JPH0775948B2 - 回生電力吸収装置の制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、直流電気車が回生運転する際に発生する回
生電力を、変電所に設置した回生電力吸収装置で吸収す
る際の制御回路に関する。

〔従来の技術〕

第５図は直流電気車から回生電力を吸収する従来例を示
した回路図である。

この第５図において、商用電源２からの３相交流電力
は、絶縁も兼ねて所望の電圧に変圧する変圧器３を経て
整流器４に入力し、この整流器４で直流電力に変換して
いる。この直流電力は架線５を介して直流電気車７に供
給され、この直流電気車７が力行運転するときのエネル
ギー源となっている。

力行運転中の直流電気車７を減速するときには、電気的
な制動方法が多用されている。すなわち走行中の直流電
気車７の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、架
線５を介して変電所に設置している抵抗器９でこの電気
エネルギーを消費させれば、当該直流電気車７の運動エ
ネルギーが減少する制動運転となる。

このように直流電気車７から回生してくる電力を抵抗器
９で吸収するために、この抵抗器９に直列接続している
チョッパ装置８を適切に作動させることが肝要である。
すなわち、電圧設定器12で回生電力の吸収開始電圧を設
定するのであるが、この吸収開始電圧は整流器４の直流
出力電圧よりも高い値に設定しておく。

直流電気車７を減速するべく回生電力を発生すると、架
線５の電圧が上昇する。そこで整流器４の直流側に設置
している電圧検出器11がこの電圧上昇を検知し、この値
が上述の吸収開始電圧を上廻ったことを調整器13で検出
し、この調整器13から適切な動作信号を位相器14を介し
てチョッパ装置８を与えると、このチョッパ装置８の作
動により、抵抗器９が回生電力を吸収するが、直流電気
車７が所望速度まで減速すれば回生電力の発生は中止と
なって架線電圧が低下し、チョッパ装置８もその運転を
停止する。

上述したように、直流電気車７が電力を回生する際に
は、架線５の電圧が上昇するのであるが、この電圧上昇
値が大であると、この直流電気車７に搭載している機
器、特に半導体素子の絶縁などを脅やかすことになる。
そこでこの架線電圧が所定値以上になると、電力の回生
を中止して機器が破損するのを未然に防止するのである
が、この電力回生を中止する電圧を回生失効電圧と称し
ている。

第６図は整流器の直流出力電圧と回生失効電圧との差が
大の場合の電圧波形図である。

この第６図において、符号Ａは整流器４の直流出力電圧
の波形であって、この整流器４が第５図に示すように３
相全波整流器の場合には、１サイクル中に６回の脈動が
ある。符号Ｂは前述した回生失効電圧であり、符号Ｃは
電圧設定器12で設定している回生電力の吸収開始電圧で
あって、この吸収開始電圧Ｃは、当然整流器直流出力電
圧Ａと回生失効電圧Ｂとの中間に位置する。

第５図において、整流器４、チョッパ装置８、抵抗器９
ならびに電圧検出回路11は変電所に設置してあり、直流
電気車７とこの変電所との間には架線インピーダンス６
が存在するが、この架線インピーダンス６の大きさは、
両者の距離Ｄとともに変化する。それ故、直流電気車７
が変電所から遠方にあるときに電力の回生を開始する
と、架線インピーダンス６により大きな電圧降下を生じ
る。よって第６図に示す吸収開始電圧Ｃと回生失効電圧
Ｂとの電圧差は、この架線インピーダンス６による電圧
降下分よりも大となるように設定しておかないと、直流
電気車７の電圧が回生失効電圧Ｂよりも高い値になり、
電力回生運転ができなくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の不都合を回避するには、回生失効電圧Ｂの値を高
く設定すればよいが、そのためには直流電気車７に搭載
する機器の耐電圧値を高くしなければならず、装置が高
価になってしまう。そこで回生失効電圧Ｂの設定値は高
くせず、吸収開始電圧Ｃを低くして、両者の差電圧が架
線インピーダンス６による電圧降下をカバーできるよう
な値にする措置を講じている。

第７図は整流器の直流出力電圧と回生失効電圧との差が
小の場合の電圧波形図であって、第６図と同様に、符号
Ａは整流器４の直流出力電圧波形、符号Ｂは回生失効電
圧、符号Ｃは吸収開始電圧である。

この第７図では、搭載機器の耐電圧値を高くしないため
に、回生失効電圧Ｂは第６図の場合よりも低くしている
が、この回生失効電圧Ｂと吸収開始電圧Ｃとの差電圧
は、架線インピーダンス６の電圧降下分をカバーできる
ように、第６図の場合と同じ値を確保している。そのた
めにこの吸収開始電圧Ｂが整流器直流出力電圧Ａに接近
し、この整流器直流出力電圧Ａの脈動ピーク値付近で吸
収開始電圧Ｃよりも高くなる時間（第７図におけるＴ）
があり、この期間は整流器４が出力する直流電力を抵抗
器９に吸収するという、エネルギーの無駄な消費を発生
する不具合を生じる。

そこでこの発明の課題は、回生失効電圧を上昇させず
（すなわち機器の耐電圧値を向上させることなく）に、
直流電気車からの回生エネルギーのみを確実に吸収でき
るようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、この発明の第１の解決手段によれば、前
記整流器の直流出力電圧波形に近似したパターンを発生
する手段と、この発生パターンを整流器直流出力電圧の
上側に吸収開始電圧として設定する手段とを備えること
によって解決される。

この発明の第２の解決手段によてば、絶縁変圧器を介し
て検出した商用電源電圧を整流する補助整流器と、この
補助整流器の直流出力電圧を予め設定された基準電圧と
比較し、直流出力電圧がその基準電圧を越えた際にその
直流出力電圧と基準電圧との間の差電圧を出力する差電
圧検出手段と、予め設定された吸収開始電圧に前記差電
圧を加算することにより吸収開始電圧を修正する吸収開
始電圧修正手段とを備える。

〔作用〕

この発明の第１の解決手段は、交流電力を整流して得ら
れる直流電力には脈動分が含まれているが、整流方式
（たとえば単相か３相か、半波整流か全波整流か）でこ
の脈動の詳細が判明することから、整流器直流出力電圧
の上側に設定する吸収開始電圧の波形を、この脈動波形
に近似したものにして、この吸収開始電圧が整流器直流
出力電圧に接近しても、回生エネルギー吸収装置が整流
器出力である直流電力を吸収するような無駄を排除する
ものである。

また、この発明の第２の解決手段は、商用電源の電圧変
動により整流器直流側電圧が上昇する場合には、商用電
源電圧の基準電圧からの上昇分を検出し、この上昇分電
圧を吸収開始電圧に加算することで、電力吸収手段が動
作を開始する電圧を、商用電源電圧に連動して上昇させ
るようにして、電力吸収手段による無用の電力消費を防
止するが、電気車が電力回生するときは、吸収開始電圧
は変化することなく、従来通りに電力吸収手段を作動さ
せるようにしている。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の解決手段に対応した実施例をあ
らわした回路図である。

この第１図において、商用電源２からの３相交流電力を
変圧器３を介して整流器４に入力し、この整流器４の３
相全波整流により得られる直流電力を架線５を介して直
流電気車７に与えることと、この整流器４の直流出力側
にチョッパ装置８と抵抗器９とで構成する回生エネルギ
ー吸収手段、ならびに電圧検出回路11を設置するのは、
第５図で既述の従来例回路の場合と同じである。また符
号６は架線インピーダンスであることも同じである。

本発明においては、整流器４の交流側に同期変圧器21を
設けて３相交流電圧を取出し、これを同期整形回路22に
入力させ、ここで正弦波を矩形波に波形整形を行う。こ
の矩形波の位相を同期信号回路23において補正したの
ち、パターン発生回路24において、整流器４の直流出力
電圧波形に近似したパターンを、回生エネルギーの吸収
開始電圧として発生させる。

一方、整流器４の直流出力電圧は電圧検出回路11で検出
しているので、この検出電圧と、パターン発生回路24が
出力する吸収開始電圧とを比較回路13において比較し、
その結果を移相回路14を経てチョッパ装置８に与え、直
流電気車７からの回生エネルギーにより電圧が吸収開始
電圧以上に上昇したことを検出すれば、このチョッパ装
置８を運転して抵抗器９にエネルギーを吸収させる。

なおこの第１図に示す実施例回路は、本発明の要旨をあ
らわすための回路図であるから、実際の回路を構成する
のに必要な部分（たとえば比較回路13の動作にばたつき
を起こさせないための対策など）の図示は省略してい
る。

第２図は第１図に示す実施例回路で得られる電圧波形図
であって、符号Ａは整流器４の直流出力電圧波形、符号
Ｂは回生失効電圧波形、符号Ｃは吸収開始電圧波形をそ
れぞれあらわしている。

この第２図に示すように、パターン発生回路24の作用に
より、吸収開始電圧Ｃの波形は、整流器直流出力電圧Ａ
の波形と同様に正弦波形であり、かつ両者は同期してい
るので、後者の脈動により不用意にチョッパ装置８が作
動するおそれがなく、かつ吸収開始電圧Ｃと回生失効電
圧Ｂとの差は十分に大きな値にすることができる。

第３図は第１図に示す実施例回路で得られる別の電圧波
形図であるが、この第３図では吸収開始電圧Ｃの波形が
３角波になっている点が第２図とは異っている。

この第３図に示すように、吸収開始電圧Ｃの波形を３角
波にするのは、正弦波形を発生させるよりも容易であ
り、かつ正弦波形に近似して、殆ど同じ効果を得ること
ができるからである。

第４図は本発明の第２の解決手段に対応した実施例をあ
らわした回路図である。

この第４図において、商用電源２からの３相交流電力を
変圧器３を介して整流器４に入力し、この整流器４で変
換した直流電力を架線５を介して直流電気車７に給電す
ることと、この整流器４の直流出力側に、チョッパ装置
８と抵抗器９とで構成している電力吸収手段、ならびに
電圧検出器11を設置しているのは、第５図において既述
の従来例回路の場合と同じである。また符号６は架線イ
ンピーダンスであることも同じである。

この実施例においては、整流器４の交流入力側に絶縁変
圧器121と補助整流器122との直列回路を接続し、商用電
源２の電圧を直流に変換して検出している。

一方、基準電圧設定器124では、この商用電源２の基準
となる電圧（たとえば定格電圧に相当する電圧）を設定
しており、差電圧検出器123はこれら基準電圧設定器124
が設定する基準電圧と、補助整流器122からの商用電源
電圧とを入力して、両者の差電圧を検出する。ただし当
該差電圧検出器123は、商用電源電圧の方が基準電圧よ
りも高いときには両者の差電圧を出力し、商用電源電圧
が基準電圧よりも低いときは零を出力するようにしてい
る。

このようにして得られた差電圧を、加算器125において
吸収開始電圧設定器12が設定する吸収開始電圧に加算
し、この加算演算結果と、電圧検出回路11が検出する整
流器直流側電圧とを、比較回路13において比較し、整流
器直流側電圧のほうが高い場合には、移相回路14を経て
チョッパ装置８に動作信号を送っているので、抵抗器９
が電力の吸収を開始する。

すなわち、加算器125が出力する電圧を基準にして、整
流器直流側電圧の方が低ければチョッパ装置８は作動せ
ず、高いときにのみ作動する。しかしてこの加算器125
の出力電圧は、商用電源電圧が基準電圧よりも低いとき
は、吸収開始電圧設定器12の設定電圧がそのまま出力す
るので（なぜならば差電圧検出器23の出力は零であ
る）、電力吸収を開始する電圧は比較的低い値である
が、商用電源電圧が上昇すると、これに対応して吸収開
始電圧が高い値に修正される。

〔発明の効果〕

この発明の第１の解決手段によれば、直流電気車から回
生されてくるエネルギーの吸収開始を設定する電圧波形
を、整流器直流出力電圧波形と同じ波形、あるいは３角
波などで近似するようにしているので、回生失効電圧を
上昇させずに、エネルギー回生時にのみ確実に回生エネ
ルギー吸収装置を運転することができるので、回生エネ
ルギー以外の余分なエネルギーを吸収するおそれがな
く、エネルギーの無駄な消費を排除できる効果を発揮す
る。

また、この発明の第２の解決手段によれば、商用交流電
力を整流して直流電気車駆動用の電力を得ている場合、
この直流電気車が回生運転した場合の架線の電圧上昇
を、整流器の直流出力側に設置した電力吸収手段により
吸収するのであるが、商用電源の電圧上昇時にも整流器
直流側電圧が上昇して、この電力吸収手段が動作してし
まうのを、この商用電源電圧の変動によるものと、回生
電力による電圧上昇とを区分し、商用電源電圧上昇時に
は、電力吸収手段の動作開始電圧を上昇させることで、
この電力吸収手段が無用の電力消費を行うようなエネル
ギーの無駄使いを防止できるので、その結果、電力吸収
手段を小形化できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例をあらわした回路図、第
２図は第１図に示す実施例回路で得られる電圧波形図、
第３図は第１図に示す実施例回路で得られる別の電圧波
形図であり、第４図は本発明の第２の実施例をあらわし
た回路図、第５図は直流電気車からの回生エネルギーを
吸収する従来例を示した回路図、第６図は整流器の直流
出力電圧と回生失効電圧との差が大の場合の電圧波形
図、第７図は整流器の直流出力電圧と回生失効電圧との
差が小の場合の電圧波形図である。 ２……商用電源、３……変圧器、４……整流器、５……
架線、６……架線インピーダンス、７……直流電気車、
８……チョッパ装置、９……抵抗器、11……電圧検出回
路、12……吸収開始電圧設定器、13……比較回路、14…
…移相回路、21……同期変圧器、22……同期整形回路、
23……同期信号回路、24……パターン発生回路、121…
…絶縁変圧器、122……補助整流器、123……差電圧検出
器、124……基準電圧設定器、125……加算器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用電源からの交流電力を電気車駆動用の
   直流電力に変換する整流器の直流側に、前記電気車が回
   生運転する際に発生する回生電力を吸収する手段を接触
   し、この整流器の直流側電圧が、この電圧の上側に設定
   した吸収開始電圧を上廻われば、前記回生電力吸収手段
   を作動させる構成の装置において、前記整流器の直流出
   力電圧波形に近似したパターンを発生する手段と、この
   発生パターンを整流器直流出力電圧の上側に吸収開始電
   圧として設定する手段とを備えていることを特徴とする
   回生電力吸収装置の制御回路。
2. 【請求項２】商用電源からの交流電力を電気車駆動用の
   直流電力に変換する整流器の直流側に、前記電気車が回
   生運転する際に発生する回生電力を吸収する手段を接続
   し、この整流器の直流側電圧が、この電圧の上側に設定
   した吸収開始電圧を上廻われば、前記回生電力吸収手段
   を作動させる構成の装置において、この発明の第２の解
   決手段によれば、絶縁変圧器を介して検出した商用電源
   電圧を整流する補助整流器と、この補助整流器の直流出
   力電圧を予め設定された基準電圧と比較し、直流出力電
   圧がその基準電圧を越えた際にその直流出力電圧と基準
   電圧との間の差電圧を出力する差電圧検出手段と、予め
   設定された吸収開始電圧に前記差電圧を加算することに
   より吸収開始電圧を修正する吸収開始電圧修正手段とを
   備えていることを特徴とする回生電力吸収装置の制御回
   路。