JP6584869B2 - 電気車用電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電気車用電力変換装置に関する。

従来、鉄道車両などに搭載される電気車用の電力変換装置として、その主要部を、離線補償用コンデンサを含めて待機二重系にして構成されたものがあることが知られている。しかしながら、離線補償用コンデンサを設けることにより離線などにより生じる出力変動を低減させることができ、負荷への電力供給の信頼度を高めることができるが、搭載される電気車のスペースに制約があることから、更なる小型化が要請される場合があった。

特開２００２−１９１１０２号公報 特開２００６−０７４９１６号公報

本発明が解決する課題は、電力変換装置の信頼度を高めつつ、小型化を実現することができる電気車用電力変換装置を提供することである。

実施形態の電気車用電力変換装置は、複数の電力変換部と、複数のコンデンサと、接触器と、制御部と、入力系統切替器とを持つ。複数の電力変換部は、直流電力が供給される電源側と負荷側とを共通にするように冗長化されて、前記負荷側に供給する電力を生成する。複数のコンデンサは、前記複数の電力変換部のそれぞれに対応させて、前記電力変換部の入力側に設けられる。接触器は、前記複数の電力変換部のうち一部と前記複数のコンデンサとを接続する。制御部は、前記複数の電力変換部のうちから稼働状態にする電力変換部を選択し、前記選択した電力変換部と前記複数のコンデンサとを接続させるように前記接触器を制御する。入力系統切替器は、前記電力変換部の電源側に設けられ、電源側と電力変換部との接続を切替える。前記制御部は、前記選択された電力変換部が前記電源側に接続されるように前記入力系統切替器を制御する。

第１の実施形態の電力変換装置１０１を搭載した電気車システム１００を示す図。 第１の実施形態の電力変換装置１０１のタイミングチャート。 第２の実施形態の電力変換装置１０１を搭載した電気車システム１００を示す図。 第２の実施形態の電力変換装置１０１のタイミングチャート。 第３の実施形態の電力変換装置１０１を搭載した電気車システム１００を示す図。 第４の実施形態の電力変換装置１０１を搭載した電気車システム１００を示す図。 第５の実施形態の電力変換装置１０１Ａを搭載した電気車システム１００Ａを示す図。 比較例の電力変換装置１０１Ｂを搭載した電気車システム１００Ｂを示す図。

以下、実施形態の電気車用電力変換装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態の電力変換装置１０１を搭載した電気車システム１００の概略構成図である。電力変換装置１０１が搭載された電気車（鉄道車両）は、直流電力の供給源である架線Ｐに集電器１が接触することにより、架線Ｐから電力の供給を受けて線路Ｒ上を走行する。同図では、電気車の車輪Ｗを駆動するのに必要な電力を生成する電力変換装置については図示しておらず、空調装置等のより低電圧な装置に電力を供給するための構成を示している。

電気車システム１００は、主要な構成要素として、集電器１と、接触器２と、リアクトル３と、電力変換装置１０１とを備える。電気車システム１００は、更に、負荷側設備１０２を含めて構成してもよい。

負荷側設備１０２は、電力変換装置１０１から交流の電力が供給される設備である。負荷側設備１０２は、電力変換装置１０１に、常時接続されているものでもよく、使用する際に接続されるものでもよい。例えば、負荷側設備１０２には、電源電圧の変動を低減するフィルタ部１３と、変圧器１４と、交流電力を消費する負荷２０とが含まれる。電力変換装置１０１は、集電器１により架線Ｐに接続され、車輪Ｗにより線路Ｒに接続される。電力変換装置１０１が架線Ｐ側から直流電力の供給を受ける状態において、負荷２０を含む負荷側設備１０２には、電力変換装置１０１から交流電力が供給される。

集電器１は、架線Ｐから直流電力を取得する。接触器２とリアクトル３は、集電器１と電力変換装置１０１との間に直列に接続される。接触器２は、制御された条件のもとで電力変換装置１０１への直流電力の出力を遮断する。リアクトル３は、架線Ｐから取得する直流電力の電圧変動を低減させるフィルタの役割を担う。

電力変換装置１０１は、例えば、１系の構成として、充電接触器４−１と、主回路接触器５−１と、充電抵抗器６−１と、放電抵抗器７−１と、放電接触器８−１と、コンデンサ接触器９−１（接触器）と、コンデンサ１０−１と、インバータ１１−１（電力変換部）と、を備える。それぞれの接続関係は、リアクトル３に充電接触器４−１の一端と主回路接触器５−１の一端とが接続されている。主回路接触器５−１の他端には、放電抵抗器７−１の一端が接続される。放電抵抗器７−１の他端には、接地された放電接触器８−１が接続される。充電接触器４−１の他端には充電抵抗器６−１の一端が接続され、充電抵抗器６−１の他端が、放電抵抗器７−１と放電接触器８−１との接続点に接続されている。主回路接触器５−１の他端には、コンデンサ接触器９−１の一端が接続される。コンデンサ接触器９−１の他端には、接地されたコンデンサ１０−１が接続される。さらに、インバータ１１−１の入力端子の一方が、主回路接触器５−１の他端に接続され、同入力端子の他方が車輪Ｗを介して接地される。
電力変換装置１０１は、例えば、２系の構成として、充電接触器４−２と、主回路接触器５−２と、充電抵抗器６−２と、放電抵抗器７−２と、放電接触器８−２と、コンデンサ接触器９−２（接触器）と、コンデンサ１０−２と、インバータ１１−２（電力変換部）と、を備える。上記の２系の構成は、例えば、前述の１系の構成と同様に構成する。なお、コンデンサ１０−１とコンデンサ１０−２は、接続線Ｌにより接続される。
電力変換装置１０１は、例えば、冗長構成をとらない共通部として、出力側系統切替器１２と、制御装置１５と、検出部１９とを備える。

コンデンサ１０−１とコンデンサ１０−２は、前述のリアクトル３との組み合わせることにより、架線Ｐから取得されてインバータ１１に供給される直流電力の電圧変動を低減させるフィルタの役割を担う。コンデンサ１０−１とコンデンサ１０−２は、インバータ１１−１とインバータ１１−２のそれぞれに対応させて、インバータ１１−１とインバータ１１−２の入力側に設けられている。以下の説明で、コンデンサ１０−１とコンデンサ１０−２の何れかを特定しない場合、または、双方を纏めていう場合に、コンデンサ１０という。

主回路接触器５−１と主回路接触器５−２（入力系統切替器）は、コンデンサ１０−１とコンデンサ１０−２に直列に設けられ、流入する電流を導通または遮断する。主回路接触器５−１と主回路接触器５−２は、組を成し、制御部１５からの制御により、電源側と選択されたインバータ１１とを接続する。

充電接触器４−１と充電抵抗器６−１は、１系の充電回路２４−１に含まれる。充電接触器４−２と充電抵抗器６−２は、充電回路２４−２に含まれる。充電回路２４−１と充電回路２４−２は、電源投入時などにコンデンサ１０への突入電流を低減する。例えば、電源投入時に、充電接触器４−１とコンデンサ接触器９−１とを導通状態とし、主回路接触器５−１を遮断状態とすることで、コンデンサ１０には充電抵抗器６−１を介して電力供給が行われ、コンデンサ１０への突入電流を低減する。

放電抵抗器７−１と放電接触器８−１は、１系の放電回路２７−１に含まれる。放電抵抗器７−２と放電接触器８−２は、２系の放電回路２７−２に含まれる。放電回路２７−１と放電回路２７−２は、コンデンサ１０に蓄えられた電荷を放出する。例えば、過電圧となったときに、放電接触器８−１とコンデンサ接触器９−１とを導通状態とすることで、放電回路２７−１は、コンデンサ１０に蓄えられた電荷を放出する。

インバータ１１−１とインバータ１１−２（複数の電力変換部）は、直流電力が供給される電源側と負荷側設備１０２（負荷側）とを共通にするように冗長化されて、負荷側設備１０２に供給する電力を生成する。なお、直流電力が供給される電源側とは、架線Ｐと集電器１と接触器２とリアクトル３などを含む。インバータ１１−１とインバータ１１−２は、例えば、電源側などからの直流電力をＰＷＭ制御などにより交流電力に変換する。以下の説明で、インバータ１１−１とインバータ１１−２の何れかを特定しない場合、または、双方を纏めていう場合に、インバータ１１という。

コンデンサ接触器９−１（接触器）とコンデンサ接触器９−２（接触器）は、制御部１５からの制御により、インバータ１１−１とインバータ１１−２に複数のコンデンサ１０を接続する。以下の説明で、コンデンサ接触器９−１とコンデンサ接触器９−２の何れかを特定しない場合、または、双方を纏めていう場合に、コンデンサ接触器９という。

出力側系統切替器１２は、制御部１５からの制御により、３極のＣ接点を連動させて、インバータ１１−１の電力またはインバータ１１−２の電力を出力させるように切替える。

制御部１５は、接触器２、検出部１９、インバータ１１等の各部に接続され、それぞれから情報を取得する。そして制御部１５は、各種検知器が検知した情報、上記の各部の状態などの情報に基づいて電力変換装置１０１のシーケンス動作を制御する。

制御部１５は、インバータ１１−１とインバータ１１−２のうちから稼働状態にするインバータ１１を選択し、選択したインバータ１１と複数のコンデンサ１０とを接続させるように制御する。
また、制御部１５は、選択されたインバータ１１が電源側に接続されるように制御する。

なお、上記の充電接触器４−１と主回路接触器５−１とが例えばａ接点で構成され、放電接触器８−１とコンデンサ接触器９−１とが例えばｂ接点で構成され、それぞれが制御部１５からの制御により導通状態が制御される。

電力変換装置１０１の内部で１系と２系とを繋ぐ接続として、コンデンサ接触器９−１の他端とコンデンサ接触器９−２の他端同士、すなわちコンデンサ１０−１の正極とコンデンサ１０−２の正極同士を繋ぐ接続線Ｌがあり、接続線Ｌによって固定的に接続される。なお、接続線Ｌは、そのインピーダンス値が低くなるように構成するとよい。

図２は、第１の実施形態の電力変換装置１０１のタイミングチャートである。

同図には、遮断器２、出力側系統切替器１２、主回路接触器５−１、コンデンサ接触器９−１、充電器接触器４−１、コンデンサ１０−１、インバータ１１−１、主回路接触器５−２、コンデンサ接触器９−２、充電器接触器４−２、コンデンサ１０−２、インバータ１１−２のそれぞれの状態が示されている。

この図の初期段階では、１系を稼働系として駆動させて、２系を待機系として停止させた状態にある。より具体的には、例えば、遮断器２の回路を閉じた状態（「閉」）、出力側系統切替器１２の接続先を１系とする状態、主回路接触器５−１とコンデンサ接触器９−１のそれぞれの回路を閉じた状態（「閉」）、充電器接触器４−１の回路を開いた状態（「開」）、コンデンサ１０−１が所望の電圧（Ｈ）に充電され、インバータ１１−１が「駆動」状態にある。また、２系は、主回路接触器５−２とコンデンサ接触器９−２と充電器接触器４−２のそれぞれの回路を開いた状態（「開」）、コンデンサ１０−２が所望の電圧（Ｈ）に充電され、インバータ１１−２が「停止」状態にある。
なお、コンデンサ１０−１とコンデンサ１０−２の電圧は、検出器１９により検出され、例えば、制御部１５が予め定められた閾値に基づいて、検出された電圧を判定する。

時刻ｔ１１において１系に故障が生じると、時刻ｔ１２に遮断器２が遮断される（「開」）。それとともに、制御部１５は、主回路接触器５−１の回路を開き（「開」）、インバータ１１−１の動作を停止させて、電力変換装置１０１からの出力を止める。電力変換装置１０１からの出力を止めた後に系を切り換える。例えば、時刻ｔ１３において、制御部１５は、出力側系統切替器１２の接続先を２系に切替えて、コンデンサ接触器９−１の回路を開き（「開」）、コンデンサ接触器９−２の回路を閉じる（「閉」）。時刻ｔ１４において、制御部１５は、充電器接触器４−２の回路を閉じる（「閉」）。コンデンサ１０−１およびコンデンサ１０−２の充電がインバータ１１−２を動作させるのに十分であると制御部１５が判断した後の時刻ｔ１５において、制御部１５は、主回路接触器５−２の回路を閉じて（「閉」）、インバータ１１−２の動作を「駆動」状態にする。時刻ｔ１６において、制御部１５は、充電器接触器４−２の回路を開く（「開」）。
以上に示した動作により、１系が待機系に２系が稼働系に遷移する。

上記の時刻ｔ１１から時刻ｔ１６までに説明したとおり、１系に故障が生じたことにより、２系を稼働系に切替えることができる。同様に２系を稼働系として動作させている状態で、２系に故障が生じたときには、図２の時刻ｔ２１から時刻ｔ２６のタイムチャートに従って動作させることで、１系を稼働系に切替えることが可能である。なお、時刻ｔ２１から時刻ｔ２６までの説明は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１６までに説明を参照して１系と２系の説明を入れ替えるものとし、説明は省略する。

第１の実施形態においては、図２に示す通り、制御部１５は、稼働系が１系のときはコンデンサ接触器９−１が閉じ、コンデンサ接触器９−２が開くように制御する。また、稼働系が２系のときはフィルタコンデンサ接触器９−１が開き、フィルタコンデンサ接触器９−２が閉じる動作を行う。
さらに、故障時の系切替の際は稼働系（１系とする）のインバータ１１−１を停止し、出力を止めたのち、フィルタコンデンサ接触器９−１と充電回路部の主回路接触器５−１を開き、出力部切替接触器１２を２系側へ切り替え、フィルタコンデンサ接触器９−２を閉じ、充電接触器４−２を閉じ、フィルタコンデンサ１０−１およびフィルタコンデンサ１０−２の充電がインバータ１１−２を動作させるのに十分であると判断した後に主回路接触器５−２を閉じると同時にインバータ１１−２を動作開始し、充電接触器４−２を開く。２系から１系への系切替の際は系を読み替えた動作となる。

ここで、図８を参照して、電力変換装置の比較例として、離線補償用コンデンサを備え、離線補償用コンデンサを含めて主要部を待機二重系にして構成した電源変換装置１０１Ｂについて説明する。図８は、比較例の電力変換装置１０１Ｂを搭載した電気車システム１００Ｂを示す図である。電源変換装置１０１Ｂは、離線などにより生じる瞬停時の出力変動を低減させるために、インバータ１１−１（１１−２）の１次側に設けたコンデンサ１０−１（１０−２）の容量を補う離線補償用コンデンサ１７−１（１７−２）を当該コンデンサ１０−１（１０−２）に並列に設けている。このような構成では、例えば、コンデンサ１０−１と離線補償用コンデンサ１７−１とを稼働系とすれば、コンデンサ１０−２と離線補償用コンデンサ１７−１とが待機系になる。コンデンサ１０−２と離線補償用コンデンサ１７−１は、待機系になっている期間は、放電状態におかれおり、電気車に搭載されていても、有効に利用されていない。コンデンサ１０−２と離線補償用コンデンサ１７−１の容積は、電力変換装置１０１Ｂの容積に占める割合も高く、電力変換装置１０１Ｂの容積を決定する要因となっている。

上記のとおり、第１の実施形態による電力変換装置１０１は、使用されていなかった待機系のコンデンサ１０を稼働系の離線補償用コンデンサとして使用するにより、離線補償用のコンデンサを別途設ける必要が無く構成する。電力変換装置１０１は、例えば、１系を稼働系にしている場合、コンデンサ１０−２を利用することにより、専用の離線補償用コンデンサを設けた場合と同様の効果を得ることができる。電力変換装置１０１は、電力変換装置１０１の信頼度を高めつつ、コンデンサ部の小型化、ひいては、電気車システム１００並びに電力変換装置１０１の小型化を実現することを可能にする。
また、電力変換装置１０１は、系切替の際にコンデンサ１０に蓄えられた電荷を放電してから、系を切替える必要が無いため、系切替後のコンデンサ１０の充電時間を短縮でき、その結果として系切替時間を短縮することできる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図３は、第２の実施形態の電力変換装置１０１を搭載した電気車システム１００を示す図である。なお、図１と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第１の実施形態とは、充電回路と入力部の系切替器が異なる。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
第２の実施形態の電力変換装置１０１は、充電回路２４が系統ごとに設けられたものではなく、冗長構成をとらない共通部として構成される点と、それに付随して入力系統切替器１６−１および入力系統切替器１６−２がインバータ１１−１およびインバータ１１−２それぞれの入力部に備わっている点とが第１の実施形態と異なる。なお、入力系統切替器１６−１および入力系統切替器１６−２が一体化した構成も同様に扱える。

同図に示す電力変換装置１０１は、例えば、１系の構成として、コンデンサ接触器９−１（接触器）と、コンデンサ１０−１と、インバータ１１−１（電力変換部）と、入力系統切替器１６−１とを備える。
電力変換装置１０１は、例えば、２系の構成として、コンデンサ接触器９−２（接触器）と、コンデンサ１０−２と、インバータ１１−２（電力変換部）と、入力系統切替器１６−２とを備える。上記の２系の構成は、例えば、前述の１系の構成と同様に構成する。
電力変換装置１０１は、例えば、冗長構成をとらない共通部として、充電接触器４と、主回路接触器５と、充電抵抗器６と、放電抵抗器７と、放電接触器８と、出力側系統切替器１２と、制御装置１５と、検出部１９とを備える。
上記の充電接触器４と、主回路接触器５と、充電抵抗器６と、放電抵抗器７と、放電接触器８とは、前述の充電接触器４−１と、主回路接触器５−１と、充電抵抗器６−１と、放電抵抗器７−１と、放電接触器８−１とに相当する。

充電接触器４と充電抵抗器６は、充電回路２４に含まれる。充電回路２４は、電源投入時などにコンデンサ１０への突入電流を低減する。例えば、充電接触器４とコンデンサ接触器９−１と、入力系統切替器１６−１（入力系統切替器）とが導通状態にあり、主回路接触器５が遮断状態にある場合に、コンデンサ１０への突入電流を低減する。
放電抵抗器７と放電接触器８は、放電回路２７に含まれる。放電回路２７は、コンデンサ１０に蓄えられた電荷を放出する。例えば、放電接触器８とコンデンサ接触器９と入力系統切替器１６−１（入力系統切替器）とが導通状態にある場合に、放電回路２７は、コンデンサ１０に蓄えられた電荷を放出する。

電力変換装置１０１は、充電回路２４を両方の系で共用するため、第１の実施形態における充電回路２４の１系として機能した場合と２系として機能した場合を併せたものとなる。電力変換装置１０１は、出力部系切替器１２の切替と同じタイミングで入力部系切替器１６−１および入力部系切替器１６−２の状態を切り換える。例えば、電力変換装置１０１の制御部１５は、入力部系切替器１６−１および入力部系切替器１６−２のうち稼働系のものを閉じて、待機系のものを開くように制御する。

図４は、第２の実施形態の電力変換装置１０１のタイミングチャートである。

同図には、遮断器２、出力側系統切替器１２、主回路接触器５、コンデンサ接触器９−１、充電器接触器４、コンデンサ１０−１、インバータ１１−１、入力部接触器１６−１、入力部接触器１６−２、コンデンサ接触器９−２、コンデンサ１０−２、インバータ１１−２のそれぞれの状態が示されている。

この図の初期段階では、１系を稼働系として駆動させて、２系を待機系として停止させた状態にある。より具体的には、例えば、遮断器２の回路を閉じた状態（「閉」）、出力側系統切替器１２の接続先を１系とする状態、主回路接触器５とコンデンサ接触器９−１のそれぞれの回路を閉じた状態（「閉」）、充電器接触器４−１の回路を開いた状態（「開」）、コンデンサ１０−１が所望の電圧（Ｈ）に充電され、インバータ１１−１が「駆動」状態、入力部接触器１６−１の回路を閉じた状態（閉）にある。また、２系は、入力部接触器１６−２とコンデンサ接触器９−２のそれぞれの回路を開いた状態（「開」）、コンデンサ１０−２が所望の電圧（Ｈ）に充電され、インバータ１１−２が「停止」状態にある。
時刻ｔ１１において１系に故障が生じると、時刻ｔ１２に遮断器２が遮断される（「開」）る。それとともに、制御部１５は、主回路接触器５の回路を開き（「開」）、インバータ１１−１の動作を停止させて、電力変換装置１０１からの出力を止める。電力変換装置１０１からの出力を止めた後に系を切り換える。例えば、時刻ｔ１３において、制御部１５は、出力側系統切替器１２の接続先を２系に切替えて、コンデンサ接触器９−１の回路を開き（「開」）、コンデンサ接触器９−２の回路を閉じ（「閉」）、入力部接触器１６−１を開き（「開」）、入力部接触器１６−２を閉じる（「閉」）。時刻ｔ１４において、制御部１５は、充電器接触器４の回路を閉じる（「閉」）。コンデンサ１０−１およびコンデンサ１０−２の充電がインバータ１１−２を動作させるのに十分であると制御部１５が判断した後の時刻ｔ１５において、制御部１５は、主回路接触器５の回路を閉じて（「閉」）、インバータ１１−２の動作を「駆動」状態にする。時刻ｔ１６において、制御部１５は、充電器接触器４の回路を開く（「開」）。
以上に示した動作により、１系が待機系に２系が稼働系に遷移する。

上記の時刻ｔ１１から時刻ｔ１６までに説明したとおり、１系に故障が生じたことにより、２系を稼働系に切替えることができる。同様に２系を稼働系として動作させている状態で、２系に故障が生じたときには、図２の時刻ｔ２１から時刻ｔ２６のタイムチャートに従って動作させることで、１系を稼働系に切替えることが可能である。なお、時刻ｔ２１から時刻ｔ２６までの説明は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１６までに説明を参照して１系と２系の説明を入れ替えるものとし、説明は省略する。

以上説明した第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するのに加え、充電回路２４を２つの系統で共用するように構成し、それに応じて入力部の系切替器を追加したことにより、充電回路２４の構成を簡素化して小型化できる。また、第２の実施形態によれば、充電回路を１系統した持たないため、充電部の動作が１系と２系で共通となり、充電接触器４を駆動するために必要とされる制御リレーの個数を削減することができ、シーケンス制御を簡素化することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図５は、第３の実施形態の電力変換装置１０１を搭載した電気車システム１００を示す図である。なお、図１と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第１の実施形態とは、コンデンサ接触器９を連動接点にした点が異なる。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
第３の実施形態における電力変換装置１０１は、コンデンサ接触器９−１およびコンデンサ接触器９−２の接点を連動させる点が第１の実施形態と異なる。
コンデンサ接触器９−１およびコンデンサ接触器９−２は、共通する筐体に設けられ、１つの制御信号に基づいて各接点が連動するように構成されている。制御部１５は、コンデンサ接触器９−１およびコンデンサ接触器９−２の切替制御を、１つの制御信号を用いて行う。

（作用）
コンデンサ接触器９−１およびコンデンサ接触器９−２の接点が連動接点であることから、制御部１５は、系切替時に、１つの制御信号を用いてコンデンサ１０−１およびコンデンサ１０−２の接続先の切替を同時に行う。

以上説明した第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するのに加え、コンデンサ接触器９−１およびコンデンサ接触器９−２の接点を連動接点にしたことにより、１つの制御信号を用いて制御することができる。この結果、第３の実施形態によれば、コンデンサ接触器９を駆動するために必要とされる制御リレーの個数を削減することができ、シーケンス制御を簡素化することができる。

（第３の実施形態の変形例）
第３の実施形態の構成であれば、コンデンサ接触器９−１およびコンデンサ接触器９−２の負極側は、接続されており同電位になる。このような場合には、コンデンサ接触器９をＣ接点の接触器を用いることで１接点化した構成にしてもよい。
このような変形例も、第３の実施形態と同様に扱うことができ、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図６は、第４の実施形態の電力変換装置１０１を搭載した電気車システム１００を示す図である。なお、図１と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第１の実施形態とは、コンデンサ接触器９と出力側系統切替器１２とを一体化して連動接点にした点が異なる。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
第４の実施形態における電力変換装置１０１は、コンデンサ接触器９−１およびコンデンサ接触器９−２の接点と、出力側系統切替器１２を一体化して連動させる点が第１の実施形態と異なる。
コンデンサ接触器９−１とコンデンサ接触器９−２と出力側系統切替器１２とは、共通する筐体に設けられ、１つの制御信号に基づいて各接点が連動するように構成されている。制御部１５は、コンデンサ接触器９−１とコンデンサ接触器９−２と出力側系統切替器１２の切替制御を、１つの制御信号を用いて行う。
本実施形態の生後部１５は、コンデンサ接触器９−１の開閉状態とコンデンサ接触器９−２の開閉状態との切り換えと、出力側系統切替器１２の系切替とを連動するように制御する。

（作用）
コンデンサ接触器９−１とコンデンサ接触器９−２と出力側系統切替器１２の接点が連動接点である。制御部１５は、系切替時に、１つの制御信号を用いてコンデンサ１０−１およびコンデンサ１０−２の接続先の切替と、出力側系統切替器１２の接続先の切替を同時に行う。

以上説明した第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するのに加え、コンデンサ接触器９−１とコンデンサ接触器９−２と出力側系統切替器１２との接点を連動接点にしたことにより、１つの制御信号を用いて制御することができる。この結果、第４の実施形態によれば、コンデンサ接触器９と出力側系統切替器１２とを駆動するために必要とされる制御リレーの個数を削減することができ、シーケンス制御を簡素化することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図７は、第５の実施形態の電力変換装置１０１Ａを搭載した電気車システム１００Ａを示す図である。なお、図１と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、第１の実施形態とは、電力変換装置１０１Ａが生成する電力が直流であり、負荷側設備１０２Ａに直流電力が供給される点が異なる。以下、その点について詳細に説明する。

なお、負荷側設備１０２Ａは、電力変換装置１０１Ａから直流の電力が供給される設備である。負荷側設備１０２Ａは、電力変換装置１０１Ａに、常時接続されているものでもよく、使用する際に接続されるものでもよい。例えば、負荷側設備１０２Ａには、電源電圧の変動を低減するフィルタ部１３Ａと、直流電力を消費する負荷２０Ａとが含まれる。電力変換装置１０１Ａは、集電器１により架線Ｐに接続され、車輪Ｗにより線路Ｒに接続される。電力変換装置１０１Ａが架線Ｐ側から直流電力の供給を受ける状態において、負荷２０Ａを含む負荷側設備１０２Ａには、電力変換装置１０１Ａから直流電力が供給される。

（構成）
第５の実施形態における電力変換装置１０１Ａは、インバータ１１−１とインバータ１１-２とに代えて、コンバータ１１Ａ−１（電力変換部）とコンバータ１１Ａ−１（電力変換部）とを備える点が異なる。電力変換装置１０１Ａは、更に、整流部１８−１と整流部１８−２を備えて構成してもよい。
コンバータ１１Ａ−１の入力端子の一方が、主回路接触器５−１の他端に接続され、同入力端子の他方が接地される。コンバータ１１Ａ−１は、入力端子間に供給される直流電力を電圧の異なる直流電力に変換し、変換により生成した電力が整流部１８−１を介して負荷側に供給される。
コンバータ１１Ａ−２についてもコンバータ１１Ａ−１と同様である。
なお、整流部１８−１と整流部１８−２を介して電力を供給する場合、出力側の系の切替は、コンバータ１１Ａ−１とコンバータ１１Ａ−１の出力電圧に基づいて、整流部１８−１と整流部１８−２によって実施される。
なお、電力変換装置１０１Ａが架線Ｐ側から直流電力の供給を受ける状態において、負荷２０Ａを含む負荷側設備１０２Ａには、電力変換装置１０１Ａから直流電力が供給される。

詳細な説明は省略するが、電力変換装置１０１Ａにおいても、系切替は前述の図２のタイミングチャートに記載のシーケンスで機能させることができる。なお、電力変換装置１０１Ａには、出力系統切換器１２が無く、図２に示す出力系統切換器１２の制御を不要とする。

以上説明した第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、電力変換装置１０１Ａは、使用されていなかった待機系のコンデンサ１０を稼働系の離線補償用コンデンサとして使用することにより、離線補償用のコンデンサを別途設ける必要が無く構成する。電力変換装置１０１Ａは、例えば、１系を稼働系にしている場合、コンデンサ１０−２を利用することにより、専用の離線補償用コンデンサを設けた場合と同様の効果を得ることができる。電力変換装置１０１Ａは、電力変換装置１０１Ａの信頼度を高めつつ、コンデンサ部の小型化、ひいては、電気車システム１００Ａ並びに電力変換装置１０１Ａの小型化を実現することを可能にする。
また、電力変換装置１０１Ａは、系切替の際にコンデンサ１０に蓄えられた電荷を放電してから、系を切替える必要が無いため、系切替後のコンデンサ１０の充電時間を短縮でき、その結果として系切替時間を短縮することできる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、直流電力が供給される電源側と負荷側とを共通にするように冗長化されて、前記負荷側に供給する電力を生成する複数のインバータ１１（電力変換部）と、複数のインバータ１１のそれぞれに対応させて、インバータ１１の入力側に設けられた複数のコンデンサ１０と、複数のインバータ１１のうち一部と複数のコンデンサ１０とを接続するコンデンサ接触器９と、複数のインバータ１１のうちから稼働状態にするインバータ１１を選択し、前記選択したインバータ１１と複数のコンデンサ１１とを接続させるようにコンデンサ接触器９を制御する制御部１５とを持つことにより、電力変換装置１０１の小型化を実現することができる電力変換装置１０１を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、電力変換装置１０１は、さらに、負荷側設備１０２のフィルタ部１３と変圧器１４の一部または全部を備えていてもよい。なお、電力変換装置１０１の構成に応じて、フィルタ部１３と変圧器１４との一部または全部を負荷２０が備えていてもよい。

上記各実施形態では、制御部１５はソフトウェア機能部であってもよく、ＬＳＩ等のハードウェア機能部であってもよい。

１００、１００Ａ…電気車システム、１０１、１０１Ａ…電力変換装置（電気車用電力変換装置）、１０２、１０２Ａ…負荷側設備、１…集電器、２…接触器、３…リアクトル、４、４−１、４−２…充電接触器、５、５−１、５−２…主回路接触器、６、６−１、６−２…充電抵抗器、７、７−１、７−２…放電抵抗器、８、８−１、８−２…放電接触器、９−１、９−２…コンデンサ接触器、１０−１、１０−２…コンデンサ、１１−１、１１−２…インバータ回路、１３、１３Ａ…フィルタ部、１４…変圧器、１５…制御部、１９…検知部、２０、２０Ａ…負荷、２４…充電回路、２７…放電回路、Ｐ…架線、Ｒ…線路、Ｗ…車輪

Claims (3)

1. 直流電力が供給される電源側と負荷側とを共通にするように冗長化されて、前記負荷側に供給する電力を生成する複数の電力変換部と、
   前記複数の電力変換部のそれぞれに対応させて、前記電力変換部の入力側に設けられた複数のコンデンサと、
   前記複数の電力変換部のうち一部と前記複数のコンデンサとを接続する接触器と、
   前記複数の電力変換部のうちから稼働状態にする電力変換部を選択し、前記選択した電力変換部と前記複数のコンデンサとを接続させるように前記接触器を制御する制御部と
   前記電力変換部の電源側に設けられ、電源側と電力変換部との接続を切替える入力系統切替器と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記選択された電力変換部が前記電源側に接続されるように前記入力系統切替器を制御する電気車用電力変換装置。
2. 直流電力が供給される電源側と負荷側とを共通にするように冗長化されて、前記負荷側に供給する電力を生成する複数の電力変換部と、
   前記複数の電力変換部のそれぞれに対応させて、前記電力変換部の入力側に設けられた複数のコンデンサと、
   前記複数の電力変換部のうち一部と前記複数のコンデンサとを接続する接触器と、
   前記複数の電力変換部のうちから稼働状態にする電力変換部を選択し、前記選択した電力変換部と前記複数のコンデンサとを接続させるように前記接触器を制御する制御部と、
   を備え、
   前記接触器は、
   前記複数の電力変換部のそれぞれの入力端子と前記電力変換部のそれぞれに対応させて設けられたコンデンサとの間に設けられた複数のコンデンサ接触器と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記複数のコンデンサ接触器の開閉状態の切替えを連動するように制御する電気車用電力変換装置。
3. 前記電力変換部の負荷側に設けられ、電力変換部と負荷側との接続を切替える出力側系統切替器を備え、
   前記制御部は、
   前記複数のコンデンサ接触器の開閉状態の切替えと、前記出力側系統切替器の系切替とを連動するように制御する請求項２記載の電気車用電力変換装置。

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