JPS5947904A

JPS5947904A - 電気車の給電方法

Info

Publication number: JPS5947904A
Application number: JP15677982A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ito; 健治伊藤
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-09-10
Filing date: 1982-09-10
Publication date: 1984-03-17

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）　　技術分野の説明本発明は電気車の給電方法に関し、特に電気車への給ｔ
を地上で制御する場合の電気車への給電技術に関する。

（ｂ）　　発明の技術的背景まず本発明の対称となる地上制御方法に関して説明する
。第１図に従来の車両の制御方法を示す。

き電変電所ｌより一定電圧の直流又は交流が、架？ｆｓ
２に供給される。′−電気車両はこの電力を集電器又は
接地車輪３，７を通じて電気車両に取り入れる。電気車
両には主電動機５と、この主電動機に供給する電圧、電
流を制御することにより車両の速度を制御する制御装置
４とがある。電気車両６の運転士の指示はこの制御装置
に与えられ、電気車両の速度を制御している。尚これ以
外に補機等各種電気機器があるが、本図では省略して記
入していない。

この方式は１つの変電所区間に複数台の電気車両を投入
出来ること、また変電所から常に一定電圧の電力を供給
すれば良く、変電所が簡単となる利点がある。１．かじ
車上にその主電動機を制御する制御装置ｑを塔載する必
要がある。この制御装置は電力を制御するための高度な
機器を要する為に、容積的にも重量的にも大きなものと
なる。−例を挙げるならこの制御機器およびその関連機
器は通常の電気車（電動車）やモルレールの場合には、
その空車電通の１０〜２０ｇ６を占めている。これはこ
れだけの死荷動を常に輸送していることになり、走行時
電力消費量から見ても大きな損失となっている。

）　一方モル−ルのような場合にはタイヤの一輪荷市が
非常にきびしく制限されるため、乗客が満員となった場
合この制限にひっかかるため車体床面積をわざとふさぐ
為に座席を多くしたり、客室内に機器室を設けたりして
満員時に乗客が乗れないような工夫をしてこのきびしい
荷車制限を守っている。

また機器塔載容積的に（ｄモルレールの場合特に塔載体
積をうばわれる為に、この制御装置を積むための有効塔
載床下体積を得るために車中を広くせざるを得ない場合
が生じる。これは最近の都市交通のように１８ｍ通路の
ような狭い道路にこの車両を投入する場合の車体巾、複
線巾および消防用余地等から要求される巾などに合致せ
ず大きな障畳となってくる。

建設コストの面から考えると最近の交通機関は道路上に
建設される場合が多く、その場合は高架方式となる。こ
の場合その上を走行する車両はこの高架方式の６０チ近
くをしめる高架構造物建設費を低減する為には軽い方が
良い。また前述した跨座式モルレールのような場合には
車中を狭くして車長の長い車両を作ると桁上での活荷重
の荷嵐点の間隔を広く出来るので結果的には桁にかかる
モーメントが減じる事が出来るので桁スパンを長くとれ
全体として桁支柱の数を減することが出来る。

桁支柱は地盤強度に応じその基礎にパイルを打つため、
特に弱部盤上に路線を建設する場合にこの数を減するこ
とは軌道の建設コストの低減に大きく寄与する。

欠にこのような交通機関を維持、運用する運用コストに
ついて考えて見ると、車上の機器は常に車両の走行振動
や風雨等の悪い環境下におかれるため地上にある機器に
比してそのメンテナンスに多くの費用がかかるとともに
、車両を保守する為の必要保守期間中は車両を運休させ
るため、その使用効率が落・ちるとともに車両故障率を
考えた予備軍に更に保守期間を考えるための予備軍が必
要となってくる。

地上制御方法はこれら従来の方法の不具合を改善し、今
後要求される建設費や維持費の安い交通システムを構成
する事に有効な車両の制御方法である。第２図に地上制
御方法の一実施例を示した。

これは第１図に示す基本的な給電基本回路に対応する回
路を提示したものである。地上に固定配置されｆｃ架線
２３Ｘ、２３Ｙおよび情報伝送路Ｉを絶縁部２７Ｘ、２
７Ｙおよび３１を設け、ある区間毎に分断し、その架線
２３Ｘ、２３Ｙおよび情報伝送路（９）の−区間毎に対
応して変電所２１をそれぞれ設ける。この場合片方の架
線たとえば２３Ｙを接地電位で用いる場合には絶縁部２
７Ｙを省略することが出来る。

電気車６人の車上は集電器又は接地車輪３Ａ、　７Ａと
主電動機とその保護や回路切替に必要な機器δを塔載し
、主電動機の速度制御部分は地上の変電所２】内に移す
。これ等の主回路以外補機回路を要するがこれは別に架
線等を配して集電して行なうが本図では省略して記入し
ていない。

６人の車両に乗る運転士の指令は主幹制御器から情報伝
送装置２８．車上アンテナ四、情報伝送路Ｉを通して変
電所に伝えられる。変電所ではこの指令に従って車両に
供給する電圧、及び電流を架線に供給して制御する。こ
のような方法を用いると車上の速度制御部を取り除いで
あるにもかかわらず車上に速度制御器が配された場合と
完全に同じ作用を行なうことが出来、車両の重量減や重
量減にともなう多くの利点を得ることが出来る。また速
度制御部は地上に置かれることになるので車両の撮動や
、車上に塔載するための寸法制限や貞鎗制限を考える必
要がなくなるので、その分極めて信頼性の高い装置とす
ることが出来る。

以上が本発明の対称となる地上制御方法の概要であるが
次に本発明の技術的背景について説明する。

第１図に示した従来の車上制御方式の電気車両では、地
上のき電変電所から電力の供給を受け、電車線から集電
した電力により車両を走行させる。

き電変電所１の出力電圧は、一定゛亀圧となって８０、
架線２等電車線路の電気抵抗と電気車の負荷電流との積
の電圧だけ電気車集電点の電圧は、き電変電所出力電圧
より低い値となるため、該電気車の主電動機への電流が
、十分得られなくなる場合がある。そこで従頼の車上制
御方式である電車線路では、電気抵抗を小さくするため
、架空式においては第３図に示したとおり、トロリー線
３３Ｘおよび３３　Ｙとは別に設置し、き嵐変電所ｌの
電力変換器あの出力はき醒、＠ａｉｘおよび３１　Ｙと
結び、き電線３１Ｘおよび３１　Ｙとトロリー線３３Ｘ
および３３Ｙとは、き電分岐巌３２　Ｘおよび３２Ｙで
結ばれる。なお、第３図の集電器７を鉄輪とし、と九に
接触する電車線路であるトロ＋）　−線３３　Ｙ　１　
き電線３１　Ｙおよび、き電分岐線３２　Ｙをまとめて
鉄製レールとしているのが一般的である。

一方、剛体架線方式においては、き電線３１Ｘとき′嵯
分岐線３２Ｘは、トロリー線３３Ｘを支える形材が兼ね
ている。しかし、とのき電線およびき電分岐線の布設に
おいては、その支持物も含めて建設費が、莫大となると
いう欠点があった。

（Ｃ）　　光明の目的および概要本発明は上記の点に鑑みなされたもので、地上の変電所
より電車線を介して電気車に給電する′１気車の給電方
法において、前記電車線を１！！数の区間に分割してそ
れぞれ絶縁し、この分割して絶縁した′電車線の各々に
対応して′電圧・電流・周波数等制御可能な電力変換器
をそれぞれ地上の変電所に設け、これとは別に前記電気
唯からの電圧・′１流・速度等の制御情報を前記地上の
変電所に伝える制御情報伝送装置を設け、この速度制御
情報に応じて前記電気車の在る電車線区間に対応する変
電所のシカ変換器の出力の電圧・電流・周波数等を制御
して、トロリー線（架線）の電気抵抗による電圧降下を
補償することにより、前記゛電車線はトロリー線のみと
し、き電線を省略する電気車の給電方法を提供する。

更に前記制御情報は、前記電気車の主電動機の′１圧・
電流・速度より電流指令値および電圧制限値を演算して
伝送し、電力変換器は定電流制御および電圧制限制御し
て給電することにある。

（（１）　　発明の実施例以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第４図に本方歩の構成を示す。３３Ｘ、３３Ｙはトロリ
ー線であり、従来の車上制御方式である第３図＋７）キ
１を線３１Ｘ　、　３１Ｙ％　キｔ！分岐ｍ３２Ｘ、３
２Ｙを省略している。

またき電変電所電力変換器３４Ａは可変電圧としている
。

本地上制御方式においては、１き１ｔｆｔ所の負荷は、
１編成の電気車で、あり、該電気車が必要とする負荷電
流及び速度に対応しｆｃｉｉ圧を、該電気車の集電点に
印加されるようき電変電所電力変換器の出力電圧を印加
すれば良い。

第５図は、地上制御方式における制御ブロックの一例で
ある。車上マスターコントローラ５３ハ主電Ｓ機の−；
圧・電流・速度情報５８をもとに地上制御系へ゛直流指
令情報５４、屯圧制限値悄＃５５を送出する。これらの
情報は、車上と地上との伝送容量により数段の段階的情
報としても良い。

これらの情報により地上制御系は、電力変換器３４Ｂの
出力電流情＠５７をフィードパンクし、電流指令情報５
４とのつき合せを行い電流制御アンプ５２により出力電
圧を決める。この出力電圧は、リミッタ５１により電圧
制限値情報５５の値で最大電圧をｉδ１ｊ限され、この
値と電力変換器３４　Ｂの出力電圧情報５６とのつき合
せを行い、電圧制御アンプ力により、電力変換器３４ｆ
３の出力電圧を決定する。電気車の主電動機は一般に第
６図の直巻特性を有している。ここでり、、　Ｌ、　、
　Ｌ、の曲線は電圧一定時の特性である。そこで、今、
車上マスターコントローラより′電流指令情報として、
第６図のＢ点の電流値に指令された場合、電力変換器は
、Ｂ点の電流が流れるよう制御されるため、主電動機は
、Ｂ点より、Ａ点へと速度が、増加する。

一方、車上マスターコントローラからはあらかじめ電圧
制限値情報が地上制御系へ与えられているため、Ａ点付
近にて出力電圧制限値に制限され、電圧一定制御となり
、Ａ点からＣ点へと速度が上昇していく。

ここで、トロリー線の電圧降下により、電気車主電動機
への印加電圧が低くなった場合は、車上マスターコント
ローラにより電圧制限値情報を上・げることにより、ト
ロリー線の電圧降下は補償することができる。

一方、第４図のよう、き電車線をトロリー線３３Ｘ、３
３Ｙのみとした場合、き電線を布設した場合と較べ電車
線の電気抵抗は、概略ｌＯ倍程度となるが、負荷電流が
、電気車１編成分であることから１０００Ａ程度として
も、トロリー線ｌ血鳴り、３００ｖ程度の電圧降下であ
り、き電変電所出力電圧もそれほど高い電圧を必要とし
ない。また、トロリー線の電気抵抗による発熱および、
電力損失については、トロリー＠ｌＫｍ当り、数１億Ｗ
程度となるが、最大電流通電時間は、１〜２分程度であ
りとくに問題とはならず、簡易で、安価な電車線路とす
ることができる。

（ｅ）　　発明の詳細な説明した通り本発明によれば、電車線を複数区分に分
割してそれぞれ絶縁し、この分割した電車線にそれぞれ
電力変換装置を設け、１編成の電気車制御を電力変換装
置単位に、トロリー線の電気抵抗による電圧降下を補償
して行なうことに゛まり、従来使用していたき電線を省
略することができるので、電車線の建設費を低減させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

ｇｇ１図は従来の車両の制御方式を示した図、第２図は
本発明の対称の地上制御方式の一実施例を示した図、第
３図は従来のき電方法を説明するだめの図、第４図は本
発明のき電方法の概略を説明するための図、第５図は本
発明の制御ブロック図、第６図は本発明を説明するため
の図である。１、ＬＡ・・・き電変電所、２，２３Ｘ、２３Ｙ・・・
電車線、３．３＆、７．ｉ・・・集を器、　４・・・車
上制御装置、５．５Ｂ、２５・・・主電動機装置、６．
６Ａ・・・電気車、２７Ｘ　、　２７Ｙ　、　３１・・
・絶縁部、銘・・・情報伝送装置、四・・・車上アンテ
ナ、　　（資）・・・情報伝送路、３１Ｘ　、　３１　
Ｙ・・・・き電線、　３２Ｘ、３２Ｙ・・・き電分岐線
、３３Ｘ、３３Ｙ・・・トロリー線、あ、　３４Ａ　、　３４Ｂ・・・電力変換器、５３・・
・車上マスターコントローラ、犯・・・電圧制御アンプ
、５１・・・電圧リミッタ、５４・・・電流指令情報、
５５・・・電圧制限値情報、５６・・・主電動機印加電
圧情報、５７・・・出力電流情報、５２・・・電流制御アンプ、５８・・・主電動機電圧・電流・速度情報〇（７３１７
）代理人弁理士　則近憲佑（（２，か１名）第１図第２図２／

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地上の変電所より電車線を介して電気車に給電す
る電気車の給電方法において、前記電車線を複数の区間
に分割してそれぞれ絶縁し、この分割した電車線の各々
に対応して電圧・電流・周波数等制御可能な電力変換器
を地上の変電所に、前記電気車からの電圧・電流・速度
等の制御情報を前記地上の変電所に伝える制御情報伝送
装置とをそれぞれ設け、この速度制御情報に応じて電気
車の在る電車線区間に対応する変電所の電力変換器の出
力電圧をトロリー線の電気抵抗による電圧降下を補償し
て制御し給電することを特徴とする電気車の給電方法。
（２）　　制御情報は電気車の主電動機の電圧・電流速
度より電流指令値および電圧制限値の演算値とし、電力
変換器は定電流制御および電圧制限制御して給電するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気車の給
電方法。