側に切換えて接続させるようにしたものである。
【０００８】
この請求項１の発明の電力変換装置では、正常時には電源入力系統に並設された変換部それぞれが電源入力を変換してそれぞれの負荷に変換電力を供給する。いま一方の変換部のゲート電源回路が故障した場合、変換部切離し制御部が停止したゲート電源回路と接続されている変換部の切離し接触器をオープン動作させて電源入力系統から切離し、健全な側の変換部だけで両方の負荷に変換電力を供給する。
【０００９】
この請求項１の発明の電力変換装置ではさらに、第２のゲート回路に接続されているゲート電源回路が停止した時には、電源切換え手段が停止したゲート電源回路側の変換部に接続された切離し接触器をオープンさせると共に、第２のゲート回路を健全な他のゲート電源回路側に切換えて接続し、残された健全な変換部だけ継続して運転して両方の負荷へ変換電力を供給する。
【００１１】
請求項２の発明の電力変換装置は、電源入力系統を共有するように並設された変換部と、前記並設された変換部それぞれの第１のゲート回路に対するゲート電源回路と、前記並設された変換部それぞれの入力側に挿入された切離し接触器と、前記電源入力系統に含まれる充電用抵抗器を短絡する自己消弧型スイッチング素子のゲート制御を行う第２のゲート回路と、前記ゲート電源回路のいずれかに前記第２のゲート回路を接続する電源切換え手段と、前記並設された変換部それぞれのゲート電源回路の停止を検出して当該停止したゲート電源回路側の変換部に接続された前記切離し接触器をオープンさせ、前記第２のゲート回路に接続されている前記ゲート電源回路の停止を検出した時に、前記電源切換え手段により前記第２のゲート回路を健全な他のゲート電源回路のいずれかに切換えて接続させる変換部切離し制御部とを備えたものである。
【００１２】
この請求項２の発明の電力変換装置では、正常時には電源入力系統に並設された変換部それぞれが電源入力を変換してそれぞれの負荷に変換電力を供給する。いま一方の変換部のゲート電源回路が故障した場合、変換部切離し制御部が停止したゲート電源回路と接続されている変換部の切離し接触器をオープン動作させて電源入力系統から切離し、健全な側の変換部だけで両方の負荷に変換電力を供給する。また、第２のゲート回路に接続されているゲート電源回路が停止した時には、電源切換え手段がこの第２のゲート回路を、停止したゲート電源回路からいずれかの変換部のゲート回路に接続されている健全なゲート電源回路に切換えて接続し、運転を継続する。
【００１３】
請求項３の発明の電力変換装置は、電源入力系統を共有するように並設された変換部と、前記電源入力系統に設けられた、電源中断時の運転時間を延長するための入力フィルタコンデンサと、前記変換部が保護動作した時に前記変換部の入力側に接続された入力コンデンサの電荷と前記入力フィルタコンデンサの電荷とを放電させるためのスイッチング素子と、前記並設された変換部それぞれの入力側に挿入された切離し接触器と、前記切離し接触器それぞれを開閉動作させる接触器コイルと、前記接触器コイルと並列に接続された、抵抗器とコンデンサとを直列接続した回路と、前記変換部のいずれかの故障を検出して、前記スイッチング素子を導通させ、かつ前記故障の発生した変換部に接続されている前記切離し接触器に対する接触器コイルへの通電をカットする変換部切離し制御部とを備えたものである。
【００１４】
この請求項３の発明の電力変換装置では、変換部の片側が故障した場合、その切離し接触器に対する接触器コイルへの通電をカットして切離し接触器をオープンさせるが、その前にコンデンサ放電用のスイッチング素子を導通させて入力フィルタコンデンサと変換部の入力コンデンサの電荷を放電させる。この際に、切離し接触器の接触器コイルに並列に接続されているコンデンサと抵抗器との直列回路から電荷を接触器コイルに引続き供給して接触器コイルの釈放時間を一時的に遅らせ、その釈放時間の延長されている間にコンデンサ放電用のスイッチング素子を通して入力フィルタコンデンサと変換部の入力コンデンサの電荷を完全に放電させ、その後に切離し接触器をオープンさせて故障した変換部を切離す。
【００１５】
これによって故障した変換部をその入力側の切離し接触器をオープンさせることによって切離す際に、切離し接触器の主接点に過電流が流れることがない。
【００１６】
請求項４の発明の電力変換装置は、電源入力系統を共有するように並設された変換部と、前記電源入力系統に設けられた、電源中断時の運転時間を延長するための入力フィルタコンデンサと、前記変換部が保護動作した時に前記変換部の入力側に接続された入力コンデンサの電荷と前記入力フィルタコンデンサの電荷とを放電させるためのスイッチング素子と、前記並設された変換部それぞれの入力側に挿入された第１の切離し接触器と、前記変換部それぞれの入力コンデンサの中間点と前記入力フィルタコンデンサの中間点との間に挿入された第２の切離し接触器と、前記第１、第２の切離し接触器それぞれを開閉動作させる接触器コイルと、前記接触器コイルと並列に接続された、抵抗器とコンデンサとを直列接続した回路と、前記変換部のいずれかの故障を検出して、前記スイッチング素子を導通させ、かつ前記故障の発生した変換部に接続されている前記第１、第２の切離し接触器それぞれに対する前記接触器コイルへの通電をカットする変換部切離し制御部とを備えたものである。
【００１７】
この請求項４の発明の電力変換装置では、変換部の片側が故障した場合、その第１、第２の切離し接触器に対する接触器コイルへの通電をカットして第１、第２の切離し接触器をオープンさせるが、その前にコンデンサ放電用のスイッチング素子を導通させて入力フィルタコンデンサと変換部の入力コンデンサの電荷を放電させる。この際に、第１、第２の切離し接触器の接触器コイルに並列に接続されているコンデンサと抵抗器との直列回路から電荷を接触器コイルに引続き供給して接触器コイルの釈放時間を一時的に遅らせ、その釈放時間の延長されている間にコンデンサ放電用のスイッチング素子を通して入力フィルタコンデンサと変換部の入力コンデンサの電荷を完全に放電させ、その後に切離し接触器をオープンさせて故障した変換部を切離す。これによって故障した変換部をその入力側の切離し接触器をオープンさせることによって切離す際に、切離し接触器の主接点に過電流が流れることがない。
【００１８】
また入力フィルタコンデンサの中間点と変換部それぞれの入力コンデンサの中間点とを接続しているために、片側の変換部に短絡故障が発生すれば入力フィルタコンデンサも同時にその中間点から片側が短絡され、同時にコンデンサ放電用のスイッチング素子がオンしてコンデンサの電荷を放電する。したがって、入力フィルタコンデンサの電圧は短絡されない片側のコンデンサ電圧に抑えられ、変換部側の入力コンデンサの短絡していない側に入力フィルタコンデンサから急激な電荷の移動が発生せず、入力コンデンサの電圧が故障発生時以上になることはなく、短絡されていない側の入力コンデンサに過電圧が印加されることがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の回路を示しており、この実施の形態の電力変換装置は、並設された２台の変換部５Ａ，５Ｂそれぞれに対して、パンタグラフ１からの直流電力を入力する入力回路に、接触器２、リアクトル３、充電用抵抗器４、この充電用抵抗器４を短絡するためのＧＴＯサイリスタ７、変換部５Ａ，５Ｂそれぞれが保護動作した時に入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２の電荷を放電させるためのサイリスタ１０とこのサイリスタ１０に流れる電流を制限するための電流制限用抵抗器１１、及びサイリスタ１０の両端電圧を検出するための電圧検出器１２を共通に１組だけ設けてあり、この直流入力回路の直流電力は変換部５Ａ，５Ｂそれぞれに対して切離し接触器１５Ａ，１５Ｂを介して入力するようにしてある。
【００２０】
変換部５Ａ，５Ｂの負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに対する出力側回路は図７に示した従来例と同じ構成であり、変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの変換交流電力を接触器８Ａ，８Ｂを介して負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに供給し、また一方の変換部が停止した時に他方の変換部から電力を受けるように電源系統を切換えるための接触器１３が負荷９Ａ，９Ｂの入力側に接続してある。
【００２１】
この実施の形態の電力変換装置はまた、変換部５Ａ，５Ｂそれぞれのゲート回路（図示せず）を駆動するためのゲート回路用電源１６Ａ（ＡＶＲ１），１６Ｂ（ＡＶＲ２）と、ＧＴＯサイリスタ７及びサイリスタ１０のゲート制御を行う制御ユニット１７Ａ（ＣＴＲ−Ａ），１７Ｂ（ＣＴＲ−Ｂ）を備えている。
【００２２】
制御ユニット１７Ａには、直流入力回路上の接触器２を作動させるコイル２０と、変換部５Ａの直流入力部の接触器１５Ａを作動させるコイル１５Ｃが接続してある。制御ユニット１７Ｂには、後述するリレー接点１８ａ，１８ｂを切換えるためのリレー１８と変換部５Ｂの直流入力部の接触器１５Ｂを作動させるコイル１５Ｄと、接触器２のコイル２０が接続してある。そしてゲート回路用電源１６Ａにはリレー１８のｂ接点１８ｂと変換部５Ａのゲート回路（図示せず）が接続してあり、ゲート回路用電源１６Ｂにはリレー１８のａ接点１８ａと変換部５Ｂのゲート回路（図示せず）が接続してある。
【００２３】
次に、上記の構成の第１の実施の形態の電力変換装置の動作について説明する。正常時にはリレー１８はオフで、そのｂ接点１８ｂを介してゲート回路用電源１６Ａがゲート回路６と変換部５Ａのゲート回路（図示せず）に接続されている。また接触器１３はオープン状態、接触器８Ａ，８Ｂはクローズ状態で、変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの出力は負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに供給されている。そしてゲート回路６はＧＴＯサイリスタ７、サイリスタ１０を共にオフさせている。
【００２４】
この状態で制御ユニット１７Ａがコイル２０を作動させると、接触器２がクローズ状態にしてパンタグラフ１からの直流電力が接触器２、リアクトル３、充電用抵抗器４を通じて変換部５Ａ，５Ｂそれぞれに供給され、それらの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２を充電する。そして充電が完了すると、ゲート回路６はＧＴＯサイリスタ７をオンさせて充電用抵抗器４を短絡し、直流電力を変換部５Ａ，５Ｂそれぞれに供給し、変換部５Ａ，５Ｂは直流−交流変換した交流電力を負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに供給開始する。
【００２５】
いま片方のゲート回路用電源１６Ａが故障になれば、ゲート回路用電源１６Ａの故障信号２１Ａが制御ユニット１７Ａに入力される。この故障信号２１Ａを受けて、制御ユニット１７Ａはゲート回路用電源１６Ａの故障信号をゲート電源故障信号２２Ａとして制御ユニット１７Ｂに出力する。制御ユニット１７Ａはさらに、故障信号２１Ａを受け付けると故障シーケンスにしたがって回路動作するが、それでも故障状態が復旧しない場合にはロックアウト信号２３Ａを制御ユニット１７Ｂに出力する。
【００２６】
これを受けて制御ユニット１７Ｂは図２に示す論理で、つまり故障信号２２Ａとロックアウト信号２３ＡとのＡＮＤ論理でリレー１８を駆動する。この結果、リレー１８はリレーｂ接点１８ｂからリレーａ接点１８ａに接続を切換えて、ＧＴＯサイリスタ７とサイリスタ１０のゲート電源がゲート回路用電源１６Ａから１６Ｂに切換えられる。
【００２７】
これと共に、制御ユニット１７Ａは接触器コイル２０をいったん停止させて接触器２をオープン状態にし、また切離し接触器コイル１５Ｃを作動させて切離し接触器１５Ａをオープン状態にして変換部５Ａを直流入力回路から切離す。なお、変換部５Ａ，５Ｂの出力側でも接触器８Ａはオープン状態、切換え用接触器１３はクローズ状態にされる。
【００２８】
こうして、パンタグラフ１からの直流電力が変換部５Ｂだけに供給されるようになり、負荷９Ａ，９Ｂに対して変換部５Ｂから電力が同時に供給されることになる。
【００２９】
このようにして、この第１の実施の形態の電力変換装置では、２台の並設された変換部５Ａ，５Ｂに対して共通する１組の直流入力回路によって直流電力を供給するようにした電力変換装置において、いずれかの変換部５Ａまたは５Ｂが停止するようなことがあっても引続き健全な変換部側だけで両方の負荷９Ａ，９Ｂに電力を供給することができ、このために直流入力回路を１組にして回路構成をシンプルにし、小型化が図れる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施の形態の電力変換装置を、図３に基づいて説明する。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態の電力変換装置に対してゲート回路用電源を１台追加した構成で、ＧＴＯサイリスタ７及びサイリスタ１０とのゲート回路６専用のゲート回路用電源１６Ａと、変換部５Ａのゲート回路用のゲート回路用電源１６Ｂと、さらにもう１つ、変換部５Ｂのゲート回路用のゲート回路用電源１６Ｃを設けてあり、またリレー２４を設け、そのｂ接点２４ｂによってゲート回路用電源１６Ｂをリレー１８のａ接点１８ａに接続し、そのａ接点２４ａによってゲート回路用電源１６Ｃをリレー１８のａ接点１８ａに接続）切換えるようにしてある。このリレー１８と追加されたリレー２４とは、制御ユニット１７Ｂがゲート回路用電源１６Ａの停止を検出した時にリレー１８を作動させ、制御ユニット１７Ｂがさらにゲート回路用電源１６Ｂの停止を検出した時にリレー２４を作動させるようにしてある。
【００３１】
次に、上記の構成の第２の実施の形態の電力変換装置の動作について説明する。正常時にはリレー１８，２４は共にオフで、リレーｂ接点１８ｂを介してゲート回路用電源１６Ａがゲート回路６に接続され、リレーｂ接点２４ｂを介してゲート回路用電源１６Ｂが変換部５Ａのゲート回路（図示せず）に接続され、さらにゲート回路用電源１６Ｃが変換部５Ｂのゲート回路（図示せず）に接続されている。その他の部分の状態は第１の実施の形態と同様である。
【００３２】
この状態で制御ユニット１７Ａがコイル２０を作動させると、接触器２がクローズ状態にしてパンタグラフ１からの直流電力が接触器２、リアクトル３、充電用抵抗器４を通じて変換部５Ａ，５Ｂそれぞれに供給され、それらの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２を充電する。そして充電が完了すると、ゲート回路６はＧＴＯサイリスタ７をオンさせて充電用抵抗器４を短絡し、直流電力を変換部５Ａ，５Ｂそれぞれに供給し、変換部５Ａ，５Ｂは直流−交流変換した交流電力を負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに供給開始する。
【００３３】
いまゲート回路用電源１６Ａが故障になれば、ゲート回路用電源１６Ａの故障信号２１Ａが制御ユニット１７Ａに入力される。この故障信号２１Ａを受けて、制御ユニット１７Ａはゲート回路用電源１６Ａの故障信号をゲート電源故障信号２２Ａとして制御ユニット１７Ｂに出力する。制御ユニット１７Ａはさらに、故障信号２１Ａを受け付けると故障シーケンスにしたがって回路動作するが、それでも故障状態が復旧しない場合にはロックアウト信号２３Ａを制御ユニット１７Ｂに出力する。
【００３４】
これを受けて制御ユニット１７Ｂは図４に示すように、故障信号２２Ａとロックアウト信号２３Ａとの２入力のＡＮＤ論理２５でリレー１８を駆動し、リレーｂ接点１８ｂからリレーａ接点１８ａに接続を切換え、ＧＴＯサイリスタ７とサイリスタ１０のゲート電源をゲート回路用電源１６Ａからゲート回路用電源１６Ｂに切換える。
【００３５】
これ以降の動作は第１の実施の形態と同様で、パンタグラフ１からの直流電力が変換部５Ｂだけに供給されるようになり、負荷９Ａ，９Ｂに対して変換部５Ｂから電力が同時に供給されることになる。
【００３６】
ゲート回路用電源１６Ａが停止し、さらにゲート回路用電源１６Ｂも停止した場合には、故障信号２１Ｂが制御ユニット１７Ａ，１７Ｂに入力され、この信号２１Ｂを受けて制御ユニット１７Ａはゲート回路用電源１６Ｂの故障信号２１Ｂをゲート電源故障信号２２Ａとして制御ユニット１７Ｂに出力する。制御ユニット１７Ａはさらに、故障信号２１Ｂを受け付けると、故障シーケンスにしたがって回路動作し、それでも故障状態が復旧しない場合にはロックアウト信号２３Ａを制御ユニット１７Ｂに出力する。
【００３７】
そこで制御ユニット１７Ｂは図４に示すように、ゲート回路用電源１６Ｂからの故障信号２１Ｂと、制御ユニット１７Ａからの故障信号２２Ａとロックアウト信号２３Ａとの３入力のＡＮＤ論理２６でリレー２４を駆動し、リレーｂ接点２４ｂからリレーａ接点２４ａに接続を切換え、ＧＴＯサイリスタ７とサイリスタ１０のゲート電源をゲート回路用電源１６Ｂからさらにゲート回路用電源１６Ｃに切換える。
【００３８】
この結果、この第２の実施の形態で追加されたゲート回路用電源１６Ｃの１台でＧＴＯサイリスタ７とサイリスタ１０とのゲート回路６と健全な変換部５Ｂのゲート回路とに電力を供給し、片側運転で負荷９Ａ，９Ｂに共に電力を供給し続けることになる。
【００３９】
このようにして、この第２の実施の形態の電力変換装置では、２台の並設された変換部５Ａ，５Ｂに対して共通する１組の直流入力回路によって直流電力を供給するようにした電力変換装置において、いずれかの変換部、たとえば変換部５Ａが停止するようなことがあっても健全な変換部５Ｂ側だけで両方の負荷９Ａ，９Ｂに引続き電力を供給することができ、このために直流入力回路を１組にして回路構成をシンプルにし、小型化が図れる。
【００４０】
次に、本発明の第３の実施の形態を図５に基づいて説明する。第３の実施の形態の電力変換装置は、図１に示した第１の実施の形態において、さらに電力中断時の動作時間を延長するための入力フィルタコンデンサ３１を直流入力回路に設け、また制御ユニット１７Ａ，１７Ｂそれぞれによって制御される切離し接触器コイル１５Ｃ，１５Ｄに対して並列に、抵抗器３２Ａ，３２Ｂとコンデンサ３３Ａ，３３Ｂとを直列に接続した回路を設けている。また変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの入力側電圧を検出するために電圧検出器１２Ａ，１２Ｂを入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２と並列に設けてある。
【００４１】
なお、この第３の実施の形態では、ＧＴＯサイリスタ７、入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２の電荷放電用のサイリスタ１０のゲート制御のためのゲート回路６、ゲート回路用電源については表示していないが、特にゲート回路用電源については第１の実施の形態、第２の実施の形態の構成と同じである。
【００４２】
次に、上記構成の第３の実施の形態の動作について説明する。通常時には上記第１、第２の実施の形態と同様に両方の変換部５Ａ，５Ｂが動作して直流入力を交流変換し、負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに供給する。
【００４３】
いま変換部５Ａの内部の主回路素子が短絡故障すれば、入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２のどちらか片方が短絡される。このコンデンサの短絡が発生すれば、電圧検出器１２Ａによって検出して制御ユニット１７Ａにその出力信号を入力する。制御ユニット１７Ａはこの信号を受けて制御ユニット１７Ｂに故障信号３５Ａを出力し、制御ユニット１７ＢはＧＴＯサイリスタ７のゲートオン信号を切り、同時にサイリスタ１０にゲートオン信号を出力する。またコイル２０への出力をカットすることによって接触器２もオープン状態にし、また接触器コイル１５Ｃへの出力もカットする。なお、この出力カットにより切離し接触器１５Ａをオープン状態にするのであるが、後述するように切離し接触器１５Ａがオープン状態になるまでには所定の遅れがある。
【００４４】
サイリスタ１０がオンすれば変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２に蓄積されていた電荷と入力フィルタコンデンサ３１に蓄積されていた電荷はすべてサイリスタ１０を通って抵抗器１１に放電される。制御ユニット１７Ａはこのコンデンサの放電後に切離し接触器コイル１５Ｃを作動させて切離し接触器１５Ａをオープン状態にし、変換部５Ａを入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２と共に切離す。
【００４５】
この後、制御ユニット１７Ａは再度接触器コイル２０に通電して接触器２をクローズ状態にする。これによって健全な側の変換部５Ｂだけの運転が再開して、負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに変換部５Ｂから交流電力を供給するようになる。
【００４６】
こうして変換部５Ａを停止する際にはそのゲート回路用電源（図示せず。図１における電源１６Ａに対応する）をオフにするが、切離した変換部５Ａにおいて入力フィルタコンデンサ３１の電荷で入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２が急速充電されることになり、コンデンサ３１，５Ａ１，５Ａ２及び切離し接触器１５Ａに過電流が流れる。そこで、これを防止するために、切離し接触器１５Ａ，１５Ｂのコイル１５Ｃ，１５Ｄそれぞれと並列に抵抗器３２Ａ，３２Ｂとコンデンサ３３Ａ，３３Ｂとを直列に接続した回路を設けることにより、制御ユニット１７Ａが切離し接触器コイル１５Ｃへの給電をカットして切離し接触器１５Ａをオープン状態にしようとする時にその給電カット後の釈放時間を延長させることができ、この間にサイリスタ１０にオン信号が制御ユニット１７Ｂから出力されて入力フィルタコンデンサ３１及び入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２の電荷が放電され、この放電後に切離し接触器１５Ａがオープン状態になり、切離し接触器１５Ａの主接点に過電流が流れることはない。
【００４７】
なお、変換部５Ｂ側に短絡故障が発生した場合には、電圧検出器１２Ｂが制御ユニット１７Ｂに短絡信号を入力し、上記と同様の動作がＢ系統において実行されて変換部５Ｂ側を切離し接触器１５Ｂによって切離し、健全な側の変換部５Ａだけの運転を継続し、両方の負荷９Ａ，９Ｂに電力を供給することになる。
【００４８】
このようにして第３の実施の形態によれば、第１及び第２の実施の形態と同様に直流入力回路を２台の変換部５Ａ，５Ｂに共通の１組の回路要素で構成することができて回路の小型化、シンプル化が図れる。
【００４９】
しかもこの第３の実施の形態の場合には、入力フィルタコンデンサ３１を設けてパンタグラフ１の離線による電源入力の一時的な中断時にも途切れることなく安定して負荷９Ａ，９Ｂに交流電力を供給することができるようにしているが、切離し接触器１５Ａまたは１５Ｂの開放動作のために接触器コイル１５Ｃまたは１５Ｄへの通電をカットしても直ちに切離し接触器１５Ａまたは１５Ｂがオープン状態にならないようにこれらの接触器コイル１５Ｃおよび１５Ｄに並列に抵抗器３２Ａ，３２Ｂとコンデンサ３３Ａ，３３Ｂとの直列回路を接続し、制御ユニット１７Ａ，１７Ｂから接触器コイル１５Ｃ，１５Ｄへの電力カット後もこれらのコンデンサ３３Ａ，３３Ｂからコイル１５Ｃ，１５Ｄに電圧を供給して切離し接触器１５Ａ，１５Ｂがオープン状態になるまでの時間を遅らせるようにしているので、クローズ状態にあった切離し接触器１５Ａまたは１５Ｂがオープン状態になる前にサイリスタ１０がオンして入力フィルタコンデンサ３１の電荷を放電し、故障で切離される変換部５Ａまたは５Ｂの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２または５Ｂ１，５Ｂ２が入力フィルタコンデンサ３１の電荷によって急速に充電されるのを防止することができる。
【００５０】
次に、本発明の第４の実施の形態を図６に基づいて説明する。この第４の実施の形態の電力変換装置は、図５に示した第３の実施の形態における入力フィルタコンデンサ３１に代えて直列に接続した２個の入力フィルタコンデンサ４１，４２を設け、変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２の接続点をそれぞれ入力フィルタコンデンサ４１，４２の接続点に切離し接触器１５Ｅ，１５Ｆを経由して接続し、またこれらの追加的に設けた切離し接触器１５Ｅ，１５Ｆのオープン／クローズを制御する接触器コイル１５Ｇ，１５Ｈを接触器コイル１５Ｃ，１５Ｄそれぞれに並列に接続した構成である。さらに、このようにして入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２の接続点と入力フィルタコンデンサ４１，４２の接続点との間、また入力コンデンサ５Ｂ１，５Ｂ２の接続点と入力フィルタコンデンサ４１，４２の接続点との間を接続したために、入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２，５Ｂ１，５Ｂ２それぞれの電圧を検出するために電圧検出器１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２を設けている。なお、その他の構成要素については図５に示した第３の実施の形態と共通する。
【００５１】
次に、上記構成の第４の実施の形態の電力変換装置の動作を説明する。通常時には上記第３の実施の形態と同様に両方の変換部５Ａ，５Ｂが動作して直流入力を交流変換し、負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに供給する。
【００５２】
いま変換部５Ａの内部の主回路素子が短絡故障すれば、入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２のどちらか片方が短絡される。この時、同時に入力フィルタコンデンサ４１，４２のどちらかが短絡されることになる。
【００５３】
このコンデンサの短絡が発生すれば、電圧検出器１２Ａ１または１２Ａ２によって検出して制御ユニット１７Ａにその出力信号を入力する。制御ユニット１７Ａはこの信号を受けて制御ユニット１７Ｂに故障信号３５Ａを出力し、制御ユニット１７ＢはＧＴＯサイリスタ７をオフさせ、同時にサイリスタ１０にオンさせる。またコイル２０への出力をカットすることによって接触器２もオープン状態にし、また接触器コイル１５Ｃ，１５Ｇへの出力もカットする。なお、この出力カットにより切離し接触器１５Ａ，１５Ｅをオープン状態にするのであるが、後述するように切離し接触器１５Ａ，１５Ｅがオープン状態になるまでには所定の遅れがある。
【００５４】
サイリスタ１０がオンすれば変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２に蓄積されていた電荷と入力フィルタコンデンサ４１，４２に蓄積されていた電荷はすべてサイリスタ１０を通って抵抗器１１に放電される。制御ユニット１７Ａはこのコンデンサの放電後に切離し接触器コイル１５Ｃを作動させて切離し接触器１５Ａをオープン状態にし、変換部５Ａを入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２と共に切離す。
【００５５】
この後、制御ユニット１７Ａは再度接触器コイル２０に通電して接触器２をクローズ状態にする。これによって健全な側の変換部５Ｂだけの運転が再開して、負荷９Ａ，９Ｂそれぞれに変換部５Ｂから交流電力を供給するようになる。
【００５６】
こうして短絡故障が発生した変換部５Ａを停止する際にはそのゲート回路用電源（図示せず。図１における電源１６Ａに対応する）をオフにするが、切離された変換部５Ａの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２がコンデンサ４１，４２の電荷で急速充電されることになり、コンデンサ４１，４２，５Ａ１，５Ａ２及び切離し接触器１５Ａ，１５Ｅに過電流が流れる。そこで、これを防止するために、切離し接触器１５Ａ，１５Ｅ；１５Ｂ，１５Ｆそれぞれに並列接続されたコイル１５Ｃ，１５Ｇ；１５Ｄ，１５Ｈそれぞれと並列に、抵抗器３２Ａ，３２Ｂとコンデンサ３３Ａ，３３Ｂとを直列に接続した回路を設けることにより、制御ユニット１７Ａが切離し接触器コイル１５Ｃ，１５Ｇへの給電をカットして切離し接触器１５Ａ，１５Ｅをオープン状態にしようとする時にその給電カット後の釈放時間を延長させることができ、この間にサイリスタ１０にオン信号が制御ユニット１７Ｂから出力されて入力フィルタコンデンサ４１，４２及びコンデンサ５Ａ１，５Ａ２の電荷が放電され、この放電後に切離し接触器１５Ａ，１５Ｅがオープン状態になり、切離し接触器１５Ａ，１５Ｅの主接点に過電流が流れることはない。
【００５７】
なお、変換部５Ｂ側に短絡故障が発生した場合には、電圧検出器１２Ｂ１または１２Ｂ２が制御ユニット１７Ｂに短絡信号を入力し、上記と同様の動作がＢ系統において実行されて変換部５Ｂ側を切離し接触器１５Ｂ，１５Ｆによって切離し、健全な側の変換部５Ａだけの運転を継続し、両方の負荷９Ａ，９Ｂに電力を供給することになる。
【００５８】
このようにして第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様に直流入力回路を２台の変換部５Ａ，５Ｂに共通の１組の回路要素で構成することができて回路の小型化、シンプル化が図れ、またクローズ状態にあった切離し接触器１５Ａ，１５Ｅまたは１５Ｂ，１５Ｆがオープン状態になる前にサイリスタ１０がオンして入力フィルタコンデンサ４１，４２の電荷を放電し、故障で切離される変換部５Ａの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２または変換部５Ｂの入力コンデンサ５Ｂ１，５Ｂ２が入力フィルタコンデンサ４１，４２の電荷によって急速に充電されるのを防止することができる。
【００５９】
さらに第４の実施の形態では、入力フィルタコンデンサ４１，４２の接続点と変換部５Ａ，５Ｂそれぞれの入力コンデンサ５Ａ１，５Ａ２；５Ｂ１，５Ｂ２の接続点とを接続しているために、たとえば変換部５Ａの主回路素子に短絡故障が発生した場合には入力コンデンサ５Ａ１または５Ａ２と共に入力フィルタコンデンサ４１または４２も短絡され、これと同時にサイリスタ１０がオンされてこれらのコンデンサの電荷を放電開始するようになり、フィルタコンデンサ４１，４２の直列の電圧は短絡されていない片側のコンデンサ電圧だけに抑えることができ、したがって変換部５Ａにおける短絡されない側の入力コンデンサ５Ａ１または５Ａ２に対してフィルタコンデンサ４１，４２から急速な電荷の移動がなく、コンデンサ電圧が短絡故障発生時以上に上昇することがなく、短絡されていない側の入力コンデンサ５Ａ１または５Ａ２に過電圧が印加される恐れがない。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、一方の変換部のゲート電源回路が故障した場合、変換部切離し制御部が停止したゲート電源回路と接続されている変換部の切離し接触器をオープン動作させて電源入力系統から切離し、健全な側の変換部だけで両方の負荷に変換電力を供給することができ、電源入力系統を２つの変換部で共通とするために回路構成が小型、シンプルなものになる。
【００６１】
さらに請求項１の発明によれば、第２のゲート回路に接続されているゲート電源回路が停止した時には、電源切換え手段が停止したゲート電源回路側の変換部に接続された切離し接触器をオープンさせると共に、この第２のゲート回路を健全な他のゲート電源回路側に切換えて接続し、残された健全な変換部だけ継続して運転して両方の負荷へ変換電力を供給するので、電源入力系統を２つの変換部で共通とするために回路構成が小型、シンプルなものになる。
【００６２】
請求項２の発明によれば、自己消弧型スイッチング素子のゲート制御を行う第２のゲート回路に接続されているゲート電源回路が停止した時には、電源切換え手段がこの第２のゲート回路を、停止したゲート電源回路から他の健全なゲート電源回路のいずれかに切換えて接続し、運転を継続するので、ゲート電源回路の耐故障性能を向上させることができる。
【００６３】
請求項３の発明によれば、変換部の片側が故障した場合、その切離し接触器に対する接触器コイルへの通電をカットして切離し接触器をオープンさせるが、その前にコンデンサ放電用のスイッチング素子を導通させて入力フィルタコンデンサと変換部の入力コンデンサの電荷を放電させ、この際に、切離し接触器の接触器コイルに並列に接続されているコンデンサと抵抗器との直列回路から電荷を接触器コイルに引続き供給して接触器コイルの釈放時間を一時的に遅らせ、その釈放時間の延長されている間にコンデンサ放電用のスイッチング素子を通して入力フィルタコンデンサと変換部の入力コンデンサの電荷を完全に放電させ、その後に切離し接触器をオープンさせて故障した変換部を切離すので、故障した変換部を切離す際に切離し接触器の主接点に過電流が流れることがなく、円滑に片側運転に移行できる。
【００６４】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明と同様に故障した変換部を切離す際に切離し接触器の主接点に過電流が流れることがなく、円滑に片側運転に移行でき、また入力フィルタコンデンサの中間点と変換部それぞれの入力コンデンサの中間点とを接続しているために、片側の変換部に短絡故障が発生すれば入力フィルタコンデンサも同時にその中間点から片側が短絡され、同時にコンデンサ放電用のスイッチング素子がオンしてコンデンサの電荷を放電させることができ、入力フィルタコンデンサの電圧を短絡されない片側のコンデンサ電圧に抑え、変換部の短絡していない側の入力コンデンサに入力フィルタコンデンサからの急激な電荷の移動がなくて過電圧の印加を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路ブロック図。
【図２】上記の実施の形態における制御ユニットの制御動作を示すブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の回路ブロック図。
【図４】上記の実施の形態における制御ユニットの制御動作を示すブロック図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の回路ブロック図。
【図６】本発明の第４の実施の形態の回路ブロック図。
【図７】従来例の回路ブロック図。
【符号の説明】
１  パンタグラフ
２  接触器
３  リアクトル
４  充電用抵抗器
５Ａ，５Ｂ  変換部
５Ａ１，５Ａ２，５Ｂ１，５Ｂ２  入力コンデンサ
６  ゲート回路
７  ＧＴＯサイリスタ
８Ａ，８Ｂ  接触器
９Ａ，９Ｂ  負荷
１０  サイリスタ
１１  電流制限用抵抗
１２，１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ｂ１，１２Ｂ２  電圧検出器
１３  接触器
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｅ，１５Ｆ  切離し接触器
１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｇ，１５Ｈ  接触器コイル
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  ゲート回路用電源
１７Ａ，１７Ｂ  制御ユニット
１８  リレー
２０  接触器コイル
２４  リレー
３１  入力フィルタコンデンサ
３２Ａ，３２Ｂ  抵抗器
３３Ａ，３３Ｂ  コンデンサ
４１，４２  入力フィルタコンデンサ
【図１】
0003560766.tif 000002
【図２】
0003560766.tif 000003
【図３】
0003560766.tif 000004
【図４】
0003560766.tif 000005
【図５】
0003560766.tif 000006
【図６】
0003560766.tif 000007
【図７】
0003560766.tif 000008