JPH0265605A

JPH0265605A - 交流電気車駆動方式

Info

Publication number: JPH0265605A
Application number: JP21558488A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Kinoshita; 木下　繁則; Yukinobu Morohoshi; 諸星　幸信
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-03-06

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）本発明は交流電気車駆動方式にかかり、詳しくは、交流
電力が供給され、かつ車両に搭載された整流器により車
両駆動用の直流電動機の印加電圧又は電流を制御し、こ
れによって車両速度を制御する交流電気車駆動方式に関
する。

（従来の技術）従来、新幹線を始めとした直流電動機駆動の交流電気車
駆動システムでは１通常、１台の車両に直列接続された
複数の直流電動機を備えている。

第３図は従来のこの種の交流電気車駆動システムを示す
もので、１はトロリー＠ｉｏｏから受電するパンタグラ
フ、２は交流遮断器、３は主変圧器。

３１はその１次巻線、　３２．３３はその２次巻線、４
は車軸、５１．５２はサイリスタからなる直列接続され
た整流器であり・、車両２００ではこれらの整流器５１
゜５２から直流遮断器６及び平滑リアクトル７１を介し
て４台の直流電動Ｊａ８１，８２，８３，８４が直列接
続され。

また別の車両３００では直流遮断器６及び平滑リアクト
ル７２を介して同じく４台の直流電動機９１．　、９２
　。

９３．９４が直列接続されている。ここで、直流電動機
８１〜８４．９１〜９４には、車両駆動に適することが
ら直巻型ｌｊＪ機が一般に用いられる。なお、４００は
レールを示す。

既に明らかなように、従来の交流電気車駆動システムで
は、各車両のそれぞれ直列接続された各４台の直流電動
機群が、整流器５１．５２に対して永久的に並列接続さ
れている。なお、第３図では車両」両につき４台の直流
型ＶＪ機が設けられているが、これは車両１両の車軸数
に対応させたものであり、これ以外にも、直流電動機が
各車両につき２台の場合もある。

次に、このシステムにおける駆動方式について第４図及
び第５図を参照しつつ説明する。

まず、第４図はカ行時の動作説明図であり、同図（ａ）
は車両速度（または電動機回転数）■に対する電！！ｌ
Ｊ機１台の電圧■６、電流■珂、トルクＴ　ｒｑ。

１ｘ流器５１．５２の直流出力電圧を電動ｆｉ１台分に
分圧した電圧Ｖｏ、及び整流器５１．５２の電流Ｉｎの
関係を示し、また、同図（ｂ）は同じく車両速度Ｖに対
して前記Ｖｏ、Ｉｏから求まる整流器５１．５２の直流
出力Ｐｏの関係を示している。

ここで、一般に、車両駆動においては、車両性能として
カ行時の加速力が大きく、かつ一定であることが望まし
い、このため、第４図（ａ）に示す如く、車両速度ｖ１
まではほぼ一定のトルクＴＭを得るために電動機電流Ｉ
Ｍが一定になるような制御が行なわれる。

このように電流ＩＭを一定に制御するために。

第３図の駆動システムでは、電動機電圧ｖ６を車両速度
Ｖに比例して増加させている。この電動機電圧ＶＭは整
流器５１．５２による直流出力電圧ＶＤにほぼ等しいの
で、従来では整流器５１．５２の直流出力電圧を制御し
てこれらの合成出力電圧を第４図（ａ）に示すように車
両速度Ｖ、まで速度Ｖに比例して増加させている。そし
て、第４図（ａ）において車両速度Ｖが■１を越えると
その時点で直流出力電圧Ｖｏは最大となり、以後、一定
となる。

この結果、整流器５１．５２の出力特性は第４図（ｂ）
の通りとなり、車両速度■がｖｌとなった時点で出力Ｐ
ｏは最大値Ｐ　ｗａｘをとる。

次に、この駆動システムに用いられる直流直巻電動機の
特性を第５図及び第６図を参照しつつ説明する。第５図
は電動機回転数に対して流し得る電流を示したもので、
第６図は電気車の速度に対して出し得る牽引力を示した
ものである。

通常、直流電動機の発生トルクを増加させるには電流を
増加させればよいが、ある大きさ以上の電流を流すと整
流子の火花が増加してフラッシュオーバを起すため、直
流電動機に流し得る電流には自ずと制限（許容値）があ
る、また、この電流許容値には常に一定ではなく電動機
の回転数すなわち車両法ＫＶによって変化するものであ
り、第５図に示すような特性を持つ。同図から明らかな
ように、電気車においては低速なほど許容電流値は大き
くなり、換言すれば低速なほど大きなトルクを出せるこ
とが明らかである。

また、電動機の発生し得る最大牽引力Ｆは電気車の車軸
とレールとの粘着力であり、この粘着力は車輪とレール
との摩擦力に等しい、この最大粘着力（牽引力）Ｆは、
第６図に示すように電気車の速度によって大きく変わる
。

（発明が解決しようとする課題）電気車の駆動においては、加速力及び減速力を高めて、
駅間の所要時間を短くすることが要求される。この場合
、電動機としては、車輪とレールとの粘着力一杯にまで
トルクを高めて運転することが望ましい、このためには
第５図及び第６図から明らかなように、車両速度Ｖが低
速である場合に許容電流を越えない範囲で大電流を電動
機に供給し、これによって発生トルクを大きくすること
が効果的である。

しかしながら、第：３図に示したように、電動機の電流
は整流器５１．５２から供給しているため、′？ｉＪ。

動８１電流は整流器５１．５２の最大出力電流によって
第５図における最大値Ｉ　Ｍｍａｘに制限される。この
電流制限により、牽引力も第６図に示すように最大値Ｆ
□８以上は得られないことになる。

一方、第３図に示した駆動方式では、１ｆ１流器５１゜
５２に対して２つの直流電動機群を並列接続するもので
あるため、各電動機群に流し得る電流の最大値は整流器
の最大出力電流の１／２となる。このため、従来の方式
では、電気車の低速時に大きなトルクを得ようとしても
整流器の最大出力電流の１、／２しかｍ　！Ｆ、ＩＩ　
Ｊ！＆に流すことができず、充分な加速力が得られない
という問題があり、その結果。

駅間所要時間が長くなって輸送能力に劣るという不都合
があった。これを解決するためにはより大電流を供給で
きる整流器を必要とするが、その場合には高価格化及び
重量の増大を招くという欠点があった。

本発明は上記問題点を解決するために堤案されたもので
、その目的とするところは、整流器の容量増大を招くこ
となく低速域での車両の加速性能を高め、輸送能力の向
上を図った交流電気車駆動方式を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は、交流電源に接続さ
れた整流器の直流側に、１台以上の直流電動機を直列接
続してなる少なくとも２組以上の直流電動機群が接続さ
れ、前記整流器の直流出力電圧を可変として前記直流電
動機に給電する交流電気車駆動方式において、車両速度
が低い第１の速度範囲においては前記直流電動機群を前
記整流器に対して全て直列接続し、前記第１の速度範囲
よりも高い第２の速度範囲においては前記直流電動機群
を前記整流器に対して並列接続することを特徴とする。

（作用）本発明によれば、車両速度が比較的低速である第１の速
度範囲では、各直流電動機群が直列接続されるため、こ
れらの電動機群を構成する電動機には整流器の出力電流
に等しい電流がそれぞれ流れる。このため、直流電動機
群を並列接続した場合に比べて大きな電動機電流（電動
機群が２つである場合には２倍の電流）を流すことがで
き、電動機の発生トルクが増大して加速性能が向上する
。

また、前記第１の速度範囲よりも高速の第２の速度範囲
では、各直流電動機群を従来と同様に並列接続して運転
する。

（実施例）以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

第１図はこの実施例が適用される交流電気車駆動システ
ムを示すものであり、その構成の大部分は第３図と同様
であるため、同一の構成要素には同一の符号を付して詳
述を省略し、以下、異なる部分のみについて説明する。

第１図の車両２００′において、直流遮断器６の出力側
には直並列切替スイッチＳＷ１のＰ側端子が接続され、
このスイッチＳＷ工の共通端子は４台の直流電動機８１
〜８４及び直流リアクトル７１の直列回路に接続されて
いる。また前記スイッチＳＷ工のＳ側端子は、直流リア
クトル７１の他端と別の車両３００の直流電動機群との
間に接続された直並列切替スイッチＳＷ２のＳ側端子に
接続され、このスイッチＳＷ２のＰ側端子は直流リアク
トル７１の他端に、また共通端子は別の車両３００の直
流電動機９４に接続されている。

ここで、直並列切替スイッチｓｗ、、ｓｗ、は連動スイ
ッチであり、ｆｆｔ気車０低速域ではＳ側に、また中高
速域ではＰ側に切替えられるようになっている。

次いで、この実施例による駆動方式を第２図を参照しつ
つ説明する。なお、第２図（ａ）は第４図（ａ）に、第
２図（ｂ）は第４図（ｂ）にそれぞれ対応している。

まず、第２図において、第１の速度範囲Ｉ（車両速度０
＝ｖ、）の低速域では直並列切替スイッチＳＷ工、ＳＷ
２をＳ側に接続しておく、これにより。

直流電動機８１〜８４と同９１〜９４からなる各電動機
群は整流器５１．５２に対して直列接続される。また、
第２の速度範囲■（車両速度Ｖ、〜Ｖ　Ｚ　）の中高速
域では切替スイッチｓｗ１．ｓｗ、をＰ側に接続するこ
とにより、各電動機群は整流器５１．５２に対して並列
接続される。

いま、カ行発車時で車両速度ＶがＯ”ｖ、の期間では電
動機８１〜８４．９１〜９４が全て直列に接続されるた
め、整流器５１．５２の直流出力電圧は各電動機群を並
列接続した場合の（すなわち、第３図の方式に比べて）
２倍の大きさで車両速度Ｖの上昇につれて次第に増加し
ていく、電動機群を並列接続した場合には、前述の如く
車両速度ｖＬで整流器５１、５２の出力電圧が最大とな
るので、この実施例の如く第１の速度範囲工で直列接続
するとｖｌのほぼ１／２である速度ｖ０で出力電圧が最
大となる。この間、整流器５１．５２はその容量−杯の
一定電流のＩｏを電！ＩＩＪ機８１〜８４．９１〜９４
に供給するため、整流器５１．５２の直流出力ＰＤは車
両速度０〜ｖ０の範囲で最大値まで増加する。そして車
両速度ｖ０で最大値Ｐ□８となる。

そして、車両速度が■。に達した時点で整流器５１．５
２の出力電圧を零または小さな値にまで低下させると共
に直並列切替スイッチｓｗ、、ｓｗ２をＰ側に切替える
ことにより、直流電動機８１〜８４及び９１〜９４から
なる直流電動機群を並列接続し、第４図と同一特性とし
て再び整流器５１．５２の直流出力電圧Ｖｏを車両速度
Ｖ工まで増加させていく。

この結果、車両速度０−　ｖ　０の低速域において、電
動機８１〜８４．９１〜９４に供給される電流ＩＤは第
４図（ａ）に比べてほぼ２倍になると共に、第２図（ｂ
）の斜線部分に相当する電力を電動機８１〜８４゜９１
〜９４に余分に供給することができ、電動機発生トルク
の増加及び加速力の向上が可能になる。

ここで、低速域Ｑ　”　ｖ　０におけるｆ′ｄ動機の電
流ＩＭ（＝Ｉｌ＋）は電動機の許容電流以下であること
は言うまでもない。

なお１本発明では直流直巻電動機の場合で説明したが、
本発明に用いられる直流電動機としては、直流直巻電動
機の他に直流複巻電動機、他励直流ｆｆｉ動［（直流分
巻電動機）等の伺わであってもよい。

また、直流電動機群の数は上記実施例に拘らず３以上で
あってもよく、更に、１つの直流電動機群を構成する電
動機の数も何ら限定的なものではない。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、車両速度が低速域では直
流電動機群を直列接続して化ｍ５ｌａ電流を増加させた
ため、この速度範囲での電動機への供給電力を増加させ
、発生トルク及び加速力の向上を図ることができる。ま
た、電気車の低速域における高粘着力を有効に利用する
ことができ、車両性能の大幅な向上が可能である。

加えて、低速域での加速度増大により、駅間所要時間を
短縮して輸送能力の向上を図ることができると共に、整
流器の容量増大を伴わないからコストの上昇や重量増加
を招く等の欠点もない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は交流電気車駆動システムの構成図。第２図（ａ）、（ｂ）はその特性を示す図、第３図は従
来例を説明するための交流電気車駆動システムの構成図
、第４図（ａ）、（ｂ）はその特性を示す図。ｆ５５図は直流電動機の特性を示す図、第６図は粘着特
性を示す図である。３・・・主変圧器　　　　　　　　５１．５２・・・整
流器８１〜８４．９１〜９４−・・直流電動機　２００
　’、　３００−・・車両ＳＷ工、　Ｓ　Ｗ、・・・直
並列切替スイッチｊｌｓ　　図第６図

Claims

【特許請求の範囲】交流電源に接続された整流器の直流側に、１台以上の直
流電動機を直列接続してなる少なくとも２組以上の直流
電動機群が接続され、前記整流器の直流出力電圧を可変
として前記直流電動機に給電する交流電気車駆動方式に
おいて、車両速度が低い第１の速度範囲においては前記直流電動
機群を前記整流器に対して全て直列接続し、前記第１の
速度範囲よりも高い第２の速度範囲においては前記直流
電動機群を前記整流器に対して並列接続することを特徴
とする交流電気車駆動方式。