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【発明の名称】 電気車制御装置
【発明者】 【氏名】牧野 友由
【住所又は居所】東京都府中市晴見町２丁目２４番地の１ 東芝トランスポートエンジニアリング株式会社内

【氏名】逸見 琢磨
【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

【氏名】青山 育也
【住所又は居所】東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社東芝本社事務所内
【要約】 【課題】複数台のインバータのいずれかに保護動作及び故障が発生した時に、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し、さらにいずれか１台のインバータ故障時に乗り心地及び加速性能を悪化させることがないようにする。

【解決手段】複数台のインバータ５−１，５−２，…の１つに保護動作又は故障が発生した時に、該当するインバータ制御部６０−１，６０−２，…が保護動作又は故障の検出されたインバータのみを停止させ、断流器４をオフせず、また他の健全なインバータの動作を継続させるように制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 架線から電力を取り込む集電器に接続された１つの断流器と、半導体スイッチング素子で構成され、前記断流器を介して前記集電器に共通に接続された複数台のインバータと、前記複数台のインバータ各々をゲート制御するインバータ制御手段と、前記複数台のインバータ各々によって個別に駆動される複数台の電動機と、前記複数台のインバータ各々の保護動作及び故障を検出する故障検出手段とを備え、前記インバータ制御手段は、前記故障検出手段がいずれかの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、保護動作又は故障検出された該当インバータのみをゲートオフさせて停止させることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】 前記故障検出手段が電流に起因する保護動作を検出した時（相短絡時を除く）に、前記インバータ制御手段が前記断流器をオフさせず、故障検出された該当インバータのみをゲートオフさせて停止させ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】 前記故障検出手段が電圧に起因する保護動作を検出した時（過電圧抑制制御時を除く）に、前記インバータ制御手段が前記断流器をオフさせず、故障検出された該当インバータのみをゲートオフさせて停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気車制御装置。
【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３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４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、インバータの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】また複数のインバータ各々に対して１台あるいは複数台の駆動電動機を駆動させる従来の電気車制御装置では、ある１台のインバータだけに異常が発生した時でも、断流器をオフさせ、結果的にこの断流器に接続されている複数台のインバータすべてを停止させるようにしているので、車両の乗り心地を悪くし、また加速性能が損なわれて運転に影響を与える問題点があった。
【０００８】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。
【０００９】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。
【００１０】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し、さらにいずれか１台のインバータ故障時に乗り心地及び加速性能を悪化させることがない電気車制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、架線から電力を取り込む集電器に接続された１つの断流器と、半導体スイッチング素子で構成され、前記断流器を介して前記集電器に共通に接続された複数台のインバータと、前記複数台のインバータ各々をゲート制御するインバータ制御手段と、前記複数台のインバータ各々によって個別に駆動される複数台の電動機と、前記複数台のインバータ各々の保護動作及び故障を検出する故障検出手段とを備え、前記インバータ制御手段は、前記故障検出手段がいずれかの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、保護動作又は故障検出された該当インバータのみをゲートオフさせて停止させることを特徴とするものである。
【００１２】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１つに保護動作又は故障が発生した時に保護動作又は故障の検出されたインバータのみを停止させ、断流器をオフせず、また他の健全なインバータの動作を継続させる。こうして、複数台のインバータのいずれかが故障してもそのインバータのみを停止させるだけにして、車両のトルク低減レベルを最小限に抑え、乗り心地の悪化と加速性能の低下を防ぐ。また、故障していたインバータの再起動時には、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、単に停止していたインバータのゲート制御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。
【００１３】請求項２の発明は、請求項１の電気車制御装置において、前記故障検出手段が電流に起因する保護動作を検出した時（相短絡時を除く）に、前記インバータ制御手段が前記断流器をオフさせず、故障検出された該当インバータのみをゲートオフさせて停止させることを特徴とするものである。
【００１４】請求項３の発明は、請求項１又は２の電気車制御装置において、前記故障検出手段が電圧に起因する保護動作を検出した時（過電圧抑制制御時を除く）に、前記インバータ制御手段が前記断流器をオフさせず、故障検出された該当インバータのみをゲートオフさせて停止させることを特徴とするものである。
【００１５】これらの請求項２及び３の発明の電気車制御装置では、断流器をオフさせなくても済むインバータの保護動作を、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。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。
【００１６】
【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。本発明の１つの実施の形態を図１及び図２を用いて説明する。この実施の形態の電気車制御装置は、架線１から集電する集電器２に対して、高速度遮断器３、１つの断流器４が接続されている。そして、この１つの断流器４に対して複数台の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２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。
【００１７】この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。
【００１８】さらに、いずれかのＶＶＶＦインバータが故障停止しても断流器４はオフされないので、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。
【００１９】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。
【００２０】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、いずれかのインバータの保護動作又は故障時に該当インバータのゲート信号のみをオフして該当インバータのみ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とによって、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。さらに、複数台のインバータの１つに保護動作又は故障が発生した時に故障の検出されたインバータのみを停止させ、断流器をオフせず、また他の健全なインバータの動作を継続することにより、再起動時間を早くすることができると共に、インバータ停止時の車両のトルク低減レベルを最小限に抑え、乗り心地の悪化と加速性能の低下を防ぐことができる。
【００２１】請求項２及び３の発明によれば、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及び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ので、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み、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。
【出願人】 【識別番号】０００２２１１７７
【氏名又は名称】東芝トランスポートエンジニアリング株式会社
【住所又は居所】東京都府中市晴見町２丁目２４番地の１
【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
【出願日】 平成８年９月４日（１９９６．９．４）
【代理人】 【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外７名）
【公開番号】 特開２００３−２７４５０６（Ｐ２００３−２７４５０６Ａ）
【公開日】 平成１５年９月２６日（２００３．９．２６）
【出願番号】 特願２００３−６８３９９（Ｐ２００３−６８３９９）