(57)【要約】【課題】本発明の目的は、冗長性があり、小形化することの出来る電気車制御装置を提供することである。【解決手段】２群のインバータ回路とリアクトルとコンデンサからなるフイルタとトランスを有する定電圧定周波電源と、前記２群のインバータ回路と前記フイルタの間に各々１組づつ設けられた接触器とを有し、前記リアクトルと前記コンデンサからなる前記フイルタと前記トランスを、前記２群のインバータ回路に対して共用化し、前記２群の一方のインバータ回路が動作中は前記接触器の補助接点信号により、もう一方のインバータ回路のゲートスタート指令を停止させることを特徴とした電気車制御装置。【選択図】  図１
2005033885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２群のインバータ回路とリアクトルとコンデンサからなるフイルタとトランスを有する定電圧定周波電源と、
前記２群のインバータ回路と前記フイルタの間に各々１組づつ設けられた接触器とを有し、
前記リアクトルと前記コンデンサからなる前記フイルタと前記トランスを、前記２群のインバータ回路に対して共用化し、前記２群の一方のインバータ回路が動作中は前記接触器の補助接点信号により、もう一方のインバータ回路のゲートスタート指令を停止させることを特徴とした電気車制御装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の電気車制御装置において、前記２群のインバータ回路を構成する半導体素子を取りつけた冷却器は相単位構造とし、前記冷却器の受熱部の１面に一方の群の半導体素子を前記冷却器の受熱部の他面に他群の半導体素子を取り付けるとともに、１面側あるいは他面側のいずれかの半導体素子の近傍に温度センサを取り付けたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
前記請求項２記載の電気車制御装置において、前記定電圧定周波用インバータと電気車駆動用可変電圧可変周波インバータと発電ブレーキ用チョッパを、前記半導体素子を取り付けた相単位構造の前記冷却器を用いて構成と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】
本発明は、電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図１０は、従来の電気車制御装置の構成図である。図１１は、従来の電気車制御装置に設けられたコンデンサに印加される電圧値の一例である。尚、図１１において、（ａ）は、架線電圧値，（ｂ）は架線電流値，（ｃ）はコンデンサ電圧である。
従来の電気車制御装置は、サービス電源となる定電圧定周波電力（例えばＡＣ４４０Ｖ、６０Ｈｚ）を供給する定周波インバータシステム１と電気車を駆動する電動機を制御する発電ブレーキチョッパを含む可変電圧可変周波数インバータシステム２から構成される。
このように構成された電気車制御装置において、定周波インバータシステム１は、フイルタリアクトル３を介し、それぞれ独立した２群のインバータシステムから構成される。それぞれ独立した２群のインバータシステムは、直流側開放スイッチ４，直流側開放スイッチ５と半導体素子で構成される２群のインバータ回路８，インバータ回路９とリアクトル１０及びコンデンサ１１，リアクトル１３及びコンデンサ１４からなるフイルタ回路、トランス１２，トランス１５及び交流側開放スイッチ１６、開放スイッチ１７から構成される。
【０００３】
このように構成された電気車制御装置において、２群のインバータシステムは同期運転される。即ち、インバータ回路８及びインバータ回路９の半導体素子はスイッチング位相を同期させた並列運転制御される。
このように構成された電気車制御装置において、可変電圧可変周波インバータシステム２は、開放スイッチ２１，開放スイッチ２２とフイルタリアクトル２３、フイルタリアクトル２４を介してインバータ回路２５，インバータ回路２６によりそれぞれ交流電動機３１，交流電動機３２を制御する。また、回生負荷が少ない場合、回生ブレーキ力が不足するので、これを補償するため発電ブレーキ用チョッパ４１，発電ブレーキ用チョッパ４２と抵抗４３，抵抗４４を有する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４５１５５号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように構成された電気車制御装置において、パンタグラフ１８が高速領域で離線した場合に、パンタグラフ１８が再着線すると、直流フイルタコンデンサ６及び直流フイルタコンデンサ７は、フイルタリアクトル３のエネルギーのために過充電するので、インバータ回路８及びインバータ回路９に過電圧が印加され、２群とも動作停止する（図１１参照）。この事象が短時間の間に繰り返し発生すると、２群のインバータシステムは両群ともロックアウトし、再起動不能となり、システムダウンに至る。
また、定電圧定周波インバータ１は、インバータ回路８，インバータ回路９以外にＬＣフイルタ回路１０、ＬＣフイルタ回路１１、ＬＣフイルタ回路１３、ＬＣフイルタ回路１４及びトランス１２、トランス１５に関して全て２組の独立したハードウエアが必要となり、装置として大型化してしまう。
また、可変電圧可変周波インバータシステム２においても、インバータ回路２５，インバータ回路２６及びチョッパ回路４１，チョッパ回路４２は２式の別個のハードウエアで構成されているため、装置が大型化してしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、冗長性があり、小形化することの出来る電気車制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、２群のインバータ回路とリアクトルとコンデンサからなるフイルタとトランスを有する定電圧定周波電源と、前記２群のインバータ回路と前記フイルタの間に各々１組づつ設けられた接触器とを有し、前記リアクトルと前記コンデンサからなる前記フイルタと前記トランスを、前記２群のインバータ回路に対して共用化し、前記２群の一方のインバータ回路が動作中は前記接触器の補助接点信号により、もう一方のインバータ回路のゲートスタート指令を停止させることによって達成できる。
【０００７】
【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の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図１は本発明に基づく第１の実施の形態の定電圧定周波インバータの構成図である。図２は、尚図１０に記載したものと、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。
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、インバータ回路８及びインバータ回路９の交流側に開放スイッチ５１，開放スイッチ５２を設けており、開放スイッチ５１及び開放スイッチ５２と負荷との間に、リアクトル１０、コンデンサ１１及びトランス１２を１組のハードウエアで構成し、設置している。開放スイッチ５１及び開放スイッチ５２の補助接点信号５３及び補助接点信号５４を２群のインバータ回路のゲートスタート指令論理へ入力する。それぞれ開放スイッチがオンで『Ｈ』論理、オフで『Ｌ』論理とする。
ここで例えば、インバータ回路８を動作させる時は、開放スイッチ５１をオンし、５２はオフ状態とする。開放スイッチの補助接点信号５４によりインバータ回路９の半導体素子へのゲートスタート指令を停止するので、２群のインバータは同時に起動することはない。そのため、高速領域でパンタグラフ１８の離線、再着線が発生し、インバータ回路８の入力電圧が過電圧になるような保護動作が短時間に繰り返され、インバータ回路８がロックアウトした場合、開放スイッチ４と開放スイッチ５１をオフした後、開放スイッチ５と開放スイッチ５２をオンさせてインバータ回路９を起動させる。
【０００８】
このように構成された電気車制御装置は、２群のインバータ構成に関して、部品点数の少ない構成で、冗長性の高い定電圧定周波インバータが実現できる。また、パンタグラフの離線後の再着線に対してもシステムダウンしにくい、信頼性の高い電源システムが可能である。更に、２群のインバータ回路の冷却器を一体化し、更に相毎に分離した部品構成とすることにより、電気車のサービス電源として必須の定電圧定周波インバータ、電動機駆動用としての可変電圧可変周波インバータ、発電ブレーキ用としてのチョッパに共通使用できる小型な部品が提供できる。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図３は本発明に基づく第２の実施の形態の定電圧定周波インバータの斜視図である。図４は本発明に基づく第２の実施の形態の定電圧定周波インバータの冷却器の斜視図である。図５は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の定電圧定周波インバータの冷却器の正面図である。図６は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の定電圧定周波インバータの冷却器の左側面図である。図７は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の定電圧定周波インバータの回路構成図である。尚図１に記載したものと、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。
【０００９】
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置は、部品８１，部品８２，部品８３から構成されている。部品８１，部品８２，部品８３はインバータ回路８及びインバータ回路９の１相分となっている。部品８１において、冷却器６０の受熱部の一面にインバータ回路８の１相分の半導体素子（例えばＵ相半導体素子８４，Ｕ相半導体素子８５）を取り付ける。この冷却器６０の他方の片面にインバータ回路９の１相分の半導体素子（例えばＵ相半導体素子９４，Ｕ相半導体素子９５）を取り付ける（図７参照）。また、サーミスタのような温度センサ１００を冷却器６０に設置する。
このように構成された電気車制御装置において、インバータ回路８とインバータ回路９は同時に動作することはないので、冷却器６０は１群、１相分の半導体素子の損失熱に対応する冷却能力を有すればよいため、インバータ回路は上記１相分の冷却器を３個組み合わせることで構成でき、しいては装置を小形化することが出来る。
このように構成された電気車制御装置は、２群のインバータ構成に関して、部品点数の少ない構成で、冗長性の高い定電圧定周波インバータが実現できる。また、パンタグラフの離線後の再着線に対してもシステムダウンしにくい、信頼性の高い電源システムが可能である。更に、２群のインバータ回路の冷却器を一体化し、更に相毎に分離した部品構成とすることにより、電気車のサービス電源として必須の定電圧定周波インバータ、電動機駆動用としての可変電圧可変周波インバータ、発電ブレーキ用としてのチョッパに共通使用できる小型な部品が提供できる。
【００１０】
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図８は本発明に基づく第３の実施の形態の定電圧定周波インバータの構成図である。図９は、本発明に基づく第３の実施の形態の定電圧定周波数インバータの発電ブレーキチョッパのブロック図である。尚図１乃至図７に記載したものと、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。
本発明に係る第三の実施形態の電気車制御装置の可変電圧可変周波数インバータシステム２は、交流電動機３１及び交流電動機３２を制御するインバータ回路２５及びインバータ回路２６と発電ブレーキ用チョッパ回路４１及び発電ブレーキ用チョッパ回路４２を有することを特徴のひとつとしている。インバータ回路２５及びインバータ回路２６を構成する相毎の部品２５１、部品２５２，部品２５３は、相毎に２群の半導体素子を冷却器の両面に取り付けた構成とし、ブレーキチョッパ回路の部品４１１も同じ構成とする。
通常の電気車では、定電圧定周波インバータ容量のほうが、交流電動機１台駆動する可変電圧可変周波インバータ容量より大きいので、定電圧定周波インバータを構成する部品８１、部品８２、部品８３は可変電圧可変周波インバータを構成する部品２５１，部品２５２，部品２５３として共通使用が可能である。また、通勤電車等では朝夕のラッシュ時は、乗車率が高く、列車密度も高いので電気ブレーキエネルギーは大半が架線電源側に回生される。これに対して閑散時間帯は、列車密度も低いが、乗車率も低いので、架線電源側に回生されない発電ブレーキエネルギーも小さくなるので、チョッパ回路の部品４１１は、インバータ回路の部品２５１、部品２５２、部品２５３と同一にできる。万一、過負荷となった場合は、温度センサ１００より過温度を検出し、チョッパ通流率を例えば、０．９７⇒０．５に制限することにより、発電パワー  を絞るかチョッパ動作を停止する（図９参照）。
【００１１】
このように構成された電気車制御装置は、２群のインバータ構成に関して、部品点数の少ない構成で、冗長性の高い定電圧定周波インバータが実現できる。また、パンタグラフの離線後の再着線に対してもシステムダウンしにくい、信頼性の高い電源システムが可能である。更に、２群のインバータ回路の冷却器を一体化し、更に相毎に分離した部品構成とすることにより、電気車のサービス電源として必須の定電圧定周波インバータ、電動機駆動用としての可変電圧可変周波インバータ、発電ブレーキ用としてのチョッパに共通使用できる小型な部品が提供できる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明により、冗長性があり、小形化することの出来る電気車制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の定電圧定周波インバータの構成図である
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の定電圧定周波インバータの構成図である
【図３】本発明に基づく第２の実施の形態の定電圧定周波インバータの斜視図である。
【図４】本発明に基づく第２の実施の形態の定電圧定周波インバータの冷却器の斜視図である。
【図５】本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の定電圧定周波インバータの冷却器の正面図である。
【図６】本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の定電圧定周波インバータの冷却器の左側面図である。
【図７】本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の定電圧定周波インバータの回路構成図である。
【図８】本発明に基づく第３の実施の形態の定電圧定周波インバータの構成図である。
【図９】本発明に基づく第３の実施の形態の定電圧定周波数インバータの発電ブレーキチョッパのブロック図である。
【図１０】従来の電気車制御装置の構成図である。
【図１１】従来の電気車制御装置動作時の一例である。
【符号の説明】
１・・・定周波インバータシステム
２・・・可変電圧可変周波数インバータシステム
３・・・フィルタリアクトル
４・・・直流側開放スイッチ
５・・・直流側開放スイッチ
８・・・インバータ回路
９・・・インバータ回路
１０・・・リアクトル
１１・・・コンデンサ
１２・・・トランス
１３・・・リアクトル
１４・・・コンデンサ
１５・・・トランス
１６・・・交流側開放スイッチ
１７・・・開放スイッチ
１８・・・パンタグラフ
２１・・・開放スイッチ
２２・・・開放スイッチ
２３・・・フイルタリアクトル
２４・・・フイルタリアクトル
２５・・・インバータ回路
２６・・・インバータ回路
３１・・・交流電動機
３２・・・交流電動機
４１・・・発電ブレーキ用チョッパ
４２・・・発電ブレーキ用チョッパ
４３・・・抵抗
４４・・・抵抗
５１・・・開放スイッチ
５２・・・開放スイッチ
５３・・・補助接点信号
５４・・・補助接点信号
６０・・・冷却器
８１・・・部品
８２・・・部品
８３・・・部品
９４・・・Ｕ相半導体素子
９５・・・Ｕ相半導体素子
１００・・・温度センサ
２５１・・・部品
２５２・・・部品
２５３・・・部品
４１１・・・部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005033885.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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