JPH027801A - 電気車の制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は架線に瞬時的な停電を生じたときに電機子電流
を制御する電気車の制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、電気車の推進力は電気車の速度および架線電圧か
ら電動機への電機子電流指令値および界磁電流指令値を
算出し、この電機子電流指令値および界磁電流指令値に
一致した電機子電流および界磁電流を電動機に与えるこ
とによって制御される。この制御装置の一例としては第
５図および第６図に示すようなものがある。第５図は電
気車を駆動する制御装置を示している。電流指令値演算
部１には運転手指令信号ＮＣ，電気車速度ＶＬＣおよび
架線の架線電圧ＥＣが与えられる。架線電圧ＥＣは第６
図に示すように集電器２を通して配されている計器用変
圧器ＰＴによって検知された電圧である。電流指令値演
算部１は電気車速度ＶＬＣおよび架線電圧ＥＣに基づい
て電機子電流指令値ＩＡＣと界磁電流指令値ＩＦＣを算
出する。

電機子電流指令値ＩＡＣは減算器３に与えられ、さらに
、減算器３には作動中の直流他励モータの電機子電流Ｉ
Ａが与えられる。減算器３では電機子電流指令値ＩＡＣ
から電機子電流ＩＡが減算されることにより電機子電流
偏λ値ΔＩＡが算出される。この電機子電流偏差値ΔＩ
Ａは電機子電流フィードバック制御部４に与えられる。

電機子電流フィードバック制御部４は電機子電流偏差値
ΔＩＡを零にするような電機子電圧変換比ＡＬＡを算出
する。電機子電圧変換比ＡＬＡは電機子位相演算部５に
与えられ、電機子位相演算部５は電機子電圧変換比ＡＬ
Ａに基づいて電機子位相演算部５に予め記憶されている
位相−出力電圧特性により決定される電機子電流位相指
令値ＰＨＡを算出する。この電機子電流位相指令値ＰＨ
Ａは第６図に示すように電機子電流制御部６に与えられ
る。

一方、界磁電流指令値ＩＦＣは減算器７に与えられ、さ
らに、減算器７に直流他励モータの作動中の界磁電流Ｉ
Ｆが与えられる。減算器７では界磁電流指令値ＩＦＣか
ら界磁電流ＩＦを減算することによって界磁電流偏差値
ΔＩＦが算出される。

この界磁電流偏差値ΔＩＦは界磁電流フィードバック制
御部８に与えられ、界磁電流フィードバック制御部８で
は界磁電流偏差値ΔＩＦを零とするような界磁電圧変換
比ＡＬＦが算出される。界磁電圧変換比ＡＬＦは界磁位
相演算部９に与えられ、界磁位相演算部９は界磁電圧変
換比ＡＬＦに基づいて界磁位相演算部９に予め記憶され
ている位相−出力電圧特性により決定される界磁電流位
相指令値ＰＨＦを算出する。この界磁電流位相指令値Ｐ
ＨＦは第６図に示すように界磁電流制御部１０に与えら
れる。

第６図に示すように電機子電流制御部６および界磁電流
制御部１０には集電器２が架線１１に接触しているとき
の架線電圧ＥＣが与えられる。電機子電流制御部６に内
蔵されているサイリスクのゲートが電機子電流位相指令
値ＰＨＡを受けることによって、サイリスクからは制御
された電機子電流！Ａが直流他励モータ１２の電機子巻
線１３の一端に与えられる。また、界磁電流制御部１０
側に内蔵されているサイリスタのゲートが界磁電流位相
指令値ＰＨＦを受けることによって、サイリスクからは
制御された界磁電流ＩＰが直流他励モータ１２の界磁巻
線１４の一端に与えられる。

電機子巻線１３および界磁巻線１４のそれぞれの他端は
車輪１５を通してレール１６に接触している。また、同
じように電機子電流制御部６および界磁電流制御部１０
は車輪１５を通してレール１６に接触している。なお、
計器用変流器１７ａは作動中の直流他励モータ１２の界
磁電流ＩＦを検知し、計器用変流器１７ｂは電機子電流
ＩＡを検知するものである。

上記のような構成において、電気車の運転中に架線電圧
ＥＣが増加したときは、電機子電流ＩＡおよび界磁電流
ＩＦの増加を防ぐために電機子電流位相指令値ＰＨＡお
よび界磁電流位相指令値ＰＩＦは抑制される。架線電圧
ＥＣが減少したときは、電機子電流ＩＡおよび界磁電流
ＩＦの減少を防ぐために電機子電流位相指令値ＰＨＡお
よび界磁電流位相指令値ＰＩＦは増加される。このよう
に架線電圧ＥＣが変化しても、電気車の推進力は変化し
ないように制御される。

しかし、瞬時的に停電が生じたときの架線電圧ＥＣは第
７図（ａ）に示すように減衰し、電機子電流ＩＡも第７
図（Ｃ）に示すように減衰する。

この電機子電流ＩＡが減衰したときは電機子電流ＩＡの
減衰を抑制するために第７図（ｄ）に示すように電機子
電流位相指令値ＰＨＡが増加される。

同じように、界磁電流ＩＦは第７図（ｅ）に示すように
減衰する。この界磁電流ＩＦの減衰については、一般に
モータの界磁回路は誘導成分が大きいので電機子回路よ
りも大きな時定数を有する。

したがって、界磁電流ＩＦの減衰は電機子電流ＩＡと比
較して小さいが、この界磁電流ＩＦの減衰を抑制するた
めに第７図（ｆ）に示すように界磁電流位相指令値ＰＨ
Ｆを増加させる。電機子電流位相指令値ＰＨＡおよび界
磁電流位相指令値ＰＨＦは停電が解除したことを制御系
によって検知された後、緩やかに減少する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、停電が解除した後は、電機子電流位相指
令値ＰＨＡおよび界磁電流位相指令値ＰＩＦは増加して
いるので、電機子電流ＩＡおよび界磁電流ＩＦは増加す
る。特に、停電の時間が制御系の応答と比較して長い場
合は、電機子電流位相指令値ＰＨＡおよび界磁電流位相
指令値ＰＩＦが電機子電流制御部６および界磁電流制御
部１０において最大位相に固定されていることもある。

このように停電が解除した直後は第７図（ｃ）に示すよ
うに電機子電流ＩＡおよび界磁電流ＩＦ（図示省略）が
急激に上昇することになる。

この時、上記したように電機子回路は界磁回路よりも時
定数が小さいので、電機子電流ＩＡの増加は界磁電流Ｉ
Ｆに比べて非常に大きくなる。この電機子電流ＩＡの増
加は第７図（ｂ）に示すように、モータ過電流値１０Ｃ
Ｄを超えてしまうために、直流他励モータ１２を保護し
なければならず、直流他励モータ１２の回転を一時停止
しなければならない。即ち、電気車が一時停車すること
になる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、停電から通常状態に復帰したときに電機子回路に過
電流が流れることのない電気車の制御装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、架線に瞬時的に停
電が生じたときの架線電圧波形を微分して架線微分電圧
値を算出する微分器、架線微分電圧値の大きさに応じて
停電を検知するための基準となる微分電圧検知設定値を
予め記憶している微分電圧レベル設定器、架線微分電圧
値が微分電圧検知設定値よりも大きいときに第１停電信
号を出力する比較器を有し、架線電圧の瞬時的な変化に
基づいて停電を検出する第１停電検出器と、電機子電流
指令値から瞬時的な停電時の電機子電流を減算して電機
子電流偏差値を算出する減算器、電機子電流偏差値の大
きさに応じて停電を検知するための基準となる電流偏差
検知設定値を予め記憶している電流偏差レベル設定器、
電機子電流偏差値が電流偏差検知設定値よりも大きいと
きに第２停電信号を出力する比較器を有し、電機子電流
の瞬時的な変化に基づいて停電を検出する第２停電検出
器と、第１停電信号または第２停電信号の時間幅に応じ
て増加し、増加後に予め定められた時間だけ持続し、こ
の時間後に予め定められた時間に応じて減少する電機子
電流抑制値を出力する電流抑制発生器と、電機子電流指
令値から電機子電流抑制値を減算して第１停電信号また
は第２停電信号の時間幅に応じて電機子電流を減少させ
るための電機子電流補正値を出力する減算器と、電機子
電流補正値に応じて電機子電流を出力する電機子電流出
力器とを備えたものである。

（作　用） 上記のような電気車の制御装置では、架線電圧の変化に
基づいて検知された第１停電信号、または電機子電流の
変化に基づいて検知された第２停電信号が検出されたと
きに、架線は瞬時的に停電状態であると判断される。上
記の第１停電信号、または第２停電信号は電流抑制値発
生器に与えられ、電流抑制値発生器は電機子電流抑制値
を出力する。この電機子電流抑制値は第１停電信号、ま
たは第２停電信号の時間幅に応じて増加し、そして、所
定時間だけ持続した後、所定時間に応じて減少する特性
のものである。次に、電機子電流指令値から電機子電流
抑制値を減算することによって電機子電流補正値を求め
る。この電機子電流補正値は電機子電流指令値を第１停
電信号または第２停電信号の時間に応じて減少させ、所
定時間だけ持続させた後、所定時間に応じて増加させる
ものである。この電機子電流補正値に基づいて電機子電
流を出力する。

（実施例） 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図および第２図は本発明における電気車の制御装置を示
す回路構成である。なお、本発明における電気車の制御
装置は第５図および第６図に基づいて従来の技術の項で
すでに説明したものと同じ構成を有するので、その構成
には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。まず、架
線に停電が発生した場合を第３図および第４図に基づい
て説明する。

第１図において、第１停電検出器１８は微分器１９、微
分電圧レベル設定器２０および比較器２１からなるもの
である。今、瞬時的に停電が発生したとすると、検知さ
れた架線電圧ＥＣは微分器１９に与えられる。この時の
架線電圧ＥＣは第３図（ａ）に示すように減衰する。微
分器１９では減衰した架線電圧波形を微分する。即ち、
−ｄＥＣ／ｄｔの演算がなされることによって、第３図
（Ｃ）に示す架線微分電圧値ＤＥＣが得られる。この架
線微分電圧値ＤＥＣは比較器２１の一入力端に与えられ
る。微分電圧レベル設定器２０には第３図（ｂ）に示す
ように停電を検知するために基準となる微分電圧検知設
定値ＤＥＣＲが予め記憶されている。この微分電圧検知
設定値ＤＥＣＲは比較器２１の他入力端に与えられる。

比較器２１では架線微分電圧値ＤＥＣと微分電圧検知設
定値ＤＥＣＲとが比較され、架線微分電圧値ＤＥＣが微
分電圧検知設定値ＤＥＣＲよりも大きいときは、第３図
（ｄ）に示すように微分電圧検知設定値ＤＥＣＲを越え
た分に対応する第１停電信号ＰＩＤＩが論理和回路２２
の一入力端に与えられる。

一方、第２停電検出器２３は減算器２４、電流偏差レベ
ル設定器２５および比較器２６からなるものである。減
算器２４では第４図（ａ）に示すように電機子電流指令
値ＩＡＣと、同じく第４図（ａ）に示す電機子電流ＩＡ
とが減算されて第４図（Ｃ）に示すように電機子電流偏
差値ΔＩＡが算出される。この電機子電流偏差値ΔＩＡ
は比較器２６の一入力端に与えられる。電流偏差レベル
設定器２５には第４図（ｂ）に示すように停電を検知す
るための基準となる電流偏差検知設定値ＤＩＲが予め記
憶されている。この電流偏差検知設定値ＤＩＲは比較器
２６の他入力端に与えられる。比較器２６では電機子電
流偏差値ΔＩＡと電流偏差検知設定値ＤＩＲとが比較さ
れ、電機子電流偏差ΔＩＡが電流偏差検知設定値ＤＩＲ
よりも大きいときは第４図（ｄ）に示すように電流偏差
検知設定値ＤＩＲを越えた分に対応する第２停電信号Ｐ
ＩＤ２が論理和回路２２の他入力端に与えられる。

今、論理和回路２２に第１停電信号ＰＩＤＩが与えられ
たときは、論理和回路２２から停電信号ＰＩＤが電流抑
制値発生器２７に与えられる。停電信号ＰＩＤは電流抑
制値発生器２７を作動させるためのトリガである。電流
抑制値発生器２７は停電信号ＰＩＤを受けると、第３図
（ｇ）に示すように電機子電流抑制値ＩＣＣを出力する
。この電機子抑制値ＩＣＣは、第１停電信号Ｐ　ＩＤＩ
の時間幅に対応する時間Ｔａに応じて増加する立ち上が
りと、時間Ｔａが経過した後、所定時間Ｔｓだけ持続す
る部分と、所定時間Ｔｓ後に所定時間Ｔｂに応じて減少
する立ち下がりとを有する。電機子電流抑制値ＩＣＣは
第２図に示すように減算器２８に与えられる。減算器２
８は第３図（ｆ）に示す電機子電流指令値ＩＡＣから電
機子電流抑制値ＩＯＣを減算して第３図（ｅ）に示すよ
うに電機子電流補正値ＩＣＯを出力する。

この電機子電流補正値ＩＣＯは第１停電信号ＰＤＩＩが
検知されている時間Ｔａに応じて電機子電流指令値ＩＡ
Ｃを減少させる立ち下がりと、電圧停電信号ＰＤＩＩが
消滅した後、減少した電機子電流指令値ＩＡＣを所定の
時間Ｔｓだけ持続する部分と、時間Ｔｓの後に時間Ｔｂ
に応じて電機子電流指令値ＩＡＣを増加させ、もとの電
機子電流指令値ＩＡＣに回復させる立ち上がりとを有す
るものである。なお、時間Ｔｓは電気車の運用状況、架
線の状態および集電器の特性に応じて、通常１０ｍ５ｅ
ｃ　−１，０ｓｅｃの範囲の値をとる。

上記した電機子電流補正値ＩＣＯは第２図に示すように
減算器３に与えられる。電機子電流補正値ＩＣＯが減算
器３に与えられた後の説明は従来の技術の項で第５図お
よび第６図に基づいてすでに説明した通りであり、電機
子電流フィードバック制御部４、電機子位相演算部５、
および電機子電流制御器６からなる電機子電流出力器４
ａによって電機子電流ＩＡが形成され、この電機子電流
ＩＡは電機子巻線１３に与えられる。

この電機子巻線１３に与えられた電機子電流ＩＡは、停
電の解除直後において第７図（ｃ）に示す従来の電機子
電流ＩＡのように急に上昇して電機子巻線１３に対して
過電流となるようなことはなく、第３図（ｆ）に示すよ
うに停電が解除した直後も電機子電流ＩＡが増加するこ
とはなく、第３図（ｅ）に示すように電機子電流補正値
ＩＣＯの立ち上がりに応じて第３図（ｆ）に示すように
もとの電機子電流ＩＡに復帰する。

また、論理和回路２２に第２停電信号ＰＩＤ２が与えら
れると、論理和回路２２からは停電信号ＰＩＤが電流抑
制値発生器２７に与えられる。電流抑制値発生器２７は
停電信号ＰＩＤを受けると、電機子電流抑制値ＩＣＣを
出力する。この電機子電流抑制値ＩＣＣは第４図（ｆ）
に示すように、第２停電信号ＰＩＤ２に対応する時間Ｔ
ａに応じて増加する立ち上がりと、時間Ｔｓだけ持続す
る部分と、時間Ｔｓの経過後、時間Ｔｂに応じて減少す
る立ち下がりとを有する。電機子電流抑制値ＩＣＣは第
２図に示すように減算器２８に与えられる。減算器２８
では電機子電流指令値ＩＡＣから電機子電流抑制値■Ｃ
Ｃを減算し、減算器２８は第４図（ｅ）に示すように電
機子電流補正値ＩＣＯを出力する。この電機子電流補正
値ＩＣＯは上記と同様に、第２停電信号ＰＩＤ２が検知
されている時間Ｔａに応じて電機子電流指令値ＩＡＣを
減少させる立ち下がりと、第２停電信号ＰＩＤ２が消滅
した後、減少した電機子電流指令値ＩＡＣを所定時間Ｔ
ｓだけ持続する部分と、時間Ｔｓの後に時間Ｔｂに応じ
て電機子電流指令値ＩＡＣを増加させ、もとの電機子電
流指令値ＩＡＣに回復させる立ち上がりとを有するもの
である。時間Ｔｓは上記した時間Ｔｓと同様に、１０ｍ
５ｅｃ　〜１．０　ｓｅｃの範囲の値である。

上記の電機子電流補正値ＩＧＯは上記と同様に第２図に
示すように減算器３に与えられ、この減算器３から以下
の説明は上記した内容と同様である。このように電機子
電流補正値ＩＣＯに基づいて第２図および第６図に示す
ように電機子電流出力器４ａから電機子巻線１３に出力
される電機子電流ＩＡは第４図（ａ）に示すように停電
の解除直後においても、電機子電流ＩＡが増加すること
はなく、第４図（ｅ）に示すように電機子電流補正値Ｉ
ＣＯの立ち上がりに応じて第４図（ａ）に示すようにも
との電機子電流ＩＡに復帰する。

〔発明の効果〕

以上述べたことから本発明における電気車の制御装置で
は第１停電検出器、または第２停電検出器によって瞬時
的に停電が発生したことを検知し、この検知によって上
記の両停電検出器はそれぞれ第１停電信号、または第２
停電信号を電流抑制値発生器に出力し、この電流抑制値
発生器は上記の第１停電信号、または第２停電（ａ号の
時間幅に応じて増加し、増加した後、所定時間だけ持続
し、この後所定時間に応じて減少する電機子電流抑制値
を出力し、次に、電機子電流指令値から電機子電流抑制
値を減算することによって、電機子電流補正値を求めて
電機子電流指令値を上記の第１停電信号または第２停電
信号の時間幅に応じて減少させ、所定時間だけ持続させ
、この後、所定時間に応じて増加させて、もとの電機子
電流指令値に復帰させ、この電機子電流補正値に応じて
電機子電流を出力するので、停電から通常状態に復帰し
ても電機子電流が急に増加するようなことはなく、した
がって、電機子巻線に過電流が流れることのない制御装
置を実現できる。

８・・・減算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 架線に瞬時的に停電が生じたときの架線電圧波形を微分
   して架線微分電圧値を算出する微分器、前記架線微分電
   圧値の大きさに応じて停電を検知するための基準となる
   微分電圧検知設定値を予め記憶している微分電圧レベル
   設定器、前記架線微分電圧値が微分電圧検知設定値より
   も大きいときに第１停電信号を出力する比較器を有し、
   架線電圧の瞬時的な変化に基づいて停電を検出する第１
   停電検出器と、 電機子電流指令値から瞬時的な停電時の電機子電流を減
   算して電機子電流偏差値を算出する減算器、前記電機子
   電流偏差値の大きさに応じて停電を検知するための基準
   となる電流偏差検知設定値を予め記憶している電流偏差
   レベル設定器、前記電機子電流偏差値が電流偏差検知設
   定値よりも大きいときに第２停電信号を出力する比較器
   を有し、電機子電流の瞬時的な変化に基づいて停電を検
   出する第２停電検出器と、 前記第１停電信号または第２停電信号の時間幅に応じて
   増加し、増加後に予め定められた時間だけ持続し、この
   時間後に予め定められた時間に応じて減少する電機子電
   流抑制値を出力する電流抑制値発生器と、 前記電機子電流指令値から前記電機子電流抑制値を減算
   して前記第１停電信号または第２停電信号の時間幅に応
   じて前記電機子電流を減少させるための電機子電流補正
   値を出力する減算器と、前記電機子電流補正値に応じて
   電機子電流を出力する電機子電流出力器とを備えたこと
   を特徴とする電気車の制御装置。