JPS5818842B2 - 電気車の制動制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気車の制動制御方式に関し、特に界磁巻線
を電機子に直列接続した直巻直流電動機を用いた電気車
に係る。

電気車を制動する場合、一般には直流電動機の直巻界磁
巻線又は電機子のいずれか一方の極性を制動転換器を用
いて切換え、電動機を発電機とし界磁巻線にたとえばチ
ョッパを並列接続し、チョッパにより界磁巻線を流れる
界磁電流を調整する方法と、発電機回路の制動抵抗をた
とえば接触器を用いて順次短絡し、制動抵抗値を調整し
、電機子を流れる電機子電流を一定値に保って制御する
方法とがある。

前者の制動方法を用いた主回路構成を第１図に示し、後
者の制動方法を用いた主回路構成を第４図に示す。

まず第１図において、直流電動機は電機子１とこれに直
列接続された界磁巻線２よりなり、この直流電動機は電
機子電流を平滑する平滑リアクトル３を介して制動抵抗
４で閉回路が形成されている。

チョッパ５をオンすると、電機子電流Ｉａは電機子１→
平滑りアクドル３→制動抵抗４→チョッパ５→電機子１
の閉回路で流れ、チョッパ５をオフすると電機子１→平
滑りアクドル３→制動抵抗４→界磁巻線２→電機子１の
閉回路で流れる。

なお、ダイオード６はチョッパ５がオン状態にあるとき
、界磁巻線２に蓄えられたエネルギーを消費するための
ダイオードで、一般にはフリーホイールダイオードと称
されている。

いま、直流電動機を発電機として制動する時、電動機の
速度に対し一定の制動力で制動する定トルク制御を考え
ると、電機子電流Ｉａに対応する界磁電流Ｉｆは第２図
によって決められる。

すなわちチョッパ５のオン、オフによって界磁電流を調
整できる範囲は、制動カ一定の特性曲線のＡ−Ｂ間の１
ｆ２からＩｆｌの間（すなわち電機子電流Ｉａ２から■
ａ１に対応した界磁電流Ｉｆの値）である。

したがって直流電動機を制動するときは曲線Ａ−Ｂに沿
って電機子電流Ｉａが■ａ２からＩａｌまで減少するに
つれて定トルク制御からできるように界磁電流Ｉｆを■
ｆ２から１ｆ１に向って増加するためにチョッパ５の通
流率を制御しなければならない。

なお、チョッパの通流率は、一般に の関係で示される。

したがって電機子電流ＩａがＩａ２からＩａｌまで′
減少するようにチョッパ５により界磁電流１ｆを調整し
たとき、電機子電流Ｉａと電動機速度との関係は第３図
に示すようになる。

この第３図から理解できるようにチョッパ５により電機
子電流Ｉａを制御できる範囲は上述のようにＩａ２から
Ｉａｌまでの間と制限されるので制動し得る速度範囲も
自ずと制限される。

このため、従来は、他の制動装置、たとえば空気制動装
置と組合せて制動装置を構成しなければならない問題が
あった。

また制動抵抗の抵抗値を変え、電機子電流を一定値に保
って制動を行なう後者の方法の主回路構成を第４図に示
す。

第１図と同一部分は同一符号を付している。

直流電動機と閉回路を構成する制動抵抗４には制動抵抗
短絡用接触器９−１〜９−４を設け、さらに制動抵抗の
一部の抵抗４ａには並列にチョッパ５を接続し、そのチ
ョッパ５の通流率を調整することにより電機子電流Ｉａ
を連続的に変えるようにしている。

制動する時は、まず接触器９−１を閉じ、制動抵抗４の
一部を短絡する。

このときの電機子電流Ｉａと電動機速度との関係は第５
図の特性９−１に示すようになる。

そこで、チョッパ５をオン。オフしてその通流率を調整
し、制動抵抗４ａの抵抗値を連続的に変え、電機子電流
ＩａをＡ点からＢ点まである電流値■ａｏに保ちながら
減少させる。

そしてＢ点に達したならば、接触器９−２を閉じる（も
ちろん接触器９−１は閉じている）。

この接触器９−２を閉じると電機子電流Ｉａと速度との
関係は第５図の特性９−２に示すようになる。

そこでチョッパ５の通流率を接触器９−１を閉じたとき
の最初の状態にもどし、同様にして通流率を調整し、Ｂ
点からＣ点まで電流をＩａｇに保ち速度を小さくする。

以後同様にして順次接触器９−３．９−４により制動抵
抗４を短絡して速度を減少させる。

この場合、第１図のように界磁電流を調整する方法に比
べ、制動速度範囲が広くなる利点はあるが、電気車が滑
走した時、制動がオフ時のように強制的に小さくしたい
場合には、第４図の界磁巻線２を接触器８によって短絡
するため、制動力は第６図に示すように急激に零に減少
する。

このため、滑走時の場合は、再粘着したら、すぐに制動
力を出す必要がある再粘着制御には時間がかかり、再精
着後制動力が働くと再び滑走するというバンチング現象
を生ずる問題があり、また制動力オフ時の場合は、急激
に制動力が零となるので、ショックが大きくなるという
問題がある。

したがって本発明は、かかる従来の制動方法による問題
を解決するために為されたものであり、その目的とする
ところは、制動速度範囲が広くとれ、さらに電気車の滑
走、制動力オフ時等にも安定した制動が行なえるように
した電気車の制動制御方式を得るにある。

本発明は、界磁電流と制動抵抗の両者を調整することに
より制動速度範囲を広くし、また安定な制動を行なえる
ようにしたものである。

以下本発明の一実帷例につき図面を参照して説明する。

第７図は本発明に係る制動方式の主回路構成を示す図で
ある。

図において、電機子１０に直列接続された直巻界磁巻線
１１よりなる直流電動機は、電機子電流Ｉａを平滑する
平滑リアクトル１２を介して制動抵抗１３により閉回路
が構成されている。

制動抵抗１３にはその抵抗値を調整するために制動抵抗
短絡用接触器１４−１〜１４−４が並列接続されている
。

また界磁巻線１１には界磁電流Ｉｆを調整するためにチ
ョッパ１６が並列接続されている。

なお、界磁巻線１１に並列接続されたダイオード１５は
第１図に示すダイオード６と同じ機能を果すもので、チ
ョッパ１６がオンしているときに界磁巻線１１に蓄えら
れたエネルギーを消費するためのフリーホイールダイオ
ードである。

かかる構成の動作を第８図を参照して説明する。

この場合、チョッパ１６によって界磁電流Ｉｆを調整す
ることにより電機子電流Ｉａを制御し得る範囲は第１図
の場合と同様に■ａ２からＩａｌまでと仮定する。

いま、制動を開始するときは、接触器１４−１を閉じ、
制動抵抗１３の一部を短絡する。

この接触器１４−１を閉じたときの制動抵抗値で、界磁
電流Ｉｆを調整する場合の電機子電流と速度との特性は
第８図の特性１４−１のようになる。

そこで、チョッパ１６の通流率を調整して電機子電流Ｉ
ａをＩａ２（Ａ点）からＩａｌ（Ｂ点）まで制御する。

そして電機子電流ＩａがＩａｌに達したならば次に接触
器１４−２を閉じる（もちろん接触器１４−１は閉じて
いる）。

接触器１４−２を閉じると電機子電流と速度との特性は
第８図の特性１４−２のようになる。

そこで、チョッパ１６の通流率を特性１４−１のＡ点に
示す最初の状態に戻し、再び通流率を変え界磁電流Ｉｆ
を調整して電機子電流Ｉａを■ａ２（Ｃ点）からＩａｌ
（Ｄ点）まで制御する。

以上の動作を各接触器１４−３ 、１４−４についても
同様に繰返すことにより、電機子電流Ｉａは第８図に示
すようにＩａ２とＩａｌとの間をＡ→ｆ３）Ｃ−）Ｄ−
＋Ｅ→Ｆ→Ｇ→■］と順次制御され、これに応じて速度
も順次低下する。

以上のようにすることにより、制動速度範囲は第４図に
示すように抵抗値を調整して制御する場合と同様に広く
なる。

次に制動中に電気車が滑走した場合の動作につき第９図
を参照して説明する。

第９図において、時間ｔ１に電気車が滑走したとすると
、このときはチョッパ１６のみにより通流率を調整し、
制動力を一定値ΔＢだけ弱め、再粘着したら再ひもとの
制動状態に戻す。

従来の如く制動力を急激に零にせず、一定量だけ制動力
を弱めるようにすることにより、再粘紬１］御の時間も
短時間で済み、再粘着後再び滑走するというハンチング
現象を生ずることもない。

また、制動力をオフする時は、チョッパ１６により通流
率を徐々に調整し、界磁電流を徐々に調整することによ
り、急激に制動力を零にすることがないのでショックも
生じない。

かかる動作を実現するための制御回路の一例を第１０図
に示す。

制動指令回路１００は第１１図ａに示すような制動指令
を出力する。

たとえば電気車を２００１ａｎ／ ｈｏｕｒ程度の速度
から制動する場合は、徐々に制動力を強め、８０ｋｍ／
ｈｏｕｒ程度の速度から一定の制動力となるような制動
指令を出力する。

この制動指令回路１００の制動指令をゲート１０６を介
して受け、制動抵抗制御回路１０３は第１１図すに示す
ように第７図の接触器１４−１〜１４−４に制動抵抗短
絡指令を与える。

この制動抵抗制御回路１０３における各接触器の選択は
、第８図から理解できるように電機子電流Ｉａによって
制御される。

また制動指令回路１００の制動指令はゲート１０５を介
して通流率制御回路１０１に与えられる。

通流率制御回路１０１は第１１図Ｃに示すように各接触
器の選択毎に、電機子電流Ｉａを■ａ２からＩａｌまで
減少させるために、界磁電流Ｉｆを強めるようチョッパ
１６の通流率を最大から最小まで調整するように通流率
指令を出力する。

すなわち定トルク制御するために電機子電流の減少に応
じて界磁電流を増加させ、第２図に示す定トル久特性曲
線ＡＢに沿うように通流率を制御する。

比較回路１０２はその通流率指令を受け、実際の電機子
電流と界磁電流とにより通流率が適正なるものになるよ
うに適宜変更修正してゲート１０８を介してチョッパ１
６に与える。

いま第９図に示すように滑走が発生する正常制動状態に
おいては、ゲート１０５およびゲート１０６は制動指令
回路１００の制動指令を通流率制御回路１０１、制動抵
抗制御回路１０３に与えるので、第８図に示すようにし
て制動動作が行なわれる。

ここで、滑走が発生すると、滑走検知信号がゲ−ト１０
５〜１０７に与えられる。

この滑走検知信号によりゲート１０γのみが開かれ、ゲ
ート１０５および１０６は閉じられる。

すなわち、制動指令回路１００から通流率制御回路１０
１および制動抵抗制御回路１０３に与えられる制動指令
はしゃ断され、ゲート１０７および１０８を介して通流
率制御信号がチョッパに与えられる。

この通流率制御信号は第９図に示すように制動力を一定
値ΔＢだけ弱めるように界磁電流Ｉｆを制御する信号で
ある。

このようにして再粘着した後は、再びケート１０５およ
び１０６を介して制動指令が通流率制御回路１０１およ
び制動抵抗制御回路１０３に与えられ、再ひもとの制動
状態に復帰する。

もちろん制動力をオフする時は、滑走検知信号を制動力
オフ信号に切換えて行なえばよい。

なお、第１０図において設定回路１０４は電機子電流Ｉ
ａが所定値、すなわち制動を開始してから電機子電流Ｉ
ａの所定値まで立上るまでは制動指令を通流率制動回路
１０′ｌに与えないようにしたものである。

この設定回路１０４を設けた理由は、制動開始とともに
電機子電流Ｉａが十分に立上るまでに界磁電流Ｉｆを調
整すると制動時間が長くなるのを防ぐために設けたもの
で、必ずしも必要なものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制動回路を示す図、第２図および第３図
はその動作を説明するための図、第４図は別の従来の制
動回路を示す図、第５図および第６図はその動作を説明
するための図、第７図は本発明の一実施例を示す図、第
８図および第９図はその動作を説明するための図、第１
０図は第１図の制御回路の一例を示す図、第１１図はそ
の動作を説明するための図である。 符号の説明、１，１０・・・・・・電機子、２，１１・
・・・・・界磁巻線、３，１２・・・・・・平滑リアク
トル、４゜１３・・・・・・制動抵抗、５，１６・・・
・・・チョッパ、６゜１５・・・・・・ダイオード、８
・・・・・・接触器、９，１４゜・・・・・・接触器、
１００・・・・・・制動指令回路、１０１・・・・・・
通流率制御回路、１０２・・・・・・比較回路、１０３
・・・・・・制動抵抗制御回路、１０４・・・・・・設
定回路、１０５〜１０８・・・・・・ゲ゛−ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電機子と界磁巻線を直列接続した直流電動機と、こ
   の直流電動機と制動抵抗とで閉回路を構成して電動機の
   制動を行なうようにした電気車において、前記制動抵抗
   を制動指令に従って順次短絡して抵抗値を変更する短絡
   手段と、前記界磁巻線を流れる界磁電流を調整する調整
   手段とを備え、前記短絡手段により前記制動抵抗を順次
   短絡するとともに前記調整手段により界磁電流を連続的
   に調整することによって定トルク制御を行なうようにし
   たことを特徴とする電気車の制動制御方式。 ２ 上記電気車が滑走したときには、上記調整手段のみ
   により制動力を所定値まで低下せしめ、滑走回復後は上
   記制動指令に従って上記短絡手段と調整手段とにより制
   動力を制御するようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電気車の制動制御方式。 ３ 上記電気車の制動開始時、上記電動機の電機子電流
   が所定値に達するまで上記調整手段を動作させないこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気車の制動
   制御方式。