JP2919948B2 - 電気車駆動電動機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、電気車を駆動する複数台の電動機にそれ
ぞれ可変電圧・可変周波数の交流を供給する電気車駆動
電動機の制御装置に関する。

（従来の技術） 第６図はこの種の従来の制御装置の構成を示す回路図
である。同図において、パンタグラフ１で集電された電
力は、主ヒューズ２、主スイッチ３、フィルタリアクト
ル４および断流器10を介して、負側がスイッチ５で接地
された集中制御インバータ20に供給される。

このうち、断流器10はフィルタリアクトル４の前段に
設けられた電流保護回路11および遠隔操作スイッチ12
と、フィルタリアクトル４の後段に設けられた突入電流
制御回路13とで構成されている。

また、集中制御インバータ20は、フィルタリアクトル
４と共に、直流電圧を平滑するフィルタコンデンサ21
と、環流ダイオードを有する半導体スイッチ22の三相ブ
リッジ接続回路と、限流抵抗器６を介して直流電圧を入
力し、この電圧を検出するための抵抗器23および電圧検
出回路24の直列接続回路と、過電圧が検出されたときに
電流を流す抵抗器25およびサイリスタ26の直列接続回路
とで構成されている。

ここで、集中制御インバータ20を構成する半導体スイ
ッツ22は、図示省略のインバータ制御回路によってオ
ン、オフ制御され、可変電圧・可変周波数の交流を出力
する。

この集中制御インバータ20には、分岐箱７および接続
箱８を介して、４台の三相誘導電動機31A〜31Dが接続さ
れている。

ここで説明した断流器10、集中制御インバータ20およ
びインバータ制御装置20aは第７図に示すように、車体3
0の底面部に並設される。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の電気車駆動電動機の制御装置は、１台
の集中制御インバータ20を用いて４台の三相誘導電動機
31A〜31Dを制御していたため、大容量のスイッチング素
子を用いなければならなかった。また、電動機を個別制
御することができず、粘着率を高めることができ難かっ
た。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたも
ので、小容量の半導体素子を用いることができ、かつ、
車輪の粘着率を容易に高めることのできる電気車駆動電
動機の制御装置を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 電気車を駆動する複数台の誘導電動機と１対１に対応
付けて設けられ、それぞれ共通の直流電源から直流電力
を得て交流電力に変換し、対応する誘導電動機に供給す
る複数台のインバータと、 複数台の誘導電動機それぞれに対する周波数指令を、
車輪径の相違に対して複数台の誘導電動機が互いに連携
を保つように演算して出力する統括制御手段と、 この統括制御手段から出力された周波数指令に基づい
て、それぞれインバータを制御するインバータ制御部
と、 を有するものである。

（作 用） この発明においては、複数台の誘導電動機を２台以上
のインバータにより交流電力を供給するようにしたの
で、インバータを構成するスイッチング素子は従来の装
置に比べて数分の一容量のスイッチング素子で間に合う
ことになる。また、統括制御手段が、複数台の誘導電動
機と連携を保つようにそれぞれの周波数指令を演算する
ことにより、例えば１台の誘導電動機に連結された車輪
が空転したとしても、それぞれの誘導電動機を個別に速
度制御することができるので粘着力を容易に高めること
ができる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図であ
り、図中、第６図と同一の符号を付したものはそれぞれ
同一の要素を示す。

同図において、主スイッチ３の後段に断流器10と、フ
ィルタリアクトル4A〜4Dを一対化したフィルタリアクト
ル４と、個別電力変換部20A〜20Dとが順に接続され、個
別電力変換部20A〜20Dの出力端には、それぞれ接続箱8A
〜8Dを介して、三相誘導電動機31A〜31Dが接続されてい
る。

このうち、断流器10は主回路に設けられた遠隔操作ス
イッチ12と、四つの分岐経路に設けられた接触器14A〜1
4Dと、直流電圧を検出する抵抗器15および計器用変圧器
16の直列回路と、この計器用変圧器16の出力に基いて過
電圧を検出し、個別電力変換部20A〜20Dの各入力端子を
接地する過電圧保護回路17とを備えている。

また、個別電力変換部20A〜20Dはそれぞれ、スイッチ
ング素子を三相ブリッジ接続したインバータ主回路27
と、入力電流を制御するサイリスタおよび逆流防止用の
ダイオードでなる保護回路28とを備えている。

ここで、インバータ主回路27は、環流用ダイオードを
含めて相毎にモジュール化され、保護回路28を構成する
サイリスタおよびダイオードもモジュール化されてい
る。

第２図は個別電力変換部20A〜20Dの全体の構成を示す
ブロック図であり、それぞれインバータ主回路27と、こ
れを制御するインバータ制御部27aと、このインバータ
制御部27aに速度指令を与える共通部29とを備えてい
る。統括制御手段は、車両に対する速度指令及び電動機
に直結された車輪径に基づき、電動機の周波数指令を演
算すると共に、他の電動機と連携を保つようにこの周波
数指令を補正して出力するもので、本実施例では共通部
29が対応する。

なお、第２図においては、図面の簡単化のために、第
１図で示したフィルタリアクトル４や、保護回路28を省
略してある。

上記のように構成された本実施例の動作を以下に説明
する。

断流器10の遠隔操作スイッチ12および接触器14A〜14D
を閉成すると、パンタグラフ１によって取込まれた直流
が、フィルタリアクトル4A〜4Dの四つの分岐経路を通し
て、個別電力変換部20A〜20Dに供給される。個別電力変
換部20A〜20Dにおいては、共通部29がそれぞれ車両に対
する速度指令と、三相誘導電動機31A〜31Dに直結された
車輪径とに基づき、これらの三相誘導電動機の周波数指
令を演算すると共に、他の電動機と連携を保つように補
正して出力する。そして、インバータ制御回路27aはそ
れぞれインバータ主回路27を構成するスイッチング素子
をオン、オフ制御する。この結果、共通部29がそれぞれ
出力した周波数指令に対応する可変電圧・可変周波数の
交流が三相誘導電動機31A〜31Dに供給され電気車は力行
運転される。この力行運転中の電流は、保護回路28を構
成するサイリスタによって制限される。

一方、電気車の回生運転時には電力が回生されて直流
電圧が増大する。このとき、計器用変圧器16の出力に基
いて過電圧保護回路17が過電圧を検出し、内部回路を導
通させることにより、保護回路28を構成するダイオード
を介して放電させる。

このような制御に際して、共通部29は他の個別電力変
換部の共通部と連携を保つため、三相誘導電動機31A〜3
1Dを統括制御することができる。

第３図は個別電力変換部20A〜20Dの実装状態を示す図
である。ここで、車体の底部に取付けられる収納箱50は
密閉部51および開放部52を備えている。密閉部51には前
述のインバータ制御部27aおよび共通部29が収納され、
開放部52にはインバータ主回路27を形成する相毎の変換
モジュール27U,27V,27Wと、保護回路28を形成する遮断
モジュール28Mとが収納されている。しかして、開閉部5
2に収納された変換モジュール27U,27V,27Wおよび遮断モ
ジュール28Mは車両の走行風によって冷却が図られる。

第４図は４台の三相誘導電動機31A〜31Dに対応して設
けられる収納箱50A〜50Dの車体の底部への取付け状態を
示す正面図および側面図である。この場合、収納箱50A
〜50Dは纏めて吊り枠32に固定され、この吊り枠32が車
体の底部に取付けられる。かかる吊り枠32を介して車体
に取付ける構造にすることにより、一括取付けが可能と
なる。

なお、収納箱50A〜50Dの取付けは、第５図（ａ）に示
すように、車体30の一方の側部に一列に取付けるか、第
５図（ｂ）に示すように、車体30の左右の側部に２台ず
つ組みにして取付けるか、あるいは、第５図（ｃ）に示
すように、車体30の左右に分けるだけでなく、前後にも
離間させて取付けるかのいずれかの方法を選択すればよ
い。

ところで、この実施例では１台の車両に４台の三相誘
導電動機31A〜31Dを設けるものを対象としている。これ
らの電動機容量は200〜300KW程度であることから、イン
バータ主回路に用いるスイッチング素子もこれに見合う
ものを用いればよい。この結果、従来装置と比べて、容
量が数分の一のスイッチング素子を使用することができ
る。

また、この実施例では個別に車輪の速度を制御するの
で、三相誘導電動機の空転を個々に検知して再粘着制御
することが可能となり、粘着率を高くすることができ
る。

さらに、この実施例においては、個別電力変換部20A
〜20Dにより、電動機毎に直流を可変電圧・可変周波数
の交流に変換するようにしたので、上述した以外に次の
（ａ）項乃至（ｄ）項に示す効果がある。

（ａ）発熱が分散するため冷却が容易である。

（ｂ）発熱が分散するため局所加熱がなく、車体への影
響も少ない。

（ｃ）擬装の自由度が高められ、床下スペースの有効活
用性、重量バランスがよくなる。

（ｄ）台車の近くにおいて電動機および変換装置間の配
線を短縮することができる。

（ｅ）大電流の回路部品がなくなり、ノイズの対策が容
易となる。

（Ｆ）組み立ておよび保守が簡単になる。

なお、上記実施例では、フィルタリアクトル４、断流
器10および収納箱50A〜50Dの外形寸法については言及し
ていないが、これらを同一寸法にすれば擬装の自由度が
さらに高められる。

さらにまた、上記実施例では１台の電動機に１台の変
換器を設けたが、１台の電動機を互いに並列接続した２
台の変換器を設けても良い。

また、非常時に一部の変換装置を駆動対象の電動機か
ら切り離し、補助電源と共用化すれば、車両の補助電源
系統の助長度が高められる。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなようにこの発明によれ
ば、小容量の半導体素子を用いることができ、かつ、車
輪の粘着率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図、第２
図は同実施例の付属要素も含めた全体構成を示すブロッ
ク図、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は同実施例の主要
素の実装状態を示す正面図、側面図、平面図、第４図
（ａ），（ｂ）は同主要素の組立て状態を示す正面図、
側面図、第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）は同主要素の配
置状態を示す車体の底面図、第６図は従来の電気車駆動
電動機の制御装置の構成を示す回路図、第７図は同制御
装置の主要素の配置状態を示す車体の底面図である。 ４……フィルタリアクトル、10……断流器、20A,20B,20
C,20D……個別電力変換部、27……インバータ主回路、2
7a……インバータ制御部、29……共通部、30……車体、
31A,31B,31C,31D……三相誘導電動機、32……吊り枠、5
0A,50B,50C,50D……収納箱。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気車を駆動する複数台の誘導電動機と１
   対１に対応付けて設けられ、それぞれ共通の直流電源か
   ら直流電力を得て交流電力に変換し、対応する前記誘導
   電動機に供給する複数台のインバータと、 前記複数台の誘導電動機それぞれに対する周波数指令
   を、車輪径の相違に対して前記複数台の誘導電動機が互
   いに連携を保つように演算して出力する統括制御手段
   と、 この統括制御手段から出力された周波数指令に基づい
   て、それぞれ前記インバータを制御するインバータ制御
   部と、 を有する電気車駆動電動機の制御装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電気車駆動電動機の制御
   装置において、前記インバータを個別に収納した複数の
   収納箱を、前記電気車の車体底部に直線的または分離離
   間して配置することを特徴とする電気車駆動電動機の制
   御装置。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の電気車駆動電動
   機の制御装置において、前記インバータの一部を電気車
   用補助電源と共用化することを特徴とする電気車駆動電
   動機の制御装置。