JPH0332303A - 直流直巻電動機の制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流電気車に用いられる直流直巻電動機の制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

直流直巻電動機は低速で大トルクを発生させることがで
き、電気車を駆動するのに好都合なため、従来から直流
電気車に多く用いられていた。

しかし、近年では例えば新幹線のような交流７目気車に
も多く用いられるようになってきており、交流架線から
供給される交流電力は、車両に搭載した変換機器で直流
に変換後に直流直巻電動機に供給されるようになってい
る。

第４図は、このような交流電気１１に用いられる直流直
巻電動機の制御装置を示す回路図である。

この図において、架線からの交流電力はパンタグラフ１
により集電され、主変圧器２の１次側及びアースブラシ
３を経てレールに流れるようになっている。

主変圧器２により変圧された交流電力は、ダイオードブ
リッジで構成された半導体整流回路４により直流電力に
変換されたのち、平滑リアクトル５を介して、電動機の
電機子６と、これに直列接続された異碌巻線７に供給さ
れる。直流直巻電動機は、この電機子６と界磁巻線７と
により構成されている。そして、界磁巻線７には永久分
路抵抗８が並列接続されている。

次に、第４図の装置の動作につき説明する。半導体整流
回路４から出力される直流電圧は交直を整流したもので
あるため脈動電圧となっているが、平滑リアクトル５に
より、電機子６及び界磁巻線７にはある程度脈流率が低
減された脈動電流か流れる。

しかし、脈流率が低減されたものであっても、脈動電流
が昇磁巻線７に流れると、変圧器作用によって電機子６
の電機子巻線に電圧が誘起され、これがブラシによって
短絡されるため、電動機の定常整流性能に悪影響を及ぼ
すことになる。

この誘起電圧は、一般に「変圧器起電力」と呼ばれてお
り、永久分路抵抗８はこの変圧器起電力による悪影響を
排除するために設けられたものである。つまり、上記の
脈動電流中の脈動分は、界磁巻線７に並列接続された永
久分路抵抗８へ分流され、界磁巻線７の方には平滑な電
ＩＮ、（はとんど直流になる。）が流れるようになるた
め、変圧器起電力の発生か抑制されることになる。この
場合、永久分路抵抗８には、通常、直流分損算で電機子
づ 電流の２〜１０％程度の電流が流れる。

なお、第４図においては、説明の都合上、図示を一部簡
略化している。例えば、１際の交流電気車にあっては、
１組のパンタグラフ１及び主食比器２に対して複数台の
直巻電動機が接続されていおり、また、主変圧器２には
タップ（２Ｊ換器が設けられている。さらに、半導体回
路４には、ダイオードの代りに、サイリスタの純ブリッ
ジあるいは混合ブリッジで構成され、電動機印加電圧を
調整できるようになっているのが通常である。

ところで、直巻電動機の界磁を弱めると、回転速度が速
くなることは周知であるが、交流電気車においても、こ
の直巻電動機の界磁を弱める制御が行なわれている。

第５図は、このような弱め界磁制御を可能とする制御装
置の回路図である。この第５図の制御装置は、第４図に
おける界磁巻線７及び永久分路抵抗８に対して、弱め界
磁用接触器９２弱め界磁リアクトル１０及び弱め界磁抵
抗器１１から戊る直列接続体を並列接続したものであり
、１段の弱め界磁制御を行えるようにしたものである。

この第５図の制御装置の動作を説明すると、まず、通常
運転時には、弱め界磁用接触器９はオフ状態となってい
るが、弱め界磁制御を行う場合即ち高速走行を行う場合
にはオン状態になる。これにより、界磁巻線７に流れる
べき電流の一部が弱め界磁抵抗器１１に分流される。し
たがって、直巻電動機は弱め界磁の状態となり、高速走
行が可能となる。

そして、弱め界磁抵抗器１１に直列接続された弱め界磁
リアクトル１０は、パンタグラフ１離線後の電力再投入
時に発生する突入電流が電機子６に流入するのを抑制す
る。

第６図は、第５図の制御装置で弱め界磁制御を行なって
いるうちに、突入電流ＩＭｌが発生した場合を示す波形
図である。この図において、Ｖｔ、は架線電圧、■　は
電動機電圧、ＩＭは電動機電機子電流を示している。ま
た、第７図は、第５図における弱め界磁リアクトル］０
のみを除去した制御装置で弱めＷ磁制御を行なっている
うちに、突入電流’Ｍ２が発土した場合を示す波形図で
ある。

これらの図から、弱め界磁リアクトル１０の働きによっ
て、突入電流ＩＮ＋の値が突入電流１Ｍ２よりも小さな
ものとなっていることが明らかである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、パンタグラフ１離線後の電力再投入時に発
生する突入電流は、弱め界磁リアクトル１０の働きによ
って抑制される。そして、電動機のブラシ付近に発生す
る火花の号数を実際にａｌす定してみると、第６図の突
入電流ＩＮ＋による整流火花は６号であり、第７図の突
入電流ＩＮ。による整流火花は７号であった。つまり、
電動機の過渡状態における整流性能（過渡整流性能）の
低下防止は、弱め界磁リアクトル１０を付加することに
より行なわれていた。

ところが、第６図又は第７図における時刻ｔｌまでの期
間すなわち定常状態にある期間では、第７図の場合の整
流火花が１号であったのに対し、第６図の場合の整流火
花は４号であった。これは、四め昇磁リアクトル１０が
イ・１加されたことにより、純抵抗分路の場合よりも大
きな脈動電流が界磁巻線７に流れ、さらに、前述の変圧
器起電力の発生によって定常状態における整流性能（定
常整流性能）が悪化したためである。

すなわち、従来のものにあっては、弱め界磁リアクトル
１０によって、過渡整流性能の低ド防止が図られていた
が、反面、この弱め界磁リアクトル１０がイ・１加され
ることによって、却って定常整流性能の悪化を招く結果
となっていた。そのため、弱め界磁運転時に電動機整流
子面あるいはブラシが荒損したリフラッシュオーバする
ことが多く、整流性能上からもメインテナンス上からも
問題を有するものであった。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、定常整流性能
の悪化を招くことなく、過渡整流性能の低下防止を図る
ことが可能な直流直巻電動機の制御装置を提供しようと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するための手段として、架線か
らパンタグラフを介して交流電力を人力し、該交流電力
を整流して得られる直流電力を直巻電動機に供給し、該
直巻電動機に対し弱め界磁制御を行う直流直巻電動機の
制御装置において、直列接続された第１のスイッチング
素子及び第１の弱め界磁抵抗器よりなり、前記直巻電動
機の昇磁巻線に弱め界磁用接触器を介して並列接続され
た拓１の直列接続体と、直列接続された第２のスイッチ
ング素子１弱め昇磁リアクトル及び第２のｔｊｓ３め界
磁抵抗器よりなり、前記第１の直列接続体に並列接続さ
れた第２の直列接続体と、前記パンタグラフが前記架線
から離線したときに生ずる電力瞬時中断状態を検出する
電力瞬時中断検出手段と、前記電力瞬時中断検出手段の
検出結果に越いて、常時は、前記第１のスイッチング素
子をオン、前記第２のスイッチング素子をオフにして、
前記第１の弱め界磁抵抗器による弱め界磁制御を行い、
前記電力瞬時中断状態の検出時には、前記第１のスイッ
チング素子をオフ、前記第２のスイッチング素子をオン
にして、前記弱め界磁リアクトル及び前記第２の弱め界
磁抵抗器による弱め界磁制御を行うオンオフ制御回路と
、を備えた構成としである。

〔作　用〕

上記構成において、弱め界磁制御を行う場合は、まず弱
め界磁用接触器をオンにする。そして、常時即ち定常状
態のとき、オンオフ制御回路は、第１の直列接続体を構
成する第１のスイッチング素子にオン信号、第２の直列
接続体を構成する第２のスイッチング素子にオフ信号を
出力する。これにより、第１のスイッチング素子はオン
状態、第２のスイッチング素子はオフ状態となる。

したがって、常時における弱め界磁制御は第１の直列接
続体中の第１の弱め界磁抵抗器により行なわれる。この
第１の直列接続体は、電動機の界磁巻線に対して純抵抗
分路となっているため、電動機の定常整流性能が悪化す
ることはない。

そして、パンタグラフが架線から離線して電力瞬時中断
状態が発生すると、電力瞬時中断検出手段はこの状態を
検出する。オンオフ制御回路はこの検出結果に基いて、
第１のスイッチング素子にオフ信号、第２のスイッチン
グ素子にオン「３号を出力する。

したがって、電力瞬時中断時即ち過渡状態における弱め
界磁制御は、第２の直列接続体中の拓２の弱め界磁抵抗
器及び弱め界磁リアクトルにより行なわれる。パンタグ
ラフ離線後の電力再投入ｕ７に発生する突入電流は、こ
の弱め昇磁リアクトルの働きにより抑制される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図に基き説明す
る。但し、第４図乃至第７図と同様の梠成要索には同一
符号を付して重複した説明を省略する。

第１図において、第１の直列接続体］２は、直列接続さ
れたサイリスタ１３（第１のスイッチング素子）及び抵
抗器１４（第１の弱め界磁抵抗器）より構成されており
、この拍１の直列接続体１２は弱め界磁用接触器９を介
して界磁巻線７に並列接続されている。

そして、第２の直列接続体１５は、直列接続されたサイ
リスタ１６（第２のスイッチング素子）弱め界磁リアク
トル１７及び抵抗器１８（第２の弱め界磁抵抗器）より
構成されており、この第２の直列接続体１５は第１の直
列接続体］２に並列接続されている。

また、電力瞬時中断検出手段１９は、整流回路４に接続
され、主変圧器２の２次側電圧を測定することによりパ
ンタグラフ１が架線から離線した場合等の電力瞬時中断
状態を検出するようになっている。オンオフ制御回路２
０は、この電力瞬時中断検出手段１９からの検出信号に
基いて、サイリスタ１３及びサイリスタ１６にオンオフ
（言号を出力するようになっている。

次に、第１図の実施例の動作を第２図の波形図を参照し
つつ説明する。

弱め界磁制御を行う場合、まず図示を省略した主材制御
器の操作により弱め界磁用接触器９がオンにされる。そ
して、定）：ｉ状態においては、電力瞬時中断検出手段
１９は特に電圧変動を検出しないので、サイリスタ１３
．１６はそれぞれオン第　１ フ制御回路２０からのオン信号、オフ信号によりオン状
態　オフ状態となっている。したかって、界磁巻線７に
流れるべき電流の一部が、弱め昇磁用接触器９．サイリ
スタ１３を介して抵抗器１４に流れ、直巻電動機は弱め
界磁の状態となる。この場合、第１の直列接続体］２に
はりアクドル分は含まれておらず、界磁巻線７に対して
純抵抗分路となっているため、電動機の定常整流性能か
悪化することはない。

次いで、第２図に示すように、パンタグラフ１の離線に
より電力が瞬時中断し、時刻ｔｌから時刻ｔ２までのΔ
Ｔ秒間にわたって、架線重しＶ　＋。

がゼロになった場合について説明する。

電力瞬時検出手段１つは、時刻ｔｌにて架線電圧ｖＩ７
の変動を検出しく実際には主変圧器２の２次側電圧を検
出している。）、オンオフ制御回路２０に中断検出信号
を出力する。

オンオフ制御回路２０は、この検出信号に、２Ｉ（いて
、サイリスタ１３にオフ信号を出力すると共に、サイリ
スタコ６にオン信号を出力する。これによ１ す、それまでオン状態であったサイリスタ１３はオフ状
態となり、また、オフ状態であったサイリスタ１６はオ
ン状態となる。

したがって、界磁巻線７に流れるべき電流の一部は、弱
め界磁用接触器９．サイリスタ１６２弱め界磁リアクト
ル１７を介して抵抗器１８に流れる。つまり、それまで
第１の直列接続体１２側に分流されていた電流は、電力
瞬時中断状態が検出されると直ちに第２の直列接続体１
５側に分流されるようになる。

そして、離線していたパンタグラフ１が時刻ｔ２にて再
び架線に接触し、電力の再投入が行なわれると、第２図
に示すように突入電流ＩＭｌが発生する。しかし、弱め
界磁リアトシル１フの働きにより、この突入電流ＩＮ□
の値は第６図の場合と同様に抑制されたものとなってい
る。

その後、架線電圧Ｖ　が整定し、時刻ｔ３で定り 常状態に戻ったとすると、オンオフ制御回路２０はサイ
リスタ１３にオン信号を出力すると共にサイリスタ１６
にオフ信号を出力する。これにより、電動機の弱め界磁
制御は、再び第１の直列接続体１２中の抵抗器１４によ
り行われることになる。

このように、界磁巻線７に流れるべき電流の一部が、定
常状態の場合は第１の直列接続体］２側に分流され、過
渡状態の場合は第２の直列接続体１５側に分流されるよ
うになっているので、定、ｐ＋。

状態及び過渡状態の双方の場合において最適の条件の弱
め界磁制御が可能となる。

なお、上記大施例では一段の弱め界磁制御を行う場合に
つき説明したが、第３図に示すように、第１の直列接続
体１２Ｎ、第２の直列接続体１５Ｎ及び弱め界磁用接触
器９Ｎを付加し、２段あるいはそれ以上の弱め昇磁制御
を行うようにすることもできる。但し、抵抗器１４Ｎ、
１８Ｎの抵抗値については、もちろん、所望の弱め昇磁
率に見合った値にする必要かある。

また、複数の直巻電動機を直列接続する場合には、電機
子同士及び界磁巻線同士をまとめて直列接続するのが通
常であるから、これらのまとめられた界磁巻線を１組の
界磁巻線として扱えば、第　５ １図の構成をそのまま適用することができる。

さらに、第１図の構成において、電力瞬時中断検出手段
］９は、主変圧器２の２次側電圧を測定することにより
電力瞬時中断状態を検出するようにしているが、主変圧
器１の１次側あるいはその他適当な個所の電圧を１ｌｌ
ｌ＋定することにより電力瞬時中断状態を検出するよう
にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、第１．掬２の直列接続
体にそれぞれ含まれる第１．第２のスイッチング素子を
オンオフ制御することにより、定常時は、リアクトル分
を含まず純抵抗回路となっている第１の直列接続体を用
いて弱め界磁制御を行い、過渡時にはりアクドル分を含
んでいる第２の直列接続体を用いて弱め界磁制御を行う
構成としたので、電動機の定常整流性能の悪化を招くこ
となく、過渡整流性能の低下防止を図ることができる。

したかって、弱め界磁運転時に、電動機整流子面あるい
はブラシが荒損したり、フラッシュオーバーするのを防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路構成図、拍２図は第
１図の動作を説明するための波形図、拍３図は本発明の
他の実施例の要部を示す回路（ト１成図、第４図及び第
５図は従来例を示す回路構成図、第６図及び第７図は従
来例の動作を説明するための波形図である。 １・・・パンタグラフ、７・・界磁巻線、９・・・弱め
昇磁用接触器、１２・・・第１の直列接続体、１３・第
１のスイッチング素子（サイリスタ）、１４・第１の弱
め界磁抵抗器、１５・・・第２の直列接続体、１６・・
・第２のスイッチング素子（サイリスタ）、１７・・・
弱め界磁リアクトル、１８・・・第２の弱め界磁抵抗器
、１９・電力瞬時中断検出手段、２０・・・オンオフ制
御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 架線からパンタグラフを介して交流電力を入力し、該交
   流電力を整流して得られる直流電力を直巻電動機に供給
   し、該直巻電動機に対し弱め界磁制御を行う直流直巻電
   動機の制御装置において、直列接続された第１のスイッ
   チング素子及び第１の弱め界磁抵抗器よりなり、前記直
   巻電動機の界磁巻線に弱め界磁用接触器を介して並列接
   続された第１の直列接続体と、 直列接続された第２のスイッチング素子、弱め界磁リア
   クトル及び第２の弱め界磁抵抗器よりなり、前記第１の
   直列接続体に並列接続された第２の直列接続体と、 前記パンタグラフが前記架線から離線したときに生ずる
   電力瞬時中断状態を検出する電力瞬時中断検出手段と、 前記電力瞬時中断検出手段の検出結果に基いて、常時は
   、前記第１のスイッチング素子をオン、前記第２のスイ
   ッチング素子をオフにして、前記第１の弱め界磁抵抗器
   による弱め界磁制御を行い、前記電力瞬時中断状態の検
   出時には、前記第１のスイッチング素子をオフ、前記第
   ２のスイッチング素子をオンにして、前記弱め界磁リア
   クトル及び前記第２の弱め界磁抵抗器による弱め界磁制
   御を行うオンオフ制御回路と、 を備えたことを特徴とする直流直巻電動機の制御装置。