JPH04197003A - 電気車制御装置 - Google Patents
電気車制御装置Info
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- B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
の発電ブレーキ制御に関する。
スタチョッパ装置による直流電動機制御装置を備えた電
気車では、電動機を発電機として動作させ、発電電力を
架線(コンバータを介して交流に変換した電力をも含む
)に戻しブレーキ力が得るいわゆる回生ブレーキ制御が
可能である。
間内に負荷となるカ行軍があれば何ら問題なく回生制御
が行われるのであるが、このカ行軍が、カ行運転をやめ
た場合や他のき電区間に進入した場合には、電力回生が
できなくなり、上記制御装置と架線間に並列接続された
フィルタコンデンサの電圧を押し上げ制御装置を構成す
るスイッチング素子を破壊してしまう。
タコンデンサ電圧が、主回路を構成する機器に悪影響を
及ぼさない範囲内の最大値に達したとき、フィルタコン
デンサに並列に接続された抵抗とスイッチング制御素子
の直列体のスイッチング制御素子をオンして発電電流を
分流せしめ、所定時間経過した時点でスイッチング素子
を消弧させることにより解決している。
ンデンサの電圧が過電圧になったことを検知して、遮断
器開放、インバータ停止すると共にフィルタコンデンサ
に並列に接続された過電圧抑制サイリスタを点弧してフ
ィルタコンデンサ電圧を減少せしめ、所定時間経過後に
サイリスタを消弧させ、遮断器を閉じた上でインバータ
を動作させる技術が記載されている。
荷の不足をフィルタコンデンサ電圧が定格架線電圧より
大きく設定された値に達した時点で、発電ブレーキ用チ
ョッパの通流率をフィルタコンデンサ電圧に応じて制御
する技術が記載されている。
術は、フィルタコンデンサ電圧が前記最大値に達した時
点でスイッチング制御素子を全点弧させているため、カ
行軍が除々に消滅する場合、換言すると、回生ブレーキ
力が除々に減少する場合に、急激に発電ブレーキモード
となるのでトルク変動が激しい。また、スイッチング制
御素子を点弧時刻から一定時間で消弧させており、イン
バータを動作させ続けているので、その消弧時点におい
て。
に上昇し、再点弧の際に、スイッチング制御素子やイン
バータを構成する素子の破壊を招く恐れがある。反対に
数肥で回生負荷が立ち上がった場合、所定時間が経過し
なければ回生できず、省エネルギーでない。低速で運転
中は、所定時間の経過後には列車が停止していることも
考えられ実用的ではない。さらに、この場合は発電抵抗
の容量を大きくしなければならず、電気車の床下に塔載
することが困難なものとなる。
御されるだけであるので、回生失効し発電サイリスタを
オンすると急激に電圧が低下する。
題がないのであるが、インバータからの電流の供給が少
ないとインバータ制御系は架線電圧が減少したものとし
て動作しようとするがその追従は遅い。そのうちに、架
線からの電流が流れ込み、フィルタコンデンサとフィル
タリアクトル等のインダクタンスにより共振現象が起こ
り、もし、フィルタコンデンサ電圧が少ないときに、イ
ンバータが電流増加方向に動作し始めると過電流となり
制御不安定な状態を引きおこし、ついにはしゃ断器が動
作してしまう。
イッチング制御素子に比べ動作の遅い遮断器の開放から
閉じる間に生じる無ブレーキ状態については何ら言及さ
れていない。
れた技術は、フィルタコンデンサ電圧がさらに上昇し続
けて制御系にとって過電圧になった場合について全く配
慮がされておらず最終的に素子破壊を招いてしまう。
ーキ時のトルク変動を極力抑制し、過電圧に至った場合
でも、その状態を早急に脱し再び発電ブレーキや回生ブ
レーキに移行できる可逆制御可能な電気車のブレーキ装
置を提供することにある。
を、フィルタコンデンサ電圧に対応した停止制御、チョ
ッピング制御及び全導通制御の少なくとも3領域に分割
して制御する手段を備えることにより達成される。
態、つまり、全回生ブレーキ、回生ブレーキと発電ブレ
ーキの混合、回生失効時の過電圧状態、ごとに夫々停止
制御、チョッピング制御、全導通制御を行うので、回生
→混合→過電圧→混合→回生の移行がスムースに行なえ
る。従って、従来のように過電圧に至った後、運転士に
よるリセット動作が必要な非可逆制御でなく、可逆制御
をすることができる。
リアクトル3とフィルタコンデンサ4から構成される第
1の逆り形フィルタ及びリアクトル5(リアクトル3の
1/10位のインダクタンス)とフィルタコンデンサ6
から構成される第2の逆り形フィルタを介して可変電圧
可変周波数の三相交流を出力するインバータ7に入力さ
れる。
8が駆動される。インバータ制御装置10は、変流器1
5により取り込んだ電動機電流INと図示しない電動機
電流指令Ipとの偏差が零となるようにすべり周波数f
s を調整し、このすにり周波数fsと誘導電動機8の
回転数を検出するパルスジェネレータ9の出力である電
動機回転周波数f、とを加算しインバータ周波数f+N
vを作成する。このインバータ周波数flNVとこのイ
ンバータ周波数fr〜Vに比例した出力電圧指令Vとを
ゲート制御装置11に入力する。ゲート制御装置11は
、インバータ周波数f INV及び出力電圧■とを受は
周知のPWM変調を行い、インバータ7を構成するスイ
ッチング素子(ゲートターンオフサイリスタ等)のオン
オフ制御を行う。以上がカ行時の説明である。
7は回生ブレーキモートとなる。回生ブレーキモードの
場合、インバータ制御装N10では前記した電動機回転
周波数f、からす入り周波数fs を減算してインバー
タ周波数flNVを算出してゲート制御装置11に出力
する。このようにすることによって、誘導電動機8は誘
導発電機として動作しインバータ7を介して電源側に直
流が出力される。前記第2のフィルタ、第1のフィルタ
及び遮断器2を介して架線に供給される。前述したよう
に、同一き定区間内に回生負荷となるカ行車両が存在す
れば何ら問題なく動作するのであるが、回生電力を消費
する車両がなくなると、その分回生電流が流れなくなり
フィルタコンデンサ4.6の電圧を上昇させる。
、インバータ7を構成するスイッチング素子を破壊する
恐れがある。そこで、これらフィルタコンデンサ4,6
と並列に発電ブレーキ抵抗12と発電ブレーキチョッパ
14の直列体を接続し、この発電ブレーキチョッパ14
をオンオフすることにより回生負荷の不足分を補うよう
にしている。尚、13はフリーホイルダイオードで、発
電ブレーキチョッパ14がオフしたときに電流を還流さ
せるためのものである。この主回路と類似した回路が特
開平1−270702号公報に記載されている。
サ15の出力はリミッタ回路20及び過電圧(○VD)
検出回路22に入力される。
対応した発電ブレーキチョッパの通流率γ(以下、通流
率γという)がパターンとして記憶されている(記憶す
るかわりに演算しても良い)。
、平均架線電圧が1500Vのとき、CI=1700V
)を超えると通流率指令γ1が出力され、セット値C3
(上記同一条件で1800V、この値であると架線から
の逆流はない)までフィルタコンデンサ電圧EFCに比
例した通流率指令γ1 (0,1≦γ1≦0.9)が
出力される。
が過電圧(○VD)セット値C2(同条件で、2000
V)を超えると信号Sを出力する。
値に低下すると信号Sの出力を停止する。
くなったときのフィルタコンデンサ電圧EFCの増大は
部のオーダーであるのに対し、発電ブレーキチョッパ1
4のパルス幅の応答は遅く数土肥である。この間にフィ
ルタコンデンサ電圧EFCがさらに増大し素子を破壊し
てしまうのを防ぐため、即チョッパが全導通(通流率=
1)となるよう設けたものである。
最小オン、最小オフパルス幅を確保する機能を合わせ持
つ移相器24に入力され、パルス状となった通流指令γ
2が出力される。
26、ゲート停止回路6及びタイマ34に入力される。
り連続パルス信号γ3を出力し、信号Sの消失により連
続パルス信号γ3の出力をやめる。
グ信号t、を入力して通流率指令γ2と同期をとる。
号Sが通流率指令γ3となって出力されるのは、同期信
号f、の立ち上がり時に、信号Sがある場合に通流指令
γ3は立ち上がり、信号Sが立ち下がっても同期信号t
、が立ち下がるまで通流率指令γ3は出力し続ける。
制御装置11に入力され、インバータフのゲートを信号
Sが存在する期間中オフする。例えば、ゲート制御装置
11の出力とゲート停止回路32の出力のアンドをとっ
てインバータフに入力することによりゲートは停止する
(但し、この場合、ゲート停止回路32の出力は、信号
SがあるときOFF、信号SがないときONパルスを出
力する)。この場合、最小オンパルスが確保できない場
合があるので、特開昭59−63983号公報記載の技
術を応用して、ON直後の素子のみ遅れて消弧させる必
要がある。
がりから時間をカウントしはじめ、信号Sの立ち下がり
でリセットする。もし、一定時間内(例えば、2μs)
にリセットされなかった場合、つまり、信号Sがなくな
らなかった場合、タイマ34は遮断器2のオフ信号及び
図示しない空気ブレーキ投入指令を出力する。
のオア条件をとって得られる通流率指令7番を出力し、
発電ブレーキチョッパ14に入力される。
FCが設定値01未満の場合は全オフ、設定値C1以上
03以下の場合、フィルタコンデンサ電圧EFCが一定
となるよう動作し、設定値02以上では全オンとなる。
は1発電ブレーキチョッパ14を全導通させた後ただち
にチョッピングモードに移行するのを防ぎ、十分に電圧
が低下したことを確認するためで、この設定値C3の値
は設定値C1と等しくても良い。但し、この場合は、無
ブレーキ期間が長くなるという欠点がある。設定値C3
が設定値C1より小さいと、電源からの電流逆流等の問
題が生じ好ましくない。
され、″あり”の場合ステップ1100に移行する。ス
テップ1100ではフィルタコンデンサ電圧EFCと設
定値C1とを比較し、EFC≧01となった場合にステ
ップ1200において発電ブレーキチョッパ14にチョ
ッピング動作を開始させる。尚、ステップ1100にお
いて、EFC<C1の場合は、再びステップ1000に
戻るループになっているが、このループを巡回している
間は充分回生負荷が存在しているものである。
タコンデンサ電圧EFCに比例した通流率指令γ工を出
力する。ステップ140oでは、フィルタコンデンサ電
圧EFCと設定値C2とが比較され過電圧(○VD)状
態であるか否かが判定される。IIN○″の場合は、再
びステップ1000に戻り、ブレーキ指令の有無を確認
してから通流率指令の演算が行われる。” Y E S
”の場合は、最小オン、最小オフパルスを確保するため
、ステップ1500にて基準パルス(その時出力してい
る通流率でのパルス)と同期をとって発電ブレーキチョ
ッパ14をオン状態とする。ステップ1600でEFC
≧C2の期間を測定しくカウントし)もし超過した場合
、ステップ2000にて、遮断器2をオフとすると同時
に空気ブレーキを投入する。
00に戻ってカウントする。EFC<03の場合はステ
ップ1800に移行し、ステップ1500と同様の理由
で同期をとって、フィルタコンデンサ電圧EFCに比例
したパルス幅でのチョッピングを再開する。ステップ1
900でE F CTC1であるか否かを確認して、“
YES”であれば回生負荷が復活したとして、発電ブレ
ーキ制御を終了する。また、41 N OIIであれば
ステップ1000に戻り引き続き発電ブレーキ制御を行
う。
たが、過電圧検出回路22をハードウェア構成としても
良い。この場合は、信号Sを割込信号として扱うことに
より第4図のフローチャートが成立する。このように構
成すれば、−刻を争う過電圧処理を早くすることができ
る。
、(b)は架線への回生電流、(C)は発電ブレーキ抵
抗電流、(d)は発電ブレーキチョッパ通流率指令信号
である。
らのブレーキ指令に基づくトルクを電気車は出力してい
る。時刻t1になる直前に回生負荷が減少し始め、時刻
t1でフィルタコンデンサ電圧EFCが設定値C1に達
し、所定のトルクが得られなくなると、発電ブレーキチ
ョッパ14がチョッピング動作を開始する。発電ブレー
キチョッパ14は、その時点のフィルタコンデンサ電圧
を保持するよう通流率γが調整される。さらに、回生負
荷がなくなりフィルタコンデンサ電圧が上昇すると、そ
の上昇に比例した通流率で発電ブレーキチョッパが動作
するが、時刻t2で回生負荷が殆んどなくなると、フィ
ルタコンデンサ電圧EFCは設定値C2に達し、この時
点で発電ブレーキチョッパの通流率を1(全導通)とし
、同時にインバータの動作を停止させる。電源がなくな
り発電ブレーキチョッパ14を全導通させるためのフィ
ルタコンデンサ電圧EFCは減少し時刻t8で設定値C
3に達する。この時点から発電ブレーキチョッパ14が
チョッピングを開始すると共に、インバータ7もブレー
キ指令どおりのトルクを出力するよう制御される。
に達した時刻に回生負荷が立ち上がり回生電流が増加し
ているが、本実施例では回生負荷の有無に拘わらず、フ
ィルタコンデンサ電圧EFCが設定値C8に低下した時
点で、インバータ7を動作させ、発電ブレーキチョッパ
14をチョッピングさせる。回生負荷が増加してくると
、回生電流が増えフィルタコンデンサ電圧EFCが減少
する。この減少に伴って、発電ブレーキチョッパ14の
通流率が減少する。そして、フィルタコンデンサ電圧E
FCが設定値C1に達したことにより回生負荷が十分に
存在するとして、発電ブレーキ制御をやめる。
及び過電圧制御を実行する。
ーキノツチできまる所定のトルクを得るための電流を流
すことができ、過電圧時にも不要な空気ブレーキを掛け
ることなしにすみやかに過電圧を抑制し、回生負荷回復
時にも回復直後から電気ブレーキ(回生十発電)を立ち
上げることができる。また、回生失効しても遮断器の動
作を極力抑えているので機械系の寿命を延ばす効果があ
る。
24からのタイミング信号1.を用いて通流率指令γ2
と同期をとっていた。この回路であると、十分最小オン
・オフパルスが確保されているのに次の同期タイミング
まで「待たねばならない。そこで、同期をとらずに最小
オン・オフパルスを確保する実施例を第5図及び第6図
を用いて説明する。
圧検出回路22の出力である信号Sを受けて、パルスを
出力する移相器25、連続パルス発生器27の夫々の出
力γ2.γ3はオア回路4゜に入力され信号すが出力さ
れる。アンド回路41は信号す、eを入力し信号Cを出
力する。ワンショット回路42は、信号Cの立ち上がり
で動作し、発電ブレーキチョッパ14の最小オン時間を
確保するワンショットパルスdを出力する。オア回路4
3では、信号c、dのオアがとられ、通流率指令γ1が
出力される。また、ノット回路44は通流率指令7番を
入力し、パルスを反転した後、ワンショット回路45に
入力する。ワンショット回路45は、通流率指令Y4の
パルスの立ち下がりで動作し1発電ブレーキチョッパの
最小オフ時間を確保するワンショットパルスを出力し、
ノット回路46を介して、アンド回路41に入力する。
、これでは素子の最小オン・オフ時間が確保されない場
合がある。(最小オン以下はH1最小オフ以下はJのパ
ルス)。出力である通流率指令7番の波形の対応したパ
ルスI、には夫々最小オン、オフ時間を確保しているこ
とが分かる。
して動作するので、確実に信号Sを発電ブレーキチョッ
パに伝達できるという効果がある。
御装置をインバータとして記載したが、これに限らず電
力回生可能な制御装置、例えば、チョッパによる直流電
動機制御装置等、であっても同様の効果を得ることがで
きる。
ンバータにより直流に変換して直流電源とする構成でも
同様な効果がある。
に制御系の安定化のためだけであり、当然に1フイルタ
でも達成される。
電圧に至った場合でも、遮断器を開いたり空気ブレーキ
を掛けたりすることなしに、可逆的に電気ブレーキ、さ
らには回生ブレーキに移行することができるので、従来
であれば断念せざるを得なかった過電圧後の回生制動領
域を最大限に拡大することができるという効果がある。
シュー、遮断器等の機械系の寿命を延ばす効果がある。
、第2図はフローチャートを示す図、第3図は同期手段
の波形図、第4図は各部の電圧。 電流9通流率の波形を示す図、第5図は、本発明の他の
実施例を示す図、第6図はその波形を示す図である。 14・・・発電ブレーキチョッパ、15・・・電圧検出
器、20・・・リミッタ回路、22・・・過電圧検出回
路。 代理人 弁理士 小川勝馬′−− 一 二、 一ノ 第3図 γ4
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、電気車を駆動する電動機と、この電動機を制御する
電動機制御装置と、この電動機制御装置と電源の間に接
続されたフィルタコンデンサと、このフィルタコンデン
サに並列接続された発電ブレーキ抵抗及び発電ブレーキ
チョッパの直列体と、前記フィルタコンデンサの電圧を
検出する手段とを備えた電気車制御装置において、電気
ブレーキ時、前記発電ブレーキチョッパを、前記検出値
に対応した停止制御、チョッピング制御及び全導通制御
の少なくとも3領域に分割して制御する手段を備えた電
気車制御装置。 2、前記発電ブレーキチョッパのチョッピング制御は、
前記検出値に応じた通流率で行なう請求項第1項記載の
電気車制御装置。 3、前記全導通制御領域では、前記電動機制御装置の動
作を停止させる請求項第1項または第2項記載の電気車
制御装置。 4、電気車を駆動する電動機と、この電動機を制御する
電動機制御装置と、この電動機制御装置と電源の間に接
続されたフィルタコンデンサと、このフィルタコンデン
サに並列接続された発電ブレーキ抵抗及び発電ブレーキ
チョッパの直列体と、前記フィルタコンデンサの電圧を
検出する手段とを備えた電気車制御装置において、電気
ブレーキ時、前記発電ブレーキチョッパを、前記検出値
が前記電源の平均電圧より高い第1の設定値以上の場合
にチョッピング制御し、前記検出値が前記第1の設定値
より高い第2の設定値以上の場合に全導通制御する手段
を備えた電気車制御装置。 5、前記発電ブレーキチョッパのチョッピング制御は、
前記検出値に応じた通流率で行なう請求項第4項記載の
電気車制御装置。 6、前記全導通制御領域では、前記電動機制御装置の動
作を停止させる請求項第4項または第5項記載の電気車
制御装置。 7、電気車を駆動する電動機と、この電動機を制御する
電動機制御装置と、この電動機制御装置と電源の間に接
続されたフィルタコンデンサと、このフィルタコンデン
サに並列接続された発電ブレーキ抵抗及び発電ブレーキ
チョッパの直列体と、前記フィルタコンデンサの電圧を
検出する手段とを備えた電気車制御装置において、電気
ブレーキ時、前記発電ブレーキチョッパを、前記検出値
が前記電源の平均電圧より高い第1の設定値以上の場合
にチョッピング制御し、前記検出値が前記第1の設定値
より大きい第2の設定値以上の場合に全導通制御し、こ
の全導通後、前記検出値が前記第1の設定値以上前記第
2の設定値より小さい第3の設定値以下に低下した場合
にチョッピング制御する手段を備えた電気車制御装置。 8、前記発電ブレーキチョッパのチョッピング制御は、
前記検出値に応じた通流率で行なう請求項第7項記載の
電気車制御装置。 9、前記全導通制御領域では、前記電動機制御装置の動
作を停止させる請求項第7項または第8項記載の電気車
制御装置。 10、電気車を駆動する誘導電動機と、この誘導電動機
を制御するインバータと、このインバータと電源の間に
接続されたフィルタコンデンサと、このフィルタコンデ
ンサに並列接続された発電ブレーキ抵抗及び発電ブレー
キチョッパの直列体と、前記フィルタコンデンサの電圧
を検出する手段とを備えた電気車制御装置において、電
気ブレーキ時、前記発電ブレーキチョッパを、前記検出
値に対応した停止制御、チョッピング制御及び全導通制
御の少なくとも3領域に分割して制御する手段を備えた
電気車制御装置。 11、前記発電ブレーキチョッパのチョッピング制御は
、前記検出値に応じた通流率で行なう請求項第7項記載
の電気車制御装置。 12、前記全導通制御領域では、前記インバータの動作
を停止させる請求項第10項または第11項記載の電気
車制御装置。 13、電気車を駆動する誘導電動機と、この誘導電動機
を制御するインバータと、このインバータと直流電源の
間に接続されたフィルタコンデンサと、このフィルタコ
ンデンサに並列接続された発電ブレーキ抵抗及び発電ブ
レーキチョッパの直列体と、前記フィルタコンデンサの
電圧を検出する手段とを備えた電気車制御装置において
、前記検出値が前記直流電源の平均電圧より高い第1の
設定値以上の場合にチョッピング制御し、前記検出値が
前記第1の設定値より高い第2の設定値以上の場合に全
導通制御する手段と、前記検出値が前記第2の設定値以
上の場合に前記インバータの動作を停止させる手段を備
えた電気車制御装置。 14、前記発電ブレーキチョッパのチョッピング制御は
、前記検出値に応じた通流率で行なう請求項第13項記
載の電気車制御装置。 15、前記全導通制御領誠では、前記インバータの動作
を停止させる請求項第13項または第14項記載の電気
車制御装置。 16、電気車を駆動する誘導電動機と、この誘導電動機
を制御するインバータと、このインバータと直流電源の
間に接続されたフィルタコンデンサと、このフィルタコ
ンデンサに並列接続された発電ブレーキ抵抗及び発電ブ
レーキチョッパの直列体と、前記フィルタコンデンサの
電圧を検出する手段とを備えた電気車制御装置において
、前記検出値が前記直流電源の平均電圧より高い第1の
設定値以上の場合に前記発電ブレーキチョッパの通流率
指令を作成する手段と、前記検出値が前記第1の設定値
より大きい第2の設定値以上になつた時点から前記検出
値が前記第1の設定値以上前記第2の設定値より小さい
第3の設定値になるまでの間、前記発電ブレーキチョッ
パを全導通させる指令を作成する手段と、この全導通指
令が出力されている期間中、前記インバータの動作を停
止させる手段と、前記全導通指令が出力されている期間
が設定値以上になつた場合、前記電気車制御装置と架線
とを電気的に遮断する遮断機を開放し、前記電気車の空
気ブレーキを動作させる手段とを備えた電気車制御装置
。 17、電気車を駆動する電動機と、この電動機を制御す
る電動機制御装置と、この電動機制御装置と電源の間に
接続されたフィルタコンデンサと、このフィルタコンデ
ンサに並列接続された発電ブレーキ抵抗及び発電ブレー
キチョッパの直列体と、前記フィルタコンデンサの電圧
を検出する手段とを備えた電気車制御装置において、電
気ブレーキ時、前記発電ブレーキチョッパを、前記検出
値に対応した停止制御、チョッピング制御及び全導通制
御の少なくとも3領域に分割して制御する手段を備え夫
々の領域間を連続的に制御するようにした電気車制御装
置。
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