JPS60134707A - 直流電気車の制動制御回路 - 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】 （技術分野） 本発明は、直流電動機を駆動源とする直流電気車の制動
制御回路に係わ〕、特にプラギングと回生を併用した制
動制御回路に関する。

（従来技術と問題点） パツテリフォークリフト等の直流電気車の制動は、一般
にプラギング制動が広く行なわれているが、最近ではプ
ラギング制動に回生制動を併用したものが種々提案され
ている。回生制動では、前後進切換時に電動機を発電機
として作用させ電気車の制動エネルギーを電動機の発電
力に変えバツテリ充電エネルギーとして回収する。この
回生制動には電動機の回転数が発電機として成立する回
転数以下のときには回生制動がきかず車両の惰行になる
。

そこで、従来から、前後進切換時に電動機の界磁コイル
（フィールド）に予備励磁電流を流し、電ｉｎ機の電流
値から電動機が発篭機として成立するか否か判定し、回
生制動とプラギング制動を使いわけるものが提案されて
いる（例えば特開昭５７６５０２号）Ｃ この従来方式では、予備励磁を行ってプラギングと回生
の判定及び回生制動用コンタクタを回生ｆ１１０に切換
えることにカシ、予備励磁後の判定とコンタクタ切換及
びチョツパが最初にオンするまでの遅れによって界磁電
流が減少してくる。このため、コンタクタを回生に切換
える判定出力を得る時点では界磁電流は実際に回生に入
るに必要な電流値に比べてかなり大きくなり、電動機か
ら回生できるエネルギーが少なくプラギングで消費され
る分が多くなシ効率良いエネルギー回収にならない問題
があった。また、プラギング制動の期間が長くなるため
、Ａ電流も大き〈なシ、回生切換用コンタクタに接点容
量の太きいものを必要とする問題があった。

こうした問題を解消するものとして、プラギング状態検
中でテヨッパ動作を停止させ、電動機の発電電流減少を
待って回生回路會形成し、その後予備励磁して回生動作
させるものを本願出願人は１″Ｃ゛ ゝソ神ｌ賃提案している。

この改良さ九た回路において、回生制動によって車速か
低下してくると回生制動ではトルク不足になることから
プラギング制動に戻す。この回生からプラギングへの戻
し判定に制動トルクに相関を持つ電動機霜１流や界＠電
流の低下に相関するチョッパ主回路の転流コンデンサ電
圧低下さらにはテヨツパ導通率から判定する。この戻し
判定でのプラギング戻し電流設定値は低くするほど運動
エネルギーの回収効率を高めることができるが、回生か
らプラギングへの戻し時に低い回生制動トルクから高い
プラギング制動トルクに急激なトルク変動を生じて減速
フィーリングが悪くなる。逆に、電流設定値を高くする
と、エネルギー回収効率を悪くするほかに予備励磁に電
動機電流がプラギング戻し電流捷で達しないで回生制動
から直ちにプラギングに戻るという回生制動失敗を起す
問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上述−までの事情に鑑みてなされたもので、
回生からプラギングへの戻し制御に制動トルクの急激な
変動を起すことなく、シかもプラギング戻し電流設定値
を低くすることができる直流電気車の制動制御回路を提
供することを目的とする。

（発明の｛既要） 本発明は、回生からプラギングへの戻し制御にプラギン
グ電流を徐々に高めてプラギング制動トルクをなめらか
に高めるようにしたことを特徴とする。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。

電機子１には前進用電磁接触器２のコンタクタ２Ａ又は
後進用電磁接触器３のコンタクタ３Ａを介して界磁コイ
ル４が直列接続され、さらにチョツパ主回路５が直列接
続される。コンタクタ２Ａ’．，３Ａは電気車の前進争
後進切換えによって図示状態から一方が切換わり、界磁
コイル４の電流極性を切換える。チョッパ主回路５は後
述のチョツパ制御回路によってアクセル踏込み量等に応
じて導通率が制御され、コンタクタ２Ａ，３Ａを介装す
る亀動機の市，流を制御する。

電機子１とその直流電源としてのノくツテリ６との間に
回生切換用稙磁接触器７のコンタクタ７Ａ及び電機子電
流検出用シャント抵抗ＩＡが設けらｎ，る。コンタクタ
７Ａは常開接点ａがシャント抵抗ＩＡを介して電機子１
側にされ、常閉接点ｂが予備励磁用ス１ソチ十段８側に
接続され、回生時にノ｛ツテリ６と電機子１との間の接
続を離落させる。スイッチ手段８はスイッチ素子として
のトランジスタＴｒ１を有し直列に予備励磁電流設定用
抵抗９を有して電機子１の他端側に接続され、回生時に
パツテリ６からコンタクタ７Ａの接点ｂを介して界磁コ
イル４への予備励磁電流路を形成する。

界磁コイル４の両端からバツテリ６の正極側に夫々ダイ
オード１０，ＩＩが設けられる。これら一対のダイオー
ド１０．１１はチョッパ主回路５のオフ期間にコ／タク
タ２Ａ’，３Ａの切換状態に応じて電機子１の循環電流
路形成又は電機子１と界磁コイル４のフライホ１−ル電
流路形成の兼用にされる。

電機子１の一端（シャント抵抗ＩＡ側）とバツテリ６の
基準電位側（負極側）には回生用ダイオードｌ２が設け
られる。このダ１オードｌ２は回生時に直流電動機の発
電電流をバツテリ６への充電路形成及びチョツパ主回路
５への励磁電流路形成に使用される。シャント抵抗ＩＡ
は＆４Ｊ％子１を流ｎる電流を電圧信号として検出し、
この検出信号は後述のようにプラギングのソフトスター
ト及びプラギングから回生への切換えに１，機子電流が
一定値以下に達したことの判定に供される。

チョツパ主回路５には並列にコンタクタ１３が設けられ
、該コンタクタ１３はテヨツパに代えて電動機にパッテ
リ６の全電圧を印加させる最高速運転のために用童され
る。

こうした主回路構成において、通常運転（力行）には前
後進切換スイッチ１４Ｆ，１４Ｒを通した接触器７の通
重でコンタクタ７Ａが接点ａ側に接続され、コンタクタ
２Ａが接点ａ｛ｆｌｕＫ接続さｎ、アクセルの踏込み霜
に応じてチョツパ主回略５の導通率が制御さ扛て前進可
変速運転がなされる。逆に、コンタクタ３Ａが接点ａ側
に接絖されるときには後進（後退）可変速運転がなされ
る。この通常運転でチョソパ主回路５のオフ期間には前
進ではダイオード１０がフライホイール用としてかつダ
イオード１１が循環電流用として作用し、後進ではダづ
オード１０，１１が逆の作用をする。

次に、プラギング時には前進又は後進中にコンタクタ２
Ａ，３Ａを相補的に逆方向に切換え、界磁コイル４を逆
運｛１１１１に切撲えてチョツパ導通率に応じた電流を
流し、電機子１に逆方向の起電力を発生させる。この起
電力を電機子１に並列に介装さｎるダイオードｌ（ｌあ
るいは１１で短絡することによってプラギング電流を電
機子１に流し、その結果界但コイル４を流れる界磁電流
と電機子電流とノ積で決１る強い制動トルクのプラギン
グ制動なかける。このとき、電機子１に作用する運動エ
ネルギーは電機子巻線，ダイオード，刷子及び刷子と整
流子の接触抵抗に消失される。従って、プラギング制動
では刷子及び整流子の表面が損傷されるばかりでなく、
運動エネルギーが従らに消失される。そこで、プラギン
グに代えて比較的小さい電機子電流になる回生制動を可
能にしたプラギングと回生制動を併用するための制動制
御回路が以下に示すマイクロコンピュータを制御中枢部
とした構成で設けられる。

マイクロコンピュータ１５は並列入出力回路（ＰＩＯ）
１６及びノ曵スバツファ１７をバス結合で具え、これら
素子１６．１７を介してカ行，ブラギング，回生の各運
転制御信号の授受を行なう。並列入出力回路ｌ６はアク
セル踏込み量に比例する出力に力るボテンショメータｌ
８からアナログーデイジタル変換器１９を通してディジ
タル信号として取込み、このディジタル信号に応じてマ
イクロコンピュータ１５のＣＰＵがチョツパオンタイミ
ング信号をめて並列入出力回路１６を通してチョツパ制
御回路２０に主サイリスタＳＭのオン信号を与える。チ
ョツパ制御回路２０はチョツパオンタイミング信号でテ
ヨッパ主回路５の主サイリスタＳＭのオンドライブをし
、一定時間後に補助サイリスタＳＳのオンドライブによ
って主サイリスタＳＭをターンオフ動作させる。従って
、チョツパ導通率はオン期間一定でオフ期間がマイクロ
コンピュータ側から制御され、アクセル踏込み量に応じ
た導通率制御がなされる。

並列入出力回路１６は、ドライバ２１にピットデータを
出力できる接続にされ、ドラ１ノ＜２１とその出力回路
２２．２３を介して電磁接触器２，３及び７の動作制御
を可能にする。出力回路２２は通常オン制御され、チョ
ッパ主回路の転流失敗など回路保護，故障検出時にオフ
制御される。出力回路２３は通常運転でオン制御されて
コンタクタ７Ａを接点ａ側に１−ておき、予備励磁を含
む回生制動期間にオフ制御されてコンタクタ７Ａを離落
させる。これらｆｌｉｊＨｌ：マイクロコンピュータ１
ｂの制御のもとに行なわれる。以上までの構成及びその
作用によってカ行運転での制御が行なわれる。

次に、プラギングと回生制動についての構成及びその作
用を第２図のタイムチャートを参照して説明する。力行
状態（ステップＳｌ）で前後進切換スづツテ１４Ｆ，１
４Ｒをそｎｌでの状態から逆転側に切換えたことを検出
したとき（ステップＳ２）、この検出（割込み）でマイ
クロコンピュータ１５ハプラギングモードに入る（ステ
ップＳ３）。このプラギングモードにおいて、マイクロ
コンピュータ１５はプラギング霜流Ｉｐｔｇが設定値Ｉ
ｓ以上あるか否かの判定信号を取込む（ステップＳ４）
。

この判定信号は電流検出回路２４の出力として並列入出
力回路１６から取込まれる。電流検出回路２４はダイオ
ード１０．１１のカソードと電機子１の一端（界磁コ１
ル側）との間に設けらｎ，電機子１からダ１オード１０
又は１１に流ｊ、る循環電流を検出しておシ、この検出
信号が電流工Ｓの設定値を越えたか否かの判定出力を得
る。

この判定信号がＩｐ１ｇ≧工Ｓのとき、マイクロコンピ
ュータ１５はチョツパ動作を再開してプラギング制動を
継続させ（ステップＳ５）、スイッチ１４Ｆ，１４Ｒの
状態からプラギングモードか否か判定し（ステップＳ６
）、プラギングモードが継続されればステップＳ４に戻
ってブラギング電流判定という動作を繰り返し、プラギ
ングモードの解除でカ行に戻る（ステップＳ７）。

ステップＳ４の判定で、プラギング電流Ｉｐｔｇが回生
可能な電流にあると、マイクロコンピュータ■５はテヨ
ッパ動作出力を停止し、電様子電流が減衰するＶＣ’？
する時間後に並列入出力回路１６及びドライバ２１を通
して出力回路２：｛をそれまでのオン状陣からオフ状態
に切換え、回生切換用知１磁接触器７を復帰させてコン
タクタ７Ａを回生側（接点ｂ）に離落させる（ステップ
Ｓ８）。コンタクタ７Ａの離落は電圧検出回路２５にょ
υコンタクタ７Ａの接点ｂの電圧発生として検出され、
マイクロコンピュータｌ５は電圧検出回路２５の検出信
号から確認する。この確認が得ら扛た後、マイクロコン
ピュータ１５はテヨッパ制御回路２０に一定周期の動作
指令を与えてテヨツパ動作を再開させると共にフオトカ
プラ２６を一定時間オン動作させ、その出力トランジス
タＶＣよってスイッチ手段８をオンさせて一定時間の予
備励磁を行々わせる（ステップＳ９）。この予備励磁電
流はバツテリ６→コンタクタ７Ａ→スイッチ十段８→抵
抗９→コンタクタ２Ａ（又は３Ａ）→界磁コイル４→コ
ンタクタ３Ａ（又は２Ａ）→チョッパ主回路５の経路で
チョッパ動作に従って流れる。

この予備励儒によって電様子１は発電機として作用し、
予備励磁終了後にマイクロコンピュータｌ５は回生可能
という判定を電機子電流から確認する（ステップＳ１０
）。この確認のため、シャント抵抗ＩＡの篭圧信号を寛
流判定回路２７に取込んで該判定回路２７の出力を並列
入出力回路ｌ６全通してマイクロコンピュータｌ５に取
込む。電流判定回路２７ハ、コンパレータ２７Ａでマル
チプレクサ２７Ｂからの判定基準とシャント抵抗電圧信
号とを比較し、その比較結果をトランジスタ２７Ｃの出
力として論理レベルで取出す。マルチプレクサ２７Ｂは
マイクロコンピュータｌ５によってその人力■＾，ＶＢ
Ｉ，ＶＢ２を選択出力し、この時点ではマイクロコンピ
ュータ１５は並列入出力回路１６を介して回生可能判定
基準電圧ＶＡを選択する。

マイクロコンピュータ１５はステップ川で回生可能を確
認すると、回生制動に入る（ステップＳｌｌ）。

この回生制動には、マイクロコンピュータ１５はボテン
ショメータｊ８の出力に応じてチョツハ碑通率を制御し
、テヨツバ主回路のオフ期間では竃機子１の発知、鋤４
流をコンタクタ２Ａ又は３Ａ→ダイオード１《》又は１
ｌ→パツテリ６→ダイオードの経路で流してパツテリ６
を充ＴｊｊＬ、チョツパ主回路のオン期間では電機子１
０発電電流をコンタクタ２Ａ又は３Ａ→界磁コイル４→
コンタクタ３Ａ又け２Ａ→チョッパ主回路５→ダイオー
ドｌ２の経路で流して励磁を行ない、ノペツテリ充電と
励磁を繰り返しなから匍目ｉｊエネルギーをパツテリ６
への回生′…；力として回収させる。

マイクロコンピュータ１５はステップ１ｌの回生制動に
チョツパ１周期毎に電流判定回路２７の出力から回生可
能か否か判定し（ステップＳＬ２）、回生可能ならステ
ップＳ１２に戻って回生制動を継続し、回生不可能の箪
流レベル（Ｖ＊）ｔで下ったと判定さｎたときに出力回
路２：｛ヲオン制御して接触器７のコンタクタ７Ａを接
点ａ側に戻すというプラギングへの戻し制御をする（ス
テップＳ１３）。

このコンタクタ７Ａの戻し制御後、マイクロコンピュー
タ１５はプラギング制動制御を行なう。この制御には、
制動開始時に電機子軍．流を徐々に高めるソフトスター
ト制御を行ない（ステップＳｌ４）、ソフトスター｝ｆ
に通常のプラギング制動制御に入る（ステップＳ５）。

このソフトスタート制御には、直接にチョツノくの４辿
率制御を滑らかに上昇させる方法又はプラギング協流制
限動作のもとにチョツパ導通率を滑らかに上昇させる方
法、さらにはこれらの組合せ方法が考えられる。

本実施例では組合せ方法によるソフトスタート制御方法
を示す。コンタクタ７Ａをカ行側に戻しタ後、マイクロ
コンピュータｌ５は電流判定回路２７の判定基準電圧を
ＶＢＩに切換制御し、電機子電流の検出信号がこの電圧
’ＶＢＩに達するまではチョツパ導通率を最低の状態か
ら一定の傾斜で徐々に上昇させるようチョツパ制御回路
２０を制御し、検出信号が１ｈ，圧ＶＢＩに達したこと
を判定回路２７から得ると軍圧をＶＢ２に切換制御する
と共に該切換時点の導通率から一定の傾斜で徐々に上昇
させる制御をする。そして、゛車機子亀流がＶＢ２に相
当する値まで達すると、通常のプラギング制Ｍ１と同じ
制御に入る。

なお、チョツパの導通率を直接に制御するときはソフト
スタート関数発生テーブルに従ってマイクロコンピュー
タ１５がカクンタ制御してチョツノシオンタイミング信
号を得ることで実現されるし、ｉ４Ｋ機子電流から制限
するときはマルチプレクサ２’／Ｂの入力ＶＢＩ，ＶＢ
２を多段にして順次切換えることで実現される、 こうしたソフトスタート制御を行なうことにより、電機
子電流は第３図に示すようにすることができる。すなわ
ち、プラギング期間Ｔｐｘｇから回生期間Ｔｒｅｇを経
てブラギング戻し期間Ｔｐ１ｇ’に入るのに、電機子電
流の上昇を滑らかにすることにより、該電流に相関を持
つ制動トルクが急撤に上昇して減速フィーリングを悪く
することが力く力る、また、制動トルクが急激に上昇す
るのを抑制して回生からプラギングへの戻し電流設定値
を低くすることができ、回生効率を高めることができる
。

なお、第３図中、破線はソフトスタート制御を施さない
場合のプラギング戻し期間の電流立上りを例示する。Ｔ
ＲＵＮはカ行期間である。

（発明の効果） 以上のとおシ、本発明によれば、回生制動からプラギン
グへの戻し制御をし、プラギング制動を行なうのに電機
子電流が徐々に高くなるよう制御するため、回生からプ
ラギングへの戻し制御に制動トルクの急激な変動を抑え
ることができ、しかもブラギング戻し知、流設定値を低
くできる効果がある。捷た、本発明によｎば電流判定回
路を利用してソフトスタートを容易に実現できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図におけるマイクロコンピュータのフロチャート、第３
図は第１図におけるプラギングソフトスタートを説明す
るための波形図である。 １・・・電機子、ＩＡ・・・シャント抵抗、２・●・前
進月１電磁接触器、３・・φ後進用篭磁接触器、４●●
［株］界磁コイル、５●●●チョツパ主回路、７●ｅ●
回生切換用電磁接触器、８・・・予備励磁用スイッチ手
段、ｌ３●・ｅ回生用ダイオード、１５ｌ●マイクロコ
ンピュータ、１６・●●並列入出力回路、１７１１１１
ｍバスがソファ、１９●●●アナログーディジタル変換
器、２００拳チョツパ制御回路、２１０●ドライバ、２
／Ｉ・・・電流検出回路、２５・・・電圧検出回路、２
７・・＠ゆ奄流判定回路。 ４８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気車の駆動用直流電動機の界磁コイル極性を前進●後
   進切換えによってプラギング制動をし、プラギング状態
   検出で該界磁コイルを予備励磁した後直流電動機をチョ
   ッパ主回路の導通率制御で回生制動をし、回生制動によ
   って電動機の発電能力低下を検出したときにブラギング
   制動に戻す直流電気車の制動制御回路において、回生か
   らプラギングに戻したときにプラギングによる電機子電
   流を徐々に上昇させるソフトスタート沿１｛段を備えた
   ことを特徴とする直流電気車の制動制御回路。