JPS59156102A - 電気車制御装置 - 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】 この発明は、直流複巻電動機を界磁チョッパで回生ブレ
ーキ制御する電気車制御装置に関する。

第１図は、界磁チョッパを使用した電気車制御装置の回
生ブレーキ時の代表的な主回路を示す。

第１図において／は電車線、ユはパンタグラフ、３は直
流複巻電動機の電機子巻線、ｌは直流複巻電動機の直巻
界磁巻線、古は直流複巻電動機の分巻界磁巻ｄを示し、
電機子巻線３、直巻界磁巻線ぐ、及び分巻界磁巻線ぶて
直流複巻電動機を構成する。６はフィルタリアクトル、
７はフィルタコンデンサであり両者でＬＣ形のフィルタ
回路を構成している。ｇは分巻界磁巻線Ｓに流れる電流
工。

を制御する界磁チョッパ、９は界磁チョッパｇがオフの
ときに分巻界磁電流Ｉ８を還流させる為のフリーホイル
ダイオード、１０はフィルタコンデンサ７を充電すると
きに充電電流を制御する為の充電抵抗器、／／は電機子
回路を構成する為のスイッチ、／コは分巻界磁回路を構
成する為のスイッチ、／３は充電抵抗器ＩＯを短絡する
為のスイッチ、／ｌは電機子電流Ｉａを検出する為の電
流検出器、／！は分巻界磁電流Ｉ８を検出する為の電流
検出器、／乙は電車線電圧Ｅ８を検出する為の電圧検出
器、そして１７は電動機電圧ＥＭを検出する為の電圧検
出器を示す。

第２図は従来より実施されている界磁チョッパ制御装置
の回生ブレーキ制御時に構成される制御回路ブロック図
を示す。第２図において／ざは電動機電圧比較回路、／
りは電圧比較回路／ｇの設定値にバイアスをもたせるバ
イアス電圧発生回路、２０は電圧比較回路／ｇの出力で
、第１図に示すスイッチ／／を閉成（オン）させる指令
信号となる。２／はブレーキ指令回路、２．２はブレー
キ化・今回路２／の出力及び荷重検出回路（図示せず）
からの荷重信号に応じて必要なブレーキトルクを演算す
るブレーキトルクパターン発生回路で所定の時定数で立
上がる。、２３は分巻界磁回路工、を流すための励磁パ
ターン発生回路、ｕ４ｊはスイッチ／／がオンしたとい
う信号２０＆でパターンを切換えるパターン切換回路、
２Ｓは電流検出器／グで検出した電機子電流値Ｉａ及び
電流検出器／Ｓで検出した分巻界磁電流値工。とからブ
レーキトルクを演算するプレ・−キトルク検出回路、２
６は切換スイッチ２４’からくるパターン電圧を基準値
とし、ブレーキトルク検出回路ユタからの出力をフィー
ドバック量として比較増幅を行なう比較増幅演算回路、
２７は比較増幅演算回路＝６の出力で第１図の界磁チョ
ッパｔの通流率を制御する信号である。

次に第１図及び第二図に関して動作を説明する。

ブレーキが指令されると、まずスイッチ１２が閉じて、
充電抵抗器ＩＯを介してフィルタコンデンサ７が充電さ
れる。充電完了後、スイッチ／Ｊが閉じて充電抵抗器ｌ
θが短絡されるとともに界磁チョッパｇが動作を開始し
て分巻界磁回路が形成される。比較増幅演算回路２乙に
おいては基準値として励磁パターン発生回路２３の出力
である励磁パターンが入力されている。この時点におい
てはスイッチｌ／は開いており、電機子回路は構成され
ていないので、ブレーキトルク検出回路コ５の出力は零
である。従って比較増幅演算回路２Ａの出力信号ニアは
比較増幅回路、２乙の伝達関数で決まる特性で拡がり、
それに伴なって分巻界磁電流Ｉ　及び電動機電圧ＦＭも
増加する。電動機電圧比較回路／１で電圧検出器／７か
らの電動機電圧Ｅ　が電圧検出器１６からの電車線電圧
Ｅ８よリバイアス電圧発生回路／９のバイアス電圧分軸
たけ低い電圧に達したこと（ＥＭ”ＥＢ−ＥＢ　）を検
出すると出力信号２０が出力されスイッチ／／が閉成さ
れて電機子回路が構成されるとともに切換スイッチ２’
ｌが切換わって比較増幅演算回路２６への基準値がそれ
までの励磁パターンからブレーキトルクパターン発生回
路２２よりのブレーキトルクパターンに切換わる。この
ブレーキトルクパターンはブレーキトルクの立上りを滑
らかなものとするために当業者によく知られている如く
所定の時定数で立上がるようになっている。スイッチｌ
／が投入された後は電機子電流Ｉａ−が流れ始めてブレ
ーキトルクを発生し出すので比較増幅演算回路２６はブ
レーキトルク検出回路２夕の出力をフィードバック量と
して両者の差をとり比較増幅演算を行ない実際のブレー
キトルクがブレーキ）／ｌ／ｌバクーンに追従するよう
に出力信号２７即ち界磁チョッパの通流率を制御するこ
とになる。

第３図は以上の動作を説明するためのタイムチャートで
、図中、（ａ）は比較増幅演算回路２６への基準値、ｆ
ｂ）は分巻界磁電流Ｉｓ　、　（ｃ）は電動機電圧ＥＭ
で、破線は電車線電圧Ｅ８のレベルを示す。

（ｄ）は電機子電流Ｉａを示す。図において時刻ｔ７で
ブレーキ指令がされて、励磁パターンが与えられ、比較
増幅演算回路、２乙の特性で（ｂ）の分巻界磁電流■　
が増加し、それに伴ない（Ｃ）の電動機電圧ＥＭも増加
し、時刻−で電動機電圧ＥＭが電車線電圧Ｅ８　よりバ
イアス分ＥＢだけ低い値に達したことを検出してスイッ
チｌ／の閉指令が出力され、スイッチ／／の動作遅れ時
間後の時刻ｔ、に主回路（電機子回路）が構成されて、
（（１）の電機子電流Ｉａが流れ始めるとともに（ａ）
の基準値も切換スイッチュ弘がブレーキ゛トルクパター
ン発生回路、２２の側に切換わることによって、以後、
このパターンに従ってブレーキトルクが制御される。

従来の電気車制御装置は以上のように電機子回路を構成
するスイッチ／／の閉指令をスイッチの動作遅れ時間を
考慮して電動機電圧ＥＭが電車線電圧Ｅ８よりバイアス
分ＥＢだけ低い電圧に達したことを検出して出力するよ
うにしている。ところが回路２３からの励磁パターンに
より分巻界磁電流工。を流して電動機電圧を立上げると
きの電動機電圧ＥＭの立上り速度は高速では早く、低速
では遅い。従って第を図に示すように高速ではスイッチ
／ｌが閉じたとき（時刻ｔ、）には電動機電圧ＥＭが電
車線電圧Ｅ８より上がりすぎて回生側に急激に電流が流
れ出し、第Ｓ図に示すように低速ではスイッチ／／が閉
じたとき（時刻ｉ、）に＆ま電動機電圧ＥＭが電車線電
圧Ｅ８　より低くてカ行側に突入電流が流れ、いずれも
乗心地を害するとともに電動機の整流状態に悪影響を及
ぼす。

上記欠点を除去するための一例として第二図におけるバ
イアス電圧発生回路／ｑで作成されるノくイアスミ圧を
車両の速度に応じて変化させることによって電機子回路
が構成されたときの電機子電流Ｉａ　を清らかに制御し
ようとする構成も既に提案されている。即ち、高速時に
を家電動機電圧ＥＭ、の立上り速度が早いのでノくイア
スミ圧ＥＢを太きくし、低速時には電動時の立上り速度
が１・のでバイアス電圧ＥＢを小さくすることによって
、℃１かなる速度においてもスイッチｌ／が閉じて電機
子回路力〈構成されたときの電動機電圧８Ｍカー電車線
電圧Ｅ８に等しくなるように、ノ笥アス電圧ＥＢを設定
しようとするものである。

しかしながら、この方式によれば確かに、電機子回熱構
成時の電機子電流Ｉａは清らかに制御することができる
が、下記のような欠点がある。即ち分巻界磁電流工。の
立上りは、比較増幅演算回路２乙の伝達関数で決定され
ており、電車速度の高、低にかかわらず一定である。従
って電動機電圧ＥＭの立上りが高速では早く、低速では
遅（なり、低速時には、スイッチｌ／の投入指令が遅れ
電気ブレーキ力の立上りが遅くなることを意味する。

この為、補足ブレーキとしての空気ブレーキカミ気ブレ
ーキが立上るまでフルに作用していることになり、回生
率を低下させるとともに、ブレーキシューの摩耗を早め
るという欠点があった。

この発明は上記欠点を除去することを目的としてなされ
たもので、この発明では、ブレーキ指令後スイッチ／７
を投入するまでは電動機電圧ＥＭを電車線電圧Ｅ８に等
しくする制御系で分巻界磁電流工。を制御し、スイッチ
ｌ／を投入した後は従来通りトルクをトルクパターンに
等しくする制御系で分巻界磁電流工。を制御し、これら
二つの制御系を高位優先でつき合わせる形として制御系
の切替わりを滑らかにものとするとともに、電動機電圧
ＥＭの立上りを所定の電圧パターンに泪って立上けるこ
とにより低速時の立上りの遅れを改善するものである。

以下、この発明の好ましい実施例に活って説明する。第
６図において２ｇは、電圧検出器／６で検出された電車
線電圧Ｅ８を最終目標値として、界磁チョッパ動作開始
すなわちブレーキ指令時と同期して、所定の時定数で立
上る電動機電圧パターン発生回路、２ｑは電動機電圧パ
ターン発生回路λｇの出力を基準値とし、電圧検出器／
７で検出された電動機電圧ＥＭをフィードバック量とし
て両者の差をとる比較増幅演算を行なう比較増幅演算回
路、３０は比較増幅演算回路２９の出力、３／及び３２
は比較増幅演算回路２６及び２９の各出力２７及び３θ
を高位優先の形でつき合わせる為の出力回路を構成する
ダイオード、３３は比較増幅演算回路２６及び２？の出
力、２７及び３０の高い方の値を示す信号で界磁チョッ
パの通流率に相当する。尚、第６図においては第一図の
励磁パターン発生回路２３は必要なく、従ってパターン
切換回路ニゲは第６図ではスイッチコｌＩａとして働く
。また比較増幅演算回路２デは比較増幅演算回路２乙と
同じ単位になるよう換算された利得を有する。

第７図は第６図の制御回路の動作を説明するためのタイ
ムチャートで、（ａ）はブレーキトルクパターン発生回
路：１コから比較増幅回路２Ｌへの基準バタ、−ン、、
（ｂ）は電機子電圧パターン発生回路２λ１、から比較
増幅回路２ｑへの基準パターン、（Ｃ）は比較増幅回路
２Ａの出力２７　、（ｄ）は比較増幅回路２９の出力３
０　、　（ｅ）はダイオード３１及び３２から成る出力
回路からの出力３３　、（ｆ）は分巻界磁電流工。、（
ｇ）は電動機電圧Ｅ３、そして（ｈ）は電機子電流Ｉａ
の各波形を示す。

次に第６図の動作を第７図に関連して説明する。

ブレーキが指令されてから界磁チョッパｇが動作を開始
するまでは第２図の従来例と同様でおる。

本発明ではブレーキ指令後、スイッチ／／が閉じてスイ
ッチ２’ｌａが閉じるまでは、スイッチ２’ｌａが開い
ており比較増幅演算回路２乙には回路ユニからの基準パ
ターン電圧（第７図（ａ））が入力されていないので比
較増幅演算回路の出力２７は零である（第７図（Ｃ））
。一方、電動機電圧ノ（ターン発生回路２．ｇは、界磁
チョツノくｇの動作開始（ブレーキ指令）と同時に所定
の時定数をもって電車線電圧Ｅ　に等しい値まで立上り
、これが比較増幅演算回路２９に基準パターン電圧（第
７図（ｂ））として入力される。比較増幅演算回路コブ
は、フィードバック量である電動機電圧ＥＭが、この基
準パターン電圧に追従して等しくなるよう両者の差出力
３０を出す（第７図（ｄ））。今、出力２７は零である
のでダイオード３１及び３コでつき１合わされた出力３
３（第７図（ｅ））は、高い方の出力３θを優先して界
磁チョッパの通流率信号を与える。

このように電動機電圧ＥＭが所定の時定数で立上がって
（る（第７図（ｇ））と、電圧比較回路ｉｇが動作して
スイッチ／／の投入指令−カ二〇が発生される。スイッ
チ／ｌが閉じる（時、！ａｌｔｊ）とスイツナコダａが
閉じて、比較増幅演算回路２乙に、所定の時定数＋立上
がるブレーキドルクツくターンが基準パターン電圧（第
７図（ａ））として入力される。（尚、第６図でスイッ
チ／／の動作遅れが問題にならない）。比較増幅演算回
路２乙は、ブレーキトルク検出器２Ｓで検出されるフィ
ードバック量であるブレーキトルクがこの基準パターン
電圧に追従して等しくなるよう両者の差出力コ７を発生
する（第７図（Ｃ））。ブレーキトルクを発生するため
には、電機子電流（第７図（ｈ））を電車線ｌの側に回
生じて流す必要があるので比較増幅演算回路、２乙は 電動機電圧ＥＭ＞電車線電圧Ｅｓ の関係になるようブレーキトルクパターン発生回路２−
によって予め決められた出力２７を発生する。一方、比
較増幅回路２ｑは 電動機電圧ＥＭ−電車線電圧Ｅ８ の関係になるよう出力３０を出している（第７図（ｄ）
）ので出力２７と出力３０の関係は出力（２７）〉出力
（３０） となり、ダイオード３１及び３：１．でつき合、わされ
た出力３３は、画い方の出力２７に等し℃〈値となり、
電機子回路構成後（スイッチュｌａ閉成後）は界磁チョ
ッパｇの通流率は常に比較増幅演算回路２乙の出力２７
に支配されるこ゛とになる（第７図（ｅ））。

以上のように、本発明によれば、ブレーキかけ始めの電
動機電圧を電動機電圧制御系の作用により、電車速度に
かかわらず所定の時定数で清らかに電車線電圧まで立上
がり、電機子回路構成後は高位優先で電動機電圧制御系
とつき合おされたブレーキトルク制御系の作用によりブ
レーキトルクを所定の時定数で滑らかに立上がることが
できるので、従来に比して、安定でかつ良好な制御を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的な電気車の主回路を示す構成図、第２図
は第１図の主回路に対する従来の電気車制御装置゛を示
すブロック図、第３図乃至第５図は第１図及び第一図の
制御動作を説明するタイムチャート図、第６図は本発明
に係る電気車制御装置の一実施例を示す制御ブロック図
、及び第７図は第６図の制御動作を説明するタイムチャ
ート図、である。 ３・・電機子巻線、Ｓ・・分巻界磁巻線、ざ・・界磁チ
ョッパ、／／、／２．／３・・スイッチ／’Ｉ、／ｇ・
・電流検出器、／Ｌ・・電車線電圧検出器、／７・・電
動機電圧検出器、７ｇ・・比較回路、／９・・バイアス
電圧発生回路、２／・・ブレーキ指令回路、２２・・ブ
レーキトルクパターン発生回路、２４５ａ・・スイッチ
、２り・・ブレーキトルク検出回路、ユ乙、ユｔ・・比
較増幅演算回路、二ｇ・・電動機電圧パターン発生回路
１，１／、Ｊ２・・ダイオード 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　　− 殆１図 第７図 手続補正書「自発」 特許庁長官殿 １、車色２の表示　　　特っロ召！；ｇ−３／２０／号
２、発明の名称 電気車制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者片山仁八部 ４、代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の１に丁目２番３号（
１ｒ　　ＢＡ細書の特許請求の範囲の欄６、補正の内容 ＜１１　　明細書の特許請求の範囲をｇｉＪ紙のとおり
補正するＯ （別　紙） 特許請求の範囲 ブレーキ指令と同時に直流複巻電動機の分巻ｙ磁回路を
構成し、界磁チョッパで制御して上記１動機の電機子電
圧を励磁し、その後、上記電機ｊ電圧が電車線電圧と等
しくなったとき上記直流複巻電動機の電機子回路を構成
し所定のブレーキ）ルクを発生させる電気車制御装置に
おいて二上記ブレーキ指令と同時に発生し、所定の第２
の時定数で電車ｉｔ圧値まで上昇する第１の電圧パター
ンを基準値とし、上記電機子電圧をフィードバック量と
して両者の差を出力する詑ｌの比較増幅演算回路と：上
記電機子回路を構成するとＰ時に所定の第二の時定数で
ブレーキ力指令値ま１上昇する第一の電圧パターンを基
準値とし、検Ｖされた電機子電流値と分巻界磁電流値と
から演多されるブレーキトルク量をフィードバック飯と
して両者の差を出力する第一の比較増幅演算回路２上記
第７及び第一の比較増幅演算回路に接続さｔ上記第１の
比較増幅演算回路の出力と上記第λσ比較増幅演算回路
の出力を高位優先して上記界磁チョッパへ送る出力回路
と；を備えたことを％徴四　　　とする電気車制御装置
。 え ン リ し、 ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ブレーキ拍令と同時に直流複巻電動機の分巻界磁回路を
   構成し、界磁チョッパで制御して上記電動機の電機子電
   圧を励磁し、その後、上記電機子電圧がバイアス電圧を
   介して電車線電圧と等しくなったとき上記直流複巻電動
   機の電機子回路を構成し所定のブレーキトルクを発生さ
   せる電気車制御装置において： 上記ブレーキ指令と同時に発生し、所定の第１の時定数
   で電車線電圧値まで上昇する第１の電圧パターンを基準
   値とし、上記電機子電圧をフィードバック量として両者
   の差を出力する第７の比較増幅演算回路と；上記電機子
   回路を構成すると同時に所定の第２の時定数でブレーキ
   方指令値まで上昇する第２の電圧パターンを基準値とし
   、検出された電機子電流値と分巻界磁電流値とから演算
   されるブレーキトルク量をフィードバック量として両者
   の差を出力する第λの比較増幅演算回路と；上記第１及
   び第２の比較増幅演算回路に接続され、上記ブレーキ指
   令後から上記電機子回路構成時までは上記第１の比較増
   幅演算回路の出力を高位優先し、以後は上記第２の比較
   増幅演算回路の出力を高位優先して上記界磁チョッパへ
   送る出力回路と：を備えたことを特徴とする電気車制御
   装置。