JPH082124B2 - 発電ブレーキ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は発電ブレーキ制御装置に係り、特に可変電圧
可変周波数インバータ装置によつて誘導電動機を制御す
る電気車の発電ブレーキ制御装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、可変電圧可変周波数インバータ装置（以下VV
VFインバータと称す）によつて誘導電動機を制御する電
気車では、そのブレーキとして回生ブレーキが使用され
ている。この回生ブレーキは、電力消費量の節減には大
きな効果があるが、その使用に際しては回生電力を吸収
する負荷（たとえば他の力行車や変電所の回生電力吸収
設備）があることが絶対条件である。このため、回生負
荷が不安定な路線では、回生ブレーキ中に回生負荷が無
くなつた場合に発電ブレーキに切り変える設備を設けて
いる電気車が知られ、例えば「電気車の科学」1985年２
月号（Vol.38No.2）の第25頁〜第31頁の「近鉄1250イン
バータ電車」に記載されている。この例では、回生ブレ
ーキ中に回生負荷が無くなるとVVVFインバータ装置のフ
イルタコンデンサと並列に発電ブレーキ用抵抗器を接続
して、誘導電動機が発生する電力を発電ブレーキ用抵抗
器で消費させるいわゆる発電ブレーキに切り換えてい
る。

ところで、誘導電動機で発電ブレーキをかける場合
は、最初に固定子に電流を流して磁束を発生させる予備
励磁が必要である。

この予備励磁のための電源に関しては、上述した「近
鉄1250系インバータ電車」や特開昭62−268304号公報に
記載されているように架線から給電された電源を用いる
ことが知られている。特に前者では、いきなり全発電ブ
レーキ用抵抗器をフイルタコンデンサへ並列に接続する
とフイルタコンデンサの電圧が過渡的に変動し、その変
動量が大きいために制御が不安定になるのを防止するた
めに、発電ブレーキ用抵抗器を３回路設け、１回路ずつ
順次接続してフイルタコンデンサの電圧の変動量を抑え
ている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上述した前者の発電ブレーキ制御装置
は、抑速用ブレーキを回生ブレーキから発電ブレーキに
切替えることについて述べているが、停車用ブレーキで
はこの切り換えを行つていない。この停車用ブレーキは
抑速ブレーキの数倍のエネルギを処理しなければならな
いから、その発電ブレーキ用抵抗器の抵抗値も抑速用ブ
レーキ専用の場合に比べて数分の１とする必要がある。
このため停車用ブレーキで回生ブレーキから発電ブレー
キに切り換えるようにすると、抑速用ブレーキ専用では
３回路を順次接続していたのに対し、10回路程度を順次
接続するようにしなければ接続時の過渡的なフイルタコ
ンデンサ電圧の変動によつて制御が不安定になつてしま
う。従つて、重量、寸法を増大させると共に構造を複雑
にしてしまう。

この点を解決するには、後者の従来例のように最初か
ら発電ブレーキ用抵抗器を接続しておくことが考えられ
る。しかし重量60tの車両で、速度100km/hから減速度3.
5km/h/sで減速しようとすると、約1500kWの電力を発電
ブレーキ用抵抗器で消費することになり、架線電圧を15
00Vとすると、発電ブレーキ用抵抗器の抵抗値は約1.5Ω
である。このとき発電ブレーキが作動して誘導電動機の
発生電圧が高くなるまでの間に、架線から約1000Aの電
流が発電ブレーキ用抵抗器に流れることになるが、これ
は発電ブレーキ用抵抗器の熱容量的にも重量消費量の面
でも好ましくない。

本発明の目的は簡単な構成で無駄な電力消費を防止し
ながら停車用ブレーキの発電ブレーキを可能にした発電
ブレーキ制御装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、電源に発電ブレ
ーキ用抵抗器を最初から接続しておき、この発電ブレー
キ用抵抗器にフイルタコンデンサ充電抵抗器を介して充
電電流を流すようにしたことを特徴とする。

［作用］ 本発明者の検討によれば、発電ブレーキのための予備
励磁電圧はこれまでの予想に反して定格電圧の10％程度
であれば良いことが分かり、本発明はこの点に基いてフ
イルタコンデンサの充電抵抗抑制用のために設けられて
いるフイルタコンデンサ充電抵抗器を活用し、これを介
して発電ブレーキ用抵抗器に充電電流を流すようにした
ため、フイルタコンデンサ充電抵抗器によつて充電電流
を制限して無駄な電力消費を防ぐと共に、既存の構成を
活用し最初から発電ブレーキ用抵抗器を接続しているた
め構造を簡単にすることができる。今、架線電圧が直流
1500Vの電気車について考えると、発電ブレーキ用抵抗
器の抵抗値は１〜数Ω、フイルタコンデンサ充電抵抗器
の抵抗値は５〜数10Ωで、VVVFインバータへ印加される
予備励磁電圧は、発電ブレーキ用抵抗器とフイルタコン
デンサ充電抵抗器の分圧によつて150〜数100Vが得ら
れ、発電ブレーキを作動させることができる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は電圧形インバータを用いた電気車の結線図で
ある。

架線等の電源に接触したパンタグラフ５には、断流器
６、フイルタコンデンサ充電抵抗断続スイツチ８、VVVF
インバータ２が接続され、VVVFインバータ２には誘導電
動機１が接続されている。またVVVFインバータ２と並列
に入力電流を平滑化するフイルタコンデンサ３と、発電
ブレーキ用抵抗器９と発電ブレーキ用抵抗器接続スイツ
チ10との直列接続体がそれぞれ接続されている。

また、フィルタコンデンサ充電抵抗断続スイツチ８に
は、断流器５が投入されたとき、フイルタコンデンサ３
に流れる充電電流を所定値に制限するためのフィルタコ
ンデンサ充電抵抗器７が並列に接続されている。

次に、VVVFインバータ２の制御系についてみると、制
御電源＋とアース間には、以下の３種の直列回路が接続
されている。

［力行用操作スイッチ11］……［断流器６の操作コイル
6c］。

［発電ブレーキ用抵抗器接続スイッチ10に連動した補助
常開接点10a］……［同補助常閉接点10b］……［断流器
６に連動した補助常開接点6a］……［フィルタコンデン
サ充電抵抗断続スイッチ８の操作コイル8c］。

［ブレーキ用操作スイッチ12］……［発電ブレーキ用抵
抗器接続スイッチ10の操作コイル10c］。

そして、さらに回路の力行用操作スイッチ11と、回
路の補助常開接点10aとは、並列に接続されている。

13はゲート制御装置で、VVVFインバータ２を構成する
各半導体スイッチ素子にオン・オフ指令13aを与えるた
めの周知のものである。

そして、このゲート制御装置13は、補助常開接点6aと
フィルタコンデンサ充電抵抗断続スイッチ８の補助常開
接点8aの直列接続回路を介して制御電源＋から入力され
る力行時でのインバータ動作開始指令14aと、補助常開
接点6aと補助常開接点10aの直列接続回路を介して制御
電源＋から入力されるブレーキ時でのインバータ動作開
始指令14bとによって、それぞれ作動する。

次に、この実施例の動作について説明する。

まず、力行時での動作について説明する。

いま、力行用操作スイッチ11が閉じられたとすると、
断流器６の操作コイル6cが制御電源＋に接続され、励磁
されるので、この断流器６と、その補助常開接点6aが閉
じる。

この結果、まず、断流器６が閉じたことにより、 架線……断流器６……フィルタコンデンサ充電抵抗器７
……フィルタリアクトル４……フィルタコンデンサ３…
…アース の回路が形成され、フィルタコンデンサ３が充電され
る。

また、同時に、補助常開接点6aが閉じたことにより、 制御電源＋……力行用操作スイッチ11……補助常閉接点
10b……補助常開接点6a……操作コイル8c……アース の回路が形成され、操作コイル8cが励磁されてコンデン
サ充電抵抗断続スイッチ８が閉じ、これによりフィルタ
コンデンサ充電抵抗器７が短絡される。

更に、これにより、補助常開接点8aが閉じられるの
で、制御電源＋から補助常開接点6aと補助常開接点8aを
介して、ゲート制御装置13に力行時のインバータ動作開
始指令14aが与えられ、指令13aがVVVFインバータ３に供
給されるようになり、力行動作が行われる。

次に発電ブレーキの動作について説明する。

先ず、ブレーキ用操作スイツチ12を閉じると、発電ブ
レーキ用抵抗器接続スイツチ10の操作コイル10cが制御
電源に接続されて励磁され、発電ブレーキ用抵抗器接続
スイツチ10を閉じる。従つて、発電ブレーキ用抵抗器９
がフイルタコンデンサ３に並列に接続される。

続いて、その補助常開接点10aが閉じられたことによ
り、 制御電源＋……補助常開接点10a……操作コイル6c……
アース の回路が形成され、操作コイル6cが励磁されたことによ
り断流器６が閉じる。

この状態でのフィルタコンデンサ３の電圧は、フイル
タコンデンサ充電抵抗器７と発電ブレーキ用抵抗器９で
分圧された電圧が印加される。例えば1500V用電気車で
は前述した如くフイルタコンデンサ充電抵抗器７の抵抗
値は５〜数10Ωで、また発電ブレーキ用抵抗器９の抵抗
値は１〜数Ωであるから、フイルタコンデンサ３の端子
電圧は150〜数100Vとなり、これが予備励磁電圧とな
る。このときに電源から流入する電流は、フイルタコン
デンサ充電抵抗短絡スイツチ８が開いているためフイル
タコンデンサ充電抵抗器７によつて制限され、100〜300
A程度しか流れないので、電力消費量に与える影響は極
めて少ない。

このようにフイルタコンデンサ充電抵抗器７を介して
予備励磁を行なうことにより、余分な機器を追加するこ
となく簡単な構成で発電ブレーキを作動させることが可
能であり、また予備励磁のための電力消費量も少なくす
ることができる。しかも、予備励磁は既存のフイルタコ
ンデンサ充電抵抗器７を用いて、これと並列なフイルタ
コンデンサ充電抵抗断続スイツチ８を制御する制御手
段、つまりブレーキ用抵抗器９を閉じた後、フイルタコ
ンデンサ充電抵抗断続スイツチ８を開いた状態にして電
源に発電ブレーキ用抵抗器９を接続するようにする制御
手段を設けて行つているため、既存の設備を活用して行
なうことができる。

第２図は本発明の他の実施例による発電ブレーキ制御
装置を示す結線図である。尚、第１図との同等物には同
一符号を付け、相違点についてのみ説明する。

基本的には第１図の構成と同一であるが、発電ブレー
キ用抵抗器９とフイルタコンデンサ３間に、発電ブレー
キ用抵抗器９に流入する電流を検出する変流器15を設
け、この変流器15の検出値が予じめ定められた値に達し
たとき出力する電流検出器16と、この電流検出器16の出
力で動作する継電器17を設けている点で相違している。
この継電器17は操作コイル17cと接点17a,17bを有し、接
点17aはゲート制御装置13に接続された補助常開接点6a
と並列に接続され、次に接点17bは力行用操作スイッチ1
1に並列に接続されている補助常開接点10aと直列によっ
て接続されている。これら追加した構成によつて、誘導
電動機１が発電を開始してVVVFインバータ２から発電ブ
レーキ用抵抗器９に向つて流れる電流が所定値になつた
ことを検出する検出手段と、この検出手段が作動したと
き断流器６を開いて電源からの予備励磁電流を断つ開放
制御手段とを構成している。この所定値とは、予備励磁
電流を外部の電源から供給する必要がなくなつた状態に
対応している。

第２図における力行の動作は第１図と同じである。ま
たブレーキ操作を行なつた場合のVVVFインバータ２が動
作を始めるまでの動作も第１図と同じである。しかしVV
VFインバータ２が動作を開始し、誘導電動機１が発電を
開始するとVVVFインバータ２から発電ブレーキ用抵抗器
９に向つて電流が流れ出すが、この電流が大きくなつて
所定値に達すると予備励磁電流を外部から供給する必要
が無いので、上述した検出手段を構成する電流検出器16
によつて電流の所定値を検出し、これに基いて上述した
開放制御手段を構成する接点17bを開いて操作コイル6c
を切離して断流器を開き架線から不要な電流の流入を防
いでいる。このようにしてさらに電力消費量の低減がは
かれる。尚、接点17aは断流器６の開放後も発電ブレー
キ用抵抗器接続スイツチ10を開くまで、ブレーキ時のイ
ンバータ動作開始指令14bを保持している。

尚、上述した検出手段および開放制御手段は、VVVFイ
ンバータ２から発電ブレーキ用抵抗器９に流入する電流
が所定値に達したとき作動するようにしたが、発電ブレ
ーキ用抵抗器９を流れる電流もしくは電圧から検出して
も良いし、電源側の電流を検出しても良いし、フイルタ
コンデンサ３の電圧や誘導電動機の電流を検出しても良
く、いずれにしてもVVVFインバータ２から発電ブレーキ
用抵抗器９に流入する電流が所定値に達したのを直接も
しくは間接に検出する構成であれば良い。

第３図は本発明の他の実施例による発電ブレーキ制御
装置の結線図である。

この実施例は第２図に示したものと基本的には同じで
あるが、発電ブレーキ用抵抗器９と発電ブレーキ用抵抗
器接続スイツチ10の直列接続体を、フイルタリアクトル
４の電源側に接続した点でのみ相違しており、他の同等
物には同一符号をつけて説明を省略する。

この構成によれば、VVVFインバータ２側から見ると、
フイルタリアクトル４が発電ブレーキ用抵抗器９と直列
に接続されたことになる。従つて、VVVFインバータ２か
ら発電ブレーキ用抵抗器９に流入する電流が所定値に達
して断流器６を開いたとき、発電ブレーキ用抵抗器９の
電流変化はフイルタリアクトル４によつて抑制され、制
御の安定化を図ることができる。

第４図は本発明の更に他の実施例による発電ブレーキ
制御装置の結線図である。

この実施例は、断流器６と並列に、フイルタコンデン
サ充電抵抗断続スイツチ18とフイルタコンデンサ充電抵
抗器７との直列接続体を接続し、これら断流器６および
フイルタコンデンサ充電抵抗接続スイツチ18の開閉特性
が先の実施例と適合するよう操作コイルや接点の位置を
変えたものである。

発電ブレーキ中、断流器６は開いておき、フイルタコ
ンデンサ充電抵抗断続スイツチ18を閉じて予備励磁を同
様に行なうことができる。その後、VVVFインバータ２か
ら発電ブレーキ用抵抗器９に流入する電流が所定値に達
すると、フイルタコンデンサ充電抵抗断続スイツチ18を
開いて電源を切り離し、電力消費量を低減することがで
きる。

従つて、これら実施例から分かるように電源を断続す
る断流器６と、電源とフイルタコンデンサ３間に接続さ
れたフイルタコンデンサ充電抵抗器７を断続する直列も
しくは並列のフイルタコンデンサ充電抵抗断続スイツチ
を有していれば良い。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の発電ブレーキ制御装置
は、既存のフイルタコンデンサ充電抵抗器を介して電源
からの予備励磁電流を発電ブレーキ用抵抗器に供給する
ようにしたため、フイルタコンデンサ充電抵抗器によつ
て充電電流を制限して無駄な電力消費を防ぐと共に、既
存の構成を活用して構成を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明のそれぞれ異なる実施例によ
る発電ブレーキ制御装置の結線図である。 １……誘導電動機、２……VVVFインバータ、３……フイ
ルタコンデンサ、６……断流器、７……フイルタコンデ
ンサ充電抵抗器、8,18……フイルタコンデンサ充電抵抗
断続スイツチ、９……発電ブレーキ用抵抗器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源から供給される直流電力を可変電
   圧可変周波数の交流電力に変換して誘導電動機に供給す
   るインバータ装置と、該インバータ装置を上記直流電源
   から切り離す断流器と、上記インバータ装置の直流入力
   側に並列に接続されたフィルタコンデンサと、該フィル
   タコンデンサと並列に接続された発電ブレーキ用抵抗器
   と、上記フィルタコンデンサの一方の端子と上記直流電
   源の間に直列に接続されたフィルタコンデンサ充電用抵
   抗器と、該フィルタコンデンサ充電用抵抗器の接続を断
   続するフィルタコンデンサ充電抵抗断続スイッチと、上
   記発電ブレーキ用抵抗器と直列に接続された発電ブレー
   キ用抵抗器接続スイッチとを有する発電ブレーキ制御装
   置において、 発電ブレーキ作動時、上記フィルタコンデンサ充電用抵
   抗器が接続されたままで上記断流器と上記発電ブレーキ
   用抵抗器接続スイッチとを閉じるように、フィルタコン
   デンサ充電抵抗断続スイッチを開閉制御する制御手段を
   設け、 上記直流電源の電圧が上記フィルタコンデンサ充電用抵
   抗器と上記発電ブレーキ用抵抗器の直列回路により分圧
   されて上記インバータ装置に入力され、該インバータ装
   置から上記誘導電動機に予備励磁電流が供給されるよう
   に構成したことを特徴とする発電ブレーキ制御装置。
2. 【請求項２】請求項１の発明において、上記フィルタコ
   ンデンサの一方の端子と上記フィルタコンデンサ充電用
   抵抗器の間にフィルタリアクトルが接続されていること
   を特徴とする発電ブレーキ制御装置。
3. 【請求項３】請求項１の発明において、発電ブレーキ作
   動時、上記インバータ装置から上記発電ブレーキ用抵抗
   器へ流入する電流が所定値に達したことを検出する電流
   検出手段を設け、 この電流検出手段が作動したとき、上記断流器及び上記
   フィルタコンデンサ充電抵抗断続スイッチの少なくとも
   一方を制御し、上記インバータ装置を上記直流電源から
   切り離すように、上記制御手段が構成されていることを
   特徴とする発電ブレーキ制御装置。