JPH05502785A - 機関車牽引電動機に対する自動閃絡保護 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 機関車牽引電動機に対する自動閃絡保護発明の背景 この発明は全体的に直流牽引電動機を備えた（ジーゼル−電気機関車の様な）牽 引車輌に対する電気推進装置に関し、更に具体的に云えば、電動機の整流子に閃 絡があった場合、この装置を重大な損傷から保護する改良された手段に関する。

今日のジーゼル−電気機関車では、熱形原動機（典型的には１６気筒のターボチ ャージャ形ジーゼル機関）を使って同期発電機を持つ電気伝動装置を駆動する。

この発電機が複数個の直流牽引電動機に電流を供給し、この電動機の回転子が減 速歯車装置を介して機関車の夫々の車軸−車輪の組に駆動結合されている。典型 的には、発電機は主たる３相牽引交流機で構成され、その回転子が機関の出力軸 に機械的に結合されている。回転する回転子の界磁巻線に励磁電流が供給された 時、交流機の固定子にある３相電機子巻線に交番電圧が発生される。こう云う電 圧を整流して直流牽引電動機の電機子及び／又は界磁巻線に印加する。

普通の電動機動作では、ジーゼル−電気機関車の推進装置は、絞りハンドルの各 々の個別の位置に対し、機関によって駆動される交流機が、牽引電動機に対する 略一定の最適量の電力を発生する様な平衡定常状態を設定する様に制御される。

実際には、推進制御装置の普通の動作を取消して、車輪の付着力が失われたとか 、或いは絞りの指示する機関速度がどんな値であっても、機関の動力能力を負荷 が越えると云う様なある異常な状態に応答して、機関の負荷を減少する適当な手 段が設けられている。この応答は、一般的に定格軽減（デレージョン）と呼ばれ るが、牽引動力を減少し、−こうして機関車がこの様な一時的な状態から回復す るのを助け、並びに／又は機関に重大な損傷が起るのを防止する。

更に、推進制御装置は普通は、交流機の出力電圧の大きさ並びに負荷電流の大き さが予定の安全最高レベル又は限界を夫々越えない様に抑えるのに必要な様に、 この出力電圧を制限し又は減少する手段を含んでいる。機関車が静止状態から加 速する時、電流制限が有効である。機関車の速度が低い時、軽減電動機の電機子 は回転が遅いので、その逆起電力が小さい。交流機の電圧が小さいと、最大電動 機電流が発生されることがあり、それが加速に必要な大きな牽引力を発生する。

他方、機関車の速度が高い時には、何時でも、交流機の電圧の大きさをその最高 レベルに一定に保たなければならない。高速の時、牽引電動機の電機子は高速で 回転していて、逆起電力が大きく、この時、交流機の電圧は所要の負荷電流を発 生する位に高くなければならない。

電気推進装置では、全ての電力部品（交流機、整流器、牽引電動機及びそれらを 相互接続する接触器並びにケーブル）は、この様な部品の電気的に付勢される部 分と大地の間の有害な短絡を避ける為に十分に絶縁されている必要がある。この 絶縁は、絶えざる振動、頻繁な機械的な衝撃、それ程頻繁ではない保守、ときた まの電気的な過負荷、広い範囲の周囲温度、並びに非常に乾燥したり、並びに／ 又は汚れていたりすることのある大気を含めて、機関車にか＼る非常に厳しい条 件に耐えるものでなければならない。部品の絶縁が損われるか、或いはその絶縁 耐力が劣化するか、或いは水分やごみの蓄積によって、絶縁の中又はその表面に 比較的抵抗値の小さい通路が出来ると、その部品と大地電位にある機関車の枠と の間に望ましくない程大きい漏れ電流が流れることがある。この様な絶縁降伏は 、電離放電又は閃絡を伴うことがある。この放電は、電圧レベルが最終的な絶縁 降伏の値に達する前に開始する。絶縁が汚れ且つ湿っていればいる程、実際の絶 縁降伏の値に較べて、放電開始電圧が一層低くなる。適正な検出及び適時の保護 をしないと、最初は無害であった放電が、絶縁装置、並びに場合によっては全体 の装置自体に重大な又は回復し難い損傷を招く程度に直ぐに成長し又は拡がる現 実の危険がある。

機関車推進装置には接地事故の保護を施すのが常套手段である。この様な保護装 置は、典型的には、接地漏れ電流を検出したことに応答して、通常の推進制御を 取消し、その電流の大きさが、電動機電流の大きさに関係する許容し得る限界を 越えた場合、牽引動力を減少するのが典型的である。米国特許第４，６０８．６ １９号及びカナダ特許第１．２６６．１１７号を参照されたい。こう云う装置は 、牽引電動機の整流子の損傷を招く様な閃絡を防止するには、余り成功しなかっ た。

直流牽引電動機では、整流子のバーを擦るカーボン・ブラシを利用して、電動機 の電機子巻線に電流を供給する。

この電流が電機子並びに対応する磁極内に磁界を設定する。

電機子内に作られた磁極が電動機の界磁巻線の磁極と相互作用して、機械のトル クを発生する。電動機の界磁巻線の磁極は、こう云う巻線に直流電流が流れるこ とによって設定される。電動機は、電機子の１端の周りに等間隔に設けられた複 数個の整流子バーを持ち、各々の整流子バーが電機子の選ばれた巻線に接続され て、磁極を設定する。隣合った整流子バーがカーボン・ブラシの下を周期的に通 過する時、それに対して接続された電機子コイルが一時的に短絡される。短絡さ れた整流子バーに関連するコイルは互いにずれているから、それらは、界磁巻線 の磁極によって作られたものであって、大きさの異なる磁束界の中を通過する。

従って、２つの整流子バーの間には電位差が存在する。

理想的な機械の設計では、ブラシは界磁の磁極の間で、界磁磁極によって作られ た磁束が、磁気的な極性が反対である隣接した磁極の間で反転する時に、ゼロを 通過する様な点に設けられる。この理想的な点は、全体的な磁束が界磁磁束及び 電機子磁束の和であるから、電機子電流の変化と共に移動する。典型的には補極 が隣合った界磁磁極の間に置かれる。各々の補極が巻線を持ち、それが電機子電 流通路内で直列接続されて、補極によって発生された磁束が電機子電流に比例す る様にする。一般的にこの方法は、補極磁束の変化を最小限に抑え、こうして電 気的なアークの発生量を著しくせずに、ブラシが整流子バーの間で電流を切換え ることが出来るようにするのに役立つ。

重い過負荷、急速に変化する負荷、弱い主界磁を用いる動作、不良のプランを用 いた動作、ブラシの跳返りのある動作又は粗い整流子を用いた動作の起る電動機 では、補極作用が不十分である慣れがあり、ブラシの単純な火花が主アークにな ることがある。例えば、電機子コイルが歪みのひどい磁束波のピークにある瞬間 に、コイル電圧は、このコイルが接続されている隣接した整流子バーの間の空気 を絶縁破壊して、その結果これらのバーの間に閃絡又はアークを発生させる程高 くなることがある。整流子セグメントの間にアークが発生すると、隣接したブラ シ・ホルダの間がたちまち橋絡されたり、或いは普通直流牽引電動機の整流子を 取巻いている接地閃絡リングに拡がることがあり、こうして牽引用交流機の出力 線路を短絡する。この様な閃絡は比較的稀であるが、起るとすると、それは機関 車が高速で走っている時に起るのが普通である。

閃絡状態を自動的に検出して、それから回復する為の多くの異なる方式が従来技 術にある。例えば、米国特許第４゜１１２．４７５号を参照されたい。閃絡が起 った時の牽引電動機並びに推進装置の関連部品に対する重大な損傷を最小限に抑 え又は避ける為、故障状態にある電動機に供給されている電流が、達成し得る最 大の短絡時の大きさに達する時間が立たない内に、この閃絡を消すことが望まし い。

閃絡が検出されたら直ぐに、この電流を非常に速やかに減少し又は遮断すること により、故障を起した電動機回路の電気エネルギ量を小さく抑えて、整流子バー 、ブラシ・ホルダ及び閃絡リングに対する永久的な損傷を防止する。この様な望 ましい高速閃絡保護は、故障を起した電動機を交流機の整流出力に接続する電気 接触器を開路することによっては達成することが出来ない。これは、普通の接触 器の開路動作が遅すぎ、接触器の先端か離れ始める時までに、故障電流の大きさ が、この先端の望ましくないアーク発生又は溶着を招く程大きくなることがある からである。制御装置及び交流機の界磁励磁回路の関連する時定数が、閃絡の発 生と交流機の応答との間に有限の遅延を持込むので、牽引用交流機が故障を起し た電動機に供給する電流の初期サージを減少するのに、推進制御装置の定格軽減 作用に頼ることが出来ない。

発明の要約 この発明の全体的な目的は、機関車牽引電動機に対する改良された閃絡保護手段 を提供することである。

別の目的は、直流牽引電動機に於ける閃絡状態の検出に対する非常に早い応答と 、故障を起した電動機に供給される電流が達成し得る最大の大きさに上昇し得る 前に、この状態を有効に抑圧すること＼を特徴とする閃絡保護を提供することで ある。

この発明の更に特定の目的は、機関車推進装置に対し、直流牽引電動機の閃絡を 速やかに消し、閃絡を起した整流子が治癒することが出来る様にするのに十分な 期間の間、故障を起した電動機を牽引用の交流機から電気的に切離す閃絡保護手 段を提供することである。

別の特定の目的は、ジーゼル−電気機関車推進装置に対し、直流牽引電動機の閃 絡を消す様に速やかに作用するが、推進装置の電力整流ブリッジにある故障を起 したダイオードか原因で生じた短絡の場合は、作用しない閃絡保護手段を提供す ることである。

別の目的は、高速の面体の制御可能な電気弁を利用する閃絡保護手段に、弁を分 路するスナバ回路を簡単にすることが出来る形で、この弁のターンオフ及びター ンオン動作を調整する手段を提供することである。

この改良された閃絡保護手段は、何れも電機子及び界磁巻線を持つと共に閃絡を 起す慣れのある整流子を持つ複数個の直流牽引電動機を付勢する制御可能な電力 源を有する牽引車輌推進装置に役立つ。電源は、電機子及び界磁巻線を持つと共 に、車輌に搭載された原動機によって駆動される回転子を有する３相同期発電機 で構成される。発電機の界磁巻線が制御可能な一方向励磁電流源に接続される。

この源は、可変の制御信号の値の関数として、この電流の大きさを変える手段を 含む。適当な励磁制御手段が、普通は、その値が普通は車輌の絞り（又はブレー キ・ハンドル）の動力設定値に関係する様な基準信号を含めて、選ばれた入力信 号に応答して、この制御信号の値を決定する。

同期発電機の固定子にある３相電機子巻線が無制御電力整流器（複数個の対の電 力ダイオード及び関連する電気ヒユーズで構成される）及び複数個の電気接触器 を介して、牽引電動機の整流子に接続される。各々の接触器を閉及び開位置の間 で変えて、希望する通りに整流器に対して夫々の電動機を接続する（又は切離す ）作動手段を設ける。牽引電動機の電機子電流の大きさを夫々表わす一部の帰還 信号が、適当な電流感知手段によって取出される。任意の１台の電動機の整流子 に閃絡があると、この電動機の電機子電流の大きさに異常に大きい増加か生ずる 。

この発明を１形式で実施する時、高速の固体の制御可能な電気弁が、励磁電流源 と発電機の界磁巻線との間に接続される。この弁は交代的な第１及び第２の状態 を有する。

第１の状態にある時、弁は抵抗値が無視し得る値であって、励磁電流を自由に通 すが、第２の状態にある時、オーミックな値が非常に大きい抵抗値を持ち、これ は開路に似ていて、励磁電流源を発電機の界磁巻線から実効的に減結合する。制 御可能な弁は、状態を非常に急速に変える様に適当に構成されており、何れかの 牽引電動機に閃絡が起った時には、何時でも閃絡検出手段によって故障信号が発 生されたことに応答して、この弁を第１の状態から第２の状態に切換える手段が 設けられている。弁が第２の開路状態に切換わるや否や、発電機の界磁巻線の励 磁電力が急速にゼロに向って減衰し、それに対応して発電機の出力電圧が減少し て、故障を起した電動機の電機子電流が起り得る最大の短絡時の大きさに上昇し 得る前に、この閃絡を速やかに消す。云い換えれば、閃絡が起る時には、何時で も初期電流サージが、発電機の界磁を励磁電流源から速やかに切離すことによっ て、所望の様に制限される。

この発明の一面では、上に述べた制御可能な電気弁がゲート・ターンオフ・サイ リスクで構成されていて、このサイリスタは、（第１の状態に対応する）ターン オン状態にある時は、発電機の界磁励磁電流を通す様な極性になっていると共に 、（第２の状態に対応する）ターンオフ状態にある時は、実効的にこの電流を阻 止する。このサイリスタが電気インピーダンス手段によって分路される。このイ ンピーダンス手段は、非直線抵抗と、状態を変える時のＧＴＯサイリスタの両端 の電圧の変化率を制限するスナバ・キャパシタとの並列の組合せで構成すること が好ましい。

この発明の別の一面では、上に述べた閃絡検出手段が、電流帰還信号に応答して 、何れかの牽引電動機の電機子電流の大きさが、あらゆる正常な状態での電動機 電機子電流の大きさより大きい予定の閾値を越えた場合、故障信号を発生する手 段で構成される。

この発明の別の一面では、閃絡検出手段によって故障信号が発生された時、発電 機励磁電流源に対する制御手段が、ゼロ励磁電流に対応する制御信号の値を一時 的に出す。同時に、牽引用電動機の接触器に対する作動手段が各々の接触器を開 路するが、“接触器が安全に開路する様に保証する為に、関連する電動機の電機 子電流の大きさが予定のレベルより低くなる前には開路しない。発電機励磁電流 通路にある制御可能な電気弁か、前に述べた様に、励磁源を発電機の界磁から速 やかに減結合するので、故障を起した電動機の電流の大きさは、初期サージから この安全なレベルへ非常に急速に減少する。

閃絡保護手段が、接触器か閃絡に応答して開路された後に、作動手段によって、 その電機子電流が予定の閾値を越える大きさを持つ牽引電動機があれば、それを 同定する手段によって決定された、故障を起した電動機（１つ又は複数）に関連 するものを除く全ての接触器を再閉路させる様に作用する別の手段を含む。この 作動手段は、閃絡を起した整流子が、ブラシがその整流子面にのりかることによ って綺麗にされることが出来る様にするのに十分長い期間の間、閃絡検出手段に よって故障信号が最初に発生された後、こう云う接触器を再閉路することが防止 される。

この発明の更に別の一面として、関連する論理手段によって選択的に制御される 交代的なターンオン及びターンオフ信号を前述のゲート・ターンオフ・サイリス タに供給するＧＴＯゲート手段が設けられる。この論理手段は幾つかの異なる作 用を果す様に構成されている。これは、故障信号がなく且つ他のある状態が正常 である場合に第１の状態を持ち、その他の場合に第２の状態を持つ指令信号を発 生する手段を含む。指令信号が第１の状態である時には、何時でもターンオン信 号が発生され、ある最小限の持続時間を有する。指令信号が第２の状態にあって ターンオン信号が発生されていない間、タイマを含む手段がターンオフ信号を発 生する。タイマは、第１の状態から第２の状態に変わった後、指令信号が、牽引 電動機の接触器が上に述べた様に開路して再閉路することが出来る様にするのに 十分長い予定の期間の間、第１の状態に戻ることを防止する様に構成されている 。これによって、前述のインピーダンス手段にあるキャパシタが並列抵抗を介し て放電する時間が得られ、こうして、ＧＴＯサイリスタが次のターンオン信号に よってターンオン状態に戻る時に、その放電電流を制御する為に、キャパシタと 直列の普通の手段を使う必要性が避けられる。

論理手段は、発電機の励磁電流の大きさに応答して、この大きさが、典型的には 、閃絡に応答して達する最大励磁電流より異常に高いレベルを越えた場合、指令 信号が第１の状態から第２の状態に変化するのを防止する手段をも含むことが好 ましい。これによって、電力増幅器にあるダイオードが逆電流を阻止出来なかっ た場合（この場合発電機の出力電流を、故障したダイオードに関連するヒユーズ をとばす位に大きな大きさまで上昇させることが望ましい）の様に、励磁電流が このレベルより大きい場合に、ターンオフ信号の発生が禁止される。この為、ゲ ート・ターンオフ・サイリスタは、この高いレベルより大きい電流をターンオフ することが出来る必要はない。

この発明並びにその多くの目的及び利点は、以下図面について説明する所から、 更によく理解されよう。

図面の簡単な説明 第１図は熱式原動機（例えばジーゼル機関）、同期発電機、電力整流器、複数個 の牽引電動機、制御可能な励磁電流源、及び制御装置を含む機関車用の電気推進 装置のブロック図である。

第２Ａ図は第１図に簡単なブロックで示した直流牽引電動機の１台の回路図であ る。

第２Ｂ図は典型的な同期発電機の一部の負荷飽和曲線で、励磁電流の種々の大き さに対する出力電圧と電流の間の関係を示す。

第３図は発電機の励磁源と協働してこの発明を実施する制御装置のある部分の拡 大ブロック図である。

策４図は第３図に１個のブロックで示した閃絡検出手段の回路図である。

第５図は第１図及び第３図に１つのブロックとして示した発電機励磁電流源の拡 大図である。

第６図は第５図に１つのブロックとして示したＧＴＯ制御手段の拡大ブロック図 である。

第７図は第６図に１つのブロックとして示した論理手段の機能的なブロック図で ある。

第８図は第３図に１つのブロックで示した装置の応答関数を構成する現在好まし いと考えられるやり方を示すフロ第１図に示す推進装置が可変速度原動機１１を 含み、これが主牽引用交流機とも呼ばれる３相交流同期発電機で構成された回転 電気機械１２の回転子に機械的に結合されている。主交流機１２はその固定子に ３個１組の星形結線の電機子巻線を有する。運転中、それがこれらの巻線に３相 電圧を発生し、そう云う電圧か少なくとも１つの３相両方向無制御電力整流器ブ リッジ１３の交流入力端子に印加される。ブリッジは、普通の様に複数個の対の 電力ダイオードで形成されており、主交流機１２の相異なる３相の各々にこの様 な２対又は３対が付設されている。開封にあるダイオードが整流器ブリッジの正 及び負の直流出力端子の間に直列に接続され、その接続点が保護ヒユーズ（図に 示してない）を介してブリッジの関連する交流入力端子に接続されている。ブリ ッジ１３の出力が直流母線１４及び複数個の個別の電気接触器１５Ｃ，１６Ｃを 介して、複数個の並列接続の速度が調節自在の直流牽引電動機に、それを付勢す る様に電気的に結合されている。第１図にはその内の２つ（１５，１６）だけを 示しである。電動機１１、交流機１２及び整流器１３が、典型的には４又は６車 軸ジーゼル−電気機関車である自己推進形牽引車輌のプラットフォームに適当に 取付けられている。機関車のプラットフォームが、何れも２組又は更に多くの車 軸−車輪の組を有する２つのトラック（図に示してない）の上に支持されている 。

別々の牽引電動機が各々の車軸に懸架され、その回転子が普通の歯車装置を介し て、関連する車軸−車輪の組とそれを駆動する様に機械的に結合されている。適 当な電流感知手段を使って、一群の電流帰還信号を１１．１２等を発生し、これ らが電動機電機子電流の大きさを夫々表わす。

第１の牽引電動機１５が第２Ａ図に示されており、他の電動機の典型である。こ の電動機の円柱形回転子に複数個の電機子巻線があり、それらが普通の整流子１ ５Ａの異なるバー又はセグメントで終端する。回転しないカーボン・ブラシ１５ Ｂがこの整流子と摺動接触する。接地された閃絡リング１５Ｒが整流子から隔て ＼その周りに配置されている。電動機は固定子に界磁巻線１５Ｆを持ち、電動機 動作又は推進動作モードの間、これらの巻線が第２Ａ図に示す様に、電機子と電 気的に直列に接続される。電機子の回転方向、従って機関車が推進される方向は 、界磁電流の相対的な向きに関係し、界磁巻線１５Ｆと直列に接続された普通の 双安定の電気機械的な逆進装置（図に示してない）の接点位置を変えることによ って反転することが出来る。

機関車の発電制動又は減速の為、各々の牽引電動機の電機子巻線が電力整流器１ ３から切離され、普通のファンからの吹付けを受ける発電制動用抵抗格子（図に 示してない）に接続され、全ての電動機の界磁巻線が互いに直列に接続し直され て、主交流機１２の整流出力によって付勢される様にする。図２Ａに見られる様 に、電流帰還信号１１は、牽引電動機１５の電機子巻線と直列に接続された適当 な電流センサ１５Ｓによって発生される。従って、■１は、電動機動作モードで 動作する時のこの電動機の直列接続の電機子及び界磁巻線の電流の大きさを表わ す。

主交流機１２及び電力整流器１３か、夫々の牽引電動機に対する制御可能な電力 源として作用する。この源の出力電圧（又は電流）の大きさが、主交流器の回転 子に設けられた界磁巻線１２Ｆに供給される励磁電流の量によって決定され、そ れによって変えられる。こう云う界磁巻線が、付勢の為、調整励磁電流ＩＦの適 当な源１７の出力に接続される。この発明の図示の実施例では、界磁巻線１２Ｆ と励磁電流源１７の間の接続は、普通の電気機械的な界磁スイッチの接点１２Ｃ を含む。界磁スイッチは第１の状態又は通常の状態に移動する制御手段１２Ｄを 持ち、この時接点１２Ｃが閉じ、励磁電流を自由に通すと共に、制御手段がこの スイッチを第１の状態及び第２の又は交代的な状態の間で切換える。この交代的 な状態の時、接点１２Ｃが開き、励磁電流が実効的に遮断される。実際には、制 御手段１２Ｄは電磁コイル及び関連した作動機構で構成され、その作動機構が、 コイルが付勢された場合にだけ、界磁スイッチを通常の状態へ移動して、その状 態に保つ。

励磁電流源１７は３相被制御整流器ブリツジで構成することが好ましく、その入 力端子１８が原動機によって駆動される補助交流機から交番電圧を受取る。この 補助交流機は、実際には、主交流機１２と同じ枠に設けられた補助の１組の３相 電機子巻線で構成することが出来る。第１図では、源１７に「界磁調整器」と記 されている。これは、交流機の界磁１２Ｆに供給される直流電流ＩＦの大きさく 従って、交流機】２の出力）を、入力線１９の可変の制御信号ＶＣの値と、電動 機動作中は、主交流機１２の整流された出力電圧の平均の大きさ■を表わす帰還 信号との間の差を最小限に抑えるのに必要な様に変える普通の手段を含む。

後で述べた電圧の大きさが、界磁巻線１２Ｆの励磁電流の大きさ、並びに主交流 機の電機子巻線の出力電流の大きさの既知の関数であり、これは原動機１１の速 度につれても変化する。電力整流器の直流出力端子の間に接続された普通の電圧 感知モジュールによって、それを感知する。第２Ｂ図の曲線は、原動機１１によ って一定速度（例えば１゜０５０　ＲＰＭで駆動され、且つ夫々の曲線に書込ん だ大きさの異なる種々の界磁電流ＩＦによって励磁された典型的な交流機１２か ら供給された電力整流器１３の出力端子に於ける負荷電流の平均の大きさと、■ との間の関係の例を示す。

第１図に示す様に、交流機の電機子巻線の中性点Ｓと機関車の接地された車体又 は枠との間に抵抗値が比較的小さい（例えば１０Ω）の電流検出モジュール２２ が接続されている。モジュール２２が、電気推進装置の接地漏れ電流の大きさく ＩＧＮＤ）を表わす帰還信号を出力線２３に発生する。Ｉ　ＧＮＤが、モジュー ル２２を介して中性点Ｓと、主交流機１２の電機子巻線、電力整流器１３又は電 力整流器に接続された電気負荷回路内の任意の接地故障との間に流れる電流の目 安であることは明らかである。後に述へた回路は、牽引電動機１５．１６等の界 磁巻線をも含み、電動機動作モードの時は、電動機の電機子巻線をも含む。

交流機の界磁１２Ｆを駆動する原動機１１は、熱式機関又は内燃機関又はそれと 同等のものである。ジーゼル−電気機関車では、典型的には動力が馬力の大きい ターボチャージャ形の１６気筒のジーゼル機関から供給される。こう云う機関は 燃料装置２４を持ち、この燃料装置が、機関のカム軸に設けられた対応する燃料 カムによって関連する燃料噴射器が作動される度に、各々の気筒にどれだけの燃 料が流れるかを制御する１対の燃料ポンプ・ラックを有する。

各々の燃料ラックの位置、従って機関に供給される燃料の量が、この両方のラッ クが結合されている機関速度調速機装置（ＧＯＶ、）２５の出力ビストンによっ て制御される。

この調速機が、予定の限界内で、機関のクランク軸の実際の速度及び所望の速度 の間に差があれば、その差を最小限に抑える様な方向に、又その様な量だけ、ラ ックを自動的に変位させることにより、機関速度を調整する。所望の速度が、関 連する制御装置２６から受取る可変速度要求信号によって設定される。この信号 をこの明細書では速度指令信号又は速度要求信号と呼ぶ。機関速度信号（ＲＰＭ ）は、機関のクランク軸、従って交流機の界磁の実際の回転速度を示す。

機関調速様装置２５に対する速度指令信号並びに交流機界磁電流源１７に対する 励磁制御信号ＶＣが、制御装置２６によって発生される。普通の電動機動作又は 推進動作モードでは、こう云う信号の値が、制御装置２６が電気的に結合されて いる手動絞り２７のノーンドルの位置によって決定される。普通、機関車の絞り は８個の動力位置又はノツチ（Ｎ）とアイドリング及び運転停止とを有する。Ｎ １は所望の最低機関速度（動力）に対応し、Ｎ８は最高速度及び最大動力に対応 する。絞りがアイドリング位置にある時、制御装置２６は、１　Ｆ＝０に対応す る値を制御信号ＶＣに出す様に作用し、主交流機１２によって牽引動力が発生さ れない。動いている機関車の発電制動を希望する時、オペレータは絞りハンドル をアイドリング位置に動かし、連れのブレーキ制御装置２８の連動ハンドルを操 作して、主制御装置２６に、この時、交流機励磁制御信号ＶＣの値を決定する可 変の「ブレーキ要求」信号が供給される様にする。

（制動モードでは、主交流機１２の整流出力から牽引電動機の界磁巻線に供給さ れている電流の大きさを表わす帰還信号が交流機励磁源１７に供給され、そこで 線１９の制御信号から減算されて、差信号又は誤差信号を決定し、源１７はそれ に応答する。）２台又は更に多くの機関車からなる場合、先頭の装置だけを操作 の対象にするのが普通であり、後続の各々の装置にある制御装置は、先頭の装置 でオペレータによって選ばれた絞り位置又は制動要求を示す符号化信号を列車線 を介して受取る。

機関の各々の動力レベルに対し、対応する所望の負荷がある。制御袋ｆｆ１２６ は、絞り２７からのノツチ情報を、牽引動力が要求された動力と釣合う時に電圧 帰還信号■が持つ値に実質的に等しい基準信号の値に変換する様に適当に構成さ れており、交流機の出力電圧及び負荷電流が両方とも予定の限界内である限り、 励磁電流源１７の入力線１９の制御信号ＶＣは、この所望の負荷を得るのに必要 な様に変えられる。この目的の為、並びに定格軽減（即ち、機関の負荷を軽減す る）の為、並びに／又はある異常状態かあった場合に機関の速度を制限する為、 機関を含めた推進装置の種々の動作状態及びパラメータに関する情報を制御装置 ２６に供給することが必要である。

第１図に示す様に、制御装置２６が上に述べた機関速度信号ＲＰＭ、電圧帰還信 号ｖ１及び個々の牽引電動機の電機子巻線に流れる電流の大きさを夫々表わす電 流帰還信号１１、Ｉ２等を受取る。更にこれは、機関が要求された動力を発生す ることが出来ないが、依然として要求された速度を保っている場合、調速様装置 ２５から出る負荷制御信号をも受取る。（負荷制御信号は、それが出た時、制御 装置２６内の動力基準の値を減少して、新しい平衡点に達するまで、交流機の界 磁を弱める様に作用する。）制御装置２６に供給されるこの他のデータとしては 、夫々交流機の出力電圧及び電流の絶対値の最大限界を定める。ｒＶＯＬＴ　Ｍ ＡＸＪ及びｒＣＵＲＭＡＸＪデータと、機関始動（即ちクランク動作）ルーチン を実効しているかどうかを示す「クランク」データと、「その他」と記したブロ ックで示す様に、他の選ばれた源からの関連する入力とがある。

交流機励磁源１７及び制御装置は多重線路直列データ・リンク又は母線２１を介 して互いに連絡する。制御装置２６は制御手段１２Ｄとも連絡する。制御手段１ ２Ｄは、制御装置からの「閉路」指令に応答して付勢された時、界磁スイッチ接 点１２Ｃを閉路位置へ動かす様に作用し、この接点は付勢された制御手段によっ てこの位置に保持される。

更に制御装置は接触器駆動器（ブロック２９）と連絡する。

これは、個々の牽引電動機の接触器１５ｃ、１６Ｃ等を作動する様に適当に構成 され且つ配置されている。典型的には、接触器駆動器２９は空気圧機構であって 、関連する電磁弁によって制御され、その電磁弁が制御装置２６からの指令によ り、選択的に又は連動して制御される。

推進装置内の接地故障に応答する為、制御装置２６には、その値が接地漏れ電流 の大きさＩ　ＧＮＤと共に変化する前述の帰還信号が、電流検出モジュール２２ の出力線２３を介して供給される。ＩＧＮＤが異常に高いことをこの信号が示す 場合、制御装置は自動的にある保護機能を実行し、それと同時に適当なメッセッ ジ又は警報信号を機関車の車室内にある表示モジュール３０に送る。制御装置２ ６によって実行される接地故障保護機能は、１９９０年２月２０日に付与された 前に引用したカナダ特許第１．　２６６、　１１７号に記載されたものと同しで あるか或いは同等であることが好ましい。この特許をもこ＼で引用しておく。要 約すれば、この引用で云う保護は、接地漏れ電流が異常に高い時、線１９の制御 信号ＶＣの値を修正して、（１）接地電流の大きさが予定の定格軽減閾値レベル と予定の最大許容限界の間の範囲内にある場合、交流機の界磁電流ＩＦの大きさ を減少し、その結果として、主交流機１２の動力出力を普通の所望の大きさのあ る端数まで減少し、この端数が接地電流の大きさが定格軽減閾値レベルを越える 大きさに反比例する様にし、（２）接地電流の大きさがその最大限界を越えて増 加する場合、少なくとも最低期間の間、電力出力をゼロに制限する様にする。

この発明の好ましい実施例では、制御装置２６はマイクロコンピュータで構成す る。当業者であれば、マイクロコンピュータが実際的には、市場で入手し得る部 品及び関連した電気回路及び素子で構成されたある統制されたシステムであって 、種々の所望の機能を実行する様にプログラムすることが出来ることを承知して いよう。典型的なマイクロコンピュータでは、中央処理装置（ＣＰＵ）が、プロ グラムに利用されるテーブル及びデータをも記憶する消去可能な電気的にプログ ラムのやり直しの出来る固定メモリ（ＥＰＲＯＭ）に記憶された動作プログラム を実行する。

ＣＰＵの中には、高周波数のクロック信号を発生する精密級の発振器と共に、普 通のカウンタ、レジスタ、アキュムレータ、フリップフロップ（フラグ）等があ る。マイクロコンピュータはランダムアクセス・メモリ（ＲＡＭ）をも持ち、こ の中にデータを一時的に記憶することが出来るし、その内の、ＥＰＲＯＭに記憶 されたプログラムによって決定された種々のアドレス位置からデータを読出すこ とが出来る。こう云う部品が適当なアドレス、データ及び制御母線によって相互 接続されている。この発明の実際の例では、インテル８７８６マイクロプロセツ サが使われた。

制御装置２６は、電動機動作モードでは、交流機の電圧帰還信号■の値と、普通 は機関車のオペレータによって選択された絞り位置並びに主交流機の牽引用電力 出力に関係する基準値との間の誤差があれば、その誤差をゼロにするのに必要な 様に変化する制御信号の値を、線１９に発生する様にプログラムされている。こ う云うことを行なう現在好ましいと考えられるやり方が、１９８７年１月６日に 付与された米国特許第４．６３４，８８７号に記載されており、これを引用して おく。電気制動動作モードを実施する為、制御装置２６は、電動機の電機子電流 帰還値と、普通は機関車のオペレータによって選択された発電制動位置に関係す る基準値との間の誤差があれば、それをゼロにするのに必要な様に、制御信号Ｖ Ｃの値を変える様にプログラムされている。

この発明では、上に述べた推進装置が、牽引電動機を閃絡から保護する手段を含 んでいる。閃絡に対する所望の保護が、主交流機励磁電流源１７と協働する制御 装置２６によって実施される。制御装置の内、閃絡に対する保護に関係する部分 が、第３図に略図で示されている。この図で、ブロック３２が、任意の１つの直 流牽引電動機１５．１６等の整流子に閃絡が発生したことを検出する適当な手段 を表わす。

検出手段３２が一部の牽引電動機電流帰還信号１１．Ｉ２等と、線２３の接地漏 れ電流（Ｉ　ＧＮＤ）帰還信号とを受取る。これは、（１）任意の牽引電動機の 電機子電流の大きさが、あらゆる正常な状態のもとての電機子電流の大きさより 高い予定の閾値を越えた場合、又は（２）ＩＧＮＤの大きさが、それより上の所 では前に述べた接地故障保護機能か制御信号ＶＣを牽引動力ゼロの値にクランプ する様な漏れ電流の最大許容限界より高い別の閾値（例えば２゜５アンペア）を 越えた場合に、少なくとも１つの電流帰還信号の大きさに異常な上昇があること によって示される様に、閃絡が起った時には、何時でも出力線３３（第３図乃至 第７図では「閃絡」と記されている）に故障信号を発生する様に作用する。電動 機の電機子電流の閾値の大きさは、各々の牽引電動機が通常通す最大電流の２倍 に近いことが好ましい。この発明の実際的な１用例では、閾値の大きさは３．０ ００アンペアに選んだ。閃絡の発生に対して出来るだけ敏速に応答する為、検出 機能は、マイクロコンピュータではなく、アナログ回路によって行なうことが好 ましい。

現在好ましいと考えられる実施例の閃絡検出手段３２が第４図に示されており、 次にこれについて説明する。電動機電機子電流帰還信号１１，１２等が比較器３ ５．３６等の配列の第１の入力に夫々供給される。これらの比較器の第２の入力 は、電動機電流の前に述べた高い閾値の大きさに対応する予定の一定の大きさに １を持つバイアス信号を取出す適当な手段３７に共通に接続されている。これら の比較器の出力が夫々ダイオード３８．３９等を介して線４０に接続され、この 線がバッファ４１及び別のダイオード４２を介してＰＮＰ　トランジスタ４３の ベースに接続されている。トランジスタ４３のエミッタがダイオード４４及び抵 抗４５を介して相対的に正の一定電位を持つ制御電圧母線（＋）に接続され、抵 抗４６がトランジスタのベースと、ダイオード４４及び抵抗４５の接続点との間 に接続されている。トランジスタ４３のコレクタが抵抗４７を介して、第４図で は丸の中の負の符号で示した基準電位母線に接続されると共に、抵抗４８を介し て閃絡検出器の出力線３３にも接続されている。普通、どの帰還信号１１．１２ 等もに１を越える大きさを持たず、全ての比較器３５．３６等は高の出力を持ち 、ダイオード３８．３９等は逆バイアスされ（即ち導電せず）、線４０の信号が 高であり、トランジスタ４３がターンオフになり、抵抗４７に電流が流れず、ト ランジスタのコレクタ（並びに線３３）の電位が低又は基準電位に対してゼロで あり、この検出器から故障信号は出力されない。然し、任意の１つ（又は更に多 く）の電動機電流帰還信号かに１より高くなると、関連する比較器の出力が低状 態に切換わり、これによって線４０の信号が低になり、ダイオード４２が導電し 、こうしてトランジスタ４３のエミッタ・ベース間接合を順バイアスし、それが ターンオンして、コレクタ抵抗４７に電流を通し、こうしてコレクタ電位を上昇 させ、出力線３３に高の故障信号を発生する。

第４図に見られる様に、牽引用交流機１２の電機子巻線の接地漏れ電流Ｉ　ＧＮ Ｄの大きさを表わす線２３の電流帰還信号が、別の比較器５１の一方の入力に供 給され、その他方の入力が、前に述べたＩＧＮＤの高い閾値の大きさに対応する 予定の一定の大きさに２を持つ別のバイアス信号を取出す適当な手段５３に接続 されている。比較器５１の出力がダイオード５４を介して線５６に結合され、こ の線がバッファ５７及びダイオード５８を介してトランジスタ４３のベースに接 続される。普通、接地電流帰還信号の大きさはに２を越えず、比較器５１は高の 出力を持ち、ダイオード５４が逆バイアスされ（即ち、導電せず）、線５６の信 号が高である。然し、この帰還信号の大きさかに２より高くなると、比較器５１ の出力が低状態に切換ねり、その為線５６の信号が低になり、ダイオード５８が 導電し、こうしてトランジスタ４３をターンオンし、出力線３３に高の故障信号 を発生する。事実上、ダイオード４２．　５８はオア論理回路を形成し、これは 、交流機の電機子巻線の接地漏れ電流又は任意の１つの牽引電動機の電機子電流 の何れかの異常な大きさの増加に応答して、故障信号を発生することが出来る様 にする。この増加は、何れの場合も電動機の整流子の閃絡によって起る。

第４図に示す様に、線２３の接地漏れ電流帰還信号が加算手段５９にも供給され 、そこで線６１の別の信号をそれから減算する。線６１の信号は、ＩＧＮＤの定 格軽減閾値レベル（例えば約０．５アンペア）に対応する予定の一定の大きさに ３を有する。ＩＧＮＤがこのレベルより高い七、その結果加算手段５９から出て 来る値により、定格軽減プログラム６２が作動される。前に引用したカナダ特許 第１゜２６６．１１７号に詳しく記載されているが、定格軽減プログラム６２は 線１９（第１図）の制御信号ＶＣの値を修正して、交流機の界磁電流の大きさを 減少し、交流機１２の電力出力が通常の所望の量の端数に減少する様にする。

この端数は、定格軽減閾値レベルを越える漏れ電流の大きさに反比例し、漏れ電 流の大きさが最大許容限界（例えば、約１アンペア）を越える場合は、０に等し い。最後に述へた限界に達した時、Ｋ２は線２３の帰還信号の大きさより大きい ことに注意されたい。

第３図に戻って説明すると、閃絡が発生した時に、何時でも検出手段３２が出力 線３３に発生する故障信号が、データ・リンク２１を介して交流機励磁電流源１ ７に供給される。この発明では、励磁源１７は、交流機界磁電流の通路に制御可 能な固体電気弁を備えていて、故障信号が発生されたことに応答して、この源を 交流機界磁巻線１２Ｆから素早く減結合する。この時、交流機の界磁の励磁電流 の大きさが急速にゼロに減少し、主交流機１２の出力電圧がそれに対応して低下 する。閃絡保護手段のこう云う部分の構成、動作及び利点を次に現在好ましいと 考えられる実施例の励磁電流源１７を示す第５図について更に詳しく説明する。

図示の源１７は、「サイリスク・ブリッジ制御」と呼ぶブロックで示した普通の 制御手段６５からの周期的な点弧又はターンオン信号を夫々受取るゲートを持つ 制御可能な６個の一方向電気弁又はサイリスタを相互接続することによって形成 された３相両方向整流器ブリッジ６４で構成される。こう云う点弧信号は、ブリ ッジ６４の交流入力線１８に印加される３相交番電圧と同期している。こう云う 交番電圧は、交流機１２の補助巻線から得られるものであり、その為、その周波 数及び振幅が原動機の回転速度（ＲＰ　Ｎ）と共に変化する。典型的には、入力 電圧の大きさはアイドリング速度の時の約３０ボルトｒｍ！から全速の時の６８ ボルト＋１１ｓまでの範囲内である。前に述べた様な所望の交流機の界磁調整を 達成する為、制御手段６５は、線１９の制御信号ＶＣと交流機の出力電圧■を表 わす帰還信号との間に誤差があれば、その誤差の関数として、点弧信号のタイミ ングを進め又は遅らせる様に作用する。

第５図に示す様に、整流器ブリッジ６４の負の直流出力端子Ｎが主交流機の界磁 巻線１２Ｆの一端に直接的に接続され、このブリッジの相対的に正の出力端子Ｐ が線６６、交流機界磁スイッチの常閉接点１２Ｃ及び線６７を介して界磁１２Ｆ の他端に接続されている。界磁１２Ｆ及び接点１２Ｃが、正の端子が線６６に接 続されると共に負の端子が線６７に接続された両極性電圧ブレークオーバ装［１ ６９と直列のオーミックの値が比較的小さい（例えば２Ω）電圧制限抵抗６８に よって分路されている。ブレークオーバ装置６９は、通常の状態では、非常に大 きい抵抗値を持ち、実質的には開路である。然し、線６７の電位が負であって、 ブリッジ６４の出力端子Ｎに対して第１の予定のブレークオーバ・レベル（例え ば１．０００ボルト）を越えた場合、又は線６６の電位が相対的に正であって、 第１のブレークオーバ・レベルと同じでも異なっていてもよいが、第２のブレー クオーバ・レベルを越えた場合、抵抗値が無視し得る状態に急速に切換わる様に 適当に構成されている。装置６９が後に述べた状態にある限り、界磁１２Ｆの励 磁電流は２Ωの抵抗６８を通って循環する、又は「フリーホイール」状態になる 。

制御可能な回路手段７０が、ブリッジ６４の正の出力端子Ｐと線６６の間で界磁 スイッチ接点１２Ｃと直列に接続されている。この発明の図示の実施例では、回 路手段７０は、制御可能な高速の固体電気弁７１を有し、それが電気インピーダ ンス手段と並列回路をなす様に接続されている。

この電気インピーダンス手段は、非直線抵抗素子７３と並列のスナバ・キャパシ タ７２で構成される。第５図に示す様に、弁７１がゲート・ターンオフ装ｆｆｉ 　（ＧＴＯ）であることが好ましい。この代りに、この弁は電力トランジスタで 構成してもよいし、或いはシリコン制御整流器と外部転流手段との普通の組合せ で構成してもよい。

ＧＴＯ装ｆｆ１７１は、普通ＧＴＯサイリスタと呼ばれるが、そのゲート電極が 適当なターンオン又は点弧信号によってトリガされた時に「順方向」負荷電流（ 即ち、陽極に流れ込んで陰極から出て行く電流）を自由に通すと共に、同しゲー トに負のターンオフ信号がその代りに印加された後は、この電流を実効的に阻止 する様に設計された多層半導体である。この発明の１つの用例では、このサイリ スタの定格は、ターンオンした時、４５０アンペアの定常状態の一方向負荷電流 を通すと共に、ターンオフされた時、１，６００ボルトを越える順方向電圧に耐 える様になっており、このサイリスクは適当な大きさを持つターンオフ信号に応 答して、１，２００アンペアと云う大きい電流を首尾よくターンオフすることが 出来る。ＧＴＯ装置７１は、ターンオンされた時、励磁電流を通す様な極性に接 続されている。

逆極性を持つ電圧サージがあった場合、ＧＴＯサイリスクを損傷から保護する為 、これが逆の極性に接続されたダイオード７４で分路されている。希望によって は、ダイオード７４は、この代りにＧＴＯ構造で構成してもよい。

ＧＴＯサイリスタ又は弁７１がターンオン状態にある時には、何時でもそれが順 方向負荷電流に対して持つ抵抗値は無視し得る。この時、励磁電流が端子Ｐから 回路手段７０、接点１２Ｃ（閉路と仮定する）及び主交流機の界磁１２Ｆを通っ て端子Ｎへ自由に流れることが出来る。然しターンオフ状態では、この弁の抵抗 値は、順方向負荷電流を阻止又は遮断する様な大きなオーミックな値を持つ。Ｇ ＴＯ弁７１をこの様な交代的な２つの状態の間で変える為、ｒＧＴｏ制御」と呼 ぶ適当な制御手段８０が付設されている。制御手段８０は、線３３に故障信号を 受取ったことに応答して、ＧＴＯ弁７１を第１の状態から第２の状態に切換える と同時に、出力線８１の通常高（ｒｌＪ　）状態の信号を低（「０」）状態に変 える様に作用する。制御手段８０は、入力線８２の「性能」信号を受取ったこと にも応答して、ＧＴＯ弁７１を第２の状態から第１の状態に切換える様にも作用 する。線６６にある電流センサ８３が制御手段８０に結合され、交流機の界磁１ ２Ｆに供給される励磁電流（ＩＦ）の大きさを表わす帰還信号を発生する。

回路手段７０にある非直線抵抗素子７３は普通「バリスタ」と呼ばれている。こ れは、印加電圧の大きさが増加するにつれてオーミンクな値が減少する適当な材 料（例えば、炭化珪素）で作られており、この為、この素子を通る電流はこの電 圧のｎ乗で変化する。典型的には、このｎは３より大きい。役に立つ形のバリス タがサーイライト・ディスクの名前で知られている。この発明の１つの用例では 、図示の素子７３は、２つのサイライト・ディスクを並列にした集成体で構成さ れている。素子の両端の電圧が１５０ボルトである時、抵抗値（２５℃に於ける ）は約１，１００Ωであり、印加電圧が１，６００ボルトまで増加すると、２Ω 未満まで減少する。

閃絡が起り、ＧＴＯ弁７１が、閃絡検出手段３２によって線３３に発生された故 障信号に応答して、制御手段８０によってターンオフされると、交流機の界磁励 磁電流が速やかに弁７１から並列のインピーダンス手段７２．７３に切換えられ （「転流され」）、そこで高い抵抗値と出会う。

キャパシタ７２がＧＴＯ弁の両端の電圧の変化率を制限する。バリスタ７３の抵 抗値は、非直線であるから、ターンオフされた弁７１の両端の電圧が上昇するに つれて減少し、この電圧の最大レベルを安全な値に制限する。ＧＴＯ弁７１のタ ーンオフ過程は実際には３つの段階がある。一旦ＧＴｏターンオフ信号がこの弁 のゲートに印加されると、順方向負荷電流が減少し始める前に短い遅延（「蓄積 」時間とし、て知られている）がある。その後、「立下り」時間ととして知られ る極く短い期間の間に、電流が非常に小さい大きさまで急速に減少する。弁７１ のターンオフ時間（例えば約１５マイクロ秒）は蓄積時間及び立下り時間の和で ある。然し、弁か、ターンオン状態に時期尚早に戻らずに、オフ状態の電圧に耐 える能力を完全に回復するのに必要な一層長い期間（「裾引き」時間として知ら れてる）が終る前に、ターンオフ信号を取去ってはならない。この期間の間、弁 は、その抵抗値が増加し且つその両端の電圧が上昇する間、比較的小さい大きさ の順方向負荷電流（「裾引き」電流として知られている）を導電し続ける。この 過程が終った時、ＧＴＯ弁７１には負荷電流がなく、この弁の主電極に印加され たオフ状態電圧は、整流器ブリッジ６４の直流出力端子Ｐ、　Ｎの間の電圧（例 えば、約５０ボルト）と同じであり、ブリッジ６４が実効的に交流器の界磁巻線 １２Ｆから減結合される。

上に要約して述べた弁のターンオフ過程の間、バリスタ７３の高いインピーダン スが交流器の界磁励磁電流の通路に入る。これが交流機の界磁の電流の大きさを 直ちに減少させる。この様に急速に変化する電流が、界磁巻線１２Ｆに高い電圧 を誘起する。この電圧は直にブレークオーバ装置６９の負のブレークオーバ・レ ベルに達し、その時この装置は抵抗値が無視し得る状態に切換わり、こうして２ Ωの抵抗６８を界磁１２Ｆの両端に接続し、界磁電流が引続いて減少する間、界 磁電流の一部分が抵抗６８を循環することが出来る様にする。界磁電流の大きさ が減少したことにより、主交流機１２の電機子巻線の電流はずっと大きく減少し 、交流機の出力電圧及び電流が急速に低下する。第２Ｂ図は、交流機の出力電流 か、交流機の出力電圧■の大きさによるが、界磁電流の減少の１アンペア当たり 、約５アンペアから約１５アンペアまで変化することを示している。励磁電流通 路に速やかにインピーダンスを挿入し、整流器ブリッジ６４を交流器の界磁１２ Ｆから減結合することの有利の結果は、閃絡に対する交流機の応答を次に説明す る所から、更によく理解されよう。

主交流機１２はリアクタンスの大きい凸極同期機であって、制動巻線がない。こ の機械の電機子巻線の出力端子に接続された負荷回路が閃絡によって短絡すると 、電機子電流の振幅は、正常値よりずっと高いピークまで急激に増加し、その後 時間と共に減衰する傾向を持つ。電機子巻線の初期の電流の増加により、殆んど 界磁のＭＭＦと対抗する様な起磁力（ＭＭＦ）が発生され、この為機械の固定子 −回転子間の空隙に生ずる磁界を減磁又は弱める。この減磁作用を持つＭＭＦが 界磁１２Ｆに余分の電流を誘起し、この為全体の鎖交磁束は一定のま＼である。

励磁電流源１７にある被制御器ブリッジ６４に対する制御手段６５か、出力電圧 ■に生じた変化に応答して、是正措置を開始するが、その応答時間は遅すぎ、ブ リッジ６４の電圧も不十分で、この界磁電流の増加を防止することが出来ない。

励磁電流源１−７が変わらない隔り、短絡電流の初期のピークの大きさは、交流 機の過渡状態リアクタンス（更に詳しく云うと、直軸過渡状態リアクタンス）及 び交流機の電機子巻線とその整流子が閃絡した牽引電動機の間の電流通路のりア クタンスとによって決定される。この後で起る電流減衰の時定数は、励磁電流の 通路にある電気的なインダクタンス及び抵抗値によって決定される。上に述へた ＧＴＯ弁７１がターンオフを開始し、この通路の抵抗値が実効的に増加するにつ れて、この時定数はかなり小さくなり、励磁電流は非常に急速にゼロに向って減 衰する。事実上、交流機のりアクタンスは初期の比較的低い過渡状態の値（これ は機械の定常状態の同期リアクタンスの約３０％程度である）から、その同期リ アクタンスの値まで急増し、電機子電流の大きさがそれに対応して減少する。上 に述べた様に励磁電流源を速やかに界磁１２Ｆから減結合すると、交流機１２の 出力電流は、起り得る最大の短絡時の大きさに達する前に、その初期サージから 減少し始める。この発明の１用例では、故障を起した電動機に対するピーク短絡 電流が、この発明の閃絡保護手段を用いない場合には、２８．０００アンペア又 はそれ以上を供給し得る推進装置では、約１８．０００アンペアに制限されてお り、故障を起した電動機回路の電気エネルギは他の場合の約２５％に制限されて いる。

前に述べた様に、回路手段７０にあるＧＴＯ弁７１が、線３３の故障信号及び線 ８２の性能信号に応答して、制御手段８０によってオン状態及びオフ状態の間で 切換えられる。現在好ましいと考えられる実施例の制御手段８０が第６図に示さ れており、次にこれについて説明する。これは、装置のターンオンを行なう正の 電流、又は装置のターンオフを行なう相対的に負の電流の何れかを弁７１のゲー ト電極に供給する適当なゲート手段８５を有する。ターンオン信号を供給する為 、弁７１の陰極電位に対して約５ボルトの正の電位を持つ適当な源が、オーミッ クな値が小さい（例えば０．５オーム）の抵抗８６、第１の制御可能な固体スイ ッチ８７及び線８８を介してＧＴＯ弁７１のゲートに接続される。スイッチ８７ は普通の電力電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であることが好ましい。キャパシ タ９０がこのスイッチの高の側とＧＴＯ弁７１の陰極の間に接続される。第１の スイッチ８７の状態が非導電状態から導電状態に変わると、＋５ボルトのターン オン信号源がＧＴＯのゲート電極に直ちに印加される。この源は電気エネルギ貯 蔵手段（例えば１３ボルトと云う一層高い電圧レベルに予め充電された、静電容 量の値の比較的大きいキャパシタ）を持っていて、スイッチ８７が導電を開始し た時に、それが速やかに放電して、ターンオン・エネルギの初期パルスがＧＴＯ ７１のゲート陰極接合に印加され、その後スイッチ８７が＋５ボルト源から必要 な保持電流を引続いて通すことが好ましい。ＧＴＯ弁７１にターンオフ用信号を 供給する為、そのゲートが、線８８及び第２の制御可能な固体スイッチ８９を介 して、ＧＴＯの陰極に対して約１３ボルトの負の電位を持つ制御電圧端子に接続 される。スイッチ８９は、連動してターンオン及びターンオフする様に構成され た２つ又は更に多くのＦＥＴの並列の配列で構成することが好ましい。第２のス イッチ８９が抵抗９１と、キャパシタと直列の別の抵抗で構成された回路９２と によって分路されている。第２のスイッチ８９が導電（ターンオン）状態に変わ ると、今述べたキャパシタがこのスイッチを介して放電し、こうして線８８の電 流の方向を逆転する。

ＧＴＯ弁のゲート陰極接合の電流は正の保持電流の大きさく例えば＋６アンペア ）から負のピークの大きさく転流する負荷電流の大きさによるが、例えば約１０ ０アンペア又はそれ以上）まで、急速に（例えば約４０アンペア／マイクロ秒で ）変化する。これが順方向負荷電流を阻止する弁の能力を回復する。一旦ＧＴＯ 弁がターンオフされて、裾引き時間が切れると、別のターンオフ信号がゲートに 印加されるまで、弁はオフ状態にとりまり、そのゲート陰極間接合の抵抗値が負 のゲート電流を無視し得る様な大きさに制限する。この装置がオンである時、Ｇ ＴＯ弁のゲート電位は陰極電位より僅かに高く、弁７１がオフであって策２のス イッチ８９がターンオンされた時は、−１３ボルトの端子の電位と殆んど同じで ある。

２つのスイッチ８７．８９の導電状態が関連する論理手段９３によって選択的に 制御され、どんな時も、１つのスイッチだけが導電（ターンオン）する様にする 。論理手段９３の第１の出力線９４が増幅器９５を介して第１のスイッチ８７の 制御端子に印加され、第２の出力線９６がこれと同じ増幅器９５を介して第２の スイッチ８９の制御端子に結合される。論理手段９３には、線３３の故障信号及 び線８２の付託信号の両方が供給される。線３３．８２が適当な光学式結合器９ ８を介して、論理手段の２つの異なる入力に接続される。論理手段９３には、励 磁電流通路の線６６の電流ＩＦの大きさく第５図の電流センサ８３によって感知 する）を表わす帰還信号も供給され、それが線９９を介して第２のスイッチ８９ に結合される。この線がスイッチに、スイッチ８９の両端の電圧の大きさの目安 である帰還値を供給する。そのやり方は後で説明するが、論理手段９３は種々の 入力信号に応答して、夫々の出力線９４゜９６に次に述べる様な交代的な信号の 組合せを発生する。

（１）線９４の出力信号が高又はオン状態であると、第１のスイッチ８７が導電 し、こうして制御可能なＧＴＯ弁７１をターンオン状態に切換え、この暗線９６ の信号は低であって、第２のスイッチ８９を非導電状態にバイアスする。

又は（２）線９６の出力信号が高又はオフ状態である時は、第２のスイッチ８９ が導電し、ＧＴＯ弁をターンオフ状態に切換え、この暗線９４の信号は低であっ て、第１のスイッチ８７を非導電状態にバイアスする。又は（３）！９４゜９６ の両方の信号が低である。

現在好ましいと考えられる実施例の論理手段９３は、第７図についてこれから説 明する種々の機能を果す様に適当に相互接続され且つ構成された複数個の２人力 アナログ論理回路を用いる。便宜上、第７図では、個々の論理回路を簡略にした 形で符号で示しており、以下「装置」と呼ぶ。

１つの形式の装置は、その第１の人力が高で他方の入力が低（ｒＯＪ　）である 時にだけ、（高「１」）の出力状態を持つ。後に述べた入力を「否定」人力と呼 ぶ。実際には、この同じ機能は、普通のアンド論理回路とその第２の入力の前に 入れた極性反転器との組合せとか、普通のノア論理回路とその第１の入力の前に 入れた極性反転器の組合せとかの様な他の同等な論理回路によって実現すること が出来る。

第７図に示す様に、故障信号が第１の装置１０１の「否定」入力に結合される。

装置１０１の第２の入力が線１０２に接続される。この線には、通常高の信号が 発生されており、この装置の出力は、その否定入力が故障信号がない時には低で ある為に、通常は高状態である。第１の装置１０１の出力が第２の装置１０３の 第１の入力に接続され、第２の装置の否定入力が、通常は低の出力状態を持つ第 ３の装置１０４の出力に接続されている。第２の装置１０３の出力は、通常は高 状態であるが、線１０５を介してアンド論理装Ｗ１０６の第１の入力に接続され る。付託信号がこの装置の第２の入力に結合される。後で詳しく説明するが、制 御手段１２Ｄが付勢されて、交流機の界磁スイッチの接点１．２　Ｃを閉じてい る限り、付託信号は高である。その他の場合、アンド装置１０６の第２の入力は 低である。

界磁スイッチ接点１２Ｃが閉じている（通常の状態）と仮定すると、アンド論理 装置１０６の通常の出力状態は高である。この装置の出力がオア論理装置１０７ を介して別の装置１０８の第１の入力に結合され、装置１０８の否定入力が線１ ０９に接続される。線１０９には、通常高の信号か出ない。従って、論理装置１ ０８の出力状態は通常高である。この装置が、その出力に接続された線１１０に 指令信号ＯＮＤを発生する。この信号は交代的な第１及び第２の状態を有する。

第１の状態は高であって、装置１０８の通常高の出力状態と一致するが、第２の 状態は低であって、装［１ｉ！１０８の低出力状態と一致する。

２つの入力を持つオア論理装置１１１が装置１０８の出力線１１０と論理手段９ ３の第１の出力線９４の間にある。

この装置の第１の入力が線１１０に直接的に接続されることにより、装置１１１ は、線１１０の高の指令信号○ＮＤと同時に、出力線９４に高の信号（即ちＧＴ Ｏ弁７１をターンオンする為の前述のオン状態）を発生する様に作用する。装置 １１１の第２の入力も線１１０に接続されているが、第７図では「停留」と記さ れた第１のタイマ１１２を介して接続される。タイマ１１２は普通のワンシミミ ツト時間遅延回路であり、その第１の出力は通常低であるが、回路の入力に印加 された信号が低から高に切換わるや否や、一時的に高状態に変わり、入力信号が それより前に高から低に変化しても、一定の期間の間は高にとりまり、入力信号 が高のま＼であっても、この期間が終ると、通常の低状態に自動的に戻る。停留 タイマ１１２の目的は、ＧＴＯ弁７１のゲートに印加されるどんなターンオン信 号も所望の最小限の持続時間（例えば６５マイクロ秒）を持っていて、ＧＴＯ弁 ７１の状態がオフからオンに切換わる度に、並列キャパシタ７２が完全に放電す ることが出来る様にすることである。従って、このタイマは、ワンショットの高 出力状態の期間がこの最低の持続時間に等しくなる様に、適当に調節される。

装置１０８の出力線】１０が別の装置１１４の否定入力にも接続され、第１のタ イマ１１２の通常高の第２の出力がこの装置の第１の入力に接続される。従って 、装置１１４の出力状態は第１の出力線９４の信号の状態と反対である。第７図 から判る様に、装置１１４の出力線１１５がオア論理装Ｗ１１６を介して論理手 段９３の第２の出力線９６に接続される。オア論理装置は２つの入力を持ち、一 方の入力は第２のタイマ１１７　（ｒ最低オフ」と記されている）を介して線１ １５に接続され、他方の入力は線１１８を介して別の装置１１９の出力に接続さ れている。装置１１９の第１の入力が線１１５に接続され、その否定入力が線１ ２０に接続される。ＧＴＯ弁がオンである時には線１２０に高信号が発生される が、通常の状態でＧＴＯ弁がオフである時１５は発生されない。線１１０の指令 信号ＯＮＤが高である限り、線１１５の信号は低であって、従ってオア論理装置 １１６の出力状態は低である。然し、指令信号が、第１の装置１０１の否定入力 に高の故障信号が印加された場合に起る様に、アンド論理装置１０６の入力の高 の信号の何れか一方がなくなったことに応答して、低の状態に変化すると、出力 線９４の信号は高から低に状態を変え、線１１５の信号は高になる（但し、停留 タイマ１１２の第１及び策２の出力が夫々低及び高の通常の状態に復帰した後で ある）。最低オフ・タイマ１１７は、実質的にワンショット停留タイマ１１２と 同じであるが、この信号の低から高への変化に応答して、高の信号をオア装置１ −１６に一時的に供給し、この為、このオア装置が第２の出力線９６に高の信号 （即ち、ＧＴＯ弁７１をターンオフする為の前述のオフ状態）を発生する。線９ ６の高信号は、一旦この様にして発生されると、線１１５の信号が低から高状態 に変化した時点から測定して所望の最低期間の間、高にとマまる。タイマ１１７ は、弁７１のゲートに印加される任意のターンオフ信号の持続時間が、前に述べ たこの弁のターンオフ時間及び裾引き時間の和に等しいかそれを越えることを保 証する様に、適当に調節される。

線１１５が第３のタイマ１２２　（ｒオフ・パルス」と呼ぶ）を介して線１０９ に接続される。オフ・パルス・タイマ１２２は停留タイマ１１２と同様であって 、次のＧＴＯターンオン信号を遅延させる為に、高から低状態に変わった後の指 令信号ＯＮＤが、予定の期間（例えば約１秒）の間、高状態に戻らない様に作用 する。この遅延期間は２つの目的に役立つ。これは、ターンオフした時のＧＴＯ 弁が、後で第８図について述べる様に、装置のある応答機能が完了するまで、オ ン状態に復帰することがない様に保証する。

更にこれは、弁７１がオン状態に復帰する前に、スナバ・キャパシタ７２が並列 バリスタ７３を介して整流器ブリッジ６４の出力電圧の相対的に低いレベル（例 えば約５０ボルト）まで放電することが出来る様にする。交流機の界磁電流ＩＦ が、この弁のターンオフ過程の間にＧＴＯ弁７１からインピーダンス手段１２． １３に転流された時（第５図について前に述べた所を参照されたい）、キャパシ タ７２が高い電圧（例えば１，６００ボルト又はそれ以上）に充電されているこ とに注意されたい。然し、オフ・パルス遅延の為、次のＧＴＯターンオン信号が 発生される前に、キャパシタがこの高い電圧を充電する十分な時間があり、比較 的小さい残留電荷では、弁が再びターンオンする時、損傷又は厄介な切換え損失 を招くことがない。その為、ＧＴｏスナバ回路が簡単になり、キャパシタ７２と 直列の普通の限流抵抗（充電電流を通す様な極性に接続したダイオードによって 分路される）を省略することにより、コスト及び寸法が最小限に抑えられる。

動作について説明すると、第７図に示すオフ・パルス・タイマ１２２は通常の低 出力を持っているが、線１１５の信号が低から高に変わるや否や、その出力が高 状態に変化し、その後予定の遅延期間の終りに、自動的に通常の状態に戻る。こ の一時的な高出力が線１０９を介して装置１０８の否定入力に結合され、この為 、この装置の出力状態は、タイマ１２２の高出力と同時に低にとマまる。更にそ れか線１０９を介して第３の装置１０４の第１の入力に結合され、この装置の否 定入力が線１．０５に接続されていて、第２の装置１０３の出力と同じ状態を持 っている。通常、装置１０４の出力状態が低であって、線１０５の信号が、装置 １０３の第１の入力に高の信号が印加されたのと同じであるが、一旦高の故障信 号が第１の装置１０１の否定入力に印加されると、線１０５の信号が高から低の 状態に変わり、オフ・パルス・タイマ１２２の出力が高である限りは、低状態に と＼゛まるごとは明らかである。

線１０５が別の装置１２４の第１の入力に接続される。

装置１２４の否定入力が線１２５に接続される。線１２５には、通常高信号がな く、従ってこの装置の出力は通常は高状態である。この出力が前に述べた状態信 号として作用し、それがＧＴＯ制御手段８０の出力線８１に発生される。

これは、ＧＴＯ弁７１の状態が「良好」　（即ち、ＧＴＯ弁がターンオフされて いてそのゲートが短絡していない）時には、何時でも高である。然し、論理手段 ９３に故障信号が供給されるや否や、線１０５の信号、従って装置１２４の出力 は高から低に変わり、こうして「不良」状態（即ち、ＧＴＯ弁がオフ）であるこ とを示す。不良状態が、オフ・パルス・タイマ１２２の出力が高である期間の間 、前に述べた装置１０４によって維持される。

後で明らかになるが（第８図の説明参照）、制御装置２６は、状態信号の高から 低への変化に応答して、交流機の界磁スイッチ制御手段１２Ｄを直ちに脱勢し、 こうしてスイッチ接点１２Ｃを開路させ、論理手段９３に供給される性能信号を 高から低の状態へ変化させる。その後、制御手段１２Ｄが再び付勢され、接点１ ２Ｃを通常の閉路位置に戻し、性能信号の高状態を回復する。性能信号が低であ る期間全体にわたり、アンド論理装置１０６の出力が低であり、線１１０の指令 信号ＯＮＤが低にとりまり、ＧＴＯターンオン信号を発生することは出来ない。

然し、性能信号の高状態が回復するや否や（高の故障信号がその前に取去られて いて、オフ・パルス・タイマ１２２の出力が通常の低状態に戻っていると仮定す る）、装置１１１０６の出力が低から高に変化し、指令信号ＯＮＤが高状態に戻 り、線１１５の信号が低になり、出力線９６の信号は高から低に状態を変え、こ うしてＧＴＯターンオフ信号を終了させ、同時に出力線９４の信号が低から高に 変化し、こうしてＧＴＯゲート手段８５がＧＴＯ弁７１のゲートにターンオン信 号を印加する様にする。

ＧＴＯ弁７１が短絡ゲートを持つ場合、この装置は、ターンオフ信号がゲートに 印加された時にターンオフ出来ない。論理手段９３は、この異常事態を検出し、 ＧＴＯ制御手段８０をその結果として起る損傷から保護する手段を含む。この手 段は、Ｒ，Ｂ、ベイソー及びＨ，Ｊ、ブラウンによってこの出願と同日に出願さ れ、ゼネラル・エレクトリック・カンパニイに譲渡された係属中の米国特許出願 （出願人控え番号２０−ＬＣ−１５７１）に記載された短絡ゲート検出及び保護 の特徴を取入れることが好ましい。

第７図に示す様に、これは最低オフ・タイマ１１７、論理装置１１９、及び線９ ９の帰還値（即ち第６図のターンオフ・スイッチ８９の両端の実際の電圧）を予 定の比較的小さい基準の大きさに４．（例えば約０，７ボルト）と比較する適当 な手段１２７を含む。Ｋ４は、ターンオフ・スイッチ８９が導電状態にあり、且 つＧＴＯ弁７１のゲートの負の電流が、この弁の首尾よいターンオフ過程のター ンオフ及び裾引き時間の間にだけ通常起る様なある高い閾値（例えば約１００ア ンペア）に等しい時には、何時でもこのスイッチの両端に発生する電圧に等しく なる様に選ばれ、これは、非導電状態にバイアスされた時のスイッチ８９の両端 の電圧よりずっと小さい。比較する手段１２７は、線９９の帰還値かに４より大 きい限り、高の出力状態を持つ。

これは、ターンオフ・スイッチ８９をターンオンし、高い電流を通す時でも、又 はターンオフ・スイッチ及びＧＴＯ弁の両方をターンオフした時でも、成立する が、ターンオフ・スイッチ８９をターンオンしたが、ある程度の電流を通してい ない時には、成立しない。後の場合、比較する手段の出力は低状態を持つ。比較 する手段１２７の出力状態が、線１２０を介して論理装置１１９の否定入力に伝 えられる。この入力が低である限り、この装置の出力（即ち、線］１８の信号） は、線１１５の信号の高及び低状態に倣う。その他の時、線１１８の信号は低で ある。

動作について説明すると、線１１５の信号が、高の故障信号が論理手段９３に供 給されたことに応答して、低から高に変化するや否や、最低オフ・タイマ１１７ の出力が通常の低状態から高状態に変化し、この高状態は、今述べた最低期間が 終るまで持続する。この一時的な高出力がオア論理装置１１６によって論理手段 ９３の第２の出力線９６に結合され、こうしてターンオフ・スイッチ８９をター ンオンし、このスイッチか、前に述べた様に、ＧＴＯ弁７１をターンオフするの に必要な負のゲート電流を通す。スイッチ８９が最初にターンオフする時、その 両端の電圧は無視し得る大きさに消滅し、比較する手段１２７の出力線１２０の 信号は高から低に変化する。それと同時に、装置１１９が線１１８の信号を低か ら高に変える。その後、スイッチ８９の負のＧＴＯゲート電流が速やかに増加し 、直きに、線９９の帰還値かに４に等しくなる閾値を越える。その時、線１２０ の信号が前の高状態に戻り、線１１８の信号が前の低状態に戻る。正常なＧＴＯ ターンオフ過程の間、負のゲートターンオフ電流は高のピークの値から極く小さ い大きさに静まり、ターンオフ・スイッチ８９の両端の電圧は、弁７１の裾引き 時間の終る前に、Ｋ４未満まで減少する。この電圧かに４より低くなると、線１ ２０の信号が再び低状態に変わり、装ｆｌｌ１９が同時に線１１８の信号を高状 態に変える。この線１１８の信号がオア論理装置１１６によって第２の出力線９ ６に結合され、こうして最低オフ・タイマ１１７の出力が最低帰還の終りに自動 的に低状態に戻った後も、この線に出力信号のオフ状態を保つ。

然し、ＧＴＯ弁７１のゲートが短絡している場合、負のゲート電流は、今述べた ターンオフ過程を試みる間沈静しない。゛この場合、スイッチ８９の電圧はに４ より低くならず、線１−１８の信号は低にとりまり、出力線９６の信号は、最低 オフ・タイマ１１７の出力が、最低ターンオフ期間の終りに通常の状態に復帰す るや否や、低状態に戻る。その結果出力線９６に出る低信号がスイッチ８９をオ フ状態にバイアスし、こうしてターンオフされていなければ、ＧＴＯ弁のゲート から一１３ボルトの制御電圧端子（第６図参照）まで、このスイッチが作った低 抵抗通路を取去る。弁７１の短絡ゲートの負の電流を遮断すれば、最低ターンオ フ期間が切れた後、大きい電流を引続いて通すことによる損傷からスイッチ８９ が保護される。短絡ゲート検出器の適正な動作を保証する為、最低ターンオフ期 間は約８０マイクロ秒である。

短絡ゲートの検出により、論理手段９３の線１２５の信号に低から高状態への変 化が生ずる。第７図に示す様に、この信号は論理装置１２８によって発生される 。その第１の入力が線１１５に接続され、否定入力が線１１８に接続されている 。線１１８の信号は、線１１５の上に述べた低から高状態への変化の後に、短絡 ＧＴＯゲートが検出された場合は、低である。この異常な事態の場合、線１２５ の信号が高であり、装置１２４の出力状態は低にならなければならないから、前 に述べたオフ瞼パルス・タイマ１２２によって定められた遅延期間が切れた後、 不良状態が引続いて表示される。

論理手段９３は、交流機の励磁電流ＩＦの大きさが、閃絡に応答して典型的に達 する最大励磁電流より大きい予定の異常に高いレベル（例えば１，２００アンペ ア）を越えた場合、線１１０の指令信号ＯＮＤが高状態から低状態に変化するの を防止する別の手段を含んでいて、こうしてＩＦがこのレベルより高い場合に、 ＧＴＯターンオフ信号の発生を禁止する。第７図に示す様に、交流機の励磁電流 帰還信号を比較器１３０の第１の入力に供給することが好ましい。この比較器の 他方の入力が、推進装置の正常な全負荷動作の間のＩＦの最大の大きさより十分 高い（例えば２゜５倍高い）が、閃絡が起った時に観測されるＩＦの大きさより 高くないＩＦの前述の高いレベルに対応する予定の一定の大きさを持つバイアス 信号を取出す適当な手段１３１に接続される。比較器１３０の出力は通常高であ るが、励磁電流帰還信号の値かに５を越える場合、低状態に切換わる。この出力 が線１０２を介して第１の装置１０１の第１の入力に伝えられると共に、別の装 置１３２の否定入力にも伝えられる。その第１の入力は線１１０に接続されてい る。装置１３２の出力がオア論理装置１０７の２人力の一方に結合される。ＩＦ が予定の高いレベルに達していない限り、論理手段９３は前に説明した様に動作 する。然し、ＩＦがこのレベルを越えると、比較器１３０の出力が高状態から低 状態に変わり、線１０５の信号が高から低に変わって、状態信号に対応する変化 を生じ、論理装置１３２が高出力を発生する。この高出力は、アンド論理装置１ ０６を取消し、線１１０の指令信号ＯＮＤの高状態を「封じ込む」。ＯＮＤが高 である限り、ＧＴＯゲート手段８５によってＧＴＯターンオフ信号が発生されな い。この発明のこの特徴は、２つの目的に役立つ。電力整流器ブリッジ１３のダ イオードが逆電流を阻止出来ない場合、主交流機１２の出力にこの結果生ずる短 絡により、ＩＦかに５を越える。

この場合、交流機の出力電流を、故障したダイオードに付設された保護ヒユーズ を飛ばす位に大きい大きさまで上昇させ、故障したダイオードを推進電力源から 隔離することが望ましい。この所望の応答に対する妨害を避ける為、別の手段１ ３０−３２がＧＴＯ弁７１のターンオフを防止する。この追加の手段は、ＧＴＯ 弁の転流能力（即ち、この弁によって首尾よくターンオフすることが出来る最大 電流）を、ＩＦの考えられる最高の大きさ未満にし、こうしてこの弁のコスト及 び寸法が最小限にされる。

第５図乃至第７図に示す現在好ましいと考えられる実施例の交流機励磁電流源１ ７を説明したので、次に再び第３図を参照してこの発明の閃絡保護手段の残りの 部分を説明する。源１７の出力線８１の状態信号がデータ・リンク２１を介して 制御装置２６に結合される。閃絡検出手段３２の出力線３３に出る通常低の信号 が、１台又は更に多くの牽引電動機１５．１６等の整流子に閃絡が起ったことに よって高になると、励磁電流源１７のＧＴＯ制御手段８０が、ＧＴＯ弁７１にタ ーンオフ信号を印加すると同時に、線８１の通常高の状態信号を取去る。この状 態信号の高から低への変化が、制御装置内で２つの機能を開始する。１番目の機 能を第３図にブロック１４０で示しであるが、このブロックには一部の電動機電 機子電流帰還信号１１．１２等が供給され、このブロックは状態信号が高から低 に変化した時には、何時でも、電機子電流の大きさが予定の高い閾値を越えた牽 引電動機かあれば、それを同定する。この閾値（例えば約２，０００アンペア） は、あらゆる正常な状態のもとての電機子電流の最大の大きさより大きい。この 同定する機能１４０は、電流帰還信号の大きさを読取り、その夫々を今述べた閾 値に対応する値と比較し、その電流がこの閾値より大きい様な牽引電動機（ＴＭ ）があれば、それ（１つ又は複数）の同定番号（ｒ＃ＸＪ　）を記憶する。

電動機＃Ｘは閃絡を起していると想定する。故障を起した電動機の同定符号がブ ロック１４０の出力線１４１に出る。

状態の変化によって開始される他方の機能が、第３図にブロック１４２で表わさ れており、これは「システム応答機能」である。これは線８１の状態信号の高か ら低への変化があった時には、何時でもそれに直ちに応答して、次に述べる動作 を指示する様に適当に構成されている。即ち、機関調速機装置２５に対する速度 要求信号をアイドリングの値に変え、制御装置２６の励磁制御手段の電力基準値 をゼロにリセットして、制御信号ＶＣにＩ　Ｆ＝０に対応する値を一時的に加え 、表示モジュール３０に閃絡メツセージを入力し、故障を起した電動機（１台又 は複数）の同定符号を記録し、界磁スイッチ制御手段１２Ｄに線１４３を介して 「開路」指令を伝達して、１２Ｄを脱勢し、これによって接点１２Ｃの作動機構 がこの接点を通常の閉路位置から代りの開路位置へ移動さゼることか出来る様に し、接触器開路指令を全ての電動機接触器１５Ｃ，１６Ｃ等に出し、この各々の 開路指令を、対応する電動機の電機子電流が、不都合なアークの発生又は溶着を せずに、関連する接触器によって安全に遮断することが出来る予定のレベルまで 減少するや否や（但し開路指令が出てから５秒以内に）電動機接触器の作動手段 ２９に伝達し、「閃絡タイマ」を作動する。こう云う動作の結果として、励磁源 １７にある被制御整流器ブリッジ６４に対する点弧信号が遅らされ、このブリッ ジの出力電圧が直きにゼロに減少し、励磁電流通路にある界磁スイッチ接点１２ Ｃが開路しく但し交流機の界磁１２Ｆは抵抗６８及びブレークオーバ装置６９を 巡回する残留電流によって引続いて励磁されることがある）、全ての牽引電動機 が推進装置の直流母線１４から切離される。

閃絡が検出された時には、何時でも、励磁電流通路にある制御可能な固体弁７１ の素早い応答により、前に説明した様に、交流機の出力電流は初期サージから非 常に急速に減少する。その為、夫々の電動機の電流が急速に減少し、接触器の開 路指令が出てから伝達されるまでの遅延時間が比較的短い。制御手段１２Ｄ及び 作動手段２９が夫々開路指令を受取った時、界磁スイッチ及び電動機接触器の接 点の先端は、こう云う電気機械的な装置の動作に於ける固有の遅延時間（例えば 約１００ミリ秒）の為に直ちには離れない。故障を起した電動機と直列に入って いる接触器が回路する時までに、閃絡が消滅し、閃絡検出器３２の出力線３３の 故障信号がなくなる。界磁スイッチ制御手段１２Ｄから励磁電流源１７にある制 御手段８０に供給される前述の性能信号は、界磁スイッチの接点１２Ｃが開いて いる限り、低状態にある。

前段に述べた動作か完了した後、システム応答機能１４２か幾つかの追加の措置 を指示する。接触器閉路指令が電動機接触器の作動手段２９に伝達されて、前に 述べた機能１４０によって確認された故障を起した牽引電動機（即ち電動機＃Ｘ ）に関連するものを除く全ての接触器１５Ｃ１１６ｃ等を再閉路し、「閉路」指 令を線１４３を介して界磁スイッチ制御手段１２Ｄに伝達して、それを付勢し、 こうしてそれによって接点１２Ｃを閉路位置に戻し、機関速度要求信号を絞り２ ７の位置によって決定される値に戻ることを許す。制御手段１２Ｄが線１４３の 閉路信号を受取るや否や、線８２の性能信号が低から高状態に変わり、励磁源１ ７にあるＧＴＯ制御手段８０が自動的にこの状態変化に応答して、ＧＴＯターン オン信号を発生し、それによってＧＴＯ弁２１が前に述べた様に導電状態に戻る 。然し、このターンオン信号は、閃絡検出器３２からの故障信号によって前のＧ ＴＯターンオフ信号が開始されてから約１秒（論理手段９３にあるオフ−パルス ・タイマ１２２によって定められる遅延期間）より前に発生することは出来ない 。

線８１の状態信号の高状態が、この１秒の遅延期間が切れた時（閃絡検出器３２ がその時故障信号を発生していないと仮定すれば）、自動的に回復する。速度要 求信号に対するアイドリングの値と云う制限を取去り、界磁スイッチ接点１２Ｃ を再閉路し、ＧＴＯ弁７１をターンオンした結果として、交流機の励磁電流は傾 斜しながら所望の定常状態の大きさまで増加し、この時主交流機１２が故障を起 していない牽引電動機に再び印加する電力は、絞り位置によって決定されたレベ ルがどこであっても、そのレベルまで滑かに増加する。システム応答機能１４２ にある閃絡タイマによって決定された遅延の後、作動手段２９は電動機＃Ｘに関 連した接触器を再閉路することが許される。この再開路は実際には絞りハンドル が次にアイドリングの位置を通る様に動かされた時に行なわれる。普通そうであ るが、閃絡が起った時に機関車の速度が比較的高い（例えば毎時６０哩又はそれ 以上）時、遅延時間は、整流子のある回数の回転が得られる様に計算され、こう することによって閃絡を起した整流子が、脱勢された電動機＃Ｘが結合されてい る機関車の車軸によって、その回転子が廻される時、その整流子の面にブラシが 乗上げることによって綺麗にされる様にする。それより低い速度の場合、遅延時 間は予定の最大の長さく例えば１５分）を有する。

システム応答機能は、上にまとめて述べた結果が得られる様に種々の異なる方法 で実現することが出来るが、現在好ましいと考えられる方法は、制御袋［１１２ ６を、第８図に示すルーチンを実行する様にプログラムすることである。

このルーチンは１０ミリ秒毎に１回繰返される。これは線８１の状態信号が高か ら低に変化したかどうかを判定する質問１５１から始まる。変化していなければ 、ルーチンは２番目の質問１５２に進んで、閃絡タイマが作動しているかどうか を判定する。答が肯定であれば、このルーチンの次の最後の工程１５３は、閃絡 タイマを１だけデクレメントする。そうでなければ、ルーチンは質問１５２から 別の工程１５４を通って工程１５３に進む。工程１５４は、前に故障を起した牽 引電動機＃Ｘに関連する電動機接触器の再閉路を妨げる慣れのある拘束があれば 、それを除く。この拘束が除かれた後、この接触器は、制御装置２６によって指 示された時には、何時でも作動手段２９によって再閉路することが出来る。

最初の質問１５１に対する答が肯定であれば、第８図ののルーチンはこの質問か ら一連の工程１６０−６６を通って最後の工程１５３へ進む。こう云う工程１６ ０−６６を次に説明する。工程１６０では、閃絡カウンタを１−だけインクレメ ントする。次の工程１６１は機関速度要求信号をアイドリングの値に変え、電力 基準値をゼロにリセットし、励磁制御装置内の他の変数を初期設定し、界磁スイ ッチ制御手段１２Ｄ及び電動機接触器作動手段２９に対する開路指令を出す。（ 機関の燃料装置、交流機の界磁励磁回路及びその夫々の制御装置の関連する時定 数は、交流機の出力電力が工程１６１の実行に対して比較的ゆっくりと応答し、 それがあんまりゆっくりしているので、故障を起した電動機の初期電流サージが 損傷を起す慣れのある大きさに達しない様にするのに頼りにならないことに注意 されたい。）工程１６１の後工程１６２が続き、こ＼で故障を起した牽引電動機 （１台又は複数）の同定符号を機能１４０（第３図）から持って来て、表示モジ ュール３０に入力する。工程１６３でこの同じ情報を使って、こう云う電動機に 関連する接触器に対する再閉路の拘束を課する。

次の工程１６４で、第８図のルーチンは、１５分と、９００を毎時呼数で表わし た機関車の実際の速度で除した値の内の小さい方である遅延時間に対応する成る 初期カウントを計算する。次に、工程１６５で、マイクロコンピュータのレジス タに前の工程で見出した初期カウントをロードすることにより、閃絡タイマを作 動する。閃絡タイマは、このレジスタのカウントがゼロに達しない間だけ、動作 状態にと＼゛まる。初期カウントは十分大きく、この為、レジスタに記憶されて いるカウントは、毎秒１００の速度でデクレメントする時、前に述べた最大限の 時間（例えば１５分）が切れた時にゼロに達するか、又は初期カウントを計算し た時に、機関車の速度が６０　ｍｐｈより高い場合は、それより前に達する。工 程１６１で出された開路指令に応答して、全ての電動機接触器１５ｃ、１６Ｃ等 が開路したことを接触器作動手段２９にある位置センサが示すや否や、次の工程 １６６が実行される。この工程は、速度要求信号からアイドリングの値の拘束を 取除き、界磁スイッチ制御手段１２Ｄに対して閉路指令を出し、工程１６３で課 せられた拘束が生きている限りはその再開路が防止される故障を起した電動機＃ Ｘに関連するものを除いて、全ての接触器１．５Ｃ，１６Ｃ等を閉路する為に、 作動手段２９に対する指令を出す。最後に述べた拘束は、工程１５４を実行する ことによって除かれるまで、作用している。

この発明の好ましい実施例を例として図面に示して説明したが、当業者にはいろ いろな変更が考えられることは云うまでもない。例えば、普通の界磁スイッチ１ ２Ｃ，１２Ｄを省略し、弁２１は、その普通の全ての機能を実施する様に適当に 制御することが出来る。更に、交流機励磁電流源１７にあるサイリスタ・ブリッ ジ６４はダイオード整流器ブリッジに置換えることが出来る。この場合、ＧＴＯ 弁７１は通常は切換え調整素子として動作する様に制御され、交流機の界磁電流 の平均の大きさを希望する通りに調整する。従って、請求の範囲はこの発明の範 囲内で考えられるこの様な全ての変更を包括するものであることを承知されたい 。

Ｆ　Ｉ　Ｃ，２Δ ＦＩＧ　２Ｂ ｒ′ＸＪ Ｆ　Ｉ　Ｃ，６ 要約書 国際調査報告 何れも閃絡を起す惧れのある整流子を持つ複数個の直流牽引電動機、電機子及び 界磁巻線を持つと共に原動機によって駆動される回転子を持つ牽引用交流機、該 交流機の界磁に接続された制御可能な励磁電流源、及び電力整流器を含んでいて 、交流機を電動機の整流子に接続する手段を有する機関車推進装置に対する閃絡 保護装置を提供した。これは、何れかの電動機に閃絡が起った時には、何時でも 故障信号を発生する手段と、励磁電流源及び交流機の界磁の間に接続されていて 、交代的な導電状態及び非導電状態を持つ制御可能な固体電気弁と、故障信号が 発生されたことに応答して弁を導電状態から非導電状態に切換える手段とを有し 、この為、閃絡が起った時には、何時でも、交流機の界磁の励磁電流の大きさが 急速にゼロに向って減少し、交流機の出力電流がそれに対応して減少する。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．何れも電機子及び界磁巻線を持つと共に閃絡を起す惧れのある整流子を持つ 複数個の直流牽引電動機、電機子及び界磁巻線を持つと共に原動機によって駆動 される回転子を持つ同期発電機、制御可能な励磁電流源、該源及び発電機の界磁 巻線を相互接続する手段、及び電力整流器を含んでいて、発電機の電機子巻線を 電動機の整流子に接続する手段で構成された牽引車輌推進装置に用いられる閃絡 保護装置に於て、 ａ）任意の電動機に閃絡が発生した時、何時でも故障信号を発生する検出手段と 、 ｂ）前記励磁電流源及び発電機の界磁巻線の間に接続されていて、交代的な第１ 及び第２の状態を持ち、第１の状態にある時には発電機の界磁励磁電流通路内の 抵抗値が無視し得ると共に、第２の状態では源を発電機の界磁巻線から減結合す る様に作用する制御可能な固体電気弁と、ｃ）閃絡が起った時には何時でも、前 記検出手段によって発生された故障信号に応答して前記弁を第１の状態から第２ の状態に切換え、この時発電歳の界磁巻線の励磁電流の大きさが急速にゼロに向 って減少すると共に、発電機の出力電流がそれに対応して減少する様にする手段 とを有する閃絡保護装置。
2. ２．前記弁と並列回路関係に電気インピーダンス手段を接続した請求項１記載の 閃絡保護装置。
3. ３．前記インピーダンス手段が非直線抵抗素子と並列のキャパシタで構成される 請求項２記載の閃絡保護装置。
4. ４．抵抗素子がバリスタで構成される請求項３記載の閃絡保護装置。
5. ５．検出手段が、前記牽引電動機の電機子電流の大きさを夫々表わす一群の帰還 信号を取出す電流感知手段と、該帰還信号に応答して、任意の牽引電動機の電機 子電流の大きさが、あらゆる正常な状態のもとでの電機子電流の大きさより高い 予定の閾値を越える場合、前記故障信号を発生する手段とで構成されている請求 項２記載の閃絡保護装置。
6. ６．前記弁が、第１の状態にある時には、発電機の界磁励磁電流を通す様な極性 に接続されると共に、第２の状態にある時はこの電流を実効的に阻止するゲート ・ターンオフ・サイリスタで構成される請求項２記載の閃絡保護装置。
7. ７．前記ゲート・ターンオフ・サイリスタが逆の極性に接続されたダイオードに よって分路されている請求項６記載の閃絡保護装置。
8. ８．前記インピーダンス手段が非直線抵抗素子と並列のキャパシタで構成される 請求項６記載の閃絡保護装置。
9. ９．発電機の界磁巻線が、電圧ブレークオーバー装置と直列のオーミックな値が 比較的小さい抵抗によって分路されている請求項１記載の閃絡保護装置。
10. １０．前記検出手段が、牽引電動機の電機子電流の大きさを夫々表わす一群の帰 還信号を取出す電流感知手段と、該帰還信号に応答して、任意の牽引電動機の電 機子電流の大きさが、あらゆる正常な状態のもとでの電機子電流の大きさより高 い予定の閾値を越える場合、前記故障信号を発生する手段とで構成されている請 求項１記載の閃絡保護装置。
11. １１．前記検出手段が、更に、前記同期発電機に付設されていて、発電機の電機 子巻線の接地漏れ電流の大きさを表わす別の帰還信号を取出す手段を有し、接地 漏れ電流の大きさが、漏れ電流の許容し得る予定の最大限界より高い別の閾値を 越えたことを前記別の帰還信号が示す場合、前記故障信号が発生される請求項１ ０記載の閃絡保護装置。
12. １２．前記検出手段が、同期発電機に付設されていて、発電機の電機子巻線の接 地漏れ電流の大きさを表わす帰還信号を取出す電流感知手段と、該帰還信号に応 答して、接地漏れ電流の大きさが予定の閾値に達した場合に前記故障信号を発生 する手段とで構成されている請求項１記載の閃絡保護装置。
13. １３．同期発電機が１組の３相星形結線電機子巻線を持ち、電流感知手段が大地 及び発電機の電機子巻線の中性点の間に接続されている請求項１２記載の閃絡保 護装置。
14. １４．発電機の界磁励磁電流源に付設されていて、可変の制御信号の値の関数と してこの電流の大きさを変える手段と、通常は選ばれた入力信号に応答して作用 して、前記制御信号の値を決定する制御手段とを有し、該制御手段は、前記漏れ 電流の大きさが予定の定格軽減閾値レベルより高いが、許容し得る予定の最大限 界を越えないことを前記帰還信号が示す場合、励磁電流の大きさを減少する様な 形で前記制御信号の値を修正する手段を含み、前記検出手段が前記故障信号を発 生する時の漏れ電流の閾値の大きさが前記最大限界より高い請求項１２記載の閃 絡保護装置。
15. １５．発電機の界磁励磁電流源に付設されていて、可変の制御信号の値の関数と してこの電流の大きさを変える手段と、通常は選ばれた入力信号に応答して作用 して、前記制御信号の値を決定する励磁制御手段とを有し、該励磁制御手段は、 前記検出手段によって発生された故障信号に応答して、ゼロ励磁電流に対応する 制御信号の値を一時的に課す様に構成されている請求項１記載の閃絡保護装置。
16. １６．複数個の電気接触器が牽引電動機の整流子と電力整流器の間に夫々接続さ れていて、各々の該接触器を希望に応じて閉路及び開路位置の間で切換える作動 手段を有し、該作動手段は、前記検出手段によって発生された故障信号に応答し て、全ての接触器を開路する様に構成されている請求項１５記載の閃絡保護装置 。
17. １７．牽引電動機の電機子電流の大きさを夫々表わす一群の電流帰還信号を取出 す手段を有し、前記検出手段によって故障信号が発生された時には、何時でも、 異常に高い電機子電流を持つ牽引電動機を同定する電流帰還信号応答手段を設け 、更に、前記故障信号に応答して前記接触器が閉路された後に、前記作動手段に よって、同定された牽引電動機に関連するものを除く全ての接触器を再閉路させ る様に作用する別の手段を有する請求項１６記載の閃絡保護装置。
18. １８．前記検出手段によって前記故障信号が最初に発生されてからある期間の間 、前記作動手段が関連する接触器を再閉路するのを防止する手段を設け、該期間 は、牽引車輌が比較的高い速度で推進させられている場合、同定された電動機の 整流子がある回数の回転だけ回転することが出来る様にするのに十分な長さであ る請求項１７記載の閃絡保護装置。
19. １９．前記弁と直列に電気スイッチが接続されており、該スイッチは、それが発 電機の界磁励磁電流を自由に通す通常の状態と、この電流が実効的に遮断される 別の状態の間で該スイッチを切換える制御手段を持っており、該スイッチ制御手 段は、前記検出手段によって発生された故障信号に応答して、前記通常の状態か ら前記別の状態へ前記スイッチを切換える様に構成されている請求項１記載の閃 絡保護装置。
20. ２０．前記故障信号に応答して、前記スイッチが前記別の状態に切換えられた後 に、前記スイッチ制御手段によって該スイッチを通常の状態へ復帰させる様に作 用する別の手段を有し、前記状態を切換える手段は、前記検出手段が故障信号を 発生していない場合、前記スイッチ制御手段が前記スイッチを通常の状態へ復帰 させることに自動的に応答して、前記弁を前記第２の状態から第１の状態へ変え る様に作用する請求項１９記載の閃絡保護装置。
21. ２１．前記通路の励磁電流の大きさを感知する手段と、励磁電流の大きさが予定 の高いレベルを越えた時には、何時でも前記状態を切換える手段が前記弁を前記 第２の状態に切換えるのを防止する別の手段とを有する請求項１記載の閃絡保護 装置。
22. ２２．複数個の保護ヒューズが電力増幅器と発電機の間に接続されている請求項 ２１記載の閃絡保護装置。
23. ２３．前記状態を切換える手段が前記弁を第１の状態から第２の状態に切換えて から予定の遅延期間の間、前記状態を切換える手段が前記弁を前記第１の状態に 復帰させるのを防止する手段を設けた請求項１記載の閃絡保護装置。
24. ２４．電気インピーダンス手段が前記弁と並列回路関係に接続されており、該イ ンピーダンス手段は抵抗と並列のスナバ・キャパシタで構成され、前記遅延期間 は、前記弁が前記状態を切換える手段によって第１の状態から第２の状態に切換 えられた後、前記キャパシタが前記抵抗を介して放電することが出来る様にする のに十分な長さである請求項２３記載の閃絡保護装置。
25. ２５．ａ）電流源と電気負荷回路の間に接続されていて、交代的な第１及び第２ の状態を持ち、第１の状態にある時には負荷電流の通路内の抵抗値が無視し得る と共に第２の状態にある時には前記源を前記負荷回路から減結合する様に作用す るゲート・ターンオフ・サイリスタと、ｂ）該サイリスタと並列回路関係に接続 されていて、非直線抵抗素子と並列のスナバ・キャパシタで構成されたインピー ダンス手段と、 ｃ）故障信号に応答して前記サイリスタを第１の状態から第２の状態に切換える と共に、付能信号に応答してサイリスタを第１の状態に復帰させる制御手段とを 有し、ｄ）該制御手段は、前記サイリスタを第１の状態から第２の状態に切換え た後の予定の遅延期間の間、前記サイリスタを第１の状態に復帰させることを防 止する手段を含んでおり、該遅延期間は、サイリスタが制御手段によって第１の 状態から第２の状態に切換えられた後、前記スナバ・キャパシタが抵抗素子を介 して放電するのに十分な長さである閃絡防止装置。
26. ２６．スナバ・キャパシタとゲート・ターンオフ・サイリスタの間に限流抵抗を 設けない請求項２５記載の閃絡防止装置。