(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を供給されて、車両駆動用の主電動機を駆動するための交流電圧を生成する電気車制御装置において、
供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの動作を制御するコンバータ用ゲート制御装置とを有し、前記コンバータと前記コンバータ用ゲート制御装置とが一体化して配置されるコンバータユニットと、
前記コンバータから出力された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換するＶＶＶＦインバータと、前記ＶＶＶＦインバータの動作を制御するインバータ用ゲート制御装置とを有し、前記ＶＶＶＦインバータと前記インバータ用ゲート制御装置とが一体化して配置されるインバータユニットと、
前記コンバータと前記ＶＶＶＦインバータとの間の回路である直流リンク回路に設けられた中性点接地回路と、
前記直流リンク回路の前記中性点接地回路と前記ＶＶＶＦインバータとの間に設けられ、前記直流リンク回路の電圧を所定値以下に抑制する過電圧抑制回路と、
前記コンバータ用ゲート制御装置と前記インバータ用ゲート制御装置とに電気的に接続してそれぞれのゲート制御装置との間で保護動作と制御動作とに関する信号を授受する上位制御装置と、を備え、
前記上位制御装置は、
通信線を介して通信方式によって前記コンバータ用ゲート制御装置及び前記インバータ用ゲート制御装置と、前記制御動作に関する信号を授受し、
前記コンバータ用ゲート制御装置及び前記インバータ用ゲート制御装置と、前記上位制御装置に設けられたハードウエア論理回路を介した第１の信号線によって更に電気的に接続され、
前記第１の信号線を介して前記保護動作に関する信号が授受され、
前記過電圧抑制回路と接続された電気式の第２の信号線によって前記過電圧抑制回路の動作を制御する、
電気車制御装置。
【請求項２】
前記コンバータのゲートと前記ＶＶＶＦインバータのゲートを制御するゲート信号が電気式の信号である、請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記コンバータのゲートを制御するゲート信号が光式の信号であり、前記ＶＶＶＦインバータのゲートを制御するゲート信号が電気式の信号である、請求項１に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両を走行させるための駆動装置には、架線からの電力を受け取り、車両駆動に必要な電力を生成する電力変換器がある。電力変換器には駆動電力を生成するためのスイッチングを行う半導体素子が内蔵されている。近年では、この半導体素子の電圧定格、電流定格がアップしたことなどによって、大容量出力の電力変換器が製造できるようになった。この結果、多くの鉄道車両に大容量出力可能な電力変換器が搭載されるようになってきた。
【０００３】
上記の鉄道車両において、供給電力は交流・直流があり、供給電力によって交流駆動システムまたは直流駆動システムに分けられている。交流駆動システムでは、前述のように定格電圧の高い半導体素子が使用されるようになったことから、交流架線に接続して設けられているトランスの電力変換器側の電圧である二次電圧を高く設定する必要がある。トランスの二次側の電圧を高く設定することによって、電力変換器への通流電流を低くし、電力変換器に内蔵される半導体素子への負担や、駆動電力を生成する際の消費電力を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８６９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した交流駆動システムでは、二次側の極間電圧が高圧になるため、高圧のトランスの二次側に設けられた接触器の開閉時、特に開路時には、電圧を遮断する際に大きい遮断サージが生じるおそれがあった。この遮断サージは、電力変換器を制御するゲート制御装置が出力する制御信号が流れるゲート信号線へ影響を及ぼしやすく、電力変換器の正常な動作が阻害され車両の安全な走行に支障をきたすおそれがあった。  
そこで、電力変換器とゲート制御装置とを一体化して、遮断サージの影響を受け易いゲート信号線の長さを最小限とすることで耐ノイズ性能を向上させることが考えられる。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、交流架線システムの性能を維持ししつつゲート制御装置と電力変換器とを一体構造として、交流駆動システムの機能を維持しながら車両の走行の信頼性を向上する電気車制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の実施の形態によれば、交流電圧を供給されて、車両駆動用の主電動機を駆動するための交流電圧を生成する電気車制御装置において、供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの動作を制御するコンバータ用ゲート制御装置とを有し、前記コンバータと前記コンバータ用ゲート制御装置とが一体化して配置されるコンバータユニットと、前記コンバータから出力された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換するＶＶＶＦインバータと、前記ＶＶＶＦインバータの動作を制御するインバータ用ゲート制御装置とを有し、前記ＶＶＶＦインバータと前記インバータ用ゲート制御装置とが一体化して配置されるインバータユニットと、前記コンバータと前記ＶＶＶＦインバータとの間の回路である直流リンク回路に設けられた中性点接地回路と、前記直流リンク回路の前記中性点接地回路と前記ＶＶＶＦインバータとの間に設けられ、前記直流リンク回路の電圧を所定値以下に抑制する過電圧抑制回路と、前記コンバータ用ゲート制御装置と前記インバータ用ゲート制御装置とに電気的に接続してそれぞれのゲート制御装置との間で保護動作と制御動作とに関する信号を授受する上位制御装置と、を備え、前記上位制御装置は、通信線を介して通信方式によって前記コンバータ用ゲート制御装置及び前記インバータ用ゲート制御装置と、前記制御動作に関する信号を授受し、前記コンバータ用ゲート制御装置及び前記インバータ用ゲート制御装置と、前記上位制御装置に設けられたハードウエア論理回路を介した第１の信号線によって更に電気的に接続され、前記第１の信号線を介して前記保護動作に関する信号が授受され、前記過電圧抑制回路と接続された電気式の第２の信号線によって前記過電圧抑制回路の動作を制御する、電気車制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の電気車制御装置の主回路の構成と制御装置との接続を示す図。
【図２】第１の実施形態の電気車制御装置の制御装置の構成と配線の接続を示す図。
【図３】第１の実施の形態の電気車制御装置のコンバータのＩＧＢＴの故障を検出する方法を模式的に示す図。
【図４】第２の実施形態の電気車制御装置の主回路の構成と制御装置との接続を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[第１の実施の形態]  
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。
【００１０】
図１は、第１の実施形態の電気車制御装置の主回路の構成と制御装置（コンバータ用ゲート制御装置、インバータ用ゲート制御装置、上位系制御装置）との接続を示す図である。
【００１１】
第１の実施の形態の電気車制御装置は、主回路、主電動機２５、コンバータ用ゲート制御装置２６、インバータ用ゲート制御装置２７、上位系制御装置２８を備えている。  
主電動機２５は電気車を駆動する。主回路は架線（不図示）から取り出した交流電力から主電動機２５を制御するための交流電力を生成する。コンバータ用ゲート制御装置２６は、主回路に含まれるコンバータ（後述する）を制御する。インバータ用ゲート制御装置２７は、主回路に含まれるインバータ（後述する）を制御する。上位系制御装置２８は、主回路、コンバータ用ゲート制御装置２６、インバータ用ゲート制御装置２７の動作を統括して制御する。
【００１２】
続いて主回路の構成と作用について説明する。
【００１３】
交流電力が架線（不図示）からパンタグラフ１を介して取り出され、交流高速度遮断器２を経由してトランス３の一次側に供給される。トランス３によって降圧された交流電力は、二次側に設けられた接触器４、充電抵抗接続用接触器５、充電抵抗６を介してコンバータ２０へ接続される。
【００１４】
運転手が運転台から走行開始の操作を行なうと、接触器５が動作し充電抵抗６を介して充電電流が主回路を流れ、回路のコンデンサを充電する。そしてそれに続くタイミングで接触器４が動作して、トランス３の二次側の電圧がコンバータ２０に供給される。
【００１５】
コンバータ２０は、入力される単相交流電圧を直流電圧に変換する整流器であり、コンバータ用のスイッチング素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）７を組み合わせた全波整流器として構成されている。コンバータ用ゲート制御装置２６が、ゲートアンプ８を介してコンバータ用のＩＧＢＴ７を直接駆動することで、整流動作が実行される。
【００１６】
コンバータ２０の後段（トランス３と反対側）の直流リンク回路４０にはフィルタコンデンサ９、接地フィルタコンデンサ１１、直流側電圧検出器３８、フィルタコンデンサ１０、過電圧抑制回路２２がこの順序で接続されている。
【００１７】
フィルタコンデンサ９は、コンバータ２０から出力される直流電圧の脈動成分を平滑化する。接地フィルタコンデンサ１１は２個のコンデンサが内蔵されたものを使用しており、その中間電位が接地抵抗１７と接地コンデンサ１８を介して筐体へ接地される。即ち、接地フィルタコンデンサ１１、接地抵抗１７、接地コンデンサ１８は、中性点接地回路を
構成している。中性点接地回路によって、装置の耐圧を確保している。
【００１８】
直流側電圧検出器３８は、コンバータ２０の後段の直流電圧を検出する。検出した信号はコンバータ用ゲート制御装置２６、インバータ用ゲート制御装置２７にそれぞれ信号線４１、４２を介して出力される。コンバータ用ゲート制御装置２６、インバータ用ゲート制御装置２７は、この信号に基づいて直流電圧の過電圧を検出する。なお、信号線４１、４２は、電気式として電線で構成される。
【００１９】
フィルタコンデンサ１０は、フィルタコンデンサ９と同様に直流電圧の脈動成分を平滑化する。フィルタコンデンサ１０は、フィルタコンデンサ９からフィルタコンデンサ１０までの間の配線、回路の影響による脈動をさらに低減する。
【００２０】
ＶＶＶＦインバータ２１は、供給される直流電圧を元に三相の交流電圧を生成する。ＶＶＶＦインバータ２１は、直流の電圧を正弦波の高さに応じた幅のパルスで刻むことで三相交流電圧を発生させるものである。インバータ用ゲート制御装置２７が、ゲートアンプ１６を介してＶＶＶＦインバータ用のＩＧＢＴ１５を直接駆動することで、交流生成動作が実行される。そして、このようにして生成した三相交流の電力を主電動機２５に供給する。
【００２１】
また、ＶＶＶＦインバータ２１の前段には、過電圧抑制回路２２が設けられている。電気車の制動時においては、主電動機２５によって発電される電力が、電動機からＶＶＶＦインバータ２１の直流電圧側へ向かって流れる。過電圧抑制回路２２は、このような場合において、主回路の電圧が所定値以上に上昇することを防止するための回路である。
【００２２】
具体的には、コンバータ用ゲート制御装置２６、インバータ用ゲート制御装置２７が直流側電圧検出器３８で測定した主回路の電圧を監視し、電圧値が所定の値以上となったときに、上位系制御装置２８が、ゲートアンプ１４を介して過電圧抑制回路用半導体素子１３を直接駆動することで、過電圧を放電抵抗１２を介して放電させる。上位系制御装置２８と過電圧抑制回路２２のゲートアンプ１４とを接続するゲート信号線３９は、電気式として電線で構成される。
【００２３】
コンバータ用ゲート制御装置２６とコンバータ２０とは一体化されたコンバータユニット３３として構成されている。従って、コンバータ用ゲート制御装置２６とコンバータ２０とは近接して配置されている。このため、コンバータ用ゲート制御装置２６とコンバータ用ＩＧＢＴ７を駆動するゲートアンプ８とを結ぶゲート信号線２３は短くすることができる。例えば、従来３〜６ｍを必要としたゲート信号線２３の長さは、１ｍ以下となっている。なお、コンバータ用ゲート制御装置２６とコンバータ２０とを接続するゲート信号線２３は電気式として電線で構成される。
【００２４】
またコンバータ用ゲート制御装置２６には、上述の直流側電圧検出器３８で測定した主回路の電圧値の他に、架線電圧検出器３５で検出したトランス３の二次側電圧値、コンバータ入力電流検出器３６で検出した電流値が入力されている。さらに、コンバータ用ゲート制御装置２６には、ゲートアンプ８の応答信号（不図示）が入力されている。コンバータ用ゲート制御装置２６は、上位系制御装置２８及びインバータ用ゲート制御装置２７と協働して、これらの信号に基づいてコンバータ２０の動作を制御し、あるいは異常の発生を検知して主回路を保護するための動作（保護動作）を実行する。
【００２５】
インバータ用ゲート制御装置２７とＶＶＶＦインバータ２１は一体化されたＶＶＶＦインバータユニット３４として構成されている。従って、インバータ用ゲート制御装置２７とＶＶＶＦインバータ２１とは近接して配置されている。このため、インバータ用ゲート制御装置２７とＶＶＶＦインバータ用ＩＧＢＴ１５を駆動するゲートアンプ１６とを結ぶゲート信号線２４は短くすることができる。例えば、従来３〜６ｍを必要としたゲート信号線２４の長さは、１ｍ以下となっている。なお、インバータ用ゲート制御装置２７とＶＶＶＦインバータ２１とを接続するゲート信号線２４、は電気式として電線で構成される。
【００２６】
またインバータ用ゲート制御装置２７には、上述の直流側電圧検出器３８で測定した主回路の電圧値の他に、インバータ出力電流検出器３７で検出したＶＶＶＦインバータ２１の出力電流値が入力されている。インバータ用ゲート制御装置２７は、上位系制御装置２８及びコンバータ用ゲート制御装置２６と協働して、これらの信号に基づいてＶＶＶＦインバータ２１の動作を制御し、あるいはこれらの信号から異常の発生を検知して主回路を保護するための動作（保護動作）を実行する。
【００２７】
上位系制御装置２８は、コンバータ用ゲート制御装置２６及びインバータ用ゲート制御装置２７と協働して、コンバータ２０及びＶＶＶＦインバータ２１の動作を制御し、あるいは主回路を保護するための動作（保護動作）を実行する。上位系制御装置２８とコンバータ用ゲート制御装置２６との間は、通信線２９と信号線３１とで電気的に接続されている。上位系制御装置２８とインバータ用ゲート制御装置２７との間は、通信線３０と信号線３２とで電気的に接続されている。
【００２８】
図２は、第１の実施形態の電気車制御装置の制御装置（コンバータ用ゲート制御装置、インバータ用ゲート制御装置、上位系制御装置）の構成と配線の接続を示す図である。なお、図２では、説明の簡略のため主な配線についてのみ表している。図２に記載されていない配線であっても、上述の説明で記載された配線については接続されている。
【００２９】
上位系制御装置２８は、制御部２８ａ、論理部２８ｂ及び通信部２８ｃを備えている。制御部２８ａは、上位系制御装置２８の動作を統括して制御する。通信部２８ｃは、通信線２９を介して通信方式に従ってコンバータ用ゲート制御装置２６と情報を授受し、通信線３０を介して通信方式に従ってインバータ用ゲート制御装置２７と情報を授受する。
【００３０】
制御部２８ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、ソフトウエア論理に従って情報を処理し、通信部２８ｃを介して伝送によってコンバータ用ゲート制御装置２６及びインバータ用ゲート制御装置２７と情報を授受する。これら伝送によって処理される信号はＣＰＵによって処理されるためＣＰＵの処理時間によって送信の遅れが生じる。しかし、伝送では多くの情報量が処理可能であるため、例えば、１ｍｓ以上の周期で更新されても問題ない信号情報はこの通信線２９、３０を介して送受信される。
【００３１】
論理部２８ｂは、信号線３１を介してコンバータ用ゲート制御装置２６と接続し、信号線３２を介してインバータ用ゲート制御装置２７と接続し、ゲート信号線３９を介して直流リンク回路４０と接続する。論理部２８ｂは、ハードウエアの論理回路で構成され、入力される信号をこの論理回路で処理した信号を出力する。論理部２８ｂは、純粋にハードウエア回路のみで処理されるため、上述のＣＰＵによるソフトウエア処理と比較すると高速に処理することができる。従って、この信号線３１、３２で入出力される信号は、例えば、１００μｓ以内で動作が行われる。なお、論理部２８ｂを介して授受される信号は、制御部２８ａにも出力される。
【００３２】
コンバータ用ゲート制御装置２６は、制御部２６ａ、論理部２６ｂ及び通信部２６ｃを備えている。制御部２６ａは、コンバータ用ゲート制御装置２６の動作を統括して制御する。通信部２６ｃは、通信線２９を介して上位系制御装置２８と接続する。論理部２６ｂは、信号線３１を介して上位系制御装置２８と接続し、信号線４１を介して直流リンク回路４０と接続する。
【００３３】
制御部２６ａは、ＣＰＵを有し、ソフトウエア論理に従って情報を処理し、通信部２６ｃを介して伝送によって上位系制御装置２８と情報を授受する。伝送によって処理される信号はＣＰＵの処理時間によって送信の遅れが生じる。しかし、伝送では多くの情報量が処理可能であるため、例えば、１ｍｓ以上の周期で更新されても問題ない信号情報はこの通信線２９を介して送受信される。
【００３４】
論理部２６ｂは、ハードウエアの論理回路で構成され、入力される信号をこの論理回路で処理した信号を出力する。論理部２６ｂは、純粋にハードウエア回路のみで処理されるため、上述のＣＰＵによるソフトウエア処理と比較すると高速に処理することができる。従って、信号線３１、４１で入出力される信号は、例えば、１００μｓ以内で動作が行われる。なお、論理部２６ｂを介して授受される信号は、制御部２６ａにも出力される。
【００３５】
インバータ用ゲート制御装置２７は、制御部２７ａ、論理部２７ｂ及び通信部２７ｃを備えている。制御部２７ａは、インバータ用ゲート制御装置２７の動作を統括して制御する。通信部２７ｃは、通信線３０を介して上位系制御装置２８と接続する。論理部２７ｂは、信号線３２を介して上位系制御装置２８と接続し、信号線４２を介して直流リンク回路４０と接続する。
【００３６】
制御部２７ａは、ＣＰＵを有し、ソフトウエア論理に従って情報を処理し、通信部２７ｃを介して伝送によって上位系制御装置２８と情報を授受する。伝送によって処理される信号はＣＰＵの処理時間によって送信の遅れが生じる。しかし、伝送では多くの情報量が処理可能であるため、例えば、１ｍｓ以上の周期で更新されても問題ない信号情報はこの通信線３０を介して送受信される。
【００３７】
論理部２７ｂは、ハードウエアの論理回路で構成され、入力される信号をこの論理回路で処理した信号を出力する。論理部２７ｂは、純粋にハードウエア回路のみで処理されるため、上述のＣＰＵによるソフトウエア処理と比較すると高速に処理することができる。従って、信号線３２、４２で入出力される信号は、例えば、１００μｓ以内で動作が行われる。なお、論理部２７ｂを介して授受される信号は、制御部２７ａにも出力される。
【００３８】
続いて、図１、図２を参照しつつ、電気車制御装置の信号授受に関する動作について説明する。
【００３９】
[伝送線を介した制御動作の信号授受]  
上位系制御装置２８は、運転台（不図示）からの指令に基づき、コンバータ２０の入力部に接続された接触器４と充電抵抗接続用接触器５との開閉制御を行うとともに、コンバータ用ゲート制御装置２６とインバータ用ゲート制御装置２７へのゲートスタート、ストップの指令、インバータ用ゲート制御装置２７へのモータ出力トルクの指令をそれぞれに接続された通信線２９，３０を介して指令する。
【００４０】
上位系制御装置２８は、インバータ用ゲート制御装置２７から通信線３０を介して送信されてくる出力パワーの信号を、コンバータ用ゲート制御装置２６へ通信線２９を介して送信する。コンバータ用ゲート制御装置２６には架線電圧検出器３５が接続されており、この信号に基づきコンバータ用ゲート制御装置２６は架線電圧を演算し、演算した架線電圧の値を通信線２９を介して上位系制御装置２８へ送信する。上位系制御装置２８は送信されてくる架線電圧の値を、インバータ用ゲート制御装置２７へ通信線３０を介して送信する。
【００４１】
[信号線を介した保護動作の信号授受：コンバータ過電流検知]  
コンバータ用ゲート制御装置２６はコンバータ入力電流検出器３６と接続されている。コンバータ用ゲート制御装置２６は、コンバータ入力電流検出器３６からの信号に基づきコンバータ２０入力の過電流を検知する。コンバータ用ゲート制御装置２６は、コンバータ過電流を検知したときは、コンバータ２０のゲートをオフするとともに、ＶＶＶＦインバータ２１のゲートを１００μｓ以内にオフするために信号線３１を介してコンバータ過電流検知信号を上位系制御装置２８へ伝達する。上位系制御装置２８は、信号線３２を介してコンバータ過電流検知信号をインバータ用ゲート制御装置２７へ伝達する。インバータ用ゲート制御装置２７は、コンバータ過電流検知信号を受信すると、ＶＶＶＦインバータ２１のゲートをオフする。
【００４２】
[信号線を介した保護動作の信号授受：インバータ過電流検知]
上述と同様にインバータ用ゲート制御装置２７は、インバータ出力電流検出器３７と接続されている。インバータ用ゲート制御装置２７は、インバータ出力電流検出器３７からの信号に基づきＶＶＶＦインバータ２１出力の過電流を検知する。インバータ用ゲート制御装置２７は、インバータ過電流を検知したときは、ＶＶＶＦインバータ２１のゲートをオフするとともに、コンバータ２０のゲートを１００μｓ以内にオフするために信号線３２を介してインバータ過電流検知信号を上位系制御装置２８へ伝達する。上位系制御装置２８は、信号線３１を介してインバータ過電流検知信号をコンバータ用ゲート制御装置２６へ伝達する。コンバータ用ゲート制御装置２６は、インバータ過電流検知信号を受信すると、コンバータ２０のゲートをオフする。
【００４３】
これら過電流検知によるコンバータ２０、ＶＶＶＦインバータ２１のゲートをオフする動作は、信号線３１、３２を介して行われ、ＣＰＵによる伝送処理などのソフトウエアを介さずに純粋にハードウエアの論理のみで行われるため１００μｓ以内で動作する。
【００４４】
[信号線を介した保護動作の信号授受：コンバータＩＧＢＴ故障検知]  
図３は、第１の実施の形態の電気車制御装置のコンバータ２０のＩＧＢＴ７の故障を検出する方法を模式的に示す図である。
【００４５】
コンバータ用ゲート制御装置２６の制御部２６ａは、ゲートアンプ８に対してＯＮ／ＯＦＦのゲート指令信号を出力し、ゲートアンプ８からＩＧＢＴ７の応答信号（動作フィードバック信号）を入力する。そして、制御部２６ａは、指令信号と応答信号とを比較することでＩＧＢＴ７の故障（破壊など）を検知する。
【００４６】
コンバータ用ゲート制御装置２６は、ＩＧＢＴの破壊を検知したときは、コンバータ２０のゲートをオフするとともに、ＶＶＶＦインバータ２１のゲートを１００μｓ以内にオフするために信号線３１を介してコンバータ素子破壊検知信号を上位系制御装置２８へ伝達する。上位系制御装置２８は、信号線３２を介してコンバータ素子破壊検知信号をインバータ用ゲート制御装置２７へ伝達する。インバータ用ゲート制御装置２７は、コンバータ素子破壊検知信号を受信すると、ＶＶＶＦインバータ２１のゲートをオフする。
【００４７】
[信号線を介した保護動作の信号授受：インバータＩＧＢＴ故障検知]  
上述と同様にインバータ用ゲート制御装置２７は、ＶＶＶＦインバータ２１のＩＧＢＴ１５の故障を検出する手段を備えている。インバータ用ゲート制御装置２７は、ＩＧＢＴ１５の破壊を検知したときは、ＶＶＶＦインバータ２１のゲートをオフするとともに、コンバータ２０のゲートを１００μｓ以内にオフするために信号線３２を介してインバータ素子破壊検知信号を上位系制御装置２８へ伝達する。上位系制御装置２８は、信号線３１を介してインバータ素子破壊検知信号をコンバータ用ゲート制御装置２６へ伝達す。コンバータ用ゲート制御装置２６は、インバータ素子破壊検知信号を受信すると、コンバータ２０のゲートをオフする。
【００４８】
これらＩＧＢＴ故障検知によるコンバータ２０、ＶＶＶＦインバータ２１のゲートをオフする動作は、信号線３１、３２を介して行われ、ＣＰＵによる伝送処理などのソフトウエアを介さずに純粋にハードウエアの論理のみで行われるため１００μｓ以内で動作する。
【００４９】
[信号線を介した保護動作の信号授受：直流電圧過電圧検知]  
コンバータ用ゲート制御装置２６及びインバータ用ゲート制御装置２７にはコンバータ２０とＶＶＶＦインバータ２１との間の直流電圧を検知する直流側電圧検出器３８がそれぞれ信号線４１、４２によって接続されている。直流側電圧検出器３８が検出する信号に基づき、コンバータ用ゲート制御装置２６、インバータ用ゲート制御装置２７は直流電圧の過電圧を検出する。
【００５０】
コンバータ用ゲート制御装置２６及びインバータ用ゲート制御装置２７は、直流電圧の過電圧を検出した場合、コンバータ２０及びＶＶＶＦインバータ２１それぞれのゲートをオフするとともに、それぞれの信号線３１、３２を介して過電圧検知信号を上位系制御装置２８へ伝達する。上位系制御装置２８はゲート信号線３９を介して、過電圧抑制回路２２の過電圧抑制回路用半導体素子駆動用ゲートアンプ１４へ点弧信号を送信して過電圧抑制回路を動作させる。
【００５１】
直流電圧の過電圧検出時に過電圧抑制回路２２を動作させるこの動作は、信号線３１、３２を介して行われ、ＣＰＵによる伝送処理などのソフトウエアを介さずに純粋にハードウエアの論理のみで行われるため１００μｓ以内で動作する。
【００５２】
[第２の実施の形態]  
図４は、第２の実施形態の電気車制御装置の主回路の構成と制御装置（コンバータ用ゲート制御装置、インバータ用ゲート制御装置、上位系制御装置）との接続を示す図である。第２の実施の形態では、コンバータ用ゲート制御装置２６とコンバータ２０との間のゲート信号線が光式のゲート信号線５０を用いている点が第１の実施の形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付して、その詳細の説明は省略する。
【００５３】
コンバータ２０の交流入力側の電圧はＶＶＶＦインバータ２１の交流側の電圧より高く、接触器４の開閉に伴うサージが大きく発生する。そのため、ノイズの影響が懸念される場合には、コンバータ用ゲート制御装置２６とコンバータ２０との間のゲート信号線５０のみを光式のゲート信号線とする。
【００５４】
なお、図１及び図４に示す、第１及び第２の実施の形態の電気車制御装置では、接地フィルタコンデンサ１１を介した中性点接地回路を、直流側電圧検出器３８及び過電圧抑制回路２２とコンバータ２０との間に配置したことで以下に説明する利点を備えている。
【００５５】
接触器４の断続動作により発生するＭＨｚオーダの交流成分を持つサージ電流は、接触器４からコンバータ２０、接地フィルタコンデンサ１１、接地回路内の接地コンデンサ１８または接地抵抗１７、筐体、大地、トランス３、トランス３内の浮遊キャパシタ、接触器４の順に流れる。この結果、このサージ電流が低圧のゲート制御信号にノイズ外乱となって印加され、ゲート制御に誤動作を生じさせやすい状況となる。
【００５６】
即ち、中性点接地回路のトランス側は、サージ電流の流れる経路内にあるためノイズ外乱を受け易く、中性点接地回路のインバータ側は、サージ電流の流れる経路外にあるためノイズ外乱を受けにくい。
【００５７】
従って、コンバータ２０の半導体素子へのゲート信号はノイズ外乱を受けやすい状況となるため、ノイズの影響が懸念される場合には、ゲート信号線は、電気的なノイズ外乱の影響を受けない光ファイバを用いる。一方、サージ電流が流れる経路の外にある機器はノイズ外乱の影響を受けにくいため、安価な電気式のゲート信号として電線により接続することができる。
【００５８】
[実施の形態の効果]  
以上述べた各実施の形態で構成することにより、コンバータ用のゲート制御装置とインバータ用のゲート制御装置とを分離して、それぞれのゲート制御装置をコンバータ、インバータと一体化して構成することができた。その結果、ゲート制御装置とＩＧＢＴ間のゲート信号配線を短くすることが可能となり、更に、ゲート信号伝達用信号線として安価な電気式のゲート信号線を用いることが可能となった。
【００５９】
更に、ゲート制御装置をコンバータ用とインバータ用とに分割してそれぞれで一体化することにより、コンバータ及びインバータ全体を一体化することと比較して、個別に取り扱うことができ、かつ、取り扱うサイズ・重量共に小さくなるため、メンテナンス時における作業性を効率化することができる。
【００６０】
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。  
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１…パンタグラフ、２…交流高速度遮断器、３…トランス、４…接触器、５…接触器、６…充電抵抗、７…ＩＧＢＴ、８…ゲートアンプ、９…フィルタコンデンサ、１０…フィルタコンデンサ、１１…接地フィルタコンデンサ、１２…放電抵抗、１３…過電圧抑制回路用半導体素子、１４…ゲートアンプ、１５…ＩＧＢＴ、１６…ゲートアンプ、１７…接地抵抗、１８…接地コンデンサ、２０…コンバータ、２１…ＶＶＶＦインバータ、２２…過電圧抑制回路、２３…ゲート信号線、２４…ゲート信号線、２５…主電動機、２６…コンバータ用ゲート制御装置、２６ａ…制御部、２６ｂ…論理部、２６ｃ…通信部、２７…インバータ用ゲート制御装置、２８…上位系制御装置、２９…通信線、３０…通信線、３１…信号線、３２…信号線、３３…コンバータユニット、３４…ＶＶＶＦインバータユニット、３５…架線電圧検出器、３６…コンバータ入力電流検出器、３７…インバータ出力電流検出器、３８…直流側電圧検出器、３９…ゲート信号線、４０…直流リンク回路、４１…信号線、４２…信号線、５０…ゲート信号線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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