JPH06508259A - 機関車の主牽引用交流機の熱保護 - 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】 機関車の主牽引用交流機の熱保護 発明の背景 本発明は、熱的な過負荷、更に具体的に言えば、機関車の牽引用交流機に対する 熱過負荷の保護に関する。

回転電気機械に過負荷保護を施すことは従来周知である。

現在用いられている方法は、固定子巻線の温度センサを用いて所与の限界を超え る温度になった場合に、警報、負荷の減少又は交流機の「引き外しくトリップ） 」を行う信号を発生する。これは通常、何等かの電気的な過負荷の結果である。

保護作用の機能は、手作業で負荷を減少させることにより、又は交流機の回路遮 断器を引き外す（トリップする）ことにより実行される。

回転電気機械に対する過負荷の保護は、電気巻線絶縁システムの過度の過熱を防 止する手段を設けることを意図している。用いられる保護は、大抵の形式の回転 電気機械に対して同様であり、採用される装置は典型的には、何種類かのうちの １つになる。例えば、採用される装置は、時間遅延過電流装置若しくは継電器、 機械の電流によって作動される熱動継電器若しくは装置、埋め込まれた巻線温度 センサ若しくはサーモスタットによって作動される温度継電器若しくは装置、又 はこれらの装置の組み合わせであってもよい。

選ばれる保護作用は通常、オペレータに警報を発すること、交流機をその負荷か ら切り離す若しくは引き外すこと、又は機械の反時限過負荷限界曲線と両立し得 る短期の過負荷変動を許容することである。埋め込まれた巻線センサを用いるこ とは、熱保護を行うための現在の好ましい方法である。大抵の大型機械では通常 、固定子巻線の温度を直接的に感知する目的のために、固定子巻線に埋め込まれ た抵抗温度検出器（ＲＴＤ）が採用されている。

都合の悪いことに、機関車の牽引用交流機は、許容し得る牽引電動機の短期定格 限界によって交流機の温度が交流機の電気負荷を滑かに徐々に減少できるような 過大な熱保護の制御に達することがないという考えのため、損傷を招くような熱 的な過負荷に対して保護されていないのが典型的であった。

発明の要約 この要望が、本発明によるシステムでは、熱的な過負荷に対する機関車の牽引用 交流機を保護することによって達成される。本発明は、埋め込みセンサから得ら れる固定子巻線の温度情報を利用している。

本発明は、整流器を介して複数の牽引電動機に直流電力を供給する交流機を有し ている機関車に対する熱過負荷保護制御システム及び方法を提供する。このシス テム及び方法は、交流機に対する周囲の取り込み空気の温度を感知することと、 センサ温度を発生することとを含んでいる。その後、取り込み空気温度とセンサ 温度とを用いて、個々の牽引電動機の電流限界を計算する。最後に、牽引電動機 の電流に応答して、熱的な過負荷が制御される。

従って、本発明の目的は、熱的な過負荷の保護を行うことである。他の目的は、 ディーゼル機関の負荷条件と両立し得る形で、自動的に熱的な過負荷の保護を行 うことである。上述及びその他の目的は、以下図面について説明するところを読 めば明らかになろう。

図面の簡単な説明 第１図はここで説明する熱過負荷保護システムを利用した普通の機関車の図であ る。

第２図は第１図に示す熱過負荷保護システムのフローチャートである。

好ましい実施例の詳しい説明 次に、図面について説明する。第１図には、ここで説明する熱過負荷保護システ ム１２によって制御されているディーゼル電気機関車１０が示されている。全般 的に言うと、この特定の例では、機関車１０は、機関１４と、主牽引用交流機１ ６とを有しているものとして示されている。主牽引用交流機１６は、機関車１０ がその通常の連続定格性能範囲内で運転されているときに、機関１４に一定馬力 の負荷を保つように、機上のマイクロコンピュータ・システム１８によって制御 されている界磁の励磁を行うのが典型的である。交流機の界磁の励磁を調整する と、機関車の車台２０にある各々の車軸に装着されている牽引電動機から送出さ れる牽引力が変化する。マイクロコンピュータ・システム１８は機関車１０を制 御しているが、制御のために、及び損傷を招くような運転状態に対する保護のた めに、１つ又は更に多くのマイクロコンピュータを有していてもよい。

機関車推進システム１４、牽引用交流機１６及び牽引電動機（図面に示していな い）は短期間の間、その構成部品の連続定格を超えて運転することを要求される ことがある。

この場合、牽引用交流機熱過負荷保護システム１２は、牽引電動機の電流によっ て、交流機の負荷電流に対する制限値を連続的に計算し、それに応じて機関車の 牽引力を自動的に謂節する。その目的は、交流機の巻線の絶縁物の過熱を防止す ることである。この計算を実行するための手段は、マイクロコンピュータ１８に 含まれており、任意の適当な手段であってもよいが、コンピュータのソフトウェ ア・プログラムであることが好ましい。

ここで説明する熱過負荷保護システム１２は、任意の形式の回転電気機械に有利 に利用できることを承知されたい。

熱過負荷保護システム１２は、説明の便宜のため、機関車１０に用いる場合を例 示されているが、それが本発明の範囲を制約するものと考えてはならない。

第１図と共に第２図を参照して説明を続けると、熱過負荷保護システム１２は、 ブロックで示す計算及び測定工程のフローチャートとして示されている。各々の ブロックが、熱過負荷保護システム１２によって実行される動作又は工程を記述 している。これらの動作は、個別の部品によって実行することもできることに注 意されたい。その場合、各々のブロックは回路の配列を含んでいる。

第２図のフローチャートは、回転電気機械に対する熱過負荷の保護を行う方法を 例示するものであると共に、ディーゼル機関の負荷条件と両立し得る形で過度の 過熱を防止する手段にしようとするものである。第２図のフローチャートに示す 工程を実行する間、機関車の牽引力には突然の変化や又は突然の消滅は起こらな い。

第２図のフローチャート１２では、３つのシステム変数を感知し、これらのシス テム変数のみが、典型的には１秒間隔で実時間で行われる熱過負荷保護を行う方 法に必要な入力である。必要なシステム変数は、機関車の牽引用交流機に対する 周囲取り込み空気温度、交流機の固定子巻線に埋め込んだ温度センサ、及び牽引 電動機の電機子電流である。温度センサの読みがルックアップ・テーブルを介し て、０Ｃで表した温度に換算される。その結果得られたセンサ温度と、周囲空気 温度の感知された値とを用いて、牽引電動機の電流限界を計算し、次にその電流 限界を現存の電流の値と比較する。限界を超えていれば、牽引電動機の感知され た電流が計算された限界に等しくなるように、交流機の界磁電流を調整する。牽 引電動機の電流及び牽引用交流機の電流は、交流機の電流限界が牽引電動機の電 流限界に機関車１台当たりの牽引電動機の数を乗じたものに等しいという点で、 直接的な線形関係がある。牽引電動機の電流を感知するのは、便宜のためである 。調整しようとするのは牽引用交流機の電流である。

フローチャート１２はブロック２２から始まり、そこで巻線センサを読み取り、 その後、ブロック２４で巻線センサの温度を決定することに続く。巻線センサの 温度が判定ブロック２６で、予め設定された巻線センサ温度フラグＴｆｉｎ未満 であるか又はそれに等しいと判定されると、プログラム１２はブロック２８に移 り、これを繰り返す。巻線センサの温度が温度限界よりも高いと判定ブロック２ ６で判定されると、ブロック３０で周囲温度を読み取る。

プログラム１２はその後、ブロック３２に続き、そこで牽引電動機の電流限界を 計算してから、牽引電動機の感知された電流を読み取るブロック３４に進む。判 定ブロック３６で、牽引電動機の感知された電流がブロック３２から計算によっ て得られる牽引電動機の電流限界未満であるか又はそれに等しいと判定されると 、プログラム１２は直接的に継続ブロック２８に進んで、これを繰り返す。牽引 電動機の感知された電流がブロック３２で計算された牽引電動機の電流限界より も大きいと判定ブロック３６で判定されると、プログラム１２はブロック３８で 、牽引電動機の感知された電流と牽引電動機の計算された電流限界とを等しいと おく。

このとき、牽引電動機の計算された電流限界に等しい牽引電動機の感知された電 流が、牽引電動機の連続電流定格よりも大きいか又はそれに等しいと判定ブロッ ク４０で判定されると、プログラムはブロック２８に進んで、繰り返される。牽 引電動機の計算による電流限界に等しいものとされている牽引電動機の感知され た電流が、牽引電動機の連続電流定格未満であると判定ブロック４０で判定され ると、プログラムはブロック４２に進み、牽引電動機の連続電流定格と牽引電動 機の計算された電流限界とを等しいとおく。プログラムはその後、ブロック２８ に進み、このプログラムを続ける。

第２図の説明を続けると、牽引電動機の電流限界（ＬＩＭＩＴ）は、次の式（１ ）に従って、熱過負荷保護システムによって計算される。

ＬＩＭＩＴ ＝に１−に２ｘ　（（Ｔ−ＴＡ）／ＴＣＯＲＲ＋ＴＡ）ここで、ＬＩＭＩＴは牽 引電動機の電流限界、Ｋ１は最高許容巻線温度に関連する定数（Ｋ　１　＝　Ｉ 　ｓ　ｓ／ＮＴＭ＋に２ＸＴｈｓ）　、Ｉ　ｓ　ｓはＴｈｓに対応する交流機の 定常状態電流、ＮＴＭは機関車１台当たりの牽引電動機の数、Ｔｈｓは最高許容 固定子巻線ホットスポット温度、Ｋ２は負荷の時間的な減少率に関連する定数、 Ｔは固定子巻線センサの温度、ＴＡは交流機の周囲空気温度、ＴＣＯＲＲは較正 係数（（センサ上昇）／（ホットスポット上昇））である。

式（１）に従って計算された牽引電動機の電流限界の値ＬＩ〜ＩＩＴは、交流機 の周囲空気温度よりも高い巻線センサ温度の上昇の直接的な関数である。センサ 温度の上昇の値が大きければ大きい程、電流限界の値は小さくなる。牽引電動機 の計算された電流限界の値は、熱過負荷保護システム１２の動作中に連続的に計 算されるという事実のため、過負荷が進むにつれて変化する。牽引電動機の計算 された電流限界の値と感知された電流の値とが一致すると、交流機の負荷の減少 が開始される。

本発明の熱過負荷保護システム及び方法は、機関車の牽引用交流機に対する熱過 負荷に対する保護作用をもたらす。

このシステム及び方法は、埋め込まれたセンサから得られる固定子巻線の温度の 情報を利用している。本発明の好ましい実施例では、このシステム及び方法は、 機関車に搭載されたマイクロコンピュータによって実行される。このシステム及 び方法を実行することによる推進システムへの効果は、機関車の牽引力の突然の 変化又は全面的な消滅を伴わずに、交流機の電気負荷を、巻線温度を所定の値に 同時に制限するような新しい値へ滑かに且つ徐々に減少させることである。交流 機はその負荷から切り離されず、本発明のシステム及び方法は、同等人間の介入 を必要とせずに、予め設定した動作温度の限界と見合うような安全な運転状態に 推進システムをもって行く。

本発明は、熱過負荷の保護を行うシステム及び方法を提供すると共に、交流機の 故障の原因になったり、又はその絶縁寿命を劇的に短縮するような有害な過渡的 な熱過負荷を防止する。本発明の他の利点は、原動機、即ちディーゼル機関の負 荷を徐々に且つ滑かに減少させることである。

このような作用は、機関の過度の過渡的な発煙を回避する。

負荷の突然の消滅又は急な減少のときに起こるような機関の過渡的な超過速変も 回避される。最後に、この保護作用のどの段階でも、又は過負荷事態からの回復 の途中でも、オペレータである人間の介入を必要としない。

本発明の好ましい実施例を詳しく説明したので、請求の範囲に限定された本発明 の範囲を逸脱することなく、この他の改変及び変更が可能であることは明らかで あろう。

国際調査報告

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．交流機を有している機関車に対する熱過負荷保護制御方法であって、 センサ温度を発生する工程と、 前記交流機に対する周囲取り込み空気温度を感知する工程と、 前記取り込み空気温度及び前記センサ温度を用いて牽引電動機の電流限界を計算 して、牽引電動機の計算された電流限界の値を発生する工程と、 前記牽引電動機の計算された電流限界の値に応答して熱過負荷を制御する工程と を備えた熱過負荷保護制御方法。
2. ２．前記熱過負荷を制御する工程は更に、前記牽引電動機の感知された電流が前 記牽引電動機の計算された電流限界の値に等しくなるように前記交流機の界磁電 流を自動的に調整する工程を含んでいる請求項１に記載の熱過負荷保護制御方法 。
3. ３．牽引電動機の現存の電流の値を感知する工程と、前記牽引電動機の計算され た電流限界の値を前記牽引電動機の現存の電流の値と比較する工程とを更に含ん でいる請求項１に記載の熱過負荷保護制御方法。
4. ４．前記センサ温度を発生する工程は更に、交流機の固定子巻線に埋め込まれた 温度センサを用いる工程を含んでいる請求項１に記載の熱過負荷保護制御方法。
5. ５．前記牽引電動機の電流限界を計算する工程は、第１の値を発生するように、 固定子巻線センサ温度と交流機の周囲空気温度との差を較正係数で除する工程と 、第２の値を発生するように、前記第１の値と前記交流機の周囲空気温度とを合 算する工程と、 第３の値を発生するように、前記第２の値と負荷の時間的な減少率に関連する定 数とを乗ずる工程と、前記牽引電動機の計算された電流限界の値を示す第４の値 を発生するように、前記第３の値を最高許容巻線温度に関連する定数から減算す る工程とを含んでいる請求項１に記載の熱過負荷保護制御方法。
6. ６．交流機を有している機関車に対する熱過負荷保護システムであって、 センサ温度を発生する手段と、 前記交流機に対する周囲取り込み空気温度を感知する手段と、 前記取り込み空気温度及び前記センサ温度を用いて牽引電動機の電流限界を計算 すると共に、牽引電動機の計算された電流限界の値を発生する手段と、 前記牽引電動機の計算された電流限界の値に応答して熱過負荷を制御する手段と を備えた熱過負荷保護システム。
7. ７．牽引電動機の現存の電流の値を感知する手段と、前記牽引電動機の計算され た電流限界の値を前記牽引電動機の現存の電流の値と比較する手段とを更に含ん でいる請求項６に記載の熱過負荷保護システム。
8. ８．前記周囲取り込み空気温度を感知する手段は、巻線温度センサを含んでいる 請求項６に記載の熱過負荷保護システム。
9. ９．前記センサ温度を発生する手段は、交流機の固定子巻線に埋め込まれた温度 センサを含んでいる請求項６に記載の熱過負荷保護システム。
10. １０．前記牽引電動機の電流限界を計算する手段は、連続的な計算を含んでいる 請求項７に記載の熱過負荷保護システム。
11. １１．前記連続的な計算は、前記牽引電動機の計算された電流限界の値を前記牽 引電動機の現存の電流の値と比較する前記手段に基づいて比較値を発生する手段 を含んでいる請求項１０に記載の熱過負荷保護システム。
12. １２．前記熱過負荷を制御する手段は、前記比較値に応答して交流機の界磁電流 を調整する手段を更に含んでいる請求項１１に記載の熱過負荷保護システム。
13. １３．前記交流機の界磁電流を調整する手段は、前記牽引電動機の計算された電 流限界の値を前記牽引電動機の現存の電流の値と等しくしている請求項１２に記 載の熱過負荷保護システム。
14. １４．前記牽引電動機の現存の電流の値を感知する手段は、直流電流分路を含ん でいる請求項７に記載の熱過負荷保護システム。
15. １５．前記牽引電動機の電流限界を計算する手段は、第１の値を発生するように 、固定子巻線センサ温度と交流機の周囲空気温度との差を較正係数で除する手段 と、第２の値を発生するように、前記第１の値と前記交流機の周囲空気温度とを 合算する手段と、 第３の値を発生するように、前記第２の値と負荷の時間的な減少率に関連する定 数とを乗ずる手段と、前記牽引電動機の計算された電流限界の値を示す第４の値 を発生するように、前記第３の値を最高許容巻線温度に関連する定数から減算す る手段とを含んでいる請求項６に記載の熱過負荷保護システム。