铁路车辆用电力变换装置

摘要

实施方式的铁路用电力变换装置具备：变压器，所述变压器的一次绕组经由集电装置电连接于架线；主电力变换装置，连接于变压器的次级绕组，连接于驱动用马达；副电力变换装置，连接于变压器的三次绕组，对搭载于铁路车辆的被驱动对象的辅机供给电力；切断装置，将变压器与架线进行电切断；检测器，设置于架线与切断装置之间，检测来自架线的电力的供给的有无；以及控制部，在根据检测器的输出至少不进行来自所述架线的电力的供给的无电区间的通过期间中，在由切断装置将变压器与架线进行了电切断的状态下，使主电力变换装置经由变压器将驱动用马达的再生电力供给到所述副电力变换装置，所以即使在区段通过时也能够继续大电力向辅机的电力供给。

权利要求

1.一种铁路车辆用电力变换装置，具备：变压器，所述变压器的一次绕组经由集电装置电连接于架线；

主电力变换装置，连接于所述变压器的次级绕组，连接于驱动用马达；

副电力变换装置，连接于所述变压器的三次绕组，对搭载于铁路车辆的被驱动对象的辅机供给电力；

切断装置，将所述变压器与所述架线进行电切断；

检测器，设置于所述架线与所述切断装置之间，检测来自所述架线的电力的供给的有无；以及

控制部，在根据所述检测器的输出至少不进行来自所述架线的电力的供给的无电区间的通过期间中，在利用所述切断装置将所述变压器与所述架线进行了电切断的状态下，使所述主电力变换装置经由所述变压器将所述驱动用马达的再生电力供给到所述副电力变换装置，

所述主电力变换装置具备转换器，通过PWM控制进行电力变换，所述控制部为了抑制起因于所述变压器的电固有频率以及所述转换器的载波频率而产生的所述变压器内的共振现象，将所述切断装置的切断时的所述PWM控制中的载波频率设定成比所述切断装置的非切断时的所述PWM控制中的载波频率高。

2.根据权利要求1所述的铁路车辆用电力变换装置，其中，所述主电力变换装置设置有多个，所述多个主电力变换装置中的至少某一个主电力变换装置进行所述再生电力的供给。

3.根据权利要求1所述的铁路车辆用电力变换装置，其中，所述铁路车辆用电力变换装置具备多个所述变压器，多个所述变压器的一次绕组经由所述切断装置连接于所述架线。

4.根据权利要求1所述的铁路车辆用电力变换装置，其中，所述铁路车辆用电力变换装置具备速度检测部，该速度检测部检测所述铁路车辆的行驶速度，

所述控制部在所述铁路车辆通过无电区间时的行驶速度小于预定的行驶速度的情况下，禁止所述驱动用马达的再生电力经由变压器向副电力变换装置的供给。

5.一种铁路车辆用电力变换装置，具备：变压器，所述变压器的一次绕组经由集电装置电连接于架线；

多个主电力变换装置，连接于所述变压器的次级绕组，分别连接于驱动车轮的驱动用马达；

多个滑行探测部，与所述多个主电力变换装置对应起来设置，探测所述车轮的滑行状态；

副电力变换装置，连接于所述变压器的三次绕组，对搭载于被驱动对象的铁路车辆的辅机或者辅机群供给电力；

切断装置，将所述变压器与所述架线进行电切断；以及控制部，在通过设置于所述架线与其它架线之间的无电区间时，在由所述切断装置将所述变压器与所述架线进行了电切断的状态下，使所述主电力变换装置经由所述变压器将所述驱动用马达的再生电力供给到所述副电力变换装置，所述控制部设定成由所述滑行探测部检测到滑行的主电力变换装置的再生电力比滑行检测前低，

使由所述滑行探测部未检测到滑行的其它主电力变换装置追加与所述再生电力的下降相应的量而供给。

6.根据权利要求5所述的铁路车辆用电力变换装置，其中，所述主电力变换装置设置有多个，至少1个所述主电力变换装置在与其它主电力变换装置对应的所有的滑行探测部未探测到所述滑行状态的状态下，被设为停止了所述再生电力向所述副电力变换装置的供给的预备的主电力变换装置。

7.根据权利要求6所述的铁路车辆用电力变换装置，其中，所述预备的主电力变换装置在与其它主电力变换装置对应的所有的滑行探测部探测到所述滑行状态之后，至少在通过所述无电区间以前，继续进行所述再生电力向所述副电力变换装置的供给。

说明书

铁路车辆用电力变换装置

技术领域

[0001] 本发明的实施方式涉及铁路车辆用电力变换装置。

背景技术

[0002] 以往，在对客车、货车进行牵引或者推进的电气机车中，与对用于驱动该电气机车的马达供给电力的主电力变换装置一起，搭载有副电力变换装置，该副电力变换装置对搭
载于客车、货车的空气调节装置等辅机供给电力。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本特开2010-215013号公报

发明内容

[0006] 然而，对于经由导电弓等集电装置对电气机车供给电力的架线，为了在属于不同的电源系统的架线之间顺利地使电气机车进行转移，在属于不同的电源系统的架线间设置
有作为不供给电力的无电区间的区段。

[0007] 在通过该区段时，向集电装置的电力供给停止，所以关于空气调节装置等大电力的辅机，一旦停止电力的供给且还包括再次启动，则产生几十秒左右无法驱动辅机的期间。

[0008] 因而，在列车运行中，成为妨碍舒适的运行的原因之一。

[0009] 本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供即使在区段通过时也能够继续进行大电力向辅机的电力供给的铁路车辆用电力变换装置。

[0010] 实施方式的铁路用电力变换装置具备：变压器，所述变压器的一次绕组经由集电装置电连接于架线；主电力变换装置，连接于变压器的次级绕组，连接于驱动用马达；副电
力变换装置，连接于变压器的三次绕组，对搭载于铁路车辆的被驱动对象的辅机供给电力；
切断装置，将变压器与架线进行电切断；检测器，设置于架线与切断装置之间，检测来自架
线的电力的供给的有无；以及控制部，在根据检测器的输出至少不进行来自所述架线的电
力的供给的无电区间的通过期间中，在由切断装置将变压器与架线进行了电切断的状态
下，使主电力变换装置经由变压器将驱动用马达的再生电力供给到所述副电力变换装置。

附图说明

[0011] 图1是实施方式的列车以及架线状态的说明图。

[0012] 图2是第1实施方式的机车的电力系统的概要结构图。

[0013] 图3是主电力变换装置的概要结构框图。

[0014] 图4是构成控制部的一部分的电压信号生成部的详细结构框图。

[0015] 图5是作为转换器控制部发挥功能的控制部的功能结构框图。

[0016] 图6是作为逆变器控制部发挥功能的控制部的功能结构框图。

[0017] 图7是第1实施方式的动作说明图。

[0018] 图8是浪涌电压产生时的说明图。

[0019] 图9是实施方式的变形例的动作说明图。

[0020] 图10是第1变形例的浪涌电压产生时的说明图。

[0021] 图11是在第2实施方式中构成控制部的一部分的电压信号生成部的详细结构框图。

[0022] 图12是在第2实施方式中作为转换器控制部发挥功能的控制部的详细结构框图。

[0023] 图13是第2实施方式的动作说明图。

[0024] 图14是第3实施方式的动作说明图。

具体实施方式

[0025] 接下来，参照附图，说明优选的实施方式。

[0026] 图1是实施方式的列车以及架线状态的说明图。

[0027] 列车100具备电气机车(铁路车辆)101以及由电气机车101牵引(或者从后方推进)的客车(或者货车)102。

[0028] 在此，电气机车101具备从架线(回流线)11供给交流电力的导电弓12以及经由线路13接地的车轮14。

[0029] 另外，架线11具备电源系统不同的两个架线11A、11B，在两个架线11A、11B之间设置有用于架线切换的区段(section)(无电区间[非通电区间])11X。

[0030] 在上述结构中，电气机车101具备车辆控制装置21，该车辆控制装置21经由设置于线路13侧的地面机ET以及设置于该电气机车101的车上机TT进行来自地面设备的控制信号
等信息的收发，参考获取到的信息，进行电气机车101整体的控制。而且，从地面设备是经由
地面机ET以及车上机TT在到达区段11X之前，进行到达区段11X的意思的预告(区段到达预
告)。

[0031] [1]第1实施方式

[0032] 图2是第1实施方式的机车的电力系统的概要结构图。

[0033] 如图2所示，实施方式的电气机车101在从架线(回流线)11供给交流电力的导电弓12与经由线路13接地的车轮14之间串联地连接切断器15以及变压器16的一次绕组(一次线
圈)16A。

[0034] 对变压器16的多个(在图2中，N个系统。N为2以上的整数。)次级绕组(次级线圈)16B分别经由主电力变换装置(在图2中，记载为CI)17－1～17－N连接驱动用的马达18。在
本实施方式中，该马达18能够作为在惰力运转时作为发电机而供给再生电力的电力源。

[0035] 此外，在以下说明中，在无需分别识别主电力变换装置17－1～17－N的情况下，记载为主电力变换装置17。

[0036] 另外，对变压器16的多个(在图2中，4个系统)三次绕组(三次线圈)16C分别连接对应的副电力变换装置19A～19D。在此，副电力变换装置19A以及副电力变换装置19C(在图
中，分别记载为APU)对搭载于电气机车101的辅机(车载电气设备)20A以及辅机20C供给电
力。另外，副电力变换装置19B以及副电力变换装置19D(在图中，记载为LGU)对搭载于客车
102的辅机(车载电气设备)20B以及辅机20D供给电力。

[0037] 在导电弓12与切断器15之间设置有电压检测器(PT：Potential transformer)27，该电压检测器27用于检测架线电压，将检测到的架线电压输出到后述控制部23。在此，电压
检测器27作为检测来自架线11的电力的供给的有无的检测器发挥功能。

[0038] 在上述结构中，切断器15由车辆控制装置21控制。

[0039] 另外，在车辆控制装置21的控制下，控制部23控制主电力变换装置17以及副电力变换装置19A～19D。

[0040] 进而，对各次级绕组16B设置有用于检测流经各次级绕组16B的电流的电流传感器24B。同样地，对各三次绕组16C设置有用于检测流经各三次绕组16C的电流的电流传感器
24C。

[0041] 图3是主电力变换装置的概要结构框图。

[0042] 关于主电力变换装置17，大致区分时具备：转换器(CNV)31，在通常动作时，根据转换器PWM控制信号PWM1将从变压器16输入的交流电力变换为直流电力，并且在再生电力供
给动作时根据转换器PWM控制信号PWM1将从后述逆变器32输入的直流电力变换为交流电
力，供给到变压器16；逆变器(INV)32，在通常动作时，根据逆变器PWM控制信号PWM2将从转
换器31输入的直流电力变换为三相交流电力而供给到马达18，并且根据逆变器PWM控制信
号PWM2将马达18的再生电力(交流电力)变换为直流电力而供给到转换器31；以及直流电压
传感器33，检测在转换器31－逆变器32之间输入输出的直流电力的电压。

[0043] 图4是构成控制部的一部分的电压信号生成部的详细结构框图。

[0044] 在该情况下，电压信号生成部40在通常的行驶时生成具有与从架线11经由导电弓输入的交流电力相同的相位以及相同的电压(实效电压)的电压信号Vsv，并进行输出，并且
在由于在区段(无电区间)11X行驶而导致的架线电压的消失时生成具有与在刚要进入到区
段11X之前输入的交流电力相同的相位以及相同的电压(实效电压)的电压信号Vsv作为假
想架线电压信号，并进行输出。

[0045] 电压信号生成部40具备：停电探测部41，根据电压检测器27检测到的架线电压而在预定的阈值时间以上未检测到架线电压的情况下，判别为从架线11未被供给电力，将停
电探测信号输出为“H”电平(“1”)；电源相位检测部42，根据电压检测器27检测到的架线电
压(瞬时电压值的变动)来检测从架线11供给的交流电力的相位；电源电压运算部43，根据
电压检测器27检测到的架线电压来运算从架线11供给的交流电力的实效电压；减法器44，
计算电源相位检测部42检测到的相位与后述假想架线电压相位信号的相位的相位差；限制
器45，将作为减法器44的输出的相位差限制在预定范围内；以及加法器46，对后述假想架线
电压生成部51输出的假想架线电压相位信号θv加上限制器45的输出。

[0046] 关于减法器44、限制器45、加法器46，利用它们的组合而构成相位变化率限制器，具有使假想架线电压相位信号θv的值逐渐接近电源相位检测部42的输出的功能。关于该电
压变化率限制器的设定值，设定使用电压信号Vsv的辅机的控制没有异常而能够追随的值
(例如180度/s)。例如，在将该相位变化率限制器的设定值设为180度/s的情况下，设为电压
信号生成部40的处理在微型计算机上执行的程序等中以1ms周期执行时，将限制器45的限
制值设为0.18度(＝180度/1000ms)即可。

[0047] 进而，电压信号生成部40具备：减法器47，计算电源电压运算部43运算出的实效电压与后述假想架线电压值信号Vv的电压差；限制器48，将作为减法器47的输出的电压差限
制在预定范围内(例如，360度以内)；以及加法器49，对电源电压运算部43的输出加上限制
器48的输出。

[0048] 关于减法器47、限制器48、加法器49，利用它们的组合而构成电压变化率限制器，具有使假想架线电压值信号Vv的值逐渐接近电源电压检测部43的输出的功能。关于该电压
变化率限制器的设定值，设定使用电压信号Vsv的辅机的控制没有异常而能够追随的值(例
如，200V/s)。例如，在将该电压变化率限制器的设定值设为200V/s的情况下，设为电压信号
生成部40的处理作为在微型计算机上执行的程序等以1ms周期执行时，将限制器45的限制
值设为0.2V(＝200V/1000ms)即可。

[0049] 进而，电压信号生成部40具备假想架线电压生成部51，该假想架线电压生成部51经由切换开关50的一个端子T11被输入加法器46的输出，经由切换开关52的一个端子T21被
输入加法器49的输出，输出假想架线电压值信号Vv、假想架线电压相位信号θv以及架线电
压信号Vsv。

[0050] 在此，假想架线电压生成部51例如构成为将控制输入作为电源相位值以及电源电压值(实效值)的微型计算机上执行的程序，在该假想架线电压生成部51中，在停电探测部
41判别为从架线11被供给电力的期间中，假想架线电压值信号Vv成为与电源电压运算部43
运算出的从架线11供给的交流电力的实效电压值相等的值。另外，在假想架线电压生成部
51中，在停电探测部41判别为从架线11被供给电力的期间中，假想架线电压相位信号θv成
为与从架线11供给的交流电力的相位值相等的值。

[0051] 因而，在假想架线电压生成部51中，在停电探测部41判别为从架线11被供给电力的期间中输出的架线电压信号Vsv成为与电源电压运算部43运算出的从架线11供给的交流
电力的实效电压值相等的值。

[0052] 换言之，与电压信号生成部40未进行实效的动作的情况等效，成为电压检测器27检测到的架线电压直接作为架线电压信号Vsv而输出的状态。

[0053] 另外，在假想架线电压生成部51中，在停电探测部41判别为从架线11未被供给电力的期间中，假想架线电压值信号Vv仍旧继续输出停电探测部41刚要判别为从架线11未被
供给电力之前的假想架线电压值信号Vv，假想架线电压相位信号θv仍旧继续输出停电探测
部41刚要判别为从架线11未被供给电力之前的假想架线电压相位信号θv。

[0054] 因而，在假想架线电压生成部51中，在停电探测部41判别为从架线11未被供给电力的期间中，即在区段通过过程中输出的架线电压信号Vsv继续输出与电探测部41刚要判
别为从架线11未被供给电力之前的从架线11供给的交流电力的实效电压值相等的值。

[0055] 在以下，将从后述再生准备动作的期间的开始至电气机车101通过再生电力供给到辅机20A～20D的无电区间即区段11X为止的期间称为再生处理期间，将该再生处理期间
以外的期间称为非再生处理期间。

[0056] 在上述结构中，假想架线电压生成部51在非再生处理期间生成与电源相位检测部42输出的从架线11供给的交流电力的相位相同的假想架线电压相位信号θv，输出到减法器
44以及切换开关50的另一个端子T12。

[0057] 同样地，在非再生处理期间，假想架线电压生成部51将假想架线电压值信号Vv＝0输出到减法器47以及切换开关52的另一个端子T22。

[0058] 其结果是，在非实效再生处理期间，对假想架线电压生成部51输入加法器46的输出以及加法器49的输出。然后，假想架线电压生成部51根据加法器46以及加法器49的输出
来输出在实效上不对控制造成影响(＝在实效上为零)的架线电压信号Vsv。

[0059] 此时，假想架线电压生成部51输出的假想架线电压相位信号θv以及假想架线电压值信号Vv在限制器45以及限制器48在实效上未进行动作的情况下，分别具有与电源相位检
测部42检测到的从架线11供给的交流电力的相位以及电源电压运算部43运算出的从架线
11供给的交流电力的实效电压相等的值。

[0060] 另外，关于假想架线电压生成部51，在通过区段11X时(无电期间：停电时)，根据停电探测信号，使切换开关50被切换到端子T12侧，使切换开关52被切换到端子T22侧。因而，
对假想架线电压生成部51输入自身输出的假想架线电压相位信号θv以及假想架线电压值
信号Vv。

[0061] 其结果，在通过区段11X时(无电期间：停电时)继续输出架线电压信号Vsv，该架线电压信号Vsv具有：与和直至停电探测部41判别为从架线11未被供给电力的刚刚之前在输
入的由电源相位检测部42输出的从架线11供给的交流电力的相位相同的相位相当的相位；
以及与直至刚刚之前在输入的由电源电压运算部43运算出的从架线11供给的交流电力的
实效电压相同的电压。

[0062] 图5是作为转换器控制部发挥功能的控制部的功能结构框图。

[0063] 控制部23具备：转换器31用的直流链接电压控制部61C，根据在非再生处理期间从车辆控制装置21输入的直流链接电压指令信号VdcRef，以使由直流电压传感器33检测到的
直流电压(直流链接电压)成为与直流链接电压指令信号VdcRef相当的电压的方式输出直
流链接电压控制信号；以及转换器电流指令生成部62，根据直流链接电压控制信号以及电
源相位检测部的输出来生成转换器电流指令信号IsRef并进行输出。

[0064] 另外，控制部23具备：转换器电流控制部63，根据设置于次级绕组16B的电流传感器24的输出以及转换器电流指令信号来输出转换器电流控制信号IsRef；加法器64，将电源
电压运算部的输出与转换器电流控制部的输出相加；加法器65，对加法器64的输出信号加
上假想电压生成部输出的架线电压信号Vsv；以及转换器PWM控制部66，根据加法器65的输
出将转换器PWM控制信号PWM1输出到转换器。

[0065] 图6是作为逆变器控制部发挥功能的控制部的功能结构框图。

[0066] 控制部23具备：逆变器32用的直流链接电压控制部61I，根据在再生处理期间从车辆控制装置21输入的直流链接电压指令信号VdcRef，以使由直流电压传感器33检测到的直
流电压(直流链接电压)成为与直流链接电压指令信号VdcRef相当的电压的方式输出直流
链接电压控制信号；以及加法部71，对直流链接电压控制部61I的输出加上牵引力指令信号
而输出。

[0067] 另外，控制部23具备：逆变器电流指令生成部72，根据加法部71的输出来生成作为逆变器电流指令信号的q轴电流指令信号IqRef以及d轴电流指令信号IdRef，并进行输出；
逆变器电流控制部73，根据q轴电流指令信号IqRef以及d轴电流指令信号IdRef输出逆变器
电流控制信号；以及PWM控制部74，根据逆变器电流控制部73的输出将逆变器PWM控制信号
PWM2输出到逆变器。

[0068] 在上述结构中，在非再生处理期间，直流链接电压控制部61C进行动作，直流链接电压控制部61I停止(输出0)。

[0069] 另一方面，在再生处理期间，直流链接电压控制部61C停止(输出0)，直流链接电压控制部61I进行动作。此时，牵引力指令信号被设定成牵引力＝0。

[0070] 接着，说明第1实施方式的动作。

[0071] 图7是第1实施方式的动作说明图。

[0072] 在时刻t1，在使用轨道电路从地面设备预告到达区段11X的定时以前，供给到一次绕组16A的架线电压的相位与供给到次级绕组16B的电压的相位一致。

[0073] 然后，在时刻t1，当根据经由地面机ET以及车上机TT(参照图1)的来自地面设备的区段控制信号而预告到达区段11X时，转换器电流指令信号(IsRef)以及逆变器电流指令信
号(IqRef)控制成马达18的转矩(电动机转矩)逐渐减少。即，转换器的转换器电流指令生成
部62以使从转换器31流到逆变器32的直流侧电流(＝直流链接电流)逐渐成为零的方式进
行控制。

[0074] 其结果，转换器电流指令生成部62在时刻t2以使转换器的直流侧电流(＝直流链接电流)大致成为零的方式进行控制，逆变器电流指令生成部72在时刻t2以使从逆变器32
流到马达18的三相交流侧电流大致成为零的方式进行控制。

[0075] 然后，在时刻t2，控制部23为了使主电力变换装置17的动作成为再生动作模式而转移到再生准备动作。即，在时刻t2从非再生处理期间转移到再生处理期间。

[0076] 由此，成为动作状态的直流链接电压控制部(逆变器)61I以使从转换器31流到变压器16的转换器31的交流侧电流逐渐增加的方式进行控制。另外，逆变器电流指令生成部
72以使作为马达18生成并输出到转换器31的再生电流的直流侧电流(＝直流链接电流)逐
渐增加的方式进行控制。

[0077] 由此，即使在机车101到达作为非通电区间的区段11X的情况下，也能够经由变压器16将马达18的再生电力供给到副电力变换装置19A～19D，副电力变换装置19A～19D在表
观上维持从架线11继续接着供给电力的状态的准备完成。

[0078] 然后，在再生准备动作可靠地完成的时刻t3，切断器15成为开路状态(截止状态：切断状态)。

[0079] 因而，在时刻t3～时刻t4的期间，未进行从架线11经由导电弓12以及变压器16的一次绕组16A向副电力变换装置19A～19D的电力供给，但主电力变换装置17经由变压器16
将马达18的再生电力供给到副电力变换装置19A～19D。因而，副电力变换装置19A～19D继
续进行向辅机20A～辅机20D的电力供给，辅机20A～辅机20D维持继续动作的状态。

[0080] 另一方面，在时刻t3～时刻t4的期间，电压检测器27尚在检测出架线电压，所以停电探测信号仍旧为“0”电平。

[0081] 然后，在时刻t4，当电气机车101到达作为无电区间的区段11X时，电压检测器27无法检测架线电压，停电探测信号转变为“1”电平。

[0082] 其结果，停电探测信号成为“1”电平，所以切换开关50被切换到端子T12侧。另外，切换开关52被切换到端子T22侧。因而，对假想架线电压生成部51输入自身输出的假想架线
电压相位信号θV以及假想架线电压值信号Vv。

[0083] 其结果，假想架线电压生成部51经由加法器65将架线电压信号Vsv继续输出到PWM控制部66，其中，架线电压信号Vsv具有：与和直至刚刚之前在输入的由电源相位检测部42
输出的从架线11供给的交流电力的相位相同的相位相当的相位；以及与直至刚刚之前在输
入的由电源电压运算部43运算出的从架线11供给的交流电力的实效电压相同的电压。

[0084] 此时，转换器电流控制部63的输出成为零，所以在实效上对PWM控制部66输出架线电压信号Vsv。由此，转换器31将逆变器32输出的马达18的再生电力设为与从架线11A接受
了电力供给的状态相同(相位以及电压)，经由次级绕组16B以及三次绕组16C，在区段11X通
过期间中(时刻t4～时刻t5)，经由副电力变换装置19A～19D供给到辅机20A～20D。因而，辅
机20A～20D使动作继续。

[0085] 然后，在时刻t5，电气机车101通过完区段11X并到达架线11B时，电压检测器27再次检测出架线电压，停电探测信号转变为“0”电平。

[0086] 在该时间点，如图7所示，从架线11B供给的交流电力的相位以及电压与从架线11A供给的交流电力的相位以及电压不同。因此，控制部23仍旧继续马达18的再生电力从主电
力变换装置17向辅机20A～20D的供给。

[0087] 此时，再次经由加法器46以及加法器49对假想架线电压生成部51输入电源相位检测部42以及电源电压运算部43的输出。因而，假想架线电压生成部51使架线电压信号Vsv逐
渐接近由电压检测器27检测到的电压波形。然后，将被判断(＝能够判断)为作为转换器31
输出的交流侧电力的再生电力的相位与从架线11B供给的交流电力的相位以及电压相等的
时刻作为时刻t6。

[0088] 因而，控制部23在时刻t7，检测到架线电压信号Vsv与由电压检测器27检测到的电压波形一致时，使切断器15再次成为闭路状态(导通状态)。

[0089] 转换器电流指令生成部62利用转换器电流指令信号(IsRef)控制成输出到变压器16侧的再生电力的电流量逐渐减少并成为零。另外，逆变器电流指令生成部72利用逆变器
电流指令信号(IqRef、IdRef)控制成输出到转换器31侧的再生电力的电流量逐渐减少并成
为零。

[0090] 其结果，转换器电流指令生成部62以在基于马达18的再生电力的电流成为零的时刻t8使转换器31的直流侧电流(＝直流链接电流)大致成为零的方式进行控制。另外，逆变
器电流指令生成部72以在时刻t8使逆变器32的直流侧电流大致成为零的方式进行控制。

[0091] 然后，在时刻t8，控制部23使主电力变换装置17的动作从再生动作模式转移到通常动作模式。即，控制部23转移到作为经由变压器16的一次绕组16A以及三次绕组16C将从
架线11(架线11B)供给的电力供给到副电力变换装置19A～19D、副电力变换装置19A～19D
对对应的辅机20A～20D供给电力的状态的通常动作模式。

[0092] 如以上说明，根据本第1实施方式，即使在电气机车101通过作为无电区间的区段11X的情况下，也能够代替来自架线11的电力供给，经由逆变器32、转换器31、变压器16的次
级绕组16B以及三次绕组16C将基于驱动用的马达18的再生电力供给到副电力变换装置19A
～19D、甚至辅机20A～20D。因而，无需使辅机的动作停止，就能够通过区段11X，也不需要作
为辅机的空气调节装置等大电力的装置的复原动作等，能够进行舒适的运行。

[0093] [2]实施方式的变形例

[0094] [2.1]变形例

[0095] 在图2所示的电路中，在切断器15的开路状态(截止状态：切断状态)、即变压器16的一次绕组16A为断路的状态下，当使主电力变换装置17动作时，有时与开关动作相伴地在
一次绕组16A中产生大的浪涌电压。

[0096] 图8是浪涌电压产生时的说明图。

[0097] 如图8所示，当输入PWM控制波形P1时，相对于作为目的的输出电压波形P2产生大的浪涌电压P3。

[0098] 因而，在本变形例中，为了抑制该浪涌电压P3，在切断器15为闭路状态(导通状态)的情况和为开路状态(截止状态)的情况下，变更PWM波形生成时的载波频率。

[0099] 以下，详细地进行说明。

[0100] 图9是实施方式的变形例的动作说明图。

[0101] 在时刻t11，从地面设备预告到达区段11X时，转换器电流指令信号以及逆变器电流指令信号以使马达18的转矩(电动机转矩)逐渐减少的方式进行控制。即，转换器电流指
令生成部62以使从转换器31流到逆变器32的直流侧电流(＝直流链接电流)逐渐成为零的
方式进行控制。

[0102] 其结果，转换器电流指令生成部62在时刻t12以使转换器的直流侧电流(＝直流链接电流)大致成为零的方式进行控制，逆变器电流指令生成部在时刻t12以使从逆变器32输
出到马达18的三相交流侧电流大致成为零的方式进行控制。

[0103] 然后，在时刻t12，控制部23为了使主电力变换装置17的动作成为再生动作模式而转移到再生准备动作。即，在时刻t12，从非再生处理期间转移到再生处理期间。

[0104] 此时，当转换器31的载波频率为与变压器16的电固有频率接近的值时，在变压器16内产生共振现象，有时产生比通常大的电压。为了避免这种情况，转换器电流指令生成部
62将在PWM控制部66中使用的载波频率变更成比通常动作时高(再生动作时载波频率>通常
动作时载波频率)。直流链接电压控制部(逆变器)61I以使从转换器31流到变压器16的转换
器31的交流侧电流逐渐增加的方式进行控制。另外，逆变器电流指令生成部72以使作为马
达18生成并输出到转换器31的再生电流的直流侧电流(＝直流链接电流)逐渐增加的方式
进行控制。

[0105] 在这样转换器31的载波频率为与变压器16的电固有频率接近的值的情况下，使用比通常动作时载波频率高的再生动作时载波频率，从而能够抑制在变压器16内部产生的共
振现象所引起的大电压的产生、即如图8所示产生针对变压器16的输出电压波形P1而大幅
超过其的电压P3。

[0106] 图10是第1变形例的浪涌电压产生时的说明图。

[0107] 如图10所示可知，即使输入PWM控制波形P11，针对作为目的的输出电压波形P2产生的浪涌电压P13也被抑制。

[0108] 而且，即使在机车101到达作为无电区间的区段11X的情况下，马达18的再生电力也经由逆变器32、转换器31以及变压器16供给到副电力变换装置19A～19D。因而，在副电力
变换装置19A～19D中，在表观上，维持从架线11继续接着供给电力的状态的准备完成。

[0109] 然后，在再生准备动作可靠地完成的时刻t3，切断器15成为开路状态(截止状态：切断状态)。

[0110] 因而，在时刻t13～时刻t14的期间，未进行从架线11经由导电弓12以及变压器16的一次绕组16A向副电力变换装置19A～19D的电力供给。然而，主电力变换装置17经由变压
器16将马达18的再生电力供给到副电力变换装置19A～19D。其结果，副电力变换装置19A～
19D继续向辅机20A～辅机20D的电力供给，辅机20A～辅机20D维持继续动作的状态。

[0111] 另一方面，电压检测器27尚在检测出架线电压，所以在时刻t13～时刻t14的期间，停电探测信号仍旧为“0”电平。

[0112] 然后，在时刻t14，电气机车101到达作为无电区间的区段11X时，电压检测器27无法检测出架线电压，停电探测信号转变为“1”电平。

[0113] 其结果，停电探测信号成为“1”电平，所以切换开关50被切换到端子T12侧。另外，切换开关52被切换到端子T22侧。因而，对假想架线电压生成部51输入自身输出的假想架线
电压相位信号θV以及假想架线电压值信号Vv。

[0114] 其结果是，假想架线电压生成部51经由加法器65将架线电压信号Vsv继续输出到PWM控制部66，该架线电压信号Vsv具有：与和直至刚刚之前在输入的由电源相位检测部42
输出的从架线11供给的交流电力的相位相同的相位相当的相位；以及与直至刚刚之前在输
入的由电源电压运算部43运算出的从架线11供给的交流电力的实效电压相同的电压。

[0115] 此时，转换器电流控制部63的输出成为零，所以在实效上对PWM控制部66输出架线电压信号Vsv。即，转换器31将逆变器32输出的马达18的再生电力设为与从架线11A接受了
电力供给的状态相同(相位以及电压)，经由次级绕组16B以及三次绕组16C，在区段11X通过
期间中(时刻t14～时刻t15)，经由副电力变换装置19A～19D供给到辅机20A～20D，使动作
继续。

[0116] 然后，在时刻t15，电气机车101通过完区段11X，到达架线11B时，电压检测器27再次检测出架线电压，停电探测信号转变为“0”电平。

[0117] 在该时间点，如图10所示，从架线11B供给的交流电力的相位以及电压与从架线11A供给的交流电力的相位以及电压不同。因而，控制部23仍旧继续马达18的再生电力从主
电力变换装置17向辅机20A～20D的供给。

[0118] 此时，再次经由加法器46以及加法器49对假想架线电压生成部51输入电源相位检测部以及电源电压运算部的输出，架线电压信号Vsv逐渐接近由电压检测器27检测到的电
压波形。然后，将被判断(＝能够判断)为作为转换器31输出的交流侧电力的再生电力的相
位与从架线11B供给的交流电力的相位以及电压相等的时刻作为时刻t16。

[0119] 因而，控制部23在时刻t17，检测到架线电压信号Vsv与由电压检测器27检测到的电压波形在实效上一致时，使切断器15再次成为闭路状态(导通状态)。

[0120] 转换器电流指令生成部62利用转换器电流指令信号控制成输出到变压器16侧的再生电力的电流量逐渐减少并成为零，逆变器电流指令生成部72利用INV电流指令信号控
制成输出到转换器31侧的再生电力的电流量逐渐减少并成为零。

[0121] 其结果，转换器电流指令生成部62以在基于马达18的再生电力的电流成为零的时刻t8使转换器31的输出电流(＝直流链接电流)大致成为零的方式进行控制，逆变器电流指
令生成部72以在时刻t18使逆变器32的输出电流大致成为零的方式进行控制。

[0122] 然后，在时刻t18，控制部23使主电力变换装置17的动作从再生动作模式转移到通常动作模式。

[0123] 在该阶段，切断器15已经为闭路状态(导通状态)，所以将在PWM控制部66中使用的载波频率以及在PWM控制部74中使用的载波频率再次降低到通常动作时载波频率，使主电
力变换装置17的动作从再生动作模式转移到通常动作模式，在该通常动作模式下，经由变
压器16的一次绕组16A以及三次绕组16C将从架线11(架线11B)供给的电力供给到副电力变
换装置19A～19D，副电力变换装置19A～19D对对应的辅机20A～20D供给电力。

[0124] 如以上说明，根据本实施方式的第1变形例，除了实施方式的效果之外，还能够抑制浪涌电压的产生，能够更稳定地使辅机动作。

[0125] [2.2]其它变形例

[0126] 在以上的说明中，设为两个主电力变换装置搭载于同一电气机车101而进行了说明，但还能够构成为分别搭载于多个电气机车101。

[0127] 进而，关于搭载3个以上的主电力变换装置的情况也能够同样地应用。

[0128] 进而，另外，在搭载有多个主电力变换装置的情况下，再生电力向辅机的供给也可以由多个主电力变换装置中的至少某一个主电力变换装置进行。

[0129] 另外，在具备检测铁路车辆的行驶速度的速度检测部且铁路车辆的无电区间的通过时的行驶速度小于预定的行驶速度的情况下，也可以禁止所述驱动用马达的再生电力经
由变压器向副电力变换装置的供给。由此，能够防止在作为惰力运转状态的无电区间，铁路
车辆的速度下降所需以上。

[0130] [3]第2实施方式

[0131] 本第2实施方式与上述第1实施方式的不同点在于，当在无电区间中的再生动作时检测到车轮打滑的滑行的情况下抑制滑行而使再生动作可靠地进行。

[0132] 在进行上述第1实施方式的控制的情况下，成为通过再生动作对车辆施加制动的状态，当辅助电源、客车电源等的消耗电力变高而制动力变强，或者轨道与车轮之间的粘着
系数变小时，有时成为滑行状态。

[0133] 当这样成为滑行状态时，不仅损伤轨道、车轮，而且还无法得到所需的再生电力(再生能量)。

[0134] 因而，在本第2实施方式中，抑制滑行状态，高效地进行再生动作。

[0135] 以下，具体地进行说明。

[0136] 图11是在第2实施方式中构成控制部的一部分的电压信号生成部的详细结构框图。

[0137] 在图11中，对与图4相同的部分附加相同的附图标记。

[0138] 第2实施方式的电压信号生成部40与第1实施方式的电压信号生成部40的不同点在于，具备：滑行检测部71，根据马达18的输出来检测是否为滑行状态；以及功率控制部72，
在滑行检测部71检测到滑行状态的情况下限制架线电压信号Vsv，输出滑行时架线电压信
号Vsv’(

[0139] 图12是在第2实施方式中作为转换器控制部发挥功能的控制部的详细结构框图。

[0140] 在图12中，与图5的不同点在于，加法器65对加法器64的输出信号加上功率控制部72输出的架线电压信号Vsv或者滑行时架线电压信号Vsv’。

[0141] 接着，说明第2实施方式的动作。

[0142] 在以下说明中，为了易于理解，设为具备两个主电力变换装置的情况(N＝2)，即具备主电力变换装置17－1～17－2，仅说明切断器15为开路状态(截止状态：切断状态)的期
间(在图2中，时刻t3～时刻t7)中的动作。

[0143] 另外，在本第2实施方式中，说明在与主电力变换装置17－1侧的马达18－1对应的车轮14中检测到滑行的情况。

[0144] 图13是第2实施方式的动作说明图。

[0145] 在切断器15为开路状态(截止状态：切断状态)的期间，如时刻t21所示，当由与主电力变换装置17－1侧的马达18－1对应的滑行探测部71探测到滑行时，主电力变换装置
17－1侧的功率控制部72限制假想架线电压Vsv，将滑行时假想架线电压Vsv’(主电力变换装置17－1侧的加法器65。

[0146] 由此，在主电力变换装置17－1侧，加法器65对主电力变换装置17－1侧的加法器64的输出信号加上功率控制部72输出的滑行时假想架线电压Vsv’。

[0147] 其结果，在时刻t21，假想架线电压生成部51停止输出架线电压信号Vsv，经由加法器65将具有比电压架线电压信号Vsv低的电压的架线电压信号Vsv’输出到PWM控制部66，其
中，所述架线电压信号Vsv具有：与和直至刚刚之前在输入的由电源相位检测部42输出的从
架线11供给的交流电力的相位相同的相位相当的相位；以及与直至刚刚之前在输入的由电
源电压运算部43运算出的从架线11供给的交流电力的实效电压相同的电压。

[0148] 其结果，主电力变换装置17－1侧的转换器31(在图13中，记载为CNV1)的再生电力下降，伴随该再生电力的下降而电力变换装置17－1侧的逆变器(在图13中，记载为INV1)的
再生输出下降，马达18的转矩变小，向使滑行状态收敛的方面(使滑行再次粘着的方面)进
行动作。

[0149] 另一方面，关于主电力变换装置17－2侧的转换器31(在图13中，记载为CNV2)的再生电力，以补充主电力变换装置17－1侧的转换器31(CNV1)的再生电力下降的量的方式使
再生电力增加。伴随该再生电力的增加而电力变换装置17－2侧的逆变器(在图13中，记载
为INV2)的再生输出增加。

[0150] 由此，主电力变换装置17－1侧以及主电力变换装置17－2侧的一对转换器31将主电力变换装置17－1侧以及主电力变换装置17－2侧的一对逆变器32输出的马达18的再生
电力设为总计与从架线11A接受了电力供给的状态相同(相位以及电压)，经由次级绕组16B
以及三次绕组16C，在区段11X通过期间中(时刻t4～时刻t5)，经由副电力变换装置19A～
19D供给到辅机20A～20D。因而，辅机20A～20D使动作继续。

[0151] 然后，如时刻t22所示，滑行状态消除，主电力变换装置17－1侧的功率控制部72再次将假想架线电压Vsv输出到电力变换装置17－1侧的加法器65，来代替假想架线电压
Vsv’，所以主电力变换装置17－1以及主电力变换装置17－2再次返回到与时刻t21之前相
同的状态。

[0152] 如以上说明，根据本第2实施方式，能够在处于驱动状态的电力变换装置中抑制滑行，并继续向辅机20A～20D的电力供给，所以能够不损伤轨道、车轮，而得到所需的再生电
力(再生能量)。

[0153] 在以上的说明中，是主电力变换装置17为两个的情况，但即使为3个以上也能够同样地应用。

[0154] [4]第3实施方式

[0155] 接下来，再次参照图2，说明第3实施方式的机车的电力系统。

[0156] 本第3实施方式与第2实施方式的不同点在于，在与处于驱动状态的主电力变换装置对应的车轮成为滑行状态的情况下驱动处于待机状态(非驱动状态)的主电力变换装置，
从而抑制滑行状态。

[0157] 在以下说明中，为了简化说明，设为具备三个主电力变换装置的情况(N＝3)，即具备主电力变换装置17－1～17－3，仅说明切断器15为开路状态(截止状态：切断状态)的期
间(在图2中，时刻t3～时刻t7)中的动作。

[0158] 另外，在本第3实施方式中，设为两个主电力变换装置17－1、17－2(参照图2)为驱动状态，设为一个主电力变换装置17－3为待机状态，说明在与主电力变换装置17－1侧的
马达18－1对应的车轮14中检测到滑行的情况。

[0159] 在此，设为主电力变换装置17－3在主电力变换装置17－1以及主电力变换装置17－2不受到滑行状态的影响而正常地进行动作的情况下，处于未进行电力变换动作的待
机状态。此外，将三个主电力变换装置中的哪一个或者两个主电力变换装置设为待机状态
的主电力变换装置是任意的，例如，能够为了使使用频度变均匀而按顺序设为待机状态的
主电力变换装置。

[0160] 接着，说明第3实施方式的动作。

[0161] 在以下说明中，也为了易于理解，仅说明切断器15为开路状态(截止状态：切断状态)的期间(在图2中，时刻t3～时刻t7)中的动作。另外，在本第3实施方式中，设为在初始状
态下，两个主电力变换装置17－1、17－2(参照图2)成对地作为一个主电力变换装置进行动
作。

[0162] 图14是第3实施方式的动作说明图。

[0163] 在切断器15为开路状态(截止状态：切断状态)的期间，如时刻t31所示，当由与主电力变换装置17－1侧的马达18－1对应的滑行探测部71探测到滑行时，主电力变换装置
17－1侧的功率控制部72限制假想架线电压Vsv，将滑行时假想架线电压Vsv’(主电力变换装置17－1侧的加法器65。

[0164] 由此，在主电力变换装置17－1侧，加法器65对主电力变换装置17－1侧的加法器64的输出信号加上功率控制部72输出的滑行时假想架线电压Vsv’。

[0165] 由此，在时刻t31，假想架线电压生成部51停止与和直至刚刚之前在输入的由电源相位检测部42输出的从架线11供给的交流电力的相位相同的相位相当的相位以及与直至
刚刚之前在输入的由电源电压运算部43运算出的从架线11供给的交流电力的实效电压相
同的电压架线电压信号Vsv的输出，经由加法器65将具有比电压架线电压信号Vsv低的电压
的架线电压信号Vsv’输出到PWM控制部66。

[0166] 其结果，主电力变换装置17－1侧的转换器31(在图14中，记载为CNV1)的再生电力下降，伴随该再生电力的下降而电力变换装置17－1侧的逆变器(在图14中，记载为INV1)的
再生输出下降，马达18的转矩变小，向使滑行状态收敛的方面进行动作。

[0167] 另一方面，关于主电力变换装置17－2侧的转换器31(在图13中，记载为CNV2)的再生电力，以补充主电力变换装置17－1侧的转换器31(CNV1)的再生电力下降的量的方式，使
再生电力增加。伴随该再生电力的增加而电力变换装置17－2侧的逆变器(在图13中，记载
为INV2)的再生输出增加。

[0168] 由此，主电力变换装置17－1侧以及主电力变换装置17－2侧的一对转换器31将主电力变换装置17－1侧以及主电力变换装置17－2侧的一对逆变器32输出的马达18的再生
电力设为总计与从架线11A接受了电力供给的状态相同(相位以及电压)，经由次级绕组16B
以及三次绕组16C，在区段11X通过期间中(时刻t4～时刻t5)，经由副电力变换装置19A～
19D供给到辅机20A～20D。因而，辅机20A～20D使动作继续。

[0169] 然而，如时刻t32所示，在由与主电力变换装置17－1侧的马达18－1对应的滑行探测部71探测到滑行的状态下，进而由与主电力变换装置17－2侧的马达18－1对应的滑行探
测部71探测到滑行时，主电力变换装置17－2侧的功率控制部72限制假想架线电压Vsv，将
滑行时假想架线电压Vsv’(

[0170] 由此，在主电力变换装置17－2侧也是加法器65对主电力变换装置17－2侧的加法器64的输出信号加上功率控制部72输出的滑行时假想架线电压Vsv’。

[0171] 由此，在时刻t32，假想架线电压生成部51停止输出架线电压信号Vsv，经由加法器65将具有比架线电压信号Vsv的电压低的电压的架线电压信号Vsv’输出到PWM控制部66，其
中，所述架线电压信号Vsv具有：与和直至刚刚之前在输入的由电源相位检测部42输出的从
架线11供给的交流电力的相位相同的相位相当的相位；以及与直至刚刚之前在输入的由电
源电压运算部43运算出的从架线11供给的交流电力的实效电压相同的电压。

[0172] 其结果，主电力变换装置17－2侧的转换器31(在图14中，记载为CNV2)的再生电力下降，伴随该再生电力的下降而电力变换装置17－2侧的逆变器(在图14中，记载为INV2)的
再生输出下降，马达18的转矩变小，向使滑行状态收敛的方面进行动作。

[0173] 然后，关于主电力变换装置17－3侧的转换器31(在图14中，记载为CNV3)的再生电力，以补充主电力变换装置17－1侧的转换器31(CNV1)的再生电力下降的量以及主电力变
换装置17－1侧的转换器31(CNV1)的再生电力下降的量的方式开始再生电力的输出，使再
生电力增加。伴随该再生电力的增加而电力变换装置17－3侧的逆变器(在图14中，记载为
INV3)的再生输出增加。

[0174] 由此，主电力变换装置17－1、主电力变换装置17－2以及主电力变换装置17－3的三个转换器31将主电力变换装置17－1侧、主电力变换装置17－2侧以及主电力变换装置
17－3的三个逆变器32输出的马达18的再生电力设为总计与从架线11A接受了电力供给的
状态相同(相位以及电压)，经由次级绕组16B以及三次绕组16C，在区段11X通过期间中(时
刻t4～时刻t5)，经由副电力变换装置19A～19D供给到辅机20A～20D。因而，辅机20A～20D
使动作继续。

[0175] 然后，如时刻t33所示，当与主电力变换装置17－1侧的马达18－1对应的车轮的滑行状态消除时，主电力变换装置17－1侧的功率控制部72再次将架线电压信号Vsv输出到电
力变换装置17－1侧的加法器65，来代替架线电压信号Vsv’，所以关于主电力变换装置17－
3侧的转换器31(在图14中，记载为CNV3)的再生电力，以足够补充主电力变换装置17－1侧
的转换器31(CNV1)的再生电力下降的量的方式使再生电力减少。伴随该再生电力的减少而
电力变换装置17－3侧的逆变器(在图14中，记载为INV3)的再生输出也减少。

[0176] 由此，主电力变换装置17－1、主电力变换装置17－2以及主电力变换装置17－3的三个转换器31将主电力变换装置17－1侧、主电力变换装置17－2侧以及主电力变换装置
17－3的三个逆变器32输出的马达18的再生电力再次设为总计与从架线11A接受了电力供
给的状态相同(相位以及电压)，经由次级绕组16B以及三次绕组16C，在区段11X通过期间中
(时刻t4～时刻t5)，经由副电力变换装置19A～19D供给到辅机20A～20D。因而，辅机20A～
20D使动作继续。

[0177] 然后，如时刻t34所示，当与主电力变换装置17－1侧的马达18－1对应的车轮的滑行状态消除时，主电力变换装置17－3侧的功率控制部72再次将架线电压信号Vsv输出到电
力变换装置17－3侧的加法器65，来代替架线电压信号Vsv’，所以主电力变换装置17－1、主
电力变换装置17－2以及主电力变换装置17－1以使再生电力供给比率变均等的方式进行
动作。

[0178] 这是因为，当再次返回到与时刻t31之前相同的状态时，仅凭一对主电力变换装置的话，负荷过大，有可能会再次转移到滑行状态，所以在该无电区间避免这种情况。

[0179] 如以上说明，根据本第3实施施方式，能够在具备3个主电力变换装置17的铁路车辆中抑制滑行，并继续向辅机20A～20D的电力供给，所以能够不损伤轨道、车轮而得到所需
的再生电力(再生能量)，并且能够抑制在同一无电区间再次转移到滑行状态。

[0180] 在以上的说明中，是主电力变换装置为3个的情况，但即使在具备两个主电力变换装置的铁路车辆的情况下，也能够在仅驱动某一方的主电力变换装置的状态下，在探测到
与该主电力变换装置对应的车轮滑行的情况下，使另一方的处于非驱动状态的主电力变换
装置驱动，抑制滑行，并使向辅机的电力供给继续。

[0181] 同样地，即使主电力变换装置17为4个以上也能够同样地应用。在该情况下，在处于非驱动状态的主电力变换装置17存在多个的情况下，使哪一个或者多个主电力变换装置
17转移到驱动状态是任意的。

[0182] 另外，在以上的说明中，说明了一个变压器16的一个一次绕组16A电连接于切断器的接地侧的情况，但即使在多个变压器的多个一次绕组电连接于切断器的接地侧的情况下
也能够同样地应用。

[0183] 说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，未意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式被实施，能够在不脱离发明的要旨
的范围进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、要旨，并且包
含于权利要求书所记载的发明及与其均等的范围。