(57)【要約】【課題】本発明では、小形化することの出来るフィルタコンデンサ容量低下検知回路を提供することを目的とする。【解決手段】直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記フィルタコンデンサの端子電圧を検出する電圧検出器とを有し、前記フィルタコンデンサの電荷を放電する放電部と、前記電圧検出器の出力からフィルタコンデンサ容量を演算する手段と、前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段により求められたフィルタコンデンサ容量が規定値以下の場合に、フィルタコンデンサ容量低下信号を発生する手段とを備えたことを特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。【選択図】　図１
2004056956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
このインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、
前記フィルタコンデンサの端子電圧を検出する電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサの電荷を放電する放電部と、
前記電圧検出器の出力からフィルタコンデンサ容量を演算する手段と、
前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段により求められたフィルタコンデンサ容量が規定値以下の場合に、フィルタコンデンサ容量低下信号を発生する手段と、
を備えたことを特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項２】
前記請求項１記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、前記フィルタコンデンサ端子と並列に接続された抵抗器で構成されていることを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項３】
前記請求項１記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、開閉器と抵抗器とを直列に接続した構成からなり、前記フィルタコンデンサ端子と並列に接続して構成したことを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項４】
前記請求項３のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、スイッチング素子と抵抗器とから成ることを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項５】
前記請求項１記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段は、前記電圧検出期の出力から前記フィルタコンデンサの放電時の放電時定数を演算する手段であること、
を特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項６】
前記請求項４記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、フィルタコンデンサ過電圧保護のための放電手段も兼ねていることを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項７】
前記請求項４記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記放電部が、発電制動動作における負荷抵抗手段も兼ねていることを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項８】
前記請求項１から請求項７記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記フィルタコンデンサの容量低下検知のさいに、運転台に容量低下を知らせる記号または文字を表示する機能を、
備えたことを特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項９】
前記請求項１から請求項７記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記フィルタコンデンサの容量低下のさいに、前記インバータを停止する手段を備えたことを特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【請求項１０】
前記請求項１から請求項７記載のフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、
前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段が、電気車始業時に自動実施する手段を備えたことを、
特徴とするフィルタコンデンサ容量低下検知回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタコンデンサ容量検知回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電圧型インバータを用いた制御装置の主回路構成について、図を参照し詳細に説明する。図８は、電圧型インバータを用いた従来の制御装置の主回路構成を示した図である。
従来の電圧型インバータを用いた制御装置の主回路は、パンタグラフ１，接触器２，フィルターリアクトル３，フィルタコンデンサ４，ＶＶＶＦインバータ５，誘導電動機６，接地ブラシ７から構成されている。
このように構成された電圧型インバータを用いた制御装置の主回路において、パンタグラフ１と接触器２が接続される。接触器２は、フィルターリアクトル３と接続される。フィルターリアクトル３と並列にフィルタコンデンサ４とＶＶＶＦインバータ５が接続される。ＶＶＶＦインバータ５と誘導電動機６が接続される。接地ブラシ７は、フィルタコンデンサ４とＶＶＶＦインバータ５と接続される。
このように構成された電圧型インバータを用いた制御装置の主回路において、架線（図示しない）を流れる直流電力は、パンタグラフ１，接触器２，フィルタリアクトル３とフィルタコンデンサ４を介してＶＶＶＦインバータ５に供給される。ＶＶＶＦインバータ５は、供給された直流電力を３相交流電力に変換し、誘導電動機６出力する。誘導電動機６は、ＶＶＶＦインバータ５から供給された三相交流電力により駆動する。なお、ＶＶＶＦインバータ５の直流電力入力の負側は、接地ブラシ７を介して、軌道へ接続される。
【０００３】
このように構成された電圧型インバータを用いた制御装置の主回路により、誘導電動機６を制御することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電圧型インバータを用いた制御装置の主回路では、フィルタコンデンサ４の容量を検知する機能が備わっていないため、コンデンサーが劣化などにより容量が低下した場合、ＶＶＶＦインバータ５による制御の安定性が悪くなるなどの問題がある。また、フィルタコンデンサ４の容量検知機能が備わっていないため、定期的にフィルタコンデンサ４の容量を測定することが必要で保守に手間がかかるといった問題がある。
このような問題を解決するために、特許第３２５３４３３号に開示されているように、フィルタコンデンサ４の容量低下を、放電回路に流れる脈動電流の増加により検知する方式などが考案された。しかし、特許第３２５３４３３号に開示されている方式を使用した場合、装置が大型化してしまうという欠点がある。
そこで本発明では、小形化することの出来るフィルタコンデンサ容量低下検知回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づくフィルタコンデンサ容量低下検知回路は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記インバータで駆動される電動機とを有する電気車制御装置において、前記フィルタコンデンサの端子電圧を検出する電圧検出器とを有し、前記フィルタコンデンサの電荷を放電する放電部と、前記電圧検出器の出力からフィルタコンデンサ容量を演算する手段と、前記フィルタコンデンサ容量を演算する手段により求められたフィルタコンデンサ容量が規定値以下の場合に、フィルタコンデンサ容量低下信号を発生する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路について、図を参照し詳細に説明する。図１は、制御装置の主回路の構成図である。なお、図７記載のものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。なお、図１中の矢印は信号またはデータの出力を示している。
本発明に基づく第１の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、パンタグラフ１，接触器２，フィルターリアクトル３，フィルタコンデンサ４，ＶＶＶＦインバータ５，誘導電動機６，接地ブラシ７，放電部８，電圧検出器９，フィルタコンデンサの容量を演算し、容量が低下している場合に容量低下信号を出力するフィルタコンデンサ容量低下検知部１０により構成されている。
このように構成された制御装置の主回路において、放電部８及び電圧検出器９は、フィルターリアクトル３に並列に接続される。電圧検出器９と容量低下検知部１０が接続される。
このように構成された制御装置の主回路において、架線から供給された電力のうち大部分は、パンタグラフ１，接触器２，リアクトル３，を介してインバータ５へ供給される。放電部８には、架線から供給された電力のうちの微量な電力が供給される。そのため、放熱部８は、電気車運転時も常時発熱している。
【０００７】
このように構成された制御装置の主回路において、接触器２が開くときには、電圧検出器９及びフィルターコンデンサ容量低下検知部１０へ処理要求信号を出力する。接触器２の接点が開いた後に、フィルタコンデンサ４に充電された電力は、放電部８に供給される。放熱部８はフィルタコンデンサ４から供給された電力により発熱する。電圧検出器９は、接触器２から処理要求信号により、放電部８による放電前のフィルタコンデンサ４の電圧と放電部８による放電後のフィルタコンデンサ４の電圧を測定し、フィルタコンデンサ容量検知部１０に各々の電圧値を出力する。フィルタコンデンサ容量検知部１０は、フィルタコンデンサ４の容量が低下している場合には、容量低下信号を出力する。なお、フィルタコンデンサ容量検知部１０は、処理要求信号を接触器２から受信した場合にのみフィルタコンデンサ容量検知を行なう。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、フィルタコンデンサ容量検知部１０は、　数１により放電時定数τを算出し、放電時定数τからフィルタコンデンサの容量を算出する。放電時定数τと予め定められた値（例えばＳ）とを比べτがＳを下回っていた場合に、容量低下信号を出力する。
【０００８】
【数１】Ｅ＝Ｅ０×ｅｘｐ（−ｔ／τ）　ただし　τ＝Ｃ×Ｒ　（秒）・・・（１）
Ｅ・・・放電後のコンデンサ電圧　Ｅ０・・・放電前のコンデンサ電圧　Ｒ・・・コンデンサ抵抗値　Ｃ・・・コンデンサ容量　τ・・・放電時定数
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路のフィルタコンデンサ容量検知部１０について図を参照し詳細に説明する。図２は、第１の実施の形態のフィルタコンデンサ容量検知部のブロック図である。図３は、フィルタコンデンサ容量が正常値である場合の信号出力図である。図４は、フィルタコンデンサ容量が異常値である場合の信号出力図である。なお、図２中の矢印は、信号またはデータの出力を示している。
第１の実施の形態のフィルタコンデンサ容量検知部１０は、オン遅延タイマー１１，反転部１２，サンプルホールド部１３，乗算部１４，比較器１５，論理積部１６により構成されている。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量検知部１０において、外部からの処理要求信号は、オン遅延タイマー１１とサンプルホールド部１３に入力される。オン遅延タイマー１１は、処理要求後、Ｔ１時間を経過後に反転部１２に出力する信号を０から１に変更する。反転部１２では、オン遅延タイマー１１から出力された０又は１という信号を反転させ１又は０として論理積部１６に出力する。サンプルホールド部１３は、処理要求時のフィルタコンデンサ電圧Ｅ０を記憶し乗算部１４に出力する。乗算部１４は、処理要求時のフィルタコンデンサ電圧Ｅ０から、Ｔ１秒後のフィルタコンデンサ電圧の理論値Ｋ・Ｅ０（Ｋは、数１を変形した数２により求める）を算出し比較器１５に出力する。
【０００９】
【数２】Ｋ＝ｅｘｐ（−Ｔ１／（Ｃ０×Ｒ０））
Ｃ０：コンデンサの容量　Ｒ０：放電部の抵抗
比較器１５では、現時点での電圧Ｅと乗算部１４により求められたフィルタコンデンサ電圧の理論値Ｋ・Ｅ０とが比較され、現時点での電圧Ｅのほうが小さい場合には、１を論理積部１６に出力する。論理積部１６では、反転部１２と比較器１５の両方が１の場合のみ、フィルタコンデンサ容量低下信号（保護信号）として１を出力する。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量検知部１０において、フィルタコンデンサ容量が正常である場合には、図３に示すように、反転部１２（図中ではａ）がＴ１秒後に、１を出力しても、比較器１５（図中ではｂ）は０を出力し続けるため、論理積部１６（図中ではｃ）は０を出力する。論理積部１６が、０を出力するため、フィルタコンデンサ容量低下信号は出力されない。それに対して、フィルタコンデンサ容量が異常値である場合には、図４に示すように、反転部１２（図中ではａ）がＴ１秒後に、１を出力し、比較器１５（図中ではｂ）は１をＴ１秒経過より前に出力する。論理積部１６（図中ではｃ）では反転部１２からの出力と比較器１５からの出力が両方とも１のため、コンデンサ容量低下検知信号として１を出力する。
【００１０】
このように構成されたフィルタコンデンサ容量検知部１０において、放電直前のコンデンサ電圧Ｅ０と、放電開始後あらかじめ定めた時間が経過したときのコンデンサ電圧Ｅの比からコンデンサ容量を知ることが可能である。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、部品点数が、従来のフィルタコンデンサ容量低下検知回路に比べ少なくなるため、装置自体を小形化することが出来る。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量検知部は、処理要求信号が入力された後、比較器１５にＴ１秒後までのフィルタコンデンサ４電圧が連続的に送られる構成となっているが、オン遅延タイマー１１を電圧検出器９と比較器１５の間に設け、Ｔ１秒後の電圧値と処理要求信号入力時のフィルタコンデンサ４電圧値だけ比較器に入力されるような構成にしても同様な機能が得られるため本実施形態のフィルターコンデンサ容量検知部の構成のみに限定はしない。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路について、図を参照し詳細に説明する。図５は、制御装置の主回路の構成図である。なお、図１記載のものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。なお、図５中の矢印は信号またはデータの出力を示している。
【００１１】
本発明に基づく第２の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、パンタグラフ１，接触器２，フィルターリアクトル３，フィルタコンデンサ４，ＶＶＶＦインバータ５，誘導電動機６，接地ブラシ７，電圧検出器９，フィルタコンデンサ容量低下検知部１０，抵抗１７により構成されている。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、放電手段として永久接続された抵抗器１１を使用している。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、フィルタコンデンサ容量検知部１０は、ＶＶＶＦインバータ５への電源供給停止時、すなわち接触器２開放時に接触器からの容量検知信号に基づき容量検知を行なう。
このように構成されたフィルタコンデンサ容量低下検知回路において、主回路の回路構成は簡単であるが、放電に使用する抵抗器は装置が電源に接続されている期間に常時発熱するという利点がある。
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路について、図を参照し詳細に説明する。図６は、制御装置の主回路の構成図である。なお、図１記載のものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。なお、図６中の矢印は信号またはデータの出力を示している。
【００１２】
本発明に基づく第３の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、パンタグラフ１，第１の接触器２，フィルターリアクトル３，フィルタコンデンサ４，ＶＶＶＦインバータ５，誘導電動機６，接地ブラシ７，抵抗値の一定な電圧検出器９，フィルタコンデンサ容量低下検知部１０，抵抗１７，第２の接触器１８，制御部１９により構成されている。
このように構成された第３の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、第１の接触器２の開極時に、制御部１９から第２の接触器１８へ閉鎖信号を出力する。第２の接触器１８は閉鎖信号により閉じ、抵抗器１１を介してフィルタコンデンサ４から放電する。抵抗器１１による放電中にフィルタコンデンサ容量不足検知をフィルタコンデンサ容量低下検知部１０が行う。
このように構成された第３の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、制御部１９の制御方式については、色々な方法が考えられるため限定しない。
このように構成された第３の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、抵抗器は放電動作時のみの発熱のため、第２の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータを用いた制御装置と比べると、抵抗値を小さく設定することが可能となるので、抵抗１７自体も小形化することが出来る。また、抵抗値を小さく取った場合、放電時定数が短くなり、フィルタコンデンサ要領検知に必要な時間も短縮されるという利点もある。
【００１３】
このように構成された第３の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、第２の接触器や抵抗１７は、作業上の安全のための放電機能を同時に兼ね備えることが可能である。
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路について、図を参照し詳細に説明する。図７は、制御装置の主回路の構成図である。なお、図１記載のものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。なお、図７中の矢印は信号またはデータの出力を示している。
本発明に基づく第４の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、パンタグラフ１，第１の接触器２，フィルターリアクトル３，フィルタコンデンサ４，ＶＶＶＦインバータ５，誘導電動機６，接地ブラシ７，抵抗値の一定な電圧検出器９，フィルタコンデンサ容量低下検知部１０，抵抗１７，制御部１９，半導体スイッチ２０により構成されている。
このように構成された第４の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、接触器２開極時と外部からの処理要求時に制御部１９は、半導体スイッチ２０をＯＮ状態にする。半導体スイッチ２０をＯＮ状態になると、抵抗１７から放電が始まる。
【００１４】
このように構成された第４の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、フィルタコンデンサ４の電圧の過電圧保護や、発電制動の負荷として抵抗１７を使用することが可能である。
このように構成された第４の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ制御装置の主回路において、制御部１９の制御方式については、色々な方法が考えられるため限定しない。
本発明では、フィルタコンデンサ容量低下検知部の構成自体は、組合せが無数にあるため第１の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータを用いた制御装置の主回路のフィルタコンデンサ容量低下検知部１０の構成のみに限定されない。
本発明に基づく第１の実施の形態及び第２の実施の形態及び第３の実施の形態及び第４の実施の形態のフィルタコンデンサ容量検知回路を組み込んだ制御装置の主回路は、フィルタコンデンサ容量不足検知時、すなわち容量低下検知信号が出力された場合には、運転台への表示、故障記録手段への入力、当該ＶＶＶＦインバータの運転停止のいずれか或いはすべてを行うものであってもよい。
【００１５】
本発明に基づくフィルタコンデンサ容量検知回路を使用することにより、フィルタコンデンサの容量監視を毎日の運行開始時のように、定期的に行うことが可能となり、地上信号機器への影響が防止可能となるほか、動作値の設定によってはコンデンサ交換時期の予告が可能となる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、小形化することの出来るフィルタコンデンサ容量低下検知回路を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の主回路の構成図である。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の容量低下検知部のブロック図である。
【図３】フィルタコンデンサ容量が正常値である場合の信号出力図である。
【図４】フィルタコンデンサ容量が異常値である場合の信号出力図である。
【図５】本発明に基づく第２の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の主回路の構成図である。
【図６】本発明に基づく第３の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の主回路の構成図である。
【図７】本発明に基づく第４の実施の形態のフィルタコンデンサ容量低下検知回路を組み込んだ電圧型インバータの制御装置の主回路の構成図である。
【図８】電圧型インバータを用いた従来の制御装置の主回路構成を示した図である。
【符号の説明】
１・・・集電器
２・・・接触器
３・・・フィルタリアクトル
４・・・フィルタコンデンサ
５・・・ＶＶＶＦインバータ
６・・・駆動電動機
７・・・接地ブラシ
８・・・放電手段
９・・・電圧検出器
１０・・・フィルタコンデンサ容量低下検知部
１１・・・オン遅延タイマー
１２・・・反転部
１３・・・サンプルホールド部
１４・・・乗算部
１５・・・比較器
１６・・・論理積部
１７・・・抵抗
１８・・・第２の接触器
１９・・・制御部
２０・・・半導体スイッチ
【図１】
2004056956.tif 000003
【図２】
2004056956.tif 000004
【図３】
2004056956.tif 000005
【図４】
2004056956.tif 000006
【図５】
2004056956.tif 000007
【図６】
2004056956.tif 000008
【図７】
2004056956.tif 000009
【図８】
2004056956.tif 000010