(57)【要約】【課題】信号系統に誤動作を生ぜしめるような周波数の高調波電流が車両に搭載している電力変換装置から生じていることを検知し、この高調波電流を低減させることにある。【解決手段】インバータ６に流れる電流を入力高調波電流検出器１１で検出し、これのＦＦＴ解析をＦＦＴ解析演算装置１２で行う一方で、電流許容値設定器１３が特定の周波数範囲における電流許容値を設定する。比較器１４はこれらＦＦＴ解析演算装置１２の解析結果と電流許容値設定器１３の設定値とを比較し、信号系統が誤動作するか否かを判定する。また、前記比較器１４での比較結果を車両の特定場所に表示し、ＦＦＴ解析演算装置１２の解析結果が前記電流許容値設定値を上回った場合は警報器１５が警報を発する。または警報と共に電流低減信号線１６を介してインバータ６の制御装置１７へインバータ６の電流低減を指令する。あるいはインバータ６の停止を指令する。【選択図】        図２
2004282811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電線を流れる電流を車両内部に取り込んで電力変換装置を作動させた後に、軌道を経てこの電流を変電所へ戻している電気鉄道において、
前記電力変換装置に流れる電流波形を検出する電流検出器と、検出した電流波形を高速フーリェ変換により解析する演算装置と、特定の周波数範囲における電流許容値を設定する電流許容値設定器と、前記演算装置での解析結果と前記電流許容値設定器の設定値とを比較する比較器と、を備えることを特徴とする電気鉄道における高調波電流の検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気鉄道における高調波電流の検知装置において、
前記比較器での比較結果を前記車両の特定場所に表示し、前記演算装置での解析結果が前記電流許容値設定値を上回った場合は警報を発することを特徴とする電気鉄道における高調波電流の検知方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気鉄道における高調波電流の検知装置において、
前記演算装置での解析結果が前記電流許容値設定値を上回った場合は前記電力変換装置の電流を低減させ、または停止させることを特徴とする電気鉄道における高調波電流の検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載している電力変換装置から発生する高調波電流が、電気鉄道の信号系を誤動作させないようにするための電気鉄道における高調波電流の検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気鉄道は、変電所から架線あるいは第３軌条などの給電線により供給される電力をパンタグラフなどの集電装置で車内に取り込み、この電力で駆動電動機を回転させて当該車両を走行させるのであるが、この電力は軌道を経て変電所へ戻る構成にするのが一般的である。
従来の電気鉄道は、架線から供給される直流電力が駆動電動機としての直流電動機を回転させて走行していたが、近年ではこの直流電動機の代わりに構造が頑丈で保守点検の手間をあまり必要としない誘導電動機を使用し、この誘導電動機と電力変換装置としてのインバータとを組み合わて使用することにより、所望のトルクと回転速度が得られるようになった。また駆動用電動機が直流電動機の場合でも、車内の通信・照明や空気調和装置などには交流電源を必要とするので、これらのための補助電源としてインバータが搭載されている。これら駆動電源用あるいは補助電源用インバータはスイッチング動作により直流電力を交流電力に変換しているので、この電力変換の際に発生する高調波電流が、軌道を経て、電源である変電所へ流れる。電気鉄道では軌道に信号電流を流しており、前述の高調波電流が信号系統を誤動作させる恐れがあり、極端な場合は衝突などの大事故に至る恐れがある。そこでインバータが発生する高調波電流を抑制することが必要になる。
【０００３】
高調波電流の抑制には、インバータの電源側にフィルタ回路を設置するのが効果的であるが、このフィルタ回路は大容量のコンデンサとリアクトルを組み合わせて構成するので重くて大形になるのであるが、これらを設置スペースに制約がある車両に搭載しなければならない。そこでフィルタ回路を構成するコンデンサやリアクトルに工夫をこらすことになる（例えば、特許文献１参照。）。
図４はインバータの電源側にフィルタ回路を備えている従来の車両用インバータの構成を示した構成図であって、特許文献１に記載されたものである。この図４において、給電線１からパンタグラフ３と遮断器４を経て取り込まれた直流電流は、フィルタ５を介して電力変換装置としてのインバータ６へ入力して交流電力に変換され、交流電動機７を駆動する。インバータ６を作動させた直流電流は車輪８を介してレール２を流れて変電所へ戻る。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１５１０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電気鉄道では、一般にレール２に信号電流を流すシステムを採用しており、この信号電流には数種類の周波数が用いられている。ところで電気鉄道では、車両へは給電線１を経て変電所から電力が供給されるが、この電力は車両に搭載しているインバータ６からはレール２を流れて変電所へ戻るようになっている。よってインバータ６が動作する際に、信号電流と同じ周波数の高調波電流が発生すると、信号系統に誤動作を生じる恐れがある。そこで図４で既述のようにインバータ６の入力側にフィルタ５を設置することにより、レール２へ流れる高調波電流の大きさを、信号系統を誤動作させない程度にまで抑制している。
【０００６】
しかしながらこの高調波電流抑制用のフィルタ５に異常を生じたり、あるいはインバータ６が故障するなどにより、大きな高調波電流がレール２に流れると、信号系統を誤動作させてしまうことになるし、最悪の場合は衝突などの大事故にまで発展する恐れもある。そして特に重要なことは、このように、信号系統に誤動作を生ぜしめる恐れがある高調波電流が流れているにもかかわらず、このような高調波電流が発生していることが分からないということである。
そこでこの発明の目的は、信号系統に誤動作を生ぜしめるような周波数の高調波電流が車両に搭載している電力変換装置から生じていることを検知し、この高調波電流を低減させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の電気鉄道における高調波電流の検知装置は、
給電線を流れる電流を車両内部に取り込んで電力変換装置を作動させた後に、軌道を経てこの電流を変電所へ戻している電気鉄道において、前記電力変換装置に流れる電流波形を検出する電流検出器と、検出した電流波形を高速フーリェ変換により解析する演算装置と、特定の周波数範囲における電流許容値を設定する電流許容値設定器と、前記演算装置の解析結果と前記電流許容値設定器の設定値とを比較する比較器とを備える。
【０００８】
または、前記比較器での比較結果を前記車両の特定場所に表示し、前記演算装置での解析結果が前記電流許容値設定値を上回った場合は警報を発する。
または、前記比較器での比較結果を前記車両の特定場所に表示し、前記演算装置での解析結果が前記電流許容値設定値を上回った場合は前記電力変換装置の電流を低減させ、または停止させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表したブロック図であるが、この図１に記載の給電線１，レール２，パンタグラフ３，遮断器４，フィルタ５およびインバータ６の名称・用途・機能は、図４で既述の従来例と同じであるから、これらの説明は省略する。
図１の第１実施例では、フィルタ５からレール２へ流れる帰線電流を入力高調波電流検出器１１で検出し、この検出電流を高速フーリェ変換による解析（以下ではＦＦＴ解析と略記する）演算を行うＦＦＴ解析演算装置１２により、高調波電流の周波数とその大きさを演算する。一方、各周波数毎に誤動作を生じる恐れがない許容値を、電流許容値設定器１３で設定する。比較器１４はこれら両者の値を比較してその大小を判定する。なお、入力高調波電流検出器１１はフィルタ５とレール２との間に挿入されているが、パンタグラフ３とフィルタ５との間に挿入しても差し支えないのは勿論である。更に、符号１７はインバータ６の制御装置である。
【００１０】
図２は本発明の第２実施例を表したブロック図であるが、この図２は図１で既述の第１実施例に警報器１５と電流低減信号線１６を付加した構成である。
図２の第２実施例では車両内の適切な場所，例えば運転台に警報器１５を設置しておき、ＦＦＴ解析演算装置１２での演算結果が電流許容値設定器１３で設定した値を上回っていることを比較器１４が検知すれば、警報器１５が警報を発して信号系統に誤動作の恐れがあることを知らせる。更にこの警報は電流低減信号線１６を経て制御装置１７へ入力され、当該制御装置１７からはインバータ６の電流を低減させる指令が発せられる。あるいはインバータ６を停止させる指令を発することもあり得る。
【００１１】
図３は信号系統の電流許容値とＦＦＴ解析演算装置の解析結果とを重ねて表示したグラフであって、縦軸は電流値を表し、横軸は周波数を表している。この電気鉄道では線路横断道路用に４種類の周波数すなわち１７００±４０Ｈｚ，２０００±４０Ｈｚ，２３００±４０Ｈｚ，２６００±４０Ｈｚを使用し、車両用に３５００Ｈｚ以上の多数の周波数を使用している。よってこのグラフでは、これらの各周波数での許容電流値を４０ｍＡに設定しており、太線で記載のＡが信号系統の電流許容値である。なおＢ点は４０ｍＡを越えているが、周波数が使用範囲外であることから、このＢ点は信号系統に誤動作を与えない。
【００１２】
【発明の効果】
電気鉄道で、車両に搭載している電力変換装置が動作する際には高調波電流が発生して給電線やレールに流れるから、レールを流れる信号電流がこの高調波電流により誤動作する恐れがある。そこで従来は、電力変換装置の入力側にフィルタを設置して、高調波電流が外部へ流出するのを抑制していた。しかしこのフィルタに異常を生じたり、電力変換装置が故障した場合には信号系統に誤動作を生ぜしめるような高調波電流が流れてしまって、衝突などの大事故が発生する恐れがあるにもかかわらず、従来はこのような高調波電流が流れていることを検知できない不都合があった。
【００１３】
これに対して本発明では、電力変換装置から流出する高調波電流をＦＦＴ解析演算装置により解析し、その解析結果から得られる周波数と電流値が信号系統に許容できる値であるか否かを判定して警報を発し、あるいは高調波電流を抑制する措置を講じることで、信号系統の誤動作を未然に防止し、衝突などの大事故発生の恐れを未然に解消できる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表したブロック図
【図２】本発明の第２実施例を表したブロック図
【図３】信号系統の電流許容値とＦＦＴ解析演算装置の解析結果とを重ねて表示したグラフ
【図４】インバータの電源側にフィルタ回路を備えている従来の車両用インバータの構成を示した構成図
【符号の説明】
１    給電線
２    レール
３    パンタグラフ
４    遮断器
５    フィルタ
６    電力変換装置としてのインバータ
８    車輪
１１    入力高調波電流検出器
１２    ＦＦＴ解析演算装置
１３    電流許容値設定器
１４    比較器
１５    警報器
１６    電流低減信号線
１７    制御装置
【図１】
2004282811.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004282811.tif 000005
【図４】
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