[发明专利]电车的推进控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及电车控制装置，特别是涉及在由于架线停电或集电装置的故障等而无法从架线接收电力的情况下，利用从蓄电元件供给的电力使电车行驶的电车的推进控制装置。

背景技术

一般而言，电车经由集电装置引入架线的电力，用该电力驱动电动机并行驶。另外，近些年来，由于二次电池或双电层电容器等蓄电元件的性能提高，因此进行了将这些搭载在电车，用蓄电元件的电力来驱动电动机并行驶的系统的开发。

以往，例如下述专利文献1所示的电车控制装置，在可以接收来自架线的电力的情况下(以下称作“通常时”)，与以往的电化铁路同样，用来自架线的电力驱动电动机。另一方面，在由于架线的停电或集电装置的故障等而无法从架线接收电力的情况(以下称作“非常时”)下，通过用来自蓄电元件的电力驱动电动机，可以行驶到最近的车站，电车不会在车站间的线路上进退不得。

该电车控制装置的行驶例如下。在通常时，通过使集电装置即导电弓架上升，由架线收集电力，驱动电动机，从而作为已有的电化铁路来行驶。在非常时，使导电弓架下降，利用蓄电元件的电力来行驶。在该蓄电元件，在可从架线接收电力时，利用充电控制充电有来自架线的电力，维持既定容量的电力。

专利文献1：日本特开2006-014395号公报

发明内容

然而，在当前的技术水平下，蓄电元件的能量密度、输出密度都较小，由于搭载空间、重量等的限制，难以将与能发挥从架线接收电力来行驶的情况相同性能的蓄电元件搭载在电车。所以，在上述专利文献1所示的电车控制装置中，在用蓄电元件的电力来使电车行驶的情况下，与从架线接收电力来行驶的情况相比，由于向电动机的供给电力受到限制(不足)，因此电动机可以发挥的性能较低，车速较低。由于这样的情况限于非常时，因此车速降低本身是可以容许的，但主要会产生下面说明的问题。

作为第一问题，可以例举若车速降低，则搭载在电车控制装置的逆变器会在开关损耗较大的区域连续运转，逆变器会过热。详细说明这一情况，则一般而言电车的逆变器在从起动到最高速度的1/4左右的车速下，是以开关频率为1000Hz左右的多脉冲PWM模式的驱动。接下来，若逆变器的输出频率提高，则为了避免逆变器的输出电压半周期中所包含的脉冲数减少而波形失真增加，切换至同步脉冲模式。此时，逆变器输出电压半周期中所包含的脉冲数是9、5、3左右。这些脉冲数根据速度选择。而且，在最高速度的1/3左右以后的车速下，为了使逆变器的输出电压最大，是以单脉冲模式的驱动。此时，由于逆变器输出电压半周期中所包含的脉冲数为最小的1，因此可以使开关损耗最小，并且可以使逆变器的冷却片小型化。

以具体的车速进行说明，则在一般的通勤电车中，由于最高速度是120km/h左右，因此从起动到30km/h(最高速度的1/4)是多脉冲PWM模式，之后经由同步脉冲模式，在40km/h(最高速度的1/3左右)左右切换至单脉冲模式。

然而，在用蓄电元件的电力来行驶的情况下，如上所述，向电动机的供给电力受到限制，最高速度为30km/h左右。因此，逆变器始终以1000Hz左右的多脉冲PWM模式进行开关，以开关损耗较大的状态连续运转，所以，用考虑以单脉冲模式的运转而设计的逆变器的冷却片，冷却性能不足。

作为对上述问题的对策，可以考虑低速度的运转，特别设计了强化冷却性能的逆变器，但这会导致逆变器装置的重量、尺寸、成本等增加。

作为第二问题，为了使电车行驶，需要向生成对制动器进行驱动的压缩空气的压缩机、保护装置、控制装置等负载供给电力。通常时，辅助电源装置将从架线供给的电力转换为AC400V左右、DC100V左右的低压电力并供给至各负载。

另一方面，在非常时，由于辅助电源装置不起作用，因此无法向各负载供给电力，特别由于压缩机不动作，因此无法确保制动器用的压缩空气，电车无法行驶。

为了使电车可以进行行驶，考虑用蓄电元件的电力来使辅助电源装置动作，向各负载供给电力的结构，但存在的问题是：若辅助电源装置的输入电压脱离在通常时从架线接收电力的电压范围，则辅助电源装置无法维持规定的输出电压，会停止。所以，需要特别设计的辅助电源装置，以能对应来自架线的接收电力电压及蓄电元件的电压这两者，从而重量、尺寸、成本会增加。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种电车的推进控制装置，其避免驱动电动机的逆变器、以及向负载进行电力供给的辅助电源装置的重量、尺寸、成本的增加，在架线停电时等非常时，可以利用蓄电元件的电力适当进行电车的行驶。