JPH0519366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は交流電力を入力とし誘電電動機または
直流電動機を駆動する方式の電気車における発電
ブレーキ制御装置に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来から、交流を入力とする電気車両において
は、サイリスタにより交流を直流に変換し、直流
電動機の入力電圧をサイリスタ位相制御で連続的
に制御するものが一般的であるが、入力電力の力
率が悪い事や高周波電流が増加する事から、最近
では更に新しい方式も提案されている。その一つ
は、交流直流変換器をパルス幅制御して入力電流
波形入力電圧と同相の正弦波にしようとするもの
で、直流電圧は一定電圧に保たれる。そして直流
側負荷としては、チヨツパ装置と直流電動機を組
合せた方式、あるいはインバータと誘電電動機を
組合せた方式が考えられる。

第１図は、この種の方式の交流電気車の主回路
構成の一例を示したものである。図において、集
電器PANにより集電された交流電力は、主変圧
器Ｔ１で降圧した後パルス幅制御コンバータに入
力される。このパルス幅制御コンバータは、ゲー
トターンオフサイリスタ（以下、GTOと称する）
TH１〜TH４およびダイオードＤ１〜Ｄ４を逆
並列接続した回路を４回路ブリツジ接続して単相
ブリツジ回路を構成している。そして、このパル
ス幅制御コンバータは交流入力電圧、電流を検出
して制御する事により、第２図に示す様に入力電
流波形を入力電圧と同相で略正弦波の形に制御す
る事が出来る。また、上記ブリツジ回路の直流側
には電圧平滑用コンデンサCOが接続され、電動
機側はGTOとダイオードで構成されるインバー
タINVを介して誘導電動機IMを駆動する方式と
している。

さて、かかる回路構成において電力回生ブレー
キを考えた場合、エネルギーは誘導電動機IM側
からインバータINV、直流コンデンサCO部、パ
ルス幅制御コンバータを介して交流側へ返還され
る事になる。インバータINVおよび誘電電動機
IMが電力回生ブレーキ運転を行なうと、電流は
インバータINV側からコンバータ側へ流れるた
め、直流回路のコンデンサCOの電位は上昇しよ
うとするが、これを検出器により検出してパルス
幅制御コンバータの逆変換器として動作させれ
ば、エネルギーは直流側からき電系統へと返還さ
れる。

第３図は、逆変換器として動作した場合の交流
電圧、電流を表わしたものである。力行時と同様
に交流電圧、交流電流を検出して、この場合には
交流電流を交流電圧と全く逆相すなわち180°位相
が異なる様に制御する。力行時、ブレーキ時にか
かわらず、直流電圧は一定に保たれるため、電気
車の速度制御としては直流回路の負荷側に接続さ
れたインバータINVの周波数および電圧を制御
することにより、誘電電動機IMの回転数制御を
行う。従つてこの意味では、インバータINVと
誘導電動機IMの部分は、チヨツパ装置と直流電
動機としても構成することが出来る。

ところで、電力回生ブレーキを考えてみると、
電源側の系統と常に接続されていれば問題は無い
が、交換電気率の場合は必ずき電系統の区分があ
り、無加圧区間を通過したりあるいは短時間の停
電期間があつてブレーキが効かなるなる事があ
る。このため、従来単にサイリスタブリツジのみ
で変換器を構成して電力回生ブレーキを行なつて
いる電気車両では、仮にこの様な区間を回生ブレ
ーキで通過すると、サイリスタブリツジの転流を
電源電圧で行なつているために転流が不可能とな
り、直流回路が短絡されて過電流状態となると同
時にブレーキが失効してしまう。

［発明の目的］ 本発明は上記のような問題を解決するために成
されたもので、その目的は電力回生ブレーキ中の
電流中断に対して電気ブレーキを中断することな
くスムーズに発電ブレーキに移行することがで
き、また電圧の再印加に対しても速やかに電力回
生ブレーキへ復帰することが可能な交流電気車の
発電ブレーキ制御装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記の目的を達成するために、パルス幅制御コ
ンバータと、平滑用のコンデンサと、インバータ
とを、主回路の要素として有し、パルス幅制御コ
ンバータは、ゲートターンオフサイリスタとダイ
オードとを逆並列接続した単相ブリツジ回路から
なり、交流入力電力を直流に変換するものであ
り、平滑用のコンデンサは、単相ブリツジ回路の
正側と負側の各出力端間に接続されたものであ
り、インバータは、単相ブリツジ回路の各出力端
間に接続され、直流を交流電力に変換して電気車
駆動用の誘導電動機へ供給するものである、交流
電気車において、 まず、第１の発明では、交流入力電圧検出器
と、交流入力電流検出器と、直流電圧検出器と、
抵抗器と、発電抵抗制御回路とを有し、交流入力
電圧検出器は、交流入力電力中の交流入力電圧を
検出するものであり、交流入力電流検出器は、交
流入力電力中の交流入力電流を検出するものであ
り、直流電圧検出器は、単相ブリツジ回路の各出
力端間に接続され、その間の直流電圧を検出する
ものであり、抵抗器は、単相ブリツジ回路の各出
力端間に、開閉器を直列に介して接続されたもの
であり、発電抵抗制御回路は、交流入力電圧検出
器および交流入力電流検出器により検出された交
流入力電圧および交流入力電流がほぼ零で、かつ
直流電圧検出器により検出された直流電圧が基準
値よりも高い時に動作し、開閉器へそれをオンす
べき投入信号を与えるものである。

また、第２の発明では、交流入力電圧検出器
と、交流入力電流検出器と、直流電圧検出器と、
抵抗器と、発電抵抗制御回路とを有し、交流入力
電圧検出器は、交流入力電力中の交流入力電圧を
検出するものであり、交流入力電流検出器は、交
流入力電力中の交流入力電流を検出するものであ
り、直流電圧検出器は、単相ブリツジ回路の各出
力端間に接続され、その間の直流電圧を検出する
ものであり、抵抗器は、単相ブリツジ回路の正側
または負側の出力端と２回路の各ゲートターンオ
フサイリスタの接続点との間に、開閉器を直列に
介して接続されたものであり、発電抵抗制御回路
は、交流入力電圧検出器および交流入力電流検出
器により検出された交流入力電圧および交流入力
電流がほぼ零で、かつ直流電圧検出器により検出
された直流電圧が基準値よりも高い時に動作し、
開閉器へそれをオンすべき投入信号を与えると共
に、抵抗器が接続された負側または正側のゲート
ターンオフサイリスタへそれをオン・オフすべき
チヨツパ制御信号を与えるものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明を図面に示す一実施例について説
明する。第４図は、第１の発明による交流電気車
の発電ブレーキ制御装置の構成例を示すもので、
第１図と同一部分には同一符号を付して示す。図
において、PANは図示しないき電線より交流電
力を集電する集電器、Ｔ１は電圧降下用の主変圧
器である。入力側のパルス幅制御コンバータは、
GTO，TH１〜TH４とダイオードＤ１〜Ｄ４を
逆並列に接続した回路を単位として、これを４回
路ブリツジ接続して単相ブリツジ回路を構成して
いる。一方、この単相ブリツジ回路の正側出力端
と負側出力端との間には開閉器Ｓ１を直列に介し
て抵抗器Ｒ１を接続し、かつこれと並列にコンデ
ンサCOを接続しさらに直流側負荷としてGTOと
ダイオードで構成されるインバータINV、およ
びこれに接続された誘導電動機IMを接続してい
る。一方、１，２は上記主変圧器Ｔ１の２次側出
力である交流入力電圧、交流入力電流を夫々検出
する各検出器、３は単相ブリツジ回路の直流電圧
を検出する検出器であり、その検出信号を夫々パ
ルス幅制御回路４および発電抵抗制御回路５へ入
力している。パルス幅制御回路４は、上記直流電
圧が一定の基準値となるように、交流入力電圧に
同期して交流入力電流を制御するものである。ま
た発電抵抗制御回路５は、上記交流入力電圧、電
流が略零でかつ直流電圧が基準値よりも高い時に
動作し、上記開閉器Ｓ１へそれをオンすべき投入
信号を与えるものである。

次に、かかる第４図の回路構成において電力回
生ブレーキ動作を行なつているとすると、パルス
幅制御回路４により交流入力電圧と交流入力電流
の関係は第３図に示す関係で動作している。この
時にいま電源電圧が消滅したとすると、交流入力
電圧検出器１によつてこれが検出されてパルス幅
制御回路４が動作しなくなるため、直流回路のコ
ンデンサCOに誘導電動機IM側から電化が流入し
て直流電圧が上昇する。これを直流電圧検出器３
により検出して、発電抵抗制御回路５を動作させ
て開閉器Ｓ１を閉とすると、抵抗器Ｒ１が直流回
路に接続されることにより、誘導電動機IM側か
らのエネルギーは抵抗器Ｒ１にて消費されブレー
キ力は継続される。通常のき電側の無電圧期間は
無加圧区間通過の場合でもまたき電切換区間通過
の場合でもいずれにしろ短時間であるため、再度
電源電圧が印加された時は再び電力回生ブレーキ
回路を動作させ、発電抵抗制御回路５により開閉
器Ｓ１を開放して電力回生ブレーキを継続する事
が出来る。

この様に、短期間のみの電力中断に対応するの
みであれば、抵抗器Ｒ１の熱容量は小さいもので
良い事になる。長時間の電力の消滅は主に変電所
の停電の時であり、またこの様な機会はまれであ
るので、この場合にはやはり交流入力電圧検出器
１により長時間の電力消滅である事を検出して、
再度開閉器Ｓ１を開として機械的なブレーキで対
応すればよい。

上述したように、第１の発明による交流電気車
の発電ブレーキ制御装置においては、き電線の短
時間の電力中断に対して電力回生ブレーキを中断
する事無く、電気ブレーキを継続する事かできる
上、電力復帰後も、再度電力回生ブレーキを使用
して効率のよいブレーキ動作を行なう事ができ、
極めて一般的である。また、短時間の電力中断の
みを象としているため、小型の発電ブレーキ抵抗
器装備すれば良く経済的である。

すなわち、直流回路部分にコンデンサCOがあ
め非常に短時間であれば、電力がき電側へ帰ない
間は直流回路部分のコンデンサCOの電昇となり、
この電圧上昇が許容出来る範囲の間に発電ブレー
キ等に切換えられるため、ブレーキ力を失効する
事無く、無加圧区間でもブレーキを継続すること
が出来る。

次に、第５図は第２の発明による交流電気車の
発電ブレーキ制御装置の主要部分の構成例を示す
図で、第４図と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。

すなわち、第５図において、第４図と異なる点
は、単相ブリツジ回路の正側の出力端と２回路の
各GTOTH２，TH４の接続点との間に、開閉器
Ｓ１を直列に介して抵抗器Ｒ２を継続している点
である。

また、発電抵抗制御回路５は、交流入力電圧お
よび交流入力電流がほぼ零で、かつ直流電圧が基
準値よりも高い時に動作し、上記開閉器Ｓ１へそ
れをオンすべき投入信号を与えると共に、抵抗器
Ｒ２が接続された負側のGTOTH４へそれをオ
ン・オフすべきチヨツパ制御信号を与えることに
より、開閉器Ｓ１のオン・オフ制御を行なうのみ
でなく、GTOTH４のオン・オフ制御を行なつ
て、抵抗器Ｒ２に流れる電流を直流電圧に応じて
制御するようにしている点である。

なお、第５図では、前述したパルス幅制御回路
４は、その図示を省略している。

第６図は、GTOTH４に与えるチヨツパ制御
信号のオン、オフ期間の状況を表わしたもので、
オン期間が長ければ抵抗器Ｒ２へ流れる電流は大
となり、逆にオフ期間が長れけば抵抗器Ｒ２へ流
れる電流は減少する。

第２の発明による交流電気車の発電ブレーキ制
御装置においては、電力回生ブレーキ中に交流入
力電圧、交流入力電流および直流電圧を検出して
電力中断を検出する事は変らないが、開閉器Ｓ１
を閉とした後直流電圧の大きさに応じてチヨツパ
制御信号を与えてGTOTH４をチヨツパ制御す
る事により、この間のブレーキ力を連続的に制御
する事が出来る。また、入力電圧が復帰した後の
電力回生ブレーキへの復帰等についても、第４図
に示す回路と同様である。

従つて、第２の発明による交流電気車の発電ブ
レーキ制御装置においては、前記第１の発明の場
合と同様な効果が得られるのは勿論のこと、電力
中断時においてもブレーキ力を連続的に制御し
て、よりスムーズな電気ブレーキを確保すること
が出来る。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明の交流電気車の発電ブ
レーキ制御装置によれば、電力回生ブレーキ中の
電源中断に対して電気ブレーキを中断する事無く
スムーズに発電ブレーキに移行する事が出来、ま
た電圧の再印加に対してもすみやかに電力回生ブ
レーキへ再復帰する事ができる。さらに、一般に
電力中断期間は短期間であるため、付加する抵抗
器は熱容量の小さいもので良く経済的である。

さらにまた、第２の発明の交流電気車の発電ブ
レーキ制御装置によれば、直流回路の抵抗器電流
を入力側パルス幅コンバータのGTOを利用して
チヨツパ制御することにより、機構的な増加無し
に電力中断時のブレーキ力をよりスムーズに連続
制御することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流電気車の主回路を示す構成
図、第２図は第１図における力行時の入力電圧電
流を説明するための図、第３図は第１図における
回生ブレーキ時の入力電圧電流を説明するための
図、第４図は第１の発明による交流電気車の発電
ブレーキ制御装置の構成例を示す回路図、第５図
は第２の発明による交流電気車の発電ブレーキ制
御装置の構成例を示す回路図、第６図は同第２の
発明におけるチヨツパ制御信号の一例を示す波形
図である。 PAN……集電器、Ｔ１……主変圧器、Ｄ１〜
Ｄ４……ダイオード、TH１〜TH４……GTO、
CO……コンデンサ、Ｓ１……開閉器、Ｒ１……
抵抗器、Ｒ２……抵抗器、INV……インバータ、
IM……誘導電動機、１……交流入力電圧検出器、
２……交流入力電流検出器、３……直流電圧検出
器、４……パルス幅制御回路、５……発電抵抗制
御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流入力電圧検出器１と、交流入力電流検出
   器２と、直流電圧検出器３と、開閉器Ｓ１と、抵
   抗器Ｒと、発電抵抗制御回路５を有した交流電気
   車の発電ブレーキ制御装置であつて、 電気車は、交流電力をパルス幅制御コンバータ
   COVにより直流電力に変換し、かつこの直流電
   力をコンデンサCOにより平滑すると共に、イン
   バータINVにより交流電力に変換して誘導電動
   機IMを駆動して力行、または、回生制動される
   ものであり、 交流入力電圧検出器１は、パルス幅制御コンバ
   ータCOVの交流入力電圧を検出するものであり、 交流入力電流検出器２は、パルス幅制御コンバ
   ータCOVの交流入力電圧を検出するものであり、 直流電圧検出器３は、パルス幅制御コンバータ
   COVの出力端子間の直流電圧を検出するもので
   あり、 開閉器Ｓ１と抵抗器Ｒは、直列接続すると共
   に、パルス幅制御コンバータCOVの出力端子間
   に直列に接続するものであり、 発電抵抗制御回路５は、交流入力電圧検出器１
   で検出された交流入力電圧と交流入力電流検出器
   ２で検出された交流入力電流がほぼ零であつて、
   直流電圧検出器３で検出された直流電圧が基準値
   よりも高いとき、開閉器Ｓ１に対してそれをオン
   すべき投入信号を出力する 交流電気車の発電ブレーキ制御装置。 ２ 交流入力電圧検出器１と、交流入力電流検出
   器２と、直流電圧検出器３と、開閉器Ｓ１と、抵
   抗器Ｒと、発電抵抗制御回路５を有した交流電気
   車の発電ブレーキ制御装置であつて、 電気車は、交流電力を２個のゲートターンオフ
   サイリスタを直列接続したアームを少なくとも２
   組接続してなるパルス幅制御コンバータCOVに
   より直流電力に変換し、かつこの直流電力をコン
   デンサCOにより平滑すると共に、インバータ
   INVにより交流電力に変換して誘導電動機IMを
   駆動して力行、または、回生制動されるものであ
   り、 交流入力電圧検出器１は、パルス幅制御コンバ
   ータCOVの交流入力電圧を検出するものであり、 交流入力電流検出器２は、パルス幅制御コンバ
   ータCOVの交流入力電圧を検出するものであり、 直流電圧検出器３は、パルス幅制御コンバータ
   COVの出力端子間の直流電圧を検出するもので
   あり、 開閉器Ｓ１と抵抗器Ｒは、直列接続すると共
   に、この一端をパルス幅制御コンバータCOVの
   出力端子の一方と接続し、かつ該他端をパルス幅
   制御コンバータCOVのサイリスタアームのサイ
   リスタの接続点に接続するものであり、 発電抵抗制御回路５は、交流入力電圧検出器１
   で検出された交流入力電圧と交流入力電流検出器
   ２で検出された交流入力電流がほぼ零であつて、
   直流電圧検出器３で検出された直流電圧が基準値
   よりも高いとき、開閉器Ｓ１に対してそれをオン
   すべき投入信号を出力し、かつゲートターンオフ
   サイリスタをオン・オフすべきチヨツパ制御信号
   出力する 交流電気車の発電ブレーキ制御装置。