(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流架線よりき電した交流を一旦直流に変換した後、この直流を列車モータ供給用の３相交流に変換する主変換装置と、
速度制御区間で走行速度を制限速度内に自動制御する自動列車制御装置とを有する電気車において、
前記主変換装置で用いる搬送波の発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる第１の同期回路と前記自動列車制御装置で用いる搬送波の発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる第２の同期回路の電源周波数変動に対する応答特性をほぼ同一にしたことを特徴とする電気車。
【請求項２】
前記主変換装置で用いる搬送波の発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる第１の同期回路の時定数と前記自動列車制御装置で用いる搬送波の発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる第２の同期回路の時定数をほぼ同一にすることを特徴とする請求項１記載の電気車。
【請求項３】
前記第１または第２の同期回路はＰＬＬ回路により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電気車。
【請求項４】
前記第１の同期回路と前記第２の同期回路の内の一方の出力を他方への入力として各同期回路の時定数をほぼ同一にすることを特徴とする請求項１又は２記載の電気車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は交流架線よりき電した交流を列車モータ駆動用の３相交流に変換する主変換装置及び列車の速度を制限速度内に制御する自動列車制御装置（以降ＡＴＣ装置と称する）を有する電気車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電気車には、列車モータを駆動する電源を作り出す図３に示すような主変換装置と、保安のため制限速度内で列車の速度を制限速度内に自動制御するＡＴＣ装置を搭載している。
【０００３】
図３は従来の主変換装置の代表構成例を示したブロック図である。パンタグラフ１よりき電された架線交流は主変圧器２の一次巻線１９に入力される。主変圧器２の二次巻線２８は降圧した交流を出力し、これがコンバータ３に入力される。コンバータ３は入力された交流を直流に変換する。この直流はフィルタコンデンサ４で平滑された後、インバ−タ５により３相交流に変換されて複数の誘導電動機（列車モータ）６に供給され、これら誘導電動機６が駆動される。
【０００４】
一方、主変圧器２の三次巻線７の出力電圧は補助トランス８により降圧されて同期回路９に入力される。同期回路９は架線電圧に比例した同期信号を発生し、これを搬送波発生回路１０及び単位正弦波発生回路１１に出力する。搬送波発生回路１０は入力された同期信号に同期して搬送波１５０を発生する。また、単位正弦波発生回路１１は入力された同期信号に同期した単位正弦波を発生する。
【０００５】
フィルタコンデンサ４の両端の電圧ＶＤはＰＴにより検出され、この電圧ＶＤと電圧指令値ＶＤ＊は減算器１３でその偏差３００がとられ、この偏差３００はフィードバック補償回路１２を介して掛算器１６に入力され、ここで、単位正弦波発生回路１１から出力される単位正弦波４００と掛け合わされて、二次電流指令値ＩＳ＊となる。このＩＳ＊は減算器１７により実効二次電流ＩＳと差が取られ、この差分５００が減算器１８で補助トランス８の二次電圧Ｖｅ’から引かれて、変調波１００が作られる。
【０００６】
この変調波１００は搬送波発生器１０により発生された搬送波１５０とコンパーレータ１５で比較され、点弧パルス２００を発生する。この点弧パルスにより、コンバータ３を構成する素子が駆動される。
【０００７】
図４は保安装置である従来のＡＴＣ装置の代表構成例を示したブロック図である。図４において、主変圧器２の三次巻線７により出力される電圧ＶＳよりＰＬＬ回路２２でキャリア発生器２３の同期をとり、このキャリア発生器２３によりキャリアを発生する。受電器２１は図示されないレールから信号電流を受電し、この信号電流は不要成分をバンドパスフィルタ２５で除去された後、復調器２４に出力される。復調器２４は入力された信号電流をキャリア発生器２３からのキャリアにより復調する。こうして得られた復調信号はバンドパスフィルタ２６−１〜２６−ｎで濾波され、リレー２０−１〜２０−ｎの中の該当するリレーを励磁することにより、ＡＴＣ制御が行われる。
【０００８】
ここで、架線交流電源に６０Ｈｚから６０．５Ｈｚへ急激な周波数変動が生じた場合、図５（Ａ）に示すｔ０タイミングで電源周波数が６０．５Ｈｚに変動するが、この時、ＡＴＣ装置のＰＬＬ回路２２では、図５（Ｂ）に示すように電源周波数が徐々に６０．５Ｈｚに変動し、主変換装置の同期回路９では、図５（Ｃ）に示すように電源周波数が６０．５Ｈｚに直ちに変動する。即ち、ＰＬＬ回路２２と同期回路９では、電源周波数の変動に対する応答特性が異なることが分かる。
【０００９】
例えば、ＡＴＣ装置の搬送波を６０Ｈｚ×１８＝１０８０Ｈｚ、信号周波数を１０Ｈｚとする。図５に示したようにｔ０で電源周波数が６０．５Ｈｚになり、これと共に、主変換装置が時定数０で、６０．５Ｈｚを基本周波数として動作し、一方、ＡＴＣ装置は６０Ｈｚからキャリアを発生したとする。
【００１０】
主変換装置が発生する高調波は該当基本周波数の整数倍となるため、この高調波の周波数は６０．５×１８＝１０８９Ｈｚとなる。一方、ＡＴＣ装置のキャリアは当初１０８０Ｈｚのままであり、１０Ｈｚの信号波を乗せた１０８０＋１０＝１０９０Ｈｚであり、主変換装置が発生する１０９０Ｈｚの高調波との間に差異がなくなる。このため、ＡＴＣ装置にて、信号の誤検知の可能性が発生する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の電気車では、図３に示した主変換装置と図４に示したＡＴＣ装置の電源同期回路の時定数は一致するように考慮されていなかった。そのため、図５に示すように電源周波数が急激に変動する時、ＡＴＣ装置は主変換装置から発生される高調波信号を自己に対する信号と誤検知して、誤動作が生じる恐れがあった。
【００１２】
そこで本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電源周波数の変動時、主変換装置の高調波によりＡＴＣ装置が誤動作することを防止でき、走行時の保安性を向上させることができる電気車を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の特徴は、交流架線よりき電した交流を一旦直流に変換した後、この直流を列車モータ供給用の３相交流に変換する主変換装置と、速度制御区間で走行速度を制限速度内に自動制御する自動列車制御装置とを有する電気車において、前記主変換装置で用いる搬送波の発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる同期回路と前記自動列車制御装置で用いる搬送波の発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる同期回路の電源周波数変動に対する応答特性を同一にしたことにある。
【００１４】
この第１の発明によれば、前記主変換装置の同期回路の電源周波数の変動に対する応答性と、前記自動列車制御装置の同期回路の電源周波数の変動に対する応答性とが一致していれば、電源周波数が変動した際、自動列車制御装置のキャリアの周波数変動と、前記主変換装置から発生される高調波の周波数変動とが同一レベルで推移し、両者の周波数の差異は当初設定された差異を常に保持する。これにより、前記ＡＴＣ装置が前記主変換装置から発生される高調波を信号と誤検知することがなくなる。
【００１５】
第２の発明の特徴は、前記主変換装置で用いる搬送波の発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる同期回路の時定数と前記自動列車制御装置で用いる搬送波の発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる同期回路の時定数を同一にすることにある。
【００１６】
この第２の発明によれば、前記主変換装置で用いる搬送波発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる同期回路の時定数と前記自動列車制御装置で用いる搬送波発生時に前記交流架線の交流電圧に前記搬送波を同期させる同期回路の時定数を同一にすると、前記主変換装置の同期回路の電源周波数の変動に対する応答性と、前記自動列車制御装置の同期回路の電源周波数の変動に対する応答性とが一致する。
【００１７】
第３の発明の特徴は、前記同期回路はＰＬＬ回路により構成されていることにある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の電気車の一実施の形態を示したブロック図である。電気車は交流架線よりき電した交流を３相交流に変換する主変換装置３０と、電気車の走行速度を制限速度内に制御するＡＴＣ装置４０とを有している。
【００１９】
主変換装置３０は、図示されない交流架線に接触して交流電力を受電するパンタグラフ１、このパンタグラフ１よりき電された架線交流の電圧を変圧する主変圧器２、主変圧器２の二次巻線３１から出力される交流を直流に変換するコンバータ３、前記交流から変換された直流を平滑するフィルタコンデンサ４、直流を３相交流に変換するインバ−タ５を主に有し、複数の誘導電動機６に３相交流を供給する。
【００２０】
更に主変換装置３０の制御系として、主変圧器２の三次巻線７の出力電圧を降圧して同期回路９に供給する補助トランス８、架線電圧に比例した同期信号を発生する同期回路９、入力された同期信号に同期して搬送波１５０を発生する搬送波発生回路１０、入力された同期信号に同期した単位正弦波を発生する単位正弦波発生回路１１、ＰＴにより検出されたフィルタコンデンサ４の両端の電圧ＶＰから電圧指令値ＶＤ＊との偏差３００を求める減算器１３、入力される偏差３００の位相を補償するフィードバック補償回路（Ｇ（Ｓ））１２、入力される偏差３０１に単位正弦波発生回路１１から出力される単位正弦波４００を掛け合わして、二次電流指令値ＩＳ＊を算出する掛算器１６、このＩＳ＊から二次電流ＩＳを引き算して、両者の差分５００を求める減算器１７、補助トランス８の三次電圧ＶＳ’から差分５００を引き算して、変調波１００を作成する減算器１８、搬送波発生器１０により発生された搬送波１５０と減算器１８で作成された変調波１００を比較して、点孤パルス２００を発生するコンパーレータ１５を有している。コンパーレータ１５により作成された点孤パルスにより、コンバータ３を構成する素子を駆動して、架線交流が直流に変換される。
【００２１】
ＡＴＣ装置４０は、変圧器２の三次電圧ＶＳにキャリア発生器２３の動作を同期させるＰＬＬ回路２２、このＰＬＬ回路２２で同期がとられ、キャリアを発生するキャリア発生器２３、図示しないレールに流れる信号電流を受電する受電器２１、この受電器２１の出力信号から信号電流を抽出するバンドパスフィルタ２５、この信号電流をキャリア発生器２３からのキャリアにより復調する復調器２４、復調器２４により得られた復調信号を濾波するバンドパスフィルタ２６−１〜２６−ｎ、バンドパスフィルタ２６−１〜２６−ｎからの濾波信号により動作するリレー２０−１〜２０−ｎを有している。
【００２２】
次に本実施の形態の動作について説明する。本例の主変換装置３０の制御系を構成する同期回路９の電源周波数の変動に対する応答性と、ＡＴＣ装置４０を構成するＰＬＬ回路２２の電源周波数の変動に対する応答性を同一にしている。即ち、同期回路９の時定数とＰＬＬ回路２２の時定数とを同一にしている。
【００２３】
これにより、電源周波数（架線交流の周波数）が図２（Ａ）に示すように時刻ｔ０にて、６０Ｈｚから６０．５Ｈｚに急激に変動した場合、ＰＬＬ回路２２の電源周波数の変動特性は図２（Ｂ）に示すように時刻ｔ０から変動して、時刻ｔ１にて、６０．５Ｈｚに達する。又、同期回路９の電源周波数の変動特性は図２（Ｃ）に示すように時刻ｔ０から変動して、時刻ｔ１にて、６０．５Ｈｚに達する。
【００２４】
従って、同期回路９の電源周波数の応答特性とＰＬＬ回路２２の電源周波数の応答特性は一致するため、電源周波数が変動しても、主変換装置３０が発生する高調波の周波数と、ＡＴＣ装置４０におけるキャリア周波数との間には、当初の設定に近い周波数上の相違が常にあるため、ＡＴＣ装置４０における信号の誤検知がなくなり、ＡＴＣ装置が誤動作することがなくなる。
【００２５】
本実施の形態によれば、主変換装置３０の同期回路９の電源周波数の変動に対する応答性と、ＡＴＣ装置４０のＰＬＬ回路２２の電源周波数の変動に対する応答性を同一にすることにより、電源周波数が変動しても、主変換装置３０が発生する高調波の周波数帯が、ＡＴＣ装置４０のキャリアの周波数帯に近接したり、或いは一致することがなくなり、ＡＴＣ装置４０の誤動作を無くすことができ、電気車の安全走行を向上させることができる。
【００２６】
本願発明の第２の実施例を図６を用いて説明する。図６中で図１と異なるのは、ＡＴＣ装置４０のＰＬＬ回路２２の出力２２ａが、主変換装置３０の同期回路９ａに対する入力となっている点にある。このことにより、同期回路９ａは、ＰＬＬ回路２２の電源周波数に対する変動への応答性とほぼ同一の応答性となるので、電源周波数の変動時、主変換装置の高調波によりＡＴＣ装置の誤動作を防止でき、電気車の走行安全性を向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上記述した如く本発明の電気車によれば、電源周波数の変動時、主変換装置の高調波によりＡＴＣ装置の誤動作を防止でき、電気車の走行安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気車の一実施の形態を示したブロック図である。
【図２】図１に示した主変換装置とＡＴＣ装置の電源周波数変動時の応答特性例を示した波形図である。
【図３】従来の主変換装置の構成例を示したブロック図である。
【図４】従来のＡＴＣ装置の構成例を示したブロック図である。
【図５】従来の主変換装置とＡＴＣ装置の電源周波数変動時の応答特性例を示した波形図である。
【図６】本発明の電気車の第２実施形態を示したブロック図である。
【符号の説明】
１  パンタグラフ
２  主変圧器
３  コンバータ
４  フィルタコンデンサ
５  インバータ
６  誘導電動機
７  三次巻線
８  補助トランス
９  同期回路
１０  搬送波発生回路
１１  単位正弦波発生回路
１２  フィードバック補償回路
１３、１７、１８  減算器
１５  コンパレータ
１６  掛算器
１９  一次巻線
２０−１〜２０−ｎ  リレー
２１  受電器
２２  ＰＬＬ
２３  キャリア発生回路
２４  復調器
２５、２６−１〜２６−ｎ  ＢＰＦ
２８  二次巻線
３０  主変換装置
４０  ＡＴＣ装置
【図１】
0003560822.tif 000002
【図２】
0003560822.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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