特許 6702708 鉄道車両用の電気牽引システム、かかるシステムで実現される保護方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6702708

(24)【登録日】2020年5月11日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】鉄道車両用の電気牽引システム、かかるシステムで実現される保護方法

(51)【国際特許分類】

   H02H 7/122 20060101AFI20200525BHJP

   H02H 7/08 20060101ALI20200525BHJP

   H02H 7/085 20060101ALI20200525BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20200525BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   H02H7/122 Z

   H02H7/08 E

   H02H7/085 E

   B60L3/00 C

   H02M7/48 M

【請求項の数】3

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-243432(P2015-243432)

(22)【出願日】2015年12月14日

(65)【公開番号】特開2016-116448(P2016-116448A)

(43)【公開日】2016年6月23日

【審査請求日】2018年11月5日

(31)【優先権主張番号】1462508

(32)【優先日】2014年12月16日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】515347197

【氏名又は名称】アルストム トランスポート テクノロジーズ

【氏名又は名称原語表記】ＡＬＳＴＯＭ ＴＲＡＮＳＰＯＲＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(72)【発明者】

【氏名】シパー デイヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】デスポーテ ギヨーム

【審査官】 高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８３６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０１１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２００９／００１４６８（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−３０４６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２２９７３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０３２９６９４５（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００７６６３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０１６８２２８９（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１１８８６８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｈ ７／００

Ｈ０２Ｈ ７／１０ − ７／２０

Ｈ０２Ｈ ７／０６ − ７／０９７

Ｈ０２Ｍ ７／４２ − ７／９８

Ｈ０２Ｐ ２１／００ −２５／０３

Ｈ０２Ｐ ２５／０４

Ｈ０２Ｐ ２５／１０ −２７／１８

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ −１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ −５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄道車両用の電気牽引システム（１０；１１０；２１０）であって、
同期電気機械（１４）と、電源回路（１６）と、を備え、
前記電源回路は、
直流電圧源に接続され、前記同期電気機械の電源に適合した多相電圧を供給可能なコンバータ（２２）であって、複数の電気ケーブル（２３，２４，２５）で前記同期電気機械に接続されているコンバータと、
絶縁デバイス（２６）と、
前記絶縁デバイス（２６）の下流に配置され、前記同期電気機械の複数相を短絡するための短絡手段（２７）と、を含み、
前記電気牽引システムは、
前記コンバータを制御するための制御手段（２８）と、
前記コンバータの複数の出力ブランチにおける過電流を検出するための第１検出手段（３２，３０）と、
前記第１検出手段から発信された第１検出信号を受信したときに前記絶縁デバイスを開放させることが可能な保護手段（６４）と、
前記絶縁デバイスの下流の短絡型の故障の存在を検出することが可能であり、かつ、前記保護手段に向けて第２検出信号を発信することが可能な第２検出手段（６２，６０；１６１，１６２，１６３，１６０；１６１，１６２，１６３，２６０）と、を更に含み、
前記保護手段（６４）は、前記第１検出手段から発信された第１検出信号を既に受信し、かつ、前記絶縁デバイスを開放させていることを条件として、前記第２検出信号を受信したときに前記同期電気機械の複数相を短絡するための前記短絡手段（２７）を投入させることが可能であり、
前記第２検出手段は、前記同期電気機械（１４）の複数相間の電圧不平衡を測定することが可能な少なくとも２つの電圧センサ（１６１，１６２，１６３）を含み、前記電圧センサは前記同期電気機械（１４）の電源端子（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）のできるだけ近くに配置され、
前記第２検出手段は、前記電圧センサ（１６１，１６２，１６３）により送られた測定値から電圧偏差を計算するとともに、計算された前記電圧偏差が所定の閾値を超えたときに、前記同期電気機械の内部における不完全短絡に関する検出信号を生成することが可能な検出デバイス（１６０；２６０）を含むことを特徴とする電気牽引システム。

【請求項2】

電圧センサは、２つの異なる相の電源端子間に接続されるか、あるいは、１つの相の電源端子と、複数の異なる電圧センサの共有接続点と、の間に接続され、この共有接続点は前記電気牽引システムの電気接地に接続されることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気牽引システム（１１０；２１０）。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電気牽引システム（１０；１１０；２１０）で実行される保護方法であって、
前記コンバータ（２２）の少なくとも１つの出力ブランチにおける過電流を検出するステップと、
前記絶縁デバイス（２６）を開放させるステップと、
前記絶縁デバイスの下流の短絡型の故障を検出するステップと、
前記故障が検出された場合に、前記同期電気機械（１４）の複数相の前記短絡手段（２７）を投入させるステップと、を含むことを特徴とする保護方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両用の電気牽引システムに関し、同期電気機械と、電源回路と、を備え、前記電源回路は、直流電圧源に接続され、前記同期電気機械の電源に適合した多相電圧を供給可能なコンバータであって、複数の電気ケーブルで前記同期電気機械に接続されているコンバータと、絶縁デバイスと、前記絶縁デバイスの下流に配置され、前記同期電気機械の複数相を短絡するための短絡手段と、を含み、前記電気牽引システムは、前記コンバータを制御するための制御手段と、前記コンバータの複数の出力ブランチにおける過電流を検出するための第１検出手段と、前記第１検出手段から発信された第１検出信号を受信したときに前記絶縁デバイスを開放させることが可能な保護手段と、を更に含む。

【背景技術】

【0002】

文献ＥＰ２６３４８８４（特許文献１）は、第１検出手段として、コンバータの出力過電流を検出するための電流センサ、を含むこのようなシステムを開示している。

【0003】

特許文献１では、実行される監視方法は、短絡型の故障の発生を検出するための電流センサにより送られた監視測定値を提供し、そして、電気機械からコンバータを絶縁するための絶縁回路遮断器を作動させる。このとき、電気機械は、移動する車両の車輪によって回転状態になっており、電流発生器として動作する。

【0004】

この保護方法は次に、短絡が電気機械に関して内部型又は外部型であるかを特定することを提供する。短絡が内部型であれば、前記方法は、短絡手段を投入することによって、電気機械の複数相を短絡するための短絡手段を作動させることを提供する（いわゆる対称化動作（symmetrization operation））。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】欧州特許出願公開第ＥＰ２６３４８８４号明細書

【特許文献2】仏国特許出願公開第ＦＲ２９０６１９４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、この技術水準に属する文献は、絶縁回路遮断器の作動を引き起こした故障が、電気機械の内部における故障であるかを検出する方法について記述したものではない。

【0007】

コンバータの複数のブランチにおける過電流を原因とする短絡が、絶縁回路遮断器の下流に位置している場合、すなわち、例えばコンバータの各ブランチを電気機械の各相に接続する電気ケーブル間のような電気機械の外部における短絡か、あるいは、電気機械の内部における短絡の場合、回路遮断器を開放することは、回転している牽引モータの近くに電源がある場合には、短絡を電源から十分に絶縁するものではない。

【0008】

なお、電気機械の１つの相とグラウンドとの間の下流短絡は、絶縁回路遮断器を開放することにより絶縁することが可能である。しかしながら、このような電気故障は、絶縁回路遮断器を開放することでは絶縁できない相間短絡に変わり得る。ここで、このような故障は、絶縁不可能な下流短絡と考えられる。

【0009】

短絡は、２つの導体が互いに直接接触するとき「完全」になり、あるいは、２つの導体が互いに直接触れている訳ではないが、あるインピーダンスを持つ媒体により接続されるとき「不完全」になる。後者の場合、短絡は、恒久的又は間欠的なアーク放電の形成をもたらす。この種の故障は、コンポーネントやアーク放電の周囲の材料の燃焼をもたらすエネルギーを生成して、材料の蒸発、材料の特性の変容などが起こる。

【0010】

なお、完全な故障は、当初接触していた複数の導体の材料の過熱及び劣化により、不完全な故障に変わり得る。

【0011】

電気機械の内部における不完全短絡は、発火の危険がある電気機械の破損（炎の出現：アーク放電は、相サークル（phasecircle）が破壊されるまで存在する）、及び／又は、ロータの閉塞（相サークルの材料は、エアギャップに収容されているため、貨物を損傷したり、表面に載置された磁石を解放したりする）をもたらし得る。

【0012】

したがって、本発明は、電気機械の内部における下流の故障と、電気機械の外部における下流の故障とを判別することを可能にして、適切なアクションを選択することにより、この問題を解決することを目的とする。ここで、適切なアクションとは、絶縁回路遮断器の単純な開放、あるいは、複数相間の対称化をも行う必要性である。

【課題を解決するための手段】

【0013】

したがって、本発明は、上記のタイプの牽引システムに関し、前記絶縁デバイスの下流の短絡型の故障の存在を検出することが可能であり、かつ、前記保護手段に向けて第２検出信号を発信することが可能な第２検出手段を更に含み、前記保護手段は、前記第１検出手段から発信された第１検出信号を既に受信し、かつ、前記絶縁デバイスを開放させていることを条件として、前記第２検出信号を受信したときに前記同期電気機械の複数相用の短絡手段を投入させることが可能であることを特徴とする。

【0014】

特定の実施形態によれば、前記システムは１つ以上の以下の特徴を含み、単独あるいは技術的に可能なあらゆる組み合わせによって考慮される。

【0015】

前記第２検出手段は、前記同期電気機械の内部温度に対応する温度を測定することが可能な少なくとも１つの温度センサを含む。

【0016】

前記第２検出手段は、１つ又は各温度センサにより測定された温度の時間変化を計算することが可能な第２検出デバイスを含む。

【0017】

前記第２検出デバイスは、前記温度の時間変化を所定の閾値と比較し、前記温度の時間変化が前記所定の閾値を超えたときに、短絡検出信号を発信する。

【0018】

前記所定の閾値が＋１．０℃／ｓよりも大きく、特に＋１．７℃／ｓに等しい。

【0019】

前記第２検出手段は、前記第１検出手段で検出された前記故障が、前記複数の電気ケーブル間での始動式の前記同期電気機械の外部における不完全短絡であるかを、前記温度の時間変化を＋０．５℃／ｍｉｎにほぼ等しい第２の所定の閾値と比較することによって判別することも可能である。

【0020】

前記第２検出手段は、前記同期電気機械の複数相間の電圧不平衡を測定することが可能な少なくとも２つの電圧センサを含み、前記電圧センサは前記同期電気機械の電源端子のできるだけ近くに配置される。

【0021】

前記第２検出手段は、前記電圧センサにより送られた測定値から電圧偏差を計算するとともに、計算された前記電圧偏差が所定の閾値を超えたときに、前記同期電気機械の内部における不完全短絡に関する検出信号を生成することが可能な検出デバイスを含む。

【0022】

電圧センサは、２つの異なる相の電源端子間に接続されるか、あるいは、１つの相の電源端子と、複数の異なる電圧センサの共有接続点と、の間に接続され、この共有接続点は前記電気牽引システムの電気接地に接続されることが可能である。

【0023】

電気機械の内部における不完全短絡の検出は、電気機械の複数相間の電圧を測定すること、あるいは、電気機械の内部温度を測定することによって行うことができる。

【0024】

一旦、不完全な内部短絡が検出されると、電気機械の対称化が始められる。これは、電気機械の複数相間を互いに短絡することにより、電気機械の内部に現れる短絡アークを消し、相間短絡をリバランスして、この不均衡により生じるトルク脈動を回避するものである。

【0025】

本発明は、前記コンバータの少なくとも１つの出力ブランチにおける過電圧を検出するステップと、前記絶縁デバイスを開放させるステップと、前記絶縁デバイスの下流の短絡型の故障を検出するステップと、前記故障が検出された場合に、前記同期電気機械の複数相の短絡手段を投入させるステップと、を含むことを特徴とする上記の牽引システムで実行される保護方法にも関する。

【0026】

本発明及びその利点は、非限定的な例示として提供され、かつ添付の図面を参照した以下の特定の一実施形態の詳細な説明を読むことにより明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係るシステムを表す図である。

【図2】図２は、本発明の第２の実施形態に係るシステムを表す図である。

【図3】図３は、本発明の第２の実施形態に係るシステムの変形例を表す図である。

【図4】図４は、本発明の第２の実施形態に係るシステムの更に他の変形例を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、地下鉄、路面電車、区間列車、高速列車などの鉄道車両に取り付けられる、本発明の第１の実施形態に係る電気牽引システムを図示する。

【0029】

電気牽引システム１０は、入力端子３４Ａと入力端子３４Ｂの間で直流電圧源（不図示）に接続される。直流電圧源は、例えばカテナリーのような電気グリッドに接続される。直流電圧源は、６００Ｖより高い、例えば３ｋＶに等しい電圧を伝送する。

【0030】

電気牽引システム１０は、少なくとも１つの同期電気機械１４を備える。同期電気機械１４は、ロータとステータとを含む。ロータは永久磁石を備える。ステータは、適切な多相電圧により動くように設計されたＮ個の巻線、つまりＮ個の複数相を備える。

【0031】

同期電気機械１４は、図面に示されているように、永久磁石を有する三相同期電動機である。同期電気機械１４は、例えば５０ｋＷから２ＭＷの定格電力を持つ。同期電気機械１４の各相Ｕ，Ｖ，Ｗは、それぞれ電源端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、異なる相間で共有される電源端子Ｐ４との間に接続される。

【0032】

電気牽引システム１０は、同期電気機械１４の電源回路１６を含む。

【0033】

電源回路１６は、直流電圧源から供給されて入力された直流電圧を、同期電気機械１４の電源に適合した三相交流出力電圧に変換するコンバータ２２を備える。

【0034】

コンバータ２２は、直流電圧源に接続される、正の入力端子３４Ａと、負の入力端子３４Ｂとを含む。

【0035】

コンバータ２２は、３つの出力端子３６を含む。各出力端子３６は、多相交流電流の相に関連付けられ、電気ケーブル２３，２４，２５によって、同期電気機械１４の複数相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの１つに接続される。

【0036】

コンバータ２２は、各出力端子３６用のスイッチングブランチ（switching branch）３８を備える。

【0037】

各スイッチングブランチ３８は、正の入力端子３４Ａ及び負の入力端子３４Ｂの間に接続される。各スイッチングブランチ３８は、直列かつ同一方向に接続されるとともに、中点で互いに接続される２つの電気スイッチ４０を備える。各中点は、コンバータ２２の複数の出力端子３６のうちの１つである。

【0038】

各電気スイッチ４０は、電流双方向スイッチかつ電圧片方向スイッチである。各電気スイッチ４０は、逆並列に接続されたトランジスタ４４とダイオード４６とを備え、それによってトランジスタ４４がＯＮの時に双方向電流流路を保証する。

【0039】

トランジスタ４４は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。各トランジスタ４４のゲートは、適切な制御信号を受信するために制御手段２８に接続される。

【0040】

電源回路１６は、直流電圧源とコンバータ２２の入力との間に配置されたストレージバンクを更に備える。ストレージバンクは、例えばコンバータ２２の２つの入力端子３４Ａ，３４Ｂの間に接続されたストレージキャパシタ４７を備える。

【0041】

電源回路１６は、コンバータ２２の出力の間近に配置された絶縁デバイス２６を含む。

【0042】

絶縁デバイス２６は、電気ケーブル２３，２４，２５及び同期電気機械１４を含む電気牽引システム１０の下流部を、コンバータ２２及びストレージバンク４７で構成される電気牽引システム１０の上流部から絶縁することができる。

【0043】

例示の実施形態において、絶縁デバイス２６は、Alstom Transport S.A.社によって２００６年９月２１日に出願された特許出願番号ＦＲ２９０６１９４（特許文献２）の示唆によって製造された真空バルブ絶縁デバイスである。

【0044】

絶縁デバイス２６は、３つのスイッチングブランチを備える。各スイッチングブランチは、同期電気機械１４の対応する相を切断するための電気スイッチ５２を含む。各電気スイッチ５２は、開放状態（open state）と投入状態（closed state）との２つの状態を有する。各電気スイッチ５２は、保護手段６４により制御される。複数の異なる電気スイッチ５２は、同一の制御信号により同期的に制御される。

【0045】

あるいは、各スイッチングブランチは、直列に接続されたＰ個（Ｐは２以上の整数）の切断用の電気スイッチ５２を含む。

【0046】

電源回路１６は、絶縁デバイス２６と同期電気機械１４の電源端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３との間に配置された、同期電気機械１４の複数相を短絡するための短絡手段２７を更に備える。短絡手段２７は、同期電気機械１４の３つの相を互いに接続することができる。有利には、短絡手段２７は、同期電気機械１４のできるだけ近くに配置され、すなわち、同期電気機械１４の複数相の複数の電源端子に直接接続される。

【0047】

短絡手段２７は、保護手段６４により制御される。

【0048】

本実施形態においては、短絡手段２７は、従来技術であるカットセット（cut-set）を用いた２つの状態を持つコンタクタで構成される。あるいは、短絡手段２７は、文献ＦＲ２９０６１９４（特許文献２）の図２に記載された、真空バルブによるカットセットを用いた２つの状態を持つコンタクタで構成される。

【0049】

このようなコンタクタは、第１の切替端子４８Ａと、第２の切替端子４８Ｂと、第３の切替端子４８Ｃと、の３つの切替端子４８を含む。同期電気機械１４の各電源端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、コンタクタ２７の複数の切替端子４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃのうちの１つに接続される。

【0050】

スイッチＳ１Ａは、切替端子４８Ａ，４８Ｂの間に配置されるとともに、スイッチＳ１Ｂは、切替端子４８Ｂ，４８Ｃの間に配置される。

【0051】

各スイッチＳ１Ａ，Ｓ１Ｂは、開放状態及び投入状態の２つの状態を持つ。この２つのスイッチは、常に開放状態又は投入状態のいずれか同一の状態にある。

【0052】

投入状態において、スイッチＳ１Ａは、同期電気機械１４の相ＵとＶとを短絡するために、第１の切替端子４８Ａを第２の切替端子４８Ｂに接続する。開放状態において、スイッチＳ１Ａは、同期電気機械１４の相Ｕ及びＶを互いに絶縁する。投入状態において、スイッチＳ１Ｂは、同期電気機械１４の相ＵとＷとを短絡するために、第２の切替端子４８Ｂを第３の切替端子４８Ｃに接続する。開放状態において、スイッチＳ１Ｂは、同期電気機械１４の相Ｖ及びＷを互いに絶縁する。

【0053】

各スイッチＳ１Ａ，Ｓ１Ｂは、同一の制御信号を受信するために保護手段６４に接続される。

【0054】

あるいは、コンタクタは、２つの位置を持つあらゆる切替器によって置き換えられる。第１の位置は、同期電気機械１４の複数相を互いに絶縁することができるとともに、第２の位置は、同期電気機械１４の複数相を（入力端子の側で）互いに直接接続することができる（本実施形態においては、複数相は共有された中性点Ｐ４においても互いに接続されるため）。

【0055】

電源回路１６は、制御手段２８を更に備える。制御手段２８は、コンバータ２２に制御信号を送信することができる。制御手段２８は、コンバータ２２の電気スイッチ４０の制御法則を実行するコンピュータを含む。

【0056】

電気牽引システム１０は、第１検出手段、第２検出手段、及び保護手段を含む監視手段を含む。

【0057】

第１検出手段は、複数の電流センサ３２を含む。各電流センサ３２は、コンバータ２２の各出力端子３６を流れる電流を測定することができる。

【0058】

各電流センサ３２によって測定された瞬時値は、過電流が検出されたときに第１検出信号を発信することができる第１検出デバイス３０に送信される。

【0059】

この第１検出信号は、保護手段６４の入力に印加される。

【0060】

保護手段６４は、第１検出信号を受信すると、絶縁デバイス２６を開放するための指令信号を生成する。

【0061】

第１の実施形態では、第２検出手段は、温度センサ６２を含む。温度センサ６２は、同期電気機械１４の瞬間温度を測定することができる。温度センサは、例えば、同期電気機械１４のハウジング内に収容されて、同期電気機械１４のロータとステータの間のエアギャップの温度を測定するようになっている。好ましくは、このセンサは、同期電気機械１４のステータの巻線のコイルヘッドに向かい合うように、同期電気機械１４の複数のフランジのうちの１つの上に配置される。これは、この箇所が空気の温度の上昇が最も大きい箇所だからである。また、感度を良くするためには、温度センサ６２は、同期電気機械１４のファン側とは反対の、制御側のフランジ上に取り付けられることが好ましい。

【0062】

温度センサ６２により測定された瞬時値は、温度勾配、すなわち、温度センサ６２により測定された温度の時間変化、を計算することが可能な第２検出デバイス６０に送信される。

【0063】

もし、この勾配が所定の閾値を超えた場合、第２検出信号が第２検出デバイス６０により生成される。実際に、不完全な内部短絡の出現に続く数分において、同期電気機械１４における空気の温度勾配は１秒当たり数度であることが観測されているが、これに対して定格状態（nominal state）ではたった十分の数度である。例えば、１．７℃／ｓの「閾値」は、不完全な内部短絡の発生を判別することを可能にする。

【0064】

生成された第２検出信号は、保護手段６４の入力に印加される。

【0065】

保護手段６４は、第２検出信号を受信すると、短絡手段２７のスイッチを投入するための制御信号を生成する。

【0066】

電気牽引システム１０の動作は、今から説明される。

【0067】

初期設定では、絶縁回路遮断器の電気スイッチ５２は投入されており、短絡手段２７のスイッチＳ１Ａ，Ｓ１Ｂは開放されている。コンバータ２２及び同期電気機械１４は、絶縁デバイス２６及びコンタクタ２７を介して電気的に接続されている。交流電流は、コンバータ２２により、同期電気機械１４のステータ２０に送られる。

【0068】

同期電気機械１４の内部又は外部において電気故障が発生するとき、第１検出手段は、スイッチングブランチ３８を流れる電流における過電流をコンバータ２２の出力において検出する。

【0069】

保護手段６４は、電気スイッチ５２を開放させる。電気スイッチ５２は開放されているが、スイッチＳ１Ａ，Ｓ１Ｂは開放されたままである。そして、同期電気機械１４は、電源回路１６から絶縁される。

【0070】

もし、短絡が同期電気機械１４の内部におけるものであれば、温度センサ６２により測定された温度は、その勾配があらかじめ定められた閾値を超えるように増加する。

【0071】

この故障の検出により、第２検出デバイス６０は保護手段６４に向けて第２検出信号を発信する。

【0072】

次に、保護手段６４は、短絡手段２７のスイッチＳ１Ａ，Ｓ１Ｂを投入させる。スイッチＳ１Ａ，Ｓ１Ｂは投入されているが、電気スイッチ５２は開放され続けている。

【0073】

そして、同期電気機械１４の３つの相Ｕ，Ｖ，Ｗが短絡される。形成されていたアーク放電は、急速に密度が低下し消滅する。

【0074】

スイッチＳ１Ａ，Ｓ１Ｂは、鉄道車両が停止されるまで、及び／又は、電気牽引システム１０の調整を行うオペレータの調整作業まで、投入され続けている。

【0075】

このように、対称化アクションは、不完全短絡が内部短絡型、すなわち、コンバータの各ブランチにおいて測定された電流が所定値を超え、かつ、温度勾配が所定の閾値を超えた場合、であるときにのみ実行される。

【0076】

誤検出を発生させることを回避するために、温度センサ６２は連続的に検査される。過電流の検出を先に伴わない限り、所定の閾値を超えた温度勾配の検出は誤検出であると考えられる。

【0077】

あるいは、第２検出手段は、複数の電気ケーブル２３，２４，及び／又は２５間での、アーク放電を伴う始動式の不完全な外部短絡を判別することも可能である。実際に、５〜１５分間、特に１０分間にわたって温度センサ６２により観測された温度の約５℃の増加によって特徴づけられる、このような故障を検出することが可能であることが観測されている。

【0078】

この種の第２検出は比較的遅い。実際に、故障は、アーク放電が既に電気機械のコアに存在するときのみ検出され、恐らく不可逆的な損傷を引き起こす。

【0079】

第２の実施形態は、第１の実施形態よりも更に高速に同期電気機械１４を保護することが可能なものであり、今から図２を参照しながら説明される。

【0080】

図２の複数の構成要素のうち図１と同一のものについては、図１と同一の符号を使用して参照される。

【0081】

図２の電気牽引システム１１０は、第２検出手段を除いて図１の電気牽引システム１０と完全に同一である。

【0082】

第２の実施形態では、第２検出手段は複数の電圧センサで構成される。

【0083】

前記短絡が絶縁コンタクタの下流の短絡であることを確実に検出するために、複数の電圧センサは、同期電気機械１４の電源端子のできるだけ近くに位置している。

【0084】

図２の他の実施形態においては、第１電圧センサ１６１が同期電気機械１４の電源端子Ｐ１及びＰ２の間に接続され、第２電圧センサ１６２が同期電気機械１４の電源端子Ｐ２及びＰ３の間に接続され、第３電圧センサ１６３が同期電気機械１４の電源端子Ｐ３及びＰ１の間に接続される。

【0085】

第２検出デバイス１６０は、各電圧センサ１６１，１６２，１６３により測定された電圧の値のリアルタイム取得を行い、同期電気機械１４の複数相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちのペア間の電圧不平衡に対応する偏差（deviation）を決定する。

【0086】

これらの偏差のうちの２つが所定の閾値を超えているとき、第２検出デバイス１６０は、短絡型の故障が検出されたと判断し、保護手段６４に第２検出信号を送信する。

【0087】

なお、複数の偏差のうちの１つが所定の閾値を超えている限り、短絡型の故障を検出するのには、２つの電圧センサと２つの偏差の計算で十分である。しかしながら、特に複数のセンサのうちの１つが故障した場合、第３のセンサの存在は第３の偏差を計算することを可能にし、それによってより安全に検出を得ることができる。

【0088】

絶縁回路遮断器が開放されている場合には、同期電気機械の複数相間の電圧間の不均衡は不完全短絡を示唆する。

【0089】

これらの状態で、保護手段６４は短絡手段２７のスイッチＳ１Ａ，Ｓ１Ｂを投入させる。

【0090】

この例では、複数の電圧の測定は、絶縁回路遮断器が開放された後に（数秒）、不完全短絡を高速に検出することを可能にする。同期電気機械１４で生じる損傷を回避する、又は、少なくとも大幅に低減するために、短絡手段２７のスイッチを作動させることによって電気機械の複数相が短絡される。

【0091】

完全に効力のあるものとするために、前記検出は、２つの電圧間の不均衡から行われるべきであるが、各電圧の実効値と理論的な実効値の大きさとの間の偏差から行われてもよい。ここで、理論的な実効値は、例えば１分当たり１０００回転で動作している場合の、電気機械の真空中の対向電圧の大きさに対応している。この理論値は、全速度域にわたって有効である。よって、測定された実効値は、理論的な実効値と比較される。

【0092】

誤検出を回避するために、同期電気機械がコンバータ２２により駆動されるとき（システムの定格動作状態）に、複数の電圧センサは連続的に検査される。第１検出手段によって過電流が検出されていないのに、不均衡及び／又は振幅偏差が測定された場合は、電圧センサ１６１，１６２，１６３のうちの１つが故障していると考えられる。３つのセンサを用いることは、故障した電圧センサの特定を保証する冗長性を与える。

【0093】

図３及び４は、第２の実施形態の変形例を示している。

【0094】

図３の電気牽引システム２１０においては、電圧センサ１６１，１６２，１６３は、一方が同期電気機械１４の入力端子に接続され、他方が複数の異なる電圧センサの共有接続点に接続される。

【0095】

図４の電気牽引システム２１０においては、電圧センサ１６１，１６２，１６３間の共有接続点は、システムの電気接地に接続される。

【0096】

本発明による電源回路は、電気機械の内部における短絡の出現に際して、脈動トルクの大きさと、電気機械の内部で生成された短絡電流の大きさを低減することが可能であり、それによって望ましくない現象の出現を回避することができる。

【符号の説明】

【0097】

１０，１１０，２１０ 電気牽引システム
１４ 同期電気機械
１６ 電源回路
２２ コンバータ
２３，２４，２５ 電気ケーブル
２６ 絶縁デバイス
２７ コンタクタ（短絡手段）
２８ 制御手段
３０ 第１検出デバイス（第１検出手段）
３２ 電流センサ（第１検出手段）
３４Ａ，３４Ｂ 入力端子
３６ 出力端子
３８ スイッチングブランチ（出力ブランチ）
４０ 電気スイッチ
４４ トランジスタ
４６ ダイオード
４７ ストレージキャパシタ（ストレージバンク）
４８Ａ 第１の切替端子
４８Ｂ 第２の切替端子
４８Ｃ 第３の切替端子
５２ 電気スイッチ
６０ 第２検出デバイス（第２検出手段）
６２ 温度センサ（第２検出手段）
６４ 保護手段
１６０ 第２検出デバイス（第２検出手段）
１６１ 第１電圧センサ（第２検出手段）
１６２ 第２電圧センサ（第２検出手段）
１６３ 第３電圧センサ（第２検出手段）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 電源端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】