(57)【要約】【課題】２ユニットで構成された主回路装置の一方の故障時でも出力の低下を軽減でき主変圧器の容量差も軽減できる交流電車制御装置を提供することである。【解決手段】交流電車を駆動制御する４台の主電動機１３を制御する主変換装置１５を（２ｎ＋１）台有し、（２ｎ＋１）台の主変換装置１５を２群に区分し、区分した群ごとに主変圧器１７、１９からそれぞれの主変換装置１５に電力を供給する２ユニットの主回路装置を備えた交流電車制御装置において、第１ユニット１４の主回路装置１５で（ｎ＋１）台の主変換装置１５を制御し、第２ユニットの主回路装置でｎ台の主変換装置１５を制御し、第１ユニット１４の主変圧器１７の故障時には第１ユニット１４の主変換装置１５の１台を第２ユニット１６の主回路装置側に属するように主変換装置１５の接続を切り替える接続切替装置２１を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電車を駆動制御する４台の主電動機を制御する主変換装置を（２ｎ＋１）台有し、（２ｎ＋１）台の主変換装置を２群に区分し、区分した群ごとに主変圧器からそれぞれの主変換装置に電力を供給する２ユニットの主回路装置を備えた交流電車制御装置において、第１ユニットの主回路装置で（ｎ＋１）台の主変換装置を制御し、第２ユニットの主回路装置でｎ台の主変換装置を制御し、第１ユニットの主変圧器故障時には第１ユニットの主変換装置の１台を第２ユニットの主回路装置側に属するように主変換装置の接続を切り替える接続切替装置を備えたことを特徴とする交流電車制御装置。
【請求項２】
前記接続切替装置は、列車の進行方向側のユニットでｎ＋１台の主変換装置を制御し、後方のユニットでｎ台の主変換装置を制御するように切り替えることを特徴とする請求項１記載の交流電車制御装置。
【請求項３】
列車の進行方向の先頭車または先頭車に最も近い車両の主変換装置の出力制限を最も大きくし、後続車両の主変換装置で徐々に出力を戻すことを特徴とする請求項２記載の交流電車制御装置。
【請求項４】
前記主変圧器は、２ユニットともに同一容量のものを使用したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の交流電車制御装置。
【請求項５】
列車の進行方向に近いユニットの主変換装置の出力を編成トルク制御で低減し、列車の進行方向に近いユニットの主変圧器の容量を後続のユニットの容量に近づけたことを特徴とする請求項３記載の交流電車制御装置。
【請求項６】
編成トルク制御で出力低減する前記主変換装置が切替接続される前記主変圧器の２次巻線容量を予め低減しておくことを特徴とする請求項５記載の交流電車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電車の主電動機を制御する主回路装置が２ユニットで構成された交流電車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電車の主回路装置が２ユニットで構成された交流電車制御装置としては、４台の主電動機を駆動制御する主変換装置を奇数（２ｎ＋１）台有し、その奇数（２ｎ＋１）台の主変換装置を２群に区分して、区分した群ごとに主変圧器からそれぞれの主変換装置に電力を供給する２ユニットの主回路装置を備えた交流電車制御装置がある。
【０００３】
図４は従来の交流電車制御装置の構成図である。図４では列車の編成が７台であり、先頭車及び最後尾車が付随車（Ｔ車）１１ａ、１１ｂで、その他の５台の車両が電動車（Ｍ車）１２ａ〜１２ｅである場合を示している。いま、電動車１２ａ〜１２ｅの各々の４台の主電動機１３を奇数台（５台）の主変換装置（ＭＣ−１〜ＭＣ−５）１５ａ〜１５ｅで駆動制御する場合を考える。図４に示すように、２ユニットのうちの第１ユニット１４の主変換装置１５ａ〜１５ｃで３台の電動車１２ａ〜１２ｃを制御し、第２ユニット１６の主変換装置１５ｄ、１５ｅで２台の電動車１２ｄ、１２ｅを制御することになる。第１ユニット１４の主変換装置１５ａ〜１５ｃは主変圧器１７の２次巻線１８ａ〜１８ｃから電力の供給を受け、第２ユニット１６の主変換装置１５ｄ、１５ｅは主変圧器１９の２次巻線２０ｂ、２０ａから電力の供給を受けることになる。
【０００４】
また、第１ユニット１４及び第２ユニット１６の主変換装置１５の台数を同じにして、１台の主変換装置１５で２台の電動機１３を制御し、あるいは１台の主変換装置１５で６台の電動機１３を制御するように構成することもある。この場合、各々のユニットの電動機１３の運転ｎ＋０．５(ｎ車制御と２個モータ制御を示す)としてユニットを構成している。例えば、主電動機１３が奇数台（５台）である場合（ｎ＝２）の場合、４個モータ制御と６個モータ制御を制御する装置を製作している。
【０００５】
ここで、交流電力を変圧器で降圧し、直流に変換した後にインバータ装置で交流に変換して誘導電動機の電源制御を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、主変圧器を２台以上に分割して、直流き電区間走行時における離線率を下げることができるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−１４１４０４号公報
【特許文献２】特開平１１−６９５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、各ユニットごとに主変換装置１５の台数が異なる場合、例えば第１ユニットがｎ＋１台であり第２ユニットがｎ台である場合には主変圧器１７、１９の必要容量は違ってくる。従来においては、主変圧器１９をこのような場合は大きい方の主変圧器１７の容量に合せて、同一の容量のものを使用して標準化を図っている。この場合、第１ユニットが故障した場合、健全側がｎ台しか残らず、定常の運転の大きな阻害要因になる。また大は小を兼ねる式で大きな主変圧器１７、１９を共通に配置するのは適切とはいえない。
【０００７】
また、第１ユニット１４及び第２ユニット１６の主変換装置１５の台数を同じにする場合には、主変換装置１５が４個モータ制御用の主変換装置の１機種に統一できてない。
【０００８】
一方、第１ユニット１４及び第２ユニット１６の主変換装置１５の台数を異ならせる場合には、主変換装置１５としては４個モータ用の１機種に統一できるが、列車の編成で必要な主変換装置１５の数が奇数台の（２ｎ＋１）台の場合、例えば第１ユニットがｎ＋１台、第２ユニットがｎ台の場合には、第１ユニットの故障時に出力が半分以下になってしまうので、運転の大きな阻害要因になる。
【０００９】
さらに、前述したように、主変圧器１７、１９に関しては、このような場合は大きい方の容量に合せて、同一の容量ものを使用して標準化を図っているが、ｎ＋１台を制御するユニットの主変圧器１７の容量を低減し、もう一方のユニットの主変圧器の容量に近づけたいという要請がある。
【００１０】
本発明の目的は、２ユニットで構成された主回路装置の一方の故障時でも出力の低下を軽減でき主変圧器の容量差も軽減できる交流電車制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の交流電車制御装置は、交流電車を駆動制御する４台の主電動機を制御する主変換装置を（２ｎ＋１）台有し、（２ｎ＋１）台の主変換装置を２群に区分し、区分した群ごとに主変圧器からそれぞれの主変換装置に電力を供給する２ユニットの主回路装置を備えた交流電車制御装置において、第１ユニットの主回路装置で（ｎ＋１）台の主変換装置を制御し、第２ユニットの主回路装置でｎ台の主変換装置を制御し、第１ユニットの主変圧器故障時には第１ユニットの主変換装置の１台を第２ユニットの主回路装置側に属するように主変換装置の接続を切り替える接続切替装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２ユニットで構成された主回路装置の一方の故障時でも出力の低下を軽減でき主変圧器の容量差も軽減できる交流電車制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる交流電車制御装置の構成図である。図１では、交流電車を駆動制御する４台の主電動機１３を制御する主変換装置１５を５台有した場合を示している。すなわち、奇数（２ｎ＋１）台の主変換器１５がｎ＝２で５台の場合を示している。また、列車の進行方向は矢印Ｘ方向であるとする。本発明の第１の実施の形態は図４に示した従来例に対し、接続切替装置２１ｃ１、２１ｃ２を設け、（２ｎ＋１）台の主変換装置のうち１台を第１ユニット１４及び第２ユニット１６のいずれかに接続切替可能としたものである。図４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１４】
図１に示すように、接続切替装置２１ｃ１、２１ｃ２は、（２ｎ＋１）台の主変換装置のうち１台を、第１ユニット１４及び第２ユニット１６のいずれかに接続切替する。通常の列車の運転制御の場合には、接続切替装置２１ｃ１、２１ｃ２は、列車の進行方向側のユニットでｎ＋１台の主変換装置１５を制御し、後方のユニットでｎ台の主変換装置１５を制御するように切り替える。図１では、列車の進行方向側の第１ユニット１４に主変換装置１５ｃを接続した場合を示している。すなわち、接続切替装置２１ｃ１、２１ｃ２により主変換装置１５ｃを第１ユニット１４側に接続し、第１ユニット１４の主回路装置で（ｎ＋１）台（３台）の主変換装置１５ａ、１５ｂ、１５ｃを制御し、第２ユニット１６の主回路装置でｎ台（２台）の主変換装置１５ｄ、１５ｅを制御する。
【００１５】
一方、第１ユニット１４の主変圧器１７の故障時には、接続切替装置２１ｃ１、２１ｃ２により、第１ユニット１４に接続されている主変換装置１５ｃを第２ユニット１６の主回路装置側に接続の切り替えを行う。すなわち、第１ユニット１４の主変圧器１７が故障した場合には、接続切替装置２１ｃ１がＯＦＦされ、接続切替装置２１ｃ２がＯＮすることで、主変換装置１５ｃを第２ユニット１６に接続するようにする。
【００１６】
これにより、第１ユニット１４の主変圧器１７が故障という事態においても、第２ユニット１６では、主変換器１５ｃ、１５ｄ、１５ｅが主変圧器１９から電源の供給を受けて制御可能となるので、列車編成としての性能を半減以上にすることができる。また、進行方向側にあるユニットに常にｎ＋１台の主変換装置１５を接続するようにするので、列車の進行方向は上りと下りとで進行方向がほぼ均等に入れ替わることから、長期間で見ると主変圧器１７、１９を同一の使用環境におくことができる。このことから、主変圧器１７、１９は、２ユニットともに同一容量のものを使用可能となる。
【００１７】
図２は列車の進行方向のユニットの主変換装置の出力制御の一例の説明図である。列車の進行方向のユニットには（ｎ＋１）台の主変換装置１５が接続されるが、列車の進行方向の先頭車または先頭車に最も近い車両の主変換装置１５の出力制限を最も大きくし、後続車両の主変換装置で徐々に出力を戻すように出力を制御する。これにより、第１ユニット１４の主変圧器１７の出力が低減し、第２ユニット１９の主変圧器１９の出力に近づくことができる。従って、列車の進行方向に近いユニットの主変圧器の容量を後続のユニットの容量に近づけることが可能となる。
【００１８】
図２に示すように、３台の主変換装置１５ａ、１５ｂ、１５ｃに対し、先頭車に最も近い電動車（Ｍ車）１２ａの主変換装置１５ａの出力は定格出力のほぼ半分程度とし、次の電動車（Ｍ車）１２ｂの主変換装置１５ｂの出力は定格出力の７５％程度とし、その次の電動車（Ｍ車）１２ｃの主変換装置１５ｃの出力は定格出力とする。
【００１９】
このようにすると、先頭車もしくは先頭車に一番近い車両に搭載される主変換装置１５ａの出力が制限されるので、編成トルク（粘着）制御が行える。ここで、粘着性能は先頭車ではレールと車輪の湿潤状態があるため粘着力が取れないが、後方の車両では前の車両が水切りを行なってくれるため、乾燥状態に近い粘着力が取れる特性がある。この粘着特性を考慮した粘着制御が行える。特に高速域のトルクの制御の場合に有効である。
【００２０】
第１の実施の形態によれば、第１ユニットの主回路装置で（ｎ＋１）台の主変換装置を制御し、第２ユニットの主回路装置でｎ台の主変換装置を制御し、第１ユニットの主変圧器故障時には第１ユニットの主変換装置の１台を第２ユニットの主回路装置側に属するように主変換装置の接続を切り替えるので、第１ユニット１４の主変圧器１７が故障という事態においても、第２ユニット１６では、主変換器１５ｃ、１５ｄ、１５ｅが主変圧器１９から電源の供給を受けて制御可能となる。従って、列車編成としての性能を半減以上にすることができる。
【００２１】
また、列車の進行方向側のユニットでｎ＋１台の主変換装置を制御し、後方のユニットでｎ台の主変換装置を制御するように切り替えるので、列車の進行方向は上りと下りとで進行方向がほぼ均等に入れ替わることから、長期間で見ると主変圧器１７、１９を同一の使用環境におくことができる。従って、主回路装置の冗長性の向上が図れ、主変圧器１７、１９の小形軽量と経済性の改善に効果を発する。また、主変換装置を４台の主電動機用の１機種にできることから、標準化が進み信頼性や保守性が改善される。
【００２２】
また、列車の進行方向の先頭車または先頭車に最も近い車両の主変換装置の出力制限を最も大きくし、後続車両の主変換装置で徐々に出力を戻すので、編成トルク（粘着）制御が行える。
【００２３】
図３は本発明の第２の実施の形態に係わる交流電車制御装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、第１ユニット１４の主変換装置１５ｃを主変圧器１７の２次巻線１８ａ、１８ｃのいずれに接続するかの切り替えを行う接続切替装置２１ａ１、２１ａ２と、第２ユニット１６の主変換装置１５ｅを主変圧器１９の２次巻線２０ａ、２０ｃのいずれに接続するかの切り替えを行う接続切替装置２１ｅ１、２１ｅ２とを追加して設けたものである。
【００２４】
前述したように、接続切替装置２１ｃ１、２１ｃ２は、主変換装置１５ｃの接続の切り替えを行い、列車の進行方向側のユニットでｎ＋１台の主変換装置１５とし、後方のユニットでｎ台の主変換装置１５とするように切り替える。第１ユニット１４の接続切替装置２１ａ１、２１ａ２及び第２ユニット１６の接続切替装置２１ｅ１、２１ｅ２は、接続切替装置２１ｃ１、２１ｃ２の切替動作に連動して、主変換装置１５ａ、１５ｅの主変圧器１７、１９の２次巻線１８、２０の切り替えを行う。第１ユニット１４の接続切替装置２１ａ１、２１ａ２及び第２ユニット１６の接続切替装置２１ｅ１、２１ｅ２の切り替えは、表１に示すように行われる。
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、車両が左方向に進むとき、接続切替装置２１ｃ１、２１ｅ１、２１ａ２がＯＮであり、接続切替装置２１ｃ２、２１ａ１、２１ｅ２がＯＦＦである。従って、主変換装置１５ａは第１ユニット１４側に接続され、第１ユニットの主変換装置１５ａは主変圧器１７の２次巻線１８ｃに接続され、第２ユニット１６の主変換装置１５ｅは主変圧器１９の２次巻線２０ｃに接続される。すなわち、第１ユニット１４の主変圧器１７は、２次巻線１８ｃから主変換装置１５ａ、２次巻線１８ｂから主変換装置１５ｂ、２次巻線１８ｃから主変換装置１５ａに電力を供給する。一方、第２ユニット１６の主変圧器１９は、２次巻線２０ｃから主変換装置１５ｅ、２次巻線２０ｂから主変換装置１５ｄに電力を供給する。
【００２６】
逆に進行方向が右方向に進むときは、接続切替装置２１ｃ２、２１ａ１、２１ｅ２がＯＮであり、接続切替装置２１ｃ１、２１ｅ１、２１ａ２がＯＦＦである。第１ユニット１４の主変圧器１７は、２次巻線１８ｃから主変換装置１５ａ、２次巻線１８ｂから主変換装置１５ｂに電力を供給する。一方、第２ユニット１６の主変圧器１９は、２次巻線２０ｃから主変換装置１５ａ、２次巻線２０ｂから主変換装置１５ｄ、２次巻線２０ａから主変換装置１５ｅに電力を供給する。
【００２７】
ここで、主変圧器１７の２次巻線１８ａに接続される主変換装置（ＭＣ１）１５ａは２両目に配置されるので、雨天時等の湿潤状態において空転に関して滑りにくい状況を作るために出力制限を行う。従って、主変圧器１７の２次巻線１８ａは他の２次巻線１８ｂ、１８ｃの容量に対して予め低減しておく。例えば、主変圧器１７の２次巻線１８ｂ、１８ｃの容量に対して、０．５程度の容量にしておく。同様に、主変圧器１９の２次巻線２０ａに接続される主変換装置（ＭＣ５）１５ｅは最後尾から２両目に配置されるので、進行方向が逆になったときは、主変換装置（ＭＣ１）１５ａと同様に２両目に配置されることになるので、この場合の主変圧器１９の２次巻線２０ａの容量も、主変圧器１９の２次巻線２０ｂ、２０ｃの容量に対して、０．５程度の容量にしておく。これにより、主変圧器１７、１９の小形軽量が図れる。
【００２８】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、列車の進行方向の２両目となる主変換装置１５ａ、１５ｅの出力制限をする場合には、その主変換装置１５ａ、１５ｅが切替接続される主変圧器１７、１９の２次巻線１８ａ、２０ａの容量を予め低減しておくので、主変圧器１７、１９を小形軽量化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる交流電車制御装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における列車の進行方向のユニットの主変換装置の出力制御の一例の説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる交流電車制御装置の構成図。
【図４】従来の交流電車制御装置の構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１１…付随車、１２…電動車、１３…主電動機、１４…第１ユニット、１５…主変換装置、１６…第２ユニット、１７…主変圧器、１８…２次巻線、１９…主変圧器、２０…２次巻線、２１…接続切替装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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