| 【発明の名称】 |
電気車制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】山崎 修
【住所又は居所】東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝府中事業所内
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| 【要約】 |
【課題】ＶＶＶＦインバータ８ｄをＣＶＣＦインバータ動作に切り換えるときに必要な判断や操作を自動化して人間系の介入を廃し、切換判断、切換操作の信頼性を向上させ、かつ切換動作を省力化できる電気車制御装置を実現する。
【解決手段】切換制御装置１５が、ＣＶＣＦインバータ１２の停止時に切換指令を出して切換装置１１の接点を動作させ、人間による判断、操作を介在することなしにＶＶＶＦインバータ８ｄをＣＶＣＦインバータ動作するように自動的に切り換える。また、切換制御装置１５がＣＶＣＦインバータ１２の停止回数をカウントし、この停止回数が予め定めた回数より大きくなったときにＣＶＣＦインバータの故障と判断し、切換制御することにより、本来切り換える必要のない外乱などによる一時的なＣＶＣＦインバータ１２の停止で切換動作が行われるのを防ぎ、適正に切換動作するようにする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して複数の電気車駆動用電動機それぞれに供給する複数のＶＶＶＦインバータと、直流電力を定電圧定周波数の交流電力に変換して電気車補助回路に供給するＣＶＣＦインバータと、前記複数のＶＶＶＦインバータのうち一部を前記電気車駆動用電動機から切り離して前記電気車補助回路に接続し、前記定電圧定周波数の交流電力を供給するように切り換える切換装置と、前記ＣＶＣＦインバータの異常を検出し、前記切換装置に前記複数のＶＶＶＦインバータのうち一部を前記電気車駆動用電動機から切り離し、前記電気車補助回路に接続して前記定電圧定周波数の交流電力を供給するように切換動作させる切換制御装置とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】 請求項１記載の電気車制御装置において、前記切換制御装置はモニタ装置であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】 請求項１記載の電気車制御装置において、前記切換制御装置は、前記ＶＶＶＦインバータ自体であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項４】 請求項１記載の電気車制御装置において、前記切換制御装置は、前記ＣＶＣＦインバータ自体であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項５】 請求項１〜４いずれか記載の電気車制御装置において、前記切換制御装置は、ＣＶＣＦインバータの停止回数をカウントし、この停止回数が予め定めた回数より大きくなったときにＣＶＣＦインバータの故障と判断し、切換装置に切換指令を出力することを特徴とする電気車制御装置。
【請求項６】 請求項５記載の電気車制御装置において、前記切換制御装置は、ＣＶＣＦインバータの停止回数をカウントし、一定時間内の停止回数が予め定めた回数より大きくなったときにＣＶＣＦインバータの故障と判断し、切換装置に切換指令を出力することを特徴とする電気車制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流電力を交流電力に変換して電気車駆動用電動機に供給する可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータと、直流電力を交流電力に変換して電気車補助回路に供給する定電圧定周波数（ＣＶＣＦ）インバータとを制御する電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に鉄道車両では、電気車駆動用電動機の制御するのに可変電圧可変周波数制御によるＶＶＶＦインバータが用いられる。そして、ＶＶＶＦインバータの制御回路や抵抗器を冷却するための電動送風機を駆動するための回路等の電気車補助回路への電力源には、定電圧定周波数制御によるＣＶＣＦインバータが用いられる。図６は、複数のＶＶＶＦインバータと１台のＣＶＣＦインバータとを備えている電気車制御装置の従来例の構成を示している。
【０００３】この従来の電気車制御装置では、パンタグラフ１から電力が、複数の系統それぞれの高速度遮断器２、接触器３、充電抵抗器４、充電抵抗器短絡用接触器５、フィルタリアクトル６を介してＶＶＶＦインバータ８ａ〜８ｄに供給される。各ＶＶＶＦインバータ８ａ〜８ｄの入力端間にはフィルタコンデンサ７が接続され、さらに出力端には電気車駆動用電動機９ａ〜９ｄ（以下、電動機という）が接続されている。そして、複数のＶＶＶＦインバータ８ａ〜８ｄのうちの１台、ＶＶＶＦインバータ８ｄはＣＶＣＦインバータとして駆動することができる制御部１０により制御するようにしてある。また、従来の電気車制御装置は切換装置１１を備えていて、ＶＶＶＦインバータ８ｄの出力を電動機９ｄから後述する電気車補助回路に切り換えて供給するようにしてある。
【０００４】また、従来の電気車制御装置では、パンタグラフ１から電力が、高速度遮断器２１、フィルタリアクトル６１、充電抵抗器４１、充電抵抗器短絡用接触器５１を介してＣＶＣＦインバータ１２に供給される。ＣＶＣＦインバータ１２の入力端間にはフィルタコンデンサ７が接続され、その出力端は、切換装置１１及び波形フィルタ１３を介して変圧器１４の一次側に接続されている。この変圧器１４の２次側には電気車補助回路が接続されている。
【０００５】この従来の電気車制御装置では、ＣＶＣＦインバータ１２が故障したときには、切換装置１１の各接点をＸ側からＹ側に切り換え、ＣＶＣＦインバータ１２の代わりに予め定めたＶＶＶＦインバータ８ｄの入力側を充電抵抗器４１、充電抵抗器短絡用接触器５１と接続し、その出力側を波形フィルタ１３に接続すると共に、制御部１０においてＶＶＶＦ制御部１０ｂの代わりにＣＶＣＦ制御部１０ｃに切り換えて共通部１０ａに接続する。これにより、ＶＶＶＦインバータ８ｄがＣＶＣＦインバータとして動作し、電気車補助回賂に対する電源を確立する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の電気車制御装置では、ＣＶＣＦインバータが停止し、一部のＶＶＶＦインバータを電動機から切り離して電気車補助回路に接続するとき、切換判断や切換操作は、乗務員など人間系によっている。このため、切換完了までに時間を要し、また判断ミスや操作ミスが起きる可能性がある。
【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、ＶＶＶＦインバータをＣＶＣＦインバータに切り換えるときに必要な判断や操作を自動化して人間系の介入を廃し、切換判断、切換操作の信頼性を向上させ、かつ切換動作を省力化する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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の電気車制御装置は、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して複数の電気車駆動用電動機それぞれに供給する複数のＶＶＶＦインバータと、直流電力を定電圧定周波数の交流電力に変換して電気車補助回路に供給するＣＶＣＦインバータと、前記複数のＶＶＶＦインバータのうち一部を前記電気車駆動用電動機から切り離して前記電気車補助回路に接続し、前記定電圧定周波数の交流電力を供給するように切り換える切換装置と、前記ＣＶＣＦインバータの異常を検出し、前記切換装置に前記複数のＶＶＶＦインバータのうち一部を前記電気車駆動用電動機から切り離し、前記電気車補助回路に接続して前記定電圧定周波数の交流電力を供給するように切換動作させる切換制御装置とを備えたものである。
【０００９】請求項１の発明の電気車制御装置では、切換制御装置が、ＣＶＣＦインバータの停止時に切換指令を出して切換装置の接点を動作させ、人間による判断、操作を介在することなしにＶＶＶＦインバータからＣＶＣＦインバータヘの切り換えを自動的に行う。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の電気車制御装置において、前記切換制御装置はモニタ装置であることを特徴とするものであり、モニタ装置が切換装置の制御を行うことにより、モニタ装置が搭載されている電気車制御装置の場合、切換制御装置を別途に設ける必要がなく、既存装置のみで構成できる。
【００１１】請求項３の発明は、請求項１の電気車制御装置において、前記切換制御装置はＶＶＶＦインバータ自体であることを特徴とするものであり、ＶＶＶＦインバータ自体が切換装置の制御を行うため、切換制御装置を別途に設ける必要がなく、既存装置のみで構成できる。
【００１２】請求項４の発明は、請求項１の電気車制御装置において、前記切換制御装置はＣＶＣＦインバータ自体であることを特徴とするものであり、ＣＶＣＦインバータが切換装置の制御を行うため、切換制御装置を別途に設ける必要がなく、既存装置のみで構成できる。
【００１３】請求項５の発明は、請求項１〜４の電気車制御装置において、前記切換制御装置はＣＶＣＦインバータの停止回数をカウントし、この停止回数が予め定めた回数より大きくなったときにＣＶＣＦインバータの故障と判断し、切換装置に切換指令を出力するようにしたものであり、本来切り換える必要のない外乱などによる一時的なＣＶＣＦインバータの停止で切換動作が行われるのを防ぎ、複数回のＣＶＣＦインバータの停止を故障と判断し、適正に切換動作を行う。
【００１４】請求項６の発明は、請求項５の電気車制御装置において、前記切換制御装置は、ＣＶＣＦインバータの停止回数をカウントし、一定時間内の停止回数が予め定めた回数より大きくなったときにＣＶＣＦインバータの故障と判断し、切換装置に切換指令を出力するようにしたものであり、連続したＣＶＣＦインバータの停止を故障と判断して切換動作を行うことにより、本来切り換える必要のない一時的なＣＶＣＦインバータの停止で切換動作を行うのを防ぐ。
【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。
【００１６】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。この実施の形態の電気車制御装置では従来例と同様に、パンタグラフ１から電力が、複数の系統それぞれの高速度遮断器２、接触器３、充電抵抗器４、充電抵抗器短絡用接触器５、フィルタリアクトル６を介してＶＶＶＦインバータ８ａ〜８ｄに供給される。各ＶＶＶＦインバータ８ａ〜８ｄの入力端間にはフィルタコンデンサ７が接続され、さらに出力端には電動機９ａ〜９ｄが接続されている。そして、複数のＶＶＶＦインバータ８ａ〜８ｄのうちの１台、ＶＶＶＦインバータ８ｄはＣＶＣＦインバータとして駆動することができる制御部１０により制御するようにしてある。
【００１７】また、この電気車制御装置では、パンタグラフ１から電力が、高速度遮断器２１、フィルタリアクトル６１、充電抵抗器４１、充電抵抗器短絡用接触器５１を介してＣＶＣＦインバータ１２に供給される。ＣＶＣＦインバータ１２の入力端間にはフィルタコンデンサ７が接続され、その出力端は、切換装置１１及び波形フィルタ１３を介して変圧器１４の一次側に接続されている。この変圧器１４の２次側には電気車補助回路が接続されている。
【００１８】前述の制御部１０には、ＶＶＶＦインバータ８ｄをＶＶＶＦインバータとして駆動させるＶＶＶＦ制御部１０ｂ、これをＣＶＣＦインバータとして駆動させるＣＶＣＦ制御部１０ｃ、そしてこれらのいずれかをＶＶＶＦインバータ８ｄに接続する共通部１０ａが備えられている。
【００１９】前述の切換装置１１は、ＶＶＶＦインバータ８ｄの出力を電動機９ｄから電気車補助回路に切り換えて供給するためのものであり、ＶＶＶＦインバータ８ｄとＣＶＣＦインバータ１２との入力側の切換用、出力側の切換用、さらに制御部１０のＶＶＶＦ制御部１０ｂ、ＣＶＣＦ制御部１０ｃの切換用のＸ接点とＹ接点を有する多数の切換スイッチから構成されている。そして各切換スイッチは、通常時にはＸ側に接触している。この切換装置１１は、本実施の形態の特徴である切換制御装置１５によって切換制御される。
【００２０】次に、上記の構成の電気車制御装置の動作を説明する。ＣＶＣＦインバータ１２が故障したとき、切換制御装置１５はＣＶＣＦインバータ１２の停止を検出して切換装置１１に切換指令を出す。切換装置１１は切換指令を受け、切換装置１１の接点をＸ側からＹ側に切り換える。
【００２１】切換装置１１の接点がＸ側からＹ側に切り換わることによって、ＣＶＣＦインバータ１２の代わりにＶＶＶＦインバータ８ｄの入力側を充電抵抗器４１、充電抵抗器短絡用接触器５１と接続して出力側を波形フィルタ１３に接続する共に、ＶＶＶＦ制御部１０ｂの代わりにＣＶＣＦ制御部１０ｃに切り換えて共通部１０ａに接続する。
【００２２】これにより、本実施の形態の電気車制御装置では、人間系を介在せず、自動的にＶＶＶＦインバータ８ｄをＣＶＣＦインバータ動作するように切り換えることができ、電気車補助回路に対する電源を確保することができる。
【００２３】（第２の実施の形態）図２は本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態の特徴は、第１の実施の形態における切換制御装置１５に代えて、モニタ装置１６により切換装置１１の切換制御を行うようにした点にある。したがって、その他の構成要素は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。
【００２４】この第２の実施の形態においても、ＣＶＣＦインバータ９が故障したとき、人間系を介在せず、ＶＶＶＦインバータ８ｄを自動的にＣＶＣＦインバータ動作に切り換えることができる。
【００２５】また、その切換制御をモニタ装置１６によって行わせるので、従来から備えられているモニタ装置に上記の機能構成をソフトウェアとして追加するだけでよく、第１の実施の形態のように別途に切換制御装置１５を設けなくても済み、コスト的なメリットがある。
【００２６】なお、上記のモニタ装置１６に切換装置１１に切換制御機能を付加する代わりに、ＶＶＶＦインバータ８ｄ自体やＣＶＣＦインバータ１２自体に切換制御機能を付加的に設けることができる。
【００２７】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置の構成を、図３を用いて説明する。第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態の電気車制御装置に対して、切換制御装置１５によるＣＶＣＦインバータ１２の停止判定機能をより信頼性の高い構成にしたことを特徴とする。
【００２８】第１の実施の形態では、ＣＶＣＦインバータ１２の単純な停止を異常判定条件としたが、その場合、外乱などによりＣＶＣＦインバータ１２が一時的に停止しただけでも切換動作が行われてしまう。このため、第３の実施の形態における切換制御装置１５では、ＣＶＣＦインバータ１２の停止回数をカウンタ１５ａによってカウントさせ、異常判定回路１５ｂによりこのカウント値が予め定めた規定回数を超えたら異常と判断させ、切換動作を行うようにしている。
【００２９】これにより、第３の実施の形態の電気車制御装置では、外乱などによりＣＶＣＦインバータ１２が一時的に停止した場合には切換動作を行うことがなく、継続的な停止に対して異常と判断して切換動作を行うことができ、切換動作の信頼性を高めることができる。
【００３０】（第４の実施の形態）図４は本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態の特徴は、切換制御装置１５の機能構成にある。図３に示した第３の実施の形態における切換制御装置では、ＣＶＣＦインバータ１２の停止が所定回数行ったときに異常と判断して切換装置１１に切換動作させるようにしたが、その場合には、外乱などによりＣＶＣＦインバータが一時的に停止する動作が複数回断続的に起これば切換動作が行われる可能性がある。
【００３１】そこで、本実施の形態では、切換動作の信頼性をさらに向上させるために、切換制御装置１５が図５に示したような制御動作で、一定時間のＣＶＣＦ停止回数をカウントし、一定時間内に予め定めた規定回数を超えたら異常と判断し、切換動作を行うようにしている。
【００３２】このため、この第４の実施の形態では、切換制御装置１５はＣＶＣＦインバータ１２の停止回数をカウントするカウンタ１５ａ、タイマ１５ｃ、そしてタイマ１５ｃが示す一定時間ｘ分のうちにカウンタ１５ａがカウントした停止回数を取り出し、それが規定回数ｙを超えていればＣＶＣＦインバータ１２の異常と判断し、切換指令を切換装置１１に出力する判定器１５ｄを備えている。
【００３３】これにより、第４の実施の形態の電気車制御装置では、ＣＶＣＦインバータ１２が一時的に数回停止したような場合には切換動作を行わず、一定時間内に予め定めた規定回数を超えたら異常と判断してＶＶＶＦインバータ８ｄをＣＶＣＦインバータ動作するように切換制御し、ＶＶＶＦインバータ８ｄの切換制御の信頼性をより向上させる。
【００３４】なお、図３に示した第３の実施の形態における切換制御装置１５の機能、また図４に示し第４の実施の形態のにおける切換制御装置１５の機能は、図２に示した第２の実施の形態におけるモニタ装置１６、あるいはＶＶＶＦインバータ自体、若しくはＣＶＣＦインバータ自体に組み込むことも可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように、請求項１の発明によれば、切換制御装置が、ＣＶＣＦインバータの停止時に切換指令を出して切換装置の接点を動作させ、人間による判断、操作を介在することなしにＶＶＶＦインバータからＣＶＣＦインバータヘの切り換えを自動的に行うことができ、操作ミス、切換ミスの発生を避けることができる。
【００３６】請求項２の発明によれば、モニタ装置が切換装置の制御を行うため、切換制御装置を別途に設ける必要がなく、既存装置のみで構成でき、コスト的メリットがある。
【００３７】請求項３の発明によれば、ＶＶＶＦインバータ自体が切換装置の制御を行うため、切換制御装置を別途に設ける必要がなく、既存装置のみで構成でき、コスト的メリットがある。
【００３８】請求項４の発明によれば、ＣＶＣＦインバータ自体が切換装置の制御を行うため、切換制御装置を別途に設ける必要がなく、既存装置のみで構成でき、コスト的メリットがある。
【００３９】請求項５の発明によれば、切換制御装置はＣＶＣＦインバータの停止回数をカウントし、この停止回数が予め定めた回数より大きくなったときにＣＶＣＦインバータの故障と判断し、切換装置に切換指令を出力するようにしたので、本来切り換える必要のない外乱などによる一時的なＣＶＣＦインバータの停止で切換動作が行われるのを防ぎ、複数回のＣＶＣＦインバータの停止を故障と判断し、適正に切換動作を行うことができる。
【００４０】請求項６の発明によれば、切換制御装置はＣＶＣＦインバータの停止回数をカウントし、一定時間内の停止回数が予め定めた回数より大きくなったときにＣＶＣＦインバータの故障と判断し、切換装置に切換指令を出力するようにしたので、連続したＣＶＣＦインバータの停止を故障と判断して切換動作を行うことにより、本来切り換える必要のない一時的なＣＶＣＦインバータの停止で切換動作を行うのを防ぎ、ＣＶＣＦインバータの異常をいっそう適正に判定して切換動作を行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【住所又は居所】東京都港区芝浦一丁目１番１号
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月６日（２００１．１２．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外７名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１７４７０１（Ｐ２００３−１７４７０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年６月２０日（２００３．６．２０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３７２７０９（Ｐ２００１−３７２７０９） |
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