以下に、本発明の好適な実施の形態にか� ��る交流電気車の制御装置を図面に基づいて� ��細に説明する。なお、以下に示す実施の形� ��により本発明が限定されるものではない。

(交流電気車の構成)
 図1は、本発明の好適な実施の形態にかかる 交流電気車の駆動系および制御系の構成を示 す図である。同図において、交流電気車の駆 動系では、交流電力を入力とする主変圧器3� �主変圧器3の交流出力を入力とするPWMコンバ� ��タ4、PWMコンバータ4の直流出力を入力とす� �インバータ10、およびインバータ10の交流出� ��によって駆動される1台以上の電動機13を備� ��て構成される。なお、電動機13としては、� �導電動機や同期電動機が好適である。

 一方、交流電気車の制御系では、主変圧� ��3の出力電流を検出する電流検出器6および� �流検出器6の出力である主変圧器出力電流検� ��信号7に基づいてPWMコンバータ4を制御する� �気車制御装置8を備えて構成される。また、� ��気車制御装置8は、コンバータ制御器9およ� �停電検知器14を備えており、主変圧器出力電 流検出信号7が、コンバータ制御器9および停� ��検知器14の双方に入力されるように構成さ� �ている。

 また、主変圧器3の一次側の一端は集電器 2を介して交流架線1に接続され、他端は車輪3 1を介して大地電位であるレール32に接続され ている。すなわち、変電所(図示省略)からの� ��電電力は、交流架線1、集電器2、車輪31およ びレール32を介して受電するように構成され� ��いる。

(交流電気車の動作)
 つぎに、交流電気車の動作について、通常� ��(非停電時)の動作および停電時における停� �検出時の動作に分けて説明する。

(通常時の動作)
 まず、通常時(非停電時)の動作について説� �する。交流架線1から集電器2を介して集電さ れた交流電力が主変圧器3に供給されると、� �変圧器3は、降圧した交流電圧を主変圧器出� ��電圧5としてPWMコンバータ4に出力する。PWM� �ンバータ4は、入力された主変圧器出力電圧5 を所望の直流電圧に変換し、変換した直流電 圧を直流出力電圧11としてインバータ10に出� �する。一方、電流検出器6は、主変圧器3とPWM コンバータ4を接続する母線間に流れる電流� �検出するとともに、検出した信号を主変圧� �出力電流検出信号7として電気車制御装置8の コンバータ制御器9および停電検知器14に出力 する。コンバータ制御器9は、主変圧器出力� �流検出信号7に基づき、PWMコンバータ4が主変 圧器出力電圧5を用いて生成する直流出力電� �11を一定値に維持するためのゲート許可信号 12の出力制御を行う。すなわち、PWMコンバー� ��4からインバータ10に出力される直流出力電� ��11は、コンバータ制御器9から出力されるゲ� ��ト許可信号12によって、その出力レベルが� �御される。インバータ10は、入力された直流 出力電圧11を所望周波数および所望電圧の交� ��電圧に変換して電動機13に出力する。電動� �13は、入力された交流電圧を用いて電気車の 走行を制御する。

 なお、電気車の力行時(加速制御時)には� �上記のような電力変換を行って電動機13を加 速させるが、ブレーキ時(減速時)には電動機1 3を発電機として作用させる。このとき、イ� �バータ10はコンバータ動作を行い、PWMコンバ ータ4はインバータ動作を行って交流電力回� �ブレーキを作用させる。

(停電検出時の動作)
 つぎに、停電検出時の動作について説明す� ��が、その前に停電検出を確実かつ迅速に行� ��なければならない理由について説明する。� ��ま、地上設備などの事故で変電所の遮断器� ��オフとなった場合を考える。このとき、交� ��電力回生ブレーキを作用させている車両も� ��れば、力行している車両もあるので、電気� ��に供給される電力が、電力的にバランスし� ��しまう可能性があり、地上装置側での停電� ��出が遅れる。このため、停電時には、地上� ��置側だけでなく、電気車側においても、停� ��の検出を迅速かつ確実に行って、回生ブレ� ��キ動作を速やかに停止する必要がある。

 なお、停電検出の確実性(安定性)を求め� �うとすると停電検出に遅れが発生し、逆に� �停電検出の速度を上げようとすると精度が� �持されない結果となる。従来技術では、こ� �らの観点を両立させた制御を行うことがで� �なかったが、本実施の形態の制御装置では� �停電検出の確実性と迅速性とを両立させた� �御を可能とするものである。

 図1に戻り、交流架線1の停電が発生した� �合には、停電検知器14からコンバータ制御器 9に対して停電検知信号15が出力される。なお 、この停電検知信号15は、電流検出器6が検出 した主変圧器出力電流検出信号7を用いて生� �される。コンバータ制御器9は、入力された� ��電検知信号15に基づいてゲート許可信号12の 出力を完全に停止させる。

(停電検知器の細部構成)
 つぎに、停電検知器14の構成について説明� �る。図2は、図1に示す停電検知器14の細部構� ��を示す図である。

 図2において、停電検知器14は、特定周波� ��を表す設定値(以下「特定周波数設定値」と いう)26を出力する特定周波数設定部25、停電� ��電流値レベルで判定するための閾値となる� ��電検知設定値22を出力する停電検知設定部21 、主変圧器出力電流検出信号7および特定周� �数設定値26を入力信号とする特定周波数信号 演算部16、主変圧器出力電流検出信号7および 特定周波数信号演算部16の出力信号である特� ��周波数電流信号18を入力信号とする減算器19 ならびに、停電検知設定値22および減算器19� �出力信号である電流偏差20を入力信号とする 停電検知部23を備えており、停電検知部23の� �力が上述した停電検知信号15として出力され る。

 なお、特定周波数設定部25が出力する特� �周波数設定値26および停電検知設定部21が出� ��する停電検知設定値22については、き電設� �における使用周波数や供給電力、同時に運� �される車両編成数、編成車両のタイプなど� �応じて任意の値に設定することが可能であ� �。

(停電検知器の動作)
 つぎに、停電検知器14の動作について図1お� ��び図2を参照して説明する。特定周波数信号 演算部16は、電流検出器6から出力された主変 圧器出力電流検出信号7から、特定周波数設� �値26に相当する電流成分を抽出し、当該電流 成分を特定周波数電流信号18として減算器19� �出力する。減算器19は、特定周波数電流信号 18から主変圧器出力電流検出信号7を減算し、 その減算結果を電流偏差20として停電検知部2 3に出力する。

 停電検知部23では、電流偏差20と停電検知 設定値22の大きさが比較される。電流偏差20� �停電検知設定値22よりも大きい場合には、停 電と判断され、停電検知信号15がコンバータ� ��御器9に出力される。一方、電流偏差20が停� ��検知設定値22よりも小さい場合には、停電� �はないと判断され、停電検知信号15は出力さ れない。

 このように、本実施の形態にかかる交流� ��気車の制御装置では、電気車制御装置8に備 えられた停電検知器14が交流架線1の停電を迅 速かつ確実に検出し、停電が検出された場合 にはPWMコンバータ4の動作を停止させるので� �交流架線1から電力の供給を受けている電気� ��の回生ブレーキ動作は機能しない。その結� ��、交流架線1に流れる交流電力は低下し、地 上装置側における停電検出も、迅速かつ確実 に行われる。

 また、図2に示す停電検知器14では、主変� ��器3の出力に流れる電流信号(主変圧器出力� �流検出信号7)を特定周波数設定値26と比較す� ��とともに、その比較出力をさらに自身の出� ��、すなわち主変圧器出力電流検出信号7で減 算処理しているので、非停電時と停電時の場 合の出力差を大きくすることができる(非停� �時の場合には減算器の出力は小さく、停電� �の場合には減算器の出力は大きくなる)。こ� ��ため、停電検知のための閾値(停電検知設定 値22)を大きく設定することができ、検出感度 や検出精度を向上させることができる。その 結果、複数車両の運転による誤検知および停 電検知遅れを抑止することが可能となり、変 電所等の地上設備の障害防止および、車両運 行の安定化を実現することが可能となる。