(57)【要約】【課題】接触器起因のノイズ外乱による誤動作を低減することのできる電気車制御技術を提供する。【解決手段】架線から交流電圧を供給されて、車両駆動用の主電動機２５を駆動するための交流電圧を生成する電気車制御装置において、供給される交流電圧を降圧するトランス３と、降圧された交流電圧の供給を断続する遮断器４と、降圧された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２０と、コンバータから出力された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換するＶＶＶＦインバータ２１と、コンバータとＶＶＶＦインバータとの間の回路である直流リンク回路に設けられる中性点接地回路（１１、１７、１８）と、コンバータに設けられて光信号によりコンバータの動作を制御するコンバータゲート制御手段８と、ＶＶＶＦインバータに設けられて電気信号によりＶＶＶＦインバータの動作を制御するインバータゲート制御手段１６とを備えた電気車制御装置である。【選択図】図１
2013201875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線から交流電圧を供給されて、車両駆動用の主電動機を駆動するための交流電圧を生成する電気車制御装置において、
供給される交流電圧を降圧するトランスと、
降圧された交流電圧の供給を断続する遮断器と、
降圧された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換するＶＶＶＦインバータと、
前記コンバータと前記ＶＶＶＦインバータとの間の回路である直流リンク回路に設けられる中性点接地回路と、
前記コンバータに設けられて光信号により前記コンバータの動作を制御するコンバータゲート制御手段と、
前記ＶＶＶＦインバータに設けられて電気信号により前記ＶＶＶＦインバータの動作を制御するインバータゲート制御手段と
を備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記直流リンク回路は、
前記コンバータから出力された直流電力の脈動を平滑化するフィルタコンデンサと、
前記中性点接地回路と、
前記直流リンク回路の電圧を所定値以下に抑制する過電圧抑制回路とを有し、
前記中性点接地回路は、前記過電圧抑制回路の前記コンバータ側に設けられ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】
前記過電圧抑制回路に設けられて電気信号により前記過電圧抑制回路の動作を制御する抑制回路ゲート制御手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気車制御装置に備えられる前記ＶＶＶＦインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の駆動装置にＶＶＶＦインバータが使われるようになって久しい。近年では、使用される半導体素子の電圧定格、電流定格がアップしたことなどによって、大容量出力のＶＶＶＦインバータが製造できるようになった。この結果、大容量のＶＶＶＦインバータを搭載した電気車が数多く生産されるようになってきた。
【０００３】
車両を起動するときのき電システムには、交流架線のき電システムと直流架線のき電システムがある。特に交流架線からき電システムにおいては半導体素子の定格電圧が上がったことから、車両駆動装置の架線側に設けられたトランスの二次電圧を高く取り、通電電流を下げることでトランスを小型化することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８６９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、交流架線システムでは、大容量化に伴ってトランスの二次側に設けられた接触器において極間電圧が高くなる。そのため、接触器の開閉時、特に開路時には、電圧が遮断する際に生じる遮断サージが大きくなる傾向にある。その接触器の遮断サージが、低圧の制御回路へ印加され、ノイズ外乱が生じ、制御回路が誤動作する恐れがあった。
【０００６】
一方、直流架線システムにおいては、架線電圧が１５００Ｖまたは７５０Ｖと低いこと等から、接触器遮断時のサージ電流による制御回路の誤動作対策は必要とされていない。
【０００７】
交流架線システムでは、接触器起因のノイズ外乱による誤動作を低減することのできる電気車制御技術に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の実施の形態によれば、架線から交流電圧を供給されて、車両駆動用の主電動機を駆動するための交流電圧を生成する電気車制御装置において、供給される交流電圧を降圧するトランスと、降圧された交流電圧の供給を断続する遮断器と、降圧された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換するＶＶＶＦインバータと、前記コンバータと前記ＶＶＶＦインバータとの間の回路である直流リンク回路に設けられる中性点接地回路と、前記コンバータに設けられて光信号により前記コンバータの動作を制御するコンバータゲート制御手段と、前記ＶＶＶＦインバータに設けられて電気信号により前記ＶＶＶＦインバータの動作を制御するインバータゲート制御手段とを備えた電気車制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の電気車制御装置の主回路構成と半導体素子とゲート制御装置との接続を示す図。
【図２】第１の実施の形態の車制御装置の主回路を流れるサージ電流の経路を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[第１の実施の形態]  
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。  
図１は、第１の実施形態の電気車制御装置の主回路構成と半導体素子とゲート制御装置との接続を示す図である。
【００１１】
交流電力が架線（不図示）からパンタグラフ１を介して取り出され、交流高速度遮断器２を経由してトランス３の一次側に供給される。トランス３によって降圧された交流電力は、二次側に設けられた接触器４、充電抵抗接続用接触器５、充電抵抗６を介してコンバータ２０へ接続される。
【００１２】
運転手が運転台から走行開始の操作を行なうと、接触器５が動作し充電抵抗６を介して充電電流が主回路を流れ、回路のコンデンサを充電する。そしてそれに続くタイミングで接触器４が動作する。
【００１３】
コンバータ２０は、入力される単相交流電圧を直流電圧に変換する整流器であり、コンバータ用の半導体素子７を組み合わせた全波整流器として構成されている。ゲート制御装置１９が、ゲートアンプ８を介してコンバータ用の半導体素子７を直接駆動することで、整流動作が実行される。
【００１４】
コンバータ２０の後段（トランス３と反対側）にはフィルタコンデンサ９、接地フィルタコンデンサ１１、フィルタコンデンサ１０、過電圧抑制回路２２がこの順序で接続されている。
【００１５】
フィルタコンデンサ９は、コンバータ２０から出力される直流電圧の脈動成分を平滑化する。接地フィルタコンデンサ１１は２個のコンデンサが内蔵されたものを使用しており、その中間電位が接地抵抗１７と接地コンデンサ１８を介して筐体へ接地される。即ち、接地フィルタコンデンサ１１、接地抵抗１７、接地コンデンサ１８は、中性点接地回路を
構成している。中性点接地回路によって、主回路の耐圧を確保している。
【００１６】
フィルタコンデンサ１０は、フィルタコンデンサ９と同様に直流電圧の脈動成分を平滑化する。フィルタコンデンサ１０は、フィルタコンデンサ９からフィルタコンデンサ１０までの間の配線、回路の影響による脈動をさらに低減する。
【００１７】
ＶＶＶＦインバータ２１は、供給される直流電圧を元に三相の交流電圧を生成する。ＶＶＶＦインバータ２１は、直流の電圧を正弦波の高さに応じた幅のパルスで刻み、主電動機２５へ適切な電圧を印加する。ゲート制御装置１９が、ゲートアンプ１６を介してＶＶＶＦインバータ用の半導体素子１５を直接駆動することで、交流生成動作が実行される。そして、このようにして生成した三相交流の電力を主電動機２５に供給する。
【００１８】
また、ＶＶＶＦインバータ２１の前段には、過電圧抑制回路２２が設けられている。電気車の制動時においては、主電動機２５によって発電される電力が、上述の動きとは逆方向に作用する。過電圧抑制回路２２は、このような場合において、主回路の電圧が所定値以上に上昇することを防止するための回路である。
【００１９】
具体的には、ゲート制御装置１９が主回路の電圧を監視し、電圧値が所定の値以上となったときにゲートアンプ１４を介して過電圧抑制回路用半導体素子１３を直接駆動することで、過電圧を放電抵抗１２を介して放電させる。
【００２０】
ここで、ゲート制御装置１９とコンバータ２０とを接続するゲート信号線２３は光ファイバである。ゲート制御装置１９とＶＶＶＦインバータ２１とを接続するゲート信号線２４は電気式として電線で構成される。ゲート制御装置１９と過電圧抑制回路２２とを接続するゲート信号線３０は、電気式として電線で構成される。
【００２１】
図１に示す第１の実施の形態の電気車制御装置では、接地フィルタコンデンサ１１を介した中性点接地回路を、過電圧抑制回路２２のコンバータ２０側に配置したことで以下に説明する利点を備えている。
【００２２】
図２は、第１の実施の形態の車両制御装置の主回路を流れるサージ電流の経路を説明する図である。
【００２３】
接触器４の断続動作により発生するＭＨｚオーダの交流成分を持つサージ電流は、接触器４からコンバータ２０、接地フィルタコンデンサ１１、接地回路内の接地コンデンサ１８または接地抵抗１７、筐体、大地、トランス３、トランス３内の浮遊キャパシタ、接触器４の順に流れる。この結果、このサージ電流が低圧のゲート制御信号にノイズ外乱となって印加され、ゲート制御に誤動作を生じさせやすい状況となる。
【００２４】
このように、第１の実施の形態の車両制御装置では、中性点接地回路のトランス側は、サージ電流の流れる経路内にあるためノイズ外乱を受け易く、中性点接地回路のトランスと反対側は、サージ電流の流れる経路外にあるためノイズ外乱を受けにくい。
【００２５】
従って、コンバータ２０の半導体素子へのゲート信号はノイズ外乱を受けやすい状況となるため、ゲート信号線は、電気的なノイズ外乱の影響を受けない光ファイバを用いる必要がある。一方、サージ電流が流れる経路の外にある機器はノイズ外乱の影響を受けにくいため、安価な電気式のゲート信号として電線により接続することができる。
【００２６】
即ち、ＶＶＶＦインバータ２１へのゲート信号線は電線を用いることができる。また、過電圧抑制回路２２はコンバータ２０とＶＶＶＦインバータ２１の間の直流リンク回路内のどこに設けられても機能的には同じである。そのため過電圧抑制回路２２を接地フィルタコンデンサ１１のＶＶＶＦインバータ２１側とすることにより、サージ電流が流れる経路外とすることが可能となる。その結果、過電圧抑制回路用の半導体素子のゲート信号線も安価な電気式のゲート信号とすることが可能となる。
【００２７】
以上述べた第１の実施の形態の電気車制御装置で構成することにより、コンバータ２０のゲート信号のみを光式のゲート信号とすることで、接触器起因のノイズ外乱による誤動作を低減することができる。
【００２８】
ところで、直流架線システムにおいては、架線電圧が低いこと等から、接触器のサージ電流による制御回路の誤動作対策は必要とされていない。即ち、直流架線システムのＶＶＶＦインバータでは安価な電気式のゲート信号線が使用されている。第１の実施形態の電気車制御装置の構成によれば、交流架線システムにおいても、ＶＶＶＦインバータは電気式のゲート信号方式とすることができる。従って、ＶＶＶＦインバータ装置を、直流架線システムと交流架線システムとに共通に使用することが可能となる。
【００２９】
尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。  
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１…パンタグラフ、２…交流高速度遮断器、３…トランス、４…接触器７…半導体素子、８…ゲートアンプ、９…フィルタコンデンサ、１０…フィルタコンデンサ、１１…接地フィルタコンデンサ、１３…過電圧抑制回路用半導体素子、１４…ゲートアンプ、１５…半導体素子、１６…ゲートアンプ、１７…接地抵抗、１８…接地コンデンサ、１９…ゲート制御装置、２０…コンバータ、２１…ＶＶＶＦインバータ、２２…過電圧抑制回路、２３…ゲート信号線、２４…ゲート信号線、２５…主電動機、２６…ゲート信号線、２９…ゲート信号線、３０…ゲート信号線。
【図１】
2013201875.tif 000003
【図２】
2013201875.tif 000004