(57)【要約】【課題】小形化を図る。【解決手段】交流区間での回生電力を第２の変換器１２、第１の変換器６及びトランス４を介して交流区間の架線１に返還し、直流区間での回生電力を第２の変換器１２を介して直流区間の架線１５に返還するようにした電気車制御装置において、直流区間での回生電力が架線１５に返還が不可能のときに回生電力を消費するブレーキ抵抗器１９と、このブレーキ抵抗器１９を第１の変換器６のＵ相又はＶ相を構成する上下アーム９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂのいずれかに並列接続する抵抗接続スイッチ１８とを備え、ブレーキ抵抗器１９を接続した側の上下アームをブレーキチョッパ回路として回生電力をブレーキ抵抗器１９に消費させるようにしたものである。【選択図】        図１
2004312939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電圧で駆動用誘導電動機を駆動して交流区間と直流区間とを直通運転される電気車の上記交流区間では上記交流区間の架線を通して供給される交流電圧をトランスで降圧し、降圧された交流電圧をＵ相及びＶ相の単相ブリッジで構成された第１の変換器で直流電圧に変換し、変換された直流電圧を第２の変換器で三相交流電圧に変換して上記誘導電動機を駆動し、上記直流区間では上記直流区間の架線を通して供給される直流電圧を上記第２の変換器で三相交流電圧に変換して上記誘導電動機を駆動し、上記交流区間での回生電力を上記第２の変換器、上記第１の変換器及び上記トランスを介して上記交流区間の架線に返還し、上記直流区間での回生電力を上記第２の変換器を介して上記直流区間の架線に返還するようにした電気車制御装置において、上記直流区間での回生電力が架線に返還が不可能のときに上記回生電力を消費するブレーキ抵抗器と、このブレーキ抵抗器を上記第１の変換器の上記Ｕ相又は上記Ｖ相を構成する上下アームのいずれかに並列接続する抵抗接続スイッチとを備え、上記ブレーキ抵抗器を接続した側の上記上下アームをブレーキチョッパ回路として上記回生電力を上記ブレーキ抵抗器に消費させるようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
三相交流電圧で駆動用誘導電動機を駆動して交流区間と直流区間とを直通運転される電気車の上記交流区間では上記交流区間の架線を通して供給される交流電圧をトランスで降圧し、降圧された交流電圧をＵ相及びＶ相の単相ブリッジで構成された第１の変換器で直流電圧に変換し、変換された直流電圧を第２の変換器で三相交流電圧に変換して上記誘導電動機を駆動し、上記直流区間では上記直流区間の架線を通して供給される直流電圧を上記第２の変換器で三相交流電圧に変換して上記誘導電動機を駆動し、上記交流区間での回生電力を上記第２の変換器、上記第１の変換器及び上記トランスを介して上記交流区間の架線に返還し、上記直流区間での回生電力を上記第２の変換器を介して上記直流区間の架線に返還するようにした電気車制御装置において、上記直流区間での回生電力が架線に返還が不可能のときに上記回生電力を消費するブレーキ抵抗器と、このブレーキ抵抗器を上記第１の変換器の上記Ｕ相の上下アーム間と上記Ｖ相の上下アーム間との間に接続する抵抗接続スイッチとを備え、上記第１の変換器のいずれか一方の相と、他方の相の上下アームのいずれかのアームとをブレーキチョッパ回路として上記回生電力を上記ブレーキ抵抗器に消費させるようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流区間及び直流区間を直通運転される電気車の誘導電動機を制御する電気車制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気車制御装置においては、交流区間では交流区間の架線を通して供給される交流電圧をトランスで降圧し、降圧された交流電圧をパルス幅変調コンバータからなる第１の変換器で整流して直流電圧として、整流された直流電圧をパルス幅変調インバータからなる第２の変換器で三相交流電圧に変換して誘導電動機を駆動する。直流区間では直流区間の架線を通して供給される直流電圧を第２の変換器で三相交流電圧に変換して誘導電動機を駆動する。そして、交流区間での回生電力を第２の変換器、第１の変換器及びトランスを介して交流区間の架線に返還する。また、直流区間での回生電力は第２の変換器を介して直流区間の架線に返還する。直流区間において、回生電力が架線に返還が不可能のときは、別途設置したブレーキチョッパを介して回生電力をブレーキ抵抗器に消費させる（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】
第３４回鉄道サイバネ・シンポジウム論文集、日本サイバネティックス協議会、１９９７年１０月、論文番号５０４、ｐ．１６０−１６１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電気車制御装置では、回生電力をブレーキ抵抗器に消費させるのにブレーキチョッパを別途設置する必要があるので、小形化を図るのが困難であるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、第１の変換器にブレーキチョッパの機能を備えることにより小形化を図ることができる電気車制御装置を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電気車制御装置は、三相交流電圧で駆動用誘導電動機を駆動して交流区間と直流区間とを直通運転される電気車の交流区間では交流区間の架線を通して供給される交流電圧をトランスで降圧し、降圧された交流電圧をＵ相及びＶ相の単相ブリッジで構成された第１の変換器で直流電圧に変換し、変換された直流電圧を第２の変換器で三相交流電圧に変換して誘導電動機を駆動し、直流区間では直流区間の架線を通して供給される直流電圧を第２の変換器で三相交流電圧に変換して誘導電動機を駆動し、交流区間での回生電力を第２の変換器、第１の変換器及びトランスを介して交流区間の架線に返還し、直流区間での回生電力を第２の変換器を介して直流区間の架線に返還するようにした電気車制御装置において、直流区間での回生電力が架線に返還が不可能のときに回生電力を消費するブレーキ抵抗器と、このブレーキ抵抗器を第１の変換器のＵ相又はＶ相を構成する上下アームのいずれかに並列接続する抵抗接続スイッチとを備え、ブレーキ抵抗器を接続した側の上下アームをブレーキチョッパ回路として回生電力をブレーキ抵抗器に消費させるようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す構成図である。図１において、交流区間では交流区間の架線１からパンタグラフ２及び交直切換スイッチ３の交流側接点３ａを介してトランス４の１次コイル４ａに交流高電圧が給電される。トランス４で所定の電圧に降圧された２次側電圧は２次コイル４ｂから交流スイッチ５を通して第１の変換器６に供給される。第１の変換器６はＵ相及びＶ相からなる単相ブリッジのコンバータで、スイッチング用のＩＧＢＴ素子等のスイッチング素子７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとダイオード８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄで構成されている。なお、スイッチング素子７ａとダイオード８ａとでＵ相の上アーム９ａを、スイッチング素子７ｂとダイオード８ｂとでＵ相の下アーム９ｂを、スイッチング素子７ｃとダイオード８ｃとでＶ相の上アーム１０ａを、スイッチング素子７ｄとダイオード８ｄとでＶ相の下アーム１０ｂを構成している。
【０００８】
そして、コンデンサからなる直流結合回路１１を介して例えばパルス幅変調インバータ等の第２の変換器１２が接続されている。さらに、第２の変換器１２で変換された三相交流電圧が供給される誘導電動機１３が接続されている。なお、トランス４の１次コイル４ａは帰線系１４を介してレール（図示せず）に接続される。変換器１２の負側入力電流は帰線系１４を介してレール（図示せず）に流れる。
直流区間では直流区間の架線１５からパンタグラフ２によって集電された直流電圧が交直切換スイッチ３の直流側接点３ｂ、直流スイッチ１６及び直流フィルタリアクトル１７を介して直流結合回路１１に供給される。また、Ｕ相の上下アーム９ａ，９ｂ間と帰線系１４との間に抵抗接続スイッチ１８とブレーキ抵抗器１９とが下アーム９ｂと並列接続されている。
【０００９】
このように構成された電気車制御装置においては、交流区間ではトランス４を介して第１の変換器６に入力された交流電圧は第１の変換器６で直流電圧に変換された後、直流結合回路１１を介して第２の変換器１２に供給される。第２の変換器１２では直流電圧を三相交流電圧に変換すると共に、電圧及び周波数を制御して電気車駆動用の誘導電動機１３を駆動する。ここで、電気車の速度、即ち誘導電動機１３の回転数は、第２の変換器１２で電圧及び周波数を制御することにより行われる。
回生制動により電気車の減速が行われるときは、誘導電動機１３が発電機として動作する。誘導電動機１３により発生した交流電圧は第２の変換器１２で直流電圧に変換され、さらに第１の変換器６で交流電圧に逆変換された後、トランス４を介して架線１に回生電力として返還される。
【００１０】
次に直流区間では交直切換スイッチ３の交流側接点３ａが開路されて直流側接点３ｂが閉路されている。そこで、直流区間では直流区間の架線１５からパンタグラフ２によって集電された直流電圧は交直切換スイッチ３の直流側接点３ｂ，直流スイッチ１６及び直流フィルタリアクトル１７を介して直流結合回路１１に印加される。さらに、直流結合回路１１の両端間の直流電圧は第２の変換器１２で三相交流電圧に変換されると共に、電圧及び周波数が制御されて誘導電動機１３が駆動される。また、第２の変換器１２の負側入力電流は帰線系１４を介してレール（図示せず）に流れる。
回生制動時に誘導電動機１３が発生した三相交流の回生電力は、第２の変換器１２で直流電圧に変換された後、直流結合回路１１、直流フィルタリアクトル１７、直流スイッチ１６、交直切換スイッチ３の直流側接点３ｂ及びパンタグラフ２を順次経由して架線１５に変換される。
【００１１】
ここで、３相交流の回生電力を発生した誘導電動機１３が搭載された電気車と同一の架線１５に存在する他の電気車の電気車制御装置（図示せず）が回生電力を消費できないため、架線１５に回生電力の返還が不可能な状態にある場合には、抵抗接続スイッチ１８を閉路して回生電力をブレーキ抵抗器１９に消費させる。即ち、第１の変換器６を構成するＵ相のスイッチング素子７ｂ及びＶ相のスイッチング素子７ｃ，７ｄはＯＦＦ状態として、Ｕ相のスイッチング素子７ａをスイッチング動作させると共に、Ｕ相のダイオード８ｂをフライホイールダイオードとして作用させる。このようにＵ相のスイッチング素子７ａとダイオード８ｂとでブレーキチョッパ回路を構成することにより、回生電力をブレーキ抵抗器１９に消費させる。
なお、Ｕ相の下アーム９ｂと並列にブレーキ抵抗器１９とが接続されたものについて説明したが、上アーム９ａと並列に抵抗接続スイッチ１８を介してブレーキ抵抗器１９とを接続しても同様の効果を期待することができる。さらに、Ｖ相側においても上アーム１０ａ又は下アーム１０ｂに抵抗接続スイッチ１８を介してブレーキ抵抗器１９を並列接続しても同様の効果を期待することができる。
【００１２】
以上のように、ブレーキ抵抗器１９を第１の変換器６のＵ相またはＶ相を構成する上下アームの９ａ，９ｂ，１０ａ０，１０ｂのいずれかに抵抗接続スイッチ１８で接続し、ブレーキ抵抗器１９を接続した側の上下アームをブレーキチョッパ回路として回生電力をブレーキ抵抗器１９に消費させることにより、回生電力を架線１，１５へ返還させる第１の変換器６をブレーキチョッパ回路としても動作させることができるので、装置の小形化を図ることができる。
【００１３】
実施の形態２．
図２は実施の形態２を示す構成図である。図２において、１〜６，１１〜１５は実施の形態１のものと同様のものである。第１の変換器６を構成するＵ相の上下アーム９ａ，９ｂ間とＶ相の上下アーム１０ａ，１０ｂ間との間に抵抗接続スイッチ２０とブレーキ抵抗器２１とが直列接続されている。
このように構成された電気車制御装置においては、交流区間及び直流区間における誘導電動機１３は実施の形態１と同様に第２の変換器１２により変換された３相交流電圧で駆動制御が行われる。
さらに、直流区間における回生制動時に誘導電動機１３が発生した３相交流の回生電力も実施の形態１と同様に、第１の変換器１２で直流電圧に変換されてから直流フィルタリアクトル１７、直流スイッチ１６、交直切換スイッチ３の直流側接点３ｂ及びパンタグラフ２を介して架線１５へ変換される。
【００１４】
次に、直流区間において架線１５に回生電力の変換が不可能な状態にある場合には、抵抗接続スイッチ２０を閉路してブレーキ抵抗器２１に消費させる。
例えば、図３のブレーキチョッパ回路動作説明図に示す動作１において、第１の変換器６のスイッチング素子７ｂ，７ｃをＯＦＦ、スイッチング素子７ｄをＯＮとして、スイッチング素子７ａにスイッチング動作させると共に、ダイオード８ｂをフライホイールダイオードとして作用させる。これによりブレーキチョッパ回路が構成されるので、ブレーキ抵抗器２１に回生電力を消費させることができる。
また、図３の動作２〜４に示すように各スイッチング素子７ａ〜７ｄ及びダイオード８ａ〜８ｄを動作させることによりブレーキチョッパ回路を構成することができる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、ブレーキ抵抗器を第１の変換器のＵ相またはＶ相を構成する上下アームのいずれかに抵抗接続スイッチで接続し、ブレーキ抵抗器を接続した側の上下アームをブレーキチョッパ回路として回生電力をブレーキ抵抗器に消費させることにより、回生電力を架線へ返還させる第１の変換器をブレーキチョッパ回路としても動作させることができるので、装置の小形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す構成図である。
【図３】図２のブレーキチョッパ回路動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１５  架線、４  トランス、６  第１の変換器、
９ａ，１０ａ  上アーム、９ｂ，１０ｂ  下アーム、１２  第２の変換器、
１３  誘導電動機、１８，２０  抵抗接続スイッチ、
１９，２１  ブレーキ抵抗器。
【図１】
2004312939.tif 000003
【図２】
2004312939.tif 000004
【図３】
2004312939.tif 000005