(57)【要約】【課題】負荷状態にかかわらず、正確に停電区間であることを検出し、停電検出時は短時間に架線への加圧を停止する。【解決手段】架線電圧検出器１１と、検出された架線電圧に含まれるリップル成分を検出するバンドパスフィルタと、検出されたリップル成分のレベルを所定の基準値Ｖｒｅｆ１と比較する比較器１と、比較器１の比較の結果、リップル成分が基準値Ｖｒｅｆ１より小さい場合に、停電であると判定して、架線１とＶＶＶＦインバータ６との間を切断する断流器制御回路１６および断流器３と、基準値Ｖｒｅｆ１よりも大きい値の基準値Ｖｒｅｆ２と前記リップル成分のレベルとを比較する比較器２と、比較器２の比較の結果、リップル成分が基準値Ｖｒｅｆ２より小さい場合に動作して、架線電圧の上昇を抑制するブレーキチョッパ８およびブレーキチョッパ制御回路１７とを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線を介して電力の供給を受けるとともに回生ブレーキ動作中には当該架線を介して電力を回生するインバータと、前記インバータにより駆動される誘導電動機とを備えた電気車の制御を行う電気車制御装置であって、
前記架線における架線電圧を検出する架線電圧検出手段と、
前記架線電圧検出手段が検出した前記架線電圧に含まれるリップル成分を検出するリップル成分検出手段と、
所定の第１の基準値が設定され、前記リップル成分検出手段から出力されるリップル成分のレベルを当該第１の基準値と比較する第１の比較手段と、
前記第１の比較手段による比較の結果、前記リップル成分が前記第１の基準値より小さい場合に、停電であると判定して、前記架線と前記インバータとの間を電気的に切断する断流手段と、
前記第１の基準値よりも大きい値の所定の第２の基準値が設定され、前記リップル成分のレベルを当該第２の基準値と比較する第２の比較手段と、
前記第２の比較手段による比較の結果、前記リップル成分が前記第２の基準値より小さい場合に、前記架線電圧の上昇を抑制する架線電圧抑制手段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記架線電圧抑制手段は、
前記インバータに並列接続されるブレーキチョッパと、
前記リップル成分が前記第２の基準値より小さい場合に、前記リップル成分の値に基づいて、前記ブレーキチョッパの通流率を制御するブレーキチョッパ制御回路とを備えている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】
前記架線電圧抑制手段は、
回生ブレーキ力指令値が入力される回生ブレーキ力指令値入力手段と、
前記リップル成分が前記第２の基準値より小さい場合に、前記リップル成分の値に基づいて、前記回生ブレーキ力指令値入力手段に入力された前記回生ブレーキ力指令値を減算する回生ブレーキ力指令値補正手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電気車制御装置に関し、特に、整流電源を電源とする直流電車等における停電を検知する電気車制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流電車等の電気車は一般にパンタグラフにより架線から、または、集電靴により第３軌条レールから、直流電力を集電して走行している。架線や第３軌条レールは複数のセクションに区分されて構成される。通常、各セクションには変電所から給電されているが、電源設備の異常や車両の異常により、あるいは、架線の工事等の為に、ある区間を停電させる場合がある（以下、停電区間とする。）。この停電区間を回生ブレーキ状態で通過する間は、架線に接続された負荷の状態に応じ、架線電圧が上昇あるいは地絡事故が発生する。
【０００３】
これにより、従来の電気車の駆動制御装置においては、架線電圧が所定値を超過した場合に、車両が停電区間を通過中と判断している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９５２９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の電気車制御装置においては、回生ブレーキ時に架線電圧が所定値より高いことで停電区間を通過中と判断しているが、架線電圧の上昇は停電中でなくとも、架線につがった負荷が軽負荷である場合には発生する現象であるため、軽負荷の場合には停電区間として誤検出してしまう可能性があり、また、停電区間であっても架線につながった負荷の状態により、架線電圧が上昇せず、停電を検知できないという問題点があった。
【０００６】
また、停電区間に電車が進入したときに、その車両が回生ブレーキ動作中の場合に、力行時においては、供給パワーの無い状態で運転するため、フィルタコンデンサ電圧が瞬時低下し、フィルタコンデンサ低電圧検知回路が動作し、主回路が開放され、だ行中においては、架線電圧検出器の入力（Ｅｓ）が低下するため、架線電圧低下検知回路が動作し主回路が開放される。回生ブレーキ状態では、停電区間につながる負荷状態により、回生状態が連続する可能性があり、停電区間を加圧することになる。停電区間は、本来、軌道や架線に何らかの異常があるために、給電を停止するために構成されるものであるにも拘わらず、回生ブレーキにより架線が加圧されることは、望ましくないという問題点があった。
【０００７】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、負荷状態にかかわらず、正確に停電区間であることを検出し、停電検出時は短時間で架線への加圧を停止する電気車制御装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、架線を介して電力の供給を受けるとともに回生ブレーキ動作中には当該架線を介して電力を回生するインバータと、前記インバータにより駆動される誘導電動機とを備えた電気車の制御を行う電気車制御装置であって、前記架線における架線電圧を検出する架線電圧検出手段と、前記架線電圧検出手段が検出した前記架線電圧に含まれるリップル成分を検出するリップル成分検出手段と、所定の第１の基準値が設定され、前記リップル成分検出手段から出力されるリップル成分のレベルを当該第１の基準値と比較する第１の比較手段と、前記第１の比較手段による比較の結果、前記リップル成分が前記第１の基準値より小さい場合に、停電であると判定して、前記架線と前記インバータとの間を電気的に切断する断流手段と、前記第１の基準値よりも大きい値の所定の第２の基準値が設定され、前記リップル成分のレベルを当該第２の基準値と比較する第２の比較手段と、前記第２の比較手段による比較の結果、前記リップル成分が前記第２の基準値より小さい場合に、前記架線電圧の上昇を抑制する架線電圧抑制手段とを備えている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電気車制御装置の構成を示すものである。図１に示すように、架線１が、変電所から電力が供給される電源側に接続されており、架線１に電気的に接触している集電器（パンタグラフ）２は、架線１から直流電力を集電する。集電器２には、断流器３を介して、入力フィルタ回路を構成するフィルタリアクトル４とフィルタコンデンサ５とが接続されている。また、フィルタコンデンサ５には、直流電圧入力を交流に変換する３相のＶＶＶＦインバータ６が接続されている。ＶＶＶＦインバータ６は、架線１を介して電力の供給を受けるとともに、回生ブレーキ動作中には架線１を介して電力を回生する。ＶＶＶＦインバータ６には、誘導電動機（モータ）７が接続されており、当該誘導電動機７はＶＶＶＦインバータ６により駆動される。また、誘導電動機７には、車両に設けられている車輪（図示せず）が接続されている。以上により、主回路が構成されている。
【００１０】
また、本実施の形態においては、図１に示すように、ブレーキ中に動作するブレーキチョッパ８が主回路に付加されている。ブレーキチョッパ８には、ブレーキ抵抗器９が直列接続されている。ブレーキチョッパ８およびブレーキ抵抗器９は、フィルタコンデンサ５に対して並列に接続されている。また、フィルタコンデンサ５の電圧を検出するフィルタコンデンサ電圧検出器１０が設けられており、ブレーキチョッパ制御回路１７は、検出されたフィルタコンデンサ電圧に基づいて、ブレーキチョッパ８を制御する。
【００１１】
ここで、ブレーキチョッパ８の働きについて簡単に説明する。ブレーキチョッパ制御回路１７は、検出されたフィルタコンデンサ電圧と電圧指令値とが一致するように、ブレーキチョッパ８内に設けられているスイッチング素子（図示せず）を駆動制御することにより、通流率を制御する。この場合、ブレーキチョッパ８で、ＶＶＶＦインバータ６の回生エネルギーが消費されるので、ブレーキ中に入力側が軽負荷となった場合でも負荷の状態に依存せずに、所定の電気ブレーキ力、すなわち、電気的制御トルクを得ることができるというものである。これがブレーキチョッパ８の一般的な動作である。また、本実施の形態においては、通常の電源区間において負荷状態によりリップル成分が消失してしまうことがないように、ブレーキチョッパ制御回路１７は、リップル成分が所定の基準値を下回ったときに、ブレーキチョッパ８を動作させて通流率を上げて、架線電圧の上昇を抑制することにより、電源のリップル成分の消失を防止する。
【００１２】
図１の説明に戻る。本実施の形態においては、さらに、図１に示すように、架線１の電圧を検出するための架線電圧検出器１１と、集電器２に入力された電流を検出するための入力電流検出器１２とが設けられている。架線電圧検出器１１には、バンドパスフィルタ１３が接続されている。バンドパスフィルタ１３は、架線電圧に含まれるリップル成分を検出する。バンドパスフィルタ１３には、バンドパスフィルタ出力の電圧レベルを所定の基準値Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２と比較するための２つの比較器１４，１５（以下、比較器１および比較器２とする。）が接続されている。比較器１（符号１４）には、断流器３を制御するための断流器制御回路１６が接続されている。断流器制御回路１６は、比較器１（符号１４）の比較の結果、バンドパスフィルタ１３から出力されるリップル成分のレベルが所定の基準値Ｖｒｅｆ１を下回り、所定時間経過した場合に、断流器３を開放する。また、比較器２（符号１５）には、上述のブレーキチョッパ制御回路１７が接続されている。ブレーキチョッパ制御回路１７は、ブレーキチョッパ８内のスイッチング素子（図示せず）を制御することにより、ブレーキチョッパ８の通流率を制御するものである。ブレーキチョッパ制御回路１７は、比較器２（符号１５）の比較の結果、バンドパスフィルタ１３から出力されるリップル成分のレベルが所定の基準値Ｖｒｅｆ２を下回った場合に、ブレーキチョッパ８を動作させて通流率を上げる。
【００１３】
次に、動作について説明する。本実施の形態における電気車制御装置は以上のように構成されており、交流電源を整流した際に発生する電源のリップル成分の消失により、停電を検知する。
【００１４】
直流電車の電源は、通常商用周波数の交流電源を全波整流するのが通常である。従って、例えば、６相整流回路の場合、その出力には商用周波数の６倍の周波数のリップルが発生する。場合によっては、１２相の整流回路もあり、その場合には、１２倍の周波数のリップルが発生する。図２（ａ）に、リップルが発生した状態の架線電圧波形例を示す。電源が変電所から供給されているかどうかの判断は、このリップル成分の有無によって行うことが可能である。即ち、変電所からの電圧出力がある場合には、商用周波数の６倍または１２倍の電源リップル成分が検出され、停電している場合には、リップルが消失する。
【００１５】
図１において、架線電圧のバンドパスフィルタ１３の中心周波数は、電源周波数が５０Ｈｚの場合には、６相整流回路のとき３００Ｈｚ、１２相整流回路のとき６００Ｈｚに設定し、６０Ｈｚの場合には、６相整流回路のとき３６０Ｈｚ、１２相整流回路のとき７２０Ｈｚに設定する。
【００１６】
架線電圧の上記リップル成分が、所定の基準値Ｖｒｅｆ１以上あるかどうかを比較器１（符号１４）で確認する。所定の基準値Ｖｒｅｆ１以下である場合には、停電区間であると判定して、所定時間後、断流器制御回路１６により、断流器３を開放し、架線１と主回路を切り離す。
【００１７】
本実施の形態においては、停電区間に電車が進入した場合に、その車両が回生ブレーキ動作中であっても、負荷状態の影響を受ける架線電圧ではなく、負荷状態の影響を受けずに給電／停電にのみ依存する電源のリップル成分の有無により停電を検知するようにしたため、停電区間の負荷状態に拘わらず停電検知可能である。
【００１８】
なお、通常電源区間において、回生ブレーキを動作させた場合に、回生負荷が不十分なために、架線電圧が上昇して、変電所の送り出し電圧を超える状態になると、停電区間でないにもかかわらず、図２（ｂ）のように、電源リップルが消失してしまう場合がある。本実施の形態においては、このような場合に、停電と誤検出してしまうことを防止するために、ブレーキチョッパ８を備えて、リップル成分が所定の基準値Ｖｒｅｆ２を下回ったときに、ブレーキチョッパ８を動作させて通流率を上げ、架線電圧の上昇を抑制することにより、リップル成分の消失を防止して、連続的に停電検知を行うことを可能にしている。以下にその詳細について説明する。
【００１９】
図１において、比較器１（符号１４）と比較器２（符号１５）に設定されている基準値（Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２）は、Ｖｒｅｆ１＜Ｖｒｅｆ２となるように設定されている。通常の電源状態において、回生動作により架線電圧が上昇し、電源のリップル成分のレベルが低下し、Ｖｒｅｆ２のレベルを下回ったと比較器２（符号１５）により判断されたとき、ブレーキチョッパ制御回路１７は、その値に応じて、ブレーキチョッパ８を動作させ通流率を広げる。一方、電源のリップル成分のレベルがＶｒｅｆ２を上回った場合、ブレーキチョッパ制御回路１７は、ブレーキチョッパ８の通流率を絞る。なお、Ｖｒｅｆ１は、架線のリップル成分が無くなった、即ち、停電したことを検知する設定値であり、極力ゼロＶに近く、かつ、バンドパスフィルタ１３の残留特性に応じた確実に停電を検出できる設定値に設定する。架線が通常状態である場合に架線電圧が上昇することによりリップル成分が低下するが、Ｖｒｅｆ２のレベルまで低下すると、ブレーキチョッパ８を動作させ、架線電圧上昇を抑制する。このとき、停電検知が動作、即ち、リップル成分がＶｒｅｆ１のレベルに低下したまま所定時間経過することのないように、ブレーキチョッパ８で制御できなければならない。従って、Ｖｒｅｆ２は、リップル成分がＶｒｅｆ２の値になったことを検知した後に、ブレーキチョッパ８が動作して、再び、リップル成分がＶｒｅｆ２を上回るレベルまで復帰できる制御余裕を持たせた設定値に設定する。
【００２０】
上記のブレーキチョッパ８の動作により、回生負荷が軽負荷の状態であっても、回生ブレーキ動作中、架線電圧のリップル成分のレベルは、Ｖｒｅｆ１のレベルまで低下し所定時間継続することなく動作することが可能となり、停電検知せず、電気ブレーキを連続して制御することができる。
【００２１】
なお、万一、通常の電源区間において変電所からの供給が停止して停電が発生した場合には、電圧リップルレベルは瞬時にＶｒｅｆ１以下に低下するので、停電を検知することが可能である。
【００２２】
以上のように、本実施の形態においては、電源のリップル成分の有無により停電区間を検出するようにしたので、負荷状態によらず、停電区間であることを精度よく検出することができる。また、通常の電源区間では、回生負荷状態にかかわらず停電区間として誤検出することなく、停電を正確に検知できるとともに、停電検知時には瞬時に主回路を開放し、架線１への加圧を防止することができる。
【００２３】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による電気車制御装置の構成を示すものである。図３に示すように、本実施の形態における電気車制御装置の構成において、符号１〜７および１０〜１６については、上述の実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。本実施の形態と実施の形態１との異なる構成は、実施の形態１におけるブレーキチョッパ８、ブレーキ抵抗器９、ブレーキチョッパ制御回路１７の代わりに、架線電圧リミッタ回路１８が設けられている。従って、本実施の形態では、回生ブレーキ動作中の電源リップルの消失を防止する手段として、ブレーキチョッパ８でなく、架線電圧リミッタ１８を動作させる。
【００２４】
架線電圧リミッタ回路１８は、比較器２（符号１５）の出力に応じて、外部から入力される回生ブレーキ力指令値を抑制させるための補正量を出力する。架線電圧リミッタ１８の後段には、図３に示すように、減算器が設けられており、外部から入力される回生ブレーキ力指令値から、架線電圧リミッタ回路１８による補正量が減算される。このようにして架線電圧リミッタ回路１８により補正された補正後の当該回生ブレーキ力指令値が、ＶＶＶＦインバータ６に入力され、これに基づいて、ＶＶＶＦインバータ６が回生ブレーキ動作する。
【００２５】
さらに詳細に説明する。図３において、比較器１（符号１４）と比較器２（符号１５）の基準値（Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２）は、Ｖｒｅｆ１＜Ｖｒｅｆ２となるように設定されている。通常の電源状態において、回生負荷が軽負荷の場合で、回生動作により架線電圧が上昇し電源リップル成分のレベルが低下し、比較器２（符号１５）の基準値Ｖｒｅｆ２のレベルを下回ったとき、その値に応じて、架線電圧リミッタ１８は出力を増加させ、これにより、回生ブレーキ力指令を抑制し、回生ブレーキ力量を抑制することにより、架線電圧の上昇を抑える。回生ブレーキ力量が抑制されても、通常の車両システムにおいては、不足分は空気ブレーキで補足されるので車両としてのブレーキ力としては問題は無い。また、電源リップル成分のレベルがＶｒｅｆ２を上回った場合、架線電圧リミッタ１８の出力は減少する。
【００２６】
上記の動作により、回生負荷が軽負荷の状態であっても、回生ブレーキ動作中、架線電圧のリップル成分のレベルは、Ｖｒｅｆ１のレベルまで低下し所定時間継続することなく動作することが可能となり、停電検知することなく、電気ブレーキを連続して制御することができる。
【００２７】
また、万一、停電が発生した場合には、リップル成分のレベルは瞬時にＶｒｅｆ１以下に低下するため、停電を検知することが可能である。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては、電源のリップル成分の有無により停電区間を検出するようにしたので、負荷状態によらず、停電区間であることを精度よく検出することができる。また、通常の電源区間では、回生負荷状態にかかわらず停電区間として誤検出することなく、万一の停電検知時には瞬時に主回路を開放し、架線１への加圧を防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明は、架線を介して電力の供給を受けるとともに回生ブレーキ動作中には当該架線を介して電力を回生するインバータと、前記インバータにより駆動される誘導電動機とを備えた電気車の制御を行う電気車制御装置であって、前記架線における架線電圧を検出する架線電圧検出手段と、前記架線電圧検出手段が検出した前記架線電圧に含まれるリップル成分を検出するリップル成分検出手段と、所定の第１の基準値が設定され、前記リップル成分検出手段から出力されるリップル成分のレベルを当該第１の基準値と比較する第１の比較手段と、前記第１の比較手段による比較の結果、前記リップル成分が前記第１の基準値より小さく、所定時間継続した場合に、停電であると判定して、前記架線と前記インバータとの間を電気的に切断する断流手段と、前記第１の基準値よりも大きい値の所定の第２の基準値が設定され、前記リップル成分のレベルを当該第２の基準値と比較する第２の比較手段と、前記第２の比較手段による比較の結果、前記リップル成分が前記第２の基準値より小さい場合に、前記架線電圧の上昇を抑制する架線電圧抑制手段とを備えているので、負荷状態にかかわらず、正確に停電区間であることを検出し、停電検出時は短時間で架線への加圧を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電気車制御装置の構成を示したブロック図である。
【図２】架線電圧波形を示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電気車制御装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１  架線、２  集電器、３  断流器、４  フィルタリアクトル、５  フィルタコンデンサ、６  ＶＶＶＦインバータ、７  誘導電動機、８  ブレーキチョッパ、９  ブレーキ抵抗器、１０  フィルタコンデンサ電圧検出器、１１  架線電圧検出器、１２  入力電流検出器、１３  バンドパスフィルタ、１４  比較器１、１５  比較器２、１６  断流器制御回路、１７  ブレーキチョッパ制御回路、１８  架線電圧リミッタ回路。
【図１】
2005027378.tif 000003
【図２】
2005027378.tif 000004
【図３】
2005027378.tif 000005