JP3481866B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、電気車のブレー
キ制御を行う電気車制御装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】図５は例えば、「第４２回鉄道における
サイバネティックス利用国内シンポジウム論文集」の論
文番号５１０に記載された従来の電気車制御装置を示す
構成図である。図５において、電気車（図示せず）のブ
レーキ時に電動機１が発生した交流電力を電力変換手段
２で所定の直流電力に変換し、回生電力として開閉手段
３を介して電車線４へ送出する。送り出された電力は同
じ電車線４から電力の供給を受けて走行している回生負
荷としての別の電気車（図示せず）が消費する。しか
し、電力の供給を受ける別の電気車が走行していない場
合とか、走行していても回生電力より消費する回生負荷
が少ない場合には、電力変換手段２の電車線４側の入力
電圧検出手段５の検出電圧が上昇する。そこで、上限電
圧設定手段６で予め設定された上限設定電圧を入力電圧
検出手段５の検出電圧が超えたとき、通流率制御手段７
は上限電圧設定手段６からの上限設定電圧と入力電圧検
出手段５からの検出電圧との偏差に応じてブレーキチョ
ッパ８の通流率制御をして、電力変換手段２の電車線４
側の電圧が上限設定電圧とブレーキ力を保証できる下限
設定電圧との間になるようにする。これにより、ブレー
キ時に電動機１が発生した回生電力がブレーキ抵抗９に
吸収される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来の電気車制御装置
は以上のように構成されているので、回生負荷が充分に
ある場合には電力変換手段２の電車線４側の入力電圧
が、ブレーキ力を保証できる下限設定電圧より低下す
る。このため、電気ブレーキ力が低下した場合には空気
ブレーキが補足されるので、ブレーキシューの摩耗度が
大きくなるという問題点があった。また、電気ブレーキ
のみの場合には所定のブレーキ距離で停止させるのが困
難であるという問題点があった。この発明は、以上のよ
うな問題点を解消するためになされたもので、電力変換
手段の電車線側の入力電圧がブレーキ力を保証できる下
限設定電圧以上に維持されるようにした電気車制御装置
を提供することを目的とするものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】この発明に係わる電気車
制御装置は、電力変換手段を開閉手段を介して電車線に
接続し、電力変換手段の電車線側で検出した検出電圧が
予め下限電圧設定手段により設定された下限設定電圧よ
り低いときに開閉手段により電力変換手段を電車線から
切り離し、電力変換手段の電車線側の電圧が予め設定さ
れた上限設定電圧と下限設定電圧との間になるようにブ
レーキチョッパの通流率を制御して電動機が発生した回
生電力をブレーキ抵抗に消費させるようにした電気車制
御装置において、下限電圧設定手段はブレーキ力が電気
車の速度に応じて低下する一定電力領域で、ブレーキ指
令時の電気車の速度に比例した下限設定電圧を設定する
ようにしたものである。 【０００５】 【発明の実施の形態】参考例１． 図１は参考例１を示す構成図である。図１において、１
０は誘導電動機等の交流用電動機で、電気車（図示せ
ず）を駆動する。１１は電力変換手段で、電車線１２の
直流電力を交流電力に変換して電動機１０に供給する。
また、電力変換手段１１は電気車のブレーキ時に電動機
１０が発生した交流電力を直流に変換し回生電力として
電車線１２へ送り出す。１３は開閉手段で、電力変換手
段１１と電車線１２とを接続している。１４は入力電圧
検出手段で、電力変換手段１１の電車線１２側の入力電
圧を検出して検出電圧信号１４ａを出力する。１５はブ
レーキチョッパで、ブレーキ抵抗１６と直列接続して電
力変換手段１１の電車線１２側に接続されている。１７
は上限設定電圧を設定して上限設定電圧信号１７ａを出
力する上限電圧設定手段で、電動機１０による回生ブレ
ーキ中における電力変換手段１１の電車線１２側の上限
電圧を設定する。１８は通流率制御手段で、検出電圧信
号１４ａと上限設定電圧信号１７ａとの偏差に応じてブ
レーキチョッパ１５の通流率制御を行う。１９は下限電
圧設定手段で、指令されたブレーキ力が保証される電力
変換手段１２の電車線１３側の下限設定電圧を設定して
下限設定電圧信号１９ａを出力する。２０は開閉制御手
段で、検出電圧信号１４ａが下限電圧設定信号１９ａよ
り低くなったときに開閉制御信号２０ａを出力して開閉
手段１３を開放させると共に、ブレーキチョッパ１５に
開閉制御信号２０ａを送信する。 【０００６】次に動作について説明する。図１におい
て、電気車（図示せず）のブレーキ時には電動機１０が
交流の回生電力を発生する。この交流電力を電力変換手
段１１により直流電力に変換して電車線１２へ送り出
す。この場合、電車線１２の回生負荷が適正に存在して
いると、電力変換手段１１の電車線１２側の入力電圧は
上限電圧設定手段１７で設定された上限設定電圧以下と
なり、回生電力が電車線１２へ送り出されて通常の回生
ブレーキが行われる。しかし、電車線１２に接続された
回生負荷が不足すると、入力電圧検出手段１４の検出電
圧信号１４ａが上限設定電圧信号１７ａを超えるので、
通流率制御手段１８によりブレーキチョッパ１５の通流
率制御が行われる。これにより、電力変換手段１１の電
車線１２側の入力電圧が上限設定電圧と下限設定電圧と
の間になるように制御される。また、電車線１２に接続
された回生負荷が電動機１０が発生する回生電力を超え
ていると、入力電圧検出手段１４により検出される検出
電圧が低下する。入力電圧検出手段１４から出力された
検出電圧信号１４ａが下限設定電圧信号１９ａより低く
なると、開閉制御手段２０の開閉制御信号２０ａにより
開閉手段１３が動作して電力変換手段１１が電車線１２
から切り離されると共に、開閉制御信号２０ａによりブ
レーキチョッパ１５へ通流率制御が指令される。電力変
換手段１１が電車線１２から切り離されたため、電動機
１０で発生した回生電力により電力変換手段１１の電車
線１２側の入力電圧が上昇する。そこで、電力変換手段
１１の電車線１２側の入力電圧を入力電圧検出手段１４
で監視しながら、上限設定電圧信号１７ａに対応した上
限設定電圧と下限設定電圧信号１９ａに対応した下限設
定電圧との間になるように、通流率制御手段１８により
ブレーキチョッパ１５の通流率制御が行われる。以上の
ように、電力変換手段１１の電車線１２側の入力電圧を
入力電圧検出手段１４で検出し、検出電圧が下限設定電
圧より低いときに電力変換手段１１を電車線１２から切
り離してブレーキチョッパ１５の通流率制御を行うこと
により、電力変換手段１１の電車線１２側の入力電圧を
上限設定電圧と下限設定電圧との間になるように制御で
きるので、ブレーキチョッパ１５による適切なブレーキ
力が得られる。 【０００７】参考例２． 図２は参考例２を示す構成図である。図２において、１
０〜２０は参考例１のものと同様のものである。２１は
電車線電圧検出手段で、電車線電圧を検出して検出電圧
信号２１ａを出力する。２２は開閉制御手段で、検出電
圧信号２１ａが下限電圧設定信号１９ａより低くなった
ときに開閉制御信号２２ａにより開閉手段１３を開放さ
せる。さらに、開閉制御手段２２は電車線電圧検出手段
２１の検出電圧信号２１ａが下限電圧設定信号１９ａを
超えたとき、開閉手段１３を閉にして電力変換手段１１
を電車線１２に接続する。次に動作について説明する。
図２において、以下の（１）〜（３）の動作は参考例１
のものと同様である。 （１）電気車のブレーキ中に電車線１２の回生負荷が適
正に存在しているとき、回生電力が電車線１２へ送り出
されて通常の回生ブレーキが行われる。 （２）電車線１２に接続された回生負荷が不足して電力
変換手段１１の電車線１２側の入力電圧が上限設定電圧
を超えたとき、ブレーキチョッパ１５の通流率制御を行
うことにより、電力変換手段１１の入力電圧を上限設定
電圧と下限設定電圧との間になるように制御する。 （３）電車線１２に接続された回生負荷が電動機１０が
発生する回生電力を超えて電力変換手段１１の電車線１
２側の入力電圧が下限設定電圧より低下したとき、電力
変換手段１１を電車線１２から切り離してブレーキチョ
ッパ１５の通流率制御を行うことにより、電力変換手段
１１の入力電圧が上限設定電圧と下限設定電圧との間に
なるように制御する。さらに、電力変換手段１１が電車
線１２から切り離された状態でブレーキチョッパ１５に
よりブレーキ抵抗１６で電動機１０の回生電力が吸収さ
れているとき、電車線電圧検出手段２１の検出電圧信号
２１ａが下限設定電圧信号１９ａを超えると、開閉制御
手段２２の開閉制御信号２２ａにより開閉手段１３が閉
じられる。これにより、電力変換手段１１の電車線１２
側の入力電圧をブレーキチョッパ１５で上限設定電圧と
下限設定電圧との間に制御しながら電車線１２側へ回生
電力を送り出して、電車線１２に接続された回生負荷に
供給する。以上のように、電車線電圧検出手段２１によ
り電車線１２の電圧を検出し、検出電圧信号２１ａが下
限設定電圧信号１９ａを超えたとき、開閉手段１３を閉
じてブレーキチョッパ１５の通流率制御を行うことによ
り、電力変換手段１１の電車線１２側の入力電圧を上限
設定電圧と下限設定電圧との間に制御することができる
ので、電動機１０が発生した回生電力を電車線１２に接
続された回生負荷に供給することができる。 【０００８】実施の形態１． 図３は実施の形態１を示す構成図である。図３におい
て、１０〜１８は参考例１のものと同様のものである。
２３は電気車（図示せず）の速度を検出する速度検出手
段で、速度検出信号２３ａを出力する。２４は下限電圧
設定手段で、ブレーキが指令されたときの速度検出信号
２３ａに対して、ブレーキ距離が保証される電力変換手
段１１の電車線１２側の下限設定電圧を設定して下限設
定電圧信号２４ａを出力する。２５は開閉制御手段で、
検出電圧信号１４ａが下限設定電圧信号２４ａより低く
なったときに、開閉制御信号２５ａにより開閉手段１３
を開放させると共に、ブレーキチョッパ１５に開閉制御
信号２５ａを送信する。図４は電気車の速度に対する各
領域の特性を示す説明図である。図４において、２６は
一定トルク領域で、電動機１０の電流が最大で一定とな
り、ブレーキ力が一定となる。そして、電動機１０の電
圧が速度に比例して上昇する。２７は一定電力領域で、
電動機１０の電圧及び電流が共に最大で一定となり、ブ
レーキ力が速度上昇に応じて低下する。一定電力領域に
おいては、（ブレーキ力）・（速度）＝（電動機１０の
電流）・（電圧）の関係式が成立する。即ち、ブレーキ
指令が出されたときの電気車の速度と電力変換手段１１
の電車線１２側の下限設定電圧とは比例関係にある。２
８は特性領域で、電動機１０の電圧が最大であり、電動
機１０の電流及びブレーキ力が速度上昇に応じて低下す
る。 【０００９】次に動作について説明する。図３及び図４
において、以下の（１）（２）の動作は参考例１のもの
と同様である。 （１）電気車のブレーキ中に電車線１２の回生負荷が適
正に存在しているとき、回生電力が電車線１２へ送り出
されて通常の回生ブレーキが行われる。 （２）電車線１２に接続された回生負荷が不足して電力
変換手段１１の電車線１２側の入力電圧が上限設定電圧
を超えたとき、ブレーキチョッパ１５の通流率制御を行
うことにより、電力変換手段１１の入力電圧を上限設定
電圧と下限設定電圧との間になるように制御する。次に
一定電力領域において電車線１２に接続された回生負荷
が電動機１０が発生する回生電力を超えたときについて
説明する。まず、ブレーキ指令が出されたときの電気車
の速度を速度検出手段２３が検出して速度検出信号２３
ａを出力する。次に、下限電圧設定手段２４はブレーキ
指令時の電気車の速度から、速度検出信号２３ａに対し
て所定のブレーキ距離を保証する下限設定電圧を演算し
て下限設定電圧信号２４ａを出力する。そして、入力電
圧検出手段１４の検出電圧信号１４ａが下限設定電圧信
号２４ａより低いときは、開閉制御手段２５が開閉制御
信号２５ａを出して開閉手段１３を開放し、電力変換手
段１１を電車線１２から切り離す。また、開閉制御信号
２５ａを受信したブレーキチョッパ１５は通流率制御手
段２５により通流率制御が行われる。これにより、電力
変換手段１１の電車線１２側の電圧が上限設定電圧と下
限設定電圧との間になるように制御される。以上のよう
に、一定電力領域においてブレーキ指令が出されたと
き、ブレーキ指令時の電気車の速度から停止するまでの
ブレーキ距離を保証する下限設定電圧を速度に対応して
設定することにより、ブレーキチョッパ１５による適切
なブレーキ力を得ることができる。 【００１０】 【発明の効果】この発明によれば、一定電力領域におい
てブレーキ指令が出されたとき、ブレーキ指令時の電気
車の速度から停止するまでのブレーキ距離を保証する下
限設定電圧を速度に対応して設定することにより、ブレ
ーキチョッパによる適切なブレーキ力を得ることができ
るので、電気ブレーキを使用して所定のブレーキ距離で
停止させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 この発明の参考例１を示す構成図である。 【図２】 この発明の参考例２を示す構成図である。 【図３】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。 【図４】 電気車の速度に対する各領域の特性を示す説
明図である。 【図５】 従来の電気車制御装置を示す構成図である。 【符号の説明】 １０ 電動機、１１ 電力変換手段、１２ 電車線、１
３ 開閉手段、１４ 入力電圧検出手段、１５ ブレー
キチョッパ、１６ ブレーキ抵抗、１８ 通流率制御手
段、１９、２４ 下限電圧設定手段、２０、２２、２５
開閉制御手段、２１ 電車線電圧検出手段。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 電力変換手段を開閉手段を介して電車線
   に接続し、上記電力変換手段の上記電車線側で検出した
   検出電圧が予め下限電圧設定手段により設定された下限
   設定電圧より低いときに上記開閉手段により上記電力変
   換手段を上記電車線から切り離し、上記電力変換手段の
   上記電車線側の電圧が予め設定された上限設定電圧と上
   記下限設定電圧との間になるように上記ブレーキチョッ
   パの通流率を制御して上記電動機が発生した回生電力を
   ブレーキ抵抗に消費させるようにした電気車制御装置に
   おいて、上記下限電圧設定手段はブレーキ力が上記電気
   車の速度に応じて低下する一定電力領域で、ブレーキ指
   令時の上記電気車の速度に比例した上記下限設定電圧を
   設定するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。