JPS58116002A - 電気車制御装置およびその制御方法 - Google Patents

電気車制御装置およびその制御方法

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JPS58116002A
JPS58116002A JP21005481A JP21005481A JPS58116002A JP S58116002 A JPS58116002 A JP S58116002A JP 21005481 A JP21005481 A JP 21005481A JP 21005481 A JP21005481 A JP 21005481A JP S58116002 A JPS58116002 A JP S58116002A
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JP
Japan
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circuit
electric vehicle
induction motor
arc
control
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JP21005481A
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Ikuo Yasuoka
育雄 安岡
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/22Dynamic electric resistor braking, combined with dynamic electric regenerative braking
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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  • Power Engineering (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)

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】 (a)  技術分野 本発明は誘導電動機を可変電圧・可変周波数インバータ
(以下VVVFインバータと略す、)により制御する電
気車制御装置に関する。
(′b)従来技術の説明 第1図に従来の電気車駆動用誘導電動機t−VVVFイ
ンバータにより制御する電気車制御装置の主回路部を示
した。
第1図で1は主回路を投入・開放および事故時の保護用
の高速度シャ断器である、リアクトル2コンテンサ3は
逆り形に構成した入力フィルタ回路で、三相インバータ
部4で発生する高調波電流を架線側に流出させないため
に設けである、電圧検出器8はコンデンサ3の電圧検出
用として設けてあり、電流検出器5は並列接続した誘導
電動機6の三相各相の電流を検出し、それぞれCTU 
、 CTV 。
Cffを出力する、前記誘導電動6は、電気車駆動用の
主電動機で、三相インバータ部4の可変電圧・可変周波
数出力によりすべり周波数制御をする、7はパルスジェ
ネレータで、前記並列接続し7た誘導電動機6のそれぞ
れの回転数を検出し、各々PCI、PGZを出力する。
三相インバータ部4の主回路は、SU、SV、SW。
sx、sy、szの6組の自己消弧能力を有するゲート
ターンオフサイリスタ(以下GTOサイリスタと略す、
)と、そねぞれGTOサイリスタに逆並列に接続したダ
イオードDLI、Dv、DW、DX、DY、DZにより
構成し、パルス幅変調制御によるb]変電圧・可変周波
数の三相交流を出力12、パルス幅変調制御は通常正弦
波変調方式を用いている。
第2図は正弦波変調の原理を欽明するための図で、第2
図(h)に示【7たように、正弦波と三角波を比較して
得られる三相パルス列信号(b) 、 (cl 、 (
d)により、三相インバータ4のゲートを駆動する。。
可変周波数11 、正弦波の周波数を制御することによ
って得られ、可変電圧は、三角波に対して、正弦波の波
高値を制御することによって得られる正弦波波高値/三
角波波高値比を変調率αと呼び、変調率を大きくすれば
、出力パルス幅が大きく々って出力電圧が大きくなる。
第2図に示した三相パルス列信号Φ) 、 (c) 、
 (d)は三相インバータ4のU、V、W各相の(4)
側GTOサイリスタのゲート信号で、これらの反転信号
が各相の(→l111 GTOサイリスタのゲート信号
となる4、このゲート信号波形より、インバータの動作
モードは、(→側(−)側を含めて1/6サイクル(第
2図に示したT/6)期間をとってみれば、各期間間じ
扱いができる。
第3図HVVVFインバータの制御回路部をブロック図
で示したもので、回転周波数演算部15は、第1図に示
した誘導電動機6の回転数を検出するパルスジェネレー
タ7からの回転数検出信号PGI。
PO2によシ、誘導電動機6の回転数に比例した回転周
波数FRを算出する。電動機電流演算部16は、第1図
に示した電流検知器5からの電流検出信号CTU 、 
CTV 、 Cffにより、電動機電流IMを算出する
。すべり周波数演算部17では電流指令値ICによって
一義的に決定される定数項F81と、電流指令値ICと
電動機電流IMの電流偏差値に応じてあたえられる過渡
1JIFSZを加算してすべり周波数FBとして出力す
る。
上記により述べた回転周波数FRとすべり周波数FSよ
り力行時ij FR+F g s回生制動時はFIL−
FBとしてインバータ出力周波数Fを得る。18はイン
バータ出力周波数Fより変調ノ(ルスモードNを算出す
る変調パルスモード演算部、19はインバータ出力周波
数Fおよび第1図に示した電圧検出器8を介して検出し
たコンデンサ3の電圧Ecより変調率ALを算出する変
調率演算部である。
上記によ抄算出したインバータ出力周波数F1変調パル
スモードN1変調率ALを)(ルス幅変調制御部20に
入力し、電気角60度期間でのU相。
■相、W相の各相の変調パルス信号U、V、Wと、電気
角60度毎の同期パルスanを出力し、)(ルス合成回
路21にて、最終的なGTOサイリスタ8U。
sv、sw、sx、sy、szのゲート信号を出力する
以上説明した従来のVVVFインバータによるすべり周
波数制御では、回生制動制御時に架線に接続された負荷
が減少し、ちンデンサ電圧が急上昇し、主回路を構成す
る機器の絶縁破壊につながるので所定の値をこえると、
速やかに回生制動制御をオフし、主回路を高速度シャ断
器1により開放し、その後は空気ブレーキによる制動を
掛ける方式がとられており、一旦空気ブレーキを掛ける
と、空気ブレーキが弛るまで継続する。従って架線側の
負荷が減少した状態から、回生制動により発生する電力
を吸収し得る負荷状態に戻っても、車両側のブレーキ制
御は、一旦ブレーキをオフして再度ブレーキを掛は直さ
ない限り、回生制動制御が作用しないため、ブレーキシ
ューの摩耗が大きく、回生率が低く、省エネルギー効果
が少ない欠点があった。
(C)発明の目的 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、誘導電動機に
よシミ気車を駆動し、前記誘導電動機をVVVF’イン
バータによりすべり周波数制御する電気車の制御装置に
おいて、回生制動制御中に架線側の負荷状態に応じて、
自動的に回生制動制御と発電制動制御を連続かつ可逆に
行ない、ブレーキシューの摩耗を少なくシ、電力回生率
の向上を計った電気車制御装置を提供するものである(
d)  発明の構成 以下本発明について図面を参、、照しながら説明する。
第4図は本発明の電気車駆動用誘導電動機會VVVFイ
ンバータによりすべ9周波制御する電気車制御装置の主
回路部の一実施例を示した。
第4図で、9は自己消弧機能を有するスイッチング制御
素子で、抵抗器10と直列に接続し、更に前記抵抗器1
0と直列に前記スイッチング制御素子9に流入する突入
電流を抑制するためのりアクドル11を、前記抵抗器1
0とリアクトル11の直列回路と並列にフライホイール
ダイオード12を接続して発電制動電流制御回路131
に構成12、その一端を高速度シャ断器1とリアクトル
2の中間に接続し、他端を接地した他は、第1図に示し
た従来の回路構成と同じである。
第5図は第4図に示した本発明の電気車制御装置の主回
路部を制御するだめの制御回路部の一実施例をブロック
図で示したもので、第3図に示17た従来の制御回路部
のブロック図に第4図に示したスイッチング制御素子9
の点・消弧制御回路22を加え九ものである。
点・消弧制御回路22ti、第4図に示した電圧検出器
8の出力側に接続し、コンデンサ3の電圧ECが所定の
値以上に達したとき動作出力する電圧レベル比較器23
、ブレーキ指令および前記電圧レベル比較器23の出力
の論理和で動作するアンド回路24、前記アンド回路2
4の出力側に接続した双安定マルチ回路25およびワン
ショットの遅延回路26、遅延回路26の出力を波形整
形する単安定マルチ回路27、双安定!ルチ回路すおよ
び単安定マルチ回路27のそれぞれ出力を反転動作する
反転回路z8m、28bおよびNOR回路29a。
29bで構成し、単安定マルチ回路27の出力は双安定
マルチ回路250反転入力とし、更にNOR回路29m
、29bは互に出力管交叉入力している。
向上記説明ではスイッチング制御素子9にはゲートター
ンオフサイリスタで代表される自己消弧機能を有するス
イッチング制御素子で構成を示したが、消弧回路を持つ
サイリスタ回路を使用し、ても作用および効果は全く同
じである。
−)発明の作用 以下、上記し九−実施例の作用について、第6mvc示
した動作説明図を参照し表カ(ら回生制動制御と発電制
動制御について説明する。
第6図に示した動作説明図の波形は、前述した第2図に
対応して、変調)(ルスモードが3)くルスの場合を示
した。− 架線側に、誘導電動機6が発電機として作用し、三相イ
ンバータ部4を介して直流に変換した電流を消費するだ
けの負荷が十分ある時は、第6図(1)に示したイア″
−ターの直流側電流1目−は71“ター用のコンデンサ
3およびリアクトル2を介して平滑され、架線側へ第6
図(e)に示した回生電流Idと1.て流れ、コンデン
サ3の電圧ECは、平均的にはほぼ一定に保たれ、スイ
ッチング制御素子9け点・弧されない。
この状態の三相インバータ4の直流側電流11)IV%
コンデンサ3の電圧ECおよび回生電流1.Dの波形は
第6図(1)(ロ)(d) K回生制動期間として示し
た通りである。
架線側の負荷が減少してくると、架線電圧が上昇してく
るので、コンデン−+3の電圧ECも架線電圧に応じて
上昇する。このコンデンサ電圧EC管第4図に示した電
圧検出器8によシ検出し、この電圧が主回路を構成する
機器に悪影響を及ぼさない範囲内の最大値である所定値
EC(ma x )に達すると、第5図に示した電圧レ
ベル比較器23が動作し、その出力を論理ゲートのアン
ド回路24に入力する。アンド回路24はブレーキ指令
との論理和で出力し、双安定マルチ回路25、反転回路
281およびNOR回路29mを介して、点・消弧制御
回路220点弧制御信号22&を第6図(・)に示した
通り出力して、スイッチング制御素子9を点弧する。上
記によシスイツチング制御素子9が点弧すると、第4図
に示した発電制動電流制御回路13に三相インバータ部
4の直流側電流IINVが!Rとして分流し、誘導電動
機6が発生した電力の一部を抵抗器10が消費し、コン
デンサ3の電圧の上昇を防止する。
この状態の三相インバータ4の直流側電流IINVコン
デンサ3の電圧EC,回生電流Id 、抵抗器10の電
流IRの波形は第6図(1)(ロ)(e) (d) K
発電制動期間として示し九通9で、スイッチング制御素
子9は、コンデンサ3の電圧ICがIC(wax)にて
選定した所定の時間Tを経過した1、時点で、第5図に
示した点・消弧制御回路22の消弧制御信号22bによ
り消弧する。
11時点で、回生電流を受は入れるべく、架線側に負荷
が増えていれば、コンデンサ3の電圧ICハEc(ma
x)に達しないので、スイッチング制御素子9は再点弧
することなく回生制動に移行する。
尚t3時点では、電気車の速度が低下し、電気車のもつ
エネルギー、即ち回生電力もある程度減少しているので
、回生電流は受は入れ易すくなっている。
(f)  発明の詳細 な説明した通り、本発明の電気車制御装置によれば、−
担ブレーキ制御指令を出せば、回生制動制御中に架線側
の負荷状態に応じて自動的に回生制動制御と発電・制動
制御との切替えを自動的に連続かつ可逆に行なうことが
出来るので、主回路を構成する機器の絶縁破壊もなく、
ブレーキシューを摩耗させることなく、電力回生率も向
上することができる。
【図面の簡単な説明】
第illは従来の電気車制御装置の主回路部、第2図は
第1図の動作原理の説明図、第3図は第1図の制御回路
部のブロック図、第4図は本発明の電気車制御装置の主
回路部、第5図は第4図の制御回路部のブシツク図、館
6図は第4図および第5図の動作説明図。 9・・・スイッチング制御素子 10・・・抵抗器 13・・・発電制動電流制御回路 22・・・点・消弧側5lil路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)誘導電動機によシミ気車を駆動し、直流を電源と
    して前記誘導電動機を、シャ断器と、とのシャ断器に直
    列に接続したりアクドルとコンデンサにより逆り形に構
    成した入力フィルタ回路を有し、可変電圧・可変周波数
    インバータによりすべり周波数制御する電気車制御装置
    において、消弧機能を有するスイッチング制御素子と抵
    抗器を直列に接続した発電制動電流制御回路の一端を前
    記シャ断器とリアクトルの間に、他端を直流電源の接地
    側に接続したことを特徴とする電気車制御装置。
  2. (2)  消弧機能を有するスイッチング制御素子に、
    ゲートターンオフサイリスタまたは消弧回路を有するサ
    イリ・スを使用したことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の電気車制御装置。
  3. (3)誘導電動機により電気車を駆動し、直流を電源と
    して前記誘導電動機を、シャ断器と、このシャ断器に直
    列に接続したりアクドルとコンデンサにより逆り形に構
    成した入力フィルタ回路を有し、可変電圧・可変周波数
    インバータによりすべり周波数制御する電気車制御装置
    において、消弧機訃を有するスイッチング制御素子と抵
    抗器を直列に接続した発電制動電流制御回路の一端を前
    記シャ断器とリアクトルを間に、他端を直流電源の接地
    側に接続して設け、回生制動制御中に、前記コンデンサ
    電圧が所定の値を越えた際に、前記スイッチング制御素
    子を点弧せしめ、所定の時間経過後に消弧せしめて、回
    生制動制御と発電制動制御の切換制御を行なうことを特
    徴とする電気車制御装置の制御方法。
JP21005481A 1981-12-28 1981-12-28 電気車制御装置およびその制御方法 Pending JPS58116002A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03107304A (ja) * 1989-09-20 1991-05-07 Hitachi Ltd 電気車用ブレーキ制御装置
EP0488163A2 (en) * 1990-11-28 1992-06-03 Hitachi, Ltd. Electric vehicle control apparatus
US5466998A (en) * 1993-03-19 1995-11-14 Fuji Electric Co., Ltd. Electric system for an electric vehicle

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