(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続されたインバータにより、負荷用接触器を介して負荷に電力を供給する際に、並列に接続されたインバータの間にのみ流れる横流を検出する横流検出回路であって、
前記横流を検出し、前記インバータを制御する制御部に出力する横流電流検出部と、
当該横流検出回路を保護する横流検出用接触器と、を備え、
前記横流検出用接触器は、前記負荷用接触器が投入された後に、前記制御部により、前記インバータの出力端と前記負荷用接触器との間を結ぶ幹線に異常が発生していないと判定された場合に、前記制御部からの投入指令に基づき投入されることを特徴とする横流検出回路。
【請求項２】
並列に接続され、負荷に電力を供給する補助電源装置であって、
直流電力を交流電力へ変換するインバータと、
並列に接続された前記インバータの間にのみ流れる横流を検出する横流検出回路と、
前記横流検出回路により検出された横流に基づき、前記インバータから出力される電圧及び位相を制御する制御部と、
前記インバータと前記負荷との間に直列に接続される負荷用接触器と、備え、
前記制御部は、前記負荷用接触器が投入された後に、前記インバータの出力端と前記負荷用接触器との間を結ぶ幹線に異常が発生していない場合に、前記横流検出回路の横流検出用接触器に投入指令を出力することを特徴とする補助電源装置。
【請求項３】
並列に接続されたインバータにより負荷に電力を供給する補助電源システムであって、
直流電力を交流電力へ変換する複数のインバータと、
並列に接続された前記インバータの間にのみ流れる横流を検出する横流検出回路と、
前記各インバータと前記負荷との間に直列に接続される負荷用接触器と、
前記横流検出回路により検出された横流に基づき、前記各インバータから出力される電圧及び位相を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記負荷用接触器が投入された後に、前記インバータの出力端と前記負荷用接触器との間を結ぶ幹線に異常が発生していない場合に、前記横流検出回路を保護する横流検出用接触器に投入指令を出力することを特徴とする補助電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両に用いられる横流検出回路、補助電源装置、及び補助電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用の補助電源装置を並列に接続し、共通の負荷に電力を供給する補助電源システムでは、各補助電源装置から出力される３相幹線電圧の電圧及び位相が不平衡であると、補助電源装置間のみを流れる電流（以下、「横流」と称する）が発生する。そこで、この横流を検出し、横流が最小となるように制御することで、補助電源装置による並列同期運転を実現できることが知られている（例えば、特許文献１乃至２参照）。
【０００３】
図３は、このような従来の補助電源システムの構成例を示す図である。補助電源システム２は並列接続された補助電源装置１０を備え、各補助電源装置１０は、インバータ１１と、制御部１２と、幹線電流検出部１３と、横流検出回路２０と、接触器（３ｐｈＭＫ：３ Phase Motor Contactor）３０とを備える。横流検出回路２０は、横流を検出して制御部１２に出力する。制御部１２は、横流が最小となるようにインバータ１１から出力される電圧及び位相を制御する。また、制御部１２は、接触器（３ｐｈＭＫ：３ Phase Motor Contactor）３０の主接点を投入及び開放（釈放）することにより、補助電源装置１０と幹線電圧との接続及び開放を行う。また、接触器３０の補助接点を利用し、横流検出回路２０を投入及び開放する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１４５５３号公報
【特許文献２】特開２００２−６４９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、接触器３０の主接点及び補助接点は、制御部１２から投入指令を受けてから実際に投入されるまでに機械的な遅れがあるため、投入指令時に幹線に異常は無くても、実際に接触器３０が投入された時点で幹線に異常が発生していることがある。この場合、接触器３０の主接点投入と同時に過電流が補助電源装置１０に流れる。また、横流検出回路２０は接触器３０の補助接点を利用していることから、主接点投入と同時に補助接点も投入されて、横流検出回路２０にも過電流が流れてしまう。特に横流検出回路２０は制御回路であるため大電流に弱く、大電流が流れると故障してしまう。横流検出回路２０が故障すると、補助電源装置１０の並列運転が不能となる。
【０００６】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、接触器の機械的遅れに起因して横流検出回路へ過電流が流れることを防止することが可能な横流検出回路、補助電源装置、及び補助電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る横流検出回路は、並列に接続されたインバータにより、負荷用接触器を介して負荷に電力を供給する際に、並列に接続されたインバータの間にのみ流れる横流を検出する横流検出回路であって、前記横流を検出し、前記インバータを制御する制御部に出力する横流電流検出部と、当該横流検出回路を保護する横流検出用接触器と、を備え、前記横流検出用接触器は、前記負荷用接触器が投入された後に、前記制御部により、前記インバータの出力端と前記負荷用接触器との間を結ぶ幹線に異常が発生していないと判定された場合に、前記制御部からの投入指令に基づき投入されることを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る補助電源装置は、並列に接続され、負荷に電力を供給する補助電源装置であって、直流電力を交流電力へ変換するインバータと、並列に接続された前記インバータの間にのみ流れる横流を検出する横流検出回路と、前記横流検出回路により検出された横流に基づき、前記インバータから出力される電圧及び位相を制御する制御部と、前記インバータと前記負荷との間に直列に接続される負荷用接触器と、備え、前記制御部は、前記負荷用接触器が投入された後に、前記インバータの出力端と前記負荷用接触器との間を結ぶ幹線に異常が発生していない場合に、前記横流検出回路の横流検出用接触器に投入指令を出力することを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る補助電源システムは、並列に接続されたインバータにより負荷に電力を供給する補助電源システムであって、直流電力を交流電力へ変換する複数のインバータと、並列に接続された前記インバータの間にのみ流れる横流を検出する横流検出回路と、前記各インバータと前記負荷との間に直列に接続される負荷用接触器と、前記横流検出回路により検出された横流に基づき、前記各インバータから出力される電圧及び位相を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記負荷用接触器が投入された後に、前記インバータの出力端と前記負荷用接触器との間を結ぶ幹線に異常が発生していない場合に、前記横流検出回路を保護する横流検出用接触器に投入指令を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、接触器の機械的遅れに起因して横流検出回路へ過電流が流れることを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る補助電源システムの構成例を示す図である。
【図２】従来の補助電源システムと、本発明の一実施形態に係る補助電源システムとの動作の違いを示すタイムチャートである。
【図３】従来の補助電源システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る補助電源システムの構成例を示すブロック図である。補助電源システム１は、並列に接続された複数の補助電源装置１０を備える。図１に示す例では、補助電源システム１は並列接続された２つの補助電源装置１０（１０−１及び１０−２）を備えるが、並列に３台以上の補助電源装置１０を接続することも可能である。
【００１４】
各補助電源装置１０は、インバータ１１と、制御部１２と、幹線電流検出部１３と、横流検出回路２０と、負荷用接触器５０とを備える。
【００１５】
負荷４０は、車両内の蛍光灯や空調装置などの各機器や蓄電池などである。
【００１６】
インバータ１１は、架線から集電した直流電力を三相交流電力へ変換し、負荷用接触器５０を介して負荷４０に電力を供給する。
【００１７】
幹線電流検出部１３は、幹線電流を検出し、制御部１２に出力する。幹線電流検出部１３として、例えば変流器（ＣＴ）を用いることができる。
【００１８】
各横流検出回路２０は、横流電流検出部２１，２２と、抵抗２３と、横流検出用接触器２４とを備える。
【００１９】
横流電流検出部２１，２２は、負荷４０には流れずに並列に接続されたインバータ１１（補助電源装置１０）の間のみを流れる横流を検出し、検出した横流を制御部１２に出力する。横流電流検出部２１として、例えば変流器（ＣＴ）を用いることができる。
【００２０】
制御部１２は、横流電流検出部２１，２２により検出された横流に基づき、横流が０に近づくようにインバータ１１から出力される電圧及び位相を制御する。
【００２１】
また、制御部１２は、負荷用接触器５０及び横流検出用接触器２４に対して、投入又は開放の指令を出力する。負荷用接触器５０及び横流検出用接触器２４に対する投入指令は同時に行うのではなく、負荷用接触器５０が実際に投入された後、幹線電流検出部１３により検出された電流値から幹線異常が発生しているか否かを判定し、幹線異常が発生していない場合に、横流検出用接触器２４に対して投入指令を出力する。ここで、幹線異常とは、負荷４０に短絡電流などの過電流が流れることをいう。
【００２２】
負荷用接触器５０に投入指令を出力してから実際に負荷用接触器５０が投入されるまでには所定の機械的遅れ時間（例えば、約１５０ｍｓ）が発生するため、例えば制御部１２は負荷用接触器５０に投入指令を出力した後、所定の機械的遅れ時間が経過するのを待ってから幹線異常が発生しているか否かを判定する。
【００２３】
横流検出用接触器２４は、各インバータ１１の出力線の間に接続される。横流検出用接触器２４を投入することにより横流検出回路２０は横流を検出することができ、幹線異常発生が発生した場合には、横流検出用接触器２４を開放することにより、横流検出回路２０を幹線から切り離して保護することができる。なお、横流検出用接触器２４は補助接点を使用せずに主接点のみを使用するため、本明細書において、横流検出用接触器２４の投入とは、横流検出用接触器２４の主接点の投入を意味する。なお、抵抗２３は、横流検出用接触器２４を開放した際に瞬時に流れる大電流に耐えられる抵抗とする。
【００２４】
負荷用接触器５０は、インバータ１１と負荷４０との間に直列に接続される。そして負荷用接触器５０は、インバータ１１を負荷４０に接続する場合に、制御部１２から投入指令を受け取る。すなわち、制御部１２は、負荷用接触器５０に投入指令を行い、インバータ１１を負荷４０に接続させる。なお、負荷用接触器５０は補助接点を使用せずに主接点のみを使用するため、本明細書において、負荷用接触器５０の投入とは、負荷用接触器５０の主接点の投入を意味する。
【００２５】
図２は、従来の補助電源システムと本発明に係る補助電源システムとの動作の違いを示すタイムチャートである。図２（ａ）は図３に示した従来の補助電源システム２の動作を示し、図２（ｂ）は図１に示した本発明に係る補助電源システム１の動作を示す。図２において、「幹線異常」については、幹線異常ありをハイレベルで示し、幹線異常なしをロウレベルで示している。また、「接触器への指令」については、投入指令をハイレベルで示し、開放指令をロウレベルで示している。また、「接触器の動作」については、投入動作をハイレベルで示し、開放動作をロウレベルで示している。
【００２６】
まず、図２（ａ）を参照し、図３に示した従来の補助電源システム２の動作について説明する。接触器３０の主接点及び補助接点は、投入指令を受けてから実際に投入するまでに機械的遅れが発生する。よって、制御部１２が時刻ｔ１で接触器３０に投入指令を出力すると、接触器３０の主接点及び補助接点は投入指令から機械的遅れ時間後の時刻ｔ３に投入される。すると、図２（ａ）に示すように、制御部１２が接触器３０に投入指令を出力した時刻ｔ１では幹線異常がなく、その直後の時刻ｔ２に幹線異常が発生した場合、接触器３０が投入されている間、横流検出回路２０に過電流が流れてしまう。
【００２７】
制御部１２は幹線異常を検知すると、時刻ｔ４で接触器３０に開放指令を出力し、機械的遅れ時間後の時刻ｔ５に接触器３０の主接点及び補助接点は開放される。その後、幹線異常が時刻ｔ６で解消し、制御部１２は幹線異常の解消を検知すると、時刻ｔ７で接触器３０に再度投入指令を出力し、機械的遅れ時間後の時刻ｔ８に接触器３０の主接点及び補助接点は再度投入される。
【００２８】
次に、図２（ｂ）を参照し、図１に示した本発明に係る補助電源システム１の動作について説明する。負荷用接触器５０及び横流検出用接触器２４は、接触器３０と同様に、投入指令を受けてから実際に投入するまでに機械的な遅れが発生する。よって、制御部１２が時刻ｔ１で負荷用接触器５０に投入指令を出力すると、負荷用接触器５０は投入指令から機械的遅れ時間後の時刻ｔ３に投入される。補助電源システム１においては、制御部１２は負荷用接触器５０が投入された後に、幹線異常が発生しているか否かを判定し、幹線異常が発生していない場合に、横流検出用接触器２４に投入指令を出力する。図２（ｂ）に示すように、負荷用接触器５０に投入指令を出力する時刻ｔ１から負荷用接触器５０が投入される時刻ｔ３までの間の時刻ｔ２で幹線異常が発生した場合には、制御部１２は横流検出用接触器２４に投入指令を出力しない。したがって、横流検出回路２０に過電流が流れることを防止することができる。
【００２９】
制御部１２は幹線異常を検知すると、時刻ｔ４で負荷用接触器５０に開放指令を出力し、機械的遅れ時間後の時刻ｔ５に負荷用接触器５０は開放される。その後、幹線異常が時刻ｔ６で解消し、制御部１２は幹線異常の解消を検知すると、時刻ｔ７で負荷用接触器５０に再度投入指令を出力し、機械的遅れ時間後の時刻ｔ８に負荷用接触器５０は再度投入される。そして、制御部１２は負荷用接触器５０が投入された時刻ｔ８の後に、幹線異常が発生していないことを確認し、時刻ｔ９で横流検出用接触器２４に投入指令を出力し、機械的遅れ時間後の時刻ｔ１０に横流検出用接触器２４は投入される。
【００３０】
上述したように、横流検出回路２０は、並列に接続されたインバータ１１の間にのみ流れる横流を検出して制御部１２に出力する横流電流検出部２１，２２と、横流検出回路２０を保護する横流検出用接触器２４とを備える。補助電源装置１０は、直流電力を交流電力へ変換するインバータ１１と、横流を検出する横流検出回路２０と、横流検出回路２０により検出された横流に基づき、インバータ１１から出力される電圧及び位相を制御する制御部１２とを備え、制御部１２は負荷用接触器５０が投入された後に、幹線異常が発生していない場合に、横流検出用接触器２４に投入指令を出力する。かかる構成により、横流検出用接触器２４を追加するのみの簡易な構成で、接触器の機械的遅れに起因して横流検出回路２０へ過電流が流れることを防止することができる。
【００３１】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１    補助電源システム
１０−１，１０−２  補助電源装置
１１  インバータ
１２  制御部
１３  幹線電流検出部
２０  横流検出回路
２１，２２  横流電流検出部
２３  抵抗
２４  横流検出用接触器
４０  負荷
５０  負荷用接触器
【図１】
0006343577.tif 000002
【図２】
0006343577.tif 000003
【図３】
0006343577.tif 000004