(57)【要約】【課題】１つの冷却器に複数群構成の電力変換回路を取り付けた電気車制御装置において、運転時の冷却器内での熱損失の不均衡に起因する電力用半導体素子の異常高温を防止する。【解決手段】インバータ回路部４は、電気車駆動用交流電動機８Ａ、８Ｂを駆動し、電力用半導体素子を含む電気部品によって各々構成される第１群及び第２群のインバータ回路４Ａ、４Ｂからなる。冷却器２６はインバータ回路部４を冷却する。電流検出器１１Ａ、１１Ｂは第１群及び第２群のインバータ回路４Ａ、４Ｂから各々出力される電流の値を検出する。モータ電流補償装置１４は、電流検出器１１Ａ、１１Ｂより検出したインバータ回路の出力電流値の差分がしきい値を超えた場合、第１群及び第２群のインバータ回路４Ａ、４Ｂにおける電力用半導体素子のスイッチングによる損失を均等化する。【選択図】図１
2008301627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車駆動用電動機を駆動し、電力用半導体素子を含む電気部品によって各々構成される第１群及び第２群のインバータ回路からなるインバータ回路部と、
前記インバータ回路部を冷却する冷却器と、
前記第１群及び第２群のインバータ回路から各々出力される電流の値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段より検出した前記インバータ回路の出力電流値の差分がしきい値を超えた場合、前記第１群及び第２群のインバータ回路における電力用半導体素子のスイッチングによる損失を均等化する手段と、
を備えることを特徴とする電気車保護装置。
【請求項２】
電気車駆動用電動機を駆動し、電力用半導体素子を含む電気部品によって各々構成される第１群及び第２群のインバータ回路からなるインバータ回路部と、
前記インバータ回路部を冷却する冷却器と、
前記第１群及び第２群のインバータ回路から各々出力される電流の値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段より検出した前記インバータ回路の出力電流値の差分がしきい値を超えた場合、前記第１群及び第２群のインバータ回路の運転を停止させる手段と、
を備えることを特徴とする電気車保護装置。
【請求項３】
電気車駆動用電動機を駆動し、電力用半導体素子を含む電気部品によって各々構成される第１群及び第２群のインバータ回路からなるインバータ回路部と、
前記インバータ回路部を冷却する冷却器と、
前記第１群及び第２群のインバータ回路から各々出力される電流の値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段より検出した前記インバータ回路の出力電流値の差分がしきい値を超えた場合、前記第１群及び第２群のインバータ回路における電力用半導体素子のスイッチングによる損失を均等化する均等化手段と、
前記電流検出手段より検出した前記インバータ回路の出力電流値の差分が前記しきい値より大きな第２のしきい値を超えた場合、前記第１群及び第２群のインバータ回路の運転を停止させる手段と、
を備えることを特徴とする電気車保護装置。
【請求項４】
電気車駆動用電動機を駆動し、電力用半導体素子を含む電気部品によって各々構成される第１群及び第２群のインバータ回路からなるインバータ回路部と、
前記インバータ回路部を冷却する冷却器と、
前記第１群及び第２群のインバータ回路から各々出力される電流の値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段より検出した前記インバータ回路の出力電流値の差分がしきい値を超えた場合、前記第１群及び第２群のインバータ回路における電力用半導体素子のスイッチングによる損失を均等化する均等化手段と、
前記均等化手段の出力値が前記しきい値と異なる第２のしきい値を超えた場合、前記第１群及び第２群のインバータ回路の運転を停止させる手段と、
を備えることを特徴とする電気車保護装置。
【請求項５】
前記しきい値を、前記電気車の運転条件又は前記電気車各部の物理量に応じて決定する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の電気車保護装置。
【請求項６】
前記しきい値を、前記インバータ回路における電力用半導体素子のスイッチングによる損失又は前記冷却器の温度に応じて決定する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の電気車保護装置。
【請求項７】
前記インバータ回路部は３群以上のインバータ回路を含み、前記冷却器は前記３群以上のインバータ回路を冷却することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の電気車保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路を用いて電気車駆動用電動機を駆動する電気車制御装置に係り、特に１つの冷却器に複数の電力変換回路を取り付けた電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体素子（ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ、ダイオードなど）やコンデンサなどの電気部品で構成される電力変換回路には、直流を交流に変換するインバータ回路や交流を直流に変換するコンバータ回路など種々のものがある。また、インバータ回路には、交流出力の電圧、周波数を可変に制御する可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータと呼ぶ）回路や、交流出力の電圧、周波数を一定に制御する定電圧定周波数インバータ（以下、ＣＶＣＦインバータと呼ぶ）回路等がある。ここで、上記のような電力変換の機能を果たす電力変換回路の最小の単位を群と定義する。
【０００３】
鉄道車両システムを例にとると、車両駆動用として交流電動機（誘導電動機や同期電動機など）を駆動するＶＶＶＦインバータ回路が複数群内蔵された電力変換装置が車両に取り付けられる。一例として、１台の交流電動機をそれぞれ個別に制御するＶＶＶＦインバータ回路を一車両分すなわち４群を内蔵した電力変換装置が広く使用されている。この電力変換装置は、故障時には故障したＶＶＶＦインバータ回路を切り離すことによって運転が継続できるといった冗長性に優れたシステムである。また、補助電源システムにはＣＶＣＦインバータ回路が使われる。
【０００４】
交流電気車には、交流を直流に変換するコンバータ回路と、直流を交流に変換するインバータ回路とを組み合わせて、出力電圧、出力周波数を制御し交流電動機を駆動するシステムが一般的に使われている。これら種々の電力変換システムは、従来、別個の装置として車両に設置されていたが、最近では、設置スペースの縮小化、装置間を接続する配線本数を削減するために装置の集約化が行なわれ、１台の電力変換装置に種々の電力変換回路を内蔵する傾向にある。複数群の電力変換回路が内蔵される電力変換装置では、例えば、コンバータ回路部、インバータ回路部、制御装置部といった電気的な機能毎にユニットとして構成され、各ユニットが電力変換装置内を区画した各領域に装着されることが多い。
【０００５】
電力用半導体素子を用いた電力変換回路では、電力用半導体素子がスイッチングすることにより発生する熱（以下、損失熱という）を装置外に排出し、電力用半導体素子の温度を許容値以下に抑えるために冷却器が必要になる。冷却器の基本構成は、電力用半導体素子が取り付けられる受熱部と外気へ熱放散を行う放熱部とからなるが、受熱部は電力変換装置の密閉室部分に置かれ、放熱部は外気と通ずる開放室部分に置かれる。放熱部が置かれる開放室部分は電力変換装置の筐体より若干突出させて外気へ熱放散しやすくしたり、電動送風機により強制的に冷却風を流す冷却風洞としたり、鉄道車両の床下に設置される装置では、車両走行時に装置の外表面を相対的に流れる走行風を受けやすい部位に設けたりしている。
【０００６】
このように複数群の電力変換回路を内蔵した従来の電力変換装置を以下に説明する。図１０は鉄道車両駆動用の電力変換装置２７の回路図で、１台車分の交流電動機、すなわち２台の交流電動機を個別に制御する第１群の主回路１８Ａ及び第２群の主回路１８Ｂにより構成されている。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ，４Ｂは２群構成となっており、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａは第１群の主回路１８Ａに含まれ、ＶＶＶＦインバータ回路４Ｂは第２群の主回路１８Ｂに含まれる。
【０００７】
図１１は車両に設けられる台車の構成を説明するための図である。車両２０には、２つの台車２１が設けられ、各台車２１は２つの交流電動機８Ａ、８Ｂ、制動装置（図示されず）、２つの車軸２２と４つの車輪９が設けられている。電力変換装置２７は車両本体側に搭載され、電力変換装置２７内のインバータ回路４Ａ、４Ｂは交流電動機８Ａ、８Ｂをそれぞれ駆動する。交流電動機８Ａ、８Ｂはギアを介して車軸２２を駆動する。車輪９と車軸２２はレール１０と交流電動機８Ａ、８Ｂからの振動を抑制するために一次サスペンション１９を介して台車２１に取り付けられている。また台車２１は、二次サスペンション２３を介して車体に設けられている。この一次及び二次サスペンションにより、車両は快適な乗り心地を維持する。
【０００８】
図１０において、集電器１は断流器２Ａ、２Ｂ、リアクトル３Ａ、３Ｂを介してインバータ回路部４内のＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの正入力端に接続される。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの負入力端は車輪９からレール１０を通じて接地されている。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの正入力側には直流電流検出器５Ａ、５Ｂが設けられ、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂに入力される直流電流値を検出する。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの正、負入力端間にはそれぞれフィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂが接続され、フィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂと並列にフィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂの電圧を検出するための直流電圧検出器７Ａ、７Ｂが接続される。
【０００９】
ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの出力側には交流電動機８Ａ、８Ｂが接続され、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂは三相交流電圧を出力することにより交流電動機８Ａ、８Ｂを駆動する。交流電動機８Ａ、８Ｂはギアを介して車輪９に機械的に接続される。また、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂと交流電動機８Ａ、８Ｂとの間には交流電流検出器１１Ａ、１１Ｂが設けられ、交流電流検出器１１Ａ、１１Ｂの出力をモータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂに入力することにより交流電動機８Ａ、８Ｂに流れるモータ電流値を検出する。
【００１０】
検出されたモータ電流値と上記各検出器からの出力、交流電動機８Ａ、８Ｂの受持つ負荷や運転台から入力される運転指令などに基づいて、制御装置１３Ａ、１３Ｂはパルス幅変調（以下、ＰＷＭと呼ぶ）信号をＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂに出力する。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂ内の電力用半導体素子はＰＷＭ信号に従ってスイッチングを行い、得られた三相交流電圧が交流電動機８Ａ、８Ｂへ出力される。また各制御装置１３Ａ、１３Ｂは、制御する群内の故障を検出すると、対応する断流器２Ａ又は２Ｂを遮断状態とし、故障した群に対する電力供給を停止する。
【００１１】
このように１台車において、２群の主回路１８Ａ、１８Ｂが並列に接続され、２群構成のＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂが２台の交流電動機８Ａ、８Ｂを個別に制御する。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂには運転時の電力用半導体素子のスイッチングによる損失熱が発生するが、損失熱はインバータ回路部４から冷却器の受熱部へ熱伝導により伝わり、冷却器の放熱部から外気に熱放散することによって電力用半導体素子は冷却され、許容温度以下での使用が可能となる。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００６−１４９１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したように鉄道車両では、インバータ回路部４に複数のＶＶＶＦインバータ回路を内蔵する電力変換装置が使用されることが多い。このような電力変換装置において、ある群のＶＶＶＦインバータ回路が故障したことにより、残りの正常な群のＶＶＶＦインバータ回路で運転を継続した場合、残りの正常な群のＶＶＶＦインバータ回路は、運転するＶＶＶＦインバータ回路が全群正常なときと比べると、大きな電流を流す必要がある。そのため、電力用半導体素子から発生する損失熱も全群正常時よりも多くなり、冷却器の熱放散能力も全群正常時よりも高い能力が要求される。さらに、冷却器は運転を継続するＶＶＶＦインバータ回路の電力用半導体素子が取り付けられた一部分のみで放熱処理を行うため、冷却器の一部に損失熱が偏り、電力用半導体素子の異常な温度上昇が起こることがあった。
【００１３】
一例として、図１２に正常時の冷却器中の冷媒の循環状況を示す。１つの冷却器２６の受熱部に２群のＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂが各群ごとに一纏めにして取り付けられた冷却器２６において、電力用半導体素子２８Ｕ１、２８Ｖ１、２８Ｗ１、２８Ｕ２、２８Ｖ２、２８Ｗ２から発生する損失熱が、冷却器２６の受熱部２４から液体の冷媒に伝わることで冷媒が気化（沸騰）し、気化した冷媒は上昇し、冷却器２６の放熱部２５で冷却されることで凝縮（液化）し、受熱部に落ちるという循環により外気へ熱放散を行う。
【００１４】
次に、片群運転時の冷却器中の冷媒の循環状況を図１３に示す。ＶＶＶＦインバータ回路（第２群）４Ｂが故障し、残ったＶＶＶＦインバータ回路４Ａ（第１群）で運転を継続した場合、気化（沸騰）は冷却器２６の第１群側のみで起こり、第２群側は温度が上がらないため凝縮がより多く行われる。よって凝縮により液化した冷媒は第２群側に集中し、第２群側から第１群側に流れる途中の電力用半導体素子２８Ｗ１や２８Ｖ１で冷媒が気化（沸騰）して上昇してしまうため、左端の電力用半導体素子２８Ｕ１で冷媒の液枯れが発生し、装置外への熱放散が出来なくなる場合がある。このため、冷却器２６の一部に損失熱が偏り、電力用半導体素子の異常高温が起こることがあった。
【００１５】
従って本発明は、１つの冷却器に複数群構成の電力変換回路を取り付けた電気車制御装置において、運転時の冷却器内での熱損失の不均衡に起因する電力用半導体素子の異常高温を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１実施形態に係る電気車保護装置は、冷却器に２群構成の電力変換回路を取り付けた電力変換装置において、２群の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡がしきい値を超えた場合、冷却器内全群の電力変換回路の損失を均等化する手段を備える。
【００１７】
この第１実施形態では、２群構成の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡がしきい値を超えた場合、電流値に補償を行うことで交流電動機が受持つ負荷を分配し、負荷を分配することにより、冷却器内全群の電力変換回路で発生するスイッチングによる損失を均等化することが出来るため、電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能となる。
【００１８】
本発明の第２実施形態に係る電気車保護装置は、２群の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡がしきい値を超えた場合、冷却器内全群の電力変換回路の運転を停止させる手段を備える。
【００１９】
この第２実施形態では、２群構成の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡がしきい値を超えた場合、不均衡が発生した交流電動機を駆動する群の電力変換回路だけでなく、冷却器内全群の電力変換回路の運転を停止させることにより、冷却器の一部に損失が偏ることが無くなり、電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能となる。
【００２０】
本発明の第３実施形態に係る電気車保護装置では、２群の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡が第１のしきい値を超えた場合、冷却器内全群の電力変換回路において電力用半導体素子のスイッチングによる損失を均等化し、さらに２群の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡が前記しきい値とは異なる第２のしきい値を超えた場合、冷却器内全群の電力変換回路の運転を停止させる手段を備える。
【００２１】
この第３実施形態では、２つのしきい値であるしきい値Ａとしきい値Ｂを備え、２群構成の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡がしきい値Ａを超えた場合、電流値に補償を行うことで交流電動機が受持つ負荷を分配し、さらにモータ電流値の不均衡がしきい値Ｂを超えた場合、冷却器内全群の電力変換回路の運転を停止させることにより、冷却器の一部に損失が偏ることが無くなり、電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能となる。
【００２２】
本発明の第４実施形態に係る電気車保護装置は、２群の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡がしきい値Ａを超えた場合、冷却器内全群の電力変換回路において電力用半導体素子のスイッチングによる損失を均等化し、さらに均等化手段の補償出力値がしきい値Ｂを超えた場合、冷却器内全群の電力変換回路の運転を停止させる手段を備える。
【００２３】
この第４実施形態では、２つのしきい値であるしきい値Ａとしきい値Ｂを備え、２群構成の電力変換回路から各々出力されたモータ電流値の不均衡がしきい値Ａを超えた場合、電流値に補償を行うことで交流電動機が受持つ負荷を分配し、さらに均等化手段の補償出力値がしきい値Ｂを超えた場合、冷却器内全群の電力変換回路の運転を停止させることにより、冷却器の一部に損失が偏ることが無くなり、電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能となる。
【００２４】
本発明の第５実施形態に係る電気車保護装置は、上記第１乃至第４実施形態の電気車制御装置において、更にしきい値を決定する手段を備える。
【００２５】
この第５実施形態では、諸条件や電流値、電圧値、温度などの物理量よりしきい値を決定することにより、電力変換回路や冷却器の状態に応じてしきい値を適切な値に変更することが出来る。よって冷却器の一部に損失が偏ることが無くなり、電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能となることに加え、運転状態や周辺環境などに適した電気車保護装置が構成できる。
【００２６】
本発明の第６実施形態に係る電気車保護装置は、上記第１乃至第５実施形態の電気車制御装置において、３群以上の電力変換回路を１つの冷却器に取り付けることを特徴とする。
【００２７】
この第６実施形態では、上記第１乃至第５実施形態の電気車保護装置に、３群以上の複数群の電力変換回路を１つの冷却器に取り付けている電力変換装置においても、冷却器の一部に損失が偏ることが無くなり、電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
１つの冷却器に複数群構成の電力変換回路を取り付けた電気車制御装置において、運転時の冷却器内での熱損失の不均衡に起因する電力用半導体素子の異常高温を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る第１の実施形態の概略構成を示す電気車保護装置である。
【００３１】
図１において、集電器１は断流器２Ａ、２Ｂ、リアクトル３Ａ、３Ｂを介してインバータ回路部４内のＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの正入力端に接続されている。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの負入力端は、車輪９からレール１０を通じて接地されている。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの正入力側には直流電流検出器５Ａ、５Ｂが設けられ、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂに入力される直流電流値を検出する。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの正、負入力端間にはそれぞれフィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂが接続され、更にフィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂと並列にフィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂの電圧を検出するための直流電圧検出器７Ａ、７Ｂが接続される。
【００３２】
ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの出力側には交流電動機８Ａ、８Ｂが接続され、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂは三相交流電圧を出力することにより交流電動機８Ａ、８Ｂを駆動する。交流電動機８Ａ、８Ｂはギアを介して車輪９に機械的に接続される。また、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂと交流電動機８Ａ、８Ｂとの間には交流電流検出器１１Ａ、１１Ｂが設けられ、交流電流検出器１１Ａ、１１Ｂの出力をモータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂに入力することにより交流電動機８Ａ、８Ｂに流れるモータ電流値を検出する。検出されたモータ電流値と上記各検出器からの入力信号、運転台から入力される運転指令などにより制御装置１３Ａ、１３ＢはＰＷＭ信号を演算し、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂに出力する。ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂ内の電力用半導体素子はＰＷＭ信号に従ってスイッチングを行い、得られた三相交流電圧は交流電動機８Ａ、８Ｂへ出力される。
【００３３】
車両の運行時、輪重補償等で交流電動機８Ａ、８Ｂの負荷に偏りが発生した場合、モータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂから検出されたモータ電流値にも不均衡が生じる。ここで輪重補償とは、各車輪にかかる加重に応じてモータ電流量を制御することをいう。例えば、各インバータが１台車に設けられた２つのモータを駆動（２つのインバータ４Ａ、４Ｂが４つのモータを駆動）し、２つのインバータ４Ａ、４Ｂが１つの冷却装置で冷却される構成で、例えば乗客が車両後部に偏って乗車している場合、前部より後部の台車に設けられた車輪に大きなトルクを発生する必要がある。従って、このようなときは、後部台車の車輪用モータに大きな電流が流れるように、モータ電流が制御される。このような電流補償を輪重補償という。このような輪重補償は、図１に示す構成の車両の場合でも行われる。
【００３４】
モータ電流補償装置１４は入力されたモータ電流値間の不均衡（差分）がしきい値を超えていることを検知すると、制御装置１３Ａ、１３Ｂに対してモータ電流を補償するための電流値（以下、補償電流と呼ぶ）を出力する。制御装置１３Ａ、１３Ｂは補償電流等を元にＰＷＭ信号を出力することで、交流電動機８Ａ、８Ｂの受持つ損失を均等化することが出来る。よって損失の不均衡に起因する電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能な電気車保護装置が構成できる。
【００３５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について、図２を参照して第１の実施形態とは異なる部分に関して説明する。この第２の実施形態は図２のように、図１のモータ電流補償装置１４の代わりに片群運転検知装置１５を備えることを特徴とする。
【００３６】
輪重補償等で交流電動機８Ａ、８Ｂの負荷に偏りが発生した場合、モータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂにて検出されたモータ電流値にも不均衡が生じる。片群運転検知装置１５は入力されたモータ電流値間の不均衡がしきい値を超えていることを検知すると、制御装置１３Ａ、１３Ｂに停止指令を送る。この停止指令に応じて制御装置１３Ａ、１３ＢがＰＷＭ信号を停止することで、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの運転を止める。これにより、損失の不均衡に起因する電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能な電気車保護装置が構成できる。
【００３７】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施の形態を図３を参照して、第１の実施形態と異なる部分について述べる。この第３の実施の形態は図３のように、図１のモータ電流補償装置１４に加えて片群運転検知装置１５を備え、モータ電流補償装置１４にはしきい値Ａが入力され、片群運転検知装置１５にはしきい値Ｂが入力されることを特徴とする。
【００３８】
モータ電流補償装置１４は入力されたモータ電流値間の不均衡がしきい値Ａを超えていることを検知すると、制御装置１３Ａ、１３Ｂに対して補償電流を出力する。制御装置１３Ａ、１３Ｂは各々ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂが受持つ負荷を補償電流に基づいて均等化する。さらに、片群運転検知装置１５は入力されたモータ電流値間の不均衡がしきい値Ｂを超えていることを検知すると、制御装置１３Ａ、１３Ｂに停止指令を送る。停止指令に応じて制御装置１３Ａ、１３ＢがＰＷＭ信号の出力を停止させることで、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂは運転を止める。その結果、損失の偏りに起因する電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能となる。
【００３９】
このように保護を２段階で行うことで、モータ電流の不均衡の程度に応じてＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂの運転状態を適切に変化させ、さらに２重構成となるため、電気車保護装置の信頼性の向上が期待できる。
【００４０】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態を図４を参照して、図３の第３の実施形態と異なる部分について述べる。
【００４１】
片群運転検知装置１５は、モータ電流補償装置１４から入力された補償電流がしきい値Ｂを超えていることを検知すると、制御装置１３Ａ、１３Ｂに停止指令を送る。停止指令に応じて制御装置１３Ａ、１３ＢがＰＷＭ信号を停止させることで、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂは運転を止める。その結果、損失の偏りに起因する電力用半導体素子の異常高温を防止することが可能となる。
【００４２】
ここで第３の実施形態と比較すると、モータ電流値ではなく、モータ電流補償装置１４からの補償電流を監視することにより、片群運転検知装置１５はモータ電流補償装置１４の出力が不安定な場合や、モータ電流補償装置１４から補償電流を出力しても、しきい値Ｂを超える不均衡が所定時間継続した場合、運転を停止させることができる。
【００４３】
つまり、片群運転検知装置１５はモータ電流補償装置１４の出力監視の役割を果たすので、電気車保護装置の信頼性の向上が期待できる。
【００４４】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態を図５乃至９を参照して、第１乃至４の実施形態と異なる部分について述べる。この第５の実施形態は図５乃至９のように、図１乃至４で説明したしきい値を決定することができる、しきい値演算装置１６を備えることを特徴とする。
【００４５】
この第５の実施形態では図５乃至８に示すとおり、モータ電流補償装置１４と片群運転検知装置１５のそれぞれのしきい値を決定するためのしきい値演算装置１６を備える。しきい値演算装置１６には、上記電力変換回路ならびに車両の運転状況に関わる諸条件や物理量が入力される。図９はしきい値演算装置１６に入力される諸条件や物理量の一例を示す。運転台からの力行ノッチ（加速レバー位置）又は制動ノッチ（減速レバー位置）等の運転指令、モータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂからのモータ電流値、ＶＶＶＦインバータ回路４Ａ、４Ｂと交流電動機８Ａ、８Ｂの間に設けた交流電圧検出器１７Ａ、１７Ｂからのモータ電圧値、直流電流検出器５Ａ、５Ｂからの直流電流値、直流電圧検出器７Ａ、７Ｂからの直流電圧値、冷却器の温度を検出するサーミスタまたは温度リレー等からの冷却器温度を元に、しきい値演算装置１６はしきい値Ａ、しきい値Ｂを演算している。得られたしきい値Ａ、しきい値Ｂは、モータ電流補償装置１４と片群運転検知装置１５に入力される。
【００４６】
しきい値演算装置１６に入力される諸条件や物理量の一例と、出力されるしきい値Ａ、しきい値Ｂとの関係を以下に示す。しきい値演算装置１６に入力される運転台からの運転指令や、各電流値、各電圧値から演算したインバータでの損失が設定した値よりも小さい状態にある場合、または冷却器温度が設定した温度より低い場合は冷却器が余裕を持っている状態にあると考えられるため、出力されるしきい値Ａ、しきい値Ｂの値を増加させることとする。逆にしきい値演算装置１６に入力される運転台からの運転指令や、各電流値、各電圧値から演算したインバータの損失が設定した値よりも大きい状態にある場合、または冷却器温度が設定した温度より高い場合は、冷却器の余裕が少ない状態にあると考えられるため、出力されるしきい値Ａ、しきい値Ｂの値を減少させることとする。また、上記によりしきい値Ａ、しきい値Ｂの値を増加・減少させる際には、時素（遅れ時間）を設定し緩やかに変化させることとする。
【００４７】
しきい値演算装置１６によってしきい値Ａ、しきい値Ｂを変更させることで、運転状態や周辺環境などの状況に応じた電気車保護装置が構成できる。
【００４８】
［第６の実施形態（実施形態の変形例）］
この変形例は、電力変換回路が１つの冷却器に対して３群以上の複数群取り付けられることを特徴とする。すなわち、１つの冷却器に対して電力変換回路が３群以上の複数群取り付けられた電力変換装置においても、第１乃至５の実施形態で説明した電気車保護装置を構成できる。
【００４９】
ここで、第１乃至６の実施の形態について補足説明を行う。
【００５０】
第１乃至６の実施形態において、図１乃至図８ではフィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂは主回路１群当り１台設けられているが、主回路１群当りフィルタコンデンサを２台以上備える形態も本発明に含まれる。
【００５１】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８ではフィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂは単独で設けられているが、フィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂがインバータ回路部４の内部に設けられる形態も本発明に含まれる。
【００５２】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８では交流電動機８Ａ、８Ｂは主回路１群当り１台設けられているが、交流電動機を主回路１群当り２台以上備える形態も本発明に含まれる。
【００５３】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８では交流電流検出器１１Ａ、１１Ｂは主回路１群当り３台設けられているが、交流電流検出器を主回路１群当り１台又は２台とする形態も本発明に含まれる。
【００５４】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８では交流電流検出器１１Ａ、１１Ｂは単独で設けられているが、交流電流検出器１１Ａ、１１Ｂがインバータ回路部４の内部に設けられる形態も本発明に含まれる。
【００５５】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８ではモータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂから検出されたモータ電流は、制御装置１３Ａ、１３Ｂとモータ電流補償装置１４又は片群運転検知装置１５のそれぞれに並列に入力される形態となっているが、主回路１群当りモータ電流演算部を２台以上備えることで、制御装置１３Ａ、１３Ｂとモータ電流補償装置１４又は片群運転検知装置１５のそれぞれに、異なったモータ電流演算部から検出されたモータ電流が入力される形態も本発明に含まれる。
【００５６】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８ではモータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂは単独で設けられているが、モータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂが制御装置１３Ａ、１３Ｂの内部に設けられる形態も本発明に含まれる。
【００５７】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８ではモータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂは主回路１群当り１台設けられているが、モータ電流演算部１２Ａ、１２Ｂの機能をまとめた１台のモータ電流演算部を備える形態も本発明に含まれる。
【００５８】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８では制御装置１３Ａ、１３Ｂは主回路１群当り１台設けられているが、制御装置を主回路１群当り２台以上備える形態も本発明に含まれる。
【００５９】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８では制御装置１３Ａ、１３Ｂは主回路１群当り１台設けられているが、制御装置１３Ａ、１３Ｂの機能をまとめた１台の制御装置を備える形態も本発明に含まれる。
【００６０】
第１、第３乃至６の実施の形態において、図１、図３乃至図５、図７乃至図８ではモータ電流補償装置１４は、制御装置１３Ａ、１３Ｂに対して電流値の補償を行っているが、電流値に代わって電流指令値、トルク指令値に対して補償を行う形態も本発明に含まれる。
【００６１】
第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８では直流給電方式の形態を記載しているが、交流給電方式において、インバータ回路部４の直流側に交流を直流に変換するコンバータ回路を備える形態も本発明に含まれる。またこの場合、第１乃至６の実施の形態において、図１乃至図８ではフィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂは単独で設けられているが、フィルタコンデンサ６Ａ、６Ｂがコンバータ回路の内部に含まれる形態も本発明に含まれる。
【００６２】
以上説明したように、本発明によれば、１つの冷却器に複数群構成の電力変換回路を取り付けた電気車制御装置において、運転時に冷却器で発生する熱の偏りに起因する電力用半導体素子の異常高温を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態による電気車システムの構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態による電気車システムの構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態による電気車システムの構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態による電気車システムの構成図。
【図５】本発明の第５の実施形態を第１の実施形態に適用した電気車システムの構成図。
【図６】本発明の第５の実施形態を第２の実施形態に適用した電気車システムの構成図。
【図７】本発明の第５の実施形態を第３の実施形態に適用した電気車システムの構成図。
【図８】本発明の第５の実施形態を第４の実施形態に適用した電気車システムの構成図。
【図９】本発明の第５の実施形態の一例を示した図。
【図１０】従来の電気車システム構成図。
【図１１】車両に設けられる台車の構成を示した図。
【図１２】正常時の冷却器中の冷媒の循環状況を示した図。
【図１３】片群運転時の冷却器中の冷媒の循環状況を示した図。
【符号の説明】
【００６４】
１…集電器、２Ａ、２Ｂ…断流器、３Ａ、３Ｂ…フィルタリアクトル、４…インバータ回路部、４Ａ、４Ｂ…可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ、５Ａ、５Ｂ…直流電流検出器、６Ａ、６Ｂ…フィルタコンデンサ、７Ａ、７Ｂ…直流電圧検出器、８Ａ、８Ｂ…交流電動機、９…車輪、１０…レール、１１Ａ、１１Ｂ…交流電流検出器、１２Ａ、１２Ｂ…モータ電流演算部、１３Ａ、１３Ｂ…制御装置、１４…モータ電流補償装置、１５…片群運転検知装置、１６…しきい値演算装置、１７…交流電圧検出器、２８Ａ…１群主回路、２８Ｂ…２群主回路、１９…一次サスペンション、２０…車両、２１…台車、２２…車軸、２３…二次サスペンション、２４…冷却器受熱部、２５…冷却器放熱部、２６…冷却器、２７…電力変換装置、２８Ｕ１、２８Ｖ１、２８Ｗ１、２８Ｕ２、２８Ｖ２、２８Ｗ２…電力用半導体素子。
【図１】
2008301627.tif 000003
【図２】
2008301627.tif 000004
【図３】
2008301627.tif 000005
【図４】
2008301627.tif 000006
【図５】
2008301627.tif 000007
【図６】
2008301627.tif 000008
【図７】
2008301627.tif 000009
【図８】
2008301627.tif 000010
【図９】
2008301627.tif 000011
【図１０】
2008301627.tif 000012
【図１１】
2008301627.tif 000013
【図１２】
2008301627.tif 000014
【図１３】
2008301627.tif 000015