JP2020005424A - Driving system for railroad vehicle, active filter device in the system, and driving method for railroad vehicle - Google Patents

Driving system for railroad vehicle, active filter device in the system, and driving method for railroad vehicle Download PDF

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Abstract

To provide a preferable active filter device to a driving system for a railroad vehicle.SOLUTION: An active filter device 155 in a main operation state that is a state where an inverter 113 performs an operation for suppressing generated return wire noise current in a main circuit of a driving system for a railroad vehicle is transited to a stop state when a first kind of abnormality related to the active filter device is detected, but is transited to a standby-state that is a state of capable of being transited to the main operation state without performing start processing when a second kind of abnormality that is abnormality lighter than the first kind of abnormality related to the active filter device is detected.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、概して、鉄道車両用駆動システム及び同システムにおけるアクティブフィルタ装置、並びに、鉄道車両の駆動方法に関する。   The present invention generally relates to a drive system for a railway vehicle, an active filter device in the system, and a method for driving a railway vehicle.

鉄道車両用の駆動システムの主回路には、一般に、鉄道車両を駆動する電動機を負荷としたインバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサが設けられる。フィルタコンデンサとフィルタリアクトルとを含んだフィルタが、インバータから発生し帰線に出る高調波電圧である帰線ノイズ電流の増加を抑える。帰線ノイズ電流の増加を一層抑えるためのアクティブフィルタ装置が備えられることが好ましいと考えられる。アクティブフィルタ装置の一例として、例えば、特許文献1〜3に開示の装置が知られている。   In general, a main circuit of a drive system for a railway vehicle is provided with a filter reactor and a filter capacitor that suppress pulsation of a voltage generated when an inverter driven by an electric motor that drives the railway vehicle operates. A filter including a filter capacitor and a filter reactor suppresses an increase in a retrace noise current, which is a harmonic voltage generated from the inverter and returning to the retrace. It is considered preferable to provide an active filter device for further suppressing an increase in the retrace noise current. As an example of an active filter device, for example, devices disclosed in Patent Documents 1 to 3 are known.

特開平5-260662号公報JP-A-5-260662 特開2012-143095号公報JP 2012-143095 A 特開2014-147234号公報JP 2014-147234 A

一般に、アクティブフィルタ装置に関する異常が検出された場合には、アクティブフィルタ装置は停止状態とされると考えられる。なぜなら、アクティブフィルタ装置に関する異常があると、帰線ノイズ電流の増加を抑える性能が低下すると考えられ、故に、異常が検出されてもメイン動作(インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制する動作)が継続されると、帰線ノイズ電流が増加し得るからである。   Generally, when an abnormality relating to the active filter device is detected, the active filter device is considered to be in a stopped state. This is because, if there is an abnormality related to the active filter device, the performance of suppressing an increase in the retrace noise current is considered to be reduced. Therefore, even if an abnormality is detected, the main operation (operation to suppress the retrace noise current generated by the inverter) is performed. Is continued, the retrace noise current can increase.

しかし、本願発明者が、鉄道車両用駆動システムのアクティブフィルタ装置について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。すなわち、鉄道車両用駆動システムに関して、アクティブフィルタ装置に関する異常が検出された場合に一律にアクティブフィルタ装置を停止状態とすることは好ましくないと考えられる。1つの理由として、鉄道車両が移動体であることが挙げられる。具体的には、例えば、鉄道車両の走行中に、アクティブフィルタ装置を一旦停止状態としその後に起動処理を経て再びメイン動作を行わせるようにするためには、走行している鉄道車両を止める必要が生じ得るが、そのようなことを行うことは好ましくない。   However, as a result of the inventor of the present application diligently examining the active filter device of the drive system for a railway vehicle, the following findings have been obtained. That is, it is considered undesirable to uniformly stop the active filter device when an abnormality related to the active filter device is detected in the railway vehicle drive system. One reason is that the railcar is a moving object. Specifically, for example, during traveling of a railway vehicle, it is necessary to stop the traveling railway vehicle in order to temporarily stop the active filter device and then perform the main operation again after starting processing. Can occur, but doing so is not preferred.

特許文献1〜3には、上述した通り、アクティブフィルタ装置が開示されているが、鉄道車両用駆動システムのアクティブフィルタ装置についての上記課題(知見)を解決する技術は、開示も示唆もされていない。   Patent Documents 1 to 3 disclose an active filter device as described above. However, techniques for solving the above-described problems (knowledge) regarding the active filter device of the drive system for a railway vehicle are both disclosed and suggested. Absent.

従って、本発明の目的は、鉄道車両用駆動システムに好ましいアクティブフィルタ装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an active filter device which is preferable for a drive system for a railway vehicle.

アクティブフィルタ装置は、鉄道車両用駆動システムの主回路におけるインバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制する動作を行う状態であるメイン動作状態において、アクティブフィルタ装置に関する第1種の異常が検出された場合には、停止状態に遷移するが、アクティブフィルタ装置に関して第1種の異常よりも軽度の異常である第2種の異常が検出された場合には、起動処理を行うこと無しにメイン動作状態へ遷移可能な状態であるスタンバイ状態に遷移する。   When a first type of abnormality relating to the active filter device is detected in the main operation state in which the active filter device performs an operation of suppressing a retrace noise current generated by the inverter in the main circuit of the railway vehicle drive system. Transitions to a stop state, but when a second type of abnormality, which is a milder abnormality than the first type of abnormality, is detected with respect to the active filter device, the main operation state is entered without performing the startup process. The state transits to the standby state, which is a transitable state.

軽度の異常のままアクティブフィルタがメイン動作を行うと、アクティブフィルタからノイズを発生させてしまうおそれがあるが、停止状態となると、起動処理を経てメイン動作状態となるため、アクティブフィルタの復帰が遅くなる。そこで、軽度の異常が検出された場合には、メイン動作を行わず迅速にメイン動作状態へと遷移可能な状態であるスタンバイ状態へと遷移するため、アクティブフィルタからノイズを出さず且つ迅速な復帰ができる。本発明によれば、鉄道車両用駆動システムに好ましいアクティブフィルタ装置が提供される。   If the active filter performs the main operation with a slight abnormality, noise may be generated from the active filter.However, when the active filter is stopped, the active filter returns to the main operation state through a start-up process. Become. Therefore, when a minor abnormality is detected, the state is shifted to the standby state, which is a state in which the state can be quickly shifted to the main operation state without performing the main operation. Can be. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the active filter apparatus preferable for a drive system for railway vehicles is provided.

実施例1に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to a first embodiment. 図1におけるAF(アクティブフィルタ)の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an AF (active filter) in FIG. 1. AFの状態遷移図である。FIG. 4 is a state transition diagram of AF. AFのメイン動作状態において検出された異常の種類に応じた処理を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing a process according to the type of abnormality detected in the main operation state of the AF. AF起動からメイン動作までに関する制御のタイミングチャートである。6 is a timing chart of control from AF start to main operation. メイン動作期間において交流電流センサの出力電圧に差が生じた場合のAFのタイミングチャートの一例である。7 is an example of an AF timing chart when a difference occurs in the output voltage of the AC current sensor during a main operation period. メイン動作期間において主回路で過電流が発生した場合のAFのタイミングチャートである。5 is an AF timing chart when an overcurrent occurs in a main circuit during a main operation period. 実施例2に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system according to a second embodiment. 実施例3に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system according to a third embodiment. 実施例4に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to a fourth embodiment.

以下の実施例の説明においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施例に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施例の説明において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特性の数以上でも以下でもよい。   In the following description of the embodiments, where necessary for convenience, the description will be made by dividing into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, and one is the other. In some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following description of the embodiments, the number of elements (including the number, numerical value, amount, range, etc.) is referred to, particularly when the number is explicitly specified, and when the number is limited to a specific number in principle. However, the number is not limited to the specific number, and may be more or less than the number of characteristics.

さらに、以下の実施例の説明において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施例の説明において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値及び範囲についても同様である。   Further, in the following description of the embodiments, the constituent elements (including element steps, etc.) are not necessarily essential unless otherwise specified or considered to be essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following description of the embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, and the like of the components and the like, unless otherwise specified, and in principle, it is considered that it is clearly not the case, etc. It shall include those similar or similar to the shape and the like. This is the same for the above numerical values and ranges.

実施例1に係る駆動システム及びそれを用いた鉄道車両について、図1から図5を用いて説明する。   First Embodiment A drive system according to a first embodiment and a railway vehicle using the same will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

図1は、実施例1に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of the railway vehicle drive system according to the first embodiment.

鉄道車両用駆動システムは、鉄道車両を駆動する1又は複数の主電動機101(本実施例では、IM1〜IM4)を駆動する。鉄道車両用駆動システムは、IM1〜IM4を含んでも含まなくてもよい。鉄道車両用駆動システムは、架線102(言い換えれば、パンタグラフ50(以下、PAN))からの直流電力を交流電力に変換してIM1〜IM4へ出力する主回路100と、主回路100のP側(High側)と磁気結合されているアクティブフィルタ装置155(以下、AF)と、AFや主回路100等を制御する制御論理部150(制御装置の一例)とを有する。   The railway vehicle drive system drives one or more main motors 101 (IM1 to IM4 in this embodiment) that drive the railway vehicle. The railway vehicle drive system may or may not include IM1 to IM4. The railway vehicle drive system includes a main circuit 100 that converts DC power from an overhead line 102 (in other words, a pantograph 50 (hereinafter, referred to as PAN)) into AC power and outputs the AC power to IM1 to IM4; An active filter device 155 (hereinafter, referred to as AF) magnetically coupled to the high-side (High side) and a control logic unit 150 (an example of a control device) that controls the AF, the main circuit 100, and the like.

主回路100が、架線102(PAN)からの架線電圧(例えば直流1500V)と主回路100とを電気的に切り離すための主スイッチ111(以下、MS)と、アース側と主回路100とを電気的に切り離すための接地スイッチ112(以下、GS)と、インバータ113(以下、INV)側で過電流(事故電流)が発生したときにその過電流を遮断する高速度遮断器190(以下、HB)と、INVが動作不良となった場合の主回路100を開放するための1又は複数の断流器115(本実施例では、2つの断流器115であるLB1及びLB2)とを有する。また、主回路100は、電圧計116(以下、DCPT1)と、電圧計117(以下、DCPT2)と、放電抵抗118(以下、DCHRe)と、放電用スイッチ119(以下、DS)と、過電圧放電用素子120(以下、OVTr)と、放電抵抗121(以下、OVRe)と、フィルタリアクトル122(以下、FL1)と、フィルタコンデンサ124(以下、FC)と、コンタクタ125(以下、AFK)と、INV(第1のインバータの一例)とを有する。また、主回路100は、LB2と並列に接続された充電抵抗148(以下、CHRe)を有する。   The main circuit 100 includes a main switch 111 (hereinafter, referred to as MS) for electrically separating the overhead circuit voltage (for example, DC 1500 V) from the overhead line 102 (PAN) from the main circuit 100, and electrically connects the ground side and the main circuit 100 to each other. And a high-speed circuit breaker 190 (hereinafter, HB) that cuts off the overcurrent when an overcurrent (accident current) occurs on the inverter 113 (hereinafter, INV) side. ) And one or a plurality of disconnectors 115 (in this embodiment, two disconnectors 115, LB1 and LB2) for opening the main circuit 100 when the INV malfunctions. The main circuit 100 includes a voltmeter 116 (hereinafter, DCPT1), a voltmeter 117 (hereinafter, DCPT2), a discharge resistor 118 (hereinafter, DCHRe), a discharge switch 119 (hereinafter, DS), an overvoltage discharge Element 120 (hereinafter, OVTr), discharge resistor 121 (hereinafter, OVRe), filter reactor 122 (hereinafter, FL1), filter capacitor 124 (hereinafter, FC), contactor 125 (hereinafter, AFK), INV (An example of a first inverter). Further, the main circuit 100 has a charging resistor 148 (hereinafter, CHRe) connected in parallel with LB2.

INVは、IM1〜IM4を負荷としPANからの直流電力を交流電力に変換する。INVは、1つの素子群から構成されており、当該素子群が、複数(又は1つ)の素子ユニット140(本実施例では、3つの素子ユニットA〜C)を有する。各素子ユニット140は、1又は複数の半導体スイッチ素子を有する。INVは、半導体スイッチ素子で2レベルあるいは3レベル回路を構成し、直流電力を三相の可変周波数及び可変電圧に変換する一般的なインバータでよい。なお、INVの負荷となるIM1〜IM4の各々も、一般的な電動機(例えば同期電動機)でよい。   The INV converts DC power from the PAN into AC power using IM1 to IM4 as loads. The INV includes one element group, and the element group includes a plurality (or one) of the element units 140 (three element units A to C in this embodiment). Each element unit 140 has one or more semiconductor switch elements. INV may be a general inverter that forms a two-level or three-level circuit with semiconductor switch elements and converts DC power into three-phase variable frequency and variable voltage. Note that each of the IM1 to IM4 serving as the load of the INV may be a general motor (for example, a synchronous motor).

FL1及びFCは、LB1及びLB2とINVとの間に介在しINVを動作する際に発生する電圧の脈動を抑える。   FL1 and FC are interposed between LB1 and LB2 and INV to suppress voltage pulsation generated when INV is operated.

AFKは、AFとそれの図示しない電源(以下、AF電源)とに接続されている。AFKがオンとなると、AF電源からの電力がAFK通じてAFに提供される。なお、AF電源は、図示しないが、主回路100の外部電源(例えば、PANからの電力に基づく電源、又は、別の電源)である。   The AFK is connected to the AF and a power supply (not shown) of the AF (hereinafter, an AF power supply). When the AFK is turned on, power from the AF power supply is provided to the AF through the AFK. Although not shown, the AF power supply is an external power supply of the main circuit 100 (for example, a power supply based on power from PAN or another power supply).

制御論理部150は、プログラムがプロセッサによって実行されることで実現されてもよいし、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなハードウェア回路によって実現されてもよい。制御論理部150は、AFK、AF及びHB等の動作を制御する。例えば、最初にFCを充電するため、制御論理部150は、HB及びLB1をオンする(LB2はオフの状態)。PANからHB、LB1、CHRe及びFL1経由でFCが充電される。FCの充電完了後、制御論理部150は、LB2をオンする。これにより、PANからINVに至る直流電流経路が導通する。INVが動作すると、IM1〜IM4が動作し、鉄道車両は走行する。地絡事故等により生じた事故電流(過電流)が制御論理部150により検出された場合、HBのセルフトリップ機能によりPANと主回路が電気的に切断され、その後制御論理部150は、LB1及びLB2をオフすることで電流経路を遮断する。   The control logic unit 150 may be realized by executing a program by a processor, or may be realized by a hardware circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array). . The control logic unit 150 controls operations such as AFK, AF, and HB. For example, to charge the FC first, the control logic unit 150 turns on HB and LB1 (LB2 is off). FC is charged from PAN via HB, LB1, CHRe and FL1. After the charging of the FC is completed, the control logic unit 150 turns on LB2. As a result, the DC current path from PAN to INV conducts. When INV operates, IM1 to IM4 operate, and the railway vehicle runs. When a fault current (overcurrent) caused by a ground fault or the like is detected by the control logic unit 150, the PAN and the main circuit are electrically disconnected by the self-trip function of the HB. The current path is cut off by turning off LB2.

上述したように、本実施例では、駆動システムにAFが用意される。AFにより、帰線ノイズ電流が低減される。具体的には、FL1に対向したリアクトル123(以下、FL2)が用意される。FL1(主回路高圧線側)を一次リアクトルとしFL2を二次リアクトルとしたトランス(例えば空芯トランスや鉄芯トランス)が構成される。FL2に、AFが接続される。AFにより、FL1の低インダクタンス化により増加した帰線ノイズ電流を低減することができる。   As described above, in this embodiment, the AF is prepared in the drive system. AF reduces the retrace noise current. Specifically, a reactor 123 (hereinafter, FL2) facing FL1 is prepared. A transformer (for example, an air-core transformer or an iron-core transformer) in which FL1 (main circuit high-voltage line side) is a primary reactor and FL2 is a secondary reactor is configured. AF is connected to FL2. The AF can reduce the retrace noise current that has increased due to the low inductance of the FL1.

図2は、AF(アクティブフィルタ装置155)の構成図である。   FIG. 2 is a configuration diagram of the AF (active filter device 155).

図に示すように、AFは、制御基板200(制御回路の一例)とインバータ基板250から構成される(制御基板200とインバータ基板250のように基板が区別されておらずAFは一体基板で構成されてもよい)。制御基板200は、信号トリマ202と、比較器203と、マイコン204と、PWM(Pulse Width Modulation)生成器205と、入力部(例えば入力端子)211〜215と、出力部(例えば出力端子)221〜224とを有する。インバータ基板250は、電源生成器251と、減流抵抗252(以下、RCL)と、電源用スイッチ253と、駆動回路254(以下、GD)と、交流スイッチ255と、リアクトル256(以下、Lf)と、コンデンサ257(以下、Cf)と、インバータ(第2のインバータの一例)258と、直流電流センサ259(以下、DCCT)と、入力部(例えば入力端子)261〜264と、出力部(例えば出力端子)271及び272とを有する。   As shown in the figure, the AF includes a control substrate 200 (an example of a control circuit) and an inverter substrate 250 (the substrates are not distinguished from each other like the control substrate 200 and the inverter substrate 250, and the AF is configured as an integrated substrate). May be done). The control board 200 includes a signal trimmer 202, a comparator 203, a microcomputer 204, a PWM (Pulse Width Modulation) generator 205, input units (for example, input terminals) 211 to 215, and an output unit (for example, output terminals) 221. To 224. The inverter board 250 includes a power generator 251, a current reducing resistor 252 (hereinafter, RCL), a power switch 253, a drive circuit 254 (hereinafter, GD), an AC switch 255, and a reactor 256 (hereinafter, Lf). , A capacitor 257 (hereinafter, Cf), an inverter (an example of a second inverter) 258, a DC current sensor 259 (hereinafter, DCCT), input units (for example, input terminals) 261 to 264, and an output unit (for example, (Output terminals) 271 and 272.

インバータ基板250の出力部271は、FL2と接続され、主回路100のP側と磁気結合されている。なお、磁気結合されたFL1及びFL2の結合係数kは、1未満(例えば、0<k<1)であるとよい。これにより、一次側の高圧主回路側の電圧変動が二次側のAFに与える影響を低減できる利点がある。この利点は、鉄道車両について大きいと考えられる。なぜなら、一般に、FL1は、鉄道車両の床下に設けられており、鉄道車両の床下は、雨や雪に晒されるため、FL1に地絡が発生する可能性があり、地絡が発生すると、PANから主回路100に大電流が流れるためである。なお、結合係数kを1未満とすることは、FL1とFL2の巻線比や、FL1とFL2の相対的な位置を調整することで実現することが期待できる。   The output unit 271 of the inverter board 250 is connected to FL2 and is magnetically coupled to the P side of the main circuit 100. Note that the coupling coefficient k of the magnetically coupled FL1 and FL2 is preferably less than 1 (for example, 0 <k <1). Thereby, there is an advantage that the influence of the voltage fluctuation on the primary side high voltage main circuit side on the AF on the secondary side can be reduced. This advantage is considered significant for rail vehicles. Because, generally, FL1 is provided under the floor of a railway vehicle, and the underfloor of the railway vehicle is exposed to rain or snow. This is because a large current flows through the main circuit 100 from the above. Setting the coupling coefficient k to less than 1 can be expected to be realized by adjusting the winding ratio of FL1 and FL2 and the relative position of FL1 and FL2.

また、本実施例では、インバータ基板250が、DCCTと、交流スイッチ255と、交流スイッチ255を駆動するGDとを有する。これにより、FL1及びFL2経由でAF内のインバータ258に伝搬する一次側の過電流を最小限に抑えることができ、結果として、結合係数kを実行的に下げることができる。具体的には、二次側に伝搬した過電流をDCCTが検知した場合、GDが交流スイッチ255をオフとする。より具体的には、次の通りである。すなわち、インバータ258とFL2との間に介在する交流スイッチ255は、通常はオン状態である。なぜなら、後述するように、インバータ258から交流電圧信号(ノイズ低減信号)をFL2経由でFL1に転送することで帰線ノイズ電流を低減するためである。DCCTが検知した直流電流を示す出力電圧が、出力部272及び入力部215経由でマイコン204に入力される。DCCTからの出力電圧が、二次側に伝搬した過電流を示している場合、マイコン204は、GDの駆動信号を出力する。駆動信号は、出力部223及び入力部263経由でGDに入力される。GDは、その駆動信号に応答して、交流スイッチ255をオフにする。これにより、FL2とインバータ258間の経路が遮断され、結果として、一次側と二次側の磁気結合が遮断される。このような制御が行われることで、二次側に伝搬する過電流を最小限に抑えることができ、結果として、AFのノイズ耐性を強化し信頼性の向上やインバータ258の小型化を実現することができる。なお、交流スイッチ255の構成は特に限定しない。交流スイッチ255は、交流電圧を伝搬できるいわゆるアナログスイッチと抵抗素子を並列接続した回路でもよい。   Further, in this embodiment, the inverter board 250 has a DCCT, an AC switch 255, and a GD for driving the AC switch 255. Thereby, the overcurrent on the primary side propagating to the inverter 258 in the AF via the FL1 and FL2 can be minimized, and as a result, the coupling coefficient k can be effectively reduced. Specifically, when the DCCT detects the overcurrent propagated to the secondary side, the GD turns off the AC switch 255. More specifically, it is as follows. That is, AC switch 255 interposed between inverter 258 and FL2 is normally on. This is because, as described later, the AC voltage signal (noise reduction signal) is transferred from the inverter 258 to FL1 via FL2 to reduce the retrace noise current. An output voltage indicating a DC current detected by the DCCT is input to the microcomputer 204 via the output unit 272 and the input unit 215. When the output voltage from the DCCT indicates an overcurrent that has propagated to the secondary side, the microcomputer 204 outputs a GD drive signal. The drive signal is input to the GD via the output unit 223 and the input unit 263. The GD turns off the AC switch 255 in response to the drive signal. As a result, the path between FL2 and the inverter 258 is cut off, and as a result, the magnetic coupling between the primary side and the secondary side is cut off. By performing such control, overcurrent propagating to the secondary side can be minimized, and as a result, AF noise resistance is enhanced, reliability is improved, and the inverter 258 is downsized. be able to. The configuration of the AC switch 255 is not particularly limited. The AC switch 255 may be a circuit in which a so-called analog switch capable of transmitting an AC voltage and a resistance element are connected in parallel.

AFは、一次側である主回路P側に設置した1又は複数の交流電流センサ201(本実施例では、2つの交流電流センサ201であるACCT1及びACCT2)からの交流出力電圧を入力信号として利用する。AFの一つの目的は、PANからの直流電流に含まれ得る交流成分を無くすことである。このため、センサとして、ACCT1及びACCT2のように交流専用のセンサが採用されればよく、結果として、交流成分だけでなく直流成分も抽出可能なセンサ(例えばホールセンサ)に比べて小型のセンサが採用されればよい。交流電流センサ201は、主回路100に重畳された交流電流成分を検出する電流センサの一例である。   The AF uses, as an input signal, an AC output voltage from one or a plurality of AC current sensors 201 (in this embodiment, ACCT1 and ACCT2 which are two AC current sensors 201) installed on the main circuit P side which is a primary side. I do. One purpose of AF is to eliminate AC components that can be included in DC current from PAN. For this reason, a sensor dedicated to AC, such as ACCT1 and ACCT2, may be used as a sensor, and as a result, a sensor smaller than a sensor that can extract not only an AC component but also a DC component (for example, a hall sensor) may be used. It should just be adopted. AC current sensor 201 is an example of a current sensor that detects an AC current component superimposed on main circuit 100.

信号トリマ202は、ACCT1及びACCT2からの入力信号(例えば、全周波数帯の交流成分の信号)から所望の周波数帯の入力信号をトリミングする。具体的には、例えば、信号トリマ202は、マイコン204内にて構築された制御ゲインKとバンドパスフィルタ(BPF)とに相当し、所望の周波数帯の入力信号をトリミングする。これらのトリミングされた信号が、PWM生成器205への搬送波280として適用され、マイコン204で生成したPWM制御信号(上記所望の周波数帯の交流成分を消すためのPWM制御信号)281が、PWM生成器205へ入力される。PWM生成器205により、搬送波280及びPWM制御信号281に基づく信号が生成されてインバータ基板250内のインバータ258に当該信号が出力部224及び入力部264経由で入力され、当該信号に基づきインバータ258から交流電圧Vcが出力される。このVcは、一次側の主回路線に設置されたACCT1で検知された帰線ノイズ電流を低減するように制御された電圧信号である。このノイズ低減信号は、Lf及びCfから構成されるフィルタ回路で成形され、FL2からFL1に転送される(図示のVafは、AFの出力電圧である)。FL1に転送されたノイズ低減信号(電圧信号)は、FL1における信号の交流成分の逆相の信号である。以上のような構成とすることで、FL1を低インダクタンス化した場合においても、帰線ノイズ電流を低減することができ、結果として、軌道回路上の信号機器が誤動作することを防ぐことができる。   The signal trimmer 202 trims an input signal of a desired frequency band from input signals (for example, signals of AC components of all frequency bands) from the ACCT1 and ACCT2. Specifically, for example, the signal trimmer 202 corresponds to a control gain K and a band pass filter (BPF) constructed in the microcomputer 204, and trims an input signal in a desired frequency band. These trimmed signals are applied as a carrier wave 280 to the PWM generator 205, and the PWM control signal (PWM control signal for eliminating the AC component in the desired frequency band) 281 generated by the microcomputer 204 is used to generate the PWM signal. Input to the device 205. A signal based on the carrier wave 280 and the PWM control signal 281 is generated by the PWM generator 205, and the signal is input to the inverter 258 in the inverter board 250 via the output unit 224 and the input unit 264, and is output from the inverter 258 based on the signal. An AC voltage Vc is output. This Vc is a voltage signal controlled to reduce the retrace noise current detected by ACCT1 installed on the primary circuit line on the primary side. This noise reduction signal is shaped by a filter circuit composed of Lf and Cf, and is transferred from FL2 to FL1 (Vaf shown is the AF output voltage). The noise reduction signal (voltage signal) transferred to FL1 is a signal having the opposite phase of the AC component of the signal in FL1. With the above configuration, even when the inductance of the FL1 is reduced, the retrace noise current can be reduced, and as a result, malfunction of the signal device on the track circuit can be prevented.

なお、AFは、帰線ノイズ電流を低減するが、AFが正常でなければ、AF自体がノイズを生成することになり得る。   Note that AF reduces the retrace noise current, but if the AF is not normal, the AF itself may generate noise.

そこで、AFは、セルフチェック機能とモニタ機能とを有する。   Therefore, the AF has a self-check function and a monitor function.

モニタ機能について説明する。モニタ機能によれば、下記の比較が行われる(なお、セルフチェック機能については、図3以降で説明する)。   The monitor function will be described. According to the monitor function, the following comparison is performed (the self-check function will be described later with reference to FIG. 3).

第1に、比較器203は、AF全体が正常か否かを検出るための比較である第1の比較を行う。具体的には、比較器203は、AFへ入力部212経由で入力されトリミングされた交流電流成分が、所望のレベル、即ち軌道回路の規定レベル以下かを判定する。   First, the comparator 203 performs a first comparison, which is a comparison for detecting whether or not the entire AF is normal. Specifically, the comparator 203 determines whether or not the trimmed AC current component input to the AF via the input unit 212 is equal to or lower than a desired level, that is, a prescribed level of the track circuit.

第2に、比較器203は、交流電流センサ201の故障の有無を検出するための比較である第2の比較を行う。具体的には、比較器203は、ACCT1及びACCT2から信号トリマ202経由でそれぞれ入力された2つの信号の差分が交流電流センサ201の仕様規定値以下かを判定する。   Second, the comparator 203 performs a second comparison, which is a comparison for detecting whether or not the AC current sensor 201 has failed. Specifically, the comparator 203 determines whether the difference between the two signals input from the ACCT1 and ACCT2 via the signal trimmer 202 is equal to or smaller than the specification value of the AC current sensor 201.

第1及び第2の比較の結果に基づくAFモニタ信号291及びAF動作信号292が出力される。具体的には、上記交流電流成分が規定レベルを超過した場合(つまり、帰線ノイズ電流が規定レベルを超過した場合)、又は、上記差分が交流電流センサ201の仕様規定値を超過した場合、AFモニタ信号291及びAF動作信号292は、そのようなAF異常であることを示す信号である。   An AF monitor signal 291 and an AF operation signal 292 based on the results of the first and second comparisons are output. Specifically, when the AC component exceeds the specified level (that is, when the retrace noise current exceeds the specified level), or when the difference exceeds the specified value of the AC current sensor 201, The AF monitor signal 291 and the AF operation signal 292 are signals indicating such AF abnormality.

出力されたAFモニタ信号291は、出力部221経由で制御論理部150に入力される。また、AF動作信号292が、出力部222経由で制御論理部150に入力される。制御論理部150は、AFモニタ信号291及びAF動作信号292のうちの少なくとも1つに基づき、必要に応じて、AFのメイン動作を停止する。   The output AF monitor signal 291 is input to the control logic unit 150 via the output unit 221. Further, the AF operation signal 292 is input to the control logic unit 150 via the output unit 222. The control logic unit 150 stops the main operation of the AF as necessary based on at least one of the AF monitor signal 291 and the AF operation signal 292.

なお、第2の比較の意義は、例えば次の通りである。AFは交流電流センサの出力信号を入力値として用いる。このため、入力値が実際の帰線ノイズ電流値とずれてしまうと、AFから所望の信号が出力されずAF自体が軌道回路の信号機器にとってノイズ電流を生成してしまう恐れがある。そこで、本実施例では、少なくとも2つの交流電流センサの一例としてACCT1及びACCT2が備えられ、ACCT1及びACCT2がそれぞれ検知した交流電流成分の差分が既定値を超えているか否かが判定され、その判定結果が真の場合には、ACCT1及びACCT2の一方が故障していると判定される。   The significance of the second comparison is, for example, as follows. The AF uses an output signal of the AC current sensor as an input value. Therefore, if the input value deviates from the actual retrace noise current value, a desired signal is not output from the AF, and the AF itself may generate a noise current for the signal device of the track circuit. Therefore, in the present embodiment, ACCT1 and ACCT2 are provided as an example of at least two AC current sensors, and it is determined whether or not the difference between the AC current components detected by ACCT1 and ACCT2 exceeds a predetermined value. If the result is true, it is determined that one of ACCT1 and ACCT2 has failed.

また次のような場合においても、ACCTの出力電圧を比較器にて判定することでAF装置の健全性を確保できる。例えば路線を走行する鉄道車両からの回生電力が架線に入ることで架線電圧が急上昇したり、またその逆で周囲を走行する鉄道車両が急加速した場合には架線電圧が急下降したりするいわゆる架線電圧急変が発生する場合がある。この場合、架線の寄生インダクタンスや鉄道車両内のFL1及びFCに依存した共振電流が発生する。AFは帰線ノイズ電流を低減するように制御を行う。共振電流も帰線ノイズ電流同様に交流成分であるため、共振電流を低減するような制御がされ得る。このため、AF内のインバータ258に大きな負荷がかかるおそれがあり、結果として、AF内の構成要素、例えば、交流電流センサが破損するおそれがある。そこで、本実施例では、少なくとも2つの交流電流センサの一例としてACCT1及びACCT2が備えられ、ACCT1及びACCT2のいずれかが検知した交流電流成分が既定値を超えているか否かが判定され、その判定結果が真の場合には、架線急変が発生していると判定しAFのメイン動作を停止するよう制御する。   Also in the following cases, the soundness of the AF device can be ensured by determining the output voltage of ACCT by the comparator. For example, when the regenerative electric power from the railway vehicle running on the route enters the overhead line, the overhead line voltage rises sharply, and vice versa, when the railway vehicle traveling around is rapidly accelerated, the overhead line voltage drops sharply. A sudden change in overhead line voltage may occur. In this case, a resonance current depending on the parasitic inductance of the overhead wire and the FL1 and FC in the railcar is generated. AF controls to reduce the retrace noise current. Since the resonance current is an AC component similarly to the retrace noise current, control for reducing the resonance current can be performed. Therefore, a large load may be applied to the inverter 258 in the AF, and as a result, a component in the AF, for example, an AC current sensor may be damaged. Therefore, in the present embodiment, ACCT1 and ACCT2 are provided as an example of at least two AC current sensors, and it is determined whether or not the AC current component detected by one of ACCT1 and ACCT2 exceeds a predetermined value, and the determination is made. If the result is true, it is determined that a catenary sudden change has occurred, and control is performed so that the main operation of AF is stopped.

以上のモニタ機能により、AFが正常か否かの状態を監視することが可能となる。なお、AFと外部機器(例えば制御論理部150)のインターフェースとしては、例えば、AFモニタ信号291の他に、AFをスタンバイ状態にするAFスタンバイ指令293、AF内のインバータ255を活性化するAFゲートスタート指令、及び、AFが正常動作しているかを伝達するAF動作信号292がある。AFスタンバイ指令293は、制御論理部150から入力部211経由で入力される。AFゲートスタート指令は、制御論理部150から入力部213経由で入力される。AF動作信号292は、出力部222経由で制御論理部150へ出力される。また、好適には、マイコン204を用いて上記の制御が行われてよく、例えば、ウォッチドッグタイマ、割込みコントローラ、任意のパルス出力IF(インターフェース)、インバータ基板250内のインバータ258の制御のためのPWMタイマといったものが利用されてよい。   With the above monitor function, it is possible to monitor whether or not the AF is normal. As an interface between the AF and an external device (for example, the control logic unit 150), for example, in addition to the AF monitor signal 291, an AF standby command 293 for putting the AF into a standby state, an AF gate for activating the inverter 255 in the AF are provided. There are a start command and an AF operation signal 292 for transmitting whether the AF is operating normally. The AF standby command 293 is input from the control logic unit 150 via the input unit 211. The AF gate start command is input from the control logic unit 150 via the input unit 213. The AF operation signal 292 is output to the control logic unit 150 via the output unit 222. Preferably, the above control may be performed using the microcomputer 204. For example, a watchdog timer, an interrupt controller, an arbitrary pulse output IF (interface), and a control for controlling the inverter 258 in the inverter board 250 may be performed. Something like a PWM timer may be used.

なお、本実施例では、AF電源は、外部のDC100V電源である。外部からDC100V電源が、AFKを介して、インバータ基板250内の電源生成部256に入力される。電源生成部256が、AFに必要な各種電源レベルを生成する。インバータ基板250に高圧電源を投入する際には、RCL経由で充電が行われ、その後に、電源用スイッチ253が導通されることで、突入電流発生が防止される。   In this embodiment, the AF power supply is an external DC 100 V power supply. A 100 VDC power supply is externally input to the power generation unit 256 in the inverter board 250 via the AFK. The power generation unit 256 generates various power levels required for AF. When a high-voltage power supply is supplied to the inverter board 250, charging is performed via the RCL, and thereafter, the power supply switch 253 is turned on, thereby preventing generation of an inrush current.

次に、AFのシーケンスについて、図3の状態遷移図を用いて説明する。なお、図3において、実線矢印は、指令による遷移を示し、点線矢印は、指令無しの遷移を示す。   Next, the AF sequence will be described with reference to the state transition diagram of FIG. In FIG. 3, solid arrows indicate transitions due to a command, and dotted arrows indicate transitions without a command.

AFの状態として、停止状態300、監視状態301、セルフチェック状態302、スタンバイ状態303及びメイン動作状態304がある。   The AF state includes a stop state 300, a monitoring state 301, a self-check state 302, a standby state 303, and a main operation state 304.

停止状態300は、AF電源(AFK)が遮断されている状態、又は、AF電源は投入されていてもAFスタンバイ指令293(及びAFゲートスタート指令294)が投入されていない状態である。   The stop state 300 is a state in which the AF power (AFK) is shut off, or a state in which the AF power is turned on but the AF standby command 293 (and the AF gate start command 294) is not turned on.

AF電源(AFK)が投入された場合、まず、AFは、監視状態301となる。監視状態301は、制御論理部150との間で信号(指令)を送受信可能な状態である。   When the AF power supply (AFK) is turned on, first, the AF enters the monitoring state 301. The monitoring state 301 is a state in which signals (commands) can be transmitted and received with the control logic unit 150.

制御論理部150からAFスタンバイ指令293(オン)がマイコン204に投入されると、AFは、セルフチェック状態302となる。具体的には、AFのマイコン204の初期化や、AFのインバータ基板250や制御基板200への電源投入がされ、マイコン204により、セルフチェック(自己診断)が実施される。セルフチェックは、例えば、マイコン204のリセット動作(電源投入や各種設定)、マイコン204内の図示しないA/D(アナログデジタル変換)制御部にて、アナログ電圧信号を正確にマイコン204に取り込むための基準電圧を補正すること、PWMテストパターンの出力、及び、DCCTからの電圧信号の検出、を含む。セルフチェックの際には、PWM生成器205によりインバータ258にPWM信号を入力し、そのPWM信号に基づきインバータ258により所定周波数の正弦波を出力する。その際に、DCCTでその電流値を検知し、DCCTが検出した電流値を示す電圧信号がマイコン204のアナログ端子に入力される。つまり、AFの閉じたループにおいて電流が流れ、その電流の値がDCCTにより検知されマイコン204にフィードバックされる。入力されたアナログ値が、出力された所定周波数の正弦波として妥当な値であれば、マイコン204は、AFが正常であると判定する。なお、セルフチェックは、PANとINVが電気的に接続される前、具体的には、HB、LB1及びLB2がオンとされる前に行われる。AFに異常があると、AFのセルフチェックにおいてAFがノイズを発生し、そのノイズがFL2を経由して一次側に伝搬するおそれがあるが、セルフチェックの際には、LB1及びLB2がオフとなっているため、AFの出力電流(ノイズ)が帰線に流出することを防ぐことができる。また、AF電源投入からセルフチェックの完了までの処理が、起動処理の一例である。   When an AF standby command 293 (ON) is input from the control logic unit 150 to the microcomputer 204, the AF enters the self-check state 302. Specifically, the microcomputer 204 of the AF is initialized, the power is turned on to the inverter board 250 and the control board 200 of the AF, and the microcomputer 204 performs a self-check (self-diagnosis). The self-check is performed, for example, by a reset operation (power-on or various settings) of the microcomputer 204 or an A / D (analog-to-digital conversion) control unit (not shown) in the microcomputer 204 for accurately capturing an analog voltage signal into the microcomputer 204. Includes correcting the reference voltage, outputting a PWM test pattern, and detecting a voltage signal from the DCCT. At the time of the self-check, a PWM signal is input to the inverter 258 by the PWM generator 205, and a sine wave of a predetermined frequency is output by the inverter 258 based on the PWM signal. At this time, the current value is detected by the DCCT, and a voltage signal indicating the current value detected by the DCCT is input to an analog terminal of the microcomputer 204. That is, a current flows in a closed loop of the AF, and the value of the current is detected by the DCCT and fed back to the microcomputer 204. If the input analog value is an appropriate value as the output sine wave of the predetermined frequency, the microcomputer 204 determines that the AF is normal. The self-check is performed before PAN and INV are electrically connected, specifically, before HB, LB1, and LB2 are turned on. If there is an abnormality in the AF, the AF will generate noise during the self-check, and the noise may propagate to the primary side via the FL2.However, during the self-check, LB1 and LB2 are turned off. Therefore, it is possible to prevent the output current (noise) of the AF from flowing out to the return line. The processing from turning on the AF power supply to the completion of the self-check is an example of the start-up processing.

このセルフチェックにより何らかのAF異常が検知された場合には、AFの状態は、監視状態301に戻る。マイコン204は、制御論理部150へのAF動作信号292をネゲートする、すなわち、AF異常を制御論理部150に伝達する。   If any AF abnormality is detected by the self-check, the AF state returns to the monitoring state 301. The microcomputer 204 negates the AF operation signal 292 to the control logic unit 150, that is, transmits the AF abnormality to the control logic unit 150.

一方、セルフチェックにおいて異常が検知されなかった場合は、AFはスタンバイ状態303になる。なお、図5において後述するが、AFのスタンバイ状態303において、主回路100側ではHBが投入され、LB1は開放(オフ)状態である。このため、AF及びFL1及びFL2は閉回路であり、AFゲートスタート信号の投入により、AFのメイン動作を実施できる状態である。なお、監視状態301からセルフチェック状態302を経てスタンバイ状態303に遷移することに代えて、監視状態301からAFゲートスタート信号を契機にセルフチェック状態302への遷移無しにスタンバイ状態303への遷移が行われてもよい(この場合、そのスタンバイ状態303を経てメイン動作状態304への遷移が行われる)。   On the other hand, if no abnormality is detected in the self-check, the AF enters the standby state 303. As will be described later with reference to FIG. 5, in the AF standby state 303, HB is turned on on the main circuit 100 side, and LB1 is open (off). For this reason, AF and FL1 and FL2 are closed circuits, and are in a state where the main operation of AF can be performed by inputting the AF gate start signal. Note that instead of transitioning from the monitoring state 301 to the standby state 303 via the self-check state 302, the transition from the monitoring state 301 to the standby state 303 without transition to the self-check state 302 triggered by the AF gate start signal. (In this case, the transition to the main operation state 304 is performed via the standby state 303).

制御論理部150からAFゲートスタート指令294が投入された場合、AFは、スタンバイ状態303からメイン動作状態304へ遷移する。メイン動作状態304では、AFは、帰線ノイズ電流を低減するメイン動作を行う。また、メイン動作状態304では、AFの健全性を維持するためにAFの挙動が監視される(上述のモニタ機能が実行される)。   When an AF gate start command 294 is input from the control logic unit 150, the AF transitions from the standby state 303 to the main operation state 304. In the main operation state 304, the AF performs a main operation for reducing the retrace noise current. In the main operation state 304, the behavior of the AF is monitored to maintain the soundness of the AF (the above-described monitoring function is executed).

図4を用いて、メイン動作状態304において異常が検知された場合のシーケンスについて説明する。図4によれば、本実施例では、8種類のAF異常がある。具体的には、下記である。下記(a)及び(b)のいずれも、重故障(第1種の異常の一例)に該当し、下記(c)〜(h)のいずれも、軽故障(第2種の異常の一例)に該当する。なお、軽故障は、重故障よりも軽度の故障である。
(a)帰線ノイズ電流が規定レベルを超過したこと(ACCT1及びACCT2のいずれかが検出した交流電流成分が規定レベルを超過したこと)。
(b)ACCT1及びACCT2のいずれかの故障。
(c)主回路一次側での過電流(事故電流)。
(d)架線電流急変。
(e)AF内での過電流(DCCTが検出した電流値が規定値を超えたこと)。
(f)AFの主電圧、又は、制御基板2000の電源電圧の低下。
(g)AF内のインバータ258の過昇温。
(h)AF内のインバータ258の故障。
A sequence when an abnormality is detected in the main operation state 304 will be described with reference to FIG. According to FIG. 4, in this embodiment, there are eight types of AF abnormalities. Specifically, it is as follows. Each of the following (a) and (b) corresponds to a serious failure (an example of the first type of abnormality), and any of the following (c) to (h) corresponds to a minor failure (an example of the second type of abnormality): Corresponds to. Note that a minor failure is a minor failure than a major failure.
(A) The retrace noise current has exceeded the specified level (the AC current component detected by either ACCT1 or ACCT2 has exceeded the specified level).
(B) Failure of either ACCT1 or ACCT2.
(C) Overcurrent (fault current) on the primary side of the main circuit.
(D) Rapid change of overhead wire current.
(E) Overcurrent in AF (current value detected by DCCT exceeds specified value).
(F) A decrease in the main voltage of the AF or the power supply voltage of the control board 2000.
(G) Overheating of the inverter 258 in the AF.
(H) Failure of inverter 258 in AF.

メイン動作状態304においてAF異常が検知された場合(S401:Yes)、マイコン204が、検知されたAF異常が重故障か否かを判定する(S402)。   When an AF abnormality is detected in the main operation state 304 (S401: Yes), the microcomputer 204 determines whether the detected AF abnormality is a serious failure (S402).

S402の判定結果が真の場合(S402:Yes)、AFは、監視状態301を経て停止状態300へ遷移する(S403)。具体的には、例えば、マイコン204は、交流スイッチ255をオフし、監視状態301へ遷移し、重故障を示すAF動作信号292及びAFモニタ信号291を制御論理部150に送信する。それに応答して、制御論理部150により、AFスタンバイ指令293及びAFゲートスタート指令294がネゲートされること等により、AFは停止状態300へ遷移し、且つ、制御論理部150によりLB1及びLB2が開放(オフ)される。   If the determination result in S402 is true (S402: Yes), the AF transits to the stop state 300 via the monitoring state 301 (S403). Specifically, for example, the microcomputer 204 turns off the AC switch 255, transits to the monitoring state 301, and transmits an AF operation signal 292 and an AF monitor signal 291 indicating a serious failure to the control logic unit 150. In response, the control logic unit 150 negates the AF standby command 293 and the AF gate start command 294, for example, so that the AF transitions to the stop state 300, and the control logic unit 150 releases LB1 and LB2. (Off).

S402の判定結果が偽の場合(S402:No)、すなわち、検知されたAF異常が軽故障の場合、AFの状態がスタンバイ状態303へ遷移する。AFの状態がスタンバイ状態303へ遷移した場合、AFは、再度AFゲートスタート信号204が投入されたら、直ちにメイン動作状態304へ遷移する。   If the result of the determination in S402 is false (S402: No), that is, if the detected AF abnormality is a minor failure, the AF state transitions to the standby state 303. When the state of the AF transitions to the standby state 303, the AF immediately transitions to the main operation state 304 when the AF gate start signal 204 is input again.

以下、図4のシーケンスの具体例を説明する。   Hereinafter, a specific example of the sequence in FIG. 4 will be described.

まず、重故障に関する一例を説明する。例えば、検知されたAF異常が、上記(a)又は(b)の異常の場合、当該AF異常は、重故障と判定される。上記(a)及び(b)のいずれも、軌道回路の信号機器への影響度が相対的に高い異常であると定義されているためである。重故障の判定は、比較器203で実施され、重故障であるとの判定結果はマイコン204に入力される。当該判定結果の入力に応答して、マイコン204は、AF内のインバータ258をゲートオフすることでインバータ258を停止する。AF動作信号が比較器203によりネゲートされる(つまり、異常を示すAF動作信号292とされる)。制御論理部150は、AF動作信号がネゲートされたこと(及びAFモニタ信号291)からAF異常が重故障であることを判定した場合は、主回路100のLB1及びLB2を開放し、且つ、AFKをオフとする。これにより、AFへの電源供給が停止され、AFが完全に停止する。AF動作信号292は、制御論理部150が、AF故障が生じているか否か(AF故障の軽重は問わない)をモニタするための信号(2ビットのバス配線を流れる信号)であり、AFモニタ信号291は、上記(a)〜(h)がそれぞれ生じているか否かの信号(8ビットのバス配線を流れる信号)である。制御論理部150は、AF動作信号292がAF故障が生じていることを示している場合、AFモニタ信号291を構成する8ビットフラグのいずれのフラグが立っているかに応じて、AF故障が重故障か軽故障かを判断する。   First, an example regarding a serious failure will be described. For example, when the detected AF abnormality is the abnormality (a) or (b), the AF abnormality is determined to be a serious failure. This is because both (a) and (b) are defined as abnormalities in which the influence of the track circuit on the signal device is relatively high. The determination of a serious failure is performed by the comparator 203, and the result of the determination that the failure is a major failure is input to the microcomputer 204. In response to the input of the determination result, the microcomputer 204 stops the inverter 258 by turning off the gate of the inverter 258 in the AF. The AF operation signal is negated by the comparator 203 (that is, the AF operation signal is set to the AF operation signal 292 indicating abnormality). When the control logic unit 150 determines that the AF abnormality is a serious failure based on the negation of the AF operation signal (and the AF monitor signal 291), the control logic unit 150 releases LB1 and LB2 of the main circuit 100 and performs AFK. Is turned off. As a result, the power supply to the AF is stopped, and the AF is completely stopped. The AF operation signal 292 is a signal (a signal flowing through a 2-bit bus line) for the control logic unit 150 to monitor whether or not an AF failure has occurred (regardless of the level of the AF failure). The signal 291 is a signal (signal flowing through an 8-bit bus line) indicating whether or not each of the above (a) to (h) has occurred. When the AF operation signal 292 indicates that an AF failure has occurred, the control logic unit 150 determines that the AF failure is significant depending on which of the 8-bit flags constituting the AF monitor signal 291 is on. Determine whether the failure is minor or minor.

次に、軽故障に関する一例を説明する。例えば、検知されたAF異常が、上記(c)〜(h)の異常の場合、当該AF異常は、軽故障と判定される。上記(c)〜(h)のいずれも、軌道回路の信号機器への影響度が相対的に低い異常であると定義されているためである。軽故障の判定は、AF内のインバータ258からの各種異常信号を基にマイコン204により実施される。軽故障が検知された場合には、マイコン204はPWM制御信号281を非活性化し、AF内のインバータ258をゲートオフすることでインバータ258を停止する。AF動作信号がネゲートされる。制御論理部150は、AF動作信号がネゲートされた(及びAFモニタ信号291)からAF異常が軽故障であることを判定した場合は、AFにAFゲートスタート信号を再投入する。軽故障が検知されたAFの状態はスタンバイ状態303であるため、AそのFゲートスタート指令の再投入により、AFが再びメイン動作状態304となる。   Next, an example regarding a minor failure will be described. For example, if the detected AF abnormality is any of the abnormalities (c) to (h) described above, the AF abnormality is determined to be a minor failure. This is because any of the above (c) to (h) is defined as an abnormality in which the influence of the track circuit on the signal device is relatively low. The determination of the minor failure is performed by the microcomputer 204 based on various abnormal signals from the inverter 258 in the AF. When a minor failure is detected, the microcomputer 204 deactivates the PWM control signal 281 and stops the inverter 258 by gate-off of the inverter 258 in the AF. The AF operation signal is negated. When the control logic unit 150 determines that the AF abnormality is a minor failure based on the negation of the AF operation signal (and the AF monitor signal 291), the control logic unit 150 re-inputs the AF gate start signal to AF. Since the state of the AF in which the minor failure is detected is the standby state 303, the A is returned to the main operation state 304 by re-inputting the F gate start command.

次に、図5を用いて、AF起動からメイン動作までに関する制御を説明する。なお、図5において、符号500は、AF電源(DC100V)を示す。符号501〜503は、電源生成器251によって生成された電源を示す。符号504は、主回路P側の電源を示す。符号505は、PWM信号(U相)を示す。符号506は、PWM信号(V相)を示す。Vcは、INV出力電圧を示す。Vafは、AFの出力電圧を示す。符号507は、ACCT(例えばACCT1)の出力電圧を示す。   Next, control from the AF start to the main operation will be described with reference to FIG. In FIG. 5, reference numeral 500 denotes an AF power supply (100 V DC). Reference numerals 501 to 503 indicate power supplies generated by the power supply generator 251. Reference numeral 504 denotes a power supply on the main circuit P side. Reference numeral 505 indicates a PWM signal (U phase). Reference numeral 506 indicates a PWM signal (V phase). Vc indicates the INV output voltage. Vaf indicates the output voltage of AF. Reference numeral 507 indicates an output voltage of ACCT (for example, ACCT1).

図5によれば、AF電源が投入されセルフチェックが完了するまでが、AFの起動期間550である。制御論理部150が、HBを投入した後(t51)、AFKを投入(つまりDC100VのAF電源を投入)し、AFスタンバイ指令293を投入する(t52)。AFスタンバイ指令293の投入により、AFの初期化が行われる。具体的には、例えば、マイコン204のリセット端子の活性化、AFの各種電源電圧501〜504の活性化、制御定数の活性化、及び、交流スイッチ255の活性化(オン)が行われる。AFの主回路充電(Cfへの100V充電)がされた後(t53)、マイコン204(又は制御論理部150)が電源用スイッチ253をオンとすることで(t54)、AFの初期化が完了する。その後、AFがセルフチェック状態303となる。つまり、セルフチェックが実施される。セルフチェックにおいて異常がなければ、AF動作信号292がアサートされ(且つ、LB1が投入され)(t55)、結果として、制御論理部150に正常が伝達される。セルフチェックでは、LB1は開放状態のため、AFは架線102とは非接続の状態である。なお、セルフチェックでは、例えば、マイコン204が、所定のテストパターン(所定周波数の正弦波)を出力し、その際の出力電流をDCCTにて検知する。その電流値が規定値以下であれば、セルフチェックの結果は正常との結果である。図5の例によれば、セルフチェック完了時に、異常が無ければ(つまりセルフチェックの結果が正常であれば)、LB1が投入される。   According to FIG. 5, the activation period 550 of the AF is from when the AF power is turned on until the self-check is completed. After inputting the HB (t51), the control logic unit 150 turns on the AFK (that is, turns on the DC power supply of 100 V AF) and issues the AF standby command 293 (t52). When the AF standby command 293 is input, the AF is initialized. Specifically, for example, activation of a reset terminal of the microcomputer 204, activation of various power supply voltages 501 to 504 of AF, activation of a control constant, and activation (ON) of the AC switch 255 are performed. After the main circuit charge of the AF (100 V charge to Cf) is performed (t53), the microcomputer 204 (or the control logic unit 150) turns on the power switch 253 (t54), thereby completing the initialization of the AF. I do. Thereafter, the AF enters the self-check state 303. That is, a self-check is performed. If there is no abnormality in the self-check, the AF operation signal 292 is asserted (and LB1 is turned on) (t55). As a result, normality is transmitted to the control logic unit 150. In the self-check, since LB1 is in the open state, AF is not connected to the overhead line 102. In the self-check, for example, the microcomputer 204 outputs a predetermined test pattern (sine wave of a predetermined frequency), and detects an output current at that time by DCCT. If the current value is equal to or less than the specified value, the result of the self-check is a result of normal. According to the example of FIG. 5, at the completion of the self-check, if there is no abnormality (that is, if the result of the self-check is normal), LB1 is input.

セルフチェック完了後は、AFは、スタンバイ状態303、すなわち、AFゲートスタート指令294を待つ状態となる。その後、力行指令が投入された場合は、制御論理部150が、FC充電を実施するためLB2を投入して、AFゲートスタート指令294を投入する(t56)。これにより、力行動作が開始し、AFがメイン動作状態304へと遷移する。なお、FC充電の際は、制御論理部150は、AFゲートスタート指令294を投入しない(つまり、AFのメイン動作は実施させない)。なぜなら、FC充電中にAFのメイン動作が行われると、FC充電時の交流電流成分に関してもAFによりノイズ低減が行われ(インバータ285から出力電圧がFL2経由でFL1へと伝搬され)、結果として、FC充電を妨げる(FC充電電流を相殺する)恐れがあるためである。   After completion of the self-check, the AF enters a standby state 303, that is, a state of waiting for an AF gate start command 294. Thereafter, when a powering command is input, the control logic unit 150 inputs LB2 to perform FC charging, and inputs an AF gate start command 294 (t56). Accordingly, the powering operation starts, and the AF transitions to the main operation state 304. Note that, during FC charging, the control logic unit 150 does not input the AF gate start command 294 (that is, does not execute the main operation of AF). Because, when the main operation of AF is performed during FC charging, noise is also reduced by AF with respect to the AC current component during FC charging (the output voltage is transmitted from the inverter 285 to FL1 via FL2), and as a result, This is because there is a risk that the FC charging may be hindered (cancel the FC charging current).

AFメイン動作では、AFのマイコン204からPWM制御信号(U相)及びPWM制御信号(V相)がPWM生成器205に出力されると、PWM生成器205の制御により、INVから出力電圧Vcが出力される。出力信号Vcは、Lf及びCfを有するフィルタ回路を経由してAFの出力電圧VafとしてFL2からFL1へと伝搬する。これにより、主回路100を流れる帰線ノイズ電流が低減する。なお、既に説明したが、メイン動作状態304では、上述したモニタ機能(すなわち、その帰線電流値が規定レベル以下であるかの監視やACCT1及びACCT2の検出電流値の差分(センサ誤差)が規定値以下であるかの監視)が実行される。   In the AF main operation, when the PWM control signal (U phase) and the PWM control signal (V phase) are output from the AF microcomputer 204 to the PWM generator 205, the output voltage Vc from the INV is controlled by the PWM generator 205. Is output. The output signal Vc propagates from FL2 to FL1 as an AF output voltage Vaf via a filter circuit having Lf and Cf. Thereby, the retrace noise current flowing through main circuit 100 is reduced. As described above, in the main operation state 304, the monitoring function described above (that is, monitoring whether the retrace current value is equal to or lower than a specified level and the difference (sensor error) between the detected current values of ACCT1 and ACCT2 are specified). Is monitored to see if it is less than or equal to the value.

なお、図5において、符号511は、ACCT(例えばACCT1)の出力電圧(交流電流成分)と比較される規定レベルを示す。   In FIG. 5, reference numeral 511 denotes a specified level to be compared with the output voltage (AC component) of ACCT (for example, ACCT1).

図6は、メイン動作期間においてACCT1の出力電圧に差が生じた場合のAFのタイミングチャートである。   FIG. 6 is an AF timing chart when a difference occurs in the ACCT1 output voltage during the main operation period.

交流電流センサの精度が低下した場合、入力データの信頼性が確保できないため、AFの健全性を維持できない可能性がある。結果として、交流電流センサの精度の低下が、軌道回路上の信号機器の誤動作の要因となり得る。このため、本実施例では、交流電流センサの精度の低下が、交流電流センサの故障であり、交流電流センサの故障が、重故障と判定される。   If the accuracy of the AC current sensor is reduced, the reliability of the input data cannot be ensured, so that the soundness of the AF may not be maintained. As a result, a decrease in the accuracy of the AC current sensor may cause a malfunction of the signal device on the track circuit. For this reason, in the present embodiment, the decrease in the accuracy of the AC current sensor is a failure of the AC current sensor, and the failure of the AC current sensor is determined to be a serious failure.

図6に示すように、ACCT1の出力電圧に誤差(Err)が発生し、Err(ACCT1の出力電圧とACCT2の出力電圧との差分)が規定値を超えている場合(t61)、AFの各種信号がネゲートされる(t62)。結果として、電源用スイッチ253及び交流スイッチ255がオフとされ、PWM制御信号(U相)及びPWM制御信号(V相)の出力が止まり、AF動作信号292がネゲートする。なお、図6において、符号507に関し、実線波形は、ACCT1の出力電圧を示し、破線波形は、ACCT2の出力電圧を示す。   As shown in FIG. 6, when an error (Err) occurs in the output voltage of ACCT1 and Err (the difference between the output voltage of ACCT1 and the output voltage of ACCT2) exceeds a specified value (t61), various types of AF are performed. The signal is negated (t62). As a result, the power switch 253 and the AC switch 255 are turned off, the output of the PWM control signal (U phase) and the output of the PWM control signal (V phase) are stopped, and the AF operation signal 292 is negated. In FIG. 6, regarding the reference numeral 507, the solid line waveform indicates the output voltage of ACCT1, and the broken line waveform indicates the output voltage of ACCT2.

制御論理部150は、AF内で重故障が発生したことをAF動作信号292及びAFモニタ信号291から検知すると、AFへの100V電源供給を停止する(AFKをオフする)(t63)。つまり、t62〜t63で、マイコン204の出力信号が遮断される。結果として、AFが主回路100に対して完全に遮断される。また、制御論理部150は、AFが搭載された主回路100内のLB1及びLB2を開放する。   When the control logic unit 150 detects that a serious failure has occurred in the AF from the AF operation signal 292 and the AF monitor signal 291, it stops supplying 100 V power to the AF (turns off the AFK) (t 63). That is, the output signal of the microcomputer 204 is cut off from t62 to t63. As a result, the AF is completely shut off to the main circuit 100. Further, the control logic unit 150 releases LB1 and LB2 in the main circuit 100 on which the AF is mounted.

図7は、メイン動作期間において主回路100で過電流が発生した場合のAFのタイミングチャートである。なお、符号700は、DCCTの出力電圧を示す。   FIG. 7 is an AF timing chart when an overcurrent occurs in the main circuit 100 during the main operation period. Reference numeral 700 indicates an output voltage of the DCCT.

主回路100での過電流が発生した場合、その過電流の一部がFL1及びFL2経由でAFの出力側に伝搬する。この伝搬電流をDCCTが検知する(t71)。DCCTが過電流(既定値を超える値の電流)を検知した場合(例えば、DCCT検出値が更に一定値まで上昇した場合)、マイコン204が交流スイッチ255を遮断する(t72)。交流スイッチ255が遮断されると、トランス型リアクトル(FL1及びFL2)の磁気結合が低減され、伝搬された過電流増加が抑制される。結果として、AF内に過電流が流れることを防止し、装置破損を防ぐことができる。   When an overcurrent occurs in the main circuit 100, part of the overcurrent propagates to the AF output side via FL1 and FL2. This propagation current is detected by the DCCT (t71). When the DCCT detects an overcurrent (a current exceeding a predetermined value) (for example, when the detected value of the DCCT further increases to a certain value), the microcomputer 204 shuts off the AC switch 255 (t72). When the AC switch 255 is cut off, the magnetic coupling of the transformer reactors (FL1 and FL2) is reduced, and the increase in the transmitted overcurrent is suppressed. As a result, it is possible to prevent an overcurrent from flowing in the AF and prevent the device from being damaged.

また、過電流発生後は、AFスタンバイ指令293、AFゲートスタート指令294、電源用スイッチ、AF動作信号がネゲートされる。主回路100での過電流の発生は、AF動作信号292及びAFモニタ信号291に基づき制御論理部150も検知する。過電流発生は一時的な事象であり、また、主回路100では過電流遮断が行われる。この点から、本実施例では、主回路100での過電流発生は、軽故障である。このため、制御論理部150は、AFへの100V電源供給を継続し(AFKをオフとせず)、AFは、AFゲートスタート指令294が再投入されることを待つスタンバイ状態に遷移する。   After the occurrence of the overcurrent, the AF standby command 293, the AF gate start command 294, the power switch, and the AF operation signal are negated. The occurrence of overcurrent in the main circuit 100 is also detected by the control logic unit 150 based on the AF operation signal 292 and the AF monitor signal 291. The occurrence of overcurrent is a temporary event, and the main circuit 100 performs overcurrent interruption. From this point, in the present embodiment, the occurrence of overcurrent in the main circuit 100 is a minor failure. Therefore, the control logic unit 150 continues to supply 100V power to the AF (without turning off the AFK), and the AF transitions to a standby state waiting for the AF gate start command 294 to be input again.

以上が、実施例1の説明である。実施例1によれば、AFは、鉄道車両用駆動システムの主回路におけるINVが発生する帰線ノイズ電流を抑制する動作を行う状態であるメイン動作状態304において、AFに関して重故障が検出された場合には、停止状態300に遷移するが、AFに関して軽故障が検出された場合には、起動処理を行うこと無しにメイン動作状態304へ遷移可能な状態であるスタンバイ状態303に遷移する。軽故障のままAFがメイン動作を行うとAFからノイズを発生させてしまうおそれがあるが、停止状態300となると、起動処理を経てメイン動作状態304となるため、AFの復帰が遅くなる。本実施例によれば、軽故障が検出された場合には、メイン動作を行わず(AFから電圧出力を行わず)迅速にメイン動作状態304へと遷移可能な状態であるスタンバイ状態303へと遷移するため、AFからノイズを出さず且つ迅速な復帰が期待できる。   The above is the description of the first embodiment. According to the first embodiment, in the main operation state 304 in which the AF performs the operation of suppressing the retrace noise current generated by the INV in the main circuit of the railway vehicle drive system, a serious failure has been detected for the AF. In this case, the state transitions to the stop state 300. However, if a minor failure is detected with respect to AF, the state transitions to the standby state 303, which is a state in which transition to the main operation state 304 is possible without performing start-up processing. If the main operation is performed by the AF with a minor failure, noise may be generated from the AF. However, in the stop state 300, the main operation state 304 is entered through a start-up process, so that the AF recovery is delayed. According to the present embodiment, if a minor failure is detected, the main operation is not performed (the voltage is not output from the AF), and the standby state 303, which is a state in which the main operation state 304 can be quickly transited, is entered. Because of the transition, it is possible to expect quick return without noise from AF.

次に本発明の実施例2を説明する。その際、実施例1との相違点を主に説明し、実施例1との共通点については説明を省略又は簡略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. At this time, differences from the first embodiment will be mainly described, and descriptions of common points with the first embodiment will be omitted or simplified.

図8は、実施例2に係る鉄道車両用駆動システムの構成図の一例である。   FIG. 8 is an example of a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to the second embodiment.

実施例1と異なる点は、HBに代えて半導体減流器114(以下、SHB)が採用されている点である。SHBは、減流用素子145(以下、SHBTr1)と、減流抵抗146(以下、DRe)と、充電用素子147(以下、SHBTr2)と、CHReとから構成される。SHBにおいて、SHBTr1が、LB2(少なくとも1つの断流器の一例)とINVとに直列に接続されている。また、CHReとSHBTr2とが並列に接続されており、DReが、CHReとSHBTr2との並列体に直列に接続されている。CHRe及びDReが、SHBにおける抵抗の一例であり、SHBTr1及びSHBTr2が、SHBにおける半導体スイッチ素子の一例である。本実施例において、半導体スイッチ素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、SHBTr1及びSHBTr2の各々は、パワーモジュール(半導体スイッチ素子と、回生電力を通流する方向に並列接続したダイオードとの並列体)である。SHBTr1及びSHBTr2の少なくとも1つは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等他のパワーデバイスとしてもよい。MOSFET等のボディーダイオードを有するパワーデバイスが用いられる場合には、ダイオードは省略されてもよい。   The difference from the first embodiment is that a semiconductor current reducer 114 (hereinafter, referred to as SHB) is used instead of HB. The SHB includes a current reducing element 145 (hereinafter, SHBTr1), a current reducing resistor 146 (hereinafter, DRe), a charging element 147 (hereinafter, SHBTr2), and CHRe. In SHB, SHBTr1 is connected in series with LB2 (an example of at least one disconnector) and INV. Further, CHRe and SHBTr2 are connected in parallel, and DRe is connected in series to a parallel body of CHRe and SHBTr2. CHRe and DRe are examples of resistance in SHB, and SHBTr1 and SHBTr2 are examples of semiconductor switch elements in SHB. In this embodiment, the semiconductor switch element is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and each of the SHBTr1 and SHBTr2 is a parallel connection of a power module (a semiconductor switch element and a diode connected in parallel in the direction in which regenerative power flows. Body). At least one of SHBTr1 and SHBTr2 may be another power device such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). When a power device having a body diode such as a MOSFET is used, the diode may be omitted.

制御論理部150は、AFK、AF及びSHB等の動作を制御する。例えば、最初にFCを充電するため、制御論理部150は、SHBTr1及びSHBTr2がオフの状態でLB1及びLB2をオンする(例えばLB1及びLB2にオン指令を出す)。PANからLB1、LB2、DRe、CHRe及びFL1経由でFCが充電される。FCの充電完了後、制御論理部150は、SHBTr1をオンする(例えばSHBTr1及びSHBTr2にオン指令を出す)。これにより、SHBTr1からINVに至る直流電流経路が導通する。INVが動作すると、IM1〜IM4が動作し、鉄道車両は走行する。地絡事故等により生じた事故電流(過電流)が制御論理部150により検出された場合、制御論理部150は、SHBTr1をオフする(例えばSHBTr1にオフ指令を出す)ことで電流をDReに転流する。結果、電流が減流する。電流がLB1及びLB2の直列体で遮断可能なレベルまで減流したら、制御論理部150は、LB1及びLB2を例えば同時にオフすることで電流経路(主電流)を遮断する。一般的な機械式高速遮断器(例えばHB)では、事故電流の遮断に10ms程度の時間を要するのに対し、SHBTr1は数μsの短時間でオフし、減流動作に移行することができる。このため、FL1を低インダクタンス化することで事故時の電流増加速度が増加しても(例えば、FL1のインダクタンス値を1mH以上4mH以下としても)、変電所の動作に影響を与えない、低い電流値で遮断完了することができる。なお、本実施例によれば、SHBがFL1よりもPAN側にあるので、SHBによる保護範囲が拡大する。また、本実施例によれば、LB1及びLB2(複数の断流器115のうち直列に接続された2以上の断流器115の一例)は直列に接続されているので、1つの断流器を単体で使用した場合に比べ、遮断電流容量を増加させることができる。   The control logic unit 150 controls operations such as AFK, AF, and SHB. For example, to charge the FC first, the control logic unit 150 turns on LB1 and LB2 while SHBTr1 and SHBTr2 are off (for example, issues an on command to LB1 and LB2). FC is charged from PAN via LB1, LB2, DRe, CHRe and FL1. After the charging of the FC is completed, the control logic unit 150 turns on the SHBTr1 (for example, issues an ON command to the SHBTr1 and the SHBTr2). As a result, the DC current path from SHBTr1 to INV becomes conductive. When INV operates, IM1 to IM4 operate, and the railway vehicle runs. When an accident current (overcurrent) caused by a ground fault or the like is detected by the control logic unit 150, the control logic unit 150 turns off the SHBTr1 (for example, issues an off command to the SHBTr1) to convert the current to DRe. Shed. As a result, the current decreases. When the current decreases to a level that can be cut off by the series body of LB1 and LB2, the control logic unit 150 cuts off the current path (main current) by turning off LB1 and LB2, for example, simultaneously. In a general mechanical high-speed circuit breaker (for example, HB), it takes about 10 ms to cut off the fault current, whereas SHBTr1 is turned off in a short time of several μs, and can shift to the current reduction operation. Therefore, even if the current increase rate at the time of an accident increases by reducing the inductance of FL1 (for example, even if the inductance value of FL1 is 1 mH or more and 4 mH or less), the low current that does not affect the operation of the substation You can complete the cutoff with the value. According to the present embodiment, since the SHB is on the PAN side of the FL1, the protection range by the SHB is expanded. Further, according to the present embodiment, since LB1 and LB2 (an example of two or more disconnectors 115 connected in series among the plurality of disconnectors 115) are connected in series, one disconnector is provided. Can increase the breaking current capacity as compared with the case of using alone.

SHBの特徴は、HBより遮断速度を大幅に高速化できる点である。このため、FL1(及びFL2)を低インダクタンス化して小型軽量化が図れる。なお、FL1が低インダクタンス化されると、FCとFL1とを含んだフィルタの性能、すなわち、INVから発生し帰線に出る高調波電圧である帰線ノイズ電流の増加を抑える性能が低下してしまうが、AFがあるため、FL1の低インダクタンス化がされても、帰線ノイズ電流の増加を抑制することができる。   The feature of SHB is that the cutoff speed can be greatly increased compared to HB. For this reason, FL1 (and FL2) can be reduced in inductance to reduce the size and weight. When FL1 is reduced in inductance, the performance of the filter including FC and FL1, that is, the performance of suppressing an increase in retrace noise current, which is a harmonic voltage generated from INV and returned to the retrace, decreases. However, because of the presence of AF, even if the inductance of FL1 is reduced, an increase in retrace noise current can be suppressed.

次に本発明の実施例3を説明する。その際、実施例2との相違点を主に説明し、実施例2との共通点については説明を省略又は簡略する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. At this time, differences from the second embodiment will be mainly described, and description of common points with the second embodiment will be omitted or simplified.

図9は、実施例3に係る鉄道車両用駆動システムの構成図の一例である。   FIG. 9 is an example of a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to the third embodiment.

実施例2と異なる点は、INVが、複数の素子群の一例として、2つの素子群601A及び601Bを有し、各素子群601で制御する主電動機が2つであることである。1つの素子群601の制御対象となる主電動機101の数が4から2に減っているため、主電動機101をより精度よく制御できる利点がある。なお、各素子群は、実施例1と同様、複数の素子ユニット140の一例として3つの素子ユニットを有する。   The difference from the second embodiment is that the INV has two element groups 601A and 601B as an example of a plurality of element groups, and each element group 601 controls two main motors. Since the number of main motors 101 to be controlled by one element group 601 has been reduced from four to two, there is an advantage that the main motor 101 can be controlled more accurately. Each element group has three element units as an example of the plurality of element units 140, as in the first embodiment.

また、本実施例によれば、INV以外のFCやOVTr等の回路部品(構成要素)は、2つの素子群601A及び601Bで共通利用される。このように、いわゆる1C2M(1インバータ2モータ)制御の一部回路部品を共通利用とすることで、駆動システムの部品点数が増加するのを抑えることが可能となる。   According to the present embodiment, circuit components (components) such as FC and OVTr other than INV are commonly used by the two element groups 601A and 601B. In this way, by using some circuit components for so-called 1C2M (1 inverter 2 motor) control in common, it is possible to suppress an increase in the number of components of the drive system.

なお、本実施例では、SHBに代えてHBが採用されてもよい。   In this embodiment, HB may be used instead of SHB.

次に本発明の実施例4を説明する。その際、実施例2との相違点を主に説明し、実施例2との共通点については説明を省略又は簡略する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. At this time, differences from the second embodiment will be mainly described, and description of common points with the second embodiment will be omitted or simplified.

図10は、実施例4に係る鉄道車両用駆動システムの構成図の一例である。   FIG. 10 is an example of a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to the fourth embodiment.

実施例2と異なる点は、SHBの構成、具体的には、DReとCHReが並列接続されている点である。FC充電動作や、事故電流(過電流)検知時にSHBTr1をオフするためのシーケンスは実施例2と同じである。DReとCHReを並列接続する利点としては、減流電流が流れる経路がDReとCHReの2つの経路となるため、減流時に抵抗から発生する発熱量を、2つの抵抗で消費することができ、結果的に、減流抵抗と充電抵抗の本数を削減できることにある。実施例2では、減流電流をDReのみで消費する必要があるため、実施例4に比べて減流抵抗の質量(比熱)を大きく取らなければならない。このように、実施例4によれば、それぞれの抵抗を並列接続することで、SHBの小型化が可能となる。   The difference from the second embodiment is that the configuration of the SHB, specifically, DRe and CHRe are connected in parallel. The sequence for turning off the SHBTr1 at the time of FC charging operation and detection of fault current (overcurrent) is the same as that of the second embodiment. As an advantage of connecting DRe and CHRe in parallel, the path through which the current flows is two paths, DRe and CHRe, so that the amount of heat generated from the resistance at the time of current reduction can be consumed by the two resistors, As a result, the number of current shunt resistors and charge resistors can be reduced. In the second embodiment, it is necessary to consume the reduced current only by the DRe, so that the mass (specific heat) of the reduced current resistor must be larger than that of the fourth embodiment. As described above, according to the fourth embodiment, the size of the SHB can be reduced by connecting the respective resistors in parallel.

以上、上記実施例で説明したようなAFのシーケンス制御とすることで、AFの健全性を高めることが可能となり、フィルタリアクトルを低インダクタンス化しても帰線ノイズ電流の増加を抑制することが可能となる。   As described above, by adopting the AF sequence control as described in the above embodiment, it is possible to enhance the soundness of the AF, and it is possible to suppress an increase in the retrace noise current even when the inductance of the filter reactor is reduced. It becomes.

以上、幾つかの実施例を説明したが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   Although several embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除及び置換の少なくとも1つをすることが可能である。   The embodiments described above have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. Further, for a part of the configuration of the embodiment, at least one of addition, deletion, and replacement of another configuration can be performed.

例えば、実施例4に係るSHBの回路構成と、実施例3に係る1C2M制御方式が組み合わされてもよい。また、INVに用いられている素子群の構成は、上下アームを一つに纏めたいわゆる2in1型のパワーモジュール構成であるが、もちろんこれに限定されない。素子群として、各アームを実装したいわゆる1in1型のパワーモジュールが用いられてもよい。さらには、INVの構成が、インバータパワーユニットとブレーキチョッパ素子を共通化したパワーユニット構成であってもよいことは言うまでもない。さらには、トランス(例えば、トランス型のフィルタリアクトルであるFL1)は空芯型でもよいし、鉄芯型でもよい。また、電動機101は、誘導電動機でもよいし永久磁石同期電動機でもよい。電動機101として永久磁石同期電動機を用いる場合は、図9に示したようにINVが複数(例えば4群分)の素子群を有し、一部の素子群でFCやOVTr等の部材は共通化する構成とすれば、主電動機の低損失化と駆動システムの軽量化に貢献できる。   For example, the circuit configuration of the SHB according to the fourth embodiment and the 1C2M control method according to the third embodiment may be combined. In addition, the configuration of the element group used for the INV is a so-called 2in1 type power module configuration in which the upper and lower arms are integrated into one, but is not limited to this. As the element group, a so-called 1-in-1 type power module on which each arm is mounted may be used. Further, it goes without saying that the configuration of the INV may be a power unit configuration in which the inverter power unit and the brake chopper element are shared. Further, the transformer (for example, a transformer-type filter reactor FL1) may be an air-core type or an iron-core type. Further, electric motor 101 may be an induction motor or a permanent magnet synchronous motor. When a permanent magnet synchronous motor is used as the motor 101, as shown in FIG. 9, the INV has a plurality of (for example, four groups) element groups, and members such as FC and OVTr are shared by some of the element groups. With this configuration, it is possible to contribute to reducing the loss of the main motor and reducing the weight of the drive system.

また、例えば、本発明は、鉄道車両用駆動システムに限定されるものではなく、リアクトル(例えば上述したフィルタリアクトル)、コンデンサ及び電力変換器(例えばインバータ)のうちの少なくとも1つを含むシステム(例えば、風力発電システムや太陽光発電システムといった電力制御システム全般)などにも適用することが期待できる。   Further, for example, the present invention is not limited to a drive system for a railway vehicle, and includes a system (for example, a system including at least one of a reactor (for example, the above-described filter reactor), a capacitor, and a power converter (for example, an inverter)). And power control systems such as wind power generation systems and photovoltaic power generation systems).

また、例えば、AFスタンバイ指令293(第1の指令の一例)、AFゲートスタート指令294(第2の指令の一例)及びAF動作信号の各々について、当該の指令(信号)の送信の一例が、指令(信号)のオン又はアサートでよい。また、AFスタンバイ指令293及びAFゲートスタート指令294の各々について、当該指令に従う動作の終了の指令の送信の一例が、AFスタンバイ指令293及びAFゲートスタート指令294のうちの該当の指令のオフ又はネゲートでよい。   Further, for example, for each of the AF standby command 293 (an example of the first command), the AF gate start command 294 (an example of the second command), and the AF operation signal, an example of transmission of the command (signal) is as follows. The command (signal) may be turned on or asserted. Further, with respect to each of the AF standby command 293 and the AF gate start command 294, an example of transmission of a command to end the operation according to the command is an OFF or negation of the corresponding command of the AF standby command 293 and the AF gate start command 294. Is fine.

155:アクティブフィルタ装置
155: Active filter device

Claims (17)

架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機を負荷とし直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記架線と前記インバータとに直列に接続された電流遮断器と、前記断流器と前記インバータとの間に介在し前記インバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有する主回路を含んだ鉄道車両用駆動システムにおいて、
前記インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制するアクティブフィルタ装置を有し、
前記アクティブフィルタ装置は、停止状態において前記アクティブフィルタ装置の電源が投入された場合に所定の起動処理を行うようになっており、
前記アクティブフィルタ装置は、前記インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制する動作を行う状態であるメイン動作状態において、
前記アクティブフィルタ装置に関する第1種の異常が検出された場合には、前記停止状態に遷移し、
前記アクティブフィルタ装置に関する異常であり前記第1種の異常よりも軽度の異常である第2種の異常が検出された場合には、前記起動処理を行うこと無しに前記メイン動作状態へ遷移可能な状態であるスタンバイ状態に遷移する、
ことを特徴とする鉄道車両用駆動システム。
A current breaker that cuts off DC power from an overhead wire, an inverter that converts DC power into AC power using a motor that drives a railway vehicle as a load, and a current breaker that is connected in series with the overhead wire and the inverter, A drive system for a railway vehicle including a main circuit having a filter reactor and a filter capacitor for suppressing a pulsation of a voltage generated when operating the inverter while being interposed between the current interrupter and the inverter,
An active filter device that suppresses a retrace noise current generated by the inverter,
The active filter device performs a predetermined start-up process when the power of the active filter device is turned on in a stopped state,
The active filter device is in a main operation state in which an operation for suppressing a retrace noise current generated by the inverter is performed.
When a first type abnormality relating to the active filter device is detected, the state transits to the stop state,
When a second type of abnormality, which is an abnormality related to the active filter device and is milder than the first type of abnormality, is detected, it is possible to transition to the main operation state without performing the startup process. Transition to the standby state,
A drive system for a railway vehicle, characterized in that:
前記起動処理は、前記アクティブフィルタ装置の自己診断を含み、
前記自己診断の結果が正常の場合に、前記アクティブフィルタ装置は、前記スタンバイ状態に遷移する、
ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用駆動システム。
The activation process includes a self-diagnosis of the active filter device,
When the result of the self-diagnosis is normal, the active filter device transitions to the standby state,
The drive system for a railway vehicle according to claim 1, wherein:
前記アクティブフィルタ装置は、前記架線と前記インバータが電気的に接続される前に、前記自己診断を行う、
ことを特徴とする請求項2に記載の鉄道車両用駆動システム。
The active filter device performs the self-diagnosis before the overhead wire and the inverter are electrically connected,
The railway vehicle drive system according to claim 2, wherein:
前記アクティブフィルタ装置は、前記フィルタリアクトルを一次リアクトルとしたトランスにおける二次リアクトルに接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用駆動システム。
The active filter device is connected to a secondary reactor in a transformer using the filter reactor as a primary reactor,
The drive system for a railway vehicle according to claim 1, wherein:
前記主回路に、前記主回路に重畳された交流電流成分を検出する電流センサが設置されており、
前記アクティブフィルタ装置は、前記電流センサにより検出された交流電流成分に基づき、前記二次リアクトルを介して前記主回路に伝搬される交流電圧信号を制御するようになっており、
前記第1種の異常は、前記検出された交流電流成分が規定レベルを超えたことと、前記電流センサの故障とのうちの少なくとも1つである、
ことを特徴とする請求項4に記載の鉄道車両用駆動システム。
A current sensor for detecting an alternating current component superimposed on the main circuit is installed in the main circuit,
The active filter device is configured to control an AC voltage signal transmitted to the main circuit via the secondary reactor based on an AC current component detected by the current sensor,
The first type of abnormality is at least one of the detected alternating current component exceeding a specified level and a failure of the current sensor.
The drive system for a railway vehicle according to claim 4, wherein:
前記電流センサとして、第1の電流センサと第2の電流センサとがあり、
前記電流センサの故障とは、前記第1の電流センサにより検出された交流電流成分と、前記第2の電流センサにより検出された交流電流成分との差分が規定値を超えたことである、
ことを特徴とする請求項5に記載の鉄道車両用駆動システム。
The current sensor includes a first current sensor and a second current sensor,
The failure of the current sensor means that a difference between an AC current component detected by the first current sensor and an AC current component detected by the second current sensor exceeds a specified value.
The drive system for a railway vehicle according to claim 5, wherein:
前記電流センサは、交流電流センサである、
ことを特徴とする請求項5に記載の鉄道車両用駆動システム。
The current sensor is an alternating current sensor,
The drive system for a railway vehicle according to claim 5, wherein:
前記アクティブフィルタ装置は、前記主回路のP側と前記二次リアクトルを介して磁気結合されている、
ことを特徴とする請求項4に記載の鉄道車両用駆動システム。
The active filter device is magnetically coupled to the P side of the main circuit via the secondary reactor,
The drive system for a railway vehicle according to claim 4, wherein:
前記第2種の異常は、前記フィルタリアクトルから前記二次リアクトル経由で伝搬した過電流である、
ことを特徴とする請求項4に記載の鉄道車両用駆動システム。
The second type of abnormality is an overcurrent propagated from the filter reactor via the secondary reactor.
The drive system for a railway vehicle according to claim 4, wherein:
前記アクティブフィルタ装置は、前記二次リアクトルに接続されたスイッチを有し、
前記アクティブフィルタ装置は、前記フィルタリアクトルから前記二次リアクトル経由で伝搬した過電流を検出した場合に、前記スイッチをオフとする、
ことを特徴とする請求項9に記載の鉄道車両用駆動システム。
The active filter device has a switch connected to the secondary reactor,
The active filter device, when detecting an overcurrent propagated from the filter reactor via the secondary reactor, turns off the switch,
The railway vehicle drive system according to claim 9, wherein:
前記インバータは、第1のインバータであり、
前記アクティブフィルタ装置は、
前記スイッチを介して前記二次リアクトルに接続された第2のインバータと、
前記第2のインバータを制御する制御回路と
を備え、
前記主回路のP側に、前記主回路に重畳された交流電流成分を検出する電流センサが設置されており、
前記制御回路は、前記電流センサにより検出された交流電流成分に基づき、前記二次リアクトルを介して前記主回路に伝搬される交流電圧信号を出力する前記第2のインバータを制御する、
ことを特徴とする請求項10に記載の鉄道車両用駆動システム。
The inverter is a first inverter;
The active filter device,
A second inverter connected to the secondary reactor via the switch,
A control circuit for controlling the second inverter,
On the P side of the main circuit, a current sensor for detecting an alternating current component superimposed on the main circuit is provided,
The control circuit controls the second inverter that outputs an AC voltage signal transmitted to the main circuit via the secondary reactor based on the AC current component detected by the current sensor.
The drive system for a railway vehicle according to claim 10, wherein:
前記断流器及び前記アクティブフィルタ装置に接続された制御装置を更に有し、
前記制御装置が、前記断流器をオンにする前に、第1の指令を前記アクティブフィルタ装置に送信し、
前記アクティブフィルタ装置は、前記第1の指令に応答して、前記自己診断を行い、前記スタンバイ状態に遷移し、
前記制御装置が、前記第1の指令に対して前記アクティブフィルタ装置から受信した応答が正常を示している場合に、前記断流器をオンにする、
ことを特徴とする請求項2に記載の鉄道車両用駆動システム。
Further comprising a control device connected to the disconnector and the active filter device,
The control device transmits a first command to the active filter device before turning on the disconnector,
The active filter device performs the self-diagnosis in response to the first command, and transitions to the standby state;
The control device turns on the disconnector when a response received from the active filter device to the first command indicates normal.
The railway vehicle drive system according to claim 2, wherein:
前記断流器がオンとされた場合に前記フィルタコンデンサの充電が開始され、
前記制御装置は、前記フィルタコンデンサの充電後に、第2の指令を前記アクティブフィルタ装置に送信し、
前記アクティブフィルタ装置は、前記第2の指令に応答して、前記スタンバイ状態から前記メイン動作状態に遷移する、
ことを特徴とする請求項12に記載の鉄道車両用駆動システム。
When the current breaker is turned on, charging of the filter capacitor is started,
The control device, after charging the filter capacitor, transmits a second command to the active filter device,
The active filter device transitions from the standby state to the main operation state in response to the second command.
The drive system for a railway vehicle according to claim 12, wherein:
前記アクティブフィルタ装置に接続された制御装置を更に有し、
前記スタンバイ状態の前記アクティブフィルタ装置は、前記制御装置からの所定の指令に応答して、前記スタンバイ状態から前記起動処理無しに前記メイン動作状態へ遷移する、
ことを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用駆動システム。
Further comprising a control device connected to the active filter device,
The active filter device in the standby state, in response to a predetermined command from the control device, transitions from the standby state to the main operation state without the startup process,
The drive system for a railway vehicle according to claim 1, wherein:
前記電動機として、複数の電動機があり、
前記インバータが、複数のインバータ部を有し、
前記複数のインバータ部の各々について、
当該インバータ部には、前記複数の電動機のうち、当該インバータ部以外のいずれのインバータ部にも接続されていない一部の電動機が接続されている、
ことを特徴とする請求項1乃至14のうちのいずれか1項に記載の鉄道車両用駆動システム。
As the electric motor, there are a plurality of electric motors,
The inverter has a plurality of inverter units,
For each of the plurality of inverter units,
A part of the plurality of motors, which is not connected to any of the inverters other than the inverter, is connected to the inverter.
The drive system for a railway vehicle according to any one of claims 1 to 14, wherein:
鉄道車両を駆動する電動機を負荷とし直流電力を交流電力に変換する第1のインバータと、架線と前記第1のインバータとの間に介在し前記第1のインバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有する主回路を含んだ鉄道車両用駆動システムの前記第1のインバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制する第2のインバータと、
前記第2のインバータを制御する制御回路と
を有し、
前記制御回路は、停止状態において前記アクティブフィルタ装置の電源が投入された場合に所定の起動処理を行うようになっており、
前記制御回路は、前記第1のインバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制する動作を前記第2のインバータに行わせる状態であるメイン動作状態において、前記アクティブフィルタ装置に関する第1種の異常が検出された場合には、前記停止状態に遷移するが、前記アクティブフィルタ装置に関する異常であり前記第1種の異常よりも軽度の異常である第2種の異常が検出された場合には、前記起動処理を行うこと無しに前記メイン動作状態へ遷移可能な状態であるスタンバイ状態に遷移する、
ことを特徴とするアクティブフィルタ装置。
A first inverter that converts a DC power into an AC power by using a motor that drives a railway vehicle as a load, and a voltage that is interposed between the overhead wire and the first inverter and that is generated when the first inverter operates. A second inverter for suppressing a retrace noise current generated by the first inverter of the drive system for a railway vehicle including a main circuit having a filter reactor and a filter capacitor for suppressing pulsation;
A control circuit for controlling the second inverter,
The control circuit performs a predetermined start-up process when the power of the active filter device is turned on in a stopped state,
The control circuit detects a first type of abnormality related to the active filter device in a main operation state in which the second inverter performs an operation of suppressing a retrace noise current generated by the first inverter. If the abnormality is detected, the state transitions to the stop state. If the abnormality of the active filter device is detected and the abnormality of the second type, which is milder than the abnormality of the first type, is detected, the start-up is performed. Transit to a standby state, which is a state capable of transiting to the main operation state without performing processing;
An active filter device characterized by the above-mentioned.
架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機を負荷とし直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記架線と前記インバータとに直列に接続された電流遮断器と、前記断流器と前記インバータとの間に介在し前記インバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有する主回路を含んだ鉄道車両の駆動方法において、
前記インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制するアクティブフィルタ装置の電源が、前記アクティブフィルタ装置の停止状態において投入された場合に、前記アクティブフィルタ装置は、所定の起動処理を行い、
前記アクティブフィルタ装置は、前記インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制する動作を行う状態であるメイン動作状態において、
前記アクティブフィルタ装置に関する第1種の異常が検出された場合には、前記停止状態に遷移し、
前記アクティブフィルタ装置に関する異常であり前記第1種の異常よりも軽度の異常である第2種の異常が検出された場合には、前記起動処理を行うこと無しに前記メイン動作状態へ遷移可能な状態であるスタンバイ状態に遷移する、
ことを特徴とする鉄道車両の駆動方法。
A current breaker that cuts off DC power from an overhead wire, an inverter that converts DC power into AC power using a motor that drives a railway vehicle as a load, and a current breaker that is connected in series with the overhead wire and the inverter, A method for driving a railway vehicle including a main circuit having a filter reactor and a filter capacitor that suppresses pulsation of a voltage generated when the inverter is interposed between the current interrupter and the inverter,
When the power supply of the active filter device that suppresses the retrace noise current generated by the inverter is turned on while the active filter device is stopped, the active filter device performs a predetermined startup process,
The active filter device is in a main operation state in which an operation for suppressing a retrace noise current generated by the inverter is performed.
When a first type abnormality relating to the active filter device is detected, the state transits to the stop state,
When a second type of abnormality, which is an abnormality related to the active filter device and is milder than the first type of abnormality, is detected, it is possible to transition to the main operation state without performing the startup process. Transition to the standby state,
A method for driving a railway vehicle, comprising:
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