JPS59198801A - 電気車用チヨツパ制御装置 - 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、回生ブレーキ等を使用するチョッパ制御電
気車において、ブレーキをかけた時に電気車の車速か成
る速度まで減速するとモータ電流を緩やかに減少させ、
電気ブレーキから応答特性の悪い空気ブレーキへブレー
キ力の落込み無しになめらかに切替えるようにしたチョ
ッパ制御装置に関するものである。

最近の直流電気車には、回生ブレーキによる大巾な電力
節減が可能であるチョッパ制御装置を採用することが多
くなっている。

しかし、回生エネルギーを吸収するのは、他の力行車で
あるため、回生負荷は常に変動するものと考えなければ
ならない。従って、回生ブレーキのみでは所定のブレー
キ力が得られないことがあるので、ブレーキ装置として
は、空気ブレーキ等の他のブレーキ装置でバックアップ
し絶えず補足演算を行う方式が必要である。

以下、回生ブレーキと空気ブレーキとを併用したチョッ
パ制御電気車について説明する・第１図に示すように、
ブレーキトルク指令は、バター７発生回路／において指
令値Ｉｐに変換され、チョッパ制御回路コにおいてモー
タ電流ＩＭに変換され、更にトルク回路３においてトル
クを表わす出力に変換される。このトルク変換された出
力は、回生ブレーキ等のモータ電流によるブレーキトル
クとして検出され、比較回路弘においてブレーキトルク
指令と比較演算される。なお、指令値に対する回生ブレ
ーキトルクの不足分は、ブレーキ制御装置！によって空
気ブレーキを作動させて補足される。

前述のような補足演算を行う回生ブレーキと空気ブレー
キ併用方式のチョッパ制御電気車では、回生負荷が十分
にある場合、ブレーキが指令されると電気車のモータ電
流は、電気車の速度（第２図（ａ））が低下しかつチョ
ッパ通流率（第２図（ｂ））が最大通流率に達するまで
、指令された一定電流に自動制御され、これにより所定
の一定ブレーキ力を得ることが出来る（第ｉ　ｍ　（Ｃ
）　＞。しかしながら、停止直前に最大通流率に達する
とモータの起電力が下がり、回路の内部抵抗に抗して一
定電流を流す制御が不可能となり、モータ電流は急速に
答特性の悪い空気ブレーキすなわちむだ時間や立上り時
定数が大きい空気ブレーキはこの電気ブレーキ力の減衰
に追従出来ず、総合ブレーキ力に第２図（Ｃ）のような
落込みを生じ、乗心地を低下させるだけでなく停止直前
にブレーキ力が落込むことによる保安上の問題にもなっ
ていた。従って、回生ブレーキを使用するチョッパ制御
装置と一緒に使われる空気ブレーキは、応答特性の高い
良い高価なブレーキ装置が必要とされており、又従来か
らの空気ブレーキを用いるとしても応答を良くするため
中継弁（説明は省略する）を台車毎に設置するなど種々
の手段が講じられていて、価格が上昇し、システムも複
雑となっていた。

このような欠点を除去するためにチョッパ制御回路な極
く一部変更することにより、停止前のモータ電流の変化
を緩やかにさせ、応答特性の悪い一般空気ブレーキと組
合せても回生ブレーキと空気ブレーキとの切替をなめら
かにし、ブレーキ力の落込みをなくすための方法が各種
提案されている。

以下、その−例を図にもとづいて説明する。第３図はブ
レーキ電流制御式のチョッパ制御装置の一例を示し、ｌ
はブレーキトルク指令色に基づき指令値ＩＰを発生する
パターン発生回路、６はこのパターン発生回路ｌから供
給される指令値ＩＰとモータ電流工Ｍおよび後述するブ
レーキ制御回路ｔの出力とを比較演算する比較回路、７
はこの比較回路基の出力に対応して電流制御を行う電流
制御回路（ＡＣＲ）、ｇはこの電流制御回路７の出力に
対応してモータ電流を制御するチョッパ主回路、９は電
流制御回路７の出力と車速信号ＩＢＱを入力としてブレ
ーキ制御信号を比較回路６に供給するブレーキ制御回路
（ＬＭＴ）である。

先ずチョッパ制御装置の電流制御から説明する。

回生ブレーキ時の主回路における関係式は周知の通り次
のように表わされる。

ＫＭ＝Ｒ８（ｔ−γ）・・・（１）ＫＭ：モータ発生電
圧Ｅ８：給電々圧 γ：通流率 又、チョッパ主回路の出力である通流率γは次のように
表わされる。

ｒ　＝　Ｋｉ−Ｇｌ−（ｘ、−ＩＭ）−（ｘ）　　Ｇｌ
：電流制御系ＡＣＨの利得工Ｐ二指令値 ■Ｍ：モーメ電流 Ｋｌ：チョッパ主回路質 換係数 モータ発生電圧ＥＭはモータ電流ＩＭが一定である条件
で次のよう忙表わされる。

ＥＭ　＝　Ｋコ・Ｖ　　・・・・・・（，７）Ｖ：車速
に２：係数 （１）　、　（２）　、　＜３＞式から、の関係式が導
かれ、この特性を示すと第ダ図のようになる。この第り
図かられかるように指令値ＩＰに対するモータ電流工Ｍ
の偏差ＩＰ−ｉＭは、給ｔｔ圧Ｅ８を一定とすれば、車
速■の減少に伴って増大する。図中、工は電流制御回路
りの特性を示している。本来、このチョッパ電流制御回
路は、利得Ｇ／を大きくして、この偏差（ＩＰ−ＩＭ）
を極力小さくし、定電流制御精度を上げるよう圧してい
るが、制御系の安定性の問題からＧ／をむやみに大きく
出来ず、現実には有限の利得値にしている。

従ってＩＰ−ＩＭの偏差もＩＰの絶対値に対し数チのも
のが出ているのが通常である。

次に第３図に示すように、ブレーキ制御回路デ（ＬＭＴ
）を付加した場合の電流制御について説明する。第３図
に示す記号ｅｏは、速度に対応した電圧値を示すもの（
以下、車速信号という）とし、このブレーキ制御回路デ
は、電流制御回路７の出力と車速信号ｅ□の差を利得Ｇ
２で増幅し、電流制御回路７へ負入力として帰還するよ
うにしたものである。ブレーキ制御回路９を付加した時
の偏差（ＩＰ−ＩＭ　）は次の（Ｓ）式で表わされる。

・・・・・・・・・（り Ｇ２：　ＬＭＴ回路の利得 Ｅ８−に２・Ｖ 速信号ｅ。と等しくなる時の速度な■。とすると、で表
わされる。

（６）式のｅ。を（Ｓ）式に代入してまとめると、下記
の（７）式のようＫなる。

・・・・・・・・・（７） ここでブレーキ制御回路ｔは電流制御回路７の出力値〉
ｅｏの時のみ出力を発生する検波機能を持っているもの
とする。つまり（７）式は、車速■が■。

より小さくなって、 Ｋコ れることになる。第Ｓ図は（７）式による特性を示し、
車速Ｖ〉Ｖ。の時は従来の特性工を示し、（ＩＰ−ＩＭ
）は小さく抑えられ、車速Ｖか減速されてｖ、４ｖｏと
となると、従来の特性直線に に２ は増大することが判る。すなわち、図中、■はブレーキ
制御回路９の特性、■は電流制御回路７とブレーキ制御
回路９に基づく特性を示している。

つまりモータ電流は緩やかな減少をすることになる。す
なわち、第６図（ａ）〜（Ｃ）に示すように、速度、通
流率およびブレーキ力が変化し、これによって応答性の
悪い空気ブレーキと組合せても回生ブレーキと空気ブレ
ーキとの切替をなめらかｋして総合ブレーキ力を落込み
をなくすることができる。

ちなみに第７図に第３図中のブレーキ制御回路ｔの具体
例を示すと、図示のように演算増巾器ｌθ、ダイオード
／／、抵抗器１２〜ｌダから成る簡単な回路で構成する
ことができる。この回路の場合、ブレーキ制御回路９の
利得Ｇ−およびブレーキ制御回路ｔの帰還開始速度ｖ０
は抵抗器ｌコ〜／４１の組合”わせで簡単に設定出来る
。また、速度Ｖがｖ０以上ではブレーキ制御回路９の出
力な出さない。つまり ９の出カニＦを出させない検波機能は、ダイオードｌ／
によって容易に達成出来る。

以上のように、従来方式によっても一応は、回生ブレー
キと空気ブレーキの切替えがなめらかとなり、総合ブレ
ーキ力を落込みをなくし、かつ、保安上の問題も解消し
て乗心地を向上させることが出来る。

しかしながら、上述した従来方式では、（７）式で示さ
れるように速度が■。以下になると偏差（ＩＰ−ＩＭ）
が指令値工ｐに関係なく、制御の１次偏差として生じて
くる。その結果、第Ｓ図に示すように、小さなブレーキ
指令値すなわちＩＰが小さい場合、電気ブレーキは、速
度が高い時に偏差（ＩＰ−ＩＭ）のため、無効となって
しまう。この状況なノツチ曲線により示すと第を図のよ
うになる。このようＫ、ＩＰが小さい場合はブレーキ指
令がノ」・さく減速度も小さいので、速度の高いうちに
電気ブレーキが無・効になることは、省エネおよびブレ
ーキシューの保守の点からも好ましくない。

この発明は、上述した問題を解決する新規なチョッパ制
御装置を提供するものであり、その基本的な構想は、電
気ブレーキから空気ブレーキに切換えるため、モータ電
流を絞り込む動作を常に一定の速度からでなく、モータ
を流の絞り込みを開始する速度■。を指令値ＩＰによっ
て変化させるようにするものである。すなわち、ＩＰが
大きい場合、速度■。が大きい時点からモータ電流の絞
り込みを開始し、工ｐが小さい場合は、速度Ｖ。が小さ
い時点からモータ電流の絞り込みを開始させて、電気ブ
レーキの終了速度を７ル−キ指令の大小に関係なく同じ
ようにするものである。

以下、実施例によりこの廃明を詳述すると、第１Ｏ図は
この発明に係るチョッパ制御装置のブロック図であり、
ここでも、基本的には前述した従来方式による関係が成
立するので、 である。

一方、従来方式の車速信号に対応する信号は、この路間
では、車速補正信号発生回路ｌｓにより車速に依存する
信号ｅ１と指令値ＩＰの差に比例する信号となるので、 ｆ３ｏ−に３　”　（ｅＩ　　Ｉ　ｐ　）　　　　　　
　　・旧・・・・−（ｇ）である。

ｆ＆１式を、（３）式に代入すると、下記のようになる
。

・・・・・・・・・　（何 従って、負帰還の動作する車速Ｖ。は、従来方式の（６
）式と（ざ）式から となる。

これを整理すると、 ｖｏ＝−（ｘｌ−ｘ３−工ｐ−ｘｌ−ｘ、ｙ−ｅ□＋ｌ
）　　−−−−−・Ｃ１ｏ）２ となる。

すなわち、モータ電流の絞り込みを開始する速度■ｏは
第１／図に示すよ５に、指令値ＩＰの大きさによって変
化し、Ｈｐが大きい程（ＩＰｌ）Ｖｏは太きく　（Ｖ／
）、ＩＰが小さければ（工Ｐ２）Ｖｏも小さくなる（Ｖ
Ｘ）。この状況なノツチ曲線により示すと第７２図のよ
うになる。

第〈３図にこの発明の主要部をなす車速補正信号発生回
路の具体例を示すが、これを演算増巾器ＯＦ／と抵抗器
Ｒ／−Ｒ’ｌＫより構成でき、これを更に第１弘図に示
すようにブレーキ制御回路？と一体に構成する（ｔＳＡ
）ことも可能で、要は所要の演算が行われるよう車速信
号の極性や各抵抗値を設定すればよいものであり、具体
的設計は従来周知の技術により当業者の容易に行ない得
るところである。

この発明は上述したように、従来のチョッパ制御装置で
は、ブレーキトルク指令値ＩＰを電流制御回路ＡＣＨの
出力と車速信号ｅ。の差信号により修正してモータ電流
の制御を行い、回生ブレーキと空気ブレーキの切替をな
、めらかにしていたのに対し、車速信号に代えて、車速
信号とブレーキトルク指令値ＩＰの差信号を用いること
によって、従来装置ではモータ電流の絞り込みが常に一
定の速度から開始されるよ−うになつ℃いたのを、絞り
込みの開始される速度をブレーキトルク指令値に依存し
て変化きせるようにしたので、従来装置のようにブレー
キトルク指令値のｌ」＼さい場合に、速度が高いうちか
ら電気ブレーキが失効してしまうようなことがなく、電
気ブレーキはブレーキトルク指令値の大小にかかわらず
所要の一定速度まで作用するので、回生ブレーキによる
省エネ効果を最大−限まで達成でき５ると共に、空気ブ
レーキの負担を軽減し保守を容易にすることができるも
のである。

なお、この発明は、回生ブレーキを用いる電気車制御に
おいて特に効果が著るしいが、他の方式の電気ブレーキ
を用いる場合でも空気ブレーキの負担の軽減等の効果は
同様であり、広く各種の電気ブレーキの制御に適用でき
ることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電気車用チョッパ制御装置の一例を示す
ブロック図、第一図（＋４１）〜（Ｃ）は第１図の各部
動作を示す制御特性図、第３図はブレーキ電流制御式の
チョッパ制御装置の一例を示すブロック図、第を図は第
１図に示す回路の速度−偏差特性を示す特性図、第Ｓ図
は第３図に示す回路の速度−偏差特性を示す特性図、第
６図（ａ）〜（Ｃ）は第３図の各部動作を示す制御特性
図、第７図は第３図中のブレーキ制御回路の具体的な一
例を示す回路図、第ｇ図は従来方式による速度一時間、
モー゛タ電流一時間の特性図、第９図は従来方式による
ノツチ曲線を示す図、第ｉｏ図はこの発明に係るチョッ
パ制御装置の一実施例を示すブロック図、第１１図はこ
の発明による電流パターンと電流絞り込み開始速度の特
性図、第７２図はこの発明によるノツチ曲線を示す図、
第１３および／ｌＩ図は第ｉ。 図の１０ツク１５で示した車速補正信号発生回路の具体
例を示す回路図である。なお、図中同一符号は同一もし
くは相当部分を示す。 図中、／はパターン発生回路、乙は比較回路、７は電流
制御回路、ｇはチョッパ主回路、９はブレーキ制御回路
、ｌＳと／、１−Ａは車速補正信号発生回路である。 代理人　大　岩　増　雄 幣１図 プし−Ａトルク指令 幣２図 第６図 達 Ｆｔｆ問 ９Ｐ）７図 焔８図 ′　大　　矢 、ｆ　＠　　効 焔１１図 焔１２図 殆１３図 幣１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気車を駆動するモータの電流をブレーキトルク指令値
   に基づいて制御する電流制御回路と、この電流制御回路
   の出力側に接続され電気ブレーキにより上記電気車の車
   速か所定値まで減少したときに空気ブレーキを作用させ
   ると共に上記電気ブレーキを緩かに減少させるため罠上
   記車速を表わす信号と上記電流制御回路の出力信号との
   差信号を制御信号として上記ブレーキトルク指令値を修
   正するブレーキ制御回路とを備えた電気車用チョッパ制
   御装置において、上記車速信号を上記ブレーキトルク指
   令値で補正する手段を設け、上記電気ブレーキの絞り込
   み開始速度を上記ブレーキトルク指令値に依存させたこ
   とを特徴とする電気車用チョッパ制御装置。