JP2002369304A - 電気車の制御装置 - Google Patents
電気車の制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速域から速度ゼロまでの全速度域で回生ブ
レーキまたは電気ブレーキを作用させるために、必要な
ブレーキ力特性を実現し、回生エネルギ効率を向上させ
ることにある。 【解決手段】 高速域において回生ブレーキ力が不足し
たとき、電流遮断器１０を開放し、整流器８を通してイ
ンバータ装置３と直流電源９を直列に接続する。ここ
で、電源電圧Ｖａの向きと直流電源９の出力端電圧Ｖｂ
の向きが同じ向きとなるように接続する。このときイン
バータ装置の負側直流入力端子の電位は−Ｖｂとなり、
インバータ入力電圧Ｖｃは電源電圧Ｖａと直流電源９の
出力端電圧Ｖｂの和（Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂ）となる。これ
により、インバータ入力電圧Ｖｃを増大できるため、高
速域でのブレーキ力増強が可能になる。このとき、回生
運転することにより、回生電流Ｉｂが流れるため、直流
電源１にはＶａ×Ｉｂの電力が回生され、直流電源９に
はＶｂ×Ｉｂの電力が充電される。
レーキまたは電気ブレーキを作用させるために、必要な
ブレーキ力特性を実現し、回生エネルギ効率を向上させ
ることにある。 【解決手段】 高速域において回生ブレーキ力が不足し
たとき、電流遮断器１０を開放し、整流器８を通してイ
ンバータ装置３と直流電源９を直列に接続する。ここ
で、電源電圧Ｖａの向きと直流電源９の出力端電圧Ｖｂ
の向きが同じ向きとなるように接続する。このときイン
バータ装置の負側直流入力端子の電位は−Ｖｂとなり、
インバータ入力電圧Ｖｃは電源電圧Ｖａと直流電源９の
出力端電圧Ｖｂの和（Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂ）となる。これ
により、インバータ入力電圧Ｖｃを増大できるため、高
速域でのブレーキ力増強が可能になる。このとき、回生
運転することにより、回生電流Ｉｂが流れるため、直流
電源１にはＶａ×Ｉｂの電力が回生され、直流電源９に
はＶｂ×Ｉｂの電力が充電される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気車の制御装置に
係り、特に、電気車の回生ブレーキ制御において回生ブ
レーキが作用する速度域を拡大する電気車の制御技術に
関する。
係り、特に、電気車の回生ブレーキ制御において回生ブ
レーキが作用する速度域を拡大する電気車の制御技術に
関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道用電気車においては、減速力を得る
ためにモータを発電機として動作させ、その回生電力を
架線に返す回生ブレーキが一般化している。特に近年の
地球環境への関心から、電気車のおける回生エネルギ効
率向上の要求が高まりつつあり、関連する技術の開発が
進められている。その一環として速度がゼロになるまで
回生ブレーキを活用できる全電気ブレーキ停止制御が提
案され、速度ゼロで停止するための制御方式および停止
精度と乗り心地を両立するための方式である『全電気ブ
レーキ停止制御』が第７回鉄道技術連合シンポジウム
（Ｊ−ＲＡＩＬ２０００）講演論文集などに示されてい
る。
ためにモータを発電機として動作させ、その回生電力を
架線に返す回生ブレーキが一般化している。特に近年の
地球環境への関心から、電気車のおける回生エネルギ効
率向上の要求が高まりつつあり、関連する技術の開発が
進められている。その一環として速度がゼロになるまで
回生ブレーキを活用できる全電気ブレーキ停止制御が提
案され、速度ゼロで停止するための制御方式および停止
精度と乗り心地を両立するための方式である『全電気ブ
レーキ停止制御』が第７回鉄道技術連合シンポジウム
（Ｊ−ＲＡＩＬ２０００）講演論文集などに示されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】第７回鉄道技術連合シ
ンポジウム（Ｊ−ＲＡＩＬ２０００）講演論文集に示さ
れている『全電気ブレーキ停止制御』は、電力変換器制
御手段により電力変換器を制御して電動トルクを制御
し、速度検出手段の出力である電動機の検出速度に基づ
き減速度を演算し、電動機の検出速度が所定速度を下回
った時点における電動機の検出速度および減速度に基づ
いて以後の速度を推定し、その推定速度に基づいて電力
変換器制御手段によるトルク制御を行う。すなわち、第
７回鉄道技術連合シンポジウム（Ｊ−ＲＡＩＬ２００
０）講演論文集に示されている『全電気ブレーキ停止制
御』では、停止まで確実に回生（電気）ブレーキを作用
させることによる回生エネルギ効率の向上は可能だが、
高速域においてモータ特性上、回生出来ない速度域の回
生エネルギ効率向上については考慮していない。エネル
ギーの面から言えば、高速域での運動エネルギーは全電
気停止ブレーキの守備範囲である速度ゼロ付近に比べて
の百倍に近い大きさを有しており、省エネ、ブレーキシ
ュー摩耗などの問題に関しても、殆ど高速側の空気ブレ
ーキ作用により決定されている。高速域の空気ブレーキ
作用を電気に置き換える全速度域電気ブレーキが可能と
なれば、画期的改善が行えるものと考える。
ンポジウム（Ｊ−ＲＡＩＬ２０００）講演論文集に示さ
れている『全電気ブレーキ停止制御』は、電力変換器制
御手段により電力変換器を制御して電動トルクを制御
し、速度検出手段の出力である電動機の検出速度に基づ
き減速度を演算し、電動機の検出速度が所定速度を下回
った時点における電動機の検出速度および減速度に基づ
いて以後の速度を推定し、その推定速度に基づいて電力
変換器制御手段によるトルク制御を行う。すなわち、第
７回鉄道技術連合シンポジウム（Ｊ−ＲＡＩＬ２００
０）講演論文集に示されている『全電気ブレーキ停止制
御』では、停止まで確実に回生（電気）ブレーキを作用
させることによる回生エネルギ効率の向上は可能だが、
高速域においてモータ特性上、回生出来ない速度域の回
生エネルギ効率向上については考慮していない。エネル
ギーの面から言えば、高速域での運動エネルギーは全電
気停止ブレーキの守備範囲である速度ゼロ付近に比べて
の百倍に近い大きさを有しており、省エネ、ブレーキシ
ュー摩耗などの問題に関しても、殆ど高速側の空気ブレ
ーキ作用により決定されている。高速域の空気ブレーキ
作用を電気に置き換える全速度域電気ブレーキが可能と
なれば、画期的改善が行えるものと考える。
【０００４】本発明の課題は、高速域から速度ゼロまで
の全速度域で回生ブレーキまたは電気ブレーキを作用さ
せるために、必要なブレーキ力特性を実現し、回生エネ
ルギ効率が向上する電気車の制御装置を提供することに
ある。
の全速度域で回生ブレーキまたは電気ブレーキを作用さ
せるために、必要なブレーキ力特性を実現し、回生エネ
ルギ効率が向上する電気車の制御装置を提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、回生ブレーキ力が不足する高速域において、インバ
ータ装置の入力端子に充電・放電が可能な電力蓄積手段
を架線などの直流電圧取得手段より得られる電力と同一
の電圧印加方向となるように直列接続する構成とする。
に、回生ブレーキ力が不足する高速域において、インバ
ータ装置の入力端子に充電・放電が可能な電力蓄積手段
を架線などの直流電圧取得手段より得られる電力と同一
の電圧印加方向となるように直列接続する構成とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の電気車の制御装置の
一実施形態を示すブロック図である。直流電源（Ａ）
（または、直流電圧取得手段）１から取得した電源電圧
Ｖａは、電流遮断器（Ａ）２を介してインバータ装置３
に供給する。電流遮断器（Ａ）２は、インバータ装置を
稼働しないとき、あるいは、インバータ装置３に異常が
発生したときに開放することでインバータ装置３への電
力供給を遮断する。インバータ装置３は、直流電源
（Ａ）１より得られる直流電力を三相交流電力に変換
し、その電力を誘導電動機４に供給する。本実施形態の
特徴部分である電力蓄積器５は、インバータ装置３に接
続し、電流遮断器（Ｂ）６、整流器７、整流器８、充電
・放電が可能な直流電源（Ｂ）（電力蓄積手段）９、電
流遮断器（Ｃ）１０によって構成する。通常、走行時は
電流遮断器（Ｂ）６は開放し、電流遮断器（Ｃ）１０を
投入する。このとき整流器８により直流電源（Ｂ）９に
電流は流れないため、直流電源（Ｂ）９がない状態に等
しくなり、インバータ入力電圧Ｖｃと電源電圧Ｖａが等
しい（Ｖｃ＝Ｖａ）従来の電気車の制御装置と同じとな
る。高速域において回生ブレーキ力が不足したときに
は、電流遮断器（Ｃ）１０を開放し、整流器８を通して
インバータ装置３と直流電源（Ｂ）９を直列に接続す
る。ここで、電源電圧Ｖａの向きと直流電源（Ｂ）９の
出力端電圧Ｖｂの向きが同じ向きとなるように接続す
る。このときインバータ装置３の負側直流入力端子の電
位は−Ｖｂとなり、インバータ入力電圧Ｖｃは電源電圧
Ｖａと電力蓄積手段出力端電圧Ｖｂの和（Ｖｃ＝Ｖａ＋
Ｖｂ）となる。これにより、インバータ入力電圧Ｖｃを
増大できるため、高速域でのブレーキ力増強が可能にな
る。このとき、インバータ装置３を回生運転することに
より、回生電流Ｉｂが流れるため、直流電源（Ａ）１に
はＶａ×Ｉｂの電力が回生され、直流電源（Ｂ）９には
Ｖｂ×Ｉｂの電力が充電される。一方、インバータ起動
時には、電流遮断機（Ａ）２を開放し、電流遮断機
（Ｂ）６を投入すると、インバータ装置３には直流電源
（Ｂ）９の出力端電圧Ｖｂのみが印加され、回生時に直
流電源（Ｂ）９に充電された電力を有効に利用すること
ができる。さらに、直流電源（Ｂ）９の出力端電圧Ｖｂ
は電源電圧Ｖａに比し低電圧であることから、インバー
タ装置３あるいは電動機４から発生する電磁音を低減で
き、駅出発時にホーム周辺の乗客に与えるインバータ騒
音の影響を改善することが可能である。
用いて説明する。図１は、本発明の電気車の制御装置の
一実施形態を示すブロック図である。直流電源（Ａ）
（または、直流電圧取得手段）１から取得した電源電圧
Ｖａは、電流遮断器（Ａ）２を介してインバータ装置３
に供給する。電流遮断器（Ａ）２は、インバータ装置を
稼働しないとき、あるいは、インバータ装置３に異常が
発生したときに開放することでインバータ装置３への電
力供給を遮断する。インバータ装置３は、直流電源
（Ａ）１より得られる直流電力を三相交流電力に変換
し、その電力を誘導電動機４に供給する。本実施形態の
特徴部分である電力蓄積器５は、インバータ装置３に接
続し、電流遮断器（Ｂ）６、整流器７、整流器８、充電
・放電が可能な直流電源（Ｂ）（電力蓄積手段）９、電
流遮断器（Ｃ）１０によって構成する。通常、走行時は
電流遮断器（Ｂ）６は開放し、電流遮断器（Ｃ）１０を
投入する。このとき整流器８により直流電源（Ｂ）９に
電流は流れないため、直流電源（Ｂ）９がない状態に等
しくなり、インバータ入力電圧Ｖｃと電源電圧Ｖａが等
しい（Ｖｃ＝Ｖａ）従来の電気車の制御装置と同じとな
る。高速域において回生ブレーキ力が不足したときに
は、電流遮断器（Ｃ）１０を開放し、整流器８を通して
インバータ装置３と直流電源（Ｂ）９を直列に接続す
る。ここで、電源電圧Ｖａの向きと直流電源（Ｂ）９の
出力端電圧Ｖｂの向きが同じ向きとなるように接続す
る。このときインバータ装置３の負側直流入力端子の電
位は−Ｖｂとなり、インバータ入力電圧Ｖｃは電源電圧
Ｖａと電力蓄積手段出力端電圧Ｖｂの和（Ｖｃ＝Ｖａ＋
Ｖｂ）となる。これにより、インバータ入力電圧Ｖｃを
増大できるため、高速域でのブレーキ力増強が可能にな
る。このとき、インバータ装置３を回生運転することに
より、回生電流Ｉｂが流れるため、直流電源（Ａ）１に
はＶａ×Ｉｂの電力が回生され、直流電源（Ｂ）９には
Ｖｂ×Ｉｂの電力が充電される。一方、インバータ起動
時には、電流遮断機（Ａ）２を開放し、電流遮断機
（Ｂ）６を投入すると、インバータ装置３には直流電源
（Ｂ）９の出力端電圧Ｖｂのみが印加され、回生時に直
流電源（Ｂ）９に充電された電力を有効に利用すること
ができる。さらに、直流電源（Ｂ）９の出力端電圧Ｖｂ
は電源電圧Ｖａに比し低電圧であることから、インバー
タ装置３あるいは電動機４から発生する電磁音を低減で
き、駅出発時にホーム周辺の乗客に与えるインバータ騒
音の影響を改善することが可能である。
【０００７】図２は、本発明の電気車の制御装置の動作
原理を示す波形図である。前述の方式により、インバー
タ装置３と直流電源（Ｂ）９と直列に接続したとき、イ
ンバータ装置３のインバータ入力電圧Ｖｃは電源電圧Ｖ
ａと直流電源（Ｂ）９の出力端電圧Ｖｂの和（Ｖｃ＝Ｖ
ａ＋Ｖｂ）となる。ここで、電動機４への入力電圧（モ
ータ電圧）の最大値はインバータ入力電圧Ｖｃに等しい
ことから、直流電源（Ｂ）９の出力端電圧Ｖｂの分だけ
上昇する。これに伴い、モータ電圧を制限することなく
制御できる定トルク領域は（Ｖａ＋Ｖｂ）／Ｖａ倍に拡
大するため、一定の回生ブレーキ力を発生できる速度域
も（Ｖａ＋Ｖｂ）／Ｖａ倍になる（回生ブレーキ力の点
線から実線に拡大する。）。これにより高速域における
ブレーキ力増強が可能になる。なお、モータ電流、すべ
り周波数は図示のように点線から実線に変化する。
原理を示す波形図である。前述の方式により、インバー
タ装置３と直流電源（Ｂ）９と直列に接続したとき、イ
ンバータ装置３のインバータ入力電圧Ｖｃは電源電圧Ｖ
ａと直流電源（Ｂ）９の出力端電圧Ｖｂの和（Ｖｃ＝Ｖ
ａ＋Ｖｂ）となる。ここで、電動機４への入力電圧（モ
ータ電圧）の最大値はインバータ入力電圧Ｖｃに等しい
ことから、直流電源（Ｂ）９の出力端電圧Ｖｂの分だけ
上昇する。これに伴い、モータ電圧を制限することなく
制御できる定トルク領域は（Ｖａ＋Ｖｂ）／Ｖａ倍に拡
大するため、一定の回生ブレーキ力を発生できる速度域
も（Ｖａ＋Ｖｂ）／Ｖａ倍になる（回生ブレーキ力の点
線から実線に拡大する。）。これにより高速域における
ブレーキ力増強が可能になる。なお、モータ電流、すべ
り周波数は図示のように点線から実線に変化する。
【０００８】図３は、本発明の電気車の制御装置の他の
実施形態を示すブロック図である。直流電源（Ａ）１か
ら取得した電源電圧Ｖａは、電流遮断器（Ａ）２を介し
てインバータ装置３に供給する。電流遮断器（Ａ）２
は、インバータ装置を稼働しないとき、あるいは、イン
バータ装置３に異常が発生したときに開放することでイ
ンバータ装置３への電力供給を遮断する。インバータ装
置３は、直流電源（Ａ）１より得られる直流電力を三相
交流電力に変換し、その電力を誘導電動機４に供給す
る。本実施形態の特徴部分である電力蓄積器５は、イン
バータ装置３に接続し、電流遮断器（Ｂ）６、整流器
７、整流器８、充電・放電が可能な２次電池１１、電流
遮断器（Ｃ）１０によって構成する。通常、走行時は電
流遮断器（Ｂ）６は開放し、電流遮断器（Ｃ）１０を投
入する。このとき整流器８により２次電池１１に電流は
流れないため、２次電池１１がない状態に等しくなり、
インバータ入力電圧Ｖｃと電源電圧Ｖａが等しい（Ｖｃ
＝Ｖａ）従来の電気車の制御装置と同じとなる。高速域
において回生ブレーキ力が不足したときには、電流遮断
器（Ｃ）１０を開放し、整流器８を通してインバータ装
置３と直流電源（Ｂ）９と直列に接続する。ここで、電
源電圧Ｖａの向きと２次電池１１の出力端電圧Ｖｂの向
きが同じ向きとなるように接続する。このときインバー
タ装置３の負側直流入力端子の電位は−Ｖｂとなり、イ
ンバータ入力電圧Ｖｃは電源電圧Ｖａと電力蓄積手段
（２次電池１１）出力端電圧Ｖｂの和（Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖ
ｂ）となる。これにより、インバータ入力電圧Ｖｃを増
大できるため、高速域でのブレーキ力増強が可能にな
る。このとき、インバータ装置３を回生運転することに
より回生電流Ｉｂが流れるため、直流電源（Ａ）１には
Ｖａ×Ｉｂの電力が回生され、２次電池１１にはＶｂ×
Ｉｂの電力が充電される。一方、インバータ起動時に
は、電流遮断機（Ａ）２を開放し、電流遮断機（Ｂ）６
を投入すると、インバータ装置３には２次電池１１の出
力端電圧Ｖｂのみが印加され、回生時に２次電池１１に
充電された電力を有効に利用することができる。さら
に、２次電池１１の出力端電圧Ｖｂは電源電圧Ｖａに比
し低電圧であることから、インバータ装置３あるいは電
動機４から発生する電磁音を低減でき、駅出発時にホー
ム周辺の乗客に与えるインバータ騒音の影響を改善する
ことが可能である。
実施形態を示すブロック図である。直流電源（Ａ）１か
ら取得した電源電圧Ｖａは、電流遮断器（Ａ）２を介し
てインバータ装置３に供給する。電流遮断器（Ａ）２
は、インバータ装置を稼働しないとき、あるいは、イン
バータ装置３に異常が発生したときに開放することでイ
ンバータ装置３への電力供給を遮断する。インバータ装
置３は、直流電源（Ａ）１より得られる直流電力を三相
交流電力に変換し、その電力を誘導電動機４に供給す
る。本実施形態の特徴部分である電力蓄積器５は、イン
バータ装置３に接続し、電流遮断器（Ｂ）６、整流器
７、整流器８、充電・放電が可能な２次電池１１、電流
遮断器（Ｃ）１０によって構成する。通常、走行時は電
流遮断器（Ｂ）６は開放し、電流遮断器（Ｃ）１０を投
入する。このとき整流器８により２次電池１１に電流は
流れないため、２次電池１１がない状態に等しくなり、
インバータ入力電圧Ｖｃと電源電圧Ｖａが等しい（Ｖｃ
＝Ｖａ）従来の電気車の制御装置と同じとなる。高速域
において回生ブレーキ力が不足したときには、電流遮断
器（Ｃ）１０を開放し、整流器８を通してインバータ装
置３と直流電源（Ｂ）９と直列に接続する。ここで、電
源電圧Ｖａの向きと２次電池１１の出力端電圧Ｖｂの向
きが同じ向きとなるように接続する。このときインバー
タ装置３の負側直流入力端子の電位は−Ｖｂとなり、イ
ンバータ入力電圧Ｖｃは電源電圧Ｖａと電力蓄積手段
（２次電池１１）出力端電圧Ｖｂの和（Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖ
ｂ）となる。これにより、インバータ入力電圧Ｖｃを増
大できるため、高速域でのブレーキ力増強が可能にな
る。このとき、インバータ装置３を回生運転することに
より回生電流Ｉｂが流れるため、直流電源（Ａ）１には
Ｖａ×Ｉｂの電力が回生され、２次電池１１にはＶｂ×
Ｉｂの電力が充電される。一方、インバータ起動時に
は、電流遮断機（Ａ）２を開放し、電流遮断機（Ｂ）６
を投入すると、インバータ装置３には２次電池１１の出
力端電圧Ｖｂのみが印加され、回生時に２次電池１１に
充電された電力を有効に利用することができる。さら
に、２次電池１１の出力端電圧Ｖｂは電源電圧Ｖａに比
し低電圧であることから、インバータ装置３あるいは電
動機４から発生する電磁音を低減でき、駅出発時にホー
ム周辺の乗客に与えるインバータ騒音の影響を改善する
ことが可能である。
【０００９】なお、ここでは電力蓄積器５は２次電池１
１を用いて構成しているが、この２次電池１１と同様に
充電・放電が可能であるスーパーキャパシタなどを用い
ても同じ効果を得られる。
１を用いて構成しているが、この２次電池１１と同様に
充電・放電が可能であるスーパーキャパシタなどを用い
ても同じ効果を得られる。
【００１０】図４は、本発明の電気車の制御装置の一実
施形態の動作を説明するための詳細ブロック図を示す。
ここでは、インバータ装置の回生運転の起動時と終了時
の動作について述べる。インバータ装置３の入力端子に
供給する直流電力は、インバータ装置３が内蔵するフィ
ルコンデンサ１２を介してＰＷＭインバータ回路１３に
供給し、ここで三相交流電力に変換し、電動機４に供給
して駆動トルクを発生する。また、フィルコンデンサ１
２の充電時の電流を抑制する充電抵抗器１４とその端子
間を短絡する電流遮断器（Ｄ）１５を備える。すなわ
ち、フィルコンデンサ１２の充電は、まず電流遮断器
（Ｄ）１５を開放したまま電流遮断器（Ａ）２を閉じ、
充電抵抗器１４を介することで回路内に大電流が流れる
ことを防止し、フィルコンデンサ１２を十分充電した後
に電流遮断器（Ｄ）１５を閉じる。そこで、インバータ
装置３の回生運転を起動するとき、インバータ装置３に
設けるフィルコンデンサ１２が放電された状態すなわち
インバータ入力電圧Ｖｃが零の状態から電流遮断器
（Ｃ）１０を開放しても回路全体は整流器８により遮断
されていて電動機４を励磁する電流を供給できないた
め、インバータ装置３は起動せず、回生ブレーキを開始
できない。このことから回生ブレーキ開始時は、まず、
電流遮断器（Ｃ）１０を閉じたまま電流遮断器（Ａ）２
を閉じ、直流電源（Ａ）１の電源電圧Ｖａによりフィル
コンデンサ１２を充電した後、電流遮断器（Ｃ）１０を
開放し、インバータ装置３の回生運転を開始する。この
とき、フィルコンデンサ１２の端子間電圧であるインバ
ータ入力電圧Ｖｃは、必ずしも直流電源（Ａ）１の電源
電圧Ｖａと等しくなるまで充電する必要はなく、電動機
４の励磁電流を流すだけの電圧を確保すれば、インバー
タ装置３の回生運転を起動でき、この回生電流によりフ
ィルコンデンサ１２がさらに充電される。フィルコンデ
ンサ１２に充電が十分となった時点で電流遮断器（Ｄ）
１５を閉じればよい。また、回生運転の終了時は、イン
バータ入力電圧Ｖｃは電源電圧Ｖａと電力蓄積手段出力
端電圧Ｖｂの和であるため、このまま電流遮断器（Ｃ）
１０を開放し、再力行動作に移ると、電源電圧Ｖａを電
力蓄積手段出力端電圧Ｖｂ分だけ瞬時に押し上げるた
め、過電圧になる恐れがある。そのため、回生から再力
行運転に移る際は、電流遮断器（Ａ）２と電流遮断器
（Ｄ）１５を開放したまま極短時間力行運転し、インバ
ータ入力電圧Ｖｃを電源電圧Ｖａ以下にした後、電流遮
断器（Ａ）２と電流遮断器（Ｄ）１５を閉じて力行運転
を続ける。一方、停止ブレーキ時には、インバータ周波
数が零になった時点で運転モードが回生運転から逆相ブ
レーキ（力行運転）へ自動的に移るため、この時に電流
遮断器（Ａ）２と電流遮断器（Ｄ）１５を開放してフィ
ルコンデンサ１２の充電電圧を逆相ブレーキで消費し、
インバータ入力電圧Ｖｃを電源電圧Ｖａ以下とすれば、
次回力行時に電流遮断器（Ａ）２と電流遮断器（Ｄ）１
５を投入しても過電圧にならない。
施形態の動作を説明するための詳細ブロック図を示す。
ここでは、インバータ装置の回生運転の起動時と終了時
の動作について述べる。インバータ装置３の入力端子に
供給する直流電力は、インバータ装置３が内蔵するフィ
ルコンデンサ１２を介してＰＷＭインバータ回路１３に
供給し、ここで三相交流電力に変換し、電動機４に供給
して駆動トルクを発生する。また、フィルコンデンサ１
２の充電時の電流を抑制する充電抵抗器１４とその端子
間を短絡する電流遮断器（Ｄ）１５を備える。すなわ
ち、フィルコンデンサ１２の充電は、まず電流遮断器
（Ｄ）１５を開放したまま電流遮断器（Ａ）２を閉じ、
充電抵抗器１４を介することで回路内に大電流が流れる
ことを防止し、フィルコンデンサ１２を十分充電した後
に電流遮断器（Ｄ）１５を閉じる。そこで、インバータ
装置３の回生運転を起動するとき、インバータ装置３に
設けるフィルコンデンサ１２が放電された状態すなわち
インバータ入力電圧Ｖｃが零の状態から電流遮断器
（Ｃ）１０を開放しても回路全体は整流器８により遮断
されていて電動機４を励磁する電流を供給できないた
め、インバータ装置３は起動せず、回生ブレーキを開始
できない。このことから回生ブレーキ開始時は、まず、
電流遮断器（Ｃ）１０を閉じたまま電流遮断器（Ａ）２
を閉じ、直流電源（Ａ）１の電源電圧Ｖａによりフィル
コンデンサ１２を充電した後、電流遮断器（Ｃ）１０を
開放し、インバータ装置３の回生運転を開始する。この
とき、フィルコンデンサ１２の端子間電圧であるインバ
ータ入力電圧Ｖｃは、必ずしも直流電源（Ａ）１の電源
電圧Ｖａと等しくなるまで充電する必要はなく、電動機
４の励磁電流を流すだけの電圧を確保すれば、インバー
タ装置３の回生運転を起動でき、この回生電流によりフ
ィルコンデンサ１２がさらに充電される。フィルコンデ
ンサ１２に充電が十分となった時点で電流遮断器（Ｄ）
１５を閉じればよい。また、回生運転の終了時は、イン
バータ入力電圧Ｖｃは電源電圧Ｖａと電力蓄積手段出力
端電圧Ｖｂの和であるため、このまま電流遮断器（Ｃ）
１０を開放し、再力行動作に移ると、電源電圧Ｖａを電
力蓄積手段出力端電圧Ｖｂ分だけ瞬時に押し上げるた
め、過電圧になる恐れがある。そのため、回生から再力
行運転に移る際は、電流遮断器（Ａ）２と電流遮断器
（Ｄ）１５を開放したまま極短時間力行運転し、インバ
ータ入力電圧Ｖｃを電源電圧Ｖａ以下にした後、電流遮
断器（Ａ）２と電流遮断器（Ｄ）１５を閉じて力行運転
を続ける。一方、停止ブレーキ時には、インバータ周波
数が零になった時点で運転モードが回生運転から逆相ブ
レーキ（力行運転）へ自動的に移るため、この時に電流
遮断器（Ａ）２と電流遮断器（Ｄ）１５を開放してフィ
ルコンデンサ１２の充電電圧を逆相ブレーキで消費し、
インバータ入力電圧Ｖｃを電源電圧Ｖａ以下とすれば、
次回力行時に電流遮断器（Ａ）２と電流遮断器（Ｄ）１
５を投入しても過電圧にならない。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速域から速度ゼロまでの全速度域で回生ブレーキまた
は電気ブレーキを作用させるために必要なブレーキ力特
性を実現することができ、また、回生エネルギ効率を向
上させることができる。また、インバータ起動時には、
インバータ装置に電力蓄積手段の出力端電圧のみを印加
することにより起動することができ、回生時に電力蓄積
手段に充電された電力を有効に利用することができる。
また、本発明の電力蓄積手段の出力端電圧は電源電圧に
比し低電圧であることから、インバータ装置あるいは電
動機から発生する電磁音を低減することができ、駅出発
時にホーム周辺の乗客に与えるインバータ騒音の影響を
改善することが可能である。
高速域から速度ゼロまでの全速度域で回生ブレーキまた
は電気ブレーキを作用させるために必要なブレーキ力特
性を実現することができ、また、回生エネルギ効率を向
上させることができる。また、インバータ起動時には、
インバータ装置に電力蓄積手段の出力端電圧のみを印加
することにより起動することができ、回生時に電力蓄積
手段に充電された電力を有効に利用することができる。
また、本発明の電力蓄積手段の出力端電圧は電源電圧に
比し低電圧であることから、インバータ装置あるいは電
動機から発生する電磁音を低減することができ、駅出発
時にホーム周辺の乗客に与えるインバータ騒音の影響を
改善することが可能である。
【図１】本発明の電気車の制御装置の一実施形態を示す
ブロック図
ブロック図
【図２】本発明の電気車の制御装置の動作原理を示す波
形図
形図
【図３】本発明の電気車の制御装置の他の実施形態を示
すブロック図
すブロック図
【図４】本発明の一実施形態の動作を説明するための詳
細ブロック図
細ブロック図
１…直流電源（Ａ）、２…電流遮断器（Ａ）、３…イン
バータ装置、４…電動機、５…電力蓄積器、６…電流遮
断器（Ｂ）、７…整流器、８…整流器、９…直流電源
（Ａ）、１０…電流遮断器（Ｃ）、１１…２次電池、１
２…フィルコンデンサ、１３…ＰＷＭインバータ回路、
１４…充電抵抗器、１５…電流遮断器（Ｄ）
バータ装置、４…電動機、５…電力蓄積器、６…電流遮
断器（Ｂ）、７…整流器、８…整流器、９…直流電源
（Ａ）、１０…電流遮断器（Ｃ）、１１…２次電池、１
２…フィルコンデンサ、１３…ＰＷＭインバータ回路、
１４…充電抵抗器、１５…電流遮断器（Ｄ）
フロントページの続き (72)発明者 豊田 瑛一 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸交通システム本部内 Ｆターム(参考） 5H007 BB01 BB06 CC01 DA04 FA01 FA12 5H115 PA11 PC02 PG01 PI03 PI16 PO17 PU09 PV09 PV21 QE10 QI04 RB11 RB24 SE03 SE06 5H530 AA03 BB24 CC19 CC23 DD03 DD21 EE05
Claims (5)
- 【請求項１】 電動機を駆動する電力変換装置と、前記
電力変換装置に電力を供給する直流電圧源または直流電
圧取得手段を備えた電気車の制御装置において、高速域
における回生ブレーキ力が不足したとき、前記電力変換
装置の入力電圧端子に充電・放電可能な電力蓄積手段を
前記直流電圧源または前記直流電圧取得手段と同じ電圧
印加方向となるように直列接続することを特徴とする電
気車の制御装置。 - 【請求項２】 電動機を駆動する電力変換装置と、前記
電力変換装置に電力を供給する直流電圧源または直流電
圧取得手段を備えた電気車の制御装置において、前記電
力変換装置の入力電圧端子に電流遮断手段を介して第１
と第２の電流方向制限手段の直列回路を接続し、高速域
における回生ブレーキ力が不足したとき、前記電流遮断
手段を開放し、充電・放電可能な電力蓄積手段を前記直
流電圧源または前記直流電圧取得手段と同じ電圧印加方
向となるように直列接続することを特徴とする電気車の
制御装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
電力蓄積手段は充電および放電が可能な２次電池とする
ことを特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２において、前記
電力蓄積手段は充電および放電が可能なコンデンサとす
ることを特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかにおい
て、前記電力変換装置の回生ブレーキの開始時には、ま
ず、前記電流遮断手段を閉じたまま前記直流電圧源また
は前記直流電圧取得手段の電源電圧により前記電力変換
装置が内蔵するフィルコンデンサを充電し、その後、前
記電流遮断手段を開放し、前記電力変換装置の回生運転
を開始することを特徴とする電気車の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001175415A JP3972322B2 (ja) | 2001-06-11 | 2001-06-11 | 電気車の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001175415A JP3972322B2 (ja) | 2001-06-11 | 2001-06-11 | 電気車の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002369304A true JP2002369304A (ja) | 2002-12-20 |
| JP3972322B2 JP3972322B2 (ja) | 2007-09-05 |
Family
ID=19016558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001175415A Expired - Lifetime JP3972322B2 (ja) | 2001-06-11 | 2001-06-11 | 電気車の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3972322B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1986313A2 (en) | 2007-04-27 | 2008-10-29 | Hitachi, Ltd. | Direct d.c. converter at the input side of a variable voltage variable frequency inverter driving an induction motor |
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| JP2012175802A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Hitachi Ltd | 鉄道車両の駆動装置 |
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| JP2013211964A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Hitachi Ltd | 鉄道車両の駆動装置 |
-
2001
- 2001-06-11 JP JP2001175415A patent/JP3972322B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US7965056B2 (en) | 2007-04-27 | 2011-06-21 | Hitachi, Ltd. | Control apparatus of power conversion system |
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| EP2492132A3 (en) * | 2011-02-22 | 2015-12-30 | Hitachi Ltd. | Drive device for railway vehicle |
| JP2013062961A (ja) * | 2011-09-14 | 2013-04-04 | Hitachi Ltd | 鉄道車両の駆動制御装置 |
| KR101388356B1 (ko) * | 2011-09-14 | 2014-04-22 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 철도 차량의 구동 제어 장치 |
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| JP2013211964A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Hitachi Ltd | 鉄道車両の駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3972322B2 (ja) | 2007-09-05 |
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