JPH0328918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回生制御可能なサイリスタチヨツパを
使用したチヨツパ制御装置に関するものであり、
その用途としては例えば直流他励電動機等の制御
装置があり、特に主回路を切換えることなく昇圧
動作を行わしめ、回生制動を可能とする制御装置
に用いるものである。

従来、直流他励電動機等を原動機とする電気自
動車に於いて、基底速度以下で逆起電力Erが電
池１１の端子電圧Esよりも小さい場合にはチヨ
ツパをONにし電機子電流iaを立ち上がらせ、し
かる後にOFFにしリアクトルのインダクタンス
ＬによりEs＝Er＋Ｌ・dia／dtなる形で昇圧し、
回生制動を行つていた。この為、主回路の切換の
為のコンタクトや、それを無接点で行う為の多く
のサイリスタ等を必要とした。

よつて、本発明は、多くのサイリスタを使用す
ることなく回路構成ができる新しい回生制可能な
チヨツパ制御装置を提供することを目的とするも
のである。

以下、本発明について説明する。

まず、本発明の原理を第１図を用いて説明す
る。

本発明は前述の欠点を解消すべく力行制御用に
従来から用いられている転流コンデンサ２１に着
目し、バツテリ電圧Es＝（逆起電力Er＋コンデン
サ電圧ec）なる形で昇圧しようとするものであ
る。即ち、第１図に於いてスイツチ２４を下にた
おして図示の＋−極性にコンデンサ２１を充電し
ておき、しかる後に上にたおして回生しようとす
るものである。

以下、本発明の一実施例について説明する。こ
の実施例は電気車制御装置であり第２図におい
て、47が力行回生共用ののサイリスタチヨツパで
ある。力行時の動作は容易に類推できるので回生
時の動作を簡単に説明すればサイリスタ３９，３
３を交互にトリガすることにより第１図に於いて
スイツチ２４を上下に動作させたと等価になる。
この時のコンデンサ２１の電圧、電流波形を第３
図の１０１，１０２ａ，１０２ｂに、又、電機子
１５の電流波形を１０３に示す。

以下詳細に一実施例を第２図ないし第５図を用
いて説明する。

１１は鉛蓄電池等により構成される直流電源で
あり、サイリスタチヨツパ４７により、平滑リア
クトル１４を介して負荷となる直流他励電動機１
７の電機子１５に給電される。サイリスタ４６は
サイリスタチヨツパ４７がOFFした場合の循環
電流（フリーホイーリング電流）を流す為のもの
である。尚、１６は直流他励電動機１７のの励磁
巻線であり、図示されない駆動回路により、励磁
電流が供給されている。サイリスタチヨツパ４７
は主サイリスタ３２、反転用サイリスタ３３、転
流サイリスタ４４、転流コンデンサ２１、転流リ
アクトル３５により構成される直列消弧形反発パ
ルスサイリスタチヨツパであり、更に該チヨツパ
４７は逆起電力負荷用または転流失敗後の再転流
能力を確保する為の補充電回路を構成する充電用
リアクトル３８、充電用サイリスタ３９、更には
高速動作をを可能とし、又、回生電流を流す為の
ダイオード３１を有している。

第２図においてまず力行時（電動機１７を回転
駆動させる時）の作動を説明する。まずサイリス
タ３９を点弧し、転流コンデンサ２１を図示極性
に充電する。次に主サイリスタ３２を点弧し電機
子１５に電圧を印加する。この主サイリスタ３２
を消弧するためにはサイリスタ３３を点弧しコン
デンサ２１の極性を反転させた後、サイリスタ４
４を点弧して転流動作が終了する。そして、これ
と同時にサイリスタ４６を点弧しフリーホイール
ダイオードとしての働きをさせれば良い。従つ
て、力行時には全ててのサイリスタが夫々の位相
で点弧されることになる。

次に、回生制動時の動作について第２図および
第３図に基いて説明する。コンデンサ２１に電荷
が無い状態でサイリスタ３９をトリガすると電源
１１、コンデンサ２１、リアクトル３５，３８、
サイリスタ３９で直列共振回路が構成されコンデ
ンサ２１には図示の＋−極性で最大値が略2Es迄
充電されサイリスタ３９はOFFになる。この状
態でサイリスタ３３をトリガすると電機子１５及
びリアクトル１４に印加される電圧はコンデンサ
２１の電圧（2Es）−バツテリ電圧（Es）＝Esとな
り図示方向の電機子電流iaがサイリスタ３３→リ
アクトル→コンデンサ２１→バツテリ１１→電機
子１５→平滑リアクトル１４と流れ、電源１１に
回生される。

この電機子電流iaつまり回生電流iaはコンデン
サ２１の電圧ec（ecは瞬時値）が2Es（最大値）か
らバツテリ電圧−電機子の逆起電力＝（Es−Er）
に低下する迄増加し、その後は減少してついには
ec≒０となる。

つまり、コンデンサ２１は2Esまで充電された
状態で前述の如くサイリスタ３３がONするので
その時の電機子１５に発生している逆起電力Er
とコンデンサ２１の電圧2Esとが相加わつてバツ
テリ１１を充電し、充電電流iaが流れるが、コン
デンサ２１は前記充電電流iaを自身の放電によつ
て負担しているので、コンデンサ２１の両端電圧
は電機子電流iaが流れ始めてから降下していく。
一方、電機子電流iaつまりバツテリ充電電流iaは
回路のインダクタンス分のために急には流れず、
第３図ｅの如くしだいに大きくなるが、コンデン
サ２１の残留電圧ec＋その時の逆起電力Erがバ
ツテリ電圧Esに等しくなると、つまりec＋Er＝
Es∴（ec＝Es−Er）になると電機子電流iaは流
れなくなろうとする。しかし、急にiaは０になる
のではなく、回路のインダクタンスのために第３
図ｅに示すようにしだいに小さくなつていく。

すなわち、回生電流iaはコンデンサ２１の電圧
がec＝2Esからec＝Es−Er（つまりec＋Er＝Es）
になるまでは増加し、その後は減少する。又、最
終的にコンデンサ２１の残留電圧ec≒０になるの
である。

ec≒０になつた後はダイオード３１を通つて
Er＋Ｌ・dia／dtの電圧（Er：逆起電力、iaは電
機子電流）にてバツテリの充電が行なわれる。な
お、これらの動作波形を第３図に示す。第３図の
１０２ａはコンデンサ充電電流、１０２ｂはコン
デンサ放電電流である。サイリスタ３９及び３３
のトリガタイミングつまりオンさせる時期を１３
９，１３３のトリガパルス波形にて示す。１０１
はコンデンサ２１の電圧波形である。

第４図は本発明の制御装置への回生制動時の信
号を供給するためのトリガ信号発生回路である。
７１はブレーキペダル等に連動する可変抵抗器で
あり、ブレーキペダルの踏み込み量に比例した電
圧を発生する。演算増幅器７２、抵抗７３により
電圧フオロワ回路が構成され、前記ブレーキペダ
ルの踏み込み量に比例する電圧を以下に述べる
VF変換器に供給する。

Ｖ−Ｆ変換器は抵抗７４，７７，７９，８０，
８１，８２，８６，８７，８９，９４、コンデン
サ７６，８３、トランジスタ７８，８８、ダイオ
ード８５、演算増幅器７５，８４、NANDゲー
ト９０、インバータ９１より構成される。抵抗９
２，９３、９５、トランジスタ９８、パルストラ
ンス９７、ダイオード９６，９９、コンデンサ５
５によりパルス増幅器が、構成され、端子１及び
２はそれぞれ充電用サイリスタ３９（第２図）の
ゲート及びカソードに接続される。

同様に抵抗６４，６５、トランジスタ６８、パ
ルストランス６７、ダイオード６６，６９、コン
デンサ５６によりパルス増幅器が構成され、端子
３，４はそれぞれ回生用サイリスタ３３（第２
図）のゲート及びカソードに接続される。６１は
負のエツジトリガタイプの単安定マルチバイブレ
ータであり、これによりサイリスタ３９をトリガ
した後コンデンサ２１の充電が完了する迄の時限
回路を構成する。６２も負のエツジトリガタイプ
の単安定マルチバイブレータであり、これにより
サイリスタ３３のトリガパルス巾を決定する。６
３は正のエツジトリガタイプの単安定マルチバイ
ブレータであり、回生用サイリスタ３３をトリガ
した後コンデンサ２１の電圧が０になり、ダイオ
ード３１を通つて回生電流が流れ始める迄の時限
回路を構成している。

第５図ａ〜ｆは第４図で示したａ〜ｆの各点の
電圧波形Va〜Vfを示している。

次にサイリスタ４６の働きについて述べる。

コンデンサの電圧はサイリスタ３３を点弧する
時には第２図図示方向の極性に2Esまで充電され
てる。従つてサイリスタ３３をONにした瞬間に
P₁〜P₂間には−Esが印加されることになり、こ
の電圧−Esは電動機の逆起電力Erに対して加算
の方法である。よつて、リアクトル１４には
（Er＋Es）の電圧が印加され、回生電流が急激に
立ち上ることになる。（di／dt＝（１／Ｌ）×（Er＋
Es））。従つて、サイリスタ４６をダイオードに
した場合には上記−Esが短絡される為リアクト
ル１４の電流の立上がりはdi／dt＝１・Er／Ｌと
なり小さくなる。

よつて、サイリスタ４６を用いた方が良いこと
が判明する。

なお、サイリスタ４６の代りに従来の如くフリ
ーホイールダイオードを使用すると、スイツチン
グ周波数に対する回生電流の割合が減少するが、
ダイオードにても基本的には回生可能である。特
にリアクトル３８を簡略化して抵抗にした場合は
ダイオードで充分である。しかし、電気車におい
てエンジンブレーキ相当の制動力を確保するのは
やや無理である。なお、このサイリスタ４６の点
弧タイミングは次のようにすれば良い。すなわち
力行時にチヨツパ４７をOFFすると同時にトリ
ガすれば良く、サイリスタ４４と同時で良い（パ
ルスは共用可能である。）。回生時には何らトリガ
の必要はない。

従つて、サイリスタ４６は本発明方法の必須構
成要件ではない。

次にリアクトル１４のの必要性について述べ
る。結論をいえば、リアクトル１４は無くても回
生は可能である。こののリアクトル１４は単に電
動機の力行時、制動時におけるリツプルを小さく
するためあり、省略しても本発明の効果を得るこ
とができる。又、電機子１５はもともと微少イン
ダクタンスを持つため、電気自動車においては、
これにて代用しリアクトル１４を省略する場合も
多い。但し電車の場合には架線電流のリツプルに
よる電磁波障害対策としてリアクトル１４は存在
する。

代６図は本発明を並列消弧形の反発パルスサイ
リスタチヨツパに実施した第２実施例の主回路図
を示す。主サイリスタ３２、反転用サイリスタ３
３、転流用サイリスタ４４、転流コンデンサ２
１、転流リアクトル３５により反発パルスサイリ
スタチヨツパが構成され、又リアクトル３８、サ
イリスタ３９による補充電回路が、構成されてい
る。尚、５１は回生用サイリスタである。

以上述べたように本発明においては、直流他励
電動機のような逆起電力負荷を駆動する為の補充
電回路を有するサイリスタチヨツパの転流コンデ
ンサを回生制御を行う為の昇圧用のコンデンサと
して併用する為に、非常に簡単な主回路にて無接
点で力行及び回生制御を高速で切換えることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するに供する原理
図、第２図は本発明の一実施例を用いた電気車主
回路の電気回路図、第３図は前記第２図図示回路
の各部電圧又は電流波形図、第４図は第２図図示
回路を制御する制御回路の一部を示す電気回路
図、第５図は第４図図示回路の各部波形図、第６
図は本発明のその他の実施例を示す電気回路図で
ある。 １７…負荷となる例えば電動機、１１…直流電
源、４７…サイリスタチヨツパ、３２…主サイリ
スタ、２１…転流コンデンサ、３５…転流リアク
トル、３３…反転用サイリスタ、４４…転流サイ
リスタ、２１，２５…直列回路、３８…充電用リ
アクトル、３９…充電用サイリスタ、３３…回生
用サイリスタを兼ねる前記反転用サイリスタ、５
１…回生用サイリスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 逆起電力を発生する負荷１７と、該負荷１７
   と直流電流１１との間に接続され前記負荷１７に
   印加する電圧をチヨツピング制御するサイリスタ
   チヨツパ４７とを有し、該サイリスタチヨツパ４
   ７は主サイリスタ３２と、該主サイリスタ３２に
   対して並列的に接続された転流コンデンサ２１お
   よび転流リアクトル３５と、前記転流コンデンサ
   ２１の極性を反転させる反転用サイリスタ３３
   と、前記主サイリスタ３２を転流させる転流サイ
   リスタ４４とから成り、 前記サイリスタチヨツパ４７の転流コンデンサ
   ２１と転流リアクトル３５との直列回路２１，３
   ５が前記直流電源１１に対して直列になるように
   充電用リアクトル３８と充電用サイリスタ３９と
   を直列にして前記直流電源１１と前記直列回路２
   １，３５の間に接続し、かつ前記転流コンデンサ
   ２１と転流リアクトル３５と前記負荷１７と前記
   直流電源１１とが直列になるように回生回路を形
   成する回生用サイリスタ３３，５１を設け、前記
   充電用サイリスタ３９をオンして前記転流用コン
   デンサ２１に高電圧を蓄積してから前記回生用サ
   イリスタ３３，５１をオンし、前記負荷の逆起電
   力と前記転流用コンデンサの高電圧が相加わつて
   前記直流電源を充電するようにしたことを特徴と
   するチヨツパ制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
   て、前記負荷１４には負荷のフリーホイーリング
   電流を流すサイリスタ４６が接続されており、該
   サイリスタ４６は負荷１４に電流供給時には前記
   チヨツパ４７の転流と同期して点弧され、回生制
   御時には点弧されないことを特徴とするチヨツパ
   制御装置。