| 【発明の名称】 |
交流電気車制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】氏家 昭彦
|
| 【要約】 |
【課題】コンデンサを充電するための特別な機器を備えることなく、コンデンサの充電時に過大な充電電流が供給されることを防ぐ交流電気車制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】変圧器３の２次巻線に接続された接触器４と、この接触器４に接続され、変圧器３を介して供給される交流を直流に変換するコンバータ５と、このコンバータ５の出力端に接続されたコンデンサ６と、このコンデンサ６の両端に接続され、コンバータ５により変換された直流を交流に変換するインバータ７と、起動時に、接触器４を投入し、コンバータ５の整流素子５１〜５４により変圧器３を介して供給される交流を直流に整流してコンデンサ６を充電させ、コンデンサ６が所定値まで充電された際に、コンバータ５の自己消弧型素子５７、５８を点弧する制御装置２３とを有してなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 変圧器の２次巻線に接続された接触器と、この接触器に接続され、複数の整流素子からなるブリッジ回路を構成し、各整流素子には逆並列に自己消弧型素子を接続してなり、前記変圧器を介して供給される交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの出力端に接続されたコンデンサと、このコンデンサの両端に接続され、前記コンバータにより変換された直流を交流に変換するインバータと、起動時に、前記接触器を投入し、前記整流素子により前記変圧器を介して供給される交流を直流に整流して前記コンデンサを充電させ、前記コンデンサが所定値まで充電された際に、前記自己消弧型素子を点弧する制御装置とを有する交流電気車制御装置。
【請求項２】 請求項１に記載の交流電気車制御装置において、前記制御装置は、前記コンバータに入力される交流電圧の位相がπ／２からπの間に前記接触器を投入することを特徴とする交流電気車制御装置。
【請求項３】 請求項１に記載の交流電気車制御装置において、前記制御装置は、前記コンバータに入力される交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス判定回路と、このゼロクロス判定回路により検出されたゼロクロス点から所定時素遅れて前記接触器を投入させるディレイ回路とを有する交流電気車制御装置。
【請求項４】 請求項１に記載の交流電気車制御装置において、前記制御装置は、前記自己消弧型素子を点弧させない時に到達する前記コンデンサの充電電圧の最大値が最小となるような前記コンバータに入力される交流電圧の位相で、前記接触器を投入することを特徴とする交流電気車制御装置。
【請求項５】 請求項１に記載の交流電気車制御装置において、前記制御装置は、前記コンデンサが所定値まで充電された際に、下アームを構成する前記自己消弧型素子を点弧することを特徴とする交流電気車制御装置。
【請求項６】 変圧器の２次巻線に接続された接触器と、この接触器に接続され、複数の整流素子からなるブリッジ回路を構成し、各整流素子には逆並列に自己消弧型素子を接続してなり、前記変圧器を介して供給される交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの出力端に接続されたコンデンサと、このコンデンサの両端に接続され、前記コンバータにより変換された直流を交流に変換するインバータと、起動時に、前記接触器を投入して、前記整流素子により前記変圧器を介して供給される交流を直流に整流して前記コンデンサを充電させる充電モードと、前記自己消弧型素子を点弧して前記コンデンサを放電させる放電モードとを繰り返す制御装置とを有する交流電気車制御装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は交流電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の交流電気車制御装置の構成図である。架線１よりパンタグラフ２を介して集電される交流電力は、変圧器３の２次巻線に接続された接触器４を介してコンバータ５に供給される。コンバータ５は交流電力を直流電力に変換し、コンデンサ６を介して接続されたインバータ７に直流電力を供給する。そしてインバータ７は直流電力を交流電力に変換し、誘導電動機８を駆動する。
【０００３】ところで、このように構成された交流電気車制御装置において、起動時にはコンデンサ６を所望の電圧まで充電する必要がある。このコンデンサ６を充電する際に、過大な充電電流が供給されないように留意することが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで従来の交流電気車制御装置では、抵抗器９と充電接触器１０の直列回路と、この直列回路を短絡する短絡接触器１１とを並列に設けてなる補助回路をコンバータ５の入力側に備え、起動時には充電接触器１０を投入して、パンタグラフ２、変圧器３、接触器４からの交流電力を、抵抗器９を介してコンバータ５に供給し、そしてコンデンサ６を充電することで、過大な充電電流が供給されることを防止している。そして、コンデンサ６が所望の電圧まで充電されると短絡接触器１１を投入して直列回路を短絡している。
【０００５】しかしながら、電気車を制御するための様々な制御機器は、電気車の床下という限られたスペースに搭載しなければならないが、コンデンサ６を充電するための並列回路を備えると、その分、機器の重量・体積の増加を招くことになる。
【０００６】そこで、本発明は、コンデンサを充電するための特別な機器を備えることなく、コンデンサの充電時に過大な充電電流が供給されることを防ぐ交流電気車制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、変圧器の２次巻線に接続された接触器と、この接触器に接続され、複数の整流素子からなるブリッジ回路を構成し、各整流素子には逆並列に自己消弧型素子を接続してなり、前記変圧器を介して供給される交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの出力端に接続されたコンデンサと、このコンデンサの両端に接続され、前記コンバータにより変換された直流を交流に変換するインバータと、起動時に、前記接触器を投入し、前記整流素子により前記変圧器を介して供給される交流を直流に整流して前記コンデンサを充電させ、前記コンデンサが所定値まで充電された際に、前記自己消弧型素子を点弧する制御装置とを有してなる。
【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記コンバータに入力される交流電圧の位相がπ／２からπの間に前記接触器を投入することを特徴としてなる。
【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記コンバータに入力される交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス判定回路と、このゼロクロス判定回路により検出されたゼロクロス点から所定時素遅れて前記接触器を投入させるディレイ回路とを有してなる。
【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記自己消弧型素子を点弧させない時に到達する前記コンデンサの充電電圧の最大値が最小となるような前記コンバータに入力される交流電圧の位相で、前記接触器を投入することを特徴としてなる。
【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記コンデンサが所定値まで充電された際に、下アームを構成する前記自己消弧型素子を点弧することを特徴としてなる。
【００１２】請求項６に記載の発明は、変圧器の２次巻線に接続された接触器と、この接触器に接続され、複数の整流素子からなるブリッジ回路を構成し、各整流素子には逆並列に自己消弧型素子を接続してなり、前記変圧器を介して供給される交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの出力端に接続されたコンデンサと、このコンデンサの両端に接続され、前記コンバータにより変換された直流を交流に変換するインバータと、起動時に、前記接触器を投入して、前記整流素子により前記変圧器を介して供給される交流を直流に整流して前記コンデンサを充電させる充電モードと、前記自己消弧型素子を点弧して前記コンデンサを放電させる放電モードとを繰り返す制御装置とを有してなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す交流電気車制御装置の構成図、図２は、各種状態量のタイムチャートである。
【００１４】架線１よりパンタグラフ２を介して集電される交流電力は、変圧器３の２次巻線に接続された接触器４を介してコンバータ５に供給される。ここで、３１は変圧器３の漏れリアクタンスである。コンバータ５は交流電力を直流電力に変換し、コンデンサ６を介して接続されたインバータ７に直流電力を供給する。そしてインバータ７は直流電力を交流電力に変換し、誘導電動機８を駆動する。コンバータ５は、ダイオード５１〜５４のブリッジ回路にそれぞれ自己消弧型素子５５〜５８を逆並列に接続してなる。変圧器３の２次巻線側に発生する交流電圧Ｖｓ、コンデンサ６の端子間電圧Ｖｄは、それぞれ電圧検出器２０、２１によって検出され、電流Ｉｓは電流検出器２２によって検出され、制御装置２３に入力される。そして、制御装置２３は接触器４の投入、コンバータ５の制御を行う。
【００１５】制御装置２３は、電圧検出器２０によって検出された交流電圧Ｖｓを入力し、交流電圧Ｖｓの値に応じて接触器４を投入する投入指令Ｋを出力する。接触器４はこの投入指令Ｋを受けて投入される。すると、ダイオード５１→コンデンサ６→ダイオード５４の経路で電流Ｉｓが流れ、コンデンサ６の充電が行われる。制御装置２３は、電圧検出器２１によって検出されたコンデンサ６の端子間電圧Ｖｄを入力し、端子間電圧Ｖｄが所定値に達したところで自己消弧型素子５７、５８を点弧するスイッチング指令Ｓｗを出力する。自己消弧型素子５７、５８はこのスイッチング指令Ｓｗを受けて点弧される。すると、ダイオード５１→コンデンサ６→ダイオード５４の経路で流れていた電流Ｉｓは、ダイオード５１から自己消弧型素子５７に転流し、ダイオード５４を経て変圧器３の２次巻線側に戻る。この時、コンデンサ６の充電は行われない。交流電圧Ｖｓの極性はやがて反転し、電流Ｉｓの値も減少し始め、電流検出器２２によって検出された電流Ｉｓがゼロになったとき制御装置２３は自己消弧型素子５７、５８を消弧するスイッチング指令Ｓｗを出力する。自己消弧型素子５７、５８はこのスイッチング指令Ｓｗを受けて消弧される。その後は、通常の誘導電動機８を駆動するための制御をコンバータ５、インバータ７にて行えばよい。
【００１６】このようにコンデンサ６の充電を要する起動時に、接触器４、コンバータ５を制御装置２３により制御することで、コンデンサ６の過充電を防ぐことができる。なお、自己消弧型素子５７、５８の消弧を電流Ｉｓがゼロになったときに行うように制御しているが、コンデンサ６の充電電圧を増加させても問題ないレベルに電流Ｉｓが低減していれば、電流Ｉｓがゼロになっていなくても自己消弧型素子５７、５８を消弧させてもよい。
【００１７】次に、制御装置２３による接触器４の投入タイミングについて説明する。図３は、接触器４の投入タイミングの相違による各種状態量のタイムチャートである。図３の（i ）は接触器４を交流電圧Ｖｓの立上がりから投入した場合で、電流Ｉｓ、端子間電圧Ｖｄは実線に示すように推移する。一方（ii）は接触器４を交流電圧Ｖｓの位相がπ／２からπの間で投入した場合で、電流Ｉｓ、端子間電圧Ｖｄは点線に示すように推移する。（i ）では端子間電圧Ｖｄが所定値まで到達するのは早いが、電流Ｉｓが高くなってしまう。これに対して（ii）では電流Ｉｓを低くおさえることができる。したがって、接触器４の投入タイミングは（i）より（ii）のほうが、コンデンサ６への過電流を防ぐことができる。
【００１８】図４は、制御装置２３の接触器４の投入制御部の構成図である。電圧検出器２０によって検出された交流電圧Ｖｓは、ゼロクロス判定回路２３１に入力され、ゼロとなる地点が検出され、ディレイ回路２３２にて、交流電圧Ｖｓのゼロクロス点から所定の時素遅れて接触器４の投入指令Ｋが出力される。この投入指令Ｋを受けて、接触器４は投入されるのだが、接触器４の投入に要する時間誤差は数ｍｓが望ましい。このように制御することで、交流電圧Ｖｓの立上がりから接触器４を投入することを防ぎ、コンデンサ６への過電流を防ぐことができる。また、具体的には、漏れリアクタンス３１のインダクタンスをＬとすると、【００１９】
【数１】Ｖｓ−Ｖｄ＝Ｌ・（ｄＩｓ／ｄｔ）
Ｃ・（ｄＶｄ／ｄｔ）＝Ｉｓで表され、端子間電圧Ｖｄの最大値Ｖｄmax （自己消弧型素子５７、５８の点弧を行わない場合）が最小となるような位相θで接触器４を投入するように制御装置２３が制御すれば良い。
【００２０】図５は、本発明の他の実施の形態を説明する図で、交流電気車制御装置の要部構成図である。本実施の形態では、交流電圧Ｖｓの値に応じて接触器４が投入されると、ダイオード５１→コンデンサ６→ダイオード５４の経路Ａで電流が流れ、コンデンサ６の充電が行われる。ここで、自己消弧型素子５６、５７を点弧させると、自己消弧型素子５７→コンデンサ６→自己消弧型素子５６の経路Ｂで、コンデンサ６の放電が行われる。また自己消弧型素子５６、５７を消弧させると、経路Ａで電流が流れてコンデンサ６の充電が再開する。このように自己消弧型素子５６、５７の制御を行って、コンデンサ６の充電・放電を繰り返すことで、コンデンサ６の過充電、過電流を防ぐことができる。
【００２１】なお、各実施の形態では、交流電圧Ｖｓが正の極性のときに接触器４を投入してコンデンサ６の充電を行う場合を説明したが、負の極性のときに接触器４を投入する場合は、コンデンサ６の充電電流の経路が変わるため、充電を終えるために点弧される自己消弧型素子をその都度変えて同様の制御を行えばよい。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コンデンサを充電するための特別な機器を備えることなく、コンデンサの充電時に過大な充電電流が供給されることを防ぐ交流電気車制御装置を提供することができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
|
| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）９月２２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】外川 英明
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−９８６１０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２５６３００ |
|