JPH01264501A

JPH01264501A - 電気車の制御装置

Info

Publication number: JPH01264501A
Application number: JP8859588A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Takahara; 高原　英明
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1988-04-11
Publication date: 1989-10-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は交流直流変換器（以下コンバータと称す）と、
この直流側出力に接続された直流交流変換器く以下イン
バータと称す）とにより電動機を運転する電気車の制御
装置に係り、特に電力回生ブレーキ中の電源停電対策に
関する。

（従来の技術）近年、ＧＴＯサイリスタ（ゲートターンオフサイリスタ
）などの電力用高速スイッチング素子の発達により、パ
ルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を用いて交流側の力率か
良いコンバータか用いられるようになってきており、こ
れと組合せて同様にＰＷＭ制御のインバータをこれに接
続して交流電動機の可変速制御を行うシステＪ・が用い
られている。

単相交流電力を入力とする交流電気車においても、この
ようなンステムを用いることができるが、第５図により
この種従来の電気車の制御装置について説明する。第５
図において交流電力は集電器ＰＡＮにより入力され、し
ゃ断器ＶＣＢと変圧器Ｍ　Ｔを介してＧＴ○ザイリスタ
Ｔｌ−′［４およびタイオー川（Ｄ１〜Ｄ４により構成
されるコンバータＣ０ＮＶに入力さｉ′しる。このコン
バータＣＯＮνは電圧検出器Ｖ　Ｉ）　１による交流を
圧と電流検出器（：’Ｆ１による交流電流、さらに電圧
検出８入ＩＤ２による直ａ　Ｎ圧を入力としてコンバー
タインバータ制御部ｃｒｃにより直ｆＬ電圧が−・定饋
となるように制御される。ま／こ、直流回路部分には直
流コンデンサ（こ１か接続さｌし、さらにＧ　Ｔ　Ｏサ
イリスタＴｌ１−Ｔ　１６およびタイオー、−Ｆ　Ｄ　
］　］−１）１６から成るインバータＩＮＶが接続さ７
Ｌ″Ｃ１この交流出力により電動機ＩＭか運転される。

どころで、交＆を気重に特有のことがらとして、電源を
力を集電器Ｐ　Ａ　Ｎを介して、こり、と架線の接触に
より得ており、しかもある程度の速度で走行するなめ、
振動などによっで集を器Ｐ　、Ａ　Ｎの１ＩｉｌｌＪ線
が生じ短時間の電源中断が牛しる。また、交流き電Ｊ）
式では、電源位相の関係である一定区間おきに架線の電
源を区切っており１、二の区４７３つおきにやはり電源
中断を牛しることはやむを得ない。

、−にで問題となるのは、電源中断時における回路動作
であるが、いわゆる力行中には、短時間の電源中断か生
じなとしても、その間加速か少しにふくなったり、ある
いは多少のトルクションクか出たりする程度て大きな問
題は無い。

しかし、電力回生プレーＡ中には短時間てし電源中１枡
か生しると、電力が電Ｊｉ、に帰還しなくなるため、ブ
し一虎か効かなくなると同時に、行き所の無いエネル■
−か直流回路のコンデンカに流入し、この電圧が十昇し
回路全体か過電圧となる。

通常は過電圧となるとＧ　ＴＯザイリスタの耐電Ｈ−を
ｉｉｌ！えなりする不具合が＋ｅるため、過電圧検知回
路を股＋１．直流回路のコンデンサ（，１の電荷をザイ
リスタスインヂを用いて短時間に放電させ、過電圧から
保護する方法が用いられている。また、停電時に発電電
力をすべて抵抗器に消費させるような抵抗器を設ζＪる
とすると非常に大きな抵抗器が必要となる。

（発明か解決しようとする課題）このように電力回生ブレーキ中の電源中断において（ｊ
、直流回路電圧の上昇と、ブレーキ力の消滅あるいは抵
抗器の外形、重量増大という不具合か生じる、また、電
源中断の時間は、先に述べなように集電器ＰＡＮの振動
などに起因する短時間のものから、異る位相区間を接続
するセクションを通過する時の中程度の時間のもの、ま
た、停電などの長時間継続するものとさまざまである。

本発明は、通常頻繁に生じるような短時間の電源中断に
対しては　大きなブレーキ力変化やトルクジョ・Ｉりか
牛しない、Ｌうに最低限ａ）機器追加で電気ブし　Ａに
よりこれを乗切り、また、電源の停電などの長時間の電
源消滅については、空気プレーＡなどの非電気ブし−キ
手段でブレーキ力を−５−、− 確保できる電気車の制御装置を提供することを１」的と
している。

［発明の構成１（課題を解決するための手Ｈ）本発明は交流入力電力をＴｆＬ流電力に変換するコンバ
ータおよびこのコンバータの直流電力を交流電力に変換
するインバータを備え、このインバータの交流電力によ
り交流電動機を駆動するものにおいて、直流回路に接続
される抵抗器およびチョッパの直列回路と、直流回路の
電圧を検出し、この検出値と基準値を比較し一検出値が
基準値を越えたとき信号を出力する第１の手段と、この
第１の手段の出力信号により１〜リカーされ所定時限だ
（Ｊ出力する時限手段と、この時限手段からの出力（’
Ａ　月によりコンバータにオフ指令を与えるとともに前
記チョッパに動作指令を与える第２の手段と、前記コン
バータの交流入力電圧を検出し、時限手段の所定時限終
了後に交流入力電圧か所定値以下の場Ｂ・に、交流電動
機に対して制動をかける非電気ブト−キ手段にブレーキ
指令を与えるとともにコンバータ、インバータ、チョッ
パ部の制御部にそれぞれ動作停止指令を与える第３の手
段とを具備したものである。

（作　用）このような構成のものにおいて、電動機か電力回生ブレ
ーキ中に電源中断が生じると、電動機のエネルギーは回
生きれなくなるため、直流回路のコンデンサが充電され
、直流電圧か上昇する。

この電圧が基準値に達すると、時限手段か動作し、この
時限手段の出力でコンバータかオフされ、チョッパが動
作する。このチョッパは電動機から返還される電力を抵
抗器で消費し、直流電圧を一定制御するように働く。時
限手段で規定された時間に対して電源中断時間が短い場
合には、時限手段の動作の終了時点ですでに交流入力電
圧は再印加されているため、時限手段の動作の終了と共
にコンバータオフ指令は解除され、チョッパの動作指令
もオフとなるため、再度コンバータは運転を開始し電力
回生ブレーキは継続する。また、時限手段て規定される
時間より長時間の電源中断か生じた場合には時限手段の
動作の終了時点にてコンバータオフ、インバータオフ、
チョッパオフか指令され、非電気ブレーキが動作する。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。第５
図と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する
。第５図の回路図に加えて主回路部分では、抵抗器Ｒの
とＧＴＯサイリスタで構成されるチョッパＣＨとの直列
回路か直流回路に接続されている。また電圧検出器ＶＤ
２の出力信号は、電圧変換器！２）　Ｖ　Ｃ２に入力さ
れ、ここで変換された信号は、コンバータインバータ制
御部ＣＩＣ、チョッパ制御部ＣＨＣおよび比較器ＣＯＰ
へ入力される。比較器ＣＯＰは過電圧検出設定器Ｏ８の
設定値（基準値）をもう一つの入力とし、電圧変換器Ｖ
Ｃ２の信号か設定値をこえたとき、比較器ＣＯＰから出
力される過電圧信号はタイマーＴＭに入力される。タイ
マーＴＭの規定時間〈タイマー動作時間）だけ出力され
る出力１言号は、１つはノット回路Ｎ０ＴＩを介してア
ンド回路ＡＮＤ　１へ、また、この他にオア回路ＯＲと
アンド回路ＡＮＤ２へ入力される。さらに、電圧検出器
ＶＤＩで検出された電圧は、電圧変換器（１）■Ｃ１お
よび遅れ回路ＤＬＹを介してノット回路Ｎ０Ｔ２を経て
アンド回路ＡＮＤ　１に入力される。アンド回Ｆ１１ｒ
ＡＮＤ１の出力はラッチ回路ＬＡへ入力され、この出力
信号は、１つはコンバータインバータ制御部ＣＩＣへ入
力されてインバータオフの動作をする。さらに、ラッチ
回路ＬＡの信号は空気ブレーキ指令器ＡＤＩＳに入力さ
れるとともに、オア回路ＯＲおよびノット回路Ｎ０Ｔ３
を経てアンド回路ＡＮＤ２へ入力される。オア回路ＯＲ
の出力信号は、コンバータインバータ制御部ＣＩＣへ入
力されコンバータオフ指令として働くようになっている
。またアンド回路ＡＮＤ２の出力信号はチョッパ動作指
令としてチョッパ制御部ＣＨＣに入力され、チョッパ部
ＣＨか動作する以上のように構成された電が変換装置の
動１ヤに＝　９　一ついて第２図のブロック図、第３および第４図のタイム
チャートを参照して説明する。第１図において、電源電
圧かなくなって直流電圧か回生ブレーキ中に上昇すると
、電圧検出器ＶＤ２により検出され、電圧変換器ＶＣ，
２で変換された信号■と過電圧検出設定器Ｏ８の設定値
（過電圧検出レベル）とが比較器ＣＯＰにおいて比較さ
れ、前記変換された信号か設定値を越えたとき過電圧信
号かタイマーＴＭに与えられる。この過電圧信号により
タイマーＴ、Ｍかトリ力され、タイマーＴＭは第３図、
第４図の規定時間Ｔ′「まだけカランｌ〜して出力信号
■を出す。この出力信号■はオア回路ＯＲを介してコン
バータオフ指令となってコンバータインバータ制御部Ｃ
ＴＣに入力され、これによりコンバータＣ０ＮＶか不動
作となる。これと同時にタイマーＴＭの出力は号■はア
ンド回路ＡＮＤ２に入力され、ランチ回１１８　Ｌ　Ａ
からの信号すなわち空気ブレーキ指令■が０“てあり　
ノット回路Ｎ○１゛３の出力か“１“となることから、
アンド回路Ａ、　Ｎ　Ｄ　２からチョッパの動作術イ↑
◎か−，，１，０− 出力される９チョッパ制御部ＣＨＣはチョッパ部ＣＨを
動作させる。この場合、チョッパ制御部ＣＨＣは電圧変
換器ＶＣ２からの直流電圧を入力としており、直流回路
の電圧か一定畝を保つようにチョッパＣＨをオンオフ動
作させる。

ここで、タイマーＴＭのカウントしている規定時間ＴＴ
Ｉ後に交流入力電圧か復濁している状態では、コンバー
タＣ０ＮＶは再び動作できる条件にある／ごめ、再度電
力返還器として働くことかできる。この時、交流入力電
圧は電圧検出器ＶＤＩにより検出され、電圧変換器ＶＣ
１，および遅れ回路ＤＬＹおよび２１１〜回路Ｎ　ＯＴ
　２を介して出力されるか、この出力信号は交流電圧が
復帰しているとＬｏｗ（ロー）レベルであるため、アン
ド回路ＡＮＤ　１の出力信号はＩ、ＯＷレベルてラッチ
回路ＬＡは動作しない。なお、遅れ回路Ｄ　Ｌ　Ｙは停
電か生じた直後に未だタイマーＴＭが動作しない間にＡ
ＮＤ　１の出力か出ないようにするため付加している。

従って、タイマーＴ　Ｍの出力信号か１４０Ｗレベルと
なると同時にコンバータオフ指令および−１１，− チョッパ動産指令はり、、ｏｗレベルとなってチョッパ
部ＣＨは停止し、コンバータＣ０ＮＶか再度動作を開々
台する。

また、もしもタイマーＴＭのカウントしている規定時間
１”Ｔ”ｌ後になっても交流入力電圧か復帰していない
とすると、コンバータＣＯＮ　Ｖは動作できず、しかも
抵抗器ＲおよびチョッパＣ■（の動作時間か延びること
になるので、これらすべてをオフし、電気ブレーキを中
止して空気ブレーキに切換える。すなわち、電圧検出器
ＶＤＩの出力がないと、電圧変換器ＶＣＩおよび遅れ回
Ｆ＃ＩＤ　Ｌ　Ｙの出力信号もＬＯＷレベルてあり、２
１１〜回路Ｎ０Ｔ２の出力信号かＨ１Ω１］（ハイ）レ
ベルとなる。この時に、タイマーＴＭのカウント時間Ｔ
ＴＩ−か終了すると、ノット回路Ｎ０ＴＩの出力信号は
Ｈｉｇｈレヘルレベり、アンド回路Ａ　Ｎ　Ｄ　１およ
びラッチ回ＩＩ　Ｌ　Ａか動作して、空気ブレーキ指令
器Ａ　Ｉ）　Ｉ　Ｓに指令を出力し、これと同時にチョ
ッパＣ，Ｈの動作をオフ、インバータＩＮＶ、コンバー
タＣ０ＮＶをずべてオフして電気プレーＡを中止して空
気ブレーキへの切換を行う。

ここで、以上述べた動作について電源中断時間か短い場
合と長い場合の動作について説明する。

はじめに第２図と第３図により列車が電力回生ブレーキ
中に電源中断か生じて（Ｓｌ）、を源中断時間が短い場
合（タイマーＴＭの規定時間ＴＴＩより短い場合）につ
いて説明する。この場合、第１図における電動機ＩＭの
エネルギーは回生されなくなるため、直流回路のコンデ
ンサＣ１か充電され、Ｍ流電圧か上昇する。この直流電
圧は第３図の■のようになるが、設定された過電圧検知
レベルに達すると（Ｓ２）、タイマーＴＭか動作しくＳ
３）、この出力でコンバータＣ０ＮＶかオフされ（Ｓ４
）、チョッパＣＨが動作する（Ｓ５）。

このチョッパＣ■−■は電動機ＩＭから返還される電力
を第１図中の抵抗器Ｒで消費し、直流電圧を一定制御す
るように（第３図のチョッパ動作波形）働く。このタイ
マーＴＭて規定された時間に対して、電源中断時間か短
い場合（Ｓ６）には、第３図に示されるように、タイマ
動作時間ＴＴＩの終了時点で、すでに交流入力電圧は再
印加されているため、第１図および第３図のランチ回路
計、Ａの出力信号■は出力せず、従って、タイマー１゛
Ｍの動作の終了と共にコンバータオフ指令■は解除され
、チョッパ動作指令もオフとなる（Ｓ７）ため、再度コ
ンバータＣ０ＮＶは運転を開始し電力回生ブレーキを継
続する（Ｓ８）。

次に、第２図において、タイマーＴＭで規定される規定
時間ＴＴＩより長時間の電源中断か生じた場合（Ｓ９）
には、タイマーＴＭのカウント終了時点にてコンバータ
オフ、インバータオフ、チョッパオフが同時に指令され
（Ｓ１０）、空気ブレーキか動作する（　Ｓ　１１．　
）。この場合の夕、イムチャー　１・は第４図に示すか
、交流入力電圧の中断により直流電圧■か過電圧検出設
定値まて−Ｌ昇し、タイマーＴＭ動作か開始されること
は第３図の場合と同一である。ここでタイマーＴＭのカ
ウント時間ＴＴＩの終了時に交流入力電圧か復帰してい
ないと、第１図に示すタイマーＴＭの出力の反転信号と
、電圧変換器ＶＣＩの反転出力か同時に−１，４−−− Ｉイ１ｑｈレベルとなり、ラッチ回路ＬＡか動作してこ
の出力は、第４図の空気ブレーキ指令信号■で示される
ように、Ｈｉｇｈレベル信号となる。この信号は、第１
図に示されるように、インバータＩＮＶをオフし、チョ
ッパＣＨ動作もオフさせ、さらにコンバータもオフさせ
て空気ブレーキに切換える。

本実施例によれば、電力回生ブレーキ中に生じる短時間
から長時間にわたる電源中断および停電に対してブレー
キ力を消滅させることなくこれを乗切ることかできる。

すなわち頻繁に生じるようなパンタグラフ離線などの短
時間の電源中断では、チョッパＣＨと直列に設けた抵抗
器Ｒに電力を消費させる発電ブレーキで大きなブレーキ
力の変化あるいはトルクショックを少くして電気ブレー
キを継続できる。しかも、これらの短時間の電気ブレー
キ用の抵抗器ＲならびにチョッパＣＨは、熱的容量は小
さくて良く小形なものとなる。また、これらの抵抗器Ｒ
、チョッパＣＨは、タイマーＴＭにより動作時間は管理
されているため、容量をオーバーして運転されることは
無い。

また頻度は少いか架線停電などの長い時間継続する停電
が生じた場合には、電気ブレーキをオフし、空気ブレー
キに切換えるため、このような場合にもブレーキ力か消
滅したり、不足したりすることはない。高い速度からの
空気ブレーキはブレーキシューなどの摩耗を引きおこす
か、頻度が少なければ、大きな問題ではない。

「発明の効果］本発明によれば、通常頻繁に生じるような短時間の電源
中断に対しては、大きなブレーキ力変化や１〜ルクシヨ
ンクか生じないように最低限の機器追加と電気ブレーキ
により乗り切ることかでき、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は同実
施例の動作を説明するだめのブロック図、第３図および
第４図はそれぞれ同実施例の動作を説明するタイムチャ
ート、第５図は従来の電気車の制御装置の一例を示す回
路図である。Ｔ１〜Ｔ４．Ｔｌ　１〜Ｔ１６・・・ＧＴＯサイリスタ
、ＣＩＣ・・・コンバータ、インバータ制御部、Ｄ１〜
Ｄ４．ＤＩｌ〜Ｄ１’６・・・ダイオード、ＶＤ　１　
、　ＶＤ　２−・・電圧検出器、ＶＣ１、ＶＣ２−・・
電圧変換器、ＩＭ・・・電動機、ＣＨＣ・・・チョッパ
制御部、ＰＡＮ・・・集電器、ＶＣＢ・・・しゃ断器、
ＤＬＹ・・・遅れ回路、ＭＴ・・・変圧器、ＬＡ・・・
ラッチ回路、Ｒ・・・抵抗器、ＣＯＰ・・・比較器、Ｃ
Ｈ・・・チョッパ、ＴＭ・・・タイマー、ＩＭ・・・交
流電動機。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第５図

Claims

【特許請求の範囲】　交流入力電力を直流電力に変換するコンバータおよび
このコンバータの直流電力を交流電力に変換するインバ
ータを備え、このインバータの交流電力により交流電動
機を駆動するものにおいて直流回路に接続される抵抗器
およびチョッパの直列回路と、前記直流回路の電圧を検出し、この検出値と基準値を比
較し、検出値が基準値を越えたとき信号を出力する第１
の手段と、この第１の手段の出力信号によりトリガーされ所定時限
だけ出力する時限手段と、この時限手段からの出力信号により前記コンバータにオ
フ指令を与えるとともに、前記チョッパに動作指令を与
える第２の手段と、前記コンバータの交流入力電圧を検出し、前記時限手段の所定時限終了後に交流入力電圧が所定値
以下の場合に前記交流電動機に対して制動をかける非電
気ブレーキ手段にブレーキ指令を与えるとともに、前記
コンバータ、インバータ、チョッパにそれぞれ動作停止
指令を与える第３の手段とを有する電気車の制御装置。