JP4836679B2

JP4836679B2 - 電気車用電源装置

Info

Publication number: JP4836679B2
Application number: JP2006167803A
Authority: JP
Inventors: 浩昭尾谷; 浩忠吉良
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2007336749A

Description

本発明は、架線から電力を受け取り電気車に照明や空調装置などの電源を供給する電気車用電源装置に関する。

一般に、電気車用電源装置においては、電圧検出器にて架線電圧の有無を取得し、電圧が印加されている場合に動作を開始する。そして、架線から電力を受け取り、電気車に照明や空調装置などの電源を供給する。

このような電気車用電源装置においては、冗長系を有するために１編成に２台以上の電源装置を搭載するか、もしくは１台の電気車用電源装置内に２つ以上のインバータ装置を備えるものがある。１台もしくは複数台のインバータ装置を待機させ、故障が発生した際に待機していたインバータに切り換えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２８７１２９号公報

ところが、特許文献１のものでは、稼動インバータ装置と待機インバータ装置の割り当てが不均一になると、各々のインバータ装置の消耗度合いが変わってしまい、全体としての寿命が短くなってしまう。

本発明の目的は、各々のインバータ装置の消耗度合を均一にでき効率的な動作を行うことができる電気車用電源装置を提供することである。

本発明に係わる電気車用電源装置は、架線からパンタグラフを介して得られる直流の架線電圧を交流に変換する複数台のインバータ装置と、複数台のいずれのインバータ装置を稼動させるかの動作情報を予め設定する動作情報設定部と、稼働中のインバータ装置の故障が軽故障であるか重故障であるかを判断する故障判定部と、前記動作情報設定部の動作情報に基づいて複数台のインバータ装置のうち少なくとも１台を稼動し残りのインバータ装置を待機させてインバータ装置を制御するとともに前記故障判定部の判定結果に基づき稼働中のインバータを再起動またはその他のインバータに切換える制御装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、各々のインバータ装置の消耗度合を均一にでき効率的な動作を行うことができる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる電気車用電源装置１１の構成図である。図１では電気車用電源装置１１内に２台のインバータ装置１４ａ、１４ｂが設けられた場合を示している。架線１２からパンタグラフ１３を介して架線電圧が電気車用電源装置１１に入力される。電気車用電源装置１１は２台のインバータ装置１４ａ、１４ｂを有し、架線電圧は高速度遮断器１５および入力接触器１６ａ、１６ｂを介してインバータ装置１４ａ、１４ｂに入力される。インバータ装置１４ａ、１４ｂの出力は、出力接触器１７ａ、１７ｂを介して電気車の負荷に電力を供給する負荷線１８に出力される。

インバータ装置１４ａ、１４ｂは制御装置１９で制御される。制御装置１９には動作情報設定部２０から動作情報が入力され、制御装置１９は動作情報設定部２０の動作情報に基づいて２台のインバータ装置１４ａ、１４ｂのうち少なくとも１台を稼動し、残りのインバータ装置１４ａ、１４ｂを待機させる。

図２は、動作情報設定部２０から出力される動作情報の一例を示す説明図である。図２では８個の条件を有した動作情報を示している。動作情報設定部２０はこれら条件のいずれかを選択して出力設定する。出力設定された条件の動作情報が制御装置１９に出力される。

図２のＮｏ．１の時刻は、インバータ装置１４ａ、１４ｂの起動する時刻を条件とするものであり、例えば、午前０時〜午前１２時の間においてはインバータ１４ａを起動し、午後０時〜午後１２時の間においてはインバータ１４ｂを起動するという設定である。

また、Ｎｏ．２の日付は、インバータ装置１４ａ、１４ｂの起動する日付情報であり、例えば、奇数日にはインバータ装置１４ａを起動し、偶数日にはインバータ装置１４ｂを起動するという設定である。Ｎｏ．３の曜日は、インバータ装置１４ａ、１４ｂの起動する曜日情報であり、例えば、平日にはインバータ装置１４ａを起動し、休日にはインバータ装置１４ｂを起動するという設定である。Ｎｏ．４の進行方向は電車の進行方向であり、例えば、上りにはインバータ装置１４ａを起動し、下りにはインバータ装置１４ｂを起動するという設定である。Ｎｏ．５の動作回数は、各々のインバータ装置１４ａ、１４ｂの動作回数であり、例えば、起動回数が２回ごとにインバータ装置１４ａ、１４ｂの起動を変えるという設定である。

Ｎｏ．６の動作時間は、インバータ装置１４ａ、１４ｂの起動する動作時間情報であり、例えば、動作時間が５時間ごとにインバータ装置１４ａ、１４ｂの起動を変えるという設定である。Ｎｏ．７の動作日数は、インバータ装置１４ａ、１４ｂの起動する動作日数情報であり、例えば、動作日数が４日ごとにインバータ装置１４ａ、１４ｂの起動を変えるという設定である。Ｎｏ．８の前回稼動インバータは、稼動するインバータ装置１４ａ、１４ｂを交互に変える情報であり、例えば、前回稼動インバータ装置がインバータ装置１４ａであるときは、今回の稼動インバータ装置はインバータ装置１４ｂとするという設定である。

制御装置１９は、動作情報設定部２０からの動作情報によって、どちらのインバータ装置１４ａ、１４ｂを動作させるかを決定し、動作させると決定したインバータ装置１４ａ、１４ｂに動作指令ｓａ、ｓｂを出力する。動作情報は、前述したように、時刻、日付、曜日、進行方向、動作回数、動作時間、動作日数、前回稼動インバータ等の条件であり、これらの条件のうちの１つ、もしくは複数の条件の組合せにより均等な動作を行うように制御する。複数の条件の組合せとしては、例えば、日付（偶数日／奇数日）と曜日（平日／休日）との組合せでは、平日の奇数日および休日の偶数日にはインバータ装置１４ａを稼動し、それ以外はインバータ装置１４ｂを稼動するような場合である。

以上の説明では１台の車両用電源装置１１に２台のインバータ装置１４ａ、１４ｂを設けた場合について説明したが、複数台のインバータ装置１４を設け、１台を主系として運用する場合にも同様に適用できる。

第１の実施の形態によれば、インバータ装置１４ａ、１４ｂの動作機会を均等化できるので、各々のインバータ装置の消耗度合がバランスよく行われ、長寿化することできる。

（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係わる電気車用電源装置１１の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態に対し、動作情報設定部２０に代えて、稼働中のインバータ装置に故障が発生した場合にその故障が軽故障であるか重故障であるかを判断する故障判定部２１を設け、制御装置１９は、故障判定部２１が稼働中のインバータ装置に重故障が発生したと判定したとき、または軽故障が発生し再起動しても所定時間内に稼働中であったインバータ装置が稼動しないときは、他のインバータ装置に切り換えるようにしたものである。図３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図３において、いま、インバータ装置１４ａが稼働中であるとする。そして、インバータ装置１４ａに故障が発生した場合には、インバータ装置１４ａは一時的に停止する。故障判定部２１は、稼働中のインバータ装置１４ａに故障の発生により停止した場合には、その故障が軽故障であるか重故障であるかを判断する。

インバータ装置１４の故障には、大きく分けて軽故障と重故障との２パターンに分けられる。軽故障は再起動によって正常に戻る可能性がある故障であり、重故障は再起動を行ったとしても正常に戻らないか、もしくは再起動をするとさらに故障箇所が拡大する可能性がある故障である。

そこで、制御装置１９は故障判定部２１が稼働中のインバータ装置１４ａに重故障が発生したと判定したときは、稼働中であったインバータ装置１４ａから待機中のインバータ装置１４ｂに切り換える。一方、稼働中のインバータ装置１４ａに発生した故障が軽故障であるときは、制御装置１９はインバータ装置１４ａを再起動する。そして、所定時間内に軽故障が再度発生しないときは、そのまま継続してインバータ装置１４ａを稼動させる。また、再起動しても所定時間内に軽故障が再度発生したときは他のインバータ装置１４ｂに切り換える。

図４は第２の実施の形態における車両用電源装置１１の動作を示すフローチャートである。稼働中のインバータ装置１４ａが時点ｔ１で故障により停止したとする。この場合、制御装置１９は故障判定部２１からの判定結果を参照し、故障が軽故障である場合には再起動を行う。再起動をかけてから所定時間Ｔ内の時点ｔ２でインバータ装置１４ｂが稼動した場合にはそのままインバータ装置１４ａを稼動させる。そして、時点ｔ３で故障が発生してインバータ装置１４ａが停止したときは、制御装置１９は故障判定部２１からの判定結果を参照し、故障が重故障である場合には、インバータ装置１４ａからインバータ装置１４ｂに切り換えを行う。なお、軽故障が頻繁に発生する場合には、重故障の発生と同様に他のインバータ装置１４ｂへの切り換えを行う。

第２の実施の形態によれば、軽故障の場合には再起動をかけるので、一過的な故障に対して無駄な切り換えを防止できる。また、重故障の場合には即座に他のインバータ装置に切り換えるので、再起動時間が切り換え時間より短い場合に電源供給復帰までの待ち時間が短縮される。

（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態に係わる電気車用電源装置１１の構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態に対し、稼働中のインバータ装置に故障が発生した場合にその故障が軽故障であるか重故障であるかを判断する故障判定部２１を追加して設けたものである。図１に示し第１の実施の形態と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図５において、インバータ装置１４ａ、１４ｂに故障が発生していない状態では、制御装置１９は動作情報設定部２０からの動作情報に基づいてインバータ装置１４ａ、１４ｂを制御する。一方、制御装置１９は、故障判定部２１が稼働中のインバータ装置１４に重故障が発生したと判定したときは、他のインバータ装置１４ｂに切り換えて制御する。また、故障が軽故障である場合には、稼働中であったインバータ装置１４ａを再起動し、再起動ても所定時間Ｔ内にインバータ装置１４ａが稼動しない場合には他のインバータ装置１４ｂに切り換える。

第３の実施の形態によれば、インバータ装置１４ａ、１４ｂの動作機会を均等化できるので、各々のインバータ装置の消耗度合がバランスよく行われ、長寿化することできる。また、稼働中のインバータ１４ａが故障したときは、その故障が軽故障の場合には再起動をかけるので、一過的な故障に対して無駄な切り換えを防止できる。また、重故障の場合には即座に他のインバータ装置に切り換えるので、再起動時間が切り換え時間より短い場合に電源供給復帰までの待ち時間が短縮される。

本発明の第１の実施の形態に係わる電気車用電源装置の構成図。本発明の第１の実施の形態における動作情報設定部から出力される動作情報の一例を示す説明図。本発明の第２の実施の形態に係わる電気車用電源装置の構成図。本発明の第２の実施の形態における車両用電源装置の動作を示すフローチャート。本発明の第３の実施の形態に係わる電気車用電源装置の構成図。

符号の説明

１１…電気車用電源装置、１２…架線、１３…パンタグラフ、１４…インバータ装置、１５…高速度遮断器、１６…入力接触器、１７…出力接触器、１８…負荷線、１９…制御装置、２０…動作情報設定部、２１…故障判定部

Claims

架線からパンタグラフを介して得られる直流の架線電圧を交流に変換する複数台のインバータ装置と、複数台のいずれのインバータ装置を稼動させるかの動作情報を予め設定する動作情報設定部と、稼働中のインバータ装置の故障が軽故障であるか重故障であるかを判断する故障判定部と、前記動作情報設定部の動作情報に基づいて複数台のインバータ装置のうち少なくとも１台を稼動し残りのインバータ装置を待機させてインバータ装置を制御するとともに前記故障判定部の判定結果に基づき稼働中のインバータを再起動またはその他のインバータに切換える制御装置を備えることを特徴とする電気車電源装置。
前記故障判定部が稼働中のインバータ装置に重故障が発生したと判定したときは、前記制御装置は他のインバータ装置に切り替え、前記故障判定部が稼動中のインバーター装置に軽故障が発生したと判定したときは、前記制御装置は、稼動中のインバータを再起動し、再起動しても所定時間内に軽故障が再度発生したときは他のインバータ装置に切り換えることを特徴とする請求項１記載の電気車用電源装置。
前記動作情報設定部に設定される動作情報はインバータ装置の起動する順番を定めた起動順番情報であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気車用電源装置。
前記動作情報設定部に設定される動作情報はインバータ装置の起動する日付情報であり、起動時に奇数日または偶数日で起動するインバータ装置を異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の電気車用電源装置。
前記動作情報設定部に設定される動作情報は、インバータ装置の起動する時刻、インバータ装置の起動する曜日、各々のインバータ装置の動作回数のいずれかであることを特徴とする特徴とする請求項１または２に記載の電気車用電源装置。