JP2001231104A - 電気車制御装置 - Google Patents

電気車制御装置

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JP2001231104A JP2000039519A JP2000039519A JP2001231104A JP 2001231104 A JP2001231104 A JP 2001231104A JP 2000039519 A JP2000039519 A JP 2000039519A JP 2000039519 A JP2000039519 A JP 2000039519A JP 2001231104 A JP2001231104 A JP 2001231104A
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章広 山中
Mitsuo Kimura
光男 木村
Yoshiteru Hoshi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回生および発電ブレーキ方式を併用する誘導
電動機駆動用の電気車制御装置において、高速域におけ
る電気ブレーキ力を拡大させること。 【解決手段】 高速域の電気ブレーキ時に第2単位スイ
ッチ4を開放し、第2単位スイッチ4に並列接続されて
いる第1抵抗器5を通電しパンタグラフ1を介して回生
ブレーキを動作させる。第1抵抗器5に流れる回生電流
と該抵抗器5の抵抗値から定まる電圧がインバータ回路
10の入力直流電圧を上昇させるので、誘導電動機11
の三相交流電圧が上昇する。誘導電動機の特性により、
電圧が上昇すると磁束が比例して増加し、主電動機のト
ルクが増大するため、ブレーキ電流を増やすことなく、
高速域における電気ブレーキ力を得ることが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回生および発電ブ
レーキ方式を併用する誘導電動機駆動用の電気車制御装
置に関し、さらに詳細には、高速領域における電気ブレ
ーキ力を確保できるようにした電気車制御装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図3は電気車制御装置の主回路接続図を
示す図である。同図において、架線から集電するパンタ
グラフ1に、高速度遮断器2、第1単位スイッチ3、第
2単位スイッチ4からなる投入回路12が接続され、第
2単位スイッチ4に第1抵抗器5が並列に接続されてい
る。投入回路12の第2単位スイッチ4には、フィルタ
リアクトル6、フィルタコンデンサ9が直列に接続さ
れ、該フィルタコンデンサ9に並列接続するチョッパ7
と第2抵抗器8の直列回路および三相交流出力のインバ
ータ回路10が接続さている。該インバータ回路10の
三相交流側に誘導電動機11が接続され、電気車の力行
時には、誘導電動機11が駆動され電気車が走行する。
【0003】上記投入回路12の制御回路13は、第1
単位スイッチ3、第2単位スイッチ4を次のように制御
する。フィルタコンデサ9の電圧が低い時、第2単位ス
イッチ4は投入されず、第1単位スイッチ3(高速度遮
断器2は常時投入)が投入され第1抵抗器5を介してフ
ィルタコンデンサ9が充電される。その後、フィルタコ
ンデンサ9の電圧が架線電圧の8割以上に上昇したこと
を条件(VFC条件)に第2単位スイッチ4が投入され
る。そして、この条件が成立している間は第2単位スイ
ッチ4は投入されたままである。
【0004】図4に上記投入回路12の第2単位スイッ
チ4の投入論理を示す。図4において、ANDはアンド
ゲート、HBは高速度遮断器2、LB1は第1単位スイ
ッチ3、LB2は第2単位スイッチ4、また、VFC条
件成立時は、〔フィルタコンデンサ電圧VC〕/〔架線
電圧VL〕が80%以上である。図4に示すように、L
B2(第2単位スイッチ4)は〔HB(高速度遮断器
2)オン〕、〔LB1(第1単位スイッチ3)オン〕か
つ〔VFC条件成立時〕に投入される。すなわち、フィ
ルタコンデンサ9の電圧が架線電圧の8割以上に上昇す
るまでは、第2単位スイッチ4を開いてフィルタコンデ
ンサ9の充電電流を抑制し、フィルタコンデンサ9の電
圧が架線電圧の8割以上に上昇すると第2単位スイッチ
4を閉じて、第1抵抗器5をバイパスさせる。
【0005】図3に示す電気車制御装置はブレーキ時、
次のように動作する。ブレーキ時、誘導電動機11は誘
導発電機として動作し、該誘導発電機で発生した交流電
力はインバータ10で直流に変換され、パンタグラフ1
を通って架線に接続された別の負荷(例えば、近くを走
行する他の電気車)で消費される。このようなブレーキ
制御方式を回生ブレーキ方式という。一方、電気車が閑
散線区を走行する場合や、早朝および深夜に運転される
場合等で、架線に接続された別の負荷が小さい場合は、
誘導電動機11で発生した電力を消費しきれないので、
チョッパ7を動作させて第2抵抗器8に電流を消費させ
て電気ブレーキを継続させる。このように電気車内に搭
載された負荷でブレーキ電力を消費させる方式を発電ブ
レーキ方式という。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の回生および発電ブレーキ方式では、これまで力行を
基本に定められた特性では高速時のブレーキ力が不足す
る。従来例として、高速時におけるブレーキ力が不足す
る特性を図5の2点鎖線に示す。電力回生ブレーキを用
いる車両では、最大の直流電圧が架線電圧制限にて抑え
られ、図5に示すように、例えば80km/h以上の高
速においては必要なブレーキ力を得ることはなかなか困
難である。(従来の定ブレーキ力速度域を80km/h
以下と仮定した。)このため、不足するブレーキ力は、
圧縮空気を媒体として空気シリンダを動作させ、摩擦材
を車輪踏面やディスクに押し付けて、摩擦力によりブレ
ーキ力を得る機械式の空気ブレーキ等により補足される
のが一般的であった。摩擦を利用する空気ブレーキ等は
ブレーキエネルギーとしてエネルギーは熱となる。しか
も、ブレーキパワーはブレーキ力と走行速度に比例する
ので、高速度では大変大きな値となる。このためブレー
キシューと車輪踏面の間において摩擦熱により、ブレー
キシューと車輪踏面等は摩耗部品として、日常点検保守
の機会が増えるといった問題があった。
【0007】本発明は上記した従来技術の問題点を解決
するためになされたものであって、本発明の目的は、高
速域における電気ブレーキ力を拡大させることができる
電気車制御装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による電気車制御
装置では、次のようにして上記課題を解決する。 (1)高速域における電気ブレーキ時に、投入回路の単
位スイッチを開放することにより、単位スイッチに並列
接続されている抵抗器を介して電気ブレーキを動作させ
る。そして、高速からのブレーキ後、従来の定ブレーキ
力速度域に速度が低下した時に、単位スイッチを再投入
させる。 (2)上記制御回路は、高速領域のブレーキ時、上記投
入回路の単位スイッチを開放させるとともに、チョッパ
回路の動作点電圧セット値を高い値に変更する。
【0009】上記(1)のように構成することにより、
高速域における電気ブレーキ時、単位スイッチに並列接
続された抵抗器に流れる回生電流と抵抗値から定まる電
圧分だけインバータ入力回路の直流電圧を上昇させるこ
とができる。これにより誘導電動機の三相交流電圧が上
昇し、ブレーキ電流を増やすことなく、高速から電気ブ
レーキ力を得ることが可能となる。また、格別の主回路
構成を変更することなく、また、現状の誘導電動機およ
びインバータ回路の能力を増大させることなく使用する
ことが可能である。さらに、高速からのブレーキ後、従
来の定ブレーキ力速度域に速度が低下したとき、単位ス
イッチが再投入されるので、従来のブレーキ特性にした
がい電気ブレーキが継続させることができる。また、上
記(2)のように構成することにより、上記(1)と同
様、格別の主回路構成を変更することなく、高速時にお
ける発電ブレーキ力を向上させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。図1は本発明の実施例の電気車制御
装置の構成を示す図である。主回路接続は前記図3に示
したものと同じであり、本実施例においては、投入回路
12を制御する制御回路13における第2単位スイッチ
4の投入論理が前記図3、図4とは相違している。ま
た、上記制御回路13の出力によりチョッパ制御回路1
4の動作点電圧のセット値を高い値に変更する。これに
より、本発明においては電気ブレーキ領域を拡大するこ
とができる。
【0011】本実施例において、前記したフィルタコン
デンサ9の充電を目的とした第2単位スイッチ4の動作
は従来例と同様である。すなわち、フィルタコンデサ9
の電圧が低い時、第1単位スイッチ3が投入され、第2
単位スイッチ4は投入させず、第1抵抗器5を介してフ
ィルタコンデンサ9が充電される。フィルタコンデンサ
9の電圧が架線電圧の8割以上に上昇すると、第2単位
スイッチ4を投入される。この条件の他、本実施例にお
いては、高速領域おけるブレーキ時に、第2単位スイッ
チ4を開放させ並列接続された第1抵抗器5を通電しパ
ンタグラフ1を介して回生させる。また、チョッパ7の
動作点を高くする。
【0012】図2に本実施例の制御回路13の投入論理
を示す。同図において、ANDはアンドゲート、HBは
高速度遮断器2、LB1は第1単位スイッチ3、LB2
は第2単位スイッチ4、また、VFC条件成立時は、
〔フィルタコンデンサ電圧VC〕/〔架線電圧VL〕が
80%以上、速度条件成立時は、定ブレーキ力速度以上
の場合である。図2に示すように、LB2(第2単位ス
イッチ4)は〔HB(高速度遮断器2)オン〕、〔LB
1(第1単位スイッチ3)オン〕かつ〔VFC条件成立
時〕に投入され、また、速度条件成立時、第2単位スイ
ッチ4は開放される。また、高速からのブレーキ後、従
来の定ブレーキ力速度域に速度が低下すると、速度条件
が成立しなくなり第2単位スイッチ4は閉じる。このた
め従来のブレーキ特性にしたがい電気ブレーキが継続さ
れる。
【0013】本実施例においては、速度条件成立時の回
生ブレーキ動作中、上記のように第2単位スイッチ4を
開放する。このため、第1抵抗器5に流れる電流と抵抗
値から定まる電圧がインバータ回路10の入力直流電圧
を上昇させ、出力である誘導電動機11の電圧が上昇す
る。一般に誘導電動機の特性により、電圧が上昇すると
磁束が比例して増加し、主電動機のトルクが増大する。
このため回生ブレーキ力を高めることができる。さら
に、高速領域におけるブレーキ時、上記第2単位スイッ
チ4が開放している場合、チョッパ7の動作点電圧セッ
ト値を高い値に変更する。これにより、発電ブレーキ時
のブレーキ力を高めることができる。
【0014】
【発明の効果】以上述べたように本発明においては、高
速領域のブレーキ時、投入回路の単位スイッチを開放さ
せてインバータ回路10の入力直流電圧を上昇させてい
るので、特に新しい主回路構成を付加することなく、従
来の技術と同一主回路接続により、電気ブレーキ力を増
大することが可能である。このため、従来高速領域にお
いて、補足していたブレーキ力である機械式の空気ブレ
ーキ等が軽減または不要とされ、ブレーキシューおよび
車輪踏面の日常点検保守が大きく軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す図である。
【図2】本発明の実施例における第2単位スイッチの投
入論理を示す図である。
【図3】電気車制御装置の主回路構成を示す図である。
【図4】従来例における第2単位スイッチの投入論理を
示す図である。
【図5】高速時におけるブレーキ力が不足する特性を示
す図である。
【符号の説明】 1 パンタグラフ 2 高速度遮断器(HB) 3 第1単位スイッチ(LB1) 4 第2単位スイッチ(LB2) 5 第1抵抗器 6 フィルタリアクトル 7 チョッパ 8 第2抵抗器 9 フィルタコンデンサ 10 インバータ回路 11 誘導電動機 12 投入回路 13 投入制御回路 14 チョッパ制御回路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年2月18日(2000.2.1
8)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 電気車制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 章広 大阪市北区芝田二丁目4番24号 西日本旅 客鉄道株式会社内 (72)発明者 木村 光男 大阪市北区芝田二丁目4番24号 西日本旅 客鉄道株式会社内 (72)発明者 星 吉輝 大阪市北区角田町1−1 東洋電機製造株 式会社大阪支社内 Fターム(参考) 5H115 PA08 PA15 PC02 PG01 PI03 PI29 PU09 PV03 PV09 QE10 QI03 QI04 SE04 TB01 TO13 5H530 AA03 AA05 BB24 CC06 CD34 CE15 CE16 CF02 CF13 DD03 DD05 DD27 EE01 EE05 GG04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 架線に直列に接続された高速度遮断器と
    単位スイッチおよび該単位スイッチに並列に接続された
    抵抗器から構成される投入回路と、 上記投入回路を介して架線から供給される直流電力を変
    換して電気車駆動用誘導電動機に三相交流電力を供給す
    るインバータ回路と、 フィルタコンデンサと並列にスイッチング素子と抵抗器
    を直列に接続したチョッパ回路とを備えた電気車制御装
    置であって、 上記投入回路の単位スイッチを制御する制御回路は、高
    速領域のブレーキ時、上記投入回路の単位スイッチを開
    放させ、上記投入回路の抵抗器を介してブレーキ電流を
    通電させブレーキ電流を回生させることを特徴とする電
    気車制御装置。
  2. 【請求項2】 上記制御回路は、高速領域のブレーキ
    時、上記投入回路の単位スイッチを開放させるととも
    に、チョッパ回路の動作点電圧セット値を高い値に変更
    することを特徴とする請求項1の電気車制御装置。
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