JP2001204101A - 電気車のブレーキチョッパ装置 - Google Patents
電気車のブレーキチョッパ装置Info
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- Inverter Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】回生用として設けられたブレーキチョッパ装置
を力行時でも動作させることで、インバータ及びそれに
より駆動される電動機の過電流保護を全動作領域に亘り
行う。 【解決手段】直流電源からの直流電力を交流電力に変換
して電気車を駆動する電動機に供給するインバータの直
流側にチョッパ装置と、該チョッパ装置の負荷を設けて
なる電気車のブレーキチョッパ装置において、インバー
タの回生動作時には、インバータの直流電圧の大きさ及
び該電圧の単位時間あたりの増加分の両者に基づきチョ
ッパ装置の負荷の消費電力を制御させ、インバータが力
行動作時には、前記一方の直流電圧の単位時間当たりの
増加分に基づきチョッパ装置の負荷の消費電力を制御さ
せる。
を力行時でも動作させることで、インバータ及びそれに
より駆動される電動機の過電流保護を全動作領域に亘り
行う。 【解決手段】直流電源からの直流電力を交流電力に変換
して電気車を駆動する電動機に供給するインバータの直
流側にチョッパ装置と、該チョッパ装置の負荷を設けて
なる電気車のブレーキチョッパ装置において、インバー
タの回生動作時には、インバータの直流電圧の大きさ及
び該電圧の単位時間あたりの増加分の両者に基づきチョ
ッパ装置の負荷の消費電力を制御させ、インバータが力
行動作時には、前記一方の直流電圧の単位時間当たりの
増加分に基づきチョッパ装置の負荷の消費電力を制御さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気車におけるブレ
ーキチョッパ装置に係り、その装置によるインバータの
過電圧を保護する技術に関する。
ーキチョッパ装置に係り、その装置によるインバータの
過電圧を保護する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、車輪軸に結合された電動機をイン
バータで駆動する電気車において、回生時に電動機を発
電機として作用させ、その発生トルクをブレーキ力とし
て利用し、生じた回生電力を架線へ供給する回生ブレー
キシステムが実用化されている。この回生ブレーキを適
用した直流を電源とする電気車においては、回生負荷が
不足する場合に回生ブレーキを動作させるとインバータ
の直流側に接続されたフィルタコンデンサの電圧が上昇
するので、これを抑えるためにブレーキチョッパ装置を
用いて回生エネルギーを抵抗器の負荷に消費させてい
た。
バータで駆動する電気車において、回生時に電動機を発
電機として作用させ、その発生トルクをブレーキ力とし
て利用し、生じた回生電力を架線へ供給する回生ブレー
キシステムが実用化されている。この回生ブレーキを適
用した直流を電源とする電気車においては、回生負荷が
不足する場合に回生ブレーキを動作させるとインバータ
の直流側に接続されたフィルタコンデンサの電圧が上昇
するので、これを抑えるためにブレーキチョッパ装置を
用いて回生エネルギーを抵抗器の負荷に消費させてい
た。
【０００３】このような構成の一例として、特開平3−1
55304 号公報に記載されるものがある。同公報図面第２
図には、上記ブレーキチョッパ装置を用いたインバータ
の基本構成が示され、これは同公報以外でもよく知られ
た構成である。
55304 号公報に記載されるものがある。同公報図面第２
図には、上記ブレーキチョッパ装置を用いたインバータ
の基本構成が示され、これは同公報以外でもよく知られ
た構成である。
【０００４】ただし、同公報では、回生負荷が急変した
時ブレーキチョッパ装置の制御応答を早めることに着目
しており、その構成が同公報図面第１図に記載される。
それは、フィルタコンデンサの直流電圧を検出し、一つ
はその検出値の大きさが既定値を超えたら所定の通流率
γ1でチョッパ装置を制御し、もう一方ではフィルタコ
ンデンサの電圧が急変した時、この時間変化量を検出し
て、この変化量に応じてチョッパ装置の通流率を変えて
制御するようにしたものである。
時ブレーキチョッパ装置の制御応答を早めることに着目
しており、その構成が同公報図面第１図に記載される。
それは、フィルタコンデンサの直流電圧を検出し、一つ
はその検出値の大きさが既定値を超えたら所定の通流率
γ1でチョッパ装置を制御し、もう一方ではフィルタコ
ンデンサの電圧が急変した時、この時間変化量を検出し
て、この変化量に応じてチョッパ装置の通流率を変えて
制御するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記公報記載の技術に
よれば、回生負荷変動に対しては効果が得られるものと
考える。しかし、上記公報の構成をそのままインバータ
の力行動作時に用いることには次の課題がある。なお、
上記公報にはチョッパ装置を力行時に動作させることに
ついての記載は一切されておらずその示唆もない。
よれば、回生負荷変動に対しては効果が得られるものと
考える。しかし、上記公報の構成をそのままインバータ
の力行動作時に用いることには次の課題がある。なお、
上記公報にはチョッパ装置を力行時に動作させることに
ついての記載は一切されておらずその示唆もない。
【０００６】電気車での架線電圧は定格の±２０％の変
動が許容されている。その変動要因の一例としては同一
変電区間で他の電気車が回生した場合がある。この時、
従来の技術では、次の課題が存在する。
動が許容されている。その変動要因の一例としては同一
変電区間で他の電気車が回生した場合がある。この時、
従来の技術では、次の課題が存在する。
【０００７】１）力行動作中は全くブレーキチョッパは
動作しないため，架線電圧が急激に上昇したとき、電動
機に印加される電圧が大きくなり、電動機を過電流に至
らしめると共にインバータの主回路の素子を破壊するこ
とがある。
動作しないため，架線電圧が急激に上昇したとき、電動
機に印加される電圧が大きくなり、電動機を過電流に至
らしめると共にインバータの主回路の素子を破壊するこ
とがある。
【０００８】２）フィルタコンデンサ電圧の大きさより
チョッパ装置を通流率制御すると設定値の取り方により
絶えずチョッパ動作と負荷に電流を流すため省エネルギ
ー性が低下する。
チョッパ装置を通流率制御すると設定値の取り方により
絶えずチョッパ動作と負荷に電流を流すため省エネルギ
ー性が低下する。
【０００９】また、上記課題の他に、電気車のインバー
タ装置では、力行開始時にフィルタコンデンサを直流電
源より初期充電するが、この時初期充電電流を抑制する
ために、充電回路には接触器と抵抗器との並列接続体か
らなる充電電流抑制回路を介在させている。この接触器
は頻繁に直流電流をオンオフするので著しく性能劣化す
るという課題もある。
タ装置では、力行開始時にフィルタコンデンサを直流電
源より初期充電するが、この時初期充電電流を抑制する
ために、充電回路には接触器と抵抗器との並列接続体か
らなる充電電流抑制回路を介在させている。この接触器
は頻繁に直流電流をオンオフするので著しく性能劣化す
るという課題もある。
【００１０】本発明の目的は、回生用として設けられた
ブレーキチョッパ装置を力行時でも動作させることで、
インバータ及びそれにより駆動される電動機の過電流保
護を全動作領域に亘り行うことにある。
ブレーキチョッパ装置を力行時でも動作させることで、
インバータ及びそれにより駆動される電動機の過電流保
護を全動作領域に亘り行うことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、直流電源から
の直流電力を交流電力に変換しその電力を電気車を駆動
する電動機に供給するインバータと、そのインバータの
直流側に設けられたチョッパ装置と、該チョッパ装置の
電力を消費させる負荷を備えた電気車のブレーキチョッ
パ装置において、インバータの回生動作時には、該イン
バータの直流電圧の大きさ及び該電圧の単位時間あたり
の増加分の両者に基づき前記チョッパ装置が制御され、
前記インバータが力行動作時には、前記一方の直流電圧
の単位時間当たりの増加分に基づき前記チョッパ装置が
制御されることを特徴とする。
の直流電力を交流電力に変換しその電力を電気車を駆動
する電動機に供給するインバータと、そのインバータの
直流側に設けられたチョッパ装置と、該チョッパ装置の
電力を消費させる負荷を備えた電気車のブレーキチョッ
パ装置において、インバータの回生動作時には、該イン
バータの直流電圧の大きさ及び該電圧の単位時間あたり
の増加分の両者に基づき前記チョッパ装置が制御され、
前記インバータが力行動作時には、前記一方の直流電圧
の単位時間当たりの増加分に基づき前記チョッパ装置が
制御されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例である電
気車の駆動システム構成におけるブレーキチョッパ制御
回路を示す。図1で示す電気車の駆動システムの概要
は、架線に接触して直流電源より直流電力を給電するパ
ンタグラフ１、該パンタグラフ１は遮断器２，フィルタ
リアクトル３を介して直流から可変電圧可変周波数の交
流に変換するＶＶＶＦインバータ５に接続され、該イン
バータ５の交流出力は電気車を駆動する誘導電動機６に
接続される。インバータ５の直流側両端にはフィルタコ
ンデンサ４が接続される。フィルタコンデンサ４の両端
には、スイッチング素子からなるブレーキチョッパ装置
７とその負荷であるブレーキ抵抗器８の直列接続体が接
続される。ブレーキチョッパ装置７は、通流率演算部９
から出力される通流率γに基づき出力されるＰＷＭ制御
部１０の出力信号により駆動される。
気車の駆動システム構成におけるブレーキチョッパ制御
回路を示す。図1で示す電気車の駆動システムの概要
は、架線に接触して直流電源より直流電力を給電するパ
ンタグラフ１、該パンタグラフ１は遮断器２，フィルタ
リアクトル３を介して直流から可変電圧可変周波数の交
流に変換するＶＶＶＦインバータ５に接続され、該イン
バータ５の交流出力は電気車を駆動する誘導電動機６に
接続される。インバータ５の直流側両端にはフィルタコ
ンデンサ４が接続される。フィルタコンデンサ４の両端
には、スイッチング素子からなるブレーキチョッパ装置
７とその負荷であるブレーキ抵抗器８の直列接続体が接
続される。ブレーキチョッパ装置７は、通流率演算部９
から出力される通流率γに基づき出力されるＰＷＭ制御
部１０の出力信号により駆動される。
【００１３】つぎに本実施例における本発明部である通
流率演算部９の構成について説明する。通流率演算部９
には、フィルタコンデンサ４の電圧Ｅｃｆを検出した信
号と、インバータの力行・回生の動作信号が入力され
る。この通流率演算部９では、先ず次の手段により２種
類の通流率γ１，γ２が算出される。
流率演算部９の構成について説明する。通流率演算部９
には、フィルタコンデンサ４の電圧Ｅｃｆを検出した信
号と、インバータの力行・回生の動作信号が入力され
る。この通流率演算部９では、先ず次の手段により２種
類の通流率γ１，γ２が算出される。
【００１４】通流率γ１は、通流率設定器９１によりＥ
ｃｆの大きさに応じて決定され、Ｅｃｆが設定値ｅ1以
下ならばγ１は０、設定値ｅ１より大きい値に設定され
る設定値ｅ２に対してＥｃｆが大きいならγ１は最大の
通流率γ１MAX、Ｅｃｆがｅ１からｅ２の範囲ならばＥ
ｃｆの大きさに応じて通流率γ１が大きくなるという設
定がされる。
ｃｆの大きさに応じて決定され、Ｅｃｆが設定値ｅ1以
下ならばγ１は０、設定値ｅ１より大きい値に設定され
る設定値ｅ２に対してＥｃｆが大きいならγ１は最大の
通流率γ１MAX、Ｅｃｆがｅ１からｅ２の範囲ならばＥ
ｃｆの大きさに応じて通流率γ１が大きくなるという設
定がされる。
【００１５】通流率γ２は、単位時間当たりのＥｃｆの
変化量に応じて決定され、その具体的構成例は次の通り
である。９２の微分器でＥｃｆの微分値（ｄＥｃｆ／ｄ
ｔ）、すなわち単位時間当たりのＥｃｆの変化量が演算
される。下限リミッタ回路９３は、微分器９２の出力の
うち０以上の値を出力するもので、Ｅｃｆの増加方向の
傾きでの値のみを取り出し、減少方向の傾きでの値は取
り除く役目をする。乗算器９４は、下限リミッタ回路９
３の出力にフィルタコンデンサ４とブレーキ抵抗器８等
から定まる係数Ｋを乗じ、Ｅｃｆの微分値に応じたブレ
ーキチョッパ装置７が出力すべき電圧Ｅｂ（＝Ｋ×ｄＥ
ｃｆ／ｄｔ）を算出する。除算器９５は、ブレーキチョ
ッパ電圧Ｅｂをフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆで除算
し，通流率γ２（＝Ｅｂ／Ｅｃｆ）を算出する。
変化量に応じて決定され、その具体的構成例は次の通り
である。９２の微分器でＥｃｆの微分値（ｄＥｃｆ／ｄ
ｔ）、すなわち単位時間当たりのＥｃｆの変化量が演算
される。下限リミッタ回路９３は、微分器９２の出力の
うち０以上の値を出力するもので、Ｅｃｆの増加方向の
傾きでの値のみを取り出し、減少方向の傾きでの値は取
り除く役目をする。乗算器９４は、下限リミッタ回路９
３の出力にフィルタコンデンサ４とブレーキ抵抗器８等
から定まる係数Ｋを乗じ、Ｅｃｆの微分値に応じたブレ
ーキチョッパ装置７が出力すべき電圧Ｅｂ（＝Ｋ×ｄＥ
ｃｆ／ｄｔ）を算出する。除算器９５は、ブレーキチョ
ッパ電圧Ｅｂをフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆで除算
し，通流率γ２（＝Ｅｂ／Ｅｃｆ）を算出する。
【００１６】９６は最大値演算器（ＭＡＸ）で、上記２
つの通流率γ１，γ２の最大値をとり、これを通流率γ
とする。
つの通流率γ１，γ２の最大値をとり、これを通流率γ
とする。
【００１７】ここで、９７は９１の出力γ１を最大値演
算器９６へ接続するためのスイッチ回路で、力行回生判
別器１１の出力信号によりインバータが回生動作時はス
イッチを閉じ、また力行動作時はスイッチを開放する。
算器９６へ接続するためのスイッチ回路で、力行回生判
別器１１の出力信号によりインバータが回生動作時はス
イッチを閉じ、また力行動作時はスイッチを開放する。
【００１８】以上のように、本発明ではブレーキチョッ
パ装置７の制御を、インバータ５における動作が力行時
と回生時とで変えていることに特徴がある。すなわち、
インバータ回生時には、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ
の大きさおよび微分量に基づいてブレーキチョッパ装置
を動作させることにより、回生負荷がなくなりＥｃｆが
急上昇した場合にはその微分量によってチョッパ装置が
素早く動作を開始し過電圧に至ることを防ぎ、また、緩
やかにＥｃｆが上昇した場合でも最終的に設定値ｅ１を
超えた段階でチョッパ装置が動作するため、過電圧に至
ることを防ぐことができる。
パ装置７の制御を、インバータ５における動作が力行時
と回生時とで変えていることに特徴がある。すなわち、
インバータ回生時には、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆ
の大きさおよび微分量に基づいてブレーキチョッパ装置
を動作させることにより、回生負荷がなくなりＥｃｆが
急上昇した場合にはその微分量によってチョッパ装置が
素早く動作を開始し過電圧に至ることを防ぎ、また、緩
やかにＥｃｆが上昇した場合でも最終的に設定値ｅ１を
超えた段階でチョッパ装置が動作するため、過電圧に至
ることを防ぐことができる。
【００１９】一方、インバータ力行時には、フィルタコ
ンデンサ電圧Ｅｃｆの微分量に基づいてブレーキチョッ
パ装置を動作させることにより、他の列車の回生により
架線電圧が急上昇してＥｃｆが上昇しようとした場合に
はその微分量によってチョッパ装置が素早く動作を開始
し過電圧に至ることを防ぐ。また、フィルタコンデンサ
の初期充電時においても、充電電圧の微分量によってチ
ョッパ装置が動作するのでフィルタコンデンサの充電電
流の抑制効果が得られ、従来初期充電のために主回路中
に設けられていた充電電流抑制回路を不要とした。
ンデンサ電圧Ｅｃｆの微分量に基づいてブレーキチョッ
パ装置を動作させることにより、他の列車の回生により
架線電圧が急上昇してＥｃｆが上昇しようとした場合に
はその微分量によってチョッパ装置が素早く動作を開始
し過電圧に至ることを防ぐ。また、フィルタコンデンサ
の初期充電時においても、充電電圧の微分量によってチ
ョッパ装置が動作するのでフィルタコンデンサの充電電
流の抑制効果が得られ、従来初期充電のために主回路中
に設けられていた充電電流抑制回路を不要とした。
【００２０】さらに、フィルタコンデンサ電圧の大きさ
よりチョッパ装置を通流率制御させていないので、架線
電圧の許容される変動に対してチョッパ動作が行われ
ず、チョッパ装置の負荷への電流が流れることがないの
で省エネルギー性が向上する。ところで、本発明の一実
施例を示した図１の通流率演算部９において、インバー
タ回生時に制御するブレーキチョッパ装置の通流率γ
は、γ１とγ２の最大値としたが、さらに応答を上げよ
うとするならばγ１とγ２との加算値としても良いこと
はもちろんである。
よりチョッパ装置を通流率制御させていないので、架線
電圧の許容される変動に対してチョッパ動作が行われ
ず、チョッパ装置の負荷への電流が流れることがないの
で省エネルギー性が向上する。ところで、本発明の一実
施例を示した図１の通流率演算部９において、インバー
タ回生時に制御するブレーキチョッパ装置の通流率γ
は、γ１とγ２の最大値としたが、さらに応答を上げよ
うとするならばγ１とγ２との加算値としても良いこと
はもちろんである。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば，ブレーキチョッパをイ
ンバータが力行動作及び回生動作中に動作することによ
り、インバータ回生時の過電圧を抑制できる他に、力行
時の動作では、インバータ及びそれにより駆動される電
動機の過電流保護でき、全動作領域に亘る保護ができる
という効果がある。
ンバータが力行動作及び回生動作中に動作することによ
り、インバータ回生時の過電圧を抑制できる他に、力行
時の動作では、インバータ及びそれにより駆動される電
動機の過電流保護でき、全動作領域に亘る保護ができる
という効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
１…パンタグラフ、２…遮断器、３…フィルタリアクト
ル、４…フィルタコンデンサ、５…ＶＶＶＦインバー
タ、６…誘導電動機、７…ブレーキチョッパ装置、８…
ブレーキ抵抗器、９…通流率演算部、１０…ＰＷＭ制御
部、１１…力行回生判別器。
ル、４…フィルタコンデンサ、５…ＶＶＶＦインバー
タ、６…誘導電動機、７…ブレーキチョッパ装置、８…
ブレーキ抵抗器、９…通流率演算部、１０…ＰＷＭ制御
部、１１…力行回生判別器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 武 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 (72)発明者 片山 敏也 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 Ｆターム(参考） 5G053 AA01 AA09 BA04 CA04 DA01 EB01 FA04 5H007 AA17 BB01 BB06 CC23 DA03 DA06 DC05 FA01 FA12 FA17 5H115 PA08 PC02 PG01 PI03 PI29 PU09 PV03 PV09 PV15 QE10 QI03 QI04 QI15 QN02 QN24 QN27 RB22 TO13 TR04 TR16 TU02 TU05
Claims (2)
- 【請求項１】直流電源からの直流電力を交流電力に変換
しその電力を電気車を駆動する電動機に供給するインバ
ータと、そのインバータの直流側に設けられたチョッパ
装置と、該チョッパ装置の電力を消費させる負荷を備え
た電気車のブレーキチョッパ装置において、前記インバ
ータの回生動作時には、該インバータの直流電圧の大き
さ及び該電圧の単位時間あたりの増加分の両者に基づき
前記チョッパ装置が制御され、前記インバータが力行動
作時には、前記一方の直流電圧の単位時間当たりの増加
分に基づき前記チョッパ装置が制御されることを特徴と
する電気車のブレーキチョッパ装置。 - 【請求項２】直流電源に接続されたフィルタコンデンサ
の両端に直流側が接続され直流を交流に変換して電気車
を駆動する電動機に出力するインバータと、前記フィル
タコンデンサの両端部にチョッパ装置と負荷の直列接続
体が接続されてなる電気車のブレーキチョッパ装置にお
いて、前記フィルタコンデンサの直流電圧を検出する手
段と、該直流電圧検出値が予め定められた規定値を超え
たらその直流電圧検出値の大きさに応じて第１の通流率
を出力する手段と、前記直流電圧検出値の単位時間あた
りの増加分に応じた第２の通流率を出力する手段と、前
記第１及び第２の通流率のいずれか大きい方又は両者を
加算した通流率を演算し、該通流率に基づき前記チョッ
パ装置を制御する手段と、前記インバータの回生と力行
の動作を判別する手段と、前記判別手段で力行が判別さ
れた際には前記第１の通流率を出力をする手段における
その出力を停止する手段とを備えたことを特徴とする電
気車のブレーキチョッパ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000014021A JP2001204101A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 電気車のブレーキチョッパ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000014021A JP2001204101A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 電気車のブレーキチョッパ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001204101A true JP2001204101A (ja) | 2001-07-27 |
Family
ID=18541538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000014021A Pending JP2001204101A (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 電気車のブレーキチョッパ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001204101A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007252084A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Toshiba Corp | 電気車制御装置 |
| WO2009110479A1 (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-11 | 株式会社 東芝 | 電気車駆動装置 |
| CN112003242A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-11-27 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种汽车中igbt驱动电源的保护装置、方法和汽车 |
| CN114448322A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-06 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 限压斩波控制方法及装置 |
-
2000
- 2000-01-19 JP JP2000014021A patent/JP2001204101A/ja active Pending
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| JP4643670B2 (ja) * | 2008-03-07 | 2011-03-02 | 株式会社東芝 | 電気車駆動装置 |
| US7949443B2 (en) | 2008-03-07 | 2011-05-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electric-vehicle driving apparatus |
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