(57)【要約】  交流架線より変圧器２を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ３と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ４と、インバータ４により駆動・制御される電動機６とを備えた交流電気車の制御装置において、電動機６のトルク指令値を演算しインバータ４に出力するトルク指令演算部１１および１２と、交流電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置７とを備え、コンバータ３に交流電圧が印加されない場合、回生ブレーキトルク指令演算部１１は、補助電源装置７の消費電力に応じた回生トルク指令値ＴＲＱ１を演算し、インバータ４は、回生トルク指令値ＴＲＱ１に従って、電動機６が発生した回生電力を補助電源装置７に供給する。
2010109607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動・制御される電動機とを備えた交流電気車の制御装置において、
前記電動機のトルク指令値を演算し前記インバータに出力するトルク指令演算部と、
前記交流電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置と、
を備え、
前記コンバータに前記交流電圧が印加されない場合、前記トルク指令演算部は、前記補助電源装置の消費電力に応じた回生トルク指令値を演算し、
前記インバータは、前記回生トルク指令値に従って、前記電動機が発生した回生電力を前記補助電源装置に供給すること、
を特徴とする交流電気車の制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令演算部は、
前記補助電源装置の消費電力が補償される第１の回生トルク指令値と、前記補助電源装置に印加される直流電圧の値が一定に保たれる第２の回生トルク指令値との何れか１つを演算し、
前記インバータは、
前記第１の回生トルク指令値または前記第２の回生トルク指令値に従って、前記補助電源装置に前記回生電力を供給すること、
を特徴とする請求項１に記載の交流電気車の制御装置。
【請求項３】
前記トルク指令演算部は、
前記補助電源装置の消費電力が補償される第１の回生トルク指令値と、前記補助電源装置に印加される直流電圧の値が一定に保たれる第２の回生トルク指令値とを演算し、
前記インバータは、
前記第１の回生トルク指令値および前記第２の回生トルク指令値に従って、前記補助電源装置に前記回生電力を供給すること
を特徴とする請求項１に記載の交流電気車の制御装置。
【請求項４】
前記第１の回生トルク指令値は、
前記コンバータに交流電圧が印加されない場合、前記補助電源装置に印加される直流電圧、前記補助電源装置の入力電流、および前記電動機の周波数に基づいて生成され、
前記第２の回生トルク指令値は、
前記補助電源装置に印加される直流電圧および所定の直流電圧基準の差分に基づいて生成されること、
を特徴とする請求項２または３に記載の交流電気車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電気車の制御装置に関し、特に、離線やセクション通過等の架線電源消失時にも車両に電源を供給する補助電源装置：Static Inverter（以下単に「ＳＩＶ」と称する）を簡素な構成で継続動作させる交流電気車の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の交流電気車の制御装置の構成は、推進制御装置である主変換装置：Converter-Inverter（以下単に「ＣＩ」と称する）の中間直流回路部にＳＩＶが接続されている。交流電気車の制御装置は、本構成とすることによってＳＩＶ用の交流−直流変換器とＣＩの交流−直流変換器が共用でき、主変圧器の３次巻線も不要にできることから、電気品全体としての小型・軽量化が図ることが可能である。【０００３】
一方、交流電気車の制御装置は、交流電気車が離線やセクション通過等により架線電源を消失した際、停電検知機能によってＣＩの動作を停止させることが通例であり、この結果ＳＩＶも停止することになる。ただし、ＳＩＶは、車両の電源全般を供給する装置であるため、可能な限り停止させないことが望ましく、停止回避のため、中間直流回路部に接続されている平滑用フィルタコンデンサ（以下単に「ＦＣ」と称する）容量を大きくするなどの措置が必要であった。【０００４】
下記特許文献１に示される従来技術は、中間直流回路部にエネルギー蓄積手段を接続することによってＳＩＶの動作を継続させる方法が行われている。具体的には、エネルギー蓄積手段は、力行運転あるいは回生運転の際にエネルギーを吸収、蓄積するコンデンサからなる蓄積要素部を有し、離線や停電といったパワーが不足する状態となったとき、蓄積要素部に蓄積されているエネルギーを使用して運転を継続できるように構成されている。【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９９３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、架線電源消失時のＳＩＶ動作継続のためには、ＦＣ容量の増量化やエネルギー蓄積手段を追加しなければならない等、ハードウエアの大型化や追設が必要になるという課題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ハードウエアの大型化や追設を回避しながら架線電源消失時におけるＳＩＶの動作を継続させることが可能な交流電気車の制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動・制御される電動機とを備えた交流電気車の制御装置において、前記電動機のトルク指令値を演算し前記インバータに出力するトルク指令演算部と、前記交流電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置と、を備え、前記コンバータに前記交流電圧が印加されない場合、前記トルク指令演算部は、前記補助電源装置の消費電力に応じた回生トルク指令値を演算し、前記インバータは、前記回生トルク指令値に従って、前記電動機が発生した回生電力を前記補助電源装置に供給すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、離線などによる架線電源消失時に、ＳＩＶ入力電流、直流電圧、およびロータ周波数に基づいてＳＩＶの消費電力を補償する第１の回生トルク指令値を演算する第１の演算処理部と、直流電圧および直流電圧指令に基づいて直流電圧が一定となる第２の回生トルク指令値を演算する第２の演算処理部との何れか１つを有する回生ブレーキトルク指令演算部を備えるようにしたので、ハードウエアの大型化や追設を回避しながら架線電源消失時におけるＳＩＶの動作を継続させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる回生ブレーキトルク指令演算部の構成を主体として示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態２にかかる回生ブレーキトルク指令演算部の構成を主体として示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００１１】
１  パンタグラフ
２  主変圧器
３  コンバータ
４  インバータ
５  フィルタコンデンサ
６  主電動機
７  補助電源装置
８  電流センサ
９  接触器
１０  中間直流回路部
１１  回生ブレーキトルク指令演算部
１２  力行トルク指令・回生ブレーキトルク指令演算部
１３  スイッチ
２１  減算器
２２  乗算器
２３  除算器
２４  ＰＩＤ演算器
２５  ゲイン付加器
２６  加算器
３０  第１の演算処理部
３１  第２の演算処理部
Ｅｃ＊  直流電圧指令（直流電圧基準）
ＥｃＯ  直流電圧
ＦＭ  ロータ周波数（電動機の周波数）
Ｉｓｖ  ＳＩＶ入力電流
ＴＰ１  第１の回生トルク指令値
ＴＰ２  第２の回生トルク指令値
ＴＲＱ１，ＴＲＱ２  回生トルク指令値
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる交流電気車の制御装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。【００１３】
実施の形態１．
（交流電気車の制御装置の構成）
図１は、実施の形態１にかかる回生ブレーキトルク指令演算部の構成を主体として示す機能ブロック図であり、上段部には交流電気車の駆動系を示し、下段部には回生トルクの制御系を成す回生ブレーキトルク指令演算部１１（以下単に「演算部１１」と称する）、および力行トルク指令・回生ブレーキトルク指令演算部１２（以下単に「演算部１２」と称する）が示されている。【００１４】
交流電気車の駆動系は、主たる構成部として、交流架線からの交流電力が入力されるパンタグラフ１、パンダグラフ１から供給される交流電力を入力とする主変圧器２、主変圧器２の交流電圧が印加され交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ３、コンバータ３から出力される直流電圧を３相交流に変換するインバータ４、インバータ４の直流出力側に設けられコンバータ３の直流電圧を平滑化するＦＣ５、インバータ４の交流電圧で駆動する主電動機６、中間直流回路部１０に接続された補助電源装置（以下単に「ＳＩＶ」と称する）７、ＳＩＶ７の入力側に設けられ負荷電流を得る電流センサ（以下単に「ＣＴ」と称する）８、および、主変圧器２とコンバータ３とを切り離す開閉部である接触器９を有して構成されている。【００１５】
変圧器２の一次側の一端は、パンタグラフ１を介して交流架線に接続され、他端は図示しない車輪を介して大地電位であるレールに接続されている。すなわち、図示されていない変電所から送電された電力は、交流架線、パンタグラフ１、車輪およびレールを介して受電するように構成されている。なお、交流電気車の制御装置は、電気車の力行時には、上記のような電力変換を行って主電動機６を駆動するが、ブレーキ時には主電動機６を発電機として作用させ、インバータ４は電気ブレーキモードとして動作し回生ブレーキを作用させる。【００１６】
（回生ブレーキトルク指令演算部）
演算部１１は、主たる構成として第１の演算処理部３０、第２の演算処理部３１、および加算器２６を有して構成されている。さらに、第１の演算処理部３０は、乗算器２２、除算器２３、およびゲイン付加器２５を有して構成され、第２の演算処理部３１は、減算器２１およびＰＩＤ演算器２４を有して構成されている。このように構成された演算部１１は、架線電源消失時にＳＩＶ７を継続動作させるための回生トルク指令値ＴＲＱ１を演算する。演算部１２は、通常時の力行トルク指令値あるいは回生トルク指令値を演算する。スイッチ１３は、演算部１１および演算部１２の各出力を切替える。【００１７】
以下、架線電源消失時における交流電気車の制御装置の動作を説明する。離線あるいはセクション通過等の要因によって架線電源が消失した場合、図示しない停電検知器により架線電源の消失が検知され、コンバータ３が動作停止し、接触器９が開放される。一方、インバータ４は、電気ブレーキモードとして動作継続し、スイッチ１３が通常時から停電時に切替り、演算部１１で演算されインバータ４を制御するための回生トルク指令値ＴＲＱ１が出力される。【００１８】
次に、第１の演算処理部３０および第２の演算処理部３１の動作を詳細に説明する。第１の演算処理部３０において、乗算器２２は、ＣＴ８から得られたＳＩＶ７に入力されるＳＩＶ入力電流ＩｓｖとＦＣ５から検出された直流電圧ＥｃＯとを乗算し、ＳＩＶ７の消費する電力を求める。【００１９】
除算器２３は、ＳＩＶ７の消費電力を主電動機７のロータ周波数ＦＭ（車両速度に相当）で除することで出力トルク相当量を出力する。ゲイン付加器２５は、当該出力トルク相当量にゲインＧ１を付加する。その結果、ＳＩＶ７の消費電力を補償する第１の回生トルク指令値ＴＰ１が加算器２６に出力される。なお、ここでは、直流電圧ＥｃＯの検出場所は、中間直流回路部１０であればよく、ＦＣ５に限定されるものではない。【００２０】
第２の演算処理部３１において、減算器２１が直流電圧基準である所定の直流電圧指令Ｅｃ＊と直流電圧ＥｃＯとの偏差を求め、ＰＩＤ演算器２４は、当該偏差に基づき、ＳＩＶ７に印加される直流電圧ＥｃＯの値が一定に保たれる第２の回生トルク指令値ＴＰ２を得る。なお、一例としてＰＩＤ演算器２４を使用しているが、これに限定されるものではなく、ＰＤ演算器などであってもよい。第１の回生トルク指令値ＴＰ１と第２の回生トルク指令値ＴＰ２は、加算器２６により加算され、ＳＩＶ７の継続動作のためのトルク指令値である回生トルク指令値ＴＲＱ１を得る。【００２１】
このように、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置は、コンバータ３に交流電圧が印加されない場合、演算部１１がＳＩＶ７の消費電力に応じた回生トルク指令値ＴＲＱ１を演算し、当該回生トルク指令値ＴＲＱ１がインバータ４に出力され、インバータ４が回生トルク指令値ＴＲＱ１に従って、電動機６が発生した回生電力を中間直流回路部１０に供給する。そのためＳＩＶ７は、架線電源が消失した場合であっても動作を継続することが可能である。【００２２】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置は、離線などによる架線電源消失時に、ＳＩＶ入力電流Ｉｓｖ、直流電圧ＥｃＯ、および電動機６のロータ周波数ＦＭに基づいてＳＩＶ７の消費電力の補償する回生トルク指令値ＴＲＱ１を演算する第１の演算処理部３０と、直流電圧ＥｃＯおよび直流電圧指令Ｅｃ＊に基づいて直流電圧ＥｃＯが一定となる回生トルク指令値ＴＲＱ２を演算する第２の演算処理部３１とを有する演算部１１を備えるようにしたので、ＦＣ５の容量を大きくしたりエネルギー蓄積手段等の特別なハードウエア（図示せず）を追加すること無く、インバータ４の制御によって、ＳＩＶ７の消費電力量に見合った回生電力量が中間直流回路部１０に供給されるため、ＳＩＶ７をきめ細かに制御して継続動作させることが可能である。また、回生電力を有効に利用してＳＩＶ７を継続動作させることができるため、従来技術に比して架線からのエネルギー供給量を低減でき、エネルギー消費量を削減することが可能である。【００２３】
実施の形態２．
実施の形態２にかかる交流電気車の制御装置は、実施の形態１にかかる演算部１１から、第１の演算処理部３０または第２の演算処理部３１の何れか一方が省略されても、実施の形態１と同様の効果を得ることができるように構成されている。以下、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置の構成および動作を説明する。また、第１の実施の形態と同様の部分については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。【００２４】
図２は、実施の形態２にかかる回生ブレーキトルク指令演算部の構成を主体として示す機能ブロック図である。図２では、上述したように、図１に示した第１の演算処理部３０と加算器２６が省略されている。例えば、ＳＩＶ７が電力を消費する場合、コンバータ３が非動作状態では直流電圧ＥｃＯが低下するため、この直流電圧ＥｃＯの低下に応じてインバータ４の回生電力量を増加させれば実施の形態１と同等の機能となる。【００２５】
以下、架線電源消失時における交流電気車の制御装置の具体的な動作を説明する。離線あるいはセクション通過等の要因によって架線電源の消失が発生した場合、図示しない停電検知器により架線電源の消失が検知され、コンバータ３が動作停止し、接触器９が開放される。一方、インバータ４は電気ブレーキモードとして動作継続し、スイッチ１３が通常時から停電時に切替える。第２の演算処理部３１では、実施の形態１と同様に、減算器２１が直流電圧指令Ｅｃ＊と直流電圧ＥｃＯとの偏差を求め、ＰＩＤ演算器２４が当該偏差に基づき回生トルク指令値ＴＲＱ２を得る。【００２６】
なお、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置の構成は、第１の演算処理部３０と加算器２６を省略した場合に限定されるものではなく、第２の演算処理部３１に代えて第１の演算処理部３０で構成してもよい。すなわち、架線電源消失時にコンバータ３が動作停止した場合、ＳＩＶ７による電力消費が主となるため、第２の演算処理部３１を無くしても、第１の演算処理部３０によって同等の機能が得られることは自明である。【００２７】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置は、離線などによる架線電源消失時に、第１の演算処理部３０または第２の演算処理部３１の何れか一方を有して構成するようにしたので、実施の形態１と同様にＳＩＶ７を継続動作させることができると共に、ＣＴ８を省略することができるため実施の形態１に比べ更に簡素化された装置構成とすることが可能である。また、第１の演算処理部３０のみで構成した場合、装置の更なる簡素化とともに、ＳＩＶ７への適切な電力供給を実現することができる。また、第２の演算処理部３１のみで構成した場合、電圧情報のみで回生トルク指令ＴＲＱ２を生成できるため、装置の更なる簡素化とともに、ＳＩＶ７への迅速な電力供給を実現することができる。【００２８】
なお、実施の形態１および２に示した交流電気車の制御装置は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明は、交流電気車の制御装置に適用可能であり、特に、架線電源消失時にも車両に電源を供給する補助電源装置を簡素な構成で継続動作させる発明として有用である。
【図１】
2010109607.tif 000003
【図２】
2010109607.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月27日(2009.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電気車の制御装置に関し、特に、離線やセクション通過等の架線電源消失時にも車両に電源を供給する補助電源装置：Static Inverter（以下単に「ＳＩＶ」と称する）を簡素な構成で継続動作させる交流電気車の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の交流電気車の制御装置の構成は、推進制御装置である主変換装置：Converter-Inverter（以下単に「ＣＩ」と称する）の中間直流回路部にＳＩＶが接続されている。交流電気車の制御装置は、本構成とすることによってＳＩＶ用の交流−直流変換器とＣＩの交流−直流変換器が共用でき、主変圧器の３次巻線も不要にできることから、電気品全体としての小型・軽量化が図ることが可能である。
【０００３】
一方、交流電気車の制御装置は、交流電気車が離線やセクション通過等により架線電源を消失した際、停電検知機能によってＣＩの動作を停止させることが通例であり、この結果ＳＩＶも停止することになる。ただし、ＳＩＶは、車両の電源全般を供給する装置であるため、可能な限り停止させないことが望ましく、停止回避のため、中間直流回路部に接続されている平滑用フィルタコンデンサ（以下単に「ＦＣ」と称する）容量を大きくするなどの措置が必要であった。
【０００４】
下記特許文献１に示される従来技術は、中間直流回路部にエネルギー蓄積手段を接続することによってＳＩＶの動作を継続させる方法が行われている。具体的には、エネルギー蓄積手段は、力行運転あるいは回生運転の際にエネルギーを吸収、蓄積するコンデンサからなる蓄積要素部を有し、離線や停電といったパワーが不足する状態となったとき、蓄積要素部に蓄積されているエネルギーを使用して運転を継続できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９９３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、架線電源消失時のＳＩＶ動作継続のためには、ＦＣ容量の増量化やエネルギー蓄積手段を追加しなければならない等、ハードウエアの大型化や追設が必要になるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ハードウエアの大型化や追設を回避しながら架線電源消失時におけるＳＩＶの動作を継続させることが可能な交流電気車の制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動、および制御される電動機とを備えた交流電気車の制御装置において、前記電動機のトルク指令値を演算し前記インバータに出力するトルク指令演算部と、前記交流電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置と、を備え、前記コンバータに前記交流電圧が印加されない場合、前記トルク指令演算部は、前記電動機のロータ周波数と前記補助電源装置の入力電流と前記補助電源装置の入力電圧とに基づき前記補助電源装置の消費電力に応じた回生トルク指令値を演算し、前記インバータは、前記回生トルク指令値に従って、前記電動機が発生した回生電力を前記補助電源装置に供給すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、離線などによる架線電源消失時に、ＳＩＶ入力電流、直流電圧、およびロータ周波数に基づいてＳＩＶの消費電力を補償する第１の回生トルク指令値を演算する第１の演算処理部と、直流電圧および直流電圧指令に基づいて直流電圧が一定となる第２の回生トルク指令値を演算する第２の演算処理部との何れか１つを有する回生ブレーキトルク指令演算部を備えるようにしたので、ハードウエアの大型化や追設を回避しながら架線電源消失時におけるＳＩＶの動作を継続させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる回生ブレーキトルク指令演算部の構成を主体として示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態２にかかる回生ブレーキトルク指令演算部の構成を主体として示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる交流電気車の制御装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
（交流電気車の制御装置の構成）
図１は、実施の形態１にかかる回生ブレーキトルク指令演算部の構成を主体として示す機能ブロック図であり、上段部には交流電気車の駆動系を示し、下段部には回生トルクの制御系を成す回生ブレーキトルク指令演算部１１（以下単に「演算部１１」と称する）、および力行トルク指令・回生ブレーキトルク指令演算部１２（以下単に「演算部１２」と称する）が示されている。
【００１３】
交流電気車の駆動系は、主たる構成部として、交流架線からの交流電力が入力されるパンタグラフ１、パンダグラフ１から供給される交流電力を入力とする主変圧器２、主変圧器２の交流電圧が印加され交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ３、コンバータ３から出力される直流電圧を３相交流に変換するインバータ４、インバータ４の直流出力側に設けられコンバータ３の直流電圧を平滑化するＦＣ５、インバータ４の交流電圧で駆動する主電動機６、中間直流回路部１０に接続された補助電源装置（以下単に「ＳＩＶ」と称する）７、ＳＩＶ７の入力側に設けられ負荷電流を得る電流センサ（以下単に「ＣＴ」と称する）８、および、主変圧器２とコンバータ３とを切り離す開閉部である接触器９を有して構成されている。
【００１４】
変圧器２の一次側の一端は、パンタグラフ１を介して交流架線に接続され、他端は図示しない車輪を介して大地電位であるレールに接続されている。すなわち、図示されていない変電所から送電された電力は、交流架線、パンタグラフ１、車輪およびレールを介して受電するように構成されている。なお、交流電気車の制御装置は、電気車の力行時には、上記のような電力変換を行って主電動機６を駆動するが、ブレーキ時には主電動機６を発電機として作用させ、インバータ４は電気ブレーキモードとして動作し回生ブレーキを作用させる。
【００１５】
（回生ブレーキトルク指令演算部）
演算部１１は、主たる構成として第１の演算処理部３０、第２の演算処理部３１、および加算器２６を有して構成されている。さらに、第１の演算処理部３０は、乗算器２２、除算器２３、およびゲイン付加器２５を有して構成され、第２の演算処理部３１は、減算器２１およびＰＩＤ演算器２４を有して構成されている。このように構成された演算部１１は、架線電源消失時にＳＩＶ７を継続動作させるための回生トルク指令値ＴＲＱ１を演算する。演算部１２は、通常時の力行トルク指令値あるいは回生トルク指令値を演算する。スイッチ１３は、演算部１１および演算部１２の各出力を切替える。
【００１６】
以下、架線電源消失時における交流電気車の制御装置の動作を説明する。離線あるいはセクション通過等の要因によって架線電源が消失した場合、図示しない停電検知器により架線電源の消失が検知され、コンバータ３が動作停止し、接触器９が開放される。一方、インバータ４は、電気ブレーキモードとして動作継続し、スイッチ１３が通常時から停電時に切替り、演算部１１で演算されインバータ４を制御するための回生トルク指令値ＴＲＱ１が出力される。
【００１７】
次に、第１の演算処理部３０および第２の演算処理部３１の動作を詳細に説明する。第１の演算処理部３０において、乗算器２２は、ＣＴ８から得られたＳＩＶ７に入力されるＳＩＶ入力電流ＩｓｖとＦＣ５から検出された直流電圧ＥｃＯとを乗算し、ＳＩＶ７の消費する電力を求める。
【００１８】
除算器２３は、ＳＩＶ７の消費電力を主電動機７のロータ周波数ＦＭ（車両速度に相当）で除することで出力トルク相当量を出力する。ゲイン付加器２５は、当該出力トルク相当量にゲインＧ１を付加する。その結果、ＳＩＶ７の消費電力を補償する第１の回生トルク指令値ＴＰ１が加算器２６に出力される。なお、ここでは、直流電圧ＥｃＯの検出場所は、中間直流回路部１０であればよく、ＦＣ５に限定されるものではない。
【００１９】
第２の演算処理部３１において、減算器２１が直流電圧基準である所定の直流電圧指令Ｅｃ＊と直流電圧ＥｃＯとの偏差を求め、ＰＩＤ演算器２４は、当該偏差に基づき、ＳＩＶ７に印加される直流電圧ＥｃＯの値が一定に保たれる第２の回生トルク指令値ＴＰ２を得る。なお、一例としてＰＩＤ演算器２４を使用しているが、これに限定されるものではなく、ＰＤ演算器などであってもよい。第１の回生トルク指令値ＴＰ１と第２の回生トルク指令値ＴＰ２は、加算器２６により加算され、ＳＩＶ７の継続動作のためのトルク指令値である回生トルク指令値ＴＲＱ１を得る。
【００２０】
このように、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置は、コンバータ３に交流電圧が印加されない場合、演算部１１がＳＩＶ７の消費電力に応じた回生トルク指令値ＴＲＱ１を演算し、当該回生トルク指令値ＴＲＱ１がインバータ４に出力され、インバータ４が回生トルク指令値ＴＲＱ１に従って、電動機６が発生した回生電力を中間直流回路部１０に供給する。そのためＳＩＶ７は、架線電源が消失した場合であっても動作を継続することが可能である。
【００２１】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置は、離線などによる架線電源消失時に、ＳＩＶ入力電流Ｉｓｖ、直流電圧ＥｃＯ、および電動機６のロータ周波数ＦＭに基づいてＳＩＶ７の消費電力の補償する回生トルク指令値ＴＲＱ１を演算する第１の演算処理部３０と、直流電圧ＥｃＯおよび直流電圧指令Ｅｃ＊に基づいて直流電圧ＥｃＯが一定となる回生トルク指令値ＴＲＱ２を演算する第２の演算処理部３１とを有する演算部１１を備えるようにしたので、ＦＣ５の容量を大きくしたりエネルギー蓄積手段等の特別なハードウエア（図示せず）を追加すること無く、インバータ４の制御によって、ＳＩＶ７の消費電力量に見合った回生電力量が中間直流回路部１０に供給されるため、ＳＩＶ７をきめ細かに制御して継続動作させることが可能である。また、回生電力を有効に利用してＳＩＶ７を継続動作させることができるため、従来技術に比して架線からのエネルギー供給量を低減でき、エネルギー消費量を削減することが可能である。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態２にかかる交流電気車の制御装置は、実施の形態１にかかる演算部１１から、第１の演算処理部３０または第２の演算処理部３１の何れか一方が省略されても、実施の形態１と同様の効果を得ることができるように構成されている。以下、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置の構成および動作を説明する。また、第１の実施の形態と同様の部分については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２３】
図２は、実施の形態２にかかる回生ブレーキトルク指令演算部の構成を主体として示す機能ブロック図である。図２では、上述したように、図１に示した第１の演算処理部３０と加算器２６が省略されている。例えば、ＳＩＶ７が電力を消費する場合、コンバータ３が非動作状態では直流電圧ＥｃＯが低下するため、この直流電圧ＥｃＯの低下に応じてインバータ４の回生電力量を増加させれば実施の形態１と同等の機能となる。
【００２４】
以下、架線電源消失時における交流電気車の制御装置の具体的な動作を説明する。離線あるいはセクション通過等の要因によって架線電源の消失が発生した場合、図示しない停電検知器により架線電源の消失が検知され、コンバータ３が動作停止し、接触器９が開放される。一方、インバータ４は電気ブレーキモードとして動作継続し、スイッチ１３が通常時から停電時に切替える。第２の演算処理部３１では、実施の形態１と同様に、減算器２１が直流電圧指令Ｅｃ＊と直流電圧ＥｃＯとの偏差を求め、ＰＩＤ演算器２４が当該偏差に基づき回生トルク指令値ＴＲＱ２を得る。
【００２５】
なお、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置の構成は、第１の演算処理部３０と加算器２６を省略した場合に限定されるものではなく、第２の演算処理部３１に代えて第１の演算処理部３０で構成してもよい。すなわち、架線電源消失時にコンバータ３が動作停止した場合、ＳＩＶ７による電力消費が主となるため、第２の演算処理部３１を無くしても、第１の演算処理部３０によって同等の機能が得られることは自明である。
【００２６】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる交流電気車の制御装置は、離線などによる架線電源消失時に、第１の演算処理部３０または第２の演算処理部３１の何れか一方を有して構成するようにしたので、実施の形態１と同様にＳＩＶ７を継続動作させることができると共に、ＣＴ８を省略することができるため実施の形態１に比べ更に簡素化された装置構成とすることが可能である。また、第１の演算処理部３０のみで構成した場合、装置の更なる簡素化とともに、ＳＩＶ７への適切な電力供給を実現することができる。また、第２の演算処理部３１のみで構成した場合、電圧情報のみで回生トルク指令ＴＲＱ２を生成できるため、装置の更なる簡素化とともに、ＳＩＶ７への迅速な電力供給を実現することができる。
【００２７】
なお、実施の形態１および２に示した交流電気車の制御装置は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明は、交流電気車の制御装置に適用可能であり、特に、架線電源消失時にも車両に電源を供給する補助電源装置を簡素な構成で継続動作させる発明として有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１  パンタグラフ
２  主変圧器
３  コンバータ
４  インバータ
５  フィルタコンデンサ
６  主電動機
７  補助電源装置
８  電流センサ
９  接触器
１０  中間直流回路部
１１  回生ブレーキトルク指令演算部
１２  力行トルク指令・回生ブレーキトルク指令演算部
１３  スイッチ
２１  減算器
２２  乗算器
２３  除算器
２４  ＰＩＤ演算器
２５  ゲイン付加器
２６  加算器
３０  第１の演算処理部
３１  第２の演算処理部
Ｅｃ＊  直流電圧指令（直流電圧基準）
ＥｃＯ  直流電圧
ＦＭ  ロータ周波数（電動機の周波数）
Ｉｓｖ  ＳＩＶ入力電流
ＴＰ１  第１の回生トルク指令値
ＴＰ２  第２の回生トルク指令値
ＴＲＱ１，ＴＲＱ２  回生トルク指令値
【手続補正２】
【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】
交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータにより駆動、および制御される電動機とを備えた交流電気車の制御装置において、
前記電動機のトルク指令値を演算し前記インバータに出力するトルク指令演算部と、
前記交流電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置と、
を備え、
前記コンバータに前記交流電圧が印加されない場合、
前記トルク指令演算部は、前記補助電源装置の入力電圧に基づき前記補助電源装置の消費電力に応じた回生トルク指令値を演算し、
前記インバータは、前記回生トルク指令値に従って、前記電動機が発生した回生電力を前記補助電源装置に供給すること、
を特徴とする交流電気車の制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令演算部は、
前記補助電源装置に印加される直流電圧の値が一定に保たれる回生トルク指令値を演算し、
前記インバータは、
前記回生トルク指令値に従って、前記補助電源装置に前記回生電力を供給すること、
を特徴とする請求項１に記載の交流電気車の制御装置。
【請求項３】
交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータにより駆動、および制御される電動機とを備えた交流電気車の制御装置において、
前記電動機のトルク指令値を演算し前記インバータに出力するトルク指令演算部と、
前記交流電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置と、
を備え、
前記コンバータに前記交流電圧が印加されない場合、
前記トルク指令演算部は、前記電動機のロータ周波数と前記補助電源装置の入力電流と前記補助電源装置の入力電圧とに基づき前記補助電源装置の消費電力に応じた回生トルク指令値を演算し、
前記インバータは、前記回生トルク指令値に従って、前記電動機が発生した回生電力を前記補助電源装置に供給すること、
を特徴とする交流電気車の制御装置。
【請求項４】
前記トルク指令演算部は、
前記補助電源装置の消費電力が補償される回生トルク指令値を演算し、
前記インバータは、
前記回生トルク指令値に従って、前記補助電源装置に前記回生電力を供給すること、
を特徴とする請求項３に記載の交流電気車の制御装置。
【請求項５】
前記トルク指令演算部は、
前記補助電源装置の消費電力が補償される第１の回生トルク指令値と、前記補助電源装置に印加される直流電圧の値が一定に保たれる第２の回生トルク指令値とを演算し、
前記インバータは、
前記第１の回生トルク指令値および前記第２の回生トルク指令値に従って、前記補助電源装置に前記回生電力を供給すること、
を特徴とする請求項３に記載の交流電気車の制御装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月20日(2010.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため、交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動、および制御される電動機とを備えた交流電気車の制御装置において、前記電動機のトルク指令値を演算し前記インバータに出力するトルク指令演算部と、前記交流電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置と、を備え、前記コンバータに前記交流電圧が印加されない場合、前記トルク指令演算部は、前記電動機のロータ周波数と前記補助電源装置の入力電流と前記補助電源装置の入力電圧とに基づき前記補助電源装置の消費電力に応じた回生トルク指令値を演算し、前記インバータは、前記回生トルク指令値に従って、前記電動機が発生した回生電力を前記補助電源装置に供給すること、を特徴とする。
【手続補正２】
【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】
交流架線より変圧器を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータにより駆動、および制御される電動機とを備えた交流電気車の制御装置において、
前記電動機のトルク指令値を演算し前記インバータに出力するトルク指令演算部と、
前記交流電気車に搭載される負荷に電力を供給する補助電源装置と、
を備え、
前記コンバータに前記交流電圧が印加されない場合、
前記トルク指令演算部は、前記電動機のロータ周波数と前記補助電源装置の入力電流と前記補助電源装置の入力電圧とに基づき前記補助電源装置の消費電力に応じた回生トルク指令値を演算し、
前記インバータは、前記回生トルク指令値に従って、前記電動機が発生した回生電力を前記補助電源装置に供給すること、
を特徴とする交流電気車の制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令演算部は、
前記補助電源装置の消費電力が補償される回生トルク指令値を演算し、
前記インバータは、
前記回生トルク指令値に従って、前記補助電源装置に前記回生電力を供給すること、
を特徴とする請求項１に記載の交流電気車の制御装置。
【請求項３】
前記トルク指令演算部は、
前記補助電源装置の消費電力が補償される第１の回生トルク指令値と、前記補助電源装置に印加される直流電圧の値が一定に保たれる第２の回生トルク指令値とを演算し、
前記インバータは、
前記第１の回生トルク指令値および前記第２の回生トルク指令値に従って、前記補助電源装置に前記回生電力を供給すること、
を特徴とする請求項２に記載の交流電気車の制御装置。
【国際調査報告】
2010109607.tif 000005
2010109607.tif 000006
2010109607.tif 000007