JPH02211002A

JPH02211002A - 電気車用発電ブレーキ装置

Info

Publication number: JPH02211002A
Application number: JP2848189A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Kotake; 小竹　一嘉; Yoshiji Jinbo; 神保　佳司; Shigeo Kawatsu; 川津　重夫
Original assignee: Hitachi Techno Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1989-02-07
Publication date: 1990-08-22
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: JPH06106001B2

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〕本発明は電気車用発電ブレーキ装置およびその制御方法
に係り、特に、モータ駆動用インバータまたはチョッパ
と共に発電ブレーキ用チョッパを備えた電気車において
、回生負荷失効時の発電ブレーキ用チョッパの制御をお
こなうに好適な電気車用発電ブレーキ装置およびその制
御方法に関する。

〔従来の技術〕

可変電圧可変周波数インバータを備えた車両に、発電ブ
レーキ用チョッパが搭載されたものとしては、例えば、
特開昭５８−１１６００２号公報および特開昭６２−２
４７７０１号公報に記載されているものが知られている
。従来のこの種の装置においては、回生制動時にフィル
タコンデンサの電圧が所定値を越えたときには発電ブレ
ーキ用チョッパを動作させて余剰電力を抵抗器によって
消費させるようになっている。さらにフィルタコンデン
サの電圧に応じて発電ブレーキ用チョッパの通流率を変
えて抵抗器が損傷するのを防止することがおこなわれて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来技術においては発電ブレーキ用チョッ
パの通流率を制御するに際して通流率の変化率について
は配慮されておらず、一定の変化率に従ってチョッパを
制御するようになっている。

このような制御を行なうと発電ブレーキの作動終了時点
においてフィルタコンデンサの電圧が振動し、可変電圧
可変周波数インバータの制御に悪影響を与える恐れがあ
る。

本発明の目的は、発電ブレーキの作動によってフィルタ
回路の電圧が振動するのを抑制し、発電ブレーキから回
生ブレーキへの移行を円滑におこなうことができる電気
車用発電ブレーキ装置およびその制御方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、第１の装置とし
て、フィルタ回路から直流電力を受けて電気車駆動用モ
ータを制御する制御回路の入力側電圧を検出する電圧検
出手段と１発電ブレーキ開始電圧として設定された設定
電圧と電圧検出手段の検出電圧とを比較し、検出電圧が
設定電圧を越えたときに検出電圧と設定電圧との偏差に
応じた初期通流率指令を出力する通流率指令手段と、初
期通流率指令を時定数に従って最終通流率指令に変換す
る第１遅延手段と、初期通流率指令を第１遅延手段の時
定数よりも長い時定数に従って最終通流率指令に変換す
る第２遅延手段と、通流率指令手段出力の初期通流率指
令の変化率を判別する判別手段と１判別手段の判別結果
を受け、初期通流率指令の変化率が増加傾向にあるとき
に第１遅延手段出力の最終通流率指令を選択し、初期通
流率指令の変化率が減少傾向にあるときには第２遅延手
段出力の最終通流率指令を選択する選択手段と、前記制
御回路の入力側に抵抗素子を介して並列接続され、選択
手段の選択による最終通流率指令に従って入力電圧をチ
ョッピングするチョッパ手段とを有する電気車用発電ブ
レーキ装置を構成したものである。

第１の装置を含む第２の装置として、第１遅延手段の時
定数は電圧検出手段の検出電圧と設定電圧との偏差に比
例した値に設定され、第２遅延手段の時定数は一定値に
設定されている電気車用発電ブレーキ装置を構成したも
のである。

第１の装置を含む第３の装置として、第１遅延手段の時
定数は電圧検出手段の検出電圧と設定電圧との偏差に比
例した値に設定され、第２手段の時定数は前記偏差の積
分値に比例した値に設定されている電気車用発電ブレー
キ装置を構成したものである。

第１の装置を含む第４の装置として、第１遅延手段の時
定数は電圧検出手段の検出電圧と設定電圧との偏差に比
例した値に設定され、第２遅延手段の時定数は電圧検出
手段の検出電圧と設定電圧よりも低い電圧との偏差に比
例した値に設定されている電気車用発電ブレーキ装置を
構成したものである。

第１の制御方法として、フィルタ回路から直流電力を受
けて電気車駆動用モータを制御する制御回路の入力側に
抵抗素子を介して並列接続されたチョッパ手段を最終通
流率指令に従ってチョッピングするに際して、制御回路
の入力側電圧を検出し、発電ブレーキ開始電圧として設
定された設定電圧と前記検出電圧とを比較し、検出電圧
が設定電圧を越えたときに、検出電圧と設定電圧との偏
差に応じた初期通流率指令を求めると共に初期通流率指
令の変化率を判別し、この判別結果を前記初期通流率指
令を基に初期通流率指令の変化率が増加傾向にあるとき
よりも減少傾向にあるときの通流率の変化率が小さくな
る最終通流率指令を求めるようにした電気車用発電ブレ
ーキ装置の制御方法を採用したものである。

〔作用〕

制御回路の入力側の電圧が設定電圧を越えるとチョッパ
手段のチョッピングにより抵抗素子に電流が流れ、モー
タの発電に伴う電力が制御回路を介して抵抗素子に供給
され、発電による電力が抵抗素子によって消費される。

このとき、チョッパ手段の通流率の変化率は１通流率を
大きくするときよりも小さくするときの方が小さくなる
ので、チョッパ手段がオフになるときにはフィルタ回路
の電圧が徐々に低下する。このため発電ブレーキの作動
によってフィルタ回路の電圧が振動するのが抑制され１
発電ブレーキから回生ブレーキへの移行がスムースにお
こなわれる。従って発電ブレーキの作動によって制御回
路に悪影響が及ぼされるのを防止することが可能となる
。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、電気車にはパンタグラフ１２、インバ
ータ３０、誘導電動機３２などが搭載されており、架線
１０からの直流電力がパンタグラフ１２によって集電さ
れ、集電された直流電力（１，５ＫＶ）がフィルタリア
クトル１４、フィルタコンデンサ１６、フィルタリアク
トル２６、フィルタコンデンサ２８を介してインバータ
３０に供給されている。インバータ３０は、制御回路と
して例えばゲートターンオフサイリスタなどのスイッチ
ング素子で構成されており、直流入力電力を三相交流電
力に変換し、電気車能動用モータとしての誘導電動機３
２の駆動を制御するように構成されている。

フィルタリアクトル１４とフィルタコンデンサ１６は逆
り型のフィルタ回路を構成し、同じくフィルタリアクト
ル２６とフィルタコンデンサ２８は逆り型のフィルタ回
路を構成している。各フィルタ回路の間には、抵抗素子
として発電ブレーキ抵抗１８と、チョッパ手段を構成す
る発電ブレーキ用チョッパ２ｏとが並列接続されて挿入
されている。さらに抵抗１８の両端にはフリーホイール
ダイオード２２が接続されている。またフィルタコンデ
ンサ２８の両端には、インバータ３０の入・刃側電圧、
すなわちフィルタコンデンサ２８両端の電圧■、を検出
する電圧検出手段としての電圧センサ２４が接続されて
いる。この電圧センサ２４の検出出力はコントローラ３
４へ供給されている。

コントローラ３４は、第２図に示されるように、リミッ
タ回路３６．第１遅延回路３８、第２遅延回路４０、通
流率指令増減判別回路４２、切換回路４４から構成され
ており、電圧センサ２４の出力がリミッタ回路３６に入
力され、切換回路４４の出力がチョッパ２０に入力され
ている。

リミッタ回１３６は電圧センサ２４の検出による検出電
圧と発電ブレーキ開始電圧として設定された設定電圧Ｃ
工とを比較し、検出電圧ｖ０が設定電圧Ｃ１を越えたと
きに検出電圧Ｖ工と設定電圧Ｃ工との偏差に応じた初期
通流率指令を出力する通流率指令手段として構成されて
いる。この初期通流率指令は、第１遅延回路３８と第２
遅延回路４０および通流率指令増減判別回路４２へ供給
されている。

第１遅延回路３８は第１遅延手段として一時遅れ要素を
有し、伝達関数によ／（１＋Ｔ、Ｓ）に従って初期通流
率指令を最終通流率指令に変換するように構成されてい
る。第２遅延回路４０は第２遅延手段として一時遅れ要
素を有し、伝達関数Ｋｚ　／　（１＋　Ｔ　２　Ｓ　）
に従って初期通流率指令を最終通流率指令に変換して出
力するようになっている。この最終通流率指令の時定数
は第１遅延回路３８の時定数よりも長く設定されている
。

通流率指令増減判別回路４２は判別手段として構成され
ており、初期通流率指令の変化率を判別し初期通流率指
令の変化率が増加傾向にあるときには第１遅延回路３８
を選択するための指令を出力し、逆に初期通流率指令の
変化率が減少傾向にあるときには第２遅延回路４ｏを選
択するための指令をそれぞれ切換回路４４へ出力するよ
うに構成されている。切換回路４４は通流率指令増減判
別回路４２からの指令に従って第１遅延回路３８または
第２遅延回路４０の出力を選択し、選択した最終通流率
指令をチョッパ２０へ出力するようになっている。チョ
ッパ２０は最終通流率指令に従って入力電圧をチョッピ
ングし、最終通流率指令に従った通流率によって抵抗１
８に電流を流すように構成されている。

以上の構成において、電気車がカ行モードのときにはパ
ンタグラフ１２により集電された直流電力がインバータ
３０に入力され、この直流電力がインバータ３０によっ
て交流電力に変換され、誘導電動機３２が駆動される。

このときインバータ３０を可変電圧および可変周波数に
よって制御すれば、誘導電動機３２を円滑に駆動するこ
とができる。この後運転モードがブレーキモードに移行
するとインバータ３０がブレーキモードで運転され、誘
導電動機３２が発電機として機能する。これにより電動
機３２の発電による電力がインバータ３０からフィルタ
回路側へ出力される。このとき架線１０の負荷が軽いと
きには、インバータ３０の出力電力によってフィルタコ
ンデンサ１６．２８の端子電圧が急激に上昇するのは抑
制されるが、架線１０の負荷が重くなるとフィルタコン
デンサ１６．２８の端子電圧が急激に上昇する。フィル
タコンデンサ２８両端の電圧ｖ８が設定電圧Ｃ□を越え
ると、電圧Ｖ工と設定電圧Ｃ０との偏差に応じた初期通
流率指令がリミッタ回路３６から出力される。このとき
初期通流率指令の変化率が増加傾向にあるときには第１
遅延回路３８が選択され、第３図の特性Ａに示されるよ
うに、チョッパ２ｏの通流率γは急激に変化する。これ
により抵抗１８に多くの電流が流れ、発電ブレーキ状態
となる。

この後１発電電力が低下し電圧ｖ１のレベルが低下する
に伴って最終通流率指令の変化率が減少傾向にあること
が判別されると、第２遅延回路４０の出力による最終通
流率指令が選択され、この指令に従ってチョッパ２０の
チョッピングが制御される。この指令は時定数が長いた
め、第３図の特性Ｂに示されるように、チョッパ２０通
流率が徐々に小さくなる。このためチョッパ２０がオフ
になるときに電圧ｖ１が振動するのが抑制され、発電ブ
レーキから回生ブレーキへの移行をスムースにおこなう
ことができる。このため、発電ブレーキの作動によって
インバータ３０に悪影響が及ぼされるのを防止すること
ができる。また、第４図には本実施例を適用したときの
各部の波形が示されている。第４図から、電圧ｖ０のピ
ーク値が５０ボルトに抑制されており、従来１７０ボル
トであったところから電圧ｖＬのレベルを１／３以下に
抑制できたことが理解できる。

また、前記実施例においては、第１遅延回路３８の時定
数として、電圧センサ２４の検出による電圧Ｖ□と設定
電圧Ｃ４どの偏差に比例した値に設定し、第２遅延回路
４０の時定数として一定値に設定したものについて述べ
たが、第２遅延回路４０の時定数として、電圧Ｖ工と設
定電圧Ｃ□との偏差の積分値に比例した値に設定するこ
とも可能であり、また電圧Ｖ工と設定電圧Ｃ工よりも低
い電圧との偏差に比例した値に設定することも可能であ
る。また、制御回路としてチョッパを用いたものにも本
実施例を適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、発電ブレーキの
開始時にはチョッパの通流率の変化率を大きくシ１発電
ブレーキの終了時にはチョッパの通流率の変化率を開始
時よりも小さくするようにしたため、発電ブレーキの作
動によってフィルタ回路の電圧が振動するのが抑制され
、発電ブレーキから回生ブレーキへの移行がスムースに
おこなわれ、発電ブレーキの作動によって制御回路に悪
影響が及ぼされるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図は
コントローラの構成図、第３図は電圧と通流率との関係
を示す特性図、第４図は第１図に示す装置の各部の波形
図である。１０・・・架線、１２・・・パンタグラフ、１４．２６
・・・フィルタリアクトル。１６．２８・・・フィルタコンデンサ。１８・・・発電ブレーキ抵抗、２０・・・発電ブレーキチョッパ、２２・・・フリーホイルダイオード、２４・・・電圧センサ、３０・・・インバータ、３２・
・・誘導電動機、３４・・・コントローラ、３６・・・
リミッタ回路、３８・・・第１遅延回路、４０・・・第
２遅延回路、４２・・・通流率指令増減判別回路、４４・・・切換回路。

Claims

【特許請求の範囲】１、フィルタ回路から直流電力を受けて電気車駆動用モ
ータを制御する制御回路の入力側電圧を検出する電圧検
出手段と、発電ブレーキ開始電圧として設定された設定
電圧と電圧検出手段の検出電圧とを比較し、検出電圧が
設定電圧を越えたときに検出電圧と設定電圧との偏差に
応じた初期通流率指令を出力する通流率指令手段と、初
期通流率指令を時定数に従って最終通流率指令に変換す
る第１遅延手段と、初期通流率指令を第１遅延手段の時
定数よりも長い時定数に従って最終通流率指令に変換す
る第２遅延手段と、通流率指令手段出力の初期通流率指
令の変化率を判別する判別手段と、判別手段の判別結果
を受け、初期通流率指令の変化率が増加傾向にあるとき
に第１遅延手段出力の最終通流率指令を選択し、初期通
流率指令の変化率が減少傾向にあるときには第２遅延手
段出力の最終通流率指令を選択する選択手段と、前記制
御回路の入力側に抵抗素子を介して並列接続され、選択
手段の選択による最終通流率指令に従って入力電圧をチ
ョッピングするチョッパ手段とを有する電気車用発電ブ
レーキ装置。２、第１遅延手段の時定数は電圧検出手段の検出電圧と
設定電圧との偏差に比例した値に設定され、第２遅延手
段の時定数は一定値に設定されている請求項１記載の電
気車用発電ブレーキ装置。３、第１遅延手段の時定数は電圧検出手段の検出電圧と
設定電圧との偏差に比例した値に設定され、第２手段の
時定数は前記偏差の積分値に比例した値に設定されてい
る請求項１記載の電気車用発電ブレーキ装置。４、第１遅延手段の時定数は電圧検出手段の検出電圧と
設定電圧との偏差に比例した値に設定され、第２遅延手
段の時定数は電圧検出手段の検出電圧と設定電圧よりも
低い電圧との偏差に比例した値に設定されている請求項
１記載の電気車用発電ブレーキ装置。５、フィルタ回路から直流電力を受けて電気車駆動用モ
ータを制御する制御回路の入力側に抵抗素子を介して並
列接続されたチョッパ手段を最終通流率指令に従ってチ
ョッピングするに際して、制御回路の入力側電圧を検出
し、発電ブレーキ開始電圧として設定された設定電圧と
前記検出電圧とを比較し、検出電圧が設定電圧を越えた
ときに、検出電圧と設定電圧との偏差に応じた初期通流
率指令を求めると共に初期通流率指令の変化率を判別し
、この判別結果を前記初期通流率指令を基に、初期通流
率指令の変化率が増加傾向にあるときよりも減少傾向に
あるときの通流率の変化率が小さくなる最終通流率指令
を求める電気車用発電ブレーキ装置の制御方法。