(57)【要約】【課題】電気車の電力変換装置に対して備えられるコンデンサの熱的な破壊や寿命低下を防止する。【解決手段】本発明の一態様において、電気車は、架線１から供給された交流電力を直流電力に変換する架線側電力変換装置４と直流電力を三相交流電力に変換する駆動側電力変換装置５とを含む電力変換装置９と、三相交流電力に基づいて駆動する電動機６と、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５との間で、直流電力の電圧を平滑させるためのコンデンサ１０とを具備する。電気車の制御装置１３は、コンデンサ１０を冷却するファン１１の停止を検出する手段１４と、ファン１１の停止が検出された場合に、電力変換装置９の運転停止指令と電力変換装置９の出力トルク抑制指令とのうちのいずれかを出力する手段１５とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線から供給された交流電力を直流電力に変換する架線側電力変換装置と前記直流電力を三相交流電力に変換する駆動側電力変換装置とを含む電力変換装置と、前記三相交流電力に基づいて駆動する電動機と、前記架線側電力変換装置と前記駆動側電力変換装置との間で、前記直流電力の電圧を平滑させるためのコンデンサとを具備する電気車の制御装置において、
前記コンデンサを冷却するファンの停止を検出する手段と、
前記ファンの停止が検出された場合に、前記電力変換装置の運転停止指令と前記電力変換装置の出力トルク抑制指令とのうちのいずれかを出力する手段と
を具備する電気車の制御装置。
【請求項２】
架線から供給された交流電力を直流電力に変換する架線側電力変換装置と前記直流電力を三相交流電力に変換する駆動側電力変換装置とを含む電力変換装置と、前記三相交流電力に基づいて駆動する電動機と、前記架線側電力変換装置と前記駆動側電力変換装置との間で、前記直流電力の電圧を平滑させるためのコンデンサとを具備する電気車の制御装置において、
前記コンデンサの温度検出器によって検出された温度信号の示す温度検出値が所定値を超えたか判断する手段と、
前記温度検出値が前記所定値を超えた場合に、前記電力変換装置の運転停止指令と前記電力変換装置の出力トルク抑制指令とのうちのいずれかを出力する手段と
を具備する電気車の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の電気車の制御装置において、
前記判断手段は、前記温度検出値が前記コンデンサの警戒温度を表す第１の所定値を超えたか判断するとともに、前記温度検出値が前記コンデンサの正常温度の上限を表す第２の所定値を超えたかを判断し、
前記出力手段は、前記温度検出値が前記第１の所定値を超えており前記第２の所定値を超えていない場合に、前記温度検出値に応じて前記電力変換装置の出力トルクを抑制するための出力トルク抑制指令を出力し、前記温度検出値が前記第２の所定値を超えた場合に、前記電力変換装置の運転停止命令を出力する
ことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電気車の制御装置において、
前記コンデンサは、乾式のフィルタコンデンサであることを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項５】
架線から供給された交流電力を直流電力に変換する架線側電力変換手段と前記直流電力を三相交流電力に変換する駆動側電力変換手段とを含む電力変換手段と、
前記三相交流電力に基づいて駆動する手段と、
前記架線側電力変換手段と前記駆動側電力変換手段との間で、前記直流電力の電圧を平滑させるためのコンデンサと、
前記コンデンサを冷却するファンと、
前記ファンの停止を検出する手段と、
前記ファンの停止が検出された場合に、前記電力変換装置の運転停止指令と前記電力変換装置の出力トルク抑制指令とのうちのいずれかを出力する手段と
を具備する電気車。
【請求項６】
架線から供給された交流電力を直流電力に変換する架線側電力変換手段と前記直流電力を三相交流電力に変換する駆動側電力変換手段とを含む電力変換手段と、
前記三相交流電力に基づいて駆動する手段と、
前記架線側電力変換手段と前記駆動側電力変換手段との間で、前記直流電力の電圧を平滑させるためのコンデンサと、
前記コンデンサの温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度信号の示す温度検出値が所定値を超えたか判断する手段と、
前記温度検出値が前記所定値を超えた場合に、前記電力変換装置の運転停止指令と前記電力変換装置の出力トルク抑制指令とのうちのいずれかを出力する手段と
を具備する電気車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電気車の電力変換装置用の制御装置及び電気車に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電気車は、交流架線から電力を受け、駆動する。
【０００３】
図６は、従来の交流電気車の構成の一例を示すブロック図である。
【０００４】
交流架線１からの単相交流電力は、交流電気車のパンタグラフ２経由で、主変圧器３の一次側に入力される。主変圧器３は、一次側に入力された単相交流電力を降圧する。主変圧器３の二次側には、架線側電力変換装置４が備えられる。
【０００５】
架線側電力変換装置４は、降圧された単相二次交流電力を直流電力に変換する。
【０００６】
駆動側電力変換装置５は、架線側電力変換装置４によって変換された直流電力を三相交流電力に変換する。
【０００７】
一台以上の誘導電動機６は、駆動側電力変換装置５によって変換された三相交流電力により駆動する。
【０００８】
架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５との間の直流回路部には、交流電力整流により発生した直流電圧のリプルを平滑させるために、フィルタコンデンサ７が具備される。電力変換装置８は、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とを含む。
【０００９】
従来では、フィルタコンデンサ７として、オイル含浸タイプのフィルムコンデンサが用いられている。
【００１０】
しかしながら、近年では、電力変換装置８の質量をより低減させる観点から、オイルを使用しない乾式のフィルタコンデンサが用いられる傾向にある。
【００１１】
オイル含浸タイプのフィルムコンデンサは、コンデンサ内部の単位コンデンサ間の絶縁油として、植物油等のオイルが使用されている。これに対し、オイルを使用しない乾式のフィルタコンデンサは、より軽量化が可能であり、対環境性にも優れている。
【特許文献１】特開平１１−１８０３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
通常、フィルタコンデンサ７は、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とを具備する電力変換装置８内の密閉室内に配置され、比較的高電力を処理する。したがって、フィルタコンデンサ７の温度上昇抑制のために、冷却が必要になる場合がある。
【００１３】
乾式のフィルタコンデンサは、コンデンサの構成上、冷却用ファンによって単位コンデンサ個々に対して直接冷却風を送ることができるため、オイル含浸タイプのフィルムコンデンサと比べて効果的にコンデンサを冷却可能である。
【００１４】
しかしながら、冷却用ファンの停止などの理由により乾式のフィルタコンデンサに冷却風が当たらなくなった場合、乾式のフィルタコンデンサの温度は上昇し、熱的なコンデンサ破壊、コンデンサの寿命の低下が生じる場合がある。
【００１５】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、コンデンサの温度上昇を抑制し、熱的なコンデンサ破壊や寿命低下を防止する電気車の制御装置及び電気車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明を実現するにあたって講じた具体的手段について以下に説明する。
【００１７】
本発明の第１実施例において、電気車は、架線から供給された交流電力を直流電力に変換する架線側電力変換装置と直流電力を三相交流電力に変換する駆動側電力変換装置とを含む電力変換装置と、三相交流電力に基づいて駆動する電動機と、架線側電力変換装置と駆動側電力変換装置との間で、直流電力の電圧を平滑させるためのコンデンサとを具備する。電気車の制御装置は、コンデンサを冷却するファンの停止を検出する手段と、ファンの停止が検出された場合に、電力変換装置の運転停止指令と電力変換装置の出力トルク抑制指令とのうちのいずれかを出力する手段とを具備する。
【００１８】
本発明の第２実施例において、電気車の制御装置は、コンデンサの温度検出器によって検出された温度信号の示す温度検出値が所定値を超えたか判断する手段と、温度検出値が所定値を超えた場合に、電力変換装置の運転停止指令と電力変換装置の出力トルク抑制指令とのうちのいずれかを出力する手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、電気車の電力変換装置に対して備えられるコンデンサの温度上昇が抑制され、熱的なコンデンサ破壊や寿命低下が防止され、電気車の電力変換装置の能力を無駄なく効率的に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、上記図６及び以下の各実施の形態において、同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本実施の形態では、コンデンサを冷却する冷却用ファンの停止を検出した場合に、電力変換装置を停止する交流電気車の制御装置について説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る交流電気車の制御装置の一例を示すブロック図である。
【００２３】
本実施の形態において、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とを具備する電力変換装置９内には、乾式のフィルタコンデンサ１０が配置されている。乾式のフィルタコンデンサ１０は、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５との間の直流回路部に、交流電力整流により発生した直流電圧のリプルを平滑させるために具備される。
【００２４】
乾式のフィルタコンデンサ１０の近傍には、一以上の冷却用ファン１１が備えられている。
【００２５】
冷却用ファン１１は、冷却風１２を発生する。電力変換装置９の動作時には、この冷却風１２により、乾式のフィルタコンデンサ１０内の単位コンデンサの温度上昇が抑制される。
【００２６】
各冷却用ファン１１は、停止検出機能を具備する。例えば、停止検出機能は、回転検出器などを用いて実現される。各冷却用ファン１１は、停止検出機能によりファンの停止を検出した場合、停止信号を制御装置１３のファン停止検出部１４に出力する。
【００２７】
制御装置１３は、ファン停止検出部１４と演算部１５とを具備する。
【００２８】
ファン停止検出部１４は、冷却用ファン１１の停止を検出する。そして、ファン停止検出部１４は、冷却用ファン１１の停止を検出した場合に、ファン停止信号を演算部１５に出力する。
【００２９】
例えば、ファン停止検出部１４は、各冷却用ファン１１から出力された停止信号を入力し、論理和演算によりいずれかの冷却用ファン１１が停止している場合に、ファン停止信号を演算部１５に出力する。
【００３０】
演算部１５は、ファン停止検出部１４からファン停止信号を入力した場合、電力変換装置９に運転停止指令（ゲート指令）を出力する。
【００３１】
本実施の形態では、演算部１５は、電力変換装置９に具備されている架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とに運転停止指令を出力するとする。
【００３２】
なお、演算部１５は、ファン停止信号を入力した場合に、運転停止指令ではなく電力変換装置９の出力トルク抑制指令を出力するとしてもよい。
【００３３】
以下に、本実施の形態に係る制御装置１３の作用について説明する。
【００３４】
冷却用ファン１１が正常に動作している場合、電力変換装置９は、最大出力での連続動作が可能である。
【００３５】
例えば回転検出器を各冷却用ファン１１内に具備するなどの手法により、各冷却用ファン１１は停止検出機能を持つ。
【００３６】
この停止検出機能により、冷却用ファン１１の停止が検出されると、停止信号が冷却用ファン１１からファン停止検出部１４に出力される。
【００３７】
ファン停止検出部１４には、各冷却用ファン１１からの停止信号が入力される。各冷却用ファン１１からの停止信号の論理和により冷却用ファン１１が一つでも停止した場合、ファン停止信号がファン停止検出部１４から演算部１５に出力される。
【００３８】
演算部１５にファン停止信号が入力されると、運転停止指令が演算部１５から電力変換装置９の架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とに出力される。これにより、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５の動作が停止される。
【００３９】
なお、運転停止指令に代えて出力トルク抑制指令が演算部１５から電力変換装置９の架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とに出力される場合には、電力変換装置９の出力トルクが抑制される。
【００４０】
図２は、制御装置１３による制御の一例を示す図である。
【００４１】
電力変換装置９への運転指令にそった指定トルク出力中に冷却用ファン１１が停止したとする。すると、運転停止指令にしたがって電力変換装置９の出力トルクが低下し、電力変換装置９の動作が停止される。これにより、乾式のフィルタコンデンサ１０の温度上昇が抑制され、電力変換装置９から誘導電動機６への出力電流も低下する。
【００４２】
以上のように、冷却用ファン１１に異常が発生し、この冷却用ファン１１が停止すると、乾式のフィルタコンデンサ１０内の単位コンデンサに対する効果的な冷却が困難となり、温度上昇異常が発生する場合がある。
【００４３】
しかしながら、本実施の形態に係る制御装置１３は、冷却用ファン１１の停止を検出した場合に、電力変換装置９の動作を停止する。
【００４４】
したがって、乾式のフィルタコンデンサ１０の温度上昇を抑制でき、温度上昇による単位コンデンサの熱的な破壊や、高温での使用によるコンデンサの寿命低下を防止することができる。また、制御装置１３を用いることで、電力変換装置９の能力を無駄なく活用できる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、乾式のフィルタコンデンサ１０の冷却のために冷却用ファン１１を用いているが、他の冷却手段を用いて乾式のフィルタコンデンサ１０の冷却を行い、制御装置１３は、この他の冷却手段の運転停止を検出するとしてもよい。
【００４６】
また、冷却用ファン１１の停止検出機能は、冷却用ファン１１内で電流が正常に流れているか否かを検出する電流検出器を用いて実現されるとしてもよい。
【００４７】
また、本実施の形態に係る制御装置１３は、冷却用ファン１１の一つでも停止すると、電力変換装置９の動作を停止するとしているが、例えば所定数の冷却用ファン１１が停止した場合に、電力変換装置９の動作を停止するとしてもよい。また、制御装置１３は、停止した冷却用ファン１１の数に応じて、電力変換装置９の出力トルクを抑制するとしてもよい。
【００４８】
（第２の実施の形態）
本実施の形態では、コンデンサの温度に基づいて電力変換装置を制御する交流電気車の制御装置について説明する。
【００４９】
図３は、本実施の形態に係る交流電気車の制御装置の一例を示すブロック図である。
【００５０】
本実施の形態において、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とを具備する電力変換装置１６内には、乾式のフィルタコンデンサ１７が配置されている。
【００５１】
乾式のフィルタコンデンサ１７は、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５との間の直流回路部に、交流電力整流により発生した直流電圧のリプルを平滑させるために具備される。
【００５２】
なお、この乾式のフィルタコンデンサ１７の近傍には、一以上の冷却用ファン１８が備えられており、冷却用ファン１８により乾式のフィルタコンデンサ１７内の単位コンデンサが冷却される。
【００５３】
温度検出器１９は、乾式のフィルタコンデンサ１７の温度を検出し、温度信号を制御装置２０の判断部２１に出力する。例えば、温度検出器１９は、乾式のフィルタコンデンサ１７内に配置される。また、例えば、温度検出器１９は、乾式のフィルタコンデンサ１７内の単位コンデンサ近傍に配置される。温度検出器１９としては、例えばサーミスタを用いることができる。
【００５４】
制御装置２０は、判断部２１と演算部２２とを具備する。
【００５５】
判断部２１は、温度検出器１９からの温度信号を入力する。判断部２１は、温度信号の示す温度検出値が所定値を超えたか否か判断する。そして、判断部２１は、温度検出値が所定値を超えた場合に、所定値超過信号を演算部２２に出力する。
【００５６】
演算部２２は、判断部２１から所定値超過信号を入力した場合、電力変換装置１６に運転停止指令（ゲート指令）を出力する。
【００５７】
本実施の形態では、演算部２２は、電力変換装置１６に具備されている架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とに運転停止指令を出力するとする。
【００５８】
なお、演算部２２は、判断部２１から所定値超過信号を入力した場合、運転停止指令に代えて電力変換装置１６の出力トルク抑制指令を電力変換装置１６に出力するとしてもよい。
【００５９】
以下に、本実施の形態に係る制御装置２０の作用について説明する。
【００６０】
乾式のフィルタコンデンサ１７内の単位コンデンサ近傍には、温度検出器１９が具備されている。
【００６１】
温度検出器１９によって検出された温度検出値を示す温度信号は、温度検出器１９から判断部２１に出力される。
【００６２】
判断部２１では、温度検出値がコンデンサの正常温度の上限を表す所定値を超えるか否か判断される。
【００６３】
温度検出値が所定値を超える場合、所定値超過信号が判断部２１から演算部２２に出力される。
【００６４】
演算部２２に所定値超過信号が入力されると、運転停止指令が演算部２２から電力変換装置１６の架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５とに出力される。これにより、架線側電力変換装置４と駆動側電力変換装置５の動作が停止される。
【００６５】
図４は、制御装置２０による制御の一例を示す図である。
【００６６】
電力変換装置１６への運転指令にそった指定トルク出力中に温度検出値が所定値を超えて上昇したとする。すると、運転停止指令が制御装置２０から電力変換装置１６に出力され、運転停止指令にしたがって電力変換装置１６の出力トルクが低下し、電力変換装置１６の動作が停止する。これにより、乾式のフィルタコンデンサ１７の温度上昇が抑制され、電力変換装置１６から誘導電動機６への出力電流も低下する。
【００６７】
以上説明した本実施の形態においては、乾式のフィルタコンデンサ１７の温度が上昇し、所定値を超えた場合に、電力変換装置１６の運転が停止される。
【００６８】
これにより、乾式のフィルタコンデンサ１７の熱的な破壊を防止できるとともに、電力変換装置１６の能力を無駄なく活用できる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、上記第２の実施の形態の変形例について説明する。
【００７０】
本実施の形態では、判断部２１は、温度検出値が第１の所定値を超過したか判断するとともに、第２の所定値の超過を超過したか判断する。
【００７１】
なお、本実施の形態において、第１の所定値は、第２の所定値よりも小さいとする。第１の所定値は、乾式のフィルタコンデンサ１７に異常が発生することを防止するために警戒が必要となる警戒温度を表す値である。第２の所定値は、乾式のフィルタコンデンサ１７の正常温度の上限又は異常温度を表す値である。
【００７２】
判断部２１は、温度検出値が上昇し、第１の所定値を超えたか否か判断する。そして、判断部２１は、温度検出値が第１の所定値を超えた場合に、第１の所定値超過信号を演算部２２に出力する。
【００７３】
また、判断部２１は、温度検出値がさらに上昇し、第２の所定値を超えたか否か判断する。そして、判断部２１は、温度検出値が第２の所定値を超えた場合に、第２の所定値超過信号を演算部２２に出力する。
【００７４】
演算部２２は、判断部２１から第１の所定値超過信号を入力した場合に、電力変換装置１６の出力トルクの抑制制御を実行し、電力変換装置１６に出力トルク抑制指令を出力する。
【００７５】
また、演算部２２は、判断部２１から第２の所定値超過信号を入力した場合に、電力変換装置１６に運転停止指令を出力する。
【００７６】
ここで、本実施の形態に係る制御装置２０による制御を具体例に説明する。
【００７７】
図５は、本実施の形態に係る制御装置２０による制御の一例を示す図である。
【００７８】
本実施の形態に係る制御装置２０は、乾式のフィルタコンデンサ１７の温度が第１の所定値まで上昇すると、電力変換装置１６の出力トルクの抑制制御を開始する。
【００７９】
制御装置２０は、乾式のフィルタコンデンサ１７の温度が第１の所定値より上昇すると、この出力トルクの抑制制御により、温度検出値に比例した出力トルクの抑制量を演算し、制御を行う。
【００８０】
これにより、乾式のフィルタコンデンサ１７の温度検出値に比例して電力変換装置１６の出力トルクが抑制され、電力変換装置１６から誘導電動機６に出力される電流も抑制される。
【００８１】
制御装置２０は、乾式のフィルタコンデンサ１７の温度が第２の所定値まで上昇すると、電力変換装置１６の全出力トルクを絞るための制御を行う。
【００８２】
以上説明した本実施の形態においては、乾式のフィルタコンデンサ１７の温度が上昇し、第１の所定値を超えた場合に、電力変換装置１６の出力トルクが抑制され、第２の所定値を超えた場合に、電力変換装置１６の運転が停止される。
【００８３】
これにより、乾式のフィルタコンデンサ１７の熱的な破壊を防止できるとともに、電力変換装置１６の能力を無駄なく活用できる。
【００８４】
なお、上記各実施の形態において、所定値、第１の所定値、第２の所定値は、電力変換装置の使用状況に応じて自由に設定可能とする。
【００８５】
上記各実施の形態において、各構成要素は、同様の動作を実現可能であれば自由に変形可能であり、配置を変更させてもよく、自由に組み合わせることが可能であり、分割することも可能である。
【００８６】
上記各実施の形態におけるファン停止検出部１４、判断部２１、演算部１５，２２としての機能は、プログラムを読み込んだコンピュータにより実現されるとしてもよい。
【００８７】
この場合、プログラムは、それぞれ例えば磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリなどの記録媒体に書き込んで、コンピュータに適用可能である。
【００８８】
また、このプログラムを通信媒体により伝送し、コンピュータに適用することも可能である。コンピュータは、プログラムを読み込み、プログラムによって動作が制御されることにより、ファン停止検出部１４、判断部２１、演算部１５，２２としての機能を実現する。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、交流電気車に備えられる電力変換装置を制御に関する分野に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る交流電気車の制御装置の一例を示すブロック図。
【図２】同実施の形態に係る制御装置による制御の一例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る交流電気車の制御装置の一例を示すブロック図。
【図４】同実施の形態に係る制御装置による制御の一例を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る制御装置による制御の一例を示す図。
【図６】従来の交流電気車の構成の一例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００９１】
１…交流架線、２…パンタグラフ、３…主変圧器、４…架線側電力変換装置、５…駆動側電力変換装置、６…誘導電動機、７…フィルタコンデンサ、８，９，１６…電力変換装置、１０，１７…乾式のフィルタコンデンサ、１１，１８…冷却用ファン、１２…冷却風、１３，２０…制御装置、１４…ファン停止検出部、１５，２２…演算部、１９…温度検出器、２１…判断部
【図１】
2005287197.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005287197.tif 000005
【図４】
2005287197.tif 000006
【図５】
2005287197.tif 000007
【図６】
2005287197.tif 000008