JPS5952602B2 - Electric car chip protection system - Google Patents

Electric car chip protection system

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JPS5952602B2
JPS5952602B2 JP53071288A JP7128878A JPS5952602B2 JP S5952602 B2 JPS5952602 B2 JP S5952602B2 JP 53071288 A JP53071288 A JP 53071288A JP 7128878 A JP7128878 A JP 7128878A JP S5952602 B2 JPS5952602 B2 JP S5952602B2
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JP
Japan
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chopper
resistor
unit switch
thyristor
filter capacitor
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JP53071288A
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進 四方
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気車チョッパ保護方式に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an electric vehicle chopper protection system.

チョッパを使用した電気車は、電力費の節減、保守費用
の低減、高性能などの理由で地下鉄電車を中心に普及し
つつあり、例えば第1図に示す如き電気車チョッパ装置
が使用されている。
Electric cars using choppers are becoming popular, especially in subway trains, due to their reduced power costs, maintenance costs, and high performance.For example, an electric car chopper device as shown in Figure 1 is being used. .

第1図は代表的な電気車チョッパ装置のカ行主回路を示
すもので、1は集電装置、2は第1の単位スイッチ、3
は高速度減流器1.4は減流抵抗器、5は第2の単位ス
イッチ、6はフィルタコンデンサ用の充電抵抗器、7は
フィルタリアクトル、8はフィルタコンデンサ、9は主
電動機電機子巻線、10は主電動機界磁巻線、11は主
平滑リアクトル、12はフリーホイリングダイオード、
13はチョッパ、14は主電動機電流検出器である。
Figure 1 shows the main circuit of a typical electric vehicle chopper device, where 1 is the current collector, 2 is the first unit switch, and 3 is the main circuit of the electric car chopper device.
is a high speed current reducer 1. 4 is a current reduction resistor, 5 is a second unit switch, 6 is a charging resistor for the filter capacitor, 7 is a filter reactor, 8 is a filter capacitor, 9 is the traction motor armature winding 10 is a main motor field winding, 11 is a main smoothing reactor, 12 is a freewheeling diode,
13 is a chopper, and 14 is a main motor current detector.

第1図の構成において力行時には次のように動作する。The configuration shown in FIG. 1 operates as follows during power running.

高速度減流器9は出庫時、リセツI・指令により投入さ
れると、事故しゃ断が生じない限り常時投入されている
When the high-speed flow reducer 9 is turned on by the reset I command at the time of leaving the warehouse, it is always turned on unless an accident occurs.

力行ノツチが指令されると、まず第1単位スイッチ2が
投入され、集電装置1一単位スイッチ2−高速度減流器
3−充電抵抗器6−フィルタリアクトル7を通じてフィ
ルタコンデンサ8が充電される。
When the power running notch is commanded, first the first unit switch 2 is turned on, and the filter capacitor 8 is charged through the current collector 1, the unit switch 2, the high-speed current reducer 3, the charging resistor 6, and the filter reactor 7. .

ここで充電抵抗器6は、この充電時にフィルタリアクト
ル7、フィルタコンデンサ8によってフィルタコンデン
サ電圧が振動しないような抵抗値に予め選定されている
Here, the charging resistor 6 is preselected to have a resistance value such that the filter capacitor voltage does not oscillate due to the filter reactor 7 and filter capacitor 8 during charging.

このときには、まだチョッパ13が動作しないので主電
動機の電機子巻線9、界磁巻線10には電流が流れてい
ない。
At this time, since the chopper 13 is not yet in operation, no current flows through the armature winding 9 and field winding 10 of the main motor.

フィルタコンデンサ8の充電が完了すると第2の単位ス
イッチ5が投入され、充電抵抗器6が短絡される。
When charging of the filter capacitor 8 is completed, the second unit switch 5 is turned on and the charging resistor 6 is short-circuited.

チョッパ13は単位スイッチ5が投入されたという条件
でオン、オフ動作を開始する。
The chopper 13 starts its on/off operation under the condition that the unit switch 5 is turned on.

チョッパ13がオンすると、主電動機電流は集電装置1
一単位スイッチ2−高速度減流器3一単位スイッチ5−
フィルタリアクトル7−電機子9−界磁1〇−主平滑り
アクドル11−チョッパ13を直列に通じて流れ増大す
る。
When the chopper 13 is turned on, the main motor current flows through the current collector 1
One unit switch 2 - High speed flow reducer 3 One unit switch 5 -
The flow increases through the filter reactor 7, armature 9, field 10, main flat sliding axle 11, and chopper 13 in series.

これに対してチョッパ13がオフすると、主電動機電流
は電機子9−界磁1〇−主平滑りアクドル11−フリー
ホイリングダイオード12を通じて環流し減衰する。
On the other hand, when the chopper 13 is turned off, the main motor current circulates through the armature 9, the field 10, the main flat sliding axle 11, and the freewheeling diode 12, and is attenuated.

チョッパ13はこのようにオン、オフ動作を繰り返しな
がら主電動機電流を定電流に制御する。
The chopper 13 thus controls the main motor current to a constant current while repeating on and off operations.

かかる電気車において回生ブレーキ時の主回路は第2図
のようになる。
In such an electric vehicle, the main circuit during regenerative braking is as shown in FIG.

すなわち第1図において電機子9、界磁10、主平滑り
アクドル11.電流検出器14の直列回路をチョッパ1
3に並列に接続し直したと同様の接続構成となる。
That is, in FIG. 1, an armature 9, a field 10, a main flat sliding axle 11. The series circuit of the current detector 14 is connected to the chopper 1.
The connection configuration will be the same as if it were reconnected in parallel to 3.

第2図においてチョッパ13がオンすると、主電動機電
流は、電機子9−界磁1〇−主平滑りアクドル11−チ
ョッパ13を通じて流れ増大する。
In FIG. 2, when the chopper 13 is turned on, the main motor current flows through the armature 9 - field 10 - main flat sliding axle 11 - chopper 13 and increases.

これに対してチョッパ13がオフすると、主電動機電流
は電機子9−界磁1〇−主平滑りアクドル11−フリー
ボイリングダイオード12−フィルタリアクトル7一単
位スイッチ5−高速度減流器3一単位スイッチ2−集電
装置1を通じて架線に回生される。
On the other hand, when the chopper 13 is turned off, the main motor current flows through the armature 9 - field 10 - main flat sliding axle 11 - free boiling diode 12 - filter reactor 7 - unit switch 5 - high speed current reducer 3 - unit It is regenerated to the overhead wire through the switch 2 and current collector 1.

このようにカ行時と同様にしてチョッパ13はオン、オ
フを繰り返しながら主電動機電流を定電流に制御する。
In this manner, the chopper 13 repeatedly turns on and off in the same way as when traveling, controlling the main motor current to a constant current.

ところが回生ブレーキ時に他の力行車など回生負荷がな
い場合には、回生電流の行き先がなくなり、フィルタコ
ンデンサ8の電圧値が上昇し、やがて過電圧限界を起え
ると主回路は開放されて、回生ブレーキがかからなくな
る。
However, if there is no regenerative load such as another power vehicle during regenerative braking, there is no place for the regenerative current to go, the voltage value of the filter capacitor 8 increases, and when the overvoltage limit occurs, the main circuit is opened and the regenerative braking is performed. It no longer takes.

この場合にはエアブレーキにより制動力を確保しなけれ
ばならないことになる。
In this case, braking force must be secured using an air brake.

この問題に対する対策として従来第3図に示すようにチ
ョッパ13と並列に側路抵抗器15とサイリスタ16と
を接続し、回生負荷消滅時の回生電流をサイリスタ16
を点弧させることにより側路する方法が提案されている
As a countermeasure against this problem, conventionally a shunt resistor 15 and a thyristor 16 are connected in parallel with the chopper 13 as shown in FIG.
A method has been proposed in which the bypass is performed by igniting the ignition.

かくすればチョッパ13のオフ時に電流はサイリスタ1
6及び側路抵抗器15を通じて減衰するので、定電流制
御が可能となり、安定な電気ブレーキ作用を続行させる
ことができる。
In this way, when the chopper 13 is off, the current flows through the thyristor 1.
6 and the bypass resistor 15, constant current control becomes possible and stable electric brake action can be continued.

このようにチョッパ13と並列に側路抵抗器を接続し、
回生負荷消滅時にも安定な電気ブレーキ作用を可能とす
る方式は、長距離の勾配区間にて抑速制動を行なう場合
にエアブレーキの連続使用によるブレーキシュー、車輪
の摩耗及び過熱による事故を防ぐ上で有効な方式である
In this way, connect the bypass resistor in parallel with the chopper 13,
This system, which enables stable electric braking even when the regenerative load disappears, helps prevent accidents caused by wear and overheating of the brake shoes and wheels due to continuous use of the air brake when performing slow braking on long-distance slope sections. This is an effective method.

一方第1図、第2図に示されるような従来のチョッパ装
置には、過電圧検知、過電流検知、低電圧検知、など種
々の保護機能が設けられているが、第3図のように新た
に側路抵抗器15及びサイリスタ16の直列回路を設け
た場合、これらの故障時の検知、保護をも考慮しておか
ねばならない。
On the other hand, conventional chopper devices as shown in Figures 1 and 2 are equipped with various protection functions such as overvoltage detection, overcurrent detection, and low voltage detection. When a series circuit of the bypass resistor 15 and the thyristor 16 is provided in the circuit, detection and protection in the event of a failure must also be taken into consideration.

まずサイリスタ16について考えてみると、これがオー
プン故障した場合には、第3図において回生負荷消滅時
にサイリスタ16にゲート信号を与えても抵抗器15に
電流が流れなくなるため、フィルタコンデンサ8の電圧
が上昇し続け、ついには過電圧検知に引っかかり、主回
路は開放されてエアブレーキが作用する。
First, considering the thyristor 16, if it has an open failure, no current will flow through the resistor 15 even if a gate signal is applied to the thyristor 16 when the regenerative load disappears in FIG. 3, so the voltage across the filter capacitor 8 will decrease. The voltage continues to rise until the overvoltage is detected, the main circuit is opened, and the air brake is activated.

従ってサイリスタ16がオープン故障しても特に実害は
なく、過電圧検知が回生負荷消滅のたびに動作するため
、その故障を検知することができる。
Therefore, even if the thyristor 16 has an open failure, there is no particular harm, and since the overvoltage detection operates every time the regenerative load disappears, the failure can be detected.

ところがサイリスタ16が短絡故障した場合には、直接
の現象としては、認識することができず、カ行中、制動
中いずれの場合も主回路が構成されると新たに設けた抵
抗器15に電流が流れ続けることとなり、この抵抗器1
5の容量を越えた電流が流れ、抵抗器15の焼損ひいて
は車両の火災事故を招く危険性がある。
However, if the thyristor 16 has a short-circuit failure, it cannot be directly recognized as a phenomenon, and when the main circuit is configured, the current flows through the newly installed resistor 15 whether the thyristor 16 is running or braking. will continue to flow, and this resistor 1
There is a risk that a current exceeding the capacity of the resistor 15 will flow, resulting in burnout of the resistor 15 and, in turn, a fire accident in the vehicle.

従ってサイリスタ16の短絡故障は必ず検知しなければ
ならない。
Therefore, a short-circuit failure of the thyristor 16 must be detected.

この方法として、抵抗器15とサイリスタ16との直列
回路に電流検出器を設け、力行中、あるいは回生制動時
回生負荷があり、サイリスタ16のゲートにゲーI・信
号が与えられていない時、すなわち抵抗器15に電流が
流れるべきでないときに電流が流れたときサイリスタ1
6の短絡故障を検知する方法が考えられる。
As this method, a current detector is provided in the series circuit of the resistor 15 and the thyristor 16, and when there is a regenerative load during power running or regenerative braking and the gate I signal is not applied to the gate of the thyristor 16, When current flows through resistor 15 when it should not, thyristor 1
6 methods of detecting short-circuit failures can be considered.

しかしこの方法は新たに電流検出器を設ける必要があり
この分全体の構成が複雑、大型となるを避は得ない。
However, this method requires a new current detector, which inevitably makes the overall structure complicated and large.

以上の点を考慮して本発明は、新たに電流検出器を設け
ることなく、第1図に示した従来のシステムのままでサ
イリスタ16の短絡故障を検知して側路抵抗器15を保
護できるようにしようとするものである。
In consideration of the above points, the present invention can detect a short-circuit failure of the thyristor 16 and protect the shunt resistor 15 using the conventional system shown in FIG. 1 without providing a new current detector. This is what we are trying to do.

以下図面について本発明の一例を詳述するに、本発明に
おいては、チョッパの運転に先立って、チョッパ13に
並列接続されたサイリスタ16の故障の検出をする。
An example of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the present invention, a failure of the thyristor 16 connected in parallel to the chopper 13 is detected prior to operation of the chopper.

すなわちカ行運転開始時、チョッパ13と、サイリスタ
16及び側路抵抗器15の直列回路との並列回路は、第
1図ないし第3図との対応部分には同一符号を附して第
4図に示す如く、主電動機の電機子9、界磁10、主平
滑リアクトル11゜電流検出器14の直列回路に直列に
接続されている。
In other words, at the start of the 4-way operation, the parallel circuit of the chopper 13 and the series circuit of the thyristor 16 and the bypass resistor 15 is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the armature 9 of the main motor, the field 10, the main smoothing reactor 11 and the current detector 14 are connected in series.

この第4図の接続状態においては、力行ノツチ指令が与
えられると、第5図Aのインタロック信号S1に示す如
く時点t1において単位スイッチ2が投入されフィルタ
コンデンサ8の両端電圧S2が第5図Cに示す如く充電
されて行く。
In the connection state shown in FIG. 4, when a power running notch command is given, the unit switch 2 is turned on at time t1 as shown by the interlock signal S1 in FIG. 5A, and the voltage S2 across the filter capacitor 8 increases as shown in FIG. The battery is charged as shown in C.

このフィルタコンデンサ8の充電が時点t2において完
了すると、第5図Bのインタロック信号S3に示す如く
スイッチ5がオン動作しこのインタロック信号S3によ
りチョッパ13がオン、オフ動作を開始する。
When charging of the filter capacitor 8 is completed at time t2, the switch 5 is turned on as shown by the interlock signal S3 in FIG. 5B, and the chopper 13 starts to turn on and off in response to this interlock signal S3.

このようにチョッパ13が動作開始するまでの期間を、
インタロック信号S1と83の否定出力とのアンド条件
出力S4 (第5図D)として得る。
In this way, the period until the chopper 13 starts operating is
The AND condition output S4 (FIG. 5D) of the interlock signal S1 and the negative output of 83 is obtained.

一方主電動機電流は主電動機電流検出器14によって検
出され、その検出出力S5 (第5図E)と、条件出
力S4とのアンド条件により故障検知信号S6が形成さ
れる。
On the other hand, the traction motor current is detected by the traction motor current detector 14, and a failure detection signal S6 is formed by ANDing the detected output S5 (FIG. 5E) and the conditional output S4.

従ってサイリスタ16に短絡故障が生じていない場合は
、第5図に示す如く、力行ノツチ指令が与えられた時点
t1からチョッパ13がオン、オフ動作を開始する時点
t2までの間において条件出力S4が得られている状態
では、第5図Eに示す如く主電動機電流検出器14に検
出出力S5が得られない(またチョッパ18が動作せず
、勿論サイリスタ16もカ行時にはオフ状態にあるから
)ので、故障検知信号S6も「1」にはならない。
Therefore, if a short-circuit failure has not occurred in the thyristor 16, as shown in FIG. In this state, the detection output S5 is not obtained from the main motor current detector 14 as shown in FIG. Therefore, the failure detection signal S6 also does not become "1".

これに対してサイリスタ16に短絡故障が生じれは゛、
第5図A−Fに対応させて第6図A−Fに示す如く、時
点t1〜t2間において、サイリスタ16を通じて主電
動機電流が流れるため主電動機検出出力S5が得られ(
第6図E)、従って条件出力S4及び検出出力S5のア
ンド条件である故障検知信号S6が「1」になる。
On the other hand, if a short circuit failure occurs in the thyristor 16,
As shown in FIGS. 6A-F corresponding to FIGS. 5A-F, between time points t1 and t2, the traction motor current flows through the thyristor 16, so the traction motor detection output S5 is obtained (
(E) in FIG. 6, therefore, the failure detection signal S6, which is the AND condition of the conditional output S4 and the detection output S5, becomes "1".

このように本発明によれば、チョッパと並列にサイリス
タ及び側路抵抗器の直列回路を接続することにより回生
電流を側路させるようにしたチョッパ方式において、こ
のサイリスタの短絡故障を確実に検知し得るようにした
ことにより、抵抗の焼損、車両の火災事故の発生を未然
に防止し得、かくするにつき特に従来装置に何ら機器を
追加することなく容易に実現できる。
As described above, according to the present invention, in a chopper system in which a series circuit of a thyristor and a shunting resistor is connected in parallel with the chopper to shunt the regenerative current, a short-circuit failure of the thyristor can be reliably detected. By doing so, it is possible to prevent burnout of the resistor and the occurrence of a fire accident in the vehicle, and this can be easily realized without adding any equipment to the conventional device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図ないし第3図は本発明を適用し得る電気車チョッ
パ装置を示す接続図、第4図ないし第6図は本発明に依
る電気車チョッパ保護方式の一例を示す接続図及び信号
波形図である。 1:集電装置、2:第1の単位スイッチ、3:高速度減
流器、4:減流抵抗器、5:第2の単位スイッチ、6:
充電抵抗器、7:フィルタリアクトル、8:フィルタコ
ンデンサ、9:主電動機電機子巻線、10:主電動機界
磁巻線、11:主平滑りアクドル、12:フリーホイリ
ングダイオード、13:チョッパ、14:主電動機電流
検出器、15:側路抵抗器、16:サイリスタ。
1 to 3 are connection diagrams showing an electric vehicle chopper device to which the present invention can be applied, and FIGS. 4 to 6 are connection diagrams and signal waveform diagrams showing an example of an electric vehicle chopper protection system according to the present invention. It is. 1: Current collector, 2: First unit switch, 3: High speed current reducer, 4: Current reducing resistor, 5: Second unit switch, 6:
Charging resistor, 7: filter reactor, 8: filter capacitor, 9: traction motor armature winding, 10: traction motor field winding, 11: main smooth axle, 12: freewheeling diode, 13: chopper, 14: Main motor current detector, 15: Shunt resistor, 16: Thyristor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電源に直列に、第1の単位スイッチと、充電抵抗器
及び第2の単位スイッチの並列回路と、フィルタコンデ
ンサとを接続し、主動電機を、サイリスタ及び側路抵抗
器の直列回路と並列接続したチョッパによって、カ行又
は回生制動する電気車チョッパ装置において、上記第1
の単位スイッチを投入して、上記充電抵抗器を通じて上
記フィルタコンデンサの充電を開始してから、上記第2
の単位スイッチを投入することにより上記充電抵抗器を
短絡して上記チョッパの運転を開始するまでの間に、上
記主電動機に電流が流れたことを条件に、上記チョッパ
と並列接続された上記サイリスタの短絡故障を検知する
ことにより、上記制動抵抗器を保護することを特徴とす
る電気車チョッパ保護方式。
1 Connect the first unit switch, a parallel circuit of a charging resistor and a second unit switch, and a filter capacitor in series with the power supply, and connect the traction electric machine in parallel with the series circuit of the thyristor and shunt resistor. In the electric vehicle chopper device that performs power or regenerative braking using a chopper that is
Turn on the unit switch to start charging the filter capacitor through the charging resistor, and then turn on the second unit switch to start charging the filter capacitor through the charging resistor.
the thyristor connected in parallel with the chopper, on the condition that current flows through the main motor until the charging resistor is short-circuited by turning on the unit switch and the chopper starts operating. An electric vehicle chopper protection system, which protects the braking resistor by detecting a short-circuit failure of the electric vehicle chopper.
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