電気車制御装置
【課題】直流過電圧時の放電回路用スイッチをオンオフ制御し、放電抵抗器の容量の低減と発熱による設置スペースの制約を低減する。
【解決手段】電気車制御装置の過電圧放電回路の用いる過電圧として、自己消弧形半導体スイッチを用い、トロリ線１側より電流が流入する回路が構成されている期間はオンオフ制御を行い流入電流を制限し、放電用抵抗器７の損失を低減する。ジュール熱の発生も抑え機器取付スペースの制限を緩和させることができる。
【解決手段】電気車制御装置の過電圧放電回路の用いる過電圧として、自己消弧形半導体スイッチを用い、トロリ線１側より電流が流入する回路が構成されている期間はオンオフ制御を行い流入電流を制限し、放電用抵抗器７の損失を低減する。ジュール熱の発生も抑え機器取付スペースの制限を緩和させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力回生機能を有した電気車制御装置で、特に直流過電圧発生時の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は従来用いられている電気車制御装置の主回路部を示したものである。トロリ線１より集電装置２を介して受電し、遮断機３、単位スイッチ４、直流フィルタリアクトル５、直流フィルタコンデンサ８、インバータ回路９からなる電気車制御装置にて三相交流電力に変換しモータ１０を駆動し電気車を走行させるものである。該電気車制御装置がブレーキを掛ける際、電気車が走行していたエネルギーを回生しブレーキを掛ける制御を行うことは、周知の技術である。
【０００３】
しかし、電気車制御装置がトロリ線１側に電力を回生しようとした際、トロリ線１の同一給電区間内にその電力を消費してくれる負荷が無いと、インバータ回路９より回生される電力は直流フィルタコンデンサ８の電圧を上げる方向に作用し、電気車制御装置内の直流電圧を過電圧にし、装置を破損に至らしめる原因となる。
【０００４】
直流過電圧が発生した場合の保護動作の例として、インバータ回路９による回生動作を停止すると共に、過電圧スイッチ６、放電用抵抗器７によって構成される放電回路を導通させ、直流フィルタコンデンサ８に充電された電荷を放電させ電圧を抑制させる制御が知られている。
【０００５】
図２において、過電圧スイッチ６はサイリスタを用いた構成例となっている。過電圧スイッチ６を点弧させると、直流フィルタコンデンサ８側からの電力だけでなく、トロリ線１側からも電力の流入が発生するので、通常は過電圧スイッチ６の点弧と同時に、単位スイッチ４を開放しトロリ線１側からの電力流入を抑制する。
【０００６】
通常、保護動作を速やかに行うため過電圧スイッチ６は半導体を用い、単位スイッチ４は機械式の接点による構成となる。そのため過電圧スイッチ６の点弧信号と単位スイッチ４の開放信号が同時に出ても、各々の動作速度の違いにより過電圧スイッチ６の点弧が早いため放電用抵抗器７にはトロリ線１側からの電力流入期間が発生する。
【特許文献１】特開平１１−１７８２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
放電用抵抗器７で消費する電力が直流フィルタコンデンサ８の電荷のみでなく短期間ではあるがトロリ線１側からの電力流入が発生するため、放電用抵抗器７の容量を大きくする必要があり、かつ放電用抵抗器７から発生するジュール熱により周辺部が熱に曝されることになる。
【０００８】
放電用抵抗器７の容量を大きくすると当然容積も大きくなる。また放電用抵抗器７の周囲は熱による影響を避けるための空間を設ける必要があり、限られた電気車の機器取付スペースに制限を与えることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明によれば、トロリ線より集電装置を介し、遮断機、単位スイッチ、直流フィルタリアクトル、直流フィルタコンデンサ、インバータ回路並びに自己消弧形半導体による放電用スイッチ、放電用抵抗器からなる放電回路にて該直流フィルタコンデンサの放電が可能な構成の電気車制御装置において、直流過電圧発生時に該トロリ線側からの電力流入を無くするために該単位スイッチを開放できるまでの間、該自己消弧形半導体による放電用スイッチをオンオフ制御し、前記トロリ線側からの電力流入を抑制することにより該放電用抵抗器の損失発生を低減させることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、図２における過電圧スイッチ６に対して自己消弧能力を有する自己消弧形半導体スイッチ１１を用い、過電圧保護動作発生時に単位スイッチ４が開放されるまでの間、自己消弧形半導体スイッチ１１のオンオフ制御を行う。
【発明の効果】
【００１１】
オンオフ制御を行うことにより、過電圧保護動作期間にトロリ線１から放電用抵抗器７へ流入する電流を抑制し、放電用抵抗器７の損失を低減させることで、放電用抵抗器７自体の容量を抑えると共に、ジュール熱の発生も抑え機器取付スペースの制限を緩和させることができる。当然直流フィルタコンデンサ８の電荷も放電するので、電気車制御装置は直流過電圧状態から開放される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
放電用抵抗器７の容積や発熱を抑制する構成の電気車制御装置を、従来と同じ部品点数にて構成することができる。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明装置の１実施例である。自己消弧形半導体スイッチ１１以外は図２と同様の構成である。図１の例では自己消弧形半導体スイッチ１１についてＩＧＢＴのシンボルで記載しているが、その他の自己消弧形半導体でも構成可能である。
【００１４】
図１で構成された電気車制御装置の動作について説明する。インバータ回路９が回生動作を開始した際、電気車制御装置が接続しているトロリ線１の同一給電区間内に該回生電力を消費する負荷が無い場合は直流フィルタコンデンサ８を充電し直流過電圧状態となる。直流過電圧状態になると電気車制御装置の保護が作動し、インバータ回路９の回生動作を停止し、自己消弧形半導体スイッチ１１を点弧しかつ単位スイッチ４を開放する信号を発信する。
【００１５】
自己消弧形半導体スイッチ１１が点弧することで、直流フィルタコンデンサ８の電荷の一部は放電用抵抗器７を解して放電されるため、直流過電圧状態から開放される。自己消弧形半導体スイッチ１１は単位スイッチ４が開放状態になるまでの間オンオフ制御を行い、自己消弧形半導体スイッチ１１を通流する電流は断続状態となり、トロリ線１からの流入電流、直流フィルタコンデンサ８からの放電電流は急激な増加とはならない。
【００１６】
単位スイッチ４が開放状態になったとことで、自己消弧形半導体スイッチ１１を連続導通状態に移行させ、直流フィルタコンデンサ８からの放電を速やかに行い、電気車制御装置を安全に動作させることのできる電圧にする。
単位スイッチ４が開放状態なったことは、補助接点により容易に検出することが可能である。
【００１７】
自己消弧形半導体スイッチ１１をオンオフ制御すると、自己消弧形半導体スイッチ１１自体の損失の増加が伴うが、オンオフ制御を行う期間は単位スイッチ４が開放状態となるまでであるため、自己消弧形半導体スイッチ１１にて使用する冷却器は取付用の構造物程度の小型のもので構成可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
直流過電圧時の放電回路に用いる半導体スイッチとして自己消弧形半導体スイッチを用い、所定の期間オンオフ制御を行うことで、放電用抵抗器にトロリ線から流入する電流を抑制し、放電用抵抗器の容積を小さくかつ発熱を抑制させた電気車制御装置が構成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による電気車制御装置例。
【図２】従来の電気車制御装置例。
【符号の説明】
【００２０】
１ トロリ線
２ 集電装置
３ 遮断機
４ 単位スイッチ
５ 直流フィルタリアクトル
６ 過電圧スイッチ
７ 放電用抵抗器
８ 直流フィルタコンデンサ
９ インバータ回路
１０ モータ
１１ 自己消弧形半導体スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力回生機能を有した電気車制御装置で、特に直流過電圧発生時の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は従来用いられている電気車制御装置の主回路部を示したものである。トロリ線１より集電装置２を介して受電し、遮断機３、単位スイッチ４、直流フィルタリアクトル５、直流フィルタコンデンサ８、インバータ回路９からなる電気車制御装置にて三相交流電力に変換しモータ１０を駆動し電気車を走行させるものである。該電気車制御装置がブレーキを掛ける際、電気車が走行していたエネルギーを回生しブレーキを掛ける制御を行うことは、周知の技術である。
【０００３】
しかし、電気車制御装置がトロリ線１側に電力を回生しようとした際、トロリ線１の同一給電区間内にその電力を消費してくれる負荷が無いと、インバータ回路９より回生される電力は直流フィルタコンデンサ８の電圧を上げる方向に作用し、電気車制御装置内の直流電圧を過電圧にし、装置を破損に至らしめる原因となる。
【０００４】
直流過電圧が発生した場合の保護動作の例として、インバータ回路９による回生動作を停止すると共に、過電圧スイッチ６、放電用抵抗器７によって構成される放電回路を導通させ、直流フィルタコンデンサ８に充電された電荷を放電させ電圧を抑制させる制御が知られている。
【０００５】
図２において、過電圧スイッチ６はサイリスタを用いた構成例となっている。過電圧スイッチ６を点弧させると、直流フィルタコンデンサ８側からの電力だけでなく、トロリ線１側からも電力の流入が発生するので、通常は過電圧スイッチ６の点弧と同時に、単位スイッチ４を開放しトロリ線１側からの電力流入を抑制する。
【０００６】
通常、保護動作を速やかに行うため過電圧スイッチ６は半導体を用い、単位スイッチ４は機械式の接点による構成となる。そのため過電圧スイッチ６の点弧信号と単位スイッチ４の開放信号が同時に出ても、各々の動作速度の違いにより過電圧スイッチ６の点弧が早いため放電用抵抗器７にはトロリ線１側からの電力流入期間が発生する。
【特許文献１】特開平１１−１７８２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
放電用抵抗器７で消費する電力が直流フィルタコンデンサ８の電荷のみでなく短期間ではあるがトロリ線１側からの電力流入が発生するため、放電用抵抗器７の容量を大きくする必要があり、かつ放電用抵抗器７から発生するジュール熱により周辺部が熱に曝されることになる。
【０００８】
放電用抵抗器７の容量を大きくすると当然容積も大きくなる。また放電用抵抗器７の周囲は熱による影響を避けるための空間を設ける必要があり、限られた電気車の機器取付スペースに制限を与えることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明によれば、トロリ線より集電装置を介し、遮断機、単位スイッチ、直流フィルタリアクトル、直流フィルタコンデンサ、インバータ回路並びに自己消弧形半導体による放電用スイッチ、放電用抵抗器からなる放電回路にて該直流フィルタコンデンサの放電が可能な構成の電気車制御装置において、直流過電圧発生時に該トロリ線側からの電力流入を無くするために該単位スイッチを開放できるまでの間、該自己消弧形半導体による放電用スイッチをオンオフ制御し、前記トロリ線側からの電力流入を抑制することにより該放電用抵抗器の損失発生を低減させることを特徴とする。
【００１０】
すなわち、図２における過電圧スイッチ６に対して自己消弧能力を有する自己消弧形半導体スイッチ１１を用い、過電圧保護動作発生時に単位スイッチ４が開放されるまでの間、自己消弧形半導体スイッチ１１のオンオフ制御を行う。
【発明の効果】
【００１１】
オンオフ制御を行うことにより、過電圧保護動作期間にトロリ線１から放電用抵抗器７へ流入する電流を抑制し、放電用抵抗器７の損失を低減させることで、放電用抵抗器７自体の容量を抑えると共に、ジュール熱の発生も抑え機器取付スペースの制限を緩和させることができる。当然直流フィルタコンデンサ８の電荷も放電するので、電気車制御装置は直流過電圧状態から開放される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
放電用抵抗器７の容積や発熱を抑制する構成の電気車制御装置を、従来と同じ部品点数にて構成することができる。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明装置の１実施例である。自己消弧形半導体スイッチ１１以外は図２と同様の構成である。図１の例では自己消弧形半導体スイッチ１１についてＩＧＢＴのシンボルで記載しているが、その他の自己消弧形半導体でも構成可能である。
【００１４】
図１で構成された電気車制御装置の動作について説明する。インバータ回路９が回生動作を開始した際、電気車制御装置が接続しているトロリ線１の同一給電区間内に該回生電力を消費する負荷が無い場合は直流フィルタコンデンサ８を充電し直流過電圧状態となる。直流過電圧状態になると電気車制御装置の保護が作動し、インバータ回路９の回生動作を停止し、自己消弧形半導体スイッチ１１を点弧しかつ単位スイッチ４を開放する信号を発信する。
【００１５】
自己消弧形半導体スイッチ１１が点弧することで、直流フィルタコンデンサ８の電荷の一部は放電用抵抗器７を解して放電されるため、直流過電圧状態から開放される。自己消弧形半導体スイッチ１１は単位スイッチ４が開放状態になるまでの間オンオフ制御を行い、自己消弧形半導体スイッチ１１を通流する電流は断続状態となり、トロリ線１からの流入電流、直流フィルタコンデンサ８からの放電電流は急激な増加とはならない。
【００１６】
単位スイッチ４が開放状態になったとことで、自己消弧形半導体スイッチ１１を連続導通状態に移行させ、直流フィルタコンデンサ８からの放電を速やかに行い、電気車制御装置を安全に動作させることのできる電圧にする。
単位スイッチ４が開放状態なったことは、補助接点により容易に検出することが可能である。
【００１７】
自己消弧形半導体スイッチ１１をオンオフ制御すると、自己消弧形半導体スイッチ１１自体の損失の増加が伴うが、オンオフ制御を行う期間は単位スイッチ４が開放状態となるまでであるため、自己消弧形半導体スイッチ１１にて使用する冷却器は取付用の構造物程度の小型のもので構成可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
直流過電圧時の放電回路に用いる半導体スイッチとして自己消弧形半導体スイッチを用い、所定の期間オンオフ制御を行うことで、放電用抵抗器にトロリ線から流入する電流を抑制し、放電用抵抗器の容積を小さくかつ発熱を抑制させた電気車制御装置が構成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による電気車制御装置例。
【図２】従来の電気車制御装置例。
【符号の説明】
【００２０】
１ トロリ線
２ 集電装置
３ 遮断機
４ 単位スイッチ
５ 直流フィルタリアクトル
６ 過電圧スイッチ
７ 放電用抵抗器
８ 直流フィルタコンデンサ
９ インバータ回路
１０ モータ
１１ 自己消弧形半導体スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロリ線より集電装置を介し、遮断機、単位スイッチ、直流フィルタリアクトル、直流フィルタコンデンサ、インバータ回路並びに自己消弧形半導体による放電用スイッチ、放電用抵抗器からなる放電回路にて該直流フィルタコンデンサの放電が可能な構成の電気車制御装置において、直流過電圧発生時に該トロリ線側からの電力流入を無くするために該単位スイッチを開放できるまでの間、該自己消弧形半導体による放電用スイッチをオンオフ制御し、前記トロリ線側からの電力流入を抑制することにより該放電用抵抗器の損失発生を低減させることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項１】
トロリ線より集電装置を介し、遮断機、単位スイッチ、直流フィルタリアクトル、直流フィルタコンデンサ、インバータ回路並びに自己消弧形半導体による放電用スイッチ、放電用抵抗器からなる放電回路にて該直流フィルタコンデンサの放電が可能な構成の電気車制御装置において、直流過電圧発生時に該トロリ線側からの電力流入を無くするために該単位スイッチを開放できるまでの間、該自己消弧形半導体による放電用スイッチをオンオフ制御し、前記トロリ線側からの電力流入を抑制することにより該放電用抵抗器の損失発生を低減させることを特徴とする電気車制御装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１８９１９８（Ｐ２００９−１８９１９８Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８７８２（Ｐ２００８−２８７８２）
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]