(57)【要約】【課題】系切替時間を短縮することができる電気車用電源装置を提供することである。【解決手段】実施形態の電気車用電源装置は、第１インバータ回路と、第１フィルタコンデンサと、放電回路と、第２インバータ回路と、系切替器と、制御部とを持つ。第１インバータ回路は、直流入力を交流出力に変換する。第１フィルタコンデンサは、第１インバータの直流入力に接続されている。放電回路は、第１フィルタコンデンサの電荷を放電する。第２インバータ回路は、上記直流入力を交流出力に変換する。系切替器は、第１インバータ回路の交流出力又は第２インバータ回路の交流出力のいずれか一方を選択して出力する。制御部は、第１インバータ回路を停止させた後、放電回路による第１フィルタコンデンサの放電完了を待たずに、系切替器の切替動作を実行する。【選択図】図１
2015220890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力を交流出力に変換する第１インバータ回路と、
前記第１インバータ回路の直流入力に接続された第１フィルタコンデンサと、
前記第１フィルタコンデンサの電荷を放電する放電回路と、
前記直流入力を交流出力に変換する第２インバータ回路と、
前記第１インバータ回路の交流出力又は前記第２インバータ回路の交流出力のいずれか一方を選択して出力する系切替器と、
前記第１インバータ回路を停止させた後、前記放電回路による前記第１フィルタコンデンサの放電完了を待たずに、前記系切替器の切替動作を実行する制御部と
を備える電気車用電源装置。
【請求項２】
前記第２インバータ回路の直流入力に接続された第２フィルタコンデンサと、
前記直流入力を充電抵抗器を介して前記第２フィルタコンデンサに接続する充電接触器とをさらに備え、
前記制御部が、前記第１インバータ回路を停止させた後、前記放電回路による前記第１フィルタコンデンサの放電完了を待たずに、前記充電接触器及び前記充電抵抗器を用いた前記直流入力から前記第２フィルタコンデンサへの充電動作と前記系切替器の切替動作とを並行して実行する
請求項１に記載の電気車用電源装置。
【請求項３】
前記第２インバータ回路の直流入力に接続された第２フィルタコンデンサと、
前記直流入力を充電抵抗器を介して前記第１フィルタコンデンサ及び前記第２フィルタコンデンサに接続する充電接触器と
をさらに備える請求項１に記載の電気車用電源装置。
【請求項４】
前記第２インバータ回路の直流入力に接続された第２フィルタコンデンサをさらに備え、
前記放電回路が、前記第１フィルタコンデンサに接続された第１ダイオードと、前記第２フィルタコンデンサに接続された第２ダイオードと、前記第１フィルタコンデンサに前記第１ダイオードを介して接続されるとともに前記第２フィルタコンデンサに前記第２ダイオードを介して接続された放電接触器及び放電抵抗器とを有し、
前記制御部が、前記第１インバータ回路を停止させた後、前記放電回路による前記第１フィルタコンデンサの放電完了を待たずに、前記系切替器の切替動作を実行する
請求項１に記載の電気車用電源装置。
【請求項５】
前記第２インバータ回路の直流入力に接続された第２フィルタコンデンサと、
前記直流入力を充電抵抗器を介して前記第２フィルタコンデンサに接続する充電接触器とをさらに備え、
前記放電回路が、前記第１フィルタコンデンサに接続された第１ダイオードと、前記第２フィルタコンデンサに接続された第２ダイオードと、前記第１フィルタコンデンサに前記第１ダイオードを介して接続されるとともに前記第２フィルタコンデンサに前記第２ダイオードを介して接続された放電接触器及び放電抵抗器とを有し、
前記制御部が、前記第１インバータ回路を停止させた後、前記放電回路による前記第１フィルタコンデンサの放電完了を待たずに、前記充電接触器及び前記充電抵抗器を用いた前記直流入力から前記第２フィルタコンデンサへの充電動作と前記系切替器の切替動作とを並行して実行する
請求項１に記載の電気車用電源装置。
【請求項６】
前記第１フィルタコンデンサと並列に接続された第１常時放電抵抗器と、
前記第２フィルタコンデンサと並列に接続された第２常時放電抵抗器と、
前記直流入力をオン又はオフする入力接触器と
をさらに備え、
前記放電接触器が、前記入力接触器の補助接点として構成されている
請求項４又は５に記載の電気車用電源装置。
【請求項７】
前記直流入力が、交流架線向けコンバータからの出力である
請求項１から６のいずれか１項に記載の電気車用電源装置。
【請求項８】
前記制御部が、前記第１インバータ回路を停止させることができた場合に、前記放電回路による前記第１フィルタコンデンサの放電完了を待たずに、前記系切替器の切替動作を実行し、前記第１インバータ回路を停止させることができなかった場合に、前記放電回路による前記第１フィルタコンデンサの放電完了を待って、前記系切替器の切替動作を実行する
請求項１から７のいずれか１項に記載の電気車用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気車用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車用電源装置は、架線から受電した電力を所定の交流電力に変換して電気車内のクーラー、照明装置等の電気機器へ供給する。また、電気車用待機二重系電源装置は、インバータ回路、フィルタコンデンサ等を有する電力変換回路を二系統分備えている。この電気車用待機二重系電源装置は、故障が発生した際には使用する系を切り替える。すなわち、電気車用待機二重系電源装置は、故障が発生した場合、運用系を停止し、もう片方の系である待機系を起動する。しかしながら、電気車用待機二重系電源装置においては、フィルタコンデンサの放電を待ってから切り替え動作を開始するため、系の切り替えに多くの時間がかかるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９１１０２号公報
【特許文献２】特開２００６−０７４９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、系切替時間を短縮することができる電気車用電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の電気車用電源装置は、第１インバータ回路と、第１フィルタコンデンサと、放電回路と、第２インバータ回路と、系切替器と、制御部とを持つ。第１インバータ回路は、直流入力を交流出力に変換する。第１フィルタコンデンサは、第１インバータの直流入力に接続されている。放電回路は、第１フィルタコンデンサの電荷を放電する。第２インバータ回路は、上記直流入力を交流出力に変換する。系切替器は、第１インバータ回路の交流出力又は第２インバータ回路の交流出力のいずれか一方を選択して出力する。制御部は、第１インバータ回路を停止させた後、放電回路による第１フィルタコンデンサの放電完了を待たずに、系切替器の切替動作を実行する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の電気車用電源装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態の電気車用電源装置の系切替動作を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態の電気車用電源装置の系切替動作を示すタイミングチャート。
【図４】第１の実施形態の電気車用電源装置の系切替動作を示す他のタイミングチャート。
【図５】第２の実施形態の電気車用電源装置の全体構成を示すブロック図。
【図６】第２の実施形態の電気車用電源装置の系切替動作を示すフローチャート。
【図７】第３及び第４の実施形態の電気車用電源装置の全体構成を示すブロック図。
【図８】第３の実施形態の電気車用電源装置の系切替動作を示すフローチャート。
【図９】第４の実施形態の電気車用電源装置の系切替動作を示すフローチャート。
【図１０】第５の実施形態の電気車用電源装置の全体構成を示すブロック図。
【図１１】第５の実施形態の電気車用電源装置の系切替動作を示すフローチャート。
【図１２】第１の実施形態の電気車用電源装置の変形例の全体構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の電気車用電源装置を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１から図４を参照して第１の実施形態の電気車用電源装置１００について説明する。図１は、第１の実施形態の電気車用電源装置１００の構成例を示したブロック図である。図２は、図１に示した電気車用電源装置１００の系切替動作を示すフローチャートである。図３及び図４は、図１に示した電気車用電源装置１００の系切替動作を示すタイミングチャートである。
【０００９】
図１に示した電気車用電源装置１００は、二系統の電力変換回路２１及び２２を備える電気車用待機二重系電源装置である。電気車用電源装置１００は、入力ヒューズ２と、入力リアクトル３と、接触器６−１及び６−２と、充電接触器４−１及び４−２と、充電抵抗器５−１及び５−２と、放電接触器７−１及び７−２と、放電抵抗器８−１及び８−２と、フィルタコンデンサ９−１及び９−２と、インバータ回路１０−１及び１０−２と、系切替器１１と、フィルタ回路１２と、絶縁変圧器１３と、制御装置１７とを備える。接触器６−１と、充電接触器４−１と、充電抵抗器５−１と、放電接触器７−１と、放電抵抗器８−１と、フィルタコンデンサ９−１と、インバータ回路１０−１とが、運用系として動作する１系の電力変換回路２１を、そして、接触器６−２と、充電接触器４−２と、充電抵抗器５−２と、放電接触器７−２と、放電抵抗器８−２と、フィルタコンデンサ９−２と、インバータ回路１０−２とが、待機系として動作する２系の電力変換回路２２を、それぞれ構成する。
【００１０】
入力ヒューズ２は、図示していない直流架線から集電装置１によって集電した直流電力を入力し、入力リアクトル３へ出力する。入力ヒューズ２は、所定の過電流が流れた場合に回路を遮断する。入力リアクトル３は、入力を入力ヒューズ２の出力に接続し、出力を接触器６−１及び６−２並びに充電接触器４−１及び４−２の各入力に接続する。入力リアクトル３は、直流電流の脈動分を低減する。入力ヒューズ２の具体例としては、物理的な開閉を行うことで電気回路を遮断する遮断器がある。
【００１１】
接触器６−１は、入力リアクトル３の出力と、インバータ回路１０−１の入力との間に接続されたメーク接点である主接点を有している。インバータ回路１０−１の入力には、放電抵抗器８−１及びフィルタコンデンサ９−１の各一端が接続されている。接触器６−１は、制御装置１７から所定の制御信号が入力された場合に主接点をオンして、入力リアクトル３から入力した直流電力をインバータ回路１０−１及びフィルタコンデンサ９−１へ出力する。
【００１２】
充電接触器４−１は、入力リアクトル３の出力と、充電抵抗器５−１の入力との間に接続されたメーク接点である主接点を有している。充電抵抗器５−１の出力には、インバータ回路１０−１の入力と、放電抵抗器８−１及びフィルタコンデンサ９−１の各一端とが接続されている。充電抵抗器５−１は、電源投入時に発生するフィルタコンデンサ９−１への突入電流を抑制する。充電接触器４−１は、制御装置１７から所定の制御信号が入力された場合に主接点をオンし、充電抵抗器５−１を介して、入力リアクトル３から入力した直流電力をインバータ回路１０−１及びフィルタコンデンサ９−１へ出力する。
【００１３】
放電抵抗器８−１と放電接触器７−１とは、フィルタコンデンサ９−１の両端子間に直列に接続されている。放電接触器７−１は、メーク接点である主接点を有している。放電接触器７−１は、制御装置１７から所定の制御信号が入力された場合に主接点をオンし、放電抵抗器８−１を介して、フィルタコンデンサ９−１に蓄えられた電荷を放電する。フィルタコンデンサ９−１は、インバータ回路１０−１の直流入力に接続されている。フィルタコンデンサ９−１は、インバータ回路１０−１の入力電圧の変動を抑制する。
【００１４】
インバータ回路１０−１は、３相出力インバータであり、入力された直流波形を３相正弦波ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）交流波形に変換して出力する。本実施形態では、インバータ回路１０−１が、各相１対のスイッチング素子からなる３相ブリッジ回路と、各スイッチング素子の駆動回路とを備えている。スイッチング素子は、本実施形態では図示したようにＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ただし、スイッチング素子に限定はなく、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn-Off Thyristor）等であってもよい。また、インバータ回路１０−１は、入力及び出力電流を検知する回路、各ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間の電圧、ゲート・エミッタ間の電圧、及び、コレクタ電流を検知する回路等を備えている。
【００１５】
なお、電力変換回路２１と電力変換回路２２とは同一構成であり、それぞれ、接触器６−１と接触器６−２、充電接触器４−１と充電接触器４−２、充電抵抗器５−１と充電抵抗器５−２、放電接触器７−１と放電接触器７−２、放電抵抗器８−１と放電抵抗器８−２、フィルタコンデンサ９−１とフィルタコンデンサ９−２、及び、インバータ回路１０−１とインバータ回路１０−２が対応する。電力変換回路２２については、電力変換回路２１と各部の説明が同様であるから、説明を省略する。
【００１６】
また、インバータ回路１０−１及び１０−２の入力の負側の各一端と、フィルタコンデンサ９−１及び９−２の負側の各一端と、放電接触器７−１及び７−２の負側の各一端とは、共通の接地点に接続されている。
【００１７】
系切替器１１は、連動して動作する３個のトランスファ接点を有する切替器である。系切替器１１は、インバータ回路１０−１の出力とインバータ回路１０−２の出力とを入力に接続し、いずれか一方を選択して出力する。系切替器１１の各接点の切替動作は、制御装置１７から入力される所定の制御信号によって制御される。フィルタ回路１２は、系切替器１１から出力された３相交流電力を入力し、ＰＷＭ交流波形を滑らかにして出力する。絶縁変圧器１３は、フィルタ回路１２から出力された３相交流の電圧を所定の電圧に変換して出力する。絶縁変圧器１３の入力側と出力側とは絶縁されている。したがって、絶縁変圧器１３の３相出力は、インバータ回路１０−１及び１０−２の直流入力及び交流出力から絶縁されている。
【００１８】
なお、図１に示した電気車用電源装置１００は、電流又は電圧を検知する検知回路を複数備えている。例えば、電気車用電源装置１００には、フィルタコンデンサ９−１及び９−２の端子電圧及び充放電電流を検知する回路と、インバータ１０−１及び１０−２の入力及び出力電流を検知する回路と、インバータ１０−１及び１０−２が有する各ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間の電圧、ゲート・エミッタ間の電圧、及び、コレクタ電流を検知する回路とを設けることができる。ただし、検知回路の個数及び設置位置はこれらに限定されない。各検知回路で検知された電流又は電圧を表す信号は、制御装置１７に入力される。また、各接触器６−１及び６−２、４−１及び４−２、７−１及び７−２は、図示している主接点と連動して動作する図示していない補助接点を有することができる。また、系切替器１１も、図示している主接点と連動して動作する図示していない補助接点を有することができる。なお、特に説明しない場合、主接点と補助接点とは同一のオン又はオフ状態で動作することとする。制御装置１７は、各補助接点の動作状態を確認することで、各主接点の接続状態を検知することができる。なお、各図では、特に明示しない限り、主接点を図示し、補助接点は図示しない。
【００１９】
制御装置１７は、例えば、内部にＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、入出力装置とを備え、記憶装置に格納されているプログラムを、ＣＰＵを用いて実行することで所定の制御を行う。
【００２０】
次に、図２から図４を参照して図１に示した電気車用電源装置１００による系切替動作について説明する。図２に示したフローチャートは、電気車用電源装置１００の運用系である１系の電力変換回路２１が動作状態で、待機系である２系の電力変換回路２２が停止状態で開始する。１系の電力変換回路２１が動作状態で、２系の電力変換回路２２が停止状態である場合、インバータ回路１０−１のゲートはオン・オフ動作状態である。他方、インバータ回路１０−２のゲートはオフ状態である。ここで、ゲートがオン・オフ動作状態とは、インバータ回路１０−１又は１０−２が備える各スイッチング素子のゲートがゲート指令に従った所定のタイミングでオン又はオフ状態に繰り返し制御されている状態である。他方、ゲートがオフ状態とは、インバータ回路１０−１又は１０−２が備えるすべてのスイッチング素子のゲートが常にオフ状態に制御されている状態である。また、１系の電力変換回路２１が動作状態で、２系の電力変換回路２２が停止状態である場合、各接点の状態は、次のとおりである。すなわち、接触器６−１はオンである。充電接触器４−１はオン又はオフである。接触器６−２及び充電接触器４−２はオフである。放電接触器７−１及び７−２はオフである。系切替器１１はインバータ回路１０−１の出力を選択している。なお、各図では、フィルタコンデンサを「ＦＣ」、インバータ回路を「ＩＮＶ」とそれぞれ略記する。
【００２１】
図２に示したように、制御装置１７は、フィルタコンデンサ９−１の端子電圧及び充放電電流、インバータ１０−１の入出力電流、インバータ１０−１の各ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間の電圧、コレクタ電流等と、補助接点の状態等を確認して（ステップＳ１０１）、１系の電力変換回路２１に故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。故障が発生していない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、制御装置１７は、上記電圧、電流と、補助接点の状態等を繰り返し確認する（ステップＳ１０１）。一方、故障が発生している場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１のゲートをオフ状態に制御する（ステップＳ１０３）。また、ステップＳ１０３で、制御装置１７は、接触器６−１及び充電接触器４−１をオフする。
【００２２】
次に、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしていた場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、ステップＳ１０５、Ｓ１０７及びＳ１０９の処理を以下のように実行する。すなわち、制御装置１７は、系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先を１系から２系へと切り替える切替動作を開始する（ステップＳ１０５）。また、制御装置１７は、ステップＳ１０５の処理と並行して、充電接触器４−２をオンし、２系のフィルタコンデンサ９−２の充電動作を開始する（ステップＳ１０７）。さらに、制御装置１７は、ステップＳ１０５の処理及びステップＳ１０７の処理と並行して、放電接触器７−１をオンし、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電動作を開始する（ステップＳ１０９）。
【００２３】
制御装置１７は、ステップＳ１０５で系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始した後、系切替器１１の切替動作が完了するまで動作状態を監視する（ステップＳ１０６：Ｎｏの繰り返し）。制御装置１７は、例えば、系切替器１１の補助接点の状態を確認することで切替動作が完了したか否かを判定することができる。また、制御装置１７は、ステップＳ１０７で２系のフィルタコンデンサ９−２の充電動作を開始した後、充電が完了するまで充電状態を監視する（ステップＳ１０８：Ｎｏの繰り返し）。制御装置１７は、例えば、フィルタコンデンサ９−２の端子電圧を確認することで充電が完了したか否かを判定することができる。例えば制御装置１７は、フィルタコンデンサ９−２の端子電圧が所定の閾値を超えた場合に、充電が完了したと判定することができる。制御装置１７は、充電が完了した場合、接触器６−２をオンする。
【００２４】
次に、制御装置１７は、系切替器１１の切替動作が完了し（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、かつ、フィルタコンデンサ９−２の充電動作が完了した場合に（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、次の処理を行う。すなわち、制御装置１７は、２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始し、待機系である２系の電力変換回路２２を動作状態にする（ステップＳ１１０）。
【００２５】
なお、ステップＳ１０９で１系のフィルタコンデンサ９−１の放電を開始した場合、フィルタコンデンサ９−１に蓄えられていた電荷は１系の放電接触器７−１及び放電抵抗器８−１からなる放電回路によって放電される。したがって、系切替のための放電の完了確認は不要である。また、フィルタコンデンサ９−１及び９−２の充電完了もしくは放電完了を確認するための検知機器は、電圧検出器等に限定されるものではない。
【００２６】
ここで図３に示したタイミングチャートを参照して、上述したステップＳ１０４の判定結果がＹｅｓとなる場合の動作について説明する。図３は、横方向を時間軸とするタイミングチャートである。最上段の「１系故障」は１系の電力変換回路２１に所定の故障が発生しているか否かを示し、Ｈレベルで故障が発生している状態、Ｌレベルで故障が発生していない状態を示す。次の「１系ゲート出力」は、Ｈレベルで、インバータ回路１０−１の各ゲートをオン又はオフに制御してインバータ回路１０−１を動作させている状態を示している。また、「１系ゲート出力」は、Ｌレベルで、インバータ回路１０−１の各ゲートを連続的にオフしている状態を示している。次の「１系接触器動作」は、Ｌレベルで放電接触器７−１がオフしている状態を示し、Ｈレベルで放電接触器７−１がオンしている状態を示している。次の「１系ＦＣ電圧」は、１系のフィルタコンデンサ９−１の端子電圧の大きさを示している。次の「系切替器動作」は、系切替器１１の動作を示し、Ｈレベルで１系を選択している状態、Ｌレベルで２系を選択している状態、またＨとＬとの中間が切替動作中で動作が未完了である状態を示している。次の「２系接触器動作」は、Ｌレベルで充電接触器４−２がオフしている状態、Ｈレベルで充電接触器４−２がオンしている状態を示している。次の「２系ＦＣ電圧」は、２系のフィルタコンデンサ９−２の端子電圧の大きさを示している。次の「２系ゲート出力」は、Ｈレベルで、インバータ回路１０−２の各ゲートをオン又はオフに制御してインバータ回路１０−２を動作させている状態を示している。また、「２系ゲート出力」は、Ｌレベルで、インバータ回路１０−２の各ゲートを連続的にオフしている状態を示している。
【００２７】
図３において、時刻ｔ１１で１系の電力変換回路２１に所定の故障が発生したとすると、制御装置１７は故障の発生を検知し（ステップＳ１０１）、続いて故障が発生したと判定する（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）。図３に示した動作例は、ステップＳ１０４で判定結果がＹｅｓとなる場合の動作例である。したがって、時刻ｔ１１で発生する故障は、インバータ回路１０−１がオフすることが可能な故障である。時刻ｔ１１で発生する故障は、例えば、接触器６−１がオフしてしまった場合、放電接触器７−１がオンしてしまった場合、フィルタコンデンサ９−１等に異常が発生して直流電圧の変動分が大きくなった場合、インバータ回路１０−１のスイッチング素子のいずれかがオンしなくなった場合等である。制御装置１７は、例えば、接触器６−１の補助接点がオフしたこと、放電接触器７−１の補助接点がオンしたこと、直流入力の電圧変動が大きくなったこと、インバータ回路１０−１のスイッチング素子のいずれかがオンしなくなったこと等を検知した場合に、所定の故障が発生したと判定する。
【００２８】
制御装置１７は、所定の故障が発生したと判定した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３で、１系のインバータ回路１０−１のゲートをオフ状態に制御する（時刻ｔ１２、「１系ゲート出力」）。また、制御装置１７は、ステップＳ１０３で、接触器６−１及び充電接触器４−１をオフする（時刻ｔ１２）。
【００２９】
次に、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしていた場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、ステップＳ１０９、Ｓ１０５及びＳ１０７の処理を以下のように実行する。すなわち、制御装置１７は、ステップＳ１０９で、放電接触器７−１をオンし、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電を開始する（時刻ｔ１３、「１系接触器動作」）。また、制御装置１７は、ステップＳ１０９の処理と並行して、ステップＳ１０５で系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始する（時刻ｔ１３、「系切替器動作」）。さらに、制御装置１７は、ステップＳ１０９及びステップＳ１０５の処理と並行して、ステップＳ１０７で充電接触器４−２をオンし、２系のフィルタコンデンサ９−２の充電を開始する（時刻ｔ１３、「２系接触器動作」）。
【００３０】
図３に示した例では、時刻ｔ１３からＴ１時間後の時刻ｔ１４で１系のフィルタコンデンサ９−１の端子電圧が、放電完了とみなすことができる所定の電圧まで低下する。時刻ｔ１３からＴ３時間後の時刻ｔ１５で２系のフィルタコンデンサ９−２の端子電圧が、充電完了とみなすことができる所定の電圧まで上昇する。そして、時刻ｔ１３からＴ２時間後の時刻ｔ１６で系切替器１１の切替動作が完了する。
【００３１】
制御装置１７は、時刻ｔ１５以後にフィルタコンデンサ９−２の充電が完了したと判定し（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、接触器６−２をオンする。また、制御装置１７は、時刻ｔ１６以後に、系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作が完了したと判定する（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）。図３の例では、時刻ｔ１６で、ステップＳ１０６の判定条件（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）と、ステップＳ１０８の判定条件（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）との両者が満たされる。したがって、時刻ｔ１６以後の時刻ｔ１７で、制御装置１７は、２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始し、待機系である２系の電力変換回路２２を動作状態にする（ステップＳ１１０）。
【００３２】
次に、図２及び図４を参照してステップＳ１０４の判定結果がＮｏとなる場合の動作例について説明する。図４は、図３を参照して説明した「１系故障」、「１系ゲート出力」、「１系接触器動作」、「１系ＦＣ電圧」、「系切替器動作」、「２系接触器動作」、「２系ＦＣ電圧」及び「２系ゲート出力」の各状態を示したタイミングチャートである。ステップＳ１０４の判定結果がＮｏとなる場合とは、例えば制御装置１７が１系のインバータ回路１０−１のゲートをオフした場合に、１又は複数のスイッチング素子がオフしないときである。インバータ回路１０−１の１又は複数のスイッチング素子がオフしない場合、フィルタコンデンサ９−１に充電された電荷がインバータ回路１０−１の出力から系切替器１１へ放電される可能性がある。フィルタコンデンサ９−１に充電された電荷が系切替器１１へ放電される可能性がある場合、フィルタコンデンサ９−１の電荷が放電されるのを待って、系切替器１１が系切替動作を開始することが望ましい。切替動作時にアーク放電等によって接点に不具合が発生する可能性があり、これを防止するためである。そこで、ステップＳ１０４の判定結果がＮｏとなる場合、制御装置１７は、まず１系のフィルタコンデンサ９−１を放電し（ステップＳ１１１）、放電完了後に系切替器１１の切替動作を開始する（ステップＳ１１２：ＹｅｓからステップＳ１１３）。
【００３３】
図４において、時刻ｔ２１で１系の電力変換回路２１に所定の故障が発生したとすると、制御装置１７が故障の発生を検知し（ステップＳ１０１）、続いて故障が発生したと判定する（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）。図４に示した動作例は、ステップＳ１０４で判定結果がＮｏとなる場合の動作例である。したがって、所定の故障は、１系のインバータ回路１０−１にスイッチング素子が正常にオフできなくなる故障が発生した場合である。ステップＳ１０２では、制御装置１７が、１系のインバータ回路１０−１のスイッチング素子が正常にオフできなくなったことを検知した場合に、所定の故障が発生したと判定する（時刻ｔ２１）。
【００３４】
制御装置１７は、所定の故障が発生したと判定した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３で、１系のインバータ回路１０−１のゲートをオフ状態に制御する（時刻ｔ２２）。また、制御装置１７は、ステップＳ１０３で、主回路接触器６−１及び充電接触器４−１をオフする（時刻ｔ２２）。
【００３５】
次に、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。この例では、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１のいずれかのスイッチング素子がオフしなかったと判定するので（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１１１〜Ｓ１１６の処理を以下のように実行する。すなわち、制御装置１７は、ステップＳ１１１で、放電接触器７−１をオンし、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電を開始する（時刻ｔ２３）。制御装置１７は、ステップＳ１１１で１系のフィルタコンデンサ９−１の放電動作を開始した後、放電が完了するまで放電状態を監視する（ステップＳ１１２：Ｎｏの繰り返し）。制御装置１７は、例えば、フィルタコンデンサ９−１の端子電圧を確認することで放電が完了したか否かを判定することができる。すなわち、制御装置１７は、例えばフィルタコンデンサ９−１の端子電圧が所定の閾値以下となった場合に、放電が完了したと判定することができる。図４に示した例では、時刻ｔ２３で放電接触器７−１をオンしてからＴ１時間後の時刻ｔ２４以後に制御装置１７は放電動作が完了したと判定する（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）。
【００３６】
次に、制御装置１７は、時刻ｔ２４以後に、系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始する（ステップＳ１１３）。制御装置１７は、ステップＳ１１３で系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始した後、系切替器１１が切替動作を完了するまで切替動作を監視する（ステップＳ１１４：Ｎｏの繰り返し）。制御装置１７は、例えば、系切替器１１の補助接点の状態を確認することで切替動作が完了したか否かを判定することができる。
【００３７】
図４の例では時刻ｔ２４からＴ２時間後の時刻ｔ２５で系切替器１１の切替動作が完了しているので、制御装置１７は、時刻ｔ２５以後に系切替器１１の切替動作が完了したと判定する（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）。次に、制御装置１７は、ステップＳ１１５で充電接触器４−２をオンし、２系のフィルタコンデンサ９−２の充電を開始する（時刻ｔ２６）。図４に示した例では、時刻ｔ２６からＴ３時間後の時刻ｔ２７で２系のフィルタコンデンサ９−２の端子電圧は、充電完了とみなすことができる所定の電圧まで上昇する。次に、制御装置１７は、ステップＳ１１６でフィルタコンデンサ９−２の充電が完了したと判定する（時刻ｔ２８）。
【００３８】
制御装置１７は、時刻ｔ２８で、主回路接触器６−２をオンし、次に２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始して、待機系である２系の電力変換回路２２を動作状態にする（ステップＳ１１０）。
【００３９】
第１の実施形態の電気車用電源装置１００では、故障発生の際に運用系のインバータ回路１０−１をオフすることができた場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７が、放電接触器７−１及び放電抵抗器８−１からなる放電回路による１系のフィルタコンデンサ９−１の放電完了を待たずに、系切替器１１の切替動作を実行する（図３）。したがって、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電動作と系切替器１１の切替動作とを順次に実行する場合（図４）と比較して系切替時間を短縮することができる。また、制御装置１７は、系切替器１１の切替動作と並行して、充電接触器４−２及び充電抵抗器５−２を用いた直流入力から２系のフィルタコンデンサ９−２への充電動作を実行する（図３）。したがって、２系のフィルタコンデンサ９−２の充電動作と系切替器１１の切替動作とを順次に実行する場合（図４）と比較して系切替時間を短縮することができる。
【００４０】
なお、第１の実施形態の電気車用電源装置１００では、直流架線から電力を入力することとしているが、次のようにして交流架線から電力を入力することもできる。すなわち、図１２に示したように、集電装置１と入力ヒューズ２との間に交流を直流に変換する交流架線向けコンバータ１８を設ける。そして、コンバータ１８の直流出力を入力ヒューズ２へ入力する。図１２は、第１の実施形態の電気車用電源装置１００の変形例を示したブロック図である。
【００４１】
（第２の実施形態）
図５及び図６を参照して第２の実施形態の電気車用電源装置１００ａについて説明する。図５は、第２の実施形態の電気車用電源装置１００ａの構成例を示したブロック図である。図６は、図５に示した電気車用電源装置１００ａの系切替動作を示すフローチャートである。図５において、図１に示したものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を省略する。
【００４２】
図５に示した電気車用電源装置１００ａは、二系統の電力変換回路２１ａ及び２２ａを備える電気車用待機二重系電源装置である。図５に示した電気車用電源装置１００ａは、図１に示した電気車用電源装置１００と比較して、次の点が異なる。すなわち、図１に示した電気車用電源装置１００において二系統の電力変換回路２１及び２２にそれぞれ設けていた接触器６−１及び６−２、充電接触器４−１及び４−２、充電抵抗器５−１及び５−２、放電接触器７−１及び７−２、並びに放電抵抗器８−１及び８−２を、図５に示した電気車用電源装置１００ａでは２系統で共通化している。
【００４３】
図５に示した電気車用電源装置１００ａでは、１系の電力変換回路２１ａがインバータ回路１０−１とフィルタコンデンサ９−１とを備えている。また、２系の電力変換回路２２ａがインバータ回路１０−２とフィルタコンデンサ９−２とを備えている。そして、インバータ回路１０−１の直流入力端子とインバータ回路１０−２の直流入力端子とを並列に接続している。また、入力リアクトル３の出力とインバータ回路１０−１及び１０−２の入力との間に、共通の主回路接触器６が接続されている。また、入力リアクトル３の出力とインバータ回路１０−１及び１０−２の入力との間に、主回路接触器６と並列に、充電接触器４と充電抵抗器５とを直列に接続した共通の充電回路が接続されている。また、インバータ回路１０−１及び１０−２の正側の入力端子と負側の入力端子との間に、放電抵抗器８と放電接触器７とを直列に接続した共通の放電回路が接続されている。
【００４４】
次に、図６を参照して図５に示した電気車用電源装置１００ａによる系切替動作について説明する。図６に示したフローチャートは、電気車用電源装置１００ａの運用系である１系の電力変換回路２１ａが動作状態で、待機系である２系の電力変換回路２２ａが停止状態で開始する。また、各接点の状態は、次のとおりである。すなわち、接触器６はオンである。充電接触器４はオン又はオフである。放電接触器７はオフである。系切替器１１はインバータ回路１０−１の出力を選択している。また、フィルタコンデンサ９−１及び９−２は両方とも充電完了状態である。
【００４５】
制御装置１７は、フィルタコンデンサ９−１の端子電圧及び充放電電流、インバータ１０−１の入出力電流、インバータ１０−１の各ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間の電圧、コレクタ電流等を確認して（ステップＳ２０１）、１系の電力変換回路２１ａに故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。故障が発生していない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、制御装置１７は、上記の電圧、電流等を繰り返し確認する（ステップＳ２０１）。一方、故障が発生している場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１のゲートをオフ状態に制御する（ステップＳ２０３）。なお、ステップＳ２０１で検知される故障は例えば次のような故障である。すなわち、インバータ回路１０−１のスイッチング素子のいずれかがオン状態で故障した場合、１又は複数の同スイッチング素子がオフ状態で故障した場合、インバータ回路１０−１から系切替器１１までの線路に異常が発生した場合等である。例えば、これらの場合には、系切替器１１による系切替によって１系の電力変換回路２１ａの故障箇所を２系の電力変換回路２２ａから切り離すことができる。
【００４６】
次に、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしていた場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、ステップＳ２０５及びＳ２０６の処理を以下のように実行する。すなわち、制御装置１７は、系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先を１系から２系へと切り替える切替動作を開始する（ステップＳ２０５）。制御装置１７は、ステップＳ２０５で系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始した後、系切替器１１の切替動作が完了するまで動作状態を監視する（ステップＳ２０６：Ｎｏの繰り返し）。
【００４７】
次に、制御装置１７は、系切替器１１の切替動作が完了した場合に（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、次の処理を行う。すなわち、制御装置１７は、２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始し、待機系である２系の電力変換回路２２ａを動作状態にする（ステップＳ２０７）。
【００４８】
一方、ステップＳ２０４の判定結果がＮｏとなった場合、制御装置１７は、接触器６及び充電接触器４をオフするとともに、放電接触器７をオンして、フィルタコンデンサ９−１及び９−２の放電を開始する（ステップＳ２０８）。制御装置１７は、ステップＳ２０８でフィルタコンデンサ９−１及び９−２の放電動作を開始した後、放電が完了するまで放電状態を監視する（ステップＳ２０９：Ｎｏの繰り返し）。制御装置１７は、例えば、フィルタコンデンサ９−１又は９−２の端子電圧を確認することで放電が完了したか否かを判定することができる。例えば、制御装置１７は、フィルタコンデンサ９−１又は９−２の端子電圧が所定の閾値以下となった場合に、放電が完了したと判定することができる。
【００４９】
放電が完了したと判定した場合（ステップＳ２０９：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始する（ステップＳ２１０）。制御装置１７は、ステップＳ２１０で系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始した後、系切替器１１が切替動作を完了するまで切替動作を監視する（ステップＳ２１１：Ｎｏの繰り返し）。制御装置１７は、例えば、系切替器１１の補助接点の状態を確認することで切替動作が完了したか否かを判定することができる。
【００５０】
切替動作が完了したと判定した場合（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、充電接触器４をオンし、フィルタコンデンサ９−１及び９−２の充電を開始する（ステップＳ２１２）。制御装置１７は、ステップＳ２１２でフィルタコンデンサ９−１及び９−２の充電動作を開始した後、充電が完了するまで充電状態を監視する（ステップＳ２１３：Ｎｏの繰り返し）。制御装置１７は、例えば、フィルタコンデンサ９−１及び９−２の端子電圧を確認することで充電が完了したか否かを判定することができる。すなわち、制御装置１７は、例えばフィルタコンデンサ９−１及び９−２の端子電圧が所定の閾値以上となった場合に、充電が完了したと判定することができる。充電動作が完了したと判定した場合（ステップＳ２１３：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、次の処理を行う。すなわち、制御装置１７は、接触器６をオンし、２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始し、待機系である２系の電力変換回路２２ａを動作状態にする（ステップＳ２０７）。
【００５１】
第２の実施形態の電気車用電源装置１００ａでは、故障発生の際に運用系のインバータ回路１０−１をオフすることができた場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７が、放電接触器７及び放電抵抗器８からなる放電回路による１系のフィルタコンデンサ９−１の放電完了を待たずに、系切替器１１の切替動作を実行する。したがって、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電動作と系切替器１１の切替動作とを順次に実行する場合と比較して系切替時間を短縮することができる。また、主回路接触器６、充電接触器４及び充電抵抗器５、並びに放電接触器７及び放電抵抗器８を、１系と２系とで共用することで構成を簡単化することができる。
【００５２】
（第３の実施形態）
図７及び図８を参照して第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂについて説明する。図７は、第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂの構成例を示したブロック図である。図８は、図７に示した電気車用電源装置１００ｂの系切替動作を示すフローチャートである。図７において、図１等に示したものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を省略する。
【００５３】
図７に示した電気車用電源装置１００ｂは、二系統の電力変換回路２１ｂ及び２２ｂを備える電気車用待機二重系電源装置である。図７に示した電気車用電源装置１００ｂは、図１に示した電気車用電源装置１００と比較して、次の点が異なる。すなわち、図１に示した電気車用電源装置１００では、各電力変換回路２１及び２２に放電接触器７−１及び７−２と放電抵抗器８−１及び８−２とを設けている。一方、第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂでは、二系統の電力変換回路２１ｂ及び２２ｂに対して放電接触器７及び放電抵抗器８を共通に設けている。ただし、第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂでは、フィルタコンデンサ９−１及び９−２を放電抵抗器８に、直接接続するのではなく、逆流防止ダイオード１４−１又は１４−２を介して接続している。第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂでは、逆流防止ダイオード１４−１又は１４−２を、放電接触器７及び放電抵抗器８からなる放電回路に追加することで、フィルタコンデンサ９−１又は９−２に他系の充電電流が流れることを避けている。１系の逆流防止ダイオード１４−１は、フィルタコンデンサ９−１の正側端子にアノードを接続し、カソードを２系の逆流防止ダイオード１４−２のカソードと放電抵抗器８の一端とに接続している。２系の逆流防止ダイオード１４−２は、アノードを、フィルタコンデンサ９−２の正側端子に接続している。放電抵抗器８の他端は放電接触器７の一端に接続されている。放電接触器７の他端は接地されている。
【００５４】
第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂでは、１系の電力変換回路２１ｂが、インバータ回路１０−１と、フィルタコンデンサ９−１と、接触器６−１と、充電接触器４−１と、充電抵抗器５−１と、逆流防止ダイオード１４−１とを備えている。また、２系の電力変換回路２２ｂは、インバータ回路１０−２と、フィルタコンデンサ９−２と、接触器６−２と、充電接触器４−２と、充電抵抗器５−２と、逆流防止ダイオード１４−２とを備えている。
【００５５】
次に、図８を参照して図７に示した電気車用電源装置１００ｂによる系切替動作について説明する。図７に示したフローチャートは、電気車用電源装置１００ｂの運用系である１系の電力変換回路２１ｂが動作状態で、待機系である２系の電力変換回路２２ｂが停止状態で開始する。また、各接点の状態は、次のとおりである。すなわち、接触器６−１はオンである。充電接触器４−１はオン又はオフである。放電接触器７はオフである。接触器６−２はオフである。充電接触器４−２はオフである。また、系切替器１１はインバータ回路１０−１の出力を選択している。
【００５６】
制御装置１７は、フィルタコンデンサ９−１の端子電圧及び充放電電流、インバータ１０−１の入出力電流、インバータ１０−１の各ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間の電圧、コレクタ電流等と、補助接点の状態等を確認して（ステップＳ３０１）、１系の電力変換回路２１ｂに故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。故障が発生していない場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、制御装置１７は、上記電圧、電流等と、補助接点の状態等を繰り返し確認する（ステップＳ３０１）。一方、故障が発生している場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１のゲートをオフ状態に制御する（ステップＳ３０３）。また、ステップＳ３０３で、制御装置１７は、接触器６−１及び充電接触器４−１をオフする。
【００５７】
次に、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしていた場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、ステップＳ３０５及びＳ３０７の処理を以下のように実行する。すなわち、制御装置１７は、系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先を１系から２系へと切り替える切替動作を開始する（ステップＳ３０５）。また、制御装置１７は、ステップＳ３０５の処理と並行して、放電接触器７をオンし、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電動作を開始する（ステップＳ３０７）。制御装置１７は、ステップＳ３０５で系切替器１１の切替動作を開始した後、系切替器１１が切替動作を完了するまで切替動作を監視する（ステップＳ３０６：Ｎｏの繰り返し）。また、制御装置１７は、ステップＳ３０７で１系のフィルタコンデンサ９−１の放電動作を開始した後、放電が完了するまで放電状態を監視する（ステップＳ３０８：Ｎｏの繰り返し）。放電が完了したと判定した場合（ステップＳ３０８：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、放電接触器７をオフするとともに充電接触器４−２をオンし、２系のフィルタコンデンサ９−２の充電を開始する（ステップＳ３０９）。次に、制御装置１７は、充電が完了するまで充電状態を監視する（ステップＳ３１０：Ｎｏの繰り返し）。充電が完了した場合（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、接触器６−２をオンする。
【００５８】
次に、制御装置１７は、系切替器１１の切替動作が完了し（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、かつ、フィルタコンデンサ９−２の充電動作が完了した場合に（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、次の処理を行う。すなわち、制御装置１７は、２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始し、待機系である２系の電力変換回路２２ｂを動作状態にする（ステップＳ３１１）。
【００５９】
一方、ステップＳ３０４の判定結果がＮｏとなった場合、制御装置１７は、放電接触器７をオンして、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電を開始する（ステップＳ３１２）。次に、制御装置１７は、放電が完了するまで放電状態を監視する（ステップＳ３１３：Ｎｏの繰り返し）。放電が完了したと判定した場合（ステップＳ３１３：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始する（ステップＳ３１４）。次に、制御装置１７は、系切替器１１が切替動作を完了するまで切替動作を監視する（ステップＳ３１５：Ｎｏの繰り返し）。
【００６０】
切替動作が完了したと判定した場合（ステップＳ３１５：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、放電接触器７をオフするとともに充電接触器４−２をオンし、２系のフィルタコンデンサ９−２の充電を開始する（ステップＳ３１６）。次に、制御装置１７は、充電が完了するまで充電状態を監視する（ステップＳ３１７：Ｎｏの繰り返し）。充電動作が完了したと判定した場合（ステップＳ３１７：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、次の処理を行う。すなわち、制御装置１７は、接触器６−２をオンするとともに、２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始し、待機系である２系の電力変換回路２２ｂを動作状態にする（ステップＳ３１１）。
【００６１】
第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂでは、故障発生の際に運用系のインバータ回路１０−１をオフすることができた場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７が、逆流防止ダイオード１４−１、放電接触器７及び放電抵抗器８からなる放電回路による１系のフィルタコンデンサ９−１の放電完了を待たずに、系切替器１１の切替動作を実行する。したがって、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電動作と系切替器１１の切替動作とを順次に実行する場合と比較して系切替時間を短縮することができる。また、放電接触器７と放電抵抗器８とを１系と２系とで共用することで構成を簡単化することができる。
【００６２】
（第４の実施形態）
図７及び図９を参照して第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態と構成は同一であるが、動作が異なっている。すなわち、第４の実施形態の構成は、第３の実施形態と同一の図７に示した電気車用電源装置１００ｂである。しかし、第４の実施形態の動作は、図８に示した第３の実施形態のフローチャートではなく、図９に示したフローチャートによって示される。図９は、図７に示した電気車用電源装置１００ｂの第４の実施形態の系切替動作を示すフローチャートである。
【００６３】
図９に示したフローチャートは、図８に示したフローチャートと比較して、次の点が異なっている。すなわち、図９に示したフローチャートでは、図８に示したステップＳ３０７とステップＳ３０８の各処理が省略されている。他のステップの処理は、図８と同一である。ステップＳ３０７とステップＳ３０８の各処理を省略した場合、系切替後に１系のフィルタコンデンサ９−１は充電された状態のままとなる。しかし、電気車用電源装置１００ｂの停止時に放電接触器７を閉じることで、１系のフィルタコンデンサ９−１も２系のフィルタコンデンサ９−２時に放電されるため、使用上問題ない。第４の実施形態では、第３の実施形態で得られる効果に加え、１系のフィルタコンデンサ９−１を放電しないことで、更なる時間短縮を図ることが可能となる。
【００６４】
（第５の実施形態）
図１０及び図１１を参照して第５の実施形態の電気車用電源装置１００ｃについて説明する。図１０は、第５の実施形態の電気車用電源装置１００ｃの構成を示したブロック図である。図１１は、図１０に示した電気車用電源装置１００ｃの系切替動作を示すフローチャートである。第５の実施形態の電気車用電源装置１００ｃは、図７に示した第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂに対して次の構成が追加されている。すなわち、第５の実施形態の電気車用電源装置１００ｃには、図７に示した第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂと比較して新たに、常時放電抵抗器１５−１及び１５−２と、入力接触器１６とが追加されている。常時放電抵抗器１５−１は、１系のフィルタコンデンサ９−１の両端子間に接続されている。常時放電抵抗器１５−２は、２系のフィルタコンデンサ９−２の両端子間に接続されている。常時放電抵抗器１５−１及び１５−２は、放電抵抗器８の抵抗値より大きな抵抗値を有する。常時放電抵抗器１５−１は、接触器６−１及び充電接触器４−１がオフすると、フィルタコンデンサ９−１を常時放電状態とする。常時放電抵抗器１５−２は、接触器６−２及び充電接触器４−２がオフすると、フィルタコンデンサ９−２を常時放電状態とする。入力接触器１６は、メーク接点として構成されている主接点１６ｍと、ブレイク接点として構成されていて主接点と連動して動作する補助接点１６ｓとを有している。入力接触器１６の主接点１６ｍは、集電装置１１と入力ヒューズ２との間に接続されている。また、第５の実施形態の電気車用電源装置１００ｃでは、図７に示した第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂの放電接触器７に代えて、新たに設けた入力接触器１６の補助接点１６ｓを放電用の接点として用いている。
【００６５】
第５の実施形態の電気車用電源装置１００ｃでは、１系の電力変換回路２１ｃが、インバータ回路１０−１と、フィルタコンデンサ９−１と、接触器６−１と、充電接触器４−１と、充電抵抗器５−１と、逆流防止ダイオード１４−１と、常時放電抵抗器１５−１とを備えている。また、２系の電力変換回路２２ｃは、インバータ回路１０−２と、フィルタコンデンサ９−２と、接触器６−２と、充電接触器４−２と、充電抵抗器５−２と、逆流防止ダイオード１４−２と、常時放電抵抗器１５−２とを備えている。
【００６６】
次に、図１１を参照して図１０に示した電気車用電源装置１００ｃによる系切替動作について説明する。図１０に示したフローチャートは、電気車用電源装置１００ｃが次の状態で開始される。すなわち、電気車用電源装置１００ｃでは、運用系である１系の電力変換回路２１ｃが動作状態で、待機系である２系の電力変換回路２２ｃが停止状態である。また、各接点の状態は、次のとおりである。すなわち、入力接触器１６は主接点１６ｍがオンで補助接点１６ｓがオフである。接触器６−１はオンである。充電接触器４−１はオン又はオフである。接触器６−２はオフである。充電接触器４−２はオフである。また、系切替器１１はインバータ回路１０−１の出力を選択している。
【００６７】
制御装置１７は、フィルタコンデンサ９−１の端子電圧及び充放電電流、インバータ１０−１の入出力電流、インバータ１０−１の各ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間の電圧、コレクタ電流等と、補助接点の状態等を確認して（ステップＳ４０１）、１系の電力変換回路２１ｃに故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ４０２）。故障が発生していない場合（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、制御装置１７は、上記の電圧、電流等と、補助接点の状態等を繰り返し確認する（ステップＳ４０１）。一方、故障が発生している場合（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１のゲートをオフ状態に制御する（ステップＳ４０３）。また、ステップＳ４０３で、制御装置１７は、接触器６−１及び充電接触器４−１をオフする。
【００６８】
次に、制御装置１７は、１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしているか否かを判定する（ステップＳ４０４）。１系のインバータ回路１０−１の各スイッチング素子がオフしていた場合（ステップＳ４０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、ステップＳ４０５及びＳ４０７の処理を以下のように実行する。すなわち、制御装置１７は、系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先を１系から２系へと切り替える切替動作を開始する（ステップＳ４０５）。制御装置１７は、ステップＳ４０５で系切替器１１の切替動作を開始した後、系切替器１１が切替動作を完了するまで切替動作を監視する（ステップＳ４０６：Ｎｏの繰り返し）。また、制御装置１７は、ステップＳ４０５の処理と並行して、充電接触器４−２をオンし、２系のフィルタコンデンサ９−２の充電を開始する（ステップＳ４０７）。次に、制御装置１７は、充電が完了するまで充電状態を監視する（ステップＳ４０８：Ｎｏの繰り返し）。充電が完了した場合（ステップＳ４０８：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、接触器６−２をオンする。
【００６９】
次に、制御装置１７は、系切替器１１の切替動作が完了し（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、かつ、フィルタコンデンサ９−２の充電動作が完了した場合に（ステップＳ４０８：Ｙｅｓ）、次の処理を行う。すなわち、制御装置１７は、２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始し、待機系である２系の電力変換回路２２ｃを動作状態にする（ステップＳ４０９）。
【００７０】
一方、ステップＳ４０４の判定結果がＮｏとなった場合、制御装置１７は、入力接触器１６の主接点１６ｍをオフするとともに補助接点１６ｓをオンして、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電を開始する（ステップＳ４１０）。次に、制御装置１７は、放電が完了するまで放電状態を監視する（ステップＳ４１１：Ｎｏの繰り返し）。放電が完了したと判定した場合（ステップＳ４１１：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、系切替器１１に対して所定の制御信号を出力することで系切替器１１の接続先の１系から２系への切替動作を開始する（ステップＳ４１２）。次に、制御装置１７は、系切替器１１が切替動作を完了するまで切替動作を監視する（ステップＳ４１３：Ｎｏの繰り返し）。
【００７１】
切替動作が完了したと判定した場合（ステップＳ４１３：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、入力接触器１６の主接点１６ｍをオンするとともに、充電接触器４−２をオンし、２系のフィルタコンデンサ９−２の充電を開始する（ステップＳ４１４）。ただし、入力接触器１６の主接点１６ｍは、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電完了後は、系切替器１１の切替動作の完了前でもオンすることができる。
【００７２】
次に、制御装置１７は、充電が完了するまで充電状態を監視する（ステップＳ４１５：Ｎｏの繰り返し）。充電動作が完了したと判定した場合（ステップＳ４１５：Ｙｅｓ）、制御装置１７は、次の処理を行う。すなわち、制御装置１７は、接触器６−２をオンするとともに、２系のインバータ回路１０−２の各スイッチング素子のゲートのオン・オフ制御を開始し、待機系である２系の電力変換回路２２ｃを動作状態にする（ステップＳ４０９）。
【００７３】
第５の実施形態の電気車用電源装置１００ｃでは、故障発生の際に運用系のインバータ回路１０−１をオフすることができた場合（Ｓ４０４：Ｙｅｓ）、制御装置１７が、逆流防止ダイオード１４−１、入力接触器１６の補助接点１６ｓ及び放電抵抗器８からなる放電回路による１系のフィルタコンデンサ９−１の放電完了を待たずに、系切替器１１の切替動作を実行する。したがって、１系のフィルタコンデンサ９−１の放電動作と系切替器１１の切替動作とを順次に実行する場合と比較して系切替時間を短縮することができる。また、入力接触器１６の補助接点１６ｓと放電抵抗器８とを、１系と２系とで共用することで構成を簡単化することができる。
【００７４】
また、第５の実施形態の電気車用電源装置１００ｃでは、図７に示した第３の実施形態の電気車用電源装置１００ｂと異なり、系切替後に１系のフィルタコンデンサ９−１は常時放電抵抗器１５−１によって放電される。また、装置本体の作業を行う際には入力接触器１６を開くため、両系のフィルタコンデンサ９−１及び９−２が放電完了していない場合でも、放電抵抗器８を通って放電されるため、第３の実施形態と比べより安全である。
【００７５】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、１系のインバータ回路１０−１を停止させた後、放電回路による１系のフィルタコンデンサ９−１の放電完了を待たずに、系切替器１１の切替動作を実行する制御装置（制御部）１７を持つことにより、系切替時間を短縮することができる。したがって、系切替時間の短縮により、電気車における停電時間を削減し、サービス向上を図ることが可能となる。
【００７６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００７７】
１  集電装置
２  入力ヒューズ
３  入力リアクトル
４、４−１、４−２  充電接触器
５、５−１、５−２  充電抵抗器
６、６−１、６−２  接触器
７、７−１、７−２  放電接触器
８、８−１、８−２  放電抵抗器
９−１  フィルタコンデンサ（第１フィルタコンデンサ）
９−２  フィルタコンデンサ（第２フィルタコンデンサ）
１０−１  インバータ回路（第１インバータ回路）
１０−２  インバータ回路（第２インバータ回路）
１１  系切替器
１２  フィルタ回路
１３  絶縁変圧器
１４−１  逆流防止ダイオード（第１ダイオード）
１４−２  逆流防止ダイオード（第２ダイオード）
１５−１  常時放電抵抗器（第１常時放電抵抗器）
１５−２  常時放電抵抗器（第２常時放電抵抗器）
１６  入力接触器
１６ｓ  補助接点
１７  制御装置（制御部）
１８  コンバータ
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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