(57)【要約】【課題】主回路に電源がなくとも誘導機に励磁電流を流し、回生動作を確保すること。【解決手段】交流を得るパンタグラフ12を、遮断器21を介して一次巻線22ａに接続した主変圧器22と、その第１の二次巻線22ｂに接続され、交流を直流化する単相コンバータ24と、その出力直流を交流化する３相インバータ28と、単相コンバータ24と３相インバータ28間の直流リンク部25の２線間に配したフィルタコンデンサ26と、３相インバータ28からの交流で駆動される誘導機29と、車両内の補機32と、主変圧器22の第２の二次巻線22ｃに接続され、補機32に電力供給する副電力変換装置31と、補機32をオン/オフ制御する、低圧蓄電池46を併設した車内制御部47と、パンタグラフ12と主変圧器22を遮断器21で遮断した状態で直流リンク部25に低圧蓄電池46を接続し、低圧蓄電池46からの電力供給で誘導機29を初期励磁する回生励磁回路41とを備え、初期励磁後に誘導機29を回生動作させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線から交流を得る集電装置を、遮断器を介して一次巻線に接続した主変圧器と、
上記主変圧器の第１の二次巻線に接続され、上記架線からの交流を直流に変換する単相コンバータと、
上記単相コンバータの出力する直流を交流に変換するインバータと、
上記単相コンバータと上記インバータ間の直流接続部の２線間に接続されたフィルタコンデンサと、
上記インバータの出力する交流により駆動される誘導電動機と、
車両内に設けられた補機と、
上記主変圧器の第２の二次巻線に接続され、上記主変圧器を介して与えられる交流により上記補機に電力を供給する副電力変換部と、
上記補機の動作制御を行なう、低圧蓄電池を併設した車内制御部と、
上記集電装置と上記主変圧器の一次巻線を上記遮断器により遮断した状態で、上記直流接続部に上記低圧蓄電池を接続して、上記低圧蓄電池からの電力供給、及び上記低圧蓄電池の電力を蓄電した上記フィルタコンデンサからの電力供給の少なくとも一方により上記誘導電動機を初期励磁する回生励磁手段と、
上記回生励磁手段による初期励磁された上記誘導電動機を回生動作させる回生制御手段と
を備えることを特徴とする電動車両。
【請求項２】
上記回生励磁手段は、上記低圧蓄電池と上記直流接続部との間を断続する接触器を有し、
上記遮断器が開いていること、上記直流接続部が上記低圧蓄電池に対応した所定の電圧値以下であること、及び上記車両の進行速度が予め設定される速度以上であることを条件として、上記接触器を接続状態とすることを特徴とする請求項１記載の電動車両。
【請求項３】
上記接触器を接続してから所定の時間が経過した時点、上記回生制御手段による上記誘導電動機からの回生電流が流れる前、及び上記直流接続部の電圧が予め設定された電圧となる時点の少なくとも１つを条件として、上記接触器を切断状態とすることを特徴とする請求項２記載の電動車両。
【請求項４】
上記直流接続部と上記低圧蓄電池との間に、上記直流接続部から上記低圧蓄電池に流れる電流を阻止する方向に接続されたダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電動車両。
【請求項５】
上記ダイオードは、上記直流接続部に印加される最大電圧より高い耐圧特性を有することを特徴とする請求項４記載の電動車両。
【請求項６】
上記ダイオードは、上記直流接続部と上記低圧蓄電池との間を接続する２線双方に備えることを特徴とする請求項４または５記載の電動車両。
【請求項７】
上記接触器に固渋が発生した場合を判断する信号を判断する判断手段と、
上記判断手段で上記回生励磁手段の固渋を判断した時点で上記単相コンバータと上記インバータとの直流接続部の電荷を放電する放電回路と
をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の電動車両。
【請求項８】
上記直流接続部に、直流電圧の中性点で接地する中性点接地回路をさらに備え、
上記回生制御手段は、上記中性点接地回路の時定数特性に基づいて上記誘導電動機を回生動作させる際の電圧変化速度を制限する
ことを特徴とする請求項１記載の電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、客車や貨車を牽引あるいは推進する電気機関車においては、当該電気機関車を駆動するための電動機に電力を供給する主電力変換装置とともに、客車や貨車に搭載されている空気調和装置等の補機に電力を供給する副電力変換装置（ＡＰＵ）を搭載している。
【０００３】
この種のＡＰＵを用いる鉄道車両システムとして、例えば、架線からの電力取得時における主変圧器に対する励磁突入電流を抑制するための技術が提案されている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１５０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気機関車にパンタグラフなどの集電装置を介して電力を供給する架線では、異なる電源系統に属する架線間で円滑に電気機関車を移行させるために、異なる電気系統に属する架線間に、電力を供給しない無電区間であるデッドセクションと称されるセクションが設けられている。
【０００６】
このデッドセクションを通過する際には、集電装置への電力供給が一時的に停止されるため、上記ＡＰＵにも電力が供給されなくなる。
【０００７】
さらに上記デッドセクション以外でも、車両基地内では設備の簡素化等の目的で架線がない場所等がある他、回送車においては安全上の配慮からパンタグラフを下げる必要があり、いずれもパンタグラフからの給電を遮断器をオープンとして、架線からの電力をＡＰＵで利用することができない。
【０００８】
これに対して、例えばデッドセクション内でも回生を行なうことで、ＡＰＵに電力を供給する手法が提案されている。
【０００９】
電動機として誘導電動機（以下「誘導機」）を用いる電気機関車では、誘導機が励磁電流を流すことで磁束を発生させて動力を発生させる原理上、回生時にも励磁電流を流すことが必須となる。
【００１０】
しかしながら、上述したデッドセクションのように車両の主回路に電力を供給できない状態では、励磁電流を流すことができず、結果として回生を行なうことができない。
【００１１】
これに対して車内には、制御電源用の低圧電池（直流１１０［Ｖ］程度）が必ず存在するため、この低圧電池を利用して、誘導電動機の回生時にも励磁電流を確保することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、主回路が直流３０００［Ｖ］クラスの高電圧の回路であるのに対して、低圧電源は１００［Ｖ］クラスと極端に電圧値が異なり、当然ながら絶縁のレベルも異なるため、低圧電源側に高圧が加わると、機器破壊に繋がる。
【００１３】
加えて、もう一つ懸念すべき点として、接地が考えられる。通常、高圧の主回路は、レールを含む対地との絶縁を抑えるため、主回路の中性点を接地する。一方で、低圧側の回路のマイナス側は接地される。したがって、そこで低圧側の回路をそのまま高圧の主回路の線間に接続することで、主回路の接地に対する絶縁が通常利用に対して大きくなる可能性がある。これを繰返すと、主回路の絶縁破壊による機器の破壊に繋がる虞がある。
【００１４】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、主回路に電源がない状態でも誘導電動機に励磁電流を流して、回生による補機用の電力を確保すると共に、低圧回路側の線間耐圧と主回路回路側の設置点に対する絶縁を確保することが可能な電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
実施形態の電動車両は、架線から交流を得る集電装置を、遮断器を介して一次巻線に接続した主変圧器と、上記主変圧器の第１の二次巻線に接続され、上記架線からの交流を直流に変換する単相コンバータと、上記単相コンバータの出力する直流を交流に変換するインバータと、上記単相コンバータと上記インバータ間の直流接続部の２線間に接続されたフィルタコンデンサと、上記インバータの出力する交流により駆動される誘導電動機と、車両内に設けられた補機と、上記主変圧器の第２の二次巻線に接続され、上記主変圧器を介して与えられる交流により上記補機に電力を供給する副電力変換部と、上記補機の動作制御を行なう、低圧蓄電池を併設した車内制御部と、上記集電装置と上記主変圧器の一次巻線を上記遮断器により遮断した状態で、上記直流接続部に上記低圧蓄電池を接続して、上記低圧蓄電池からの電力供給、及び上記低圧蓄電池の電力を蓄電した上記フィルタコンデンサからの電力供給の少なくとも一方により上記誘導電動機を初期励磁する回生励磁手段と、上記回生励磁手段による初期励磁された上記誘導電動機を回生動作させる回生制御手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る列車と架線の関係を例示する図。
【図２】同実施形態に係る車両制御装置の回路構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態に係る車両制御装置の主としてデッドセクション通過時の処理内容を示すフローチャート。
【図４】同実施形態に係る図２の各回路での信号波形を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。  
図１は、一実施形態に係る列車１００と架線１１の関係を示す図である。同図で、列車１００は、電気機関車（鉄道車両）１０１と、この電気機関車１０１により牽引（あるいは後方から推進）される客車（または貨車）１０２とを連結して構成される。
【００１８】
ここで電気機関車１０１は、架線（き電線）１１からの交流電力を集電するパンタグラフ１２と、線路１３を介して設置された車輪１４とを備えている。
【００１９】
線路１３には、適宜箇所に地上子ＥＴが敷設され、この地上子ＥＴ上を通過する際に地上子ＥＴから発信される情報を、電気機関車１０１に備える車上子ＴＴで検出して、車両制御装置１６で利用可能となる。車両制御装置１６は、例えば電気機関車１０１の運転台に設けられるもので、コンピュータを内蔵して予め設定された動作プログラムに従って動作する。
【００２０】
また架線１１は、電源系統が異なる２つの架線１１Ａ，１１Ｂと、その中間に配置された中間セクションである無電区間１１Ｘとを有する。無電区間１１Ｘは、デッドセクション、死電区間とも称されるもので、列車１００はこの無電区間１１Ｘを、予め設定された車速以上で惰行走行する。
【００２１】
図２は、上記電気機関車１０１の車両制御装置１６内の一部回路構成を示す。同図で、パンタグラフ１２と、線路１３を介して設置された車輪１４との間に、真空遮断器（ＶＣＢ）２１及び主変圧器２２の一次巻線２２ａが直列に接続される。同主変圧器２２の二次巻線２２ｂには主回路接触器（Ｋ１）２３を介して単相コンバータ２４が接続される。
【００２２】
上記パンタグラフ１２を介して供給される、例えば２５［ｋＶ］、５０［Ｈｚ］の交流電力は、主変圧器２２で変圧されて１０００［Ｖ］として交流電力として取り出され、単相コンバータ２４で例えば２８００［Ｖ］の直流電力に変換された後、中性点接地（ＮＧ）回路３０、直流リンク部２５を介して、３相インバータ２８で３相交流に変換されて、誘導機２９を駆動する。
【００２３】
中性点接地（ＮＧ）回路３０は、例えば線間を接続する２つの抵抗（ｒ）と、これら抵抗の中点とマイナス線とを接続するコンデンサとを有し、上記中点を接地する構成となっている。
【００２４】
上記誘導機２９は、惰行走行時に発電機として回生駆動され、回生電力を得るための動力源とされる。
【００２５】
上記直流リンク部２５にはコンデンサ２６、過電圧入力保護（ＯＶＴ）回路２７が設けられる。過電圧入力保護回路２７は、抵抗（ｒ）と接触器スイッチとが直列接続されるもので、上記コンデンサ２６に蓄積された電荷を抵抗で熱として放出する放電回路として機能する。
【００２６】
コンデンサ２６の両端間にかかる直流リンク電圧Ｖdcを、電圧センサＶＳで検出して直流リンク電圧制御部（ＡＶＲ）３３へ送出する。
【００２７】
この直流リンク電圧制御部３３には、直流リンク電圧指令値ＶdcＲefが入力されており、その差分に応じたＱ軸の電流指令値ＩqＲefを生成して減算器３４に与える。この減算器３４には、後述する実電流値Ｉqが減数として与えられ、その差出力が電流制御部３７へ送られる。
【００２８】
一方、誘導機２９の速度を示す角周波数ＦＲが励磁電流指令演算部３５に与えられる。励磁電流指令演算部３５は、上記角周波数ＦＲからＤ軸の励磁電流の指令値ＩdＲefを生成して減算器３６に与える。減算器３６には、後述する実電流値Ｉdが減数として与えられ、その差出力が上記電流制御部３７へ送られる。
【００２９】
電流制御部３７は、上記両減算器３４，３６の差出力から電流指令値を算出し、これをＤＱ／３相変換部３８により３相電流指令に変換し、さらにＰＷＭ部３９によりパルス幅変調して、ゲート制御信号として上記３相インバータ２８に与える。
【００３０】
そして、実際に３相インバータ２８が誘導機２９へ出力する電流Ｉu，Ｉv，Ｉw中のＩu，Ｉwが電流センサＩＳu，ＩＳwにより検出され、３相／ＤＱ変換部４０により実電流値Ｉd，Ｉqを得て、フィードバック制御のために上記減算器３６，３４に減数として与える。  
なお、上記直流リンク電圧制御部３３、減算器３４、励磁電流指令演算部３５、減算器３６、電流制御部３７、ＤＱ／３相変換部３８、ＰＷＭ部３９、及び３相／ＤＱ変換部４０によるフィードバック制御の回路構成自体は、一般的なＰＩ制御に基づくものと同様であり、詳細な動作説明は省略する。
【００３１】
さらに上記主変圧器２２の第２の二次巻線２２ｃに副電力変換装置（ＡＰＵ：Ａｕｘｉｌｉａｒｙ  Ｐｏｗｅｒ  Ｕｎｉｔ）３１が接続される。同図では１系統のみを例示するが、この副電力変換装置３１は、整流器、補助変圧器、及び定電圧器を一体構造とした電源回路であり、列車１００を編成するユニット単位で設けられるもので、車両内に設けられた各種補機３２、例えば空気調和装置や送風機、空気圧縮器、戸閉め装置、照明装置等に応じて、主変圧器２２から与えられる交流電力を、補機３２に合わせて１００［Ｖ］〜４４０［Ｖ］程度の範囲で、例えば３相交流４４０［Ｖ］の電力に変換して、該当する補機３２に供給する。
【００３２】
一方で、この車両制御装置１６の全補機３２を統括してそれらのオン／オフを必要に応じて制御する車内制御部４７が設けられる。この車内制御部４７は、上記副電力装置３１から与えられる直流の定電圧、例えば１１０［Ｖ］により動作する。この車内制御部４７は、停電時や事故時でも回路が遮断されないように低圧蓄電池４６が併設して接続されて無停電電源化されると共に、回生励磁回路４１を介して上記直流リンク部２５と接続される。
【００３３】
上記回生励磁回路４１は、上記低圧蓄電池４６の電力を上記直流リンク部２５に供給するための蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２と、この蓄電池開閉接触器４２の車内制御部４７側に配された逆流防止ダイオード４３，４４と、逆流防止ダイオード４３のアノード側に直列接続された抵抗（ｒ）４５とを有する。
【００３４】
上記逆流防止ダイオード４３，４４は、上記直流リンク部２５を介して主回路からの高圧の直流電圧が車内制御部４７側に印加されるのを防止するべく、耐圧の十分高いものが用いられる。抵抗４５は、突入電流の車内制御部４７への流入を防止するべく設置される。
【００３５】
ここで上記逆流防止ダイオード４３のみを配設して逆流防止ダイオード４４を備えないものとした場合、蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２の図中、下側のニュートラル側のみが固渋した際に、主回路の図中、上側のプラス側の対地電位が直流リンク電圧相当になる。
【００３６】
通常、主回路は中性点接地であるために、逆流防止ダイオード４３の絶縁耐圧を超える可能性があるが、ニュートラル側である車内制御部４７の接地側にも逆流防止ダイオード４４を配設することにより、主回路機器の絶縁耐圧を超えるような事態を確実に回避できる。
【００３７】
また、蓄電池開閉接触器４２が高電圧により閉状態で固渋した場合、直流リンク部２５で過電圧入力保護回路２７内のスイッチを導通して、直流リンク部２５のコンデンサ２６に帯電する電荷を過電圧入力保護回路２７内の抵抗により熱として放出するものとする。
【００３８】
なお図示はしないが、主変圧器２２の第１の二次巻線２２ｂを流れる電流を検出するための電流センサと、同第２の二次巻線２２ｃを流れる電流を検出する電流センサとがそれぞれ設けられるものとする。
【００３９】
次に上記実施形態の動作について説明する。  
図３は、電気機関車１０１の車両制御装置１６が内蔵するコンピュータ（図示せず）が実行する動作処理の内容の一部であり、特に上記架線１１の無電区間１１Ｘを通過する前後の処理内容を抽出して示す。
【００４０】
その処理当初に車両制御装置１６では、線路１３上で無電区間１１Ｘの手前一定距離の位置に設けられている地上子ＥＴからの信号が車上子ＴＴで検出できたか否かにより、無電区間１１Ｘの手前となったか否かを繰返し判断して（ステップＳ１０１）、無電区間１１Ｘに到達するのを待機する。
【００４１】
無電区間１１Ｘの手前に設けられた地上子ＥＴからの信号が車上子ＴＴで検出でき、無電区間１１Ｘの手前となったと判断した時点で（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、次に車両制御装置１６では、直流リンク部２５での直流リンク電圧Ｖdcの値を予め設定した閾値と比較することにより、続く回生動作を行なう必要がないほどにコンデンサ２６での電荷量があるかどうかを判断する（ステップＳ１０２）。
【００４２】
ここで直流リンク電圧Ｖdcの値が閾値より高く、コンデンサ２６に帯電している電荷が十分あると判断した場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、車両制御装置１６では以下に説明する回生動作のための処理から離脱し、コンデンサ２６に帯電している電荷を用いて上記副電力変換装置３１による補機３２の動作を実行させる。
【００４３】
また上記ステップＳ１０２において、直流リンク電圧Ｖdcの値が閾値以下であり、コンデンサ２６に帯電している電荷は十分ではないと判断した場合（ステップＳ１０２のＮｏ）、次に車両制御装置１６では、無電区間１１Ｘで回生動作により補機類への給電を行なう設定が事前の運転開始時等になされていたか否かを判断する（ステップＳ１０３）。
【００４４】
ここで同設定がなされていると判断した場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、車両制御装置１６では次に回生動作の開始時の条件が正立するかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。
【００４５】
ここで回生動作の開始時の条件とは、次の４つ、すなわち、  
・主変圧器２２の一次巻線２２ａに接続されている真空遮断器２１をオフとして、その状態を確認すること、  
・主変圧器２２の第１の二次巻線２２ｂに接続されている主回路接触器（Ｋ１）２３をオフとして、その状態を確認すること、  
・電気機関車１０１の車速が、この無電区間１１Ｘの通過に対して設定されている最低速度以上で、且つ回生電力により補機類の給電が可能な所定の速度以上であること、及び  
・直流リンク電圧Ｖdcが、低圧蓄電池４６の許容電圧（例えば１２０［Ｖ］）の範囲内の所定値ａ1（例えば１１５［Ｖ］）以下であること、  
である。
【００４６】
上記ステップＳ１０３において、無電区間１１Ｘで回生動作により補機類への給電を行なう設定がなされていないと判断した場合（ステップＳ１０３のＮｏ）、及び上記ステップＳ１０４において、回生動作の開始時の条件がどれか１つでも正立していないと判断した場合（ステップＳ１０４のＮｏ）、車両制御装置１６では無電区間１１Ｘでの回生動作による補機３２への給電を行なわないものとして、この図３の処理を終了する。
【００４７】
また上記ステップＳ１０４において、上記した回生動作の開始時の条件がすべて成立していると判断した場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、車両制御装置１６ではあらためて回生励磁回路４１の蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２をオンとして、低圧蓄電池４６の低圧電力を直流リンク部２５に供給し、上記３相インバータ２８を介して誘導機２９の初期励磁を開始させる（ステップＳ１０５）。
【００４８】
さらに車両制御装置１６では、３相インバータ２８へのゲート制御を開始し、合わせて励磁電流指令演算部３５に誘導機２９の角周波数ＦＲによって励磁電流指令値ＩdＲefが一定値、例えば３０［Ａ］となるように立ち上げさせる（ステップＳ１０６）。この場合、初期のトルク電流指令は「０（ゼロ）」とする。
【００４９】
その後、車両制御装置１６ではこの回路の時定数特性に応じて予め設定された所定時間だけ経過するのを待機する（ステップＳ１０７）。
【００５０】
この所定時間の待機動作は、時間での管理に限らず、直流リンク電圧Ｖdcを監視してその値により判断しても良い。しかしながら、当該回路が時定数に対した応答を行なうものであることから、時間によって管理を行なった方が制御工程を省略して、車両制御装置１６での処理を簡素化できる、という利点を有する。
【００５１】
上記所定時間が経過したと判断した時点で（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、車両制御装置１６では、直流リンク電圧Ｖdcに基づいた制御を開始させる（ステップＳ１０８）。
【００５２】
この電圧制御の開始当初に直流リンク電圧制御部３３に与える直流リンク電圧指令値ＶdcＲefは、その時点の直流リンク電圧Ｖdcとするもので、以後、直流リンク電圧指令値ＶdcＲefを徐々に最大電圧、例えば２８００［Ｖ］となるまで上昇させるべく３相インバータ２８でのゲート制御を行なう。
【００５３】
その後、直流リンク電圧Ｖdcが上記所定値ａ１以上となるまで、直流リンク電圧Ｖdcが上昇するのを待機する（ステップＳ１０９）。
【００５４】
ここで直流リンク電圧Ｖdcが所定値ａ１以上となるまで待機するのは、以後に蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２をオフさせるに当たり、実際に回生トルクがかかるまでの間に、励磁電流を流す回路での損失等により直流リンク電圧Ｖdcが一時的に低下する可能性を考慮したものであり、低圧蓄電池４６の許容電圧の範囲内で比較的高い所定値ａ1を制御の閾値に用いたものである。
【００５５】
そして、直流リンク電圧Ｖdcが上記所定値ａ１以上となったと判断した時点で（ステップＳ１０９のＹｅｓ）、車両制御装置１６では直流リンク電圧Ｖdcが低圧蓄電池４６の許容電圧の範囲内にある状態で上記蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２をオフとし、低電圧側の回路が主回路からの高電圧の影響を受けないように保護する（ステップＳ１１０）。
【００５６】
ここで車両制御装置１６では、上記処理により蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２がオフとなったか否かにより、蓄電池開閉接触器４２で固渋が生じてオンのままとなっていないかどうかを確認する（ステップＳ１１１）。
【００５７】
ここで蓄電池開閉接触器４２に固渋を生じてオンのままとなっていると判断した場合（ステップＳ１１１のＹｅｓ）、車両制御装置１６では上記逆流防止ダイオード４３，４４により車内制御電源４７の系統が一重の保護を保っているものの、以後の主回路からの高電圧の印加に対処するべく、上記のように過電圧入力保護回路２７のスイッチをオンさせて直流リンク部２５を放電させ、以後、回生動作を中断して、蓄電池開閉接触器４２を含む回生励磁回路４１の回復処理に移行する。
【００５８】
また上記ステップＳ１１１において、蓄電池開閉接触器４２に固渋を生じておらず、オフとなったことを確認した場合（ステップＳ１１１のＮｏ）、車両制御装置１６では次に上記所定値ａ1より高く設定した所定値ａ2以上となるまで、直流リンク電圧Ｖdcが上昇するのを待機する（ステップＳ１１３）。
【００５９】
この所定値ａ2は、直流リンク電圧Ｖdcが上記低圧蓄電池４６の許容電圧範囲を超えて上昇していることを確認するべく設定した値であり、上記低圧蓄電池４６の許容電圧範囲を超えた比較的早いタイミングで判断できる値が事前に選定される。
【００６０】
そして、直流リンク電圧Ｖdcが上記所定値ａ2以上となったと判断した時点で（ステップＳ１１３のＹｅｓ）、車両制御装置１６では回生動作のシーケンス制御を始動して、以後、誘導機２９で生じた電力を補機３２に供給させる（ステップＳ１１４）。
【００６１】
なお、上記蓄電池開閉接触器４２をオンさせている間、主回路のマイナス側は０（ゼロ）電位となる。蓄電池開閉接触器４２を上記のようにオフすると、主回路の中性点接地回路３０の抵抗とコンデンサによる時定数応答によって対地電位が変化し、通常の電位状態、すなわち主回路の直流リンク部２５の中間点が０（ゼロ）電位となる。
【００６２】
この中性点接地回路３０の時定数応答より早く、回生のトルク電流を流して主回路の直流リンク電圧Ｖdcが定格電流となるように増加させると、主回路部の対地電位が通常の対地電位を超える可能性が生じる。
【００６３】
そのため、中性点接地回路３０の時定数応答より遅くなるように直流リンク電圧Ｖdcを徐々に増加させれば、主回路側の絶縁破壊による機器破壊を未然に回避できる。
【００６４】
上記した回生動作による補機３２への給電シーケンスを実行しながら、車両制御装置１６では電気機関車１０１の進行にしたがって無電区間１１Ｘの終端となるのを待機する（ステップＳ１１５）。
【００６５】
これは、無電区間１１Ｘ内の終端の所定位置に設置されている地上子ＥＴからの信号が車上子ＴＴで検出できたか否かにより判断するものであり、無電区間１１Ｘの終端となるまで上記回生動作の給電シーケンスを維持する。
【００６６】
そして上記ステップＳ１１５において、無電区間１１Ｘ内の終端の所定位置に設置されている地上子ＥＴからの信号が車上子ＴＴで検出でき、無電区間１１Ｘの終端となったと判断すると（ステップＳ１１５のＹｅｓ）、車両制御装置１６では以上の回生動作による補機類への給電シーケンスを解除してこの図３の処理をすべて終了し、次の架線１１Ｂの区間からの運転に備える。
【００６７】
図４は、上記回生動作当初の車両制御装置１６内の各回路位置での信号波形を例示する図である。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に共通して、横軸は上記ステップＳ１０５において蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２をオンしたタイミングからの経過時間（単位［秒］）を示す。
【００６８】
また、タイミングｔ11で上記ステップＳ１０６での処理により３相インバータ２８のゲート制御を開始し、励磁電流Ｉdを例えば３０［Ａ］で一定となるように指令値を立上げている。
【００６９】
さらに、タイミングｔ12で上記ステップＳ１０８での処理により直流リンク電圧Ｖdcの制御を開始して励磁電流指令ＩdＲｅｆを制御系に与えるものとしている。
【００７０】
図４（Ｆ）は、低圧蓄電池４６の電流を示す。図中にマークIVで囲んで示すように、蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２をオンした直後の０．数［秒］だけ低圧蓄電池４６に電流が流れている。
【００７１】
図４（Ａ）は、直流リンク電圧Ｖdcの変化を示す。蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２をオンした直後から蓄電池開閉接触器４２の供給電圧１１０［Ｖ］を維持し、その後に上記タイミングｔ12で電圧制御を開始してから、最大電圧２８００［Ｖ］まで３［秒］程度をかけて徐々に上昇していることが分かる。
【００７２】
図４（Ｂ）は、上記タイミングｔ11から励磁電流Ｉdを一定値、例えば３０［Ａ］で制御している状態を示す。
【００７３】
一方で、図４（Ｃ）は直流リンク電圧Ｖdcの出力制御に基づく、Ｑ軸の電流Ｉqの制御結果を示す。上記タイミングｔ12以後、回生動作によりマイナスの電流値となって変位している状態が分かる。
【００７４】
図４（Ｄ）は、破線で示す誘導機２９の速度を示す角各周波数指令ＦＲと、実線で示す３相インバータ２８の出力周波数Ｆ１である。上記回生動作に応じてマイナスのトルクが現出することで、滑り周波数Ｆ１がマイナスに触れている。
【００７５】
図４（Ｅ）は、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流Ｉu，Ｉv，Ｉwの振幅を示す。上記図４（Ａ）の直流リンク電圧Ｖdcと上記図４（Ｂ）の直流電圧制御に伴って、３相共に振幅を増減している状態を示している。
【００７６】
以上詳述した如く本実施形態によれば、例えば無電区間１１Ｘのように主回路に電源が供給されない状態であっても、誘導機２９に定圧電源である低圧蓄電池４６の電力で初期励磁して電流を流し、回生による補機用の電力を確保することが可能となると共に、低圧回路側の線間耐圧と主回路回路側の設置点に対する絶縁を確保できる。
【００７７】
また上記実施形態では、回生動作を開始する前に予め設定した条件の正立を確認しており、回生動作を確実に開始させて、補機用の電力を確保している。
【００７８】
加えて上記実施形態では、回生動作の開始が確実であることを確認した上で、実際に回生動作に伴って直流リンク電圧Ｖdcが上昇する前に、蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２の接続を断って、逆流防止ダイオード４３，４４に依存せずに低圧側の回路を保護するものとしており、逆流防止ダイオード４３，４４の存在と相まって、確実に低圧側の各回路を保護できるものとしている。
【００７９】
さらに、蓄電池開閉接触器（Ｋ２）４２に固渋が生じた場合には、連動して過電圧入力保護（ＯＶＴ）回路２７により直流リンク部２５を放電させるものとしたので、より確実に低圧側の各回路を保護できる。
【００８０】
以上、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１１，１１Ａ，１１Ｂ…架線、１１Ｘ…無電区間、１２…パンタグラフ、１３…線路、１４…車輪、１６…車両制御装置、２１…真空遮断器（ＶＣＢ）、２２…主変圧器、２２ａ…一次巻線、２２ｂ…第１の二次巻線、２２ｃ…第２の二次巻線、２３…主回路接触器（Ｋ１）、２４…単相コンバータ、２５…直流リンク部、２６…コンデンサ、２７…過電圧入力保護（ＯＶＴ）回路、２８…３相インバータ、２９…誘導電動機、３０…中性点接地（ＮＧ）回路、３１…副電力変換装置（ＡＰＵ）、３２…補機、３３…直流リンク電圧制御部（ＡＶＲ）、３４…減算器、３５…励磁電流指令演算部、３６…減算器、３７…電流制御部（ＡＣＲ）、３８…ＤＱ／３相変換部、３９…ＰＷＭ部、４０…３相／ＤＱ変換部、４１…回生励磁回路、４２…蓄電池開閉接触器（Ｋ２）、４３，４４…逆流防止ダイオード、４５…抵抗、４６…低圧蓄電池、４７…車内制御部、１００…列車、１０１…電気機関車、１０２…客車、ＥＴ…地上子、ＴＴ…車上子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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