JPH03117301A - 電気車制御装置 - 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、モータ電流を制御する半導体素子の過熱防
止機能を備えた電気車制御装置に関し、特に、冷媒温度
が所定温度まで上昇しても、電流パターンを制限して運
転を継続させ、不必要な運転停止動作を抑制した電気車
制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 第７図は、例えば特公昭６１−２７９６１号公報に記載
された、チョッパ制御による一般的な電気車の主回路を
示す回路図である。

図において、架線（１）に接触したパンタグラフ（２）
には電機子（３）及び界磁（４）からなるモータ（５）
が接続されている。モータ（５）の両端間にはフリーホ
イールダイオード（６）が並列接続され、又、モータ（
５）とグランドとの間には、モータ電圧ＥＭ及びモータ
電流工、を制御するための半導体素子からなるチョッパ
（７）が挿入されている。

チョッパ（７）は、第８図に示すように、一定周期Ｔ（
オン期間Ｔ。、＋オフ期間工。ＦＦ）の間に、架線電圧
Ｅｓのオンオフを繰り返すことにより、モータ（５）に
実質的に印加されるモータ電圧Ｅ、ｌを制御している０
通常、オン期間Ｔ。、と１周期Ｔとの比は、通流率γと
呼ばれ、 γ＝Ｔ、、／Ｔ Ｏくγく１ で表わされる。この通流率γを用いてモータ電圧Ｅ　Ｍ
と架線電圧Ｅｓとの関係を表わすと、Ｅ、＝γ・Ｅｓ　
　　　　・・・■ となる。

又、チョッパ（７）が動作中のモータ電流Ｉ。は、１、
＝（Ｅ、ｌ−Ｋ・Φ・Ｖ　）／　Ｒ但し、Ｋ：定数 Φ；磁束 ■＝速度 Ｒ：モータの内部抵抗 で表わされ、■式を代入すれば、 ■、＝（γ・Ｅｓ−Ｋ・Φ・Ｖ）／Ｒ、、−■となる。

■式より、通流率γが一定であれば、電気車の速度Ｖが
大きくなるほどモータ電流１．が減少することが分かる
。又、■式より、通流率γは、 ｒ　＝　（Ｋ−Φ・Ｖ　＋　Ｉ　ｘ　・Ｒ）／　Ｅ　ｓ
　　−■となる。

速度Ｖとモータ電流１．との関係は第９図のノツチ曲線
のように表わされる。通常、電気車の場合、運行ダイヤ
を守るために一定加速度で運転する必要があるので、加
速度に相当するモータ電流Ｉ９が一定となるように、速
度Ｖに応じて通流率γを制御している。■式及び０式、
並びに第９図から明らかなように、モータ電流Ｉ。を一
定に保持するためには、速度Ｖに比例して通流率γを大
きくする必要がある。

従って、チョッパ（７）は、モータ電流１．が一定の電
流パターンに従うように通流率制御され、加速時におい
ては、例えば第９図の矢印Ａに示すように、速度■が大
きくなるにつれて通流率γが大きくなるように制御され
る。このとき、モータ電流１．の大きさは、電気車の乗
車人数（負荷状態）によって変化し、満車（最大負荷）
状態においては矢印Ｂのように最大モータ電流工□□で
一定制御され、空車（最小負荷）状態の場合は矢印Ａの
ように必要最小限のモータ電流Ｉ　Ｎｏで一定制御され
る。

尚、速度■の上昇に伴って、例えば点Ｃのように最大通
流率γＮＡＸに達した場合は、矢印りのように、モータ
電流Ｉｓを減少させながら加速することになる。

一方、チョッパ（７）は、モータ電流Ｉイの制御中に過
熱されて劣化や破壊を生じること防ぐため、通常、冷却
装置内に配置されている。

第１０図は、例えば特公昭５８−５７０４１号公報又は
特公昭６１−３５７６１号公報に記載された、一般的な
冷却装置を示す構成図である。

図において、チョッパ（７）を構成するサイリスタ等の
半導体素子（７ａ）は、冷却装置（１１）内に収納され
たフロン等の冷媒（１０）中に浸けられている。

半導体素子（７ａ）の冷却時に気化した冷媒（１０）は
、冷却装置（１１）と一体の凝縮器（１２）内を矢印の
ように循環する。又、冷媒（１０）中には、温度検出手
段となるバイメタル等の温度リレー（１３）が浸けられ
ている。

第１１図は冷媒（１０）中の半導体素子（７ａ）を示す
拡大断面図である。図において、半導体素子（７ａ）内
の接合部（８）と冷媒（１０）に接触する外周部（９）
との間には、熱抵抗θｊが存在している。

第１２図は従来の電気車制御装置を示す構成図である。

図において、第１Ｏ図内の温度リレー（１３）の動作信
号によって閉成されるリレー接点（１４）は、電源（１
５）と補助リレー（１６）との間に挿入されている。補
助リレー（１６）の動作信号によって開放される補助リ
レー接点（１７）は、運転台上の指令器（１８）とチョ
ッパゲート制御回路（１９）との間に挿入されている。

第１３図は半導体素子（７ａ）内の接合部（８）の許容
上限温度ＴＮＡＸと温度リレー（１３）の動作温度Ｔ。

どの関係を示す説明図である０図において、動作温度Ｔ
０は、半導体素子（７ａ）の熱抵抗θｊ（第１１図参照
）を考慮して、許容上限温度Ｔ　、Ａ、（−１２５°Ｃ
）から、接合部（８）と外周部（９）との最大温度差Δ
Ｔ　ＪＭＡＸだけ余裕をみた低い温度（６０°Ｃ程度）
に設定されており、 Ｔ　Ｏ＝　Ｔ　ＭＡＸ−ΔＴ　ＪＭＡＸと表わされる。

次に、第７図〜第１３図を参照しながら、従来の電気車
制御装置の動作について説明する。

通常は、チョッパ（７）即ち半導体素子（７ａ）が過熱
状態でないため、温度リレー（１３）は動作せず、リレ
ー接点（１４）が開放され、補助リレー接点（１７）は
閉成されている６従って、運転台の指令器（１８）から
カ行指令が出力されると、チョッパゲート制御回路（１
９）は、モータ電流１．が負荷状態に応じた一定の電流
パターンに従うように、チョッパ（７）の通流率γを制
御する。

このとき、半導体素子（７ａ）の接合部（８）で発生す
る電力損失Ｐｗは、 Ｐｗ＝　ＩＮ’７　・Ｅｐ＋Ｐｓ　　　　　−■但し、
ＥＦ：順方向電圧降下 Ｐｓニスイツチング損失 で表わされる。ここで、モータ電流Ｉイ及び通流率γと
して、最大モータ電流Ｉ　Ｎ＋ＩＡＸ及び最大通流率γ
ＷＡＸを代入すると、最大電力損失Ｐ’ｌｌ１ＭＡＸが
、Ｐ　ＷＭＡＸ＝　ｒ　ＭＭＡＸ’γ−ｓｘｏＥ　Ｆ＋
　Ｐ　ｓ　　−■で与えられる。これは第９図内の点Ｃ
の運転条件に対する電力損失に相当する。

一方、半導体素子（７ａ）の接合部（８）と冷媒（１０
）との間の温度差（温度勾配）ΔＴｊは、ΔＴｊ＝θｊ
−Ｐｗ　　　　・・・■ で表わされ、第９図内の点Ｃの運転条件での最大温度差
ΔＴ　ＪＩＩＡＸは、 ΔＴ　ＪＭＡＸ＝θｊ−Ｐ　ＩＩＩＭＡＸ　　、”■と
なる。

通常、半導体素子（７ａ）は許容上限温度（１２５°Ｃ
）を越えると特性が急激に劣化したり破壊に至るので、
温度リレー（１３）の動作温度Ｔｏは、第１３図に示す
ように、■式の最大温度差ΔＴｊ１．ｌＡＸを考慮して
、接合部（８）の温度が１２５°Ｃを越えないように、
Ｔｌ１ｌ−ＴＰＩＡＸ−ΔＴＪＭＡＸ と設定されなければならない。

この結果、冷媒（１０）の温度が動作温度Ｔ。まで上昇
した時点で温度リレー（１３）が動作し、第１２図のリ
レー接点（１４）が閉成されて補助リレー（１６）が励
磁される。従って、補助リレー接点（１７）が開放され
、チョッパゲート制御回路（１９）が指令器（１８）か
ら切り離されるため、電気車は全く動作できなくなる。

しかし、実際には、動作温度Ｔｏが第９図内の点Ｃでの
運転条件に基づいて設定されているので、冷媒（１０）
の温度が動作温度Ｔ。に達しても、接合部（８）の温度
が許容上限温度ＴＭＡＸ（１２５°Ｃ）に達していると
は限らない。なぜなら、０式から明らかなように、電力
損失Ｐｕ＋は、モータ電流１．又は通流率γが小さけれ
ば最大電力損失ＰＩｌ１Ｍ−より小さくなるので、０式
から明らかなように、温度差ΔＴｊも最大温度差ΔＴｊ
ＭＡＸより小さくなって、許容上限温度Ｔ　）ｌ　Ａ　
Ｘに対して余裕が生じるからである。

即ち、動作温度Ｔ。のみに基づいて運転制御を行うと、
実際には小さい温度差ΔＴｊの条件下で運転可能な状態
であっても、不必要な運転停止を強いられることになる
。

［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、チョッパ保護用
の冷媒（１０）の温度が予め設定された動作温度Ｔ。に
達したときに運転を停止しているので、モータ電流■。

又は通流率γが小さくなる条件下でも運転できなくなる
という問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、温度リレーが動作しても、半導体素子の接合
部温度が許容上限温度を越えない範囲でモータ電流及び
通流率を制限し、運転を継続することのできる電気車制
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、温度検出手段の動作
信号に基づいて電流パターンを制御する電流パターン制
御回路を設け、半導体素子が許容上限温度以下で動作し
且つモータが駆動できる範囲内で、電流パターンを減少
させるようにしたものである。

［作用］ この発明においては、電気車の速度上昇に伴い逆流率が
増大して冷媒温度が動作温度に達しても、接合部温度に
対応する電力損失を、許容上限温度を越えない程度の一
定値以下に制御し、電流パターンを運転に必要な最小値
まで減少させて運転を継続させる。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、リレー接
点（１４）は前述と同様のものである。

又、主回路及び冷却装置の構成は、それぞれ第７図及び
第１０図に示した通りである。

図において、第１の比較演算回路（２０）は、その増幅
率Ｇ２゜が１であり、入力抵抗器（２１）及び（２２）
と、演算増幅器（２３）と、帰還抵抗器（２４）とを備
え、電流パターンＩｐｏと制限パターンエ５．（後述す
る）とを比較して、電流パターンＩｐを出力するように
なっている。

第２の比較演算回路（３０）は、第１の比較演算回路（
２０）とほぼ同構成からなり、電流パターンｒｐとフィ
ードバックされるモータ電流Ｉ、ｌとを比較してチョッ
パ（７）（第７図参照）に対する通流率γを出力するよ
うになっている。

第３の比較演算回路（４０）は、その増幅率Ｇ４０が１
〜１０程度であり、入力抵抗器（４１）及び（４２）と
、演算増幅器（４３）と、帰還抵抗器（４４）と、帰還
コンデンサ（４５）と、逆極性の出力ダイオード（４６
）とを備え、通流率γと基準通流率γｌｌ（＜γＷＡＸ
）とを比較して抑制信号Ｅｏを出力するようになってい
る。

第４の比較演算回路（５０）は、その増幅率ＧＳＯが十
分大きく、入力抵抗器（５１）〜＜５３）と、演算増幅
器（５４）と、帰還抵抗器（５５）と、帰還コンデンサ
（５６）と、逆極性の出力ダイオード（５７）とを備え
、電流パターンＩｐ及び抑制信号ＥＯを最大モータ電流
Ｉ　ＭＭＡＸと比較して制限パターンＩＬ？を出力し、
これを第１の比較演算回路（２０）に入力するようにな
っている。

第３の比較演算回路（４０）に入力される基準通流率γ
８、及び第４の比較演算回路（５０）に入力される最大
モータ電流Ｉ　ＭＮＡＸは、それぞれ予め設定された電
圧値である。

温度リレー（１３）（第１０図参照）の動作信号により
閉成されるリレー接点（１４）は、第３の比較演算回路
（４０）の出力端子と第４の比較演算回路（５０）の入
力端子との間に挿入されている。尚、第１２図のような
補助リレーを介在させて、リレー接点（１４）を補助リ
レー接点に置き換えてもよく、これにより、ＳＮ比が向
上し、動作信頼性を向上させることができる。

リレー接点（１４）、第３の比較演算回路（４０）及び
第４の比較演算回路（５０）は、半導体素子（７ａ）が
許容上限温度Ｔ、Ａ、（第１３図参照）以下で動作し且
つモータ（５）（第７図参照）が駆動できる範囲内で、
電流パターンＩｐを減少させるための電流パターン制御
回路（６０）を構成している。

又、図示しないが、冷媒（１０）中には、温度リレー　
（１３）より高い動作温度に設定された別の温度リレー
が設けられている。この別の温度リレーの動作により、
第１２図に示すようなリレー接点（１７）を遮断し、最
終的に電気車の運転を停止するようになっている。別の
温度リレーの動作温度Ｔ０は、第２図の説明図に示すよ
うに設定されており、所定の基準温度差ΔＴｊ＊（＜Δ
Ｔ　ＪＮＡＸ）を用いて、Ｔ、Ｒ＝　１２５’Ｃ−ΔＴ
　Ｊ　Ｒ て表わされる。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

第１の比較演算回路（２０）は、運転（加速）指令及び
負荷（乗車）状態等に基づいて得られた電流パターンＩ
ｐｏと、第４の比較演算回路（５０）からの制限パター
ンＩＬ？とを比較し、 Ｉ　ｐ　＝　０２゜（Ｉ　Ｉ）Ｏ−Ｉ　ｔ、ｔ）　　　
　−２，■但し、Ｇ、。＝１ で表わされる電流パターンＩｐを出力する。

第２の比較演算回路（３０）は、電流パターンＩｐとモ
ータ電流工。との差に基づいて通流率γを決定し、 Ｉｐ＋＝Ｉｐ となるようにチョッパ（７）を制御する。この通流率γ
は、電流パターン制御回路（６０）内の第３の比較演算
回路（４０）にも入力される。

第３の比較演算回路（４０）は、通流率γと基準通流率
γ８とを比較し、 γ〉γハ のときに、 Ｅ　ｏ　＝　０４゜（γ−γ駒　　　　　・・・■但し
、１０＞　Ｇ　、、＞　１ で表わされる抑制信号ＥＯを出力する。

しかし、第１３図のように、温度リレー（１３）の動作
温度Ｔ。が、 Ｔ、＝１２５°Ｃ−ΔＴｊ、ＡＸ と設定されているので、冷媒温度が動作温度Ｔ、に達し
ていなければ、リレー接点（１４）は開放されており、
抑制信号Ｅｏは第４の比較演算回路（５０）に入力され
ない。

第４の比較演算回路（５０）は、電流パターンｚｐ及び
抑制信号ＥＯの和と最大モータ電流Ｉ　ＮＮＡＸとを比
較して、 Ｉρ＋Ｅｏ＞Ｉ□、 となったときに、 ＩＬＴ＝０５゜［（Ｉ　ｐ十ＥＯ）　　Ｉ　ＭＮＡＸ］
　　・・・［相］但し、Ｇ５゜〉〉１ で表わされる制限パターンＩＬ、を出力し、これを第１
の比較演算回路（２０）に入力する。

０式及び［株］式より、 Ｉ　ｐ＝（：２ｏ・ｌｌ）ｏ　　Ｇ２ｏ・Ｇｓｏ［（Ｉ
　ｐ＋Ｅｏ）　　Ｉ　ＭＭＡＸ］となり、 Ｉ　ｐ（１”Ｇ２ｏ・Ｇｓｏ）＝Ｇ２ｏ・Ｉ＋）ｏ−Ｇ
ｚｏ−Ｇｓｏ（Ｅｏ−１ｘｘＡｘ）より、電流パターン
■ｐは、 Ｉ　ｐ＝　Ｇｚｏ　・Ｉ　ｐＯ／　（１＋　［；２０　
・Ｇｓｏ）−Ｇ、。・Ｇ９．（ＥＯ−ｒ、、Ａ、）／（
１４Ｇ、、・Ｇ１．）・・・■ と表わされる。

ここで、以下の条ｆ′＋（Ｉ）〜（ＩＩＩ）における電
流パターンｒｐを求める。

（１）冷媒温度が動作温度ＴＤ以下であって、リレー接
点（１４）が開放されていれば、０式において、Ｅｏ＝
０ とおくことができる、又、このとき、電流パターン■ｐ
が最大モータ電流Ｉ　ＮＭ□より小さく、■□□−１ｐ
＞０ であれば、 ■Ｌ！＝Ｏ となる。従って、０式より、 Ｉ　ｐ＝　Ｇ　２ｏ　°Ｉ　ｐ。

となり、 Ｇ２゜＝１ を代入すれば、 Ｉｐ＝　Ｉ　ｐ。

となる。

（ｔＩ）冷媒温度が動作温度Ｔ０以下、即ち温度リレー
（１３）が非動作状態であって、 Ｅｏ＝０ のとき、電流パターンｒｐが最大モータ電流ＩＮＮＡＸ
より大きい場合は、 Ｉ　ＭＭＡＸ　−Ｉ　ｐ＜　０ となり、第４の比較演算回路（５０）から制限パターン
Ｉ　Ｌ？が出力される。このとき、電流パターンｘｐは
、０式より、 Ｉ　Ｉ）＝　Ｇ２６　・Ｉ　ｐｏ／　（１＋　Ｇ２０　
・Ｇｓｏ）＋Ｇｔ。・Ｇ、。・Ｉ　ＮｎＡｘ／　（１＋
　Ｇ２゜・Ｇ、。）＝　Ｉ　ｐｏ／　（１／　Ｇ２０モ
Ｇｓｏ）ｌ　Ｔ　　　−／　１１／ｌ’！−、ｌ’、−
４１”１と表わされる。ここで、 Ｇ２゜＝１ Ｇ、。〉〉１ であることを考慮すれば、 Ｉ　ｐ＝　Ｉ　ｐｏ／　（１，”Ｇｓｏ）　＋　Ｉ　Ｍ
ＭＡＸ／　（１／Ｇｓｏ”ｌ）＃０・■ｐｏ十工Ｍ、Ｉ
ＡＸ／（Ｏ＋１）＝ＩＭＮＡＫ となる。この結果、電流パターンｒｐの上限は、最大モ
ータ電流■。、ｌＡＸに相当する値に制限される。

（Ｉｌｌ）温度リレー（１３）が動作してリレー接点（
１４）が閉成された場合、通流率γが基準通流率γ、以
下であれば、第３の比較演算回路（４０）から抑制信号
Ｅｏが出力されないため、条件（１）及びＤＩ）と同様
である。しかし、通流率γが基準通流率γ８より大きく
、 γ−γに〉Ｏ の場合は、０式で示される抑制信号ＥＯが第４の比較演
算回路（５０）に入力される。従って、電裕パ々−ソＴ
、、ｌ＋　面膏ル曲ぜ１．７什ス１てＩｐ＝Ｇｚｏ・Ｉ
ｐｏ／（１＋Ｇｚｏ・Ｇｓｏ）　　（ａｚｏ・Ｇｓ。

ｘ　［Ｇ４０（γ−−ｒ　Ｆｌ）−１，ＩＩＡＸ］／（
１＋Ｇ２０−ＧＳＯ）＝　Ｉ　ｐｏ／　（１／Ｇ２０＋
Ｇｓｏ）　　［Ｇ４Ｇ（γ−γＲ）−Ｉ　ｘｘＡｘ］／
（１／Ｇ２０−ＧＳＯ＋　１）ζＩ　ＭＭ□−Ｇ４゜（
γ−γ１．ｌ）　　　　・・・＠で表わされる。

このとき、電流パターンＩｐと通流率γとの関係は、第
３図の特性図のように表わされる。

第３図において、電流パターンＩｐは、通流率γが基準
通流率γ８以下の範囲では、最大モータ電流Ｉ６□８に
相当する値（一定）であり、基準通流率γ８から最大通
流率γＷＡＸまでの範囲では、０式に従う値をとる。こ
れにより、冷媒温度が上昇して温度リレー（１３）が動
作しても、電流パターンＩｐは制限パターンＩ　Ｌ？に
よって減少された値で出力され続ける。即ち、モータ電
流１．は、チョッパ（７）の半導体素子内で発生する電
力損失Ｐ１．Ｉ＋が、基準温度差ΔＴＬ（＜ΔＴｊ□Ｘ
）に対応する基準電力損失ＰＩＩＩＲを越えず且つモー
タ（５）を駆動できる程度に制御される。

又、電気車の動作は第４図のノツチ曲線のように表わさ
れ、温度リレー（１３）が動作していないときには、例
えば矢印Ｂｌ−＋Ｂ２→Ｄｌ−＋Ｄ２のように加速され
、温度リレー（１３）が動作したときには、矢印Ｂｌ＋
Ｆ−＋Ｄ２のように加速される。

冷媒温度が別の温度リレーの基準動作温度Ｔゎ。

まで上昇すると、抑制された電流パターンＩｐでは必要
最小限のモータ電流Ｉ　ｓｏが確保できなくなるので、
電気車の運転は停止される。

次に、第５図及び第６図を参照しながら、基準通流率γ
８の設定方法について説明する。

■式より、半導体素子（７ａ）の電力損失ＰＩ１１は、
Ｐ　ｗ＝　Ｉ　ｘ・７　・Ｅ　Ｆ　＋　Ｐ　ｓであり、
通流率γの一次関数で表わされる。即ち、通流率γが０
（＝、γ１ハのとき、 Ｐ　ｗ　＝　Ｐ　ｓ となる。

又、０式より、最大モータ電流Ｉ　ＮＨ□に対して最大
通流率γ、□のとき、最大電力損失ＰＩＭ、ＩＡＸとな
り、必要最小限のモータ電流Ｉ　ｘｏに対して最大通流
率γＭＡｘのとき、基準電力損失ＰＷＲとなる。この基
準電力損失Ｐｗ１．ｌは、 Ｐ　ｗＪ＊＝　Ｉ　ＮＯ’７　ｎｓｘ・Ｅｐ　＋　Ｐ　
ｓで表わされる。

一方、第１１図に参照される半導体素子（７ａ）の接合
部（８）と冷媒（１０〉との間の温度差ΔＴｊは、０式
％式％ ） で表わされる。従って、温度差ΔＴｊと通流率γとの関
係は、モータ電流工、をパラメータとすれば、第５図の
ように表わされる。図において、最大温度差ΔＴｊｘＡ
ｘ、基準温度差ΔＴ　Ｊ　Ｒ及び最低温度差ΔＴ　ｊ＋
＋ｒ工は、それぞれ、最大電力損失Ｐ　ＷＭＡＸ、基準
電力損失Ｐｗｌｌ及びスイッチング損失Ｐｓに対応して
いる。

第５図において、必要最小限のモータ電流Ｉｐ＋ａで且
つ最大通流率γＭＡＸのときの温度差を基準温度差ΔＴ
ｊ＊とする。又、基準温度差ΔＴｊ８を示す直線、即ち
、 ΔＴｊ＝ΔＴｊ８ と、最大モータ電流■。ＭＡＸに対応する一次関数、即
ち、 Δ’ｒｊ＝θＪ（Ｉｘｙ＋Ａｘ・γ・Ｅ　Ｆ　十Ｐ　ｓ
　）との交点の通流率を基準通流率γ８とする。

基準通流率γ８のときの基準電力損失Ｐ＋Ｉ＋、による
基準温度差ΔＴＪＲと、許容上限温度Ｔ　Ｍ　Ａ　Ｘと
の関係は、第２図に示した通りである。第２図より、電
力損失Ｐｗを基準電力損失ＰＩＩＩＲ以下に抑制すれば
、冷媒温度が基準動作温度Ｔ。８（・Ｔ　Ｎ　Ａ　Ｘ−
ΔＴ　Ｊ　Ｐ）に達するまでは、動作温度Ｔ。（第１３
図参照）以上に上昇しても運転が可能であることが分か
る。

又、■式を変形すると、 Ｉ　ｎ・ｒ　＝　（Ｐ　ｗ　　Ｐ　ｓ）／　Ｅ　ｖ　　
　　−■と表わされ、０式の右辺は一定となる。０式に
よるモータ電流工、と通流率γとの関係は、電力損失Ｐ
―をパラメータとして表わすと、第６図のようになる。

第６図において、最大モータ電流工、を表わす直線、即
ち、 Ｉ　Ｎ”　　Ｉ　ＭＭＡＸ と、最大通流率γＷＡＸを示す直線、即ち、γ　０　γ
　に＾Ｘ と、双曲線、 ＩＮ・７＝（ＰｗＲ−Ｐｓ）／Ｅｙ とにより、斜線部の領域が画成される。この斜線部の領
域内で、モータ電流１．及び通流率γが制御されれば、
電力損失Ｐ１１が基準電力損失ＰＷＲを越えることはな
い。従って、半導体素子（７ａ）の接合部（８）と冷媒
（１０）との間の温度差ΔＴｊが、基準温度差ΔＴ　Ｊ
Ｒを越えることもない。このことは、冷媒温度が基準動
作温度Ｔ　ＯＲまで上昇して、別の温度リレーが動作す
るまで運転が可能であることを意味する。

第３図に示した電流パターンＩｐの特性は、直線ではあ
るが、第６図のモータ電流Ｉ、Ｉの特性とほぼ一致する
。従って、第１図内の電流パターン制御回路（６０）の
電流パターン抑制制御動作により、冷媒温度が動作温度
Ｔ。を越えても、半導体素子（７ａ）の接合部温度が１
２５°Ｃを越えることなく運転を継続できることが分か
る。

この結果、比較的高い冷媒温度領域においても電気車が
運転され、不必要な停止動作は抑制される。このとき、
第１図のように、簡単な演算増幅器を用いた比較演算回
路（４０）及び（５０）を追加するのみなので、コスト
アップを招くことはない。又、冷却装置（１１）の構成
を特に変更する必要はなく、冷却装置（１１）の容量が
増加することはない。

尚、上記実施例では、冷媒（１０）の温度検出手段とし
て温度リレー（１３）を用いたが、他の温度検出手段を
用いても同等の効果を奏することは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、温度検出手段の動作信
号に基づいて電流パターンを制御する電流パターン制御
回路を設け、半導体素子が許容上限温度以下で動作し且
つモータが駆動できる範囲内で電流パターンを減少させ
、半導体素子の接合部温度に対応する電力損失を、許容
上限温度を越えない程度の一定値以下に制御するように
したので、電気車の速度上昇により冷媒温度が動作温度
に達しても運転を継続できる電気車制御装置が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はこ
の発明の一実施例における別の温度リレーの基準動作温
度と半導体素子の許容上限温度との関係を示す説明図、
第３図はこの発明の一実施例による電流パターンと通流
率との関係を示す特性図、第４図はこの発明の一実施例
による電気車動作のノツチ曲線を示す説明図、第５図は
温度差と通流率との関係に基づいてこの発明の一実施例
における基準通流率を示す説明図、第６図はモータ電流
と通流率との関係に基づいてこの発明の一実施例におけ
る運転範囲を示す説明図、第７図は一般的な電気車の主
回路を示す回路図、第８図は第７図内のチョッパの制御
電圧を示す波形図、第９図は従来の電気車動作のノツチ
曲線を示す説明図、第１０図は一般的な冷却装置を示す
構成図、第１１図は第１０図内の半導体素子を示す拡大
断面図、第１２図は従来の電気車制御装置を示す構成図
、第１３図は第１０図内の温度リレーの動作温度と許容
上限温度との関係を示す説明図である。 （５）・・・モータ　　　　　（７）・・・チョッパ（
７ａ）・・・半導体素子　　　（１ｏ）・・・冷媒（１
３）・・・温度リレー （６０）・・・電流パターン制御回路 Ｉｐ・・・電流パターン　　　■。・・・モータＮａγ
・・・通流率　　　　　　γ８・・・基準通流率Ｔ０・
・・動作温度　　　　Ｔ。Ｒ・・・基準動作温度Ｔ　Ｍ
　Ａ　Ｘ・・・許容上限温度 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所要の電流パターンに従って電気車のモータに電流を供
   給するための半導体素子と、 前記半導体素子を冷却するための冷媒と、 この冷媒の温度が所定温度に達したときに動作する温度
   検出手段とを備えた電気車制御装置において、 前記温度検出手段の動作信号に基づいて前記電流パター
   ンを制御する電流パターン制御回路を設け、 この電流パターン制御回路は、前記半導体素子が許容上
   限温度以下で動作し且つ前記モータが駆動できる範囲内
   で、前記電流パターンを減少させることを特徴とする電
   気車制御装置。