JP2564403B2 - 電気車用ブレ−キ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回生ブレーキと発電ブレーキとを併用した
電気車の制動制御方法に関する。

〔従来の技術〕

回生ブレーキと発電ブレーキを併用した電気車の制動
制御装置の例は、昭和62年電気学会全国大会No.880ブレ
ーキチヨツパを搭載したVVVFインバータ車両に記載され
ている。論文中の第１図に示されるように、本方式で
は、誘導電動機の発電する電力をVVVFインバータで直流
に変換し、ブレーキチヨツパによつて回生負荷が吸収で
きなかつた電力を吸収するように動作する。

インバータとチヨツパの制御方式については、電気車
制御装置に記載されている。

回生負荷がなくなると、チヨツパ、及び、フイルタコ
ンデンサ電圧が上昇するため、その上昇値に見合つてチ
ヨツパの流通角を制御すれば、回生負荷が吸収できない
電力をチヨツパと直列に接続されたブレーキ抵抗で消費
することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、回生負荷が急変した時のブレーキ力
について配慮されておらず、空気ブレーキ系の遅れと相
合つて電気車のブレーキ力が不足する問題があつた。

本発明の目的は、いかなる回生負荷の変化時にも、必
要なブレーキ力を出力し、さらにブレーキ抵抗器の低損
失化を図つた制動制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のブレーキチョッ
パ制御装置は、フィルタコンデンサの電圧が所定電圧以
上であるとき、ブレーキ抵抗器に流れる電流が電力変換
装置の出力電流とほぼ等しくなるように、出力電流とブ
レーキ抵抗器のブレーキ抵抗値とフィルタコンデンサの
電圧値の関係に基づいてチョッパの連通率を制御させる
ようにしたものである。

〔作用〕

電気車の回生運転中に他の電気車のノツチオフ等によ
り回生負荷がなくなると、インバータの出力電圧は急激
に上昇する。この電圧上昇に見合つてチヨツパの流通角
が広がり、電力を吸収しようとするが、通流角の広がり
おくれや、ブレーキ抵抗回路のインダクタンス分の影響
により、インバータの出力電圧は、あらかじめセツトさ
れた過電圧レベルを越えることがある。この過電圧はす
ぐに収まるため、従来過電圧でオフしていたインバータ
を続けて運転させることにより、電気ブレーキは持続さ
せる事となる。

さらに、チョッパの通流率を、電力変換装置の出力電
流とブレーキ抵抗器のブレーキ抵抗値とフィルタコンデ
ンサの電圧値の関係に基づいてブレーキ抵抗器に流れる
電流が電力変換装置の出力電流とほぼ等しくなるように
制御することにより、架線からブレーキチョッパへの電
流の流入を防止できるのでそれによるブレーキ抵抗器の
損失がなくなりブレーキ抵抗の容量の最適化を図ること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

三相誘導電動機１は発電機として動作している発生し
た電力はインバータ２によつて直流に変換され、電流I₀
が出力される。仮りに回生負荷が充分あるとすれば、I₀
に等しい電流I_Sがフイルタリアクトル３を経て回生され
ることになる。

また、回生負荷のない状態では、チヨツパ４が動作
し、インバータ２の出力電流I₀はブレーキ抵抗器５を介
して消費される。

尚、６はブレーキ抵抗に流れる電流のフリーホイール
用ダイオード、８はリツプル吸収のための、フイルタコ
ンデンサである。

I_S＝I₀なる回生電流が流れている時、回生負荷がなく
なるとフイルタコンデンサ電圧は上昇する。この時の様
子を第２図に示す。

時刻ｔ＝t₀において、回生負荷がなくなるとI_S＝I₀は
急激に０となる。その結果、フイルタコンデンサ８の電
圧は下記式に従つて上昇する。

ΔE₁……フイルタコンデンサ電圧上昇値 I₀……インバータの出力電流 Ｃ……フィルタコンデンサ電圧 ｔ……回生負荷がなくなつてからの時間 従来は電圧上昇を極力おさえるため、フイルタコンデ
ンサ電圧がある値、例えば、第２図E_max1を越えるとチ
ヨツパ４の全導通指令９が出され、チヨツパ４は、単
に、過電圧抑制のためのサイリスタと同じ働きをし、さ
らに、インバータ２にはオフ指令10が出力され過電圧を
すぐに抑えるように制御されていた。

しかし、実制御上は、インバータ２に対しオフ指令は
なくてもチヨツパ４が導通する時刻t₁以後はフイルタコ
ンデンサ電圧は次の値に収束する。

E₀＝I₀R E₀……フイルタコンデンサ電圧 I₀……インバータの出力電流 Ｒ……ブレーキ抵抗値 Ｒが小さければE₀はE_max1より小さくなるし、逆に、E
₀＝I₀RがE_max1より小さくなるようにブレーキ抵抗の値
は決定される。

このように、インバータをオフさせずともフイルタコ
ンデンサ電圧はチヨツパが導通することにより減少す
る。

インバータがオフしないことは電気ブレーキが、ずつ
とかかつていることであり、このように制御すれば電気
ブレーキが失効し、空気ブレーキが立上るまでの間の空
走を避けることができる。

また、第２図におけるE_max2はシステム上から決まる
最大電圧で、例えば、インバータ，チヨツパに使用され
ている半導体の耐電圧、フイルタコンデンサの耐電圧に
よつて決まる値であり、E_max1より大きく、さらに、回
生負荷が急減した時の電圧上昇値E₁＋ΔE₁よりは大きい
ものと考えられる。

チヨツパが導通しない時、出力電圧がE_max2を越えた
らインバータオフ指令10が出力され回路は保護されるこ
の方式では電気ブレーキは継続するが、チヨツパ４に対
し全導通指令が出されるため、チヨツパ導通時に第２図
の斜線部11に示したように、ブレーキ抵抗５に架線より
電流が流れ込んでしまうことがある。

このことは、ブレーキ抵抗での損失を大きくするた
め、ブレーキ抵抗の容量をその分までカバーするように
設計しなければならず、無駄である。また、電気車の電
源系統としても無駄である。

そこで、次の式を満足するようにブレーキチヨツパ４
の通流率をブレーキチヨツパ制御装置７により制御すれ
ば、第３図に示すように、ブレーキ抵抗５に流れる電流
をインバータの出力電流I₀と等しくすることができる。

E₀……フイルタコンデンサ電圧 I₀……インバータ出力電流 Ｒ……ブレーキ抵抗値 γ……ブレーキチヨツパの通流率 〔発明の効果〕 本発明によれば、回生負荷急減時にも電気ブレーキを
継続することができるので、電気車の空走を防ぐことが
できる。

また、ブレーキチヨツパの通流率を制御することによ
って、架線からブレーキチヨツパへの無駄な電流の流入
を防ぐことができるのでブレーキ抵抗の容量を最適化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は本発明に
おける各部電圧電流動作図、第３図は本発明の他の実施
例における各部電圧電流動作図をである。 １……電動機、２……インバータ、４……チョッパ、５
……ブレーキ抵抗器、６……フリーホイール用ダイオー
ド、７……ブレーキチョッパ制御装置、８……フィルタ
コンデンサ、９……チョッパオン指令、10……インバー
タオフ指令、I₀……出力電流、I_B……（発電）ブレーキ
電流、I_S……（回生）ブレーキ電流。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブレーキチョッパ制御装置（７）を有する
   電気車用ブレーキ制御装置であって、 電気車は、電動機（１）によって発生した電力を回生す
   る電力変換装置（２）と、電力変換装置（２）に接続さ
   れたフィルタコンデンサ（８）と、ブレーキ抵抗器
   （５）とフリーホイール用ダイオード（６）の並列接続
   体にチョッパ（４）が直列接続された回路がフィルタコ
   ンデンサ（８）に並列接続された主回路構成を有するも
   のであり、 ブレーキチョッパ制御装置（７）は、フィルタコンデン
   サ（８）の電圧が所定電圧以上であるとき、ブレーキ抵
   抗器（５）に流れる電流I_Bが電力変換装置（２）の出力
   電流I₀とほぼ等しくなるように、出力電流I₀とブレーキ
   抵抗器（５）のブレーキ抵抗値Ｒとフィルタコンデンサ
   （８）の電圧値E₀の関係に基づいてチョッパ（４）の連
   通率を制御するものである 電気車用ブレーキ制御装置。