(57)【要約】      （修正有）【課題】フィルタリアクトルの正常・異常を判断する診断装置を提供する。【解決手段】架線２と線路１０との間の電圧を検出する第１の電圧検出器２１と、フィルタコンデンサ７の両端電圧を検出する第２の電圧検出器２３と、フィルタリアクトル５の電流を検出する電流検出器２２と、第１，第２の電圧検出器２１，２３による電圧検出値と電流検出器２２による電流検出値とが入力される制御装置２０と、を備える。制御装置２０は、電力変換器８の運転前に、フィルタコンデンサ７の初期充電完了後であって突入電流が流入する所定期間における前記電圧検出値と前記電流検出値の変化率とを用いて、フィルタリアクトル５のインダクタンス値を演算し、フィルタリアクトル５の正常・異常を判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線の電圧がフィルタリアクトル及び初期充電回路を介してフィルタコンデンサに供給され、前記フィルタコンデンサの両端電圧が電力変換器に入力される鉄道用電力変換装置において、
前記架線と線路との間の電圧を検出する第１の電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサの両端電圧を検出する第２の電圧検出器と、
前記フィルタリアクトルを流れる電流を検出する電流検出器と、
前記第１，第２の電圧検出器による電圧検出値と前記電流検出器による電流検出値とが入力される制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電力変換器の運転前に、前記フィルタコンデンサの初期充電完了後であって突入電流が流入する所定期間における前記電圧検出値と前記電流検出値の変化率とを用いて前記フィルタリアクトルのインダクタンス値を演算し、このインダクタンス値に基づいて前記フィルタリアクトルの正常・異常を判断することを特徴とする、鉄道用電力変換装置のフィルタリアクトル診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用電力変換装置の入力側に接続されるフィルタリアクトル（入力リアクトル）のインダクタンス値を自動的に測定してリアクトルの正常・異常を判断するフィルタリアクトル診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道用電力変換装置では、図５に示すように、電力変換器８の入力側に設けられたフィルタリアクトル５及びフィルタコンデンサ７からなるフィルタ回路により、架線２からの給電電力に含まれる高調波成分を除去すると共に、電力変換器８の動作に伴って発生する高調波電流が架線２，車輪９，レール１０の経路で外部に流出して地上の信号機器等に悪影響を及ぼすのを防止している。
なお、図５において、１はパンタグラフ、３は給電線、４は電磁接触器、６はフィルタコンデンサ７の初期充電回路、６ａは充電抵抗、６ｂは充電完了接点である。ここで、初期充電回路６は、電力変換器８を運転する前にスイッチ６ｂをオフし、架線２から電磁接触器４、フィルタリアクトル５及び充電抵抗６ａを介してフィルタコンデンサ７を初期充電することにより、フィルタコンデンサ７の電圧を予め確立して突入電流の流入を防止するためのものである。
【０００３】
車両の走行中にパンタグラフ１が架線２から離れる（離線）時間が短時間である場合、電力変換器８の動作を維持するためにフィルタコンデンサ７の電圧は低下する。パンタグラフ１が架線２に再び接触（着線）すると、架線電圧とフィルタコンデンサ７の電圧との差によってフィルタコンデンサ７へ通常動作時よりも過大な充電電流が流れるが、フィルタリアクトル５は、この充電電流の最大値を制限するように機能している。
図５に示すようなフィルタ回路を備えた鉄道用電力変換装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００４】
フィルタコンデンサ７の初期充電時やパンタグラフ１の再着線時において、仮に、フィルタリアクトル５が故障していてそのインダクタンス値が不足していると、フィルタコンデンサ７の充電電流が過大になり、電力変換器８の入力過電流保護・フィルタコンデンサ７の過電圧保護等が働き、電磁接触器４がオフして電力変換器８の運転停止を招く場合もある。
従って、フィルタリアクトル５のインダクタンス値を適正値に保つ必要があるが、鉄道用電力変換装置において、フィルタリアクトルが既に車両に搭載されている状態では、そのインダクタンス値を簡便に測定することは困難である。このため、従来では、電力変換装置の起動前に、外部から測定機器を接続してインダクタンス値を測定する等の煩雑な手間を要していた。
【０００５】
一方、特許文献２には、チョッパ型コンバータに用いられるリアクトルの状態検出装置が開示されている。
図６は、この従来技術の全体構成図であり、３０は直流電源、３１はコンデンサ、３２はコンバータ、３３はリアクトル、３４，３５は駆動回路、３６，３７は半導体スイッチング素子、３８，３９は還流ダイオード、４０はインバータ、４１は三相交流電動機、４２は制御回路である。
【０００６】
この従来技術では、スイッチング素子３６，３７のゲート信号を生成するために最適な制御定数を決定する必要があり、この制御定数はリアクトル３３のインダクタンス値に依存するので、制御回路４２は図７に示す動作によりリアクトル３３の状態を監視している。
すなわち、制御回路４２は、制御周期ごとに、スイッチング素子３７のオン時間指令に応じて駆動回路３５を動作させるように信号を送り、スイッチング素子３７を流れる電流が過電流か否かを検知する動作を繰り返す（図７のステップＳ１１〜Ｓ１４）。過電流が検知されたら、直流電源３０の電圧値Ｖｉｎと、スイッチング素子３７のオン時間Ｔｏｎと、既知であるリアクトル３３の最大電流ＩＬｍａｘとを用いて、Ｌ＝（Ｖｉｎ×Ｔｏｎ）／ＩＬｍａｘの演算により、リアクトル３３のインダクタンス値Ｌを算出する（ステップＳ１３ＹＥＳ，Ｓ１５）。
次に、算出したインダクタンス値Ｌに基づいてリアクトル３３の故障の有無を判断し、故障時にはコンバータ３２を停止し（ステップＳ１６ＹＥＳ，Ｓ１７）、インダクタンス値Ｌが許容範囲内であれば、その値に応じた制御定数を記憶装置から読み出してコンバータ３２の制御に用いると共に、その時のインダクタンス値Ｌを記憶する（ステップＳ１８，Ｓ１９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１９９７０８号公報（図１等）
【特許文献２】特開２００９−１８３０８１号公報（段落［０００７］〜［００１２］，［００２９］〜［００３３］、図１，図６等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２によれば、インダクタンス値Ｌを算出してリアクトル３３の故障を検出し、コンバータ３２の保護動作を行うことが可能である。
しかし、特許文献２に係る状態検出装置は、コンバータ３２のスイッチング素子３７をオンさせた状態でリアクトル３３のインダクタンス値を測定するものであり、例えば鉄道用電力変換装置を運転する前に、フィルタコンデンサへの過大な充電電流の流入を防止するためにリアクトルのインダクタンス値を測定してその状態を判断する技術は開示されていない。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、鉄道用電力変換装置のフィルタリアクトルのインダクタンス値を簡便な方法により測定して、フィルタリアクトルの正常・異常を診断可能としたフィルタリアクトル診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、架線の電圧がフィルタリアクトル及び初期充電回路を介してフィルタコンデンサに供給され、前記フィルタコンデンサの両端電圧が電力変換器に入力される鉄道用電力変換装置において、
前記架線と線路との間の電圧を検出する第１の電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサの両端電圧を検出する第２の電圧検出器と、
前記フィルタリアクトルを流れる電流を検出する電流検出器と、
前記第１，第２の電圧検出器による電圧検出値と前記電流検出器による電流検出値とが入力される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記電力変換器の運転前に、前記フィルタコンデンサの初期充電完了後であって突入電流が流入する所定期間における前記電圧検出値と前記電流検出値の変化率とを用いて前記フィルタリアクトルのインダクタンス値を演算し、このインダクタンス値に基づいて前記フィルタリアクトルの正常・異常を判断するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フィルタコンデンサの初期充電が完了して突入電流が流入する所定期間に、電圧検出値と電流検出値の変化率とを用いてフィルタリアクトルのインダクタンス値を演算することにより、フィルタリアクトルの正常・異常を簡単に診断することができる。特に、インダクタンス値の演算には電力変換装置が予め備えている制御装置を用いることができるため、外部に測定機器を接続してインダクタンス値を測定する等の煩雑な手間が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るフィルタリアクトル診断装置の全体的な構成図である。
【図２】本発明の実施形態におけるインダクタンス値の演算手順を示すフローチャートである。
【図３】図２に対応する各部の動作及び電流・電圧の波形図である。
【図４】本発明の実施形態のシミュレーション結果を示す動作波形図である。
【図５】従来の鉄道用電力変換装置の使用状態を示す回路図である。
【図６】特許文献２に記載された従来技術の全体構成図である。
【図７】図６の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係るフィルタリアクトル診断装置の全体的な構成図であり、図５と同一のものには同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では図５と異なる部分を中心に説明する。
【００１４】
図１において、給電線３と車輪９（レール１０）との間には、架線２からの入力電圧ＶＬを検出する第１の電圧検出器２１が接続されている。また、初期充電回路６内のスイッチ６ｂの一端とフィルタコンデンサ７の一端との間には、フィルタリアクトル５の電流ＩＬを検出する電流検出器２２が接続され、フィルタコンデンサ７の両端には、電圧ＶＦＣを検出する第２の電圧検出器２３が接続されている。
【００１５】
電圧検出器２１，２３による電圧検出値と電流検出器２２による電流検出値とは、制御装置２０に入力されている。この制御装置２０は、入力された電圧検出値及び電流検出値を用いて後述する演算を行うことにより、フィルタリアクトル５のインダクタンス値Ｌを演算し、そのインダクタンス値Ｌに応じてフィルタリアクトル５の正常・異常を診断すると共に、必要に応じて警報出力、電力変換器８の運転停止等、所定の動作を行う。
なお、制御装置２０は、電力変換器８の半導体スイッチング素子をオン・オフさせる機能を備え、当該機能による電力変換器８の運転前に、上述したフィルタリアクトル５の診断動作を実行する。
【００１６】
次に、この実施形態におけるインダクタンス値Ｌの演算手順を、図２，図３を参照しつつ説明する。
まず、初期充電回路６のスイッチ６ｂがオフの状態で、図３の時刻ｔ０において電磁接触器４がオンされると（図２のステップＳ１ＹＥＳ）、フィルタコンデンサ７に初期充電電流ＩＬが流入し、フィルタコンデンサ７の電圧ＶＦＣは徐々に上昇していく。制御装置２０は、この電圧ＶＦＣと第１の設定値ＶＳとを比較し（ステップＳ２）、時刻ｔ１でＶＦＣがＶＳに達すると（ステップＳ２ＹＥＳ）、フィルタコンデンサ７の電圧が確立したと判断してスイッチ６ｂをオンし（ステップＳ３）、初期充電を完了する。また、時刻ｔ１以後は充電抵抗６ａがスイッチ６ｂによりバイパスされるので、フィルタコンデンサ７には給電線３からフィルタリアクトル５を介して突入電流が流入する。
この状態からフィルタリアクトル５のインダクタンス値Ｌの演算を開始することになり（ステップＳ４）、具体的には以下のとおりである。
【００１７】
すなわち、第１の電圧検出器２１により検出された入力電圧ＶＬとフィルタコンデンサ７の電圧ＶＦＣとの差Ａ（＝ＶＬ−ＶＦＣ）を求めると共に、制御装置２０の演算周期Δｔに対する電流変化量ΔＩＬの比Ｂ（＝ΔＩＬ／Δｔ）を求め、これらのＡ，Ｂを記憶装置に記憶する（ステップＳ５）。そして、図３の時刻ｔ２において、電圧ＶＦＣが第２の設定値ＶＥに達したら（ステップＳ６ＹＥＳ）、周知の公式：Ｌ×ｄｉ／ｄｔ＝Ｖ（Ｖはリアクトル５の電圧）に基づいて、下記の数式１を演算し（ステップＳ７）、フィルタリアクトル５のインダクタンス値Ｌを求める。
なお、第２の設定値ＶＥは第１の設定値ＶＳより大きい値である。
[数式１]
Ｌ＝Ａ／Ｂ＝（ＶＬ−ＶＦＣ）×Δｔ／ΔＩＬ
【００１８】
図４は、シミュレータを用いて図１の回路の動作を模擬した場合の動作波形図である。図示するように、フィルタコンデンサ７の電圧ＶＦＣが第１の設定値ＶＳに達して初期充電が完了した時刻ｔ１から、電圧ＶＦＣが入力電圧ＶＬに等しくなる時刻ｔ２に至るまでの期間Δｔ’内で、フィルタリアクトル５のインダクタンス値Ｌを演算すればよい。
【００１９】
以上のように、この実施形態によれば、制御装置２０が、架線２からの入力電圧ＶＬ、フィルタコンデンサ７の電圧ＶＦＣ、及び、フィルタリアクトル５を流れる電流の所定期間Δｔの変化量ΔＩＬに基づいてインダクタンス値Ｌを演算し、その値に基づいてフィルタリアクトル５の正常・異常を診断することができる。このため、車両に搭載されたフィルタリアクトル５に対し、外部の測定機器を接続してインダクタンス値Ｌを測定する等の煩雑な手間が不要になる。
また、電力変換器８の運転前にフィルタリアクトル５の正常・異常を診断可能であるから、電力変換器８の運転後に異常が判明して運転スケジュールの変更を余儀なくされるような不都合もない。
【符号の説明】
【００２０】
１：パンタグラフ
２：架線
３：給電線
４：電磁接触器
５：フィルタリアクトル
６：初期充電回路
６ａ：充電抵抗
６ｂ：充電完了接点
７：フィルタコンデンサ
８：電力変換器
９：車輪
１０：線路
２０：制御装置
２１，２３：電圧検出器
２２：電流検出器
【図１】
2015119549.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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