JPH02101902A - 電気車用制動制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばチョッパを使って回生ブレーキを行
う電気車制御装置に係り、特にその回生ブレーキ時にモ
ータと直列に抵抗器を挿入して回生領域を拡大する場合
の当該抵抗器の短絡制御方式の改良に関するものである
。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特開昭６１−３７８４２号公報に開示さ
れたこの種従来の電気車制御装置を示す回路図である０
図において、（１）は給電線、（２）はパンタグラフ等
の集電装置、（３）はフィルタリアクトル、Ｇ４１はフ
ィルタコンデンサ、（５１はフリーホイルダイオード、
（６）は主回路電流の導通、遮断を行い、その導通期間
を制御してモータ電流を制御する”チョッパ、（７）は
モータ電流を平滑するための主平滑リアクトル、（５）
および（９）はモータの界磁および電機子、α〔は回生
領域を拡大するためモータの界磁（８）および電機子（
９）に直列に挿入された回生領域拡大用の抵抗器、（１
１）は車両が所定の速度以下になったとき、抵抗器αω
を回路から除くためこれを短絡するスイッチである。そ
して、抵抗器αωとスイッチ（１１）とで抵抗装置（１
２）を構成する。　（１３）はフィルタコンデンサ４）
の電圧を検出する電圧検出装置、（１４）はモータの電
機子（９）と抵抗器０〔との直列体の電圧を検出する電
圧検出装置、（１５）はモータの電流を検出する電流検
出装置、（１６）はブレーキ指令値、（１７）は荷重検
出装置、（１８）はブレーキ指令値（１６）と荷重検出
装置（１７）からの信号、および各電圧電流値を入力し
て必要な演算を行い、チョッパ（６）に所定のゲートパ
ルスを出力し、また、スイッチ（１１）に開閉信号を出
力する制御装置である。

次に動作、特に高速域で発せられたブレーキ指令に基づ
きスイッチ（１１）が開の状態で回生ブレーキ動作が開
始された以降の動作を中心に説明する。

スイッチ（１１）が・開で抵抗器αωが回路に挿入され
ている場合、この抵抗器ａ〔の抵抗値をＲとすれば、こ
れにＩＭ−Ｒ（但しＩＭはモータ電流値を示す）の電圧
降下が生じ、見かけ上、モータ電圧がＩＭ・Ｒ低下する
ことになる。従って、その分だけ実質的にモータの起電
力を高く制御することができ、ブレーキ初速度が上昇し
回生ブレーキの領域が拡大する訳である。

このように、高速域においては抵抗器α０）は挿入され
ているが、車両速度が低下してくると逆にこの抵抗器０
〔による電圧降下Ｉ　Ｍ−Ｈのために回生ブレーキの有
効作用下限速度が上昇し、回生領域がこの分減少する。

従って、所定の速度にまで低下するとスイッチ（１１）
によって抵抗器α■を短絡する必要がある。しかし、抵
抗器（ｌＯ）を短絡すると、回路には見かけ上Ｉ　Ｍ−
Ｈに相当する電圧変動が生じ、モータ（９）の電流やフ
ィルタコンデンサ（４）の電圧がはね上り、その過渡電
流、過渡電圧によりそれらの過電流検知、過電圧検知が
動作してブレーキ制御を停止する恐れが生じる。

そこで、制御装置（１８）は各部の電圧、電流値から抵
抗器（１０）を短絡する条件を検出し、その出力により
スイッチ（１１）に開信号を出力するとともに、モータ
電流を強制的に絞り込むためのゲートパルスを、スイッ
チ（１１）の動作時間から設定した時間遅れを経てチョ
ッパ（６）へ出力する。以上のように制御することによ
り、抵抗器００１の短絡による電流等のはね上りを防止
している。

〔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、スイッチ（１１）の動作時間にバラツキがあったり
、またその主接点の摩耗による主接点のオン時間の変化
等が存在すると、スイッチ（１１）が実際に閉となるタ
イミングとチョッパ（６）による電流絞り込みのタイミ
ングとにズレが生じる。この結果、例えば前者のタイミ
ングが早いとモータ電流が過大となって過電流検知が動
作し、また、これを避けるため上記動作時間のバラツキ
を考慮してモータ電流の絞り込み量を大きくしなり、そ
の絞り込み時間を長くするとブレーキトルクに影響を与
えブレーキ時の乗心地を害す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、強制的なモータ電流の絞り込みを不要とし、
従ってスイッチの閉動作との同期も不要となる簡便で特
性の安定した電気車制御装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電気車制御装置は、抵抗装置を、複数の
区分抵抗器とこの区分抵抗器を適宜短絡して上記抵抗器
の抵抗値を順次階段状に低減せしめる複数の単位スイッ
チとで構成し、上記区分抵抗器の抵抗値はその短絡によ
る過渡電流が回路の過電流検知のセット値未満となるよ
うに設定し、上記単位スイッチは上記過渡電流の整定時
間以上の時間間隔で順次閉路するようにしたものである
。

〔作　　用〕

先ず、区分抵抗器がすべて挿入された状態で高速域から
の回生ブレーキ動作が開始される。ブレーキ力によって
車両速度が次第に低下し、所定の設定速度に達すると、
複数の単位スイッチは所定の設定時間間隔で順次閉路し
、これに伴い、抵抗器の抵抗値は階段状に低減してやが
て零に至る。

各区分抵抗器の短絡時にモータ電流が増大するが、その
抵抗値が規制され、かつ挿入の間隔も規制されているの
で、これら区分抵抗器の一連の短絡によって過電流検知
が動作することはなく、安定した制御特性が得られる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。従来
の場合と異なるのは抵抗装置１ｆｆｉ　（１９）で、そ
の抵抗器（２０）は相互に直列に接続される２個の区分
抵抗器（２０ａ）と（２０ｂ）とからなり、スイッチ（
２１）は、回生時、区分抵抗器（２０ａ）を短絡可能な
単位スイッチとしてのサイリスクスイッチ（２０ａ）と
両区分抵抗器（２０ａ）　（２０ｂ）を短絡可能なサイ
リスクスイッチ（２１ｂ＞とからなる、そして、これら
各サイリスクスイッチ（２１ａ）　（２１ｂ）へのゲー
トパルスは制御装置（２２）から出力される。

ここでは、例えば、給電線（１）の電圧定格値が７５０
■、ブレーキ最大制御電流が５０ＯＡ、そして抵抗器（
２０）の全抵抗値として回生ブレーキの性能上０．３Ω
必要であるとし、区分抵抗器を短絡した時の電圧変動が
給電線（１）の電圧定格値７５０Ｖの約１０％、即ち７
５Ｖとなるよう、抵抗器（２０）を各０，１５Ωの抵抗
値を有する２段の区分抵抗器（２０ａ）　（２０ｂ）で
構成している。上記で１０％としたのは、通常この種の
装置における過電流検知のセット値が最大制御電流の１
．３〜１．４倍程度であるからである。

また、両サイリスクスイッチ（２１ａ）と（２１ｂ）と
の動作時間間隔は、先のサイリスクスイッチ（２１ａ）
による区分抵抗器（２０ａ）の短絡に基づく過渡電流の
過渡分が減衰し、はぼ短絡前の電流値になるまでの時間
即ち過渡電流の整定時間（通常０．１〜０．２秒程度〉
より長い０．３秒に設定されている。

次に動作について説明する。従来と同様、高速域から抵
抗器（２０）を挿入した回生ブレーキ動作に入り、車両
速度が次第に低下して抵抗短絡条件が成立すると、制御
装置（２２）からサイリスクスイッチ（２１ａ）に点弧
信号が出力され、先ず区分抵抗器（２０ａ）が短絡され
る。これによってモータ電流は過渡的に増大するが、こ
の場合の電圧変動分を定格値の約ｌＯ％程度に設定して
いるので、特にチョッパ（６）を絞り込まなくても過電
流検知が動作することはない、制御装置（２２）はサイ
リスクスイッチ（２１ａ）が閉路してから０．３秒後に
サイリスクスイッチ（２１ｂ）に点弧信号を出力しこれ
を閉路させ、両区分抵抗器（２０ａ＞　（２０ｂ）を短
絡せしめる。この場合、先の短絡から整定時間以上の時
間が経過しているので先の短絡時の電流の過渡分は残っ
ておらず、従ってサイリスクスイッチ（２１ｂ）の閉路
に基づく過渡電流も過電流検知を動作させることはない
。

なお、サイリスクスイッチの点弧に要する時間は点弧信
号を与えてから数マイクロ秒程度であるので、両サイリ
スクスイッチ（２１ａ＞　（２１ｂ）間の時間間隔のバ
ラツキは全く問題にならない。

次に、回生動作上、モータの特性曲線から定まるモータ
電圧リミッタや給電線電圧リミッタの作用により、モー
タ電流が、ブレーキ指令値（１６）と荷重検出装置（１
７）からの信号とで決定される必要ブレーキパターンの
値より絞り込まれて制御されている場合の特性を検討す
る。この場合、従来の制御装置にあっては、抵抗器の短
絡に同期させたチョッパ（６）による電流の絞り込みを
最大ブレーキ電流時に必要な量と同じたけ行うと結果と
して電流を絞り込み過ぎることになるので、上記電流パ
ターンにかかわらず実際に流れている電流に比例した量
の絞り込みが必要となり、制御がそれだけ複雑となって
いた。これに対し、この発明では上記したように電流が
リミッタにより絞り込まれて制御されているときには短
絡時の電圧変動分ＩＭ・Ｒはその分小さくなり、その結
果、モータ電流の増大分は減少し整定時間も短くなるの
で、制御特性は一層安定する傾向となり問題は全くない
。

また、サイリスタスイッチ（２１）の電流容量について
検討してみると、後段のサイリスクスイッチ（２１ｂ）
は抵抗器短絡後のモータ電流を流すだけの十分な電流容
量が必要であるが、前段のサイリスクスイッチ（２１ａ
）の通電時間は０．３秒程度の短時間にとどまるのでそ
の分、小容量のものを採用することができる。

第２図はこの発明の他の実施例における抵抗器ｆｉ　（
１９＞を示す、ここでは、サイリスクスイッチ（２１ａ
）は区分抵抗器（２０ａ）のみを短絡し、サイリスクス
イッチ（２１ｂ）は区分抵抗器（２０ｂ）のみを短絡す
るｒＭ　Ｉｌｉ　ｆｌＩ成となっている。この場合、サ
イリスクスイッチ（２１ａ＞　（２１ｂ）は両者共電流
容景は大きくなるが、電圧は低くてよく、また、両者同
一定格になるという利点がある。

なお、上記各実施例では抵抗器（２０）を２段に区分し
たものを示したが、給電線（１）の電−圧定格値や抵抗
器（２０）として必要な全抵抗値等によっては３段以上
に区分するようにしてもよい。また、各区分抵抗器の短
絡による電圧変動Ｉ　Ｍ−Ｒを定格値の１０％に設定し
たが、過電流検知の動作レベル内で任意に設定しうる。

サイリスクスイッチの動作時間間隔についても整定時間
以上であれば上記実施例での値を変えてもよい。

更に、上記各実施例では、単位スイッチとしてサイリス
クスイッチを、主回路の制御にチョッパをそれぞれ使用
したが、この発明はこれらに限られることなく適用でき
ることは当然である。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明では、複数の区分抵抗器と単位
スイッチとを使用し、各区分抵抗器の短絡では回路の過
電流検知が動作しないようにしたので、従来のような抵
抗短絡と同期して行う電流絞り込みの制御が不要となり
、簡便で常に安定した制御特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における電気車制御装置を
示す回路図、第２図はこの発明の他の実施例における抵
抗装置の回路図、第３図は従来の電気車制御装置を示す
回路図である。 図において、（８］　（９１はモータの界磁および電機
子、（１９）は抵抗装置、（２０）は抵抗器、（２０ａ
）　（２０ｂ）は区分抵抗器、（２１）はスイッチ、（
２１ａ）　（２１ｂ）は単位スイッチとしてのサイリス
クスイッチ、（２２）は制御装置である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　弁理士　　大　岩　増　雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 抵抗器と所定の車両速度以下で上記抵抗器を短絡するス
   イッチとからなる回生領域拡大用の抵抗装置をモータと
   直列に接続した電気車制御装置において、 上記抵抗装置を、複数の区分抵抗器とこの区分抵抗器を
   適宜短絡して上記抵抗器の抵抗値を順次階段状に低減せ
   しめる複数の単位スイッチとで構成し、上記区分抵抗器
   の抵抗値はその短絡による過渡電流が回路の過電流検知
   のセット値未満となるように設定し、上記単位スイッチ
   は上記過渡電流の整定時間以上の時間間隔で順次閉路す
   るようにしたことを特徴とする電気車制御装置。