(57)【要約】【課題】  待機２重系車両用補助電源装置の運用系故障から待機系へ切換え、そして通電開始するまでの時間を短縮する。【解決手段】  運用していたインバータ４−１が故障すると、接触器２をＯＦＦ、初期充電回路３の接点ＳＷ１１をＯＦＦにし、運用系のインバータ内にあるフィルタコンデンサＦＣ−１の電荷を、待機していたインバータ４−２内のフィルタコンデンサＦＣ−２に、事前放電接点８と事前放電抵抗９から成る事前放電回路により放電し、両フィルタコンデンサの電圧Ｖｆｃ１，Ｖｆｃ２がほぼ等しくなると、フィルタコンデンサ間を接続していた事前放電接点８をＯＦＦとし事前放電回路を切り離し、系切換接点７を運用系から待機系に切換える。【選択図】      図１
2006074916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流を入力とし、直流入力をＯＮ／ＯＦＦする接触器と、
電源投入時のフィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための初期充電回路と、
前記フィルタコンデンサを有し、前記直流電流を正弦波ＰＷＭ交流に変換する２組のインバータと、
前記２組のインバータのうちいずれか一方を選択するための系切換接点と、
前記系切換接点により選択されたインバータの出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し負荷に電力を供給するための絶縁トランスと、
前記２組のインバータが個々に有する前記フィルタコンデンサ間を接触器と抵抗にて接続するフィルタコンデンサ接続回路と、
前記２組のインバータの切換時に、前記フィルタコンデンサ接続回路を閉じて運用側インバータのフィルタコンデンサの電荷を待機側のインバータのフィルタコンデンサに放電させて当該待機側のフィルタコンデンサを充電した後、当該待機側インバータを起動させる制御を実行する制御装置とを備えたことを特徴とする待機２重系車両用電源装置。
【請求項２】
直流電流を入力とし、直流入力をＯＮ／ＯＦＦする接触器と、
電源投入時のフィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための初期充電回路と、
前記フィルタコンデンサを有し、前記直流電流を正弦波ＰＷＭ交流に変換する２組のインバータと、
前記２組のインバータのうちいずれか一方を選択するための系切換接点と、
前記系切換接点により選択されたインバータの出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し負荷に電力を供給するための絶縁トランスと、
前記系切換接点と並列に接続された高抵抗と、
前記系切換接点を動作させて運用系と待機系のインバータを切換える制御を実行する制御装置とを備えたことを特徴とする待機２重系車両用電源装置。
【請求項３】
直流電流を入力とし、直流入力をＯＮ／ＯＦＦする接触器と、
電源投入時のフィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための初期充電回路と、
前記直流電流を正弦波ＰＷＭ交流に変換するフィルタコンデンサを有し、２組のインバータと、
前記２組のインバータのうちいずれか一方を選択するための系切換接点と、
前記系切換接点により選択されたインバータの出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し負荷に電力を供給するための絶縁トランスと、
前記系切換接点と並列に接続された抵抗と起動時に閉路する接点とから成る抵抗過熱防止回路と、
前記系切換接点を動作させて運用系と待機系のインバータを切換える制御を実行し、かつインバータの短絡故障時に前記抵抗過熱防止回路の接点を開くことにより抵抗の過熱を防止する制御を実行する制御装置とを備えたことを特徴とする待機２重系車両用電源装置。
【請求項４】
前記系切換接点と並列に電荷放電用整流器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の待機２重系車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、待機２重系車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、待機２重系車両用電源装置として特開２００２−１９１１０２号公報に記載のものが知られている。図９は従来の待機２重系車両用補助電源装置の回路図である。電源投入時のフィルタコンデンサＦＣ−１，ＦＣ−２への突入電流を抑制するために抵抗Ｒ１１と接点ＳＷ１１の並列回路で構成された初期充電回路３と、２組の直流を正弦波ＰＷＭ交流に変換するインバータ４−１，４−２と、この２組のインバータ４−１，４−２のうちいずれか一方を選択するための系切換接点７（ＳＷ１−１〜ＳＷ１−４）と、系切換接点７により選択されたインバータ４−１又は４−２の出力を正弦波に波形整形するためのＡＣフィルタ回路５と、ＡＣフィルタ回路５の出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し電車の負荷に電力を供給するための絶縁トランス６と、故障または運転系をの切換える際に、インバータ４−１，４−２内のフィルタコンデンサＦＣ−１，ＦＣ−２の電荷を放電するための、放電抵抗（Ｒ２）１０と放電接点（ＳＷ３）１１から構成されている。そして待機２重系補助電源装置は、各接点の切換動作、インバータ４−１，４−２をＰＷＭ制御するための制御装置２０を備えている。Ｒ１０−１，Ｒ１０−２は数百ｋΩの放電抵抗である。
【０００３】
図１０は、図９の回路図内の各要素の、運用系故障停止から待機系起動までの動作を表した波形図である。この図１０を参照して待機２重系車両用補助電源装置のインバータ４−１，４−２の運転中における故障発生から待機系への切換動作について説明する。運用していた系が故障すると（タイミングｔ００）、制御装置２０は系切換接点７（ＳＷ１−１とＳＷ１−３）をＯＮにした状態で、接触器２（ＣＴＴ）をＯＦＦとし（タイミングｔ１０）、次に放電接点１１（ＳＷ３）をＯＮとして（タイミングｔ２０）、放電抵抗１０（Ｒ２）を通してインバータ４−１内のフィルタコンデンサＦＣ−１の電荷を放電する（タイミングｔ２０〜ｔ３０）。フィルタコンデンサＦＣ−１の電圧が０Ｖになった段階で、制御装置２０は放電接点１１（ＳＷ３）をＯＦＦ（開放）とし、放電回路を切り離す（タイミングｔ３０）。続いて、系切換接点７（ＳＷ１−１とＳＷ１−３）をＯＦＦとし、系切換接点７（ＳＷ１−２とＳＷ１−４）をＯＮとする（タイミングｔ４０）。これにて、系切換接点７（ＳＷ１−２とＳＷ１−４）がＯＮとなり待機側のインバータ４−２へ切り替わる。次に、待機側インバータ４−２のフィルタコンデンサＦＣ−２への充電を行い、タイミングｔ５０にてフィルタコンデンサＦＣ−２の充電完了後にインバータ４−２の運転が開始される。
【０００４】
このように、従来の待機２重系車両用補助電源装置では、運用していた系での故障発生から待機系への運転切換まで、フィルタコンデンサＦＣ−１，ＦＣ−２の充放電による時間がかかり、故障発生時の再通電までに時間を要する問題点があった。
【特許文献１】特開２００２−１９１１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、運用系停止から待機系への切換通電開始までの時間を短縮することができる待機２重系車両用電源装置を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の待機２重系車両用電源装置は、直流電流を入力とし、直流入力をＯＮ／ＯＦＦする接触器と、電源投入時のフィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための初期充電回路と、前記フィルタコンデンサを有し、前記直流電流を正弦波ＰＷＭ交流に変換する２組のインバータと、前記２組のインバータのうちいずれか一方を選択するための系切換接点と、前記系切換接点により選択されたインバータの出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し負荷に電力を供給するための絶縁トランスと、前記２組のインバータが個々に有するフィルタコンデンサ間を接触器と抵抗にて接続するフィルタコンデンサ接続回路と、インバータの切換時に、前記フィルタコンデンサ接続回路を閉じて運用側インバータのフィルタコンデンサの電荷を待機側のインバータのフィルタコンデンサに放電させて当該待機側のフィルタコンデンサを充電した後、当該待機側インバータを起動させる制御を実行する制御装置とを備えたものである。
【０００７】
また、本発明の待機２重系車両用電源装置は、直流電流を入力とし、直流入力をＯＮ／ＯＦＦする接触器と、電源投入時のフィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための初期充電回路と、前記フィルタコンデンサを有し、前記直流電流を正弦波ＰＷＭ交流に変換する２組のインバータと、前記２組のインバータのうちいずれか一方を選択するための系切換接点と、前記系切換接点により選択されたインバータの出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し負荷に電力を供給するための絶縁トランスと、前記系切換接点と並列に接続された高抵抗と、前記系切換接点を動作させて運用系と待機系のインバータを切換える制御を実行する制御装置とを備えたものである。
【０００８】
また本発明の待機２重系車両用電源装置は、直流電流を入力とし、直流入力をＯＮ／ＯＦＦする接触器と、電源投入時のフィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための初期充電回路と、前記フィルタコンデンサを有し、前記直流電流を正弦波ＰＷＭ交流に変換する２組のインバータと、前記２組のインバータのうちいずれか一方を選択するための系切換接点と、前記系切換接点により選択されたインバータの出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し負荷に電力を供給するための絶縁トランスと、前記系切換接点と並列に接続された抵抗と起動時に閉路する接点から成る抵抗過熱防止回路と、前記系切換接点を動作させて運用系と待機系のインバータを切換える制御を実行するインバータの短絡故障時に前記抵抗過熱防止回路の接点を開くことにより抵抗の過熱を防止する制御装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インバータ部を２系統とした待機２重系車両用電源装置の切換時間が大幅に短縮できることから停電時間を大幅に短縮することができ、例えば夜間運用中に故障した場合に停電時間が短縮できてサービスの向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１１】
（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形態の待機２重系車両用電源装置の回路図である。直流の電車線１を入力とし、電車線１からの電力をＯＮ／ＯＦＦするための接触器（ＣＴＴ）２と電源投入時のフィルタコンデンサＦＣ−１，ＦＣ−２への突入電流を抑制するために抵抗Ｒ１１と接点ＳＷ１１の並列接続回路で構成される初期充電回路３と、直流を正弦波ＰＷＭ交流に変換する２組のインバータ４−１，４−２と、この２組のインバータ４−１，４−２のうちいずれか一方を選択するために接点ＳＷ１−１〜ＳＷ１−４から成る系切換接点７と、系切換接点７により選択されたインバータ４−１又は４−２の出力を正弦波に波形整形するためのＡＣフィルタ回路５と、ＡＣフィルタ回路５の出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し電車の負荷に電力を供給するための絶縁トランス６と、２組のインバータ４−１，４−２のフィルタコンデンサＦＣ−１，ＦＣ−２間に接続した事前放電接点（ＳＷ２）８とこれに直列に接続された事前放電抵抗（Ｒ１）９とから構成される。制御装置２０は各接点のＯＮ，ＯＦＦを図２のタイミングで制御し、またインバータ４−１，４−２に対してＰＷＭ信号ＰＷＭ−１，ＰＷＭ−２を与えて駆動する制御を司るコンピュータである。尚、その他の回路要素に付いては、図１０の従来例と共通しており、共通の符号を用いて示してある。
【００１２】
図２は図１の回路図内の各要素の、運用系故障から待機系への切換、そして運転停止までの動作を表した波形図である。運用していた系のインバータ４−１が故障すると（タイミングｔ０１）、制御装置２０は接触器（ＣＴＴ）２をＯＦＦ、初期充電回路３の接点ＳＷ１１をＯＦＦ、系切換接点７（ＳＷ１−１，ＳＷ１−３）をＯＦＦにする（タイミングｔ１１）。次に制御装置２０は、運用していた系のインバータ４−１内にあるフィルタコンデンサＦＣ−１の電荷を待機していたインバータ４−２内のフィルタコンデンサＦＣ−２に、事前放電接点（ＳＷ２）８と事前放電抵抗（Ｒ１）９から成る事前放電回路により放電させる（タイミングｔ２１）。制御装置２０は、運用系のフィルタコンデンサＦＣ−１の電圧Ｖｆｃ１と待機系のフィルタコンデンサＦＣ−２の電圧Ｖｆｃ２がほぼ等しくなるタイミングｔ３１にて、フィルタコンデンサＦＣ−１，ＦＣ−２間を接続していた事前放電接点（ＳＷ２）８をＯＦＦにして事前放電回路を切り離す。
【００１３】
次に、制御装置２０は、接触器２（ＣＴＴ）をＯＮし（タイミングｔ４１）、系切換接点７を運用系（ＳＷ１−１，ＳＷ１−３）から待機系（ＳＷ１−２，ＳＷ１−４）に切換えて待機系インバータ４−２内のフィルタコンデンサＦＣ−２を所定の電圧まで充電する（タイミングｔ５１）。フィルタコンデンサＦＣ−２の電圧Ｖｆｃ２が所定の電圧に達すると、初期充電回路３の接点ＳＷ１１をＯＮとし、その後待機系での運転を開始する（タイミングｔ６１）。その後、全系を停止するときには、接触器（ＣＴＴ）２をＯＦＦし、初期充電回路３の接点ＳＷ１１をＯＦＦし（タイミングｔ７１）、さらに放電回路の接点（ＳＷ３）１１をＯＮにする（タイミングｔ８１）。
【００１４】
以上のように、第１の実施の形態の待機２重系車両用電源装置では、運用系の故障から待機系への切換において、運用系のフィルタコンデンサの放電と待機系のフィルタコンデンサの充電を同時に行えるため、切換時間の大部分を占めるフィルタコンデンサに対する充放電の時間が従来方式の約１／２となり、故障発生から待機側への切換時間が短縮でき、切換中の停電時間を短くすることができる。
【００１５】
（第２の実施の形態）図３は、本発明の第２の実施の形態の待機２重系車両用電源装置の回路図である。図１に示した第１の実施の形態に対して、２組のインバータ４−１，４−２内のフィルタコンデンサＦＣ−１，ＦＣ−２間に接続した事前放電接点（ＳＷ２）８と事前放電抵抗（Ｒ１）９を外し、系切換接点７のＳＷ１−１とＳＷ１−２に常時充電抵抗（Ｒ３）１２−１と（Ｒ４）１２−２それぞれを接続したことを特徴とする。他の回路要素は、第１の実施の形態と共通である。
【００１６】
このように構成した待機２重系車両用電源装置では、系切換接点７に接続した常時充電用の抵抗（Ｒ３）１２−１，（Ｒ４）１２−２により、インバータ４−１，４−２のうちの待機している側のインバータのフィルタコンデンサＦＣ−１，ＦＣ−２にも定格電圧まで常時充電されているることになる。図４は図３の回路図内の各要素の、運用系故障から待機系への切換、その後の運転停止までの動作を表した波形図である。上記の状態にて運用していた系のインバータ４−１が故障すると（タイミングｔ０２）、制御装置２０は接触器２（ＣＴＴ）をＯＦＦ、初期充電回路３の接点ＳＷ１１をＯＦＦにし、さらにＯＮしていた系切換接点７（ＳＷ１−１，ＳＷ１−３）をＯＦＦにする（タイミングｔ１２）。次に、接触器（ＣＴＴ）２をＯＮ、初期充電回路３の接点ＳＷ１１をＯＮにし、系切換接点７（ＳＷ１−２、ＳＷ１−４）をＯＮとして待機系インバータ内のフィルタコンデンサＦＣ−２を所定の電圧まで充電する（タイミングｔ２２，ｔ３２）。フィルタコンデンサＦＣ−２の電圧Ｖｆｃ２が所定の電圧に達すると、待機系での運転を開始する（タイミングｔ４２）。なお、待機系への切換に際しては、放電接点（ＳＷ３）１１はオープンのままとする。この後、運転停止するときには、インバータ４−２を停止させ、接触器（ＣＴＴ）２をＯＦＦし、初期充電回路３の接点ＳＷ１１もＯＦＦにし（タイミングｔ５２）、その後に放電接点（ＳＷ３）１１をクローズドにしてフィルタコンデンサの電荷を抵抗（Ｒ２）１０にて消費させる（タイミングｔ６２）。
【００１７】
この第２の実施の形態の待機２重系車両用電源装置では、運用系に故障が発生して待機系への切換動作に入ると、待機側のフィルタコンデンサも常時充電完了状態にあるため、切換完了にてほぼ即時に運転を開始でき、待機系への切換をいっそう短時間に完了することができる。
【００１８】
（第３の実施の形態）図５は、本発明の第３の実施の形態の待機２重系車両用電源装置の回路図である。図３に示した第２の実施の形態に対して、系切換接点７（ＳＷ１−１とＳＷ１−２）に並列に接続した常時充電抵抗（Ｒ３）１２−１，（Ｒ４）１２−２各々と直列に常時充電用接点（ＳＷ４）１３−１，（ＳＷ５）１３−２を接続したことを特徴とする。他の回路要素は、第２の実施の形態と共通である。
【００１９】
図６は図５の回路図内の各要素の、運用系故障から待機系に切換えた後、システム全体を運転停止するまでの動作を表した波形図である。本実施の形態の待機２重系車両用電源装置では、運用系のインバータ４−１が短絡故障に至った場合、制御装置２０はインバータフィードバック信号ＩＮＶ−１，ＩＮＶ−２からそれを検出し、ＣＴＴ２をＯＦＦし、接点ＳＷ１１をＯＦＦすると共に、常時充電用接点（ＳＷ４）１３−１，（ＳＷ５）１３−２を共に開放する（タイミングｔ０３，ｔ１３）。
【００２０】
運用系のインバータ４−１が短絡故障であった場合、第２の実施の形態では常時充電用の抵抗（Ｒ３）１２−１を通して電流が流れ続けるため、その抵抗に熱容量の大きいものが必要となるが、本実施の形態のように常時充電抵抗（Ｒ３）１２−１，（Ｒ４）１２−２各々と直列に入れた常時充電用接点（ＳＷ４）１３−１，（ＳＷ５）１３−２を開放することにより、電流を遮断することが可能となり、抵抗の熱容量の低減が図れる。
【００２１】
（第４の実施の形態）図７は、本発明の第３の実施の形態の待機２重系車両用電源装置の回路図である。この実施の形態の回路は、図１に示した第１の実施の形態に対して、系切換接点７（ＳＷ１−１とＳＷ１−２）に対して放電用整流器（Ｄ１）１４−１，（Ｄ２）１４−２を並列に接続したことを特徴としている。その他の構成は第１の実施の形態と共通である。
【００２２】
図８は図７の回路図内の各要素の、運用系故障から待機系への切換、その後のシステム全体の運転停止までの動作を表した波形図である。運用系故障停止（タイミングｔ０４）から待機系への切換運転（タイミングｔ０４〜ｔ６４）の制御は第１の実施の形態と同様である。そして本実施の形態では、システム全体の運転停止時において、そのときの待機側のインバータ４−１内のフィルタコンデンサＦＣ−１に電荷が残っている場合でも、放電接点（ＳＷ３）１１をＯＦＦ（接点閉）にすると、放電用整流器（Ｄ１）１４−１を通して電荷の放電が行われ、フィルタコンデンサＦＣ−１の放電時間を短くすることができる（図８におけるサークルＡの部分）。なお、この放電用整流器１４−１，１４−２の接続は、第２、第３の実施の形態に対しても等しく有効であり、図示しないが同様に運転停止時の放電時間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の待機２重系車両用電源装置の回路図。
【図２】図１の回路図内の各要素の運用系故障から待機系へ切換え、その後システム全体を運転停止するまでの動作を表した波形図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の待機２重系車両用電源装置の回路図。
【図４】図３の回路図内の各要素の運用系故障から待機系へ切換え、その後システム全体を運転停止するまでの動作を表した波形図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の待機２重系車両用電源装置の回路図。
【図６】図５の回路図内の各要素の運用系故障から待機系へ切換え、その後システム全体を運転停止するまでの動作を表した波形図。
【図７】本発明の第４の実施の形態の待機２重系車両用電源装置の回路図。
【図８】図７の回路図内の各要素の運用系故障から待機系へ切換え、その後システム全体を運転停止するまでの動作を表した波形図。
【図９】従来の待機２重系車両用電源装置の回路図。
【図１０】図９の回路図内の各要素の運用系故障から待機系へ切換え、その後システム全体を運転停止するまでの動作を表した波形図。
【符号の説明】
【００２４】
１  直流電源
２  接触器（ＣＴＴ）
３  初期充電用回路
４−１  インバータ（ＩＮＶ−１）
４−２  インバータ（ＩＮＶ−２）
５  ＡＣフィルタ
６  絶縁トランス
７  系切換接点
８  事前放電接点
９  事前放電抵抗
１０  放電抵抗
１１  放電接点
１２−１，１２−２  常時充電用抵抗
１３−１，１３−２  常時充電用接点
１４−１，１４−２  放電用整流器
ＦＣ−１，ＦＣ−２  フィルタコンデンサ
ＳＷ１−１〜ＳＷ１−４，ＳＷ２〜ＳＷ５，ＳＷ１１  接点
Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ１０−１，Ｒ１０−２，Ｒ１１  抵抗
Ｄ１，Ｄ２  整流器
【図１】
2006074916.tif 000003
【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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