(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から共用抵抗器を介して充電される平滑用コンデンサと、この平滑用コンデンサに充電された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、上記平滑用コンデンサに充電された直流電圧を上記共用抵抗器を介して放電させる放電用スイッチとを備えた電気車制御装置において、
上記直流電源から直流電力が供給される主回路に挿入された主スイッチと、
上記放電用スイッチに並列接続され上記主スイッチとは互いに反転動作する補助スイッチとを備え、上記主スイッチを開放することにより上記補助スイッチが閉成され、これを通して上記平滑コンデンサの放電回路を形成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】
前記主スイッチと補助スイッチは互いに反転動作する電磁接触器にて構成したことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
起動時に上記直流電源から共用抵抗器を介して前記平滑用コンデンサを充電する充電回路を形成する充電用接触器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
前記平滑用コンデンサが所定電圧に充電されたことを検出して上記直流電源から共用抵抗器を介さずに前記平滑用コンデンサを充電する充電回路を形成する主回路接触器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項５】
前記放電用スイッチは半導体スイッチング素子であり、前記充電用接触器と共用抵抗器との接続点と接地端子間に接続されたことを特徴とする請求項３に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータを有する電気車制御装置に係り、特に平滑用コンデンサの放電回路の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両や電気自動車などの電気車においては、直流電源から平滑用コンデンサを介して交流に変換するインバータを備え、これにより得られた出力を負荷である交流電動機に供給して力行運転を行うと共に、交流電動機で発生した電力を上記インバータにより直流に変換しこれを直流電源に回生する回生制動あるいは制御回路内でこれを消費させる発電制動を行っている。このため、上記インバータには平滑用コンデンサが並列接続され、力行運転時には充電用抵抗を介して上記コンデンサが充電され、発電制動時には放電用抵抗を介して放電されるようになされている。【０００３】
従来から上記充電用抵抗と放電用抵抗とを共用して回路構成を簡略化する試みがなされており（例えば特許文献１及び特許文献２を参照）、その代表例を図２に示している。図２は交流電動機により２個の車輪を駆動する電気自動車システムに用いた例であり、図において、１は直流電源となる二次電池、２は異常時に回路を遮断するヒューズ、３は主回路スイッチ、４は例えば３相のトランジスタインバータにより構成され、その両端に平滑用コンデンサ５が接続されているインバータである。６は交流電動機、７は差動装置、８は車輪である。９は上記主回路スイッチ３に並列に接続された充電用スイッチ、１０は充電抵抗と制動抵抗とを共用した抵抗、１１は放電用スイッチであり、これを半導体スイッチング素子で構成することも出来る。【０００４】
次にこの回路の動作を簡単に説明する。初期充電時には主回路スイッチ３及び放電用スイッチ１１は開放されており、その状態で充電用スイッチ９を閉成すると、二次電池１からヒューズ２、充電用スイッチ９、共用抵抗１０を通して上記平滑用コンデンサ５が充電される。充電完了後は充電用スイッチ９を開放、主回路スイッチ３を閉成し、インバータ運転を介して交流電動機６の力行運転を行う。一方、電気自動車の制動時には、インバータ４を整流器として作動させ、放電用スイッチ１１を開放状態のまゝで上記主回路スイッチ３を介して二次電池１に電力を回生させる。【０００５】
二次電池１に電力が回生されなくなったら、上記主回路スイッチ３を開放すると共に放電用スイッチ１１を閉成し、平滑用コンデンサ５から共用抵抗１０、放電用スイッチ１１を介した放電回路を動作させ、制動を回生制動から発電制動に切り換えるものである。しかし、このような従来の電気車制御装置においては、上記発電制動時に必ず放電用スイッチ１１を閉成して平滑用コンデンサの放電回路を成立させなければない。【０００６】
しかし、この放電用スイッチ１１が故障して閉成しなくなった場合、上記平滑用コンデンサの放電回路が形成されず、上記平滑用コンデンサが放電できなくなって電気車の制動に支障を来たすという問題があった。この場合、機械制動のみで電気車を停止しなければならず、傾斜面を走行時等事故の原因となることも考えられる。
また、鉄道車両用の電気車にこのシステムを用いられる場合には、上記平滑用コンデンサ５は電車線から取り込まれる架線電圧（約１５００Ｖ）程度まで充電されており、放電用スイッチ１１の故障により放電できなくなると、点検・修理に際しても非常に危険な状態となることがあった。【０００７】
【特許文献１】特開平３−２８９３６２号公報      特開平６−２７６６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような背景に鑑みてなされたもので、充電用抵抗と放電用抵抗とを共用して回路構成を簡略化した電気車制御装置において、放電用スイッチが故障しても簡単な構成により平滑用コンデンサの放電回路を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、直流電源から共用抵抗器を介して充電される平滑用コンデンサと、この平滑用コンデンサに充電された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、上記平滑用コンデンサに充電された直流電圧を上記共用抵抗器を介して放電させる放電用スイッチとを備えた電気車制御装置において、上記直流電源から直流電力が供給される主回路に挿入された主スイッチと、
上記放電用スイッチに並列接続され上記主スイッチとは互いに反転動作する補助スイッチとを備え、上記主スイッチを開放することにより上記補助スイッチが閉成され、これを通して上記平滑コンデンサの放電回路を形成させるようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように本発明によれば、放電用スイッチが故障しても平滑用コンデンサを確実に放電させることが可能となり、電気車制御装置の信頼性、安全性の向上を図ることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る鉄道車両に実施された電気車制御装置の構成例を示す。
【図２】従来の電気自動車システムに用いた構成例を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、本発明による電気車制御装置の実施形態について図面を用いて説明する。
図１に、本発明の実施の形態１による鉄道車両に実施された電気車制御装置の構成例を示す。ここで、図２で説明した従来の構成例と同一部分あるいは相当部分には同一符号を付して示している。図において、１は電車線で、パンタグラフＰを介して直流電力が取り込まれる。２aは上記直流電力供給回路の最初に挿入された主スイッチで、上記供給回路を電気的に完全に開路するためのものである。【００１３】
２bは放電用スイッチ１１に並列接続された補助スイッチで、上記主スイッチ２aが閉成しているときは開放され、上記主スイッチ２aが解放されているときは閉成される関係に構成されている。上記主スイッチ２a、補助スイッチ２bは図示しない電磁接触器等で互いに反転動作するようになっている。１２は上記主スイッチ１aの後段に挿入された高速度遮断器で、図１で説明したヒューズ２に相当するものである。そこから主回路接触器３とフィルタリアクトル１３との直列回路と、充電用接触器９と共用抵抗器１０との直列回路とに分岐している。上記放電用スイッチ１１は上記充電用スイッチ９と共用抵抗器１０との接続点と接地間に挿入されており、例えば制御電極付半導体素子が用いられる。５は平滑用コンデンサ、４は３相のトランジスタインバータ、６は負荷となる交流電動機である。【００１４】
次に、この鉄道車両用電気車制御装置の動作を説明する。先ず、主スイッチ２aを短絡する。この時、補助スイッチ２bは開放されることとなる。そして、高速度遮断器１２が短絡され、その後、充電用接触器９が短絡される。この時、電車線１からパンタグラフＰを介して導入された直流電圧が、主スイッチ２a、高速遮断器１２、充電用接触器９を介して共用抵抗器１０に印加され、それに接続されている平滑用コンデンサ５を充電する。【００１５】
そして、平滑用コンデンサ５に充電された直流電圧が、所定の電圧に達すると、充電用接触器９は開放され、主回路接触器３は短絡される。上記所定の電圧とは主回路接触器３が短絡された際に流れる電流が平滑用コンデンサ５の静電容量値とフィルタリアクトル１３のインダクタンス値による共振電圧でダンピングが発生しない程度の値に設定されている。
その後、パンタグラフＰを介して取り込まれた直流電力が主回路接触器３、フィルタリアクトル１３を介して直接平滑用コンデンサ５を充電することとなる。【００１６】
その後インバータ４を構成するスイッチング素子がインバータスイッチング動作を行い交流電動機６は回転し、いわゆる力行運転が可能となる。上記交流電動機６の力行動作時に、平滑用コンデンサ５の電圧がインバータ４を構成するスイッチング素子の耐圧以下で設定される所定の電圧に達すると、上記放電用スイッチ１１が導通状態となり、平滑用コンデンサ５に充電された電圧は共用抵抗器１０を介して放電することとなる。これにより通常の発電制動が掛かることになる。【００１７】
ところが、たとえば過電圧印加等の原因で上記放電用スイッチ１１の絶縁破壊が発生した場合には、上記放電用スイッチ１１が導通状態にならない状態となり、上記平滑用コンデンサ５を放電できなくなる結果となる。平滑用コンデンサ５には、前述したように１５００Ｖ程度の電圧が充電された状態であるので、このままでは平滑用コンデンサ５を放電させる手段がなく、点検・修理作業を行うに際して非常に危険な状態となる。【００１８】
この発明の実施の形態１によれば、上記放電用スイッチ１１と並列に主スイッチ２aと反対の開閉状態をとる補助スイッチ２bを設けているので、このような場合、主スイッチ２aを開放することにより直ちに補助スイッチ２bが閉成され、これを通して上記平滑用コンデンサ５の放電回路を形成させることができるものである。これにより、放電用スイッチ１１が故障により導通状態にならない場合でも、補助スイッチ２bを介して平滑用コンデンサ５は必ず放電されるため、システムの安全性、信頼性を向上させることができる。【００１９】
また、この発明の実施の形態１によれば、従来から使用される主スイッチ２aにこれと反対の開閉状態をとる補助スイッチ２bを付加するだけの簡単且つ安価な手段でこれを実現できる効果も併せ有する。更に、この補助スイッチ２bを放電用スイッチ１１に並列接続するようにしているため、補助スイッチ２bの動作に際して上記共用抵抗器１０を利用できるので特別に放電用抵抗器を準備する必要はない。
【図１】
0004738479.tif 000002
【図２】
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