JPS5812504A - 交流電気車の制御方法 - 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】 との発明は交流電源を整流して直流電動機を駆動する交
流電気車の制御方法に関するものである。

直流電気車はもちろん、交流電気車にあっても駆動用電
動機としては、一般に直流直巻電動機が用いられるがし
かし、次のようなｉ由から直流分巻電動機を用いること
もしばしばある。

（１）直流電町機に比べて速度特性がフラットである為
、車輪とレール間の再粘着性能が優れている。

（２）界磁巻線回路は電機子回路と独立しているので、
自由に制御することができる。従って、界磁電流の連続
制御が容易である。

（３）発電ブレーキや回生ブレーキ回路を適用する場合
、カ行とブル−キに転換する時に主回路の切り換えが非
゛常に簡単となる。

一方、分巻電動機を用いる場合のひとつの欠点は、電気
車のように、１台の電源装置、例えば整流装置などに対
して、複数の電動機を並列に接続した場合、電動機の特
性差や、車輪径の違いによる回転数の差によって、電動
機の電機子に流れる電流が不平衡となることである。こ
のようなことが起ると、それぞれの電動機のトルクが不
平衡となるのは当然のことながら、大きい電流が流れる
電動機は温度上昇が高くなり熱的に苦しくなる。又、極
端な場合には、電動機の相互間に大きな検流が流れる。

これの解決方法としては、一般に、電動機の界磁電流を
電動機ごとに独立制御する方法と、電機子電流を制御で
きる整流装置を電動機ごとに設けて独立制御する方法、
更にこれらを併用する方法が適用されている。

第１図は従来方式の一実施例を示すものであ蝮、電動機
を２台制御する場合を示しである。実際の電気車にあっ
ては４台以上の制御が一般的である。

第１図に於て、（１）は電車線から交流電源を集電する
ためのパンタグラフ、（２）は変圧器の１次側巻線、（
３）〜（８）は電動機の電機子回路に接続された変圧器
の２次側巻線、（９）Ｈは電動機の界磁巻線回路に接続
された変圧器の８次側巻線、ｏｎ−ｗは電動機の電機子
電流を制御する整流器、ａｔｒ（至）は電動機の界磁巻
線電流を制御する界磁用整流器、Ｏ・曽は整流器で全波
整流された脈動電流を平滑化する平滑リアクトル、に）
（２）は電動機の電機子、＠鱒は電動機の界磁巻線であ
る。なお、（至）（至）及び＠勾でそれぞれ第１電動機
（至）及び第２電動機（至）を構成する。に）に）は電
流検出器を示す。害際の電気車にあっては、しゃ断熱や
フィルタ装置が設けられているが第１図には省略しであ
る。

図に示すとおり、第１電動機に）と第２電動機員は電機
子回路はもとより、界磁回路も電気的に全く独立してお
り個々に制御できる。いま、第１電動機（２）の回路側
でその動作を説明する。パンタグラフ（１）を通して、
変圧器の１次側巻線（２）に印加された高電圧は、変圧
器で所定の電圧に降圧されて２次側巻線（３）〜（５）
に得られる。２次側巻線（３）〜（５）には、それぞれ
整流装置（第１因にあっては、サイリスタとダイオード
から構成されら混合ブリッジで示す）ａ■〜（ＩＩが接
続されてあり、交流電流を余波整流する。それを平滑リ
アクトルｏｎにて平滑電流にした後、第１電動機に）の
電機子（２）に加えられる。一般には、別に設けられた
限流値設定器によって与えられた電流基準値（限流値と
いう）に電機子電流が合致するように整流器の位相制御
が行われる。そして、速度や別に与えら−れるノツチ信
号に従って、整流装置（１１〜（至）が順次点弧制御さ
れる。一方、界磁電流は電機子電流に応じて、界磁用整
流装置（２）によって同時に制御される。このようにし
て、第１電動機に）の回転数すなわち電気車の速度は、
起動から高速度ま上幅広く制御できる。以上のように、
′第１電動機“（２）と第２電動機に）は電機子回路は
もとより、界磁回路も電気的に全く独立しているので、
両電動機＠曽の特性差や車輪径の差とは無関係に任意に
制御することができる。しかし、第１図に示すように、
変圧器の２次側巻線や整流器の数が多くな□り装置が大
形になるばかりか、価格的にも不経済なものとなる。特
に、整流器の位相制御に伴って変圧器１次側巻線、すな
わち電車線の電流に含まれる高調波成分による隣接の電
話線などに与える誘導障害を低減する為□　に変圧器の
２次側巻線を多分割にする場合には、前記の欠点がます
ます顕著となる。

本発明は上記善ζ鑑みてなされたもので、小形・軽量で
安価な交流電気車の制御装置及び制御方法を提供するも
のである。

第２図に本発明を適用する場合の主回路の一例を示す。

従来方式と大きく異なる点は、縦続接続された複歌段の
整流装置（ロ）〜α◆のうち、整流装置（ＤＩＯ◆を両
電動機曽（２）に対応して並列接続するが、それ゛以外
は共通とする仁とである。そして、各電動機＠（ホ）の
一方の端子は共通に接続して、前記の共通の整流装置（
２）の直流側端子に接続する。各電動機＠−のもう一方
の端子は、それぞれの整流装置０１（ロ）の直流側端子
の一方に接続し、整流装置Ｏ珍α→の直流側端子の他方
は前記の共通の整流装置（２）の直流側端子に接続する
。界磁制御回路は、従来方式と同一でもよい。

第２図によって動作を説明する。第１電動機（至）と第
２電動機−の電機子電流は基本的には一共通側の整流装
置（至）（２）の位相制御によって行われる。

そして、車輪径や電動機の特性差などによって、第１電
動機に）の電機子電流と、第２電′動機（ホ）の電機子
電流に差が生じた時には、各電動機回路に独立して接続
されている個別側の整流装置６カ又はｏ４の位相制御を
行って、所定の電流に一致させるものである。

第８図に本発明の一実施例を示す。図に於て、四はノツ
チや電圧指令信号を与える主幹制御器、曽は限流碓パタ
ーン発生回路、ｃｌｌＪは電動機（至）四の電機子電流
１ａｌ　、　１ｍｇと限流値Ｉｐを比較する比較器、曽
は比較器の出力や主幹制御器の信号に応じて、共通側整
流装置（至）の位相角を決定する位相器、輔は整流装置
曽のゲート回路、−は電動機に）に）の電機子電流Ｉａ
ｌとＩａｌの偏差を検知する電流偏差検知器、曽（至）
は、電流偏差検知器の出力に応じて整流装置ａが及び９
４の位相角を決定する位相器１．＠曽は整流装置Ｄｉ）
及びα→のゲート回路を示す。他の符号は第２図と同一
である。共通側整流装置（２）に相当する部分は省略し
てあ−。又、界磁電流を制御する為の制御ブロック図は
図示していない。

第８図に於て、主幹制御器−からノツチ信号が位相器（
２）に与えられると、どこで、ノツチ信号に対応して、
共通側整流装置ａｓ　ａｓのいずれが点弧されるかが決
定される。特に、点弧順序が決定される。一方、電気車
の加速電流すなわち、限流値ｒｐは限流値パターン発生
器−から、比較器ｏすに与えられる。電流検出器＠（至
）で検出した各電機子−流Ｉａ、１．Ｉａ２とこの限流
値Ｉｐが比較器で比較されて、その偏差に応じた出力が
位相器（至）に与えられる。

位相器−で、点弧する整流器ならびにそのサイリスタの
位相角を決定して、ゲート回路働を通して、整流装置（
至）が点弧制御される。このような制御ループで電動機
電流を限流値に従って連続制御できる。第１電動機と第
２電動機の間に、車°輪径や特性差などが無い場合には
、各電動機の電流が全く同一になることはいうまでもな
い。ところで、車輪径や特性差などがある場合には、電
動機の発生電圧（逆起電力）が異なる為、電流差が生じ
る。

このような時には次の制御ループによって、同一電流と
なるような制御を行う。第１電動機と＃ＩＱ電動機の電
機子電流１ａｌ、Ｉａｌが偏差検知器（財）に与えられ
て、電流差を検出し、その出力を位相器（２）又は（至
）に与える。位相器（至）曽はその出力に応して、サイ
リスタの位相角を決定して、ゲート回路＠（２）を通し
て、整流装置Ｑ１又はＱ４の点弧制御を行う。

たとえば、第１電動機（２）の車輪径が小さく、すなわ
ち回転数が大きくて、逆起電力が高い場合には、その電
機子電流は、第２電動機に）に比べて小さくなる。この
ような時には、偏差検知器−の出力は、位相器（至）に
与えられて、ゲート回路（２）を通して、整流装置Ｏ１
ｌの出力電圧すなわち直流電圧が発生して、共通側整流
°装置（至）の出力電圧すなわち直流電圧に加算される
ので、第１電動機に加わる電圧□′が大きくな・て−１
電機子電流が増大する。ｃｉうな場合の整流器出力電圧
と電動機端子電圧の関係を第４図に示す。第４図は第１
電動機と第２電動機の間に車輪径差や特性差などが無く
、電動−の逆起電力が同一の場合を示し、各電動機に接
続されている個別側の整流装置■→は零出力を維持□す
る。第６図は第１電動機の逆起電力が＊ｇｍ動機に比べ
て高い場合を示し、電機子電流の偏差に応じて整流装置
（ロ）の出力が変化する。すなわち、ノツチの進段に伴
い、電動機の回転数が増大するにつれて偏差が大きくな
るので、整流装置（ロ）の出力電圧も増大する。上記の
説明は、共通側整流装置＠（至）が順次点弧される場合
を示したが、共通側整流装置が！！債以上有る場合に、
その内ゐ１個を連続的に定電流位相制御することにして
、他のものは、単に、オン・オフ動作のみを行うように
する場合でも、固定側整流装置は、上記と同様の制御を
行うことによって第１電動機と＠　ａ／電動機の電機子
電流を同一にできることはいうまでもない二値の実施例
を第６図および第７図に示す。第６図は、固定側整流装
置ＱＤａ◆を先ず、限流値に従って位相角９０°まで制
御を行い、その後、共通側整流装置（Ｌｌ（至）の位相
制御を行うようにしたら？である。

第１電動機と第２電動機の電流偏差の補償は、個別側整
流装置ｏ１６４の両方の位相制御によって行、ゎれる。

ｆＨ７図は、固定側整流装置Ｑｌａ◆を先ず、限流値に
従１てｉ相制御を行い、一方の整流装置、第７図では整
流装置０１の位相角が零すなわち全開した後、共通側整
流装置＠（２）の位相制御を行うようにしたものである
。第１電動機と＃Ｉ２電動機の電流偏差の補償は、固定
側整流装置α◆の位相制御によって行われる。

上記のような制御方法によると、従来の方式と同一で構
成できる共通側整流装置に、各電動機回路の電流偏差を
補償できる個別側整流装置を用意すればよいことになる
。共通側整流装置のサイリス□りやダイオ−′ドの素子
数はその定格電流と通電々流によ・って決定されるが、
従来方式においては、少なくとも電動機の回路数が必要
であ−るが、本発明のように共通にすることにより、素
子数の大幅な低減が図れる。更に変圧器２次側巻線数も
少なくすることができる。

以上のように、本発明を適用することにより、整流器や
変圧器が小形・軽量になる上、安価に提供できるように
なり、その効果は極めて大きい。

上記の説明は電動機が２台、変圧器の２次側が８分割さ
れている場合について説明したが、電動機の台数が更に
多く、分割数も異なり、更に、等分割ではなく、不等分
割されている場合にも適用できる。更に、電動機毎に接
続される整流装置は共通側整流装置の上部（電源のプラ
ス側）に接続した場合も同様の効果が得られることは明
白である。

整流装置も、サイリスクとダイオードから構成される混
合ブリッジで説明したが、回生ブレーキが適用可能な純
サイリスクブリッジにも同じく適用できる。

上記説明は全ての電動機の限流値が同一である場合を説
明したが、並列に接続された整流装置を個別に制御でき
るので、各電動機を互いに違った限流値に設定するξと
も可能である。仁のようにすれば、機関車でしばしば使
用される軸重移動補償制御の適用が容易となる。又、空
転が発生した時には該当する電動機の電流を減少させて
、車輪の引張力を減少させて空転を止めて再粘着を図る
効果もある。

前記説明は、定電流制御機能のみを有する場合であるが
、定電圧制御機能を付加する場合についても非常に有効
である。

前記説明は分巻電動機に適用する場合について説明した
が、直巻電動機に適用する場合にも前記と同様の効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の構成を示す主回路ツナギ図、第２図は本
発明の制御装置に関する一実施例を示す主回路ツナギ図
、第８図は第２図の制御ブロック図、第４図から第７図
は第２図の動作を示す説明図である。 図において、（３）〜（６）は２次側巻線、（ロ）〜ｏ
４は整流装置、に）曽は電動機である。 なお各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　葛野信− 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 導通制御可能なブリッジ回路からなり、第１の交流電源
   と接続された第１の整流装置の直流−の一方の端子を第
   １及び第２の電動機の一方の端子と接続し、導通制御可
   ｉなブリッジ回路からなり、第２の交流電源と接続され
   た第２及び第８の整流装置の直流側の一方の各端子を上
   記電動機の他方の各）端子とそれぞれ接続し、直流側の
   他方の端子を上１．記第１の整流装置の直流側の他方の
   端子と接続し、上記各電動機の駆動力を制御する交流電
   気車の制御方法において、定電圧あるいは定電流制御は
   上記第１の整流装置によって基準値に従うように制・御
   を行い、上記各電動機の一流偏差の補償は上記各電動機
   に接続された第２及び第８の整流装置によってそれぞれ
   独立、して制御することを特徴とする交流電気車の制御
   方法。