(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線に対して断流器を介して接続された、半導体スイッチング素子で構成されるインバータをゲート制御することによって当該インバータの出力を制御し、電動機を駆動する電気車制御装置において、
前記インバータの保護動作及び故障を検出する故障検出手段と、
前記インバータのゲート制御を実行し、かつ前記故障検出手段が前記インバータの保護動作又は故障を検出した時に、前記断流器をオフさせず、前記インバータのゲート制御のみを停止させることによって、前記保護動作又は故障が検出されたインバータの再起動時間を短縮するインバータ制御手段とを備えて成る電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ制御によって電動機を駆動する電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気車の車輪駆動用電動機は可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータによって駆動制御されるようになっているが、このインバータをゲート制御する電気車制御装置では、例えば、特公平６−２８４８１号公報に記載されているように、インバータの保護動作や故障が発生した時にインバータのゲート制御信号を停止すると共に架線とインバータとの間に接続されている断流器、さらには高速度遮断器を遮断動作させて主回路を保護するようにしている。
【０００３】
この従来の電気車制御装置の構成について説明すると、図６に示す従来例、つまり１台のＶＶＶＦインバータによって１つの車両のすべての駆動電動機を制御する電気車制御装置の場合、架線１から集電器２によって取り込んだ電力を高速度遮断器３及び断流器４を介してＶＶＶＦインバータ５に取り込み、このインバータ５の出力によって複数台の駆動電動機Ｍ１，Ｍ２，…を同時に駆動する構成であり、インバータ５はインバータ制御部６によってゲート制御して電動機Ｍ１，Ｍ２，…への出力を制御するようにしている。
【０００４】
そしてインバータ制御部６には故障検知機能が備えられていて、インバータ５の保護動作又は故障のような異常を検出した時にはオフ信号７によって断流器４をオフさせ（なお、リレー回路で結果的には高速度遮断器３もオフする）、同時にゲートオフ信号８によってインバータ５をゲートオフするという２つの保護動作シーケンスによって停止動作させる。その後、インバータ５を再起動させるためには、主回路の充電動作のために高速度遮断器３をオンし、充電接触器９をオンして突入電流を充電抵抗器１０で抑制しながらフィルタリアクトル１１を充電し、続いて断流器４をオンし充電接触器９をオフし、この後にＶＶＶＦインバータ５のゲート制御を再開して再起動する手順をとっている。
【０００５】
また図７に示す従来例、つまり１つの断流器４に複数台のＶＶＶＦインバータ５−１，５−２，…が接続され、これらのインバータ各々によって駆動電動機Ｍ１，Ｍ２，…を個別に駆動制御する電気車制御装置では、ＶＶＶＦインバータ５−１，５−２，…のいずれかの異常をインバータ制御部６−１，６−２，…のいずれかが検出した時、断流器４をオフさせ（高速度遮断器３もリレーシーケンスによってオフする）、同時に異常検知したインバータをゲートオフする保護動作を行うようにしている。このために、１つのインバータの異常検知によって断流器４がオフし、結果的にすべてのインバータが停止することになる。そこで再起動する際には、高速度遮断器３をオンし、充電接触器９をオンし、続いて断流器４をオンすると共に充電接触器９をオフし、この後にすべてのＶＶＶＦインバータ５−１，５−２，…のゲート制御を再開する手順をとっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の電気車制御装置では、ＶＶＶＦインバータ１台に対して複数台の駆動電動機を駆動する構成の場合、インバータ保護動作及び故障検出時に、インバータのゲート制御を停止するだけで十分対応できる保護動作時でもインバータのゲート制御を停止すると共に断流器をオフさせているので、再起動時には所定のシーケンスにしたがって立ち上げる手順が必要であり、再起動に時間がかかり、また断流器のオン／オフ動作回数が多くなるために接点磨耗を早める問題点があった。
【０００７】
このようにインバータの異常検知時にインバータのゲート制御を停止するだけでなく、断流器もオフさせる保護動作は、パワー半導体素子が実用化され、ＶＶＶＦインバータが広く用いられるようになる以前、抵抗を可変にして直流機に流れる電流量を制御する電気車制御方式の名残であり、当時は直流機に過電流や過電圧がかかった時の保護動作として断流器をオフさせていたが、この保護動作手順をインバータを採用するようになった現代においても踏襲したためである。
【０００８】
しかしながら現実には、インバータの保護動作や故障時には該当するインバータのゲート制御だけを停止させれば電動機などの負荷への出力電流を遮断することができ、断流器をオフさせる必要性はない。
【０００９】
本発明はこのような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、インバータの保護動作及び故障発生時に、断流器をオフさせずに該当するインバータのゲート制御だけを停止させることにより、インバータ再起動時間を短縮し、また断流器の接点磨耗を減らすことができる電気車制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の発明は、架線に対して断流器を介して接続された、半導体スイッチング素子で構成されるインバータをゲート制御することによって当該インバータの出力を制御し、電動機を駆動する電気車制御装置において、前記インバータの保護動作及び故障を検出する故障検出手段と、前記インバータのゲート制御を実行し、かつ前記故障検出手段が前記インバータの保護動作又は故障を検出した時に、前記断流器をオフさせず、前記インバータのゲート制御のみを停止させることによって、前記保護動作又は故障が検出されたインバータの再起動時間を短縮するインバータ制御手段とを備えたものである。
【００１１】
この請求項１の発明の電気車制御装置では、インバータの保護動作又は故障時にインバータのゲート信号のみをオフしてインバータを停止させるだけで、架線とインバータの接続、遮断を行う断流器は接続状態に維持する。これによって、再起動時に断流器関連の回路素子のオン／オフシーケンス動作を行わず、単にインバータのゲート信号を再開するだけで済むようにして、再起動時間を早くし、また断流器のオン／オフ動作回数を減らしてその接点磨耗を低減する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、第１の実施の形態の電気車制御装置を示しており、１つの断流器４に１台のＶＶＶＦインバータ５が接続され、このインバータ５に負荷として複数台の交流電動機Ｍ１，Ｍ２，…が接続されている。そして図１（ｂ）に示すように、これらの交流電動機Ｍ１，Ｍ２，…それぞれは車両２０の前後それぞれに左右２個ずつ、計８個の車輪２１−１Ｒ，２１−１Ｌ，２１−２Ｒ，２１−２Ｌ，…を左右１対ずつ同時に回転駆動し、ＶＶＶＦインバータ５がこれらの交流電動機Ｍ１〜Ｍ４すべてを同時に駆動する構成である。
【００１６】
そしてこの第１の実施の形態の電気車制御装置の特徴は、ＶＶＶＦインバータ５のゲート制御を行うゲート制御部６０が故障検知機能を有し、故障検知時に断流器４をオフせず、インバータ５のゲートオフ信号８によってインバータ５のみを停止させる点にある。なお、その他の構成要素については従来例と共通するので、同一の部分には同一の符号を付して示し、その詳しい説明は省略する。
【００１７】
この第１の実施の形態では、ＶＶＶＦインバータ５の故障を検知して保護動作する時に、ゲート制御部６０が断流器４にはオフ指令を出力しないで、インバータ５に対してのみゲートオフ信号８を出力してインバータ５を停止させる。そして再起動時には、充電接触器９、断流器４を再投入することなく、インバータ５に対してゲート制御信号の出力を再開することによってインバータ５を再起動する。
【００１８】
このようにして第１の実施の形態によれば、ＶＶＶＦインバータ５の保護動作時に、インバータ５をゲートオフするだけで、断流器４はオフさせないために、再起動時に断流器４や充電接触器９を再投入する必要がなく、再投入動作を早め、また断流器４の接点磨耗を減らすことができる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施の形態を図２及び図３に基づいて説明する。この第２の実施の形態の電気車制御装置は、１つの断流器４に複数台のＶＶＶＦインバータ５−１，５−２，…が接続され、これらのインバータ各々によって駆動電動機Ｍ１，Ｍ２，…を個別に駆動し、またインバータ５−１，５−２，…各々をゲート制御部６０−１，６０−２，…各々によって制御するようにしている。そして図３に示すように、これらの交流電動機Ｍ１，Ｍ２，…それぞれは車両２０の前後それぞれに左右２個ずつ、計８個の車輪２１−１Ｒ，２１−１Ｌ，２１−２Ｒ，２１−２Ｌ，…を左右１対ずつ同時に回転駆動し、ＶＶＶＦインバータ５−１，５−２，…はこれらの交流電動機Ｍ１，Ｍ２，…を個別に駆動する構成である。
【００２０】
この第２実施の形態の電気車制御装置では、ゲート制御部６０−１，６０−２，…各々は、受持のインバータの故障を検知して保護動作する時に受持のインバータに対するゲートオフ信号８を出力するだけで、断流器４にオフ指令信号を出力せず、また健全な他のインバータのゲート制御を続行するようにしている。したがって、いずれかのＶＶＶＦインバータの故障検知により保護動作を行う時に、該当するインバータのみをゲートオフし、断流器４をオフさせず、また他のインバータを停止させることもないので、停止したインバータによって駆動される電動機のみが停止し、他の電動機は駆動を続けることになってトルク低下を最低限に抑制することができ、乗り心地の悪化、また加速性能の低下による運転上の影響も小さく抑えることができる。
【００２１】
さらに第１の実施の形態と同様に、停止したＶＶＶＦインバータの再起動時に断流器４や充電接触器９を再投入する必要がなく、再投入動作を早め、また断流器４の接点磨耗を減らすことができる。
【００２２】
次に、本発明の第３の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。この第３の実施の形態は１つの断流器４に複数台のＶＶＶＦインバータ５−１，５−２，…が接続され、これらのインバータ各々によって駆動電動機Ｍ１，Ｍ２，…を個別に駆動し、またインバータ５−１，５−２，…各々をゲート制御部６１−１，６１−２，…各々によって制御するようにしている。そして図５に示すように、これらの交流電動機Ｍ１，Ｍ２，…それぞれは車両２０の前後それぞれに左右２個ずつ、計８個の車輪２１−１Ｒ，２１−１Ｌ，２１−２Ｒ，２１−２Ｌ，…すべてを個別に回転駆動し、ＶＶＶＦインバータ５−１，５−２，…はこれらの交流電動機Ｍ１，Ｍ２，…すべてを個別に駆動する構成である。
【００２３】
そしてゲート制御部６１−１，６１−２，…各々は自分の受持のインバータの故障を検知した時にインバータ５−１，５−２，…それぞれに個別にゲートオフ信号８を出力してインバータを停止させるが、断流器４にはオフ指令を出力しない構成である。
【００２４】
さらにゲート制御部６１−１，６１−２，…は左右１対となる車輪の組、例えば、車輪２１−１Ｌと車輪２１−１Ｒそれぞれを駆動する電動機Ｍ１，Ｍ２それぞれを制御するインバータ５−１，５−２に対するゲート制御部６１−１，６１−２については、それらの一方のゲート停止動作時に他方も停止動作することによって左右１対となる車輪２１−１Ｌ，２１−１Ｒ間にトルク不平衡が発生しないようにするために、ＯＲゲート６３とＡＮＤゲート６４とを備えていて、相手方のインバータの故障検知によりその相手方のゲート制御部のＯＲゲート６３からゲートオフ信号８が出力された時に、車両の力行指令と相手方のゲート制御部からのゲートオフ信号８とのＡＮＤ論理によって自分側のインバータに対してゲートオフ信号８を同時に出力するようにしている。
【００２５】
また力行中以外の時には個々のインバータ制御部６１−１，６１−２，…によってインバータ５−１，５−２，…それぞれのゲートオフ制御を行うが、この場合には必要ブレーキ力指令３１とインバータ制御部６１−１，６１−２，…それぞれからの回生ブレーキフィードバック３２−１，３２−２，…との差をブレーキ制御装置３３−１，３３−２，…それぞれにおいて求め、補足ブレーキ３４−１，３４−２，…をゲートオフしたインバータで駆動されるべき電動機に入れる構成として、左右車輪のトルクを均一に保つようにしている。
【００２６】
この第３の実施の形態の場合にも、各ゲート制御部６１−１，６１−２，…は受持のインバータ５−１，５−２，…の故障を検知して保護動作する時に受持のインバータに対するゲートオフ信号８を出力するだけで、断流器４にオフ指令信号を出力しない。しかもこの第３の実施の形態では、左右１対となる組、例えば、インバータ５−１，５−２に対するゲート制御部６１−１，６１−２については、相手方のインバータの故障検知によりその相手方のゲート制御部のＯＲゲート６３からゲートオフ信号８が出力された時に、車両の力行指令と相手方のゲート制御部からのゲートオフ信号８とのＡＮＤ論理によって自分側のインバータに対してゲートオフ信号８を同時に出力することにより、左右１対となる車輪２１−１Ｌ，２１−１Ｒ間にトルク不平衡が発生しないようにする。
【００２７】
これによって、第３の実施の形態によればいずれかのＶＶＶＦインバータの故障検知により保護動作を行う時に、該当するインバータとこれと左右一対をなすもう１台のインバータ、例えば、インバータ５−１，５−２のゲート信号のみをオフし、断流器４をオフさせず、またその他のインバータを停止させることもないので、停止した左右２台のインバータ５−１，５−２によって駆動される左右の２台の電動機Ｍ１，Ｍ２のみが停止し、他の電動機Ｍ３，Ｍ４，…は駆動を続けることになり、左右の車輪間でトルク不平衡が発生することがなくて直進安定性を維持しつつ、トルク低下を最低限に抑制することができ、乗り心地の悪化、また加速性能の低下による運転上の影響も小さく抑えることができる。
【００２８】
さらに第１及び第２の実施の形態と同様に、停止したＶＶＶＦインバータの再起動時に断流器４や充電接触器９を再投入する必要がなく、再投入動作を早め、また断流器４の接点磨耗を減らすことができる。
【００２９】
なお、断流器をオフさせなくても済むインバータの保護動作及び故障を、断流器をオフさせなければならない故障から区別し、断流器をオフさせなくても済むインバータの保護動作又は故障検出時にゲート信号のみをオフしてインバータを停止させるだけで、断流器は接続状態に維持するようにすることができ、これによって、再起動時に断流器関連の回路素子のオン／オフシーケンス動作を行わず、単にインバータのゲート信号を再開するだけで済むようにして、再起動時間を早くし、また断流器のオン／オフ動作回数を減らしてその接点磨耗を低減することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、インバータの保護動作又は故障時にインバータのゲート信号のみをオフしてインバータを停止させるだけで、架線とインバータの接続、遮断を行う断流器は接続状態に維持する。これによって、再起動時に断流器関連の回路素子のオン／オフシーケンス動作を行わず、単にインバータのゲート信号を再開するだけで済むようにして、再起動時間を早くし、また断流器のオン／オフ動作回数を減らしてその接点磨耗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の回路ブロック図。
【図３】上記の実施の形態における車輪の駆動系統をブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の回路ブロック図。
【図５】上記の実施の形態における車輪の駆動系統のブロック図。
【図６】従来例の回路ブロック図。
【図７】他の従来例のブロック図。
【符号の説明】
１ 架線、
２ 集電器、
３ 高速度遮断器、
４ 断流器、
５，５−１，５−２，… インバータ、
８ ゲートオフ信号、
２０ 車両、
２１−１Ｌ，２１−１Ｒ，２１−２Ｌ，２１−２Ｒ，… 車輪、
３１ 必要ブレーキ指令、
３２−１，３２−２，… 回生ブレーキフィードバック、
３３−１，３３−２，… ブレーキ制御装置、
３４−１，３４−２，… 補足ブレーキ、
６０ インバータ制御部、
６０−１，６０−２，… インバータ制御部、
６１−１，６１−２，… インバータ制御部、
６３ ＯＲゲート、
６４ ＡＮＤゲート、
Ｍ１，Ｍ２，… 電動機
【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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