JPS6031163B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気車制御装置に関し、特に走行中の電気車を
停止させるにつき乗心地を損わないように緩減速制御を
しようとするものである。

従来走行中の電気車を緩減速制御するにつき、主電動機
として直電動機を用いたカム式電気車、チョッパ式電気
車についてはズ坪厚なトルクの変動の発生を回避させる
工夫がなされていたが、主蚤動機として謎導電動機を用
いた電気車においては未だかかる穣減速制御ができない
場合がある。

まず第１にカム式電気車の場合を第１図について述べる
。１，２は断流器、３は抵抗器、４は過電継電器、５は
主抵抗器、６，７は主電動機回転子、８，９は主電動機
界磁、１０は弱め界磁制御用抵抗器、１１，１２，１３
，１４は主抵抗器５の短絡用カムスイツチである。

第１図において起動指令が出ると断流器１，２がオンと
なり、主電動機が回転し始める。

制御系はこの主電動機の電流が一定となるように、反起
電力に応じてカムスィッチ１４，１３，１２，１１をそ
の順序で閉じることにより抵抗器を順次短絡して行き、
カムスィツチ１１が投入された段階で抵抗制御を終了す
る。続いて弱め界磁制御に移り、スイッチ１５が投入さ
れ、主電動機界磁８，９の電流を分流して高速領域に入
る。この状態で走行したのち、力行を止める時は主回路
は次の順序でオフになる。

まず断流器２がオフとなり、抵抗器３が主回路と直列に
挿入される。この結果、今まで流れていた電流は滅流さ
れ、主電動機のトルクはそれに応じて減少する。続いて
断流器１がオフとなり、主回路は完全に断となって走行
に要するトルクは０となる。これで力行が終了する。こ
の様に力行を止めるにつきカム式の場合は抵抗器３を先
ず挿入してから電源を断とするが、これは乗心地を悪く
しないためである。

すなわち力行ししている主電動機のトルクを力行を止め
た時即座に０に減少すると大幅なトルクの変動が生じ、
乗客は主回路のオフと同時に衝撃を受け、乗心地を悪く
する。従って主回路のオフと共の抵抗を挿入して、トル
クを段階的に減少することにより、トルクの変動を緩和
させることにより乗客の感ずる衝撃を少なくするのであ
る。次に第２にチョッパ式電気車では第２図に示すよう
な制御を行なっている。

２１，２２は断流器、２３は抵抗器、２４はフィルタリ
アクトル、２５はフィルタコンデンサ、２６，２７は主
電動機回転子、２８，２９は主電動機界滋、３０‘鼠暮
め界磁用スイッチ、３１はＭＳＬ、３２はチョツパ、３
３はチョツパ短絡用スイッチ、３４はフライホイールダ
イオード、３５は弱め界磁用抵抗器である。

第２図において主回路をオフするにつきチョッパ短絡が
行なわれる前と後とでシーケンスが異なる。

｛１） チョッパ短絡前（移相制御が行われている状態
でオフする場合）この時は、チョッパ３２が未だ制御可
能であるたため、オフの指令と共にチョツパ移相角を一
定の時定数で最少通流角までいまり込む。

この結果、主電動機電流は減少し、トルクもこれに応じ
て一定の時定数で減少するので乗客はトルクの急激な変
化を感ずることはない。｛２）チョッパ短絡後 チョッパ短絡後は、チョッパ３２がその短絡用スイッチ
３３によって短絡されているので、チョッパ３２は主回
路の制御要素により除外されている。

従って上記１の場合チョッパ移相角をいまり込んでも電
流を減少することができない。そこでこの場合は通常は
チョッパ３２の短絡と共に閉動作している弱め界磁用の
スイッチ３０を利用する。

すなわち、オフ指令と共にスイッチ３０をオフとする。
この結果、主電動機界磁は強められ、第３図に示す様に
主電流が減少する。第３図においてりま限流値で、曲線
Ｃ，は界磁を制御していない時の特性、Ｃ２は弱め界磁
Ｃ２の状態となって、Ａ点でバランスしていた状態で主
回路オフの指令が出たとすれば、上述の様にスイッチ１
０をオフにすることによりバランス状態はＡ点よりＢ点
の特性に移動する。

かくして主回路電流は減少してトルクの大幅な変動を避
けることができるのである。この様に従来のカム式制御
器、チョッパ式制御器は主回路オフと共に何らかの形で
主回路電流を一度一定の童で減少させてから完全に断と
し、かくしてトルクのプホ陣な変動の発生をを回避して
いた。

しかしながら、主電動機として誘導電動機を用いた場合
、これを高周波パルス幅変調可変電圧、可変周波数ィバ
ー夕（以下ＶＶＶィンバータと呼ぶ）で制御する時でも
、主回路のオフ時のトルク変動を緩和する対策をとる必
要がある。

高周波パルス幅変調形ィンバータは基本的に第４図の構
成を持っている。

４１は断流器、４１、４２はフイルタリアクトル、４３
はフイルタコンデンサ、４４，４５，４６はインバータ
としてのＵ，Ｖ，Ｗの各相回路をあらわし、各相は主サ
ィリスタ４７，４８、補助サイリスタ４９，５０、転流
コンデンサ５１、転流リアクトル５２により構成されて
いる。

このィンバータにより高周波変動を行う時は、第５図に
ようにして変調信号を作成する。

すなわち搬送波Ｓ，、と変調波Ｓ２（第５図Ａ）とを組
合わせて変調信号Ｓ３をうる（第５図Ｂ）。そしてこの
変調信号Ｓ３を１〆 ずつずらしてインバータのＵ，Ｖ
，Ｗ相に与えるとィンバータ出力として第６図に示すよ
うな高周波変調波形ＰＷをうろことができる。一方、誘
導電動機制御として必要なＶ−Ｆ（ＶＶＶＦ）特性は第
７図に示すように可変電圧、可変周波数領域があり、続
いて定電圧、可変周波数領域ＣＶＶＦが必要である。

ＶＶＶＦ領域では第５図について上述したように搬送波
Ｓ，と変調波Ｓ２との関係をかえることによって電圧を
制御することができる。

例えば変調波Ｓ２の波高値を小さくすると出力電圧のパ
ルス幅は細くなる。従ってＶＶＶＶＦ領域で、主回路オ
フの指令が出た時は、搬送波Ｓ，と変調波Ｓ２との関係
を変えることによって、出力の電圧制御を行い、電圧を
絞り込んでから完全にオフにすることができる。この結
果、トルクの変動を緩和することができる。しかしなが
ら、ＣＶＶＦの領域ででは第６図に示す変調は行うこと
ができず各相は１８００の流通角で相互に１２００ずつ
ずれた形で運転される。

すなわち第５図搬送波Ｓ，及び変調波Ｓ２は制御に無関
係となっており、あたかも搬送波が０となったのと同様
の状態となる。従ってこの状態で主回路をオフにすると
トルクが瞬時０となり、乗客への衝撃は大となるが、チ
ョッパのような界磁を変化させることもできず、カム式
のように抵抗を挿入することもできない。けだし抵抗を
挿入するとィンバータの転流能力を減少させることにな
り好ましくないからである。以上の諸点を考察して本発
明においては、誘導電動機において存在するかかる不都
合を解消しようとするもので、ＶＶＶＦィンバータによ
って誘導電動機を制御するにあたり、通流角制御不能領
域で主回路オフと共にトルクの減少等を少なくして、衝
撃を和らげ得る電気車制御装置を提供するものである。

以下図面について本発明の一例を詳述しよう。

譲導電動機においては第８図に示す如く、すべりが０、
すなわち回転界磁と主電動機の回転数が０となるとトル
クは０になる。本発明はこの特性を用いたもので、第９
図に示す如く主回路オフと同時に次のシーケンスを構成
する。第９図において６１は起動停止の指令を受けてオ
ン、オフするりし−（以下ＳＴＳＷと呼ぶ）、６２はす
べりパタン出力ＶＰを発生するすべりのパタン回路、６
３はＳＴＳＷの接点、６４はすべりパタン出力の変動緩
和用コンデンサ、６５は演算増幅器６６を積分器として
動作させる積分コンデンサ、６７は積分器６６の出力を
周波数にかえてィンバータ主回路６８のサィリスタのゲ
ート信号を作るゲート制御回路、６９は誘導電動機、７
０は誘導電動機６９の回転数を読むタコジェネレータ、
７１はダイオード、７２は主接触器、７３はこの主接触
器７２を穣動作させるための緩動作コンデンサ、７４は
抵抗、７５，７６，７７は演算に必要な抵抗である。

第９図において今、起動指令が与えられると、ＳＴＳＷ
６ １がオンとなり、パタン６２の出力Ｖｐが生きて全
体の回路は、ＶＰ＋Ｒ，一＝Ｆｓ，Ｕ
”””【１’となるように制御される。

ただし、ＶＰはすべりのパタン、Ｒ，Ｎは誘導電動機の
回転数、Ｆｓ，Ｕはインバータ出力周波数である。この
状態でオフ指令が出されると、ＳＴＳＷ６１はオフとな
る。

この結果、すべりパタンＶＰはなくなるが、コンデンサ
６４によって電圧は急激に０とならず、一定の時定数を
もって減少していく。このため誘導電動機６９のトルク
は第８図にすべりトルク特性によってトルクは減少して
いくので、トルク変動の衝撃は生じない。一方、主接触
器７２は、緩動作用コンデンサ７３が抵抗７４を通じて
ゆっくり放電されるのでオフ動作をするのが遅れ、例え
ば誘導電動機６９のトルクが０となって頃にオフ動作す
ることになる。

かくして主回路は誘導電動機６９のトルクが０となった
頃やっと断となる。このように本発明に依れば、誘導電
動機を主電動機として用いいた場合でも、変調を行わな
い領域で主回路ごオフしても、トルクの大幅な変動を生
じないで済み、従って乗心地を損うことなく電気車の緩
減速制御を行わせ得る。

なお上述において本発明を高周波変調ＶＶＶＦィンバー
タに適用した場合として説明したが、チョッパィンバー
タなど、要はすべりにより誘導電動機を制御するシステ
ムに適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はカム式電気車の制御装置を示す接続図、第２図
はチョッパ式電気車の制御装置を示す接続図、第３図は
この動作説明に供する信号波形図、第４図は本発明を適
用し得る高周波パルス幅変調形ィンバータ式電気車の制
御装置を示す接続図、第５図なおし第７図はその動作の
説明に供する信号波形図及び曲線図、第８図は譲導電動
機のすべり特性を示す曲線図、第９図は本発明に依る電
気車制御装置の一例を示す略線的接続図である。 １，２，２１，２２，４１：断流器、３，２３：抵抗器
、４：過電継電器、５：主抵抗器、６，７，２６，２７
：主電動機回転子、８，９，２８，２９：主電動機界磁
、１０，３５：弱め界磁制御用抵抗器、１１〜１４：カ
ムスィッチ、１５，３０：弱め界磁用抵抗接続用スイッ
チ、２４，４２：フイルタリアクトル、２５，４３：フ
イルタコンデンサ、３１：ＭＳＬ、３２：チヨツパ、３
３：チョツパ短絡用スイッチ、３４：フライホイールダ
イオード、４４〜４６：インバータ回路、４７，４８：
主サイリスタ、４９，５０：補助サィリスタ、５１：転
流コンデンサ、５２：転流リアクトル、６１：ＳＴＳＷ
、６２：すべりのパタン回路、６３：ＳＴＳＷの接点、
６４：パタン変動緩和用コンデンサ、６５：積分コンデ
ンサ、６６：演算増幅器、６７：ゲート制御回路、６８
：ィンバータ主回路、６９：誘導電動機、７０：タコジ
ェネレータ、７２：主接触器、７３：主接触器緩動作用
コンデンサ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気車を駆動する誘導電動機を可変電圧可変周波数
   インバータによつて制御する電気車制御装置において、
   上記可変電圧可変周波数インバータの制御回路は、電気
   車主幹制御器からの停止指令によつて上記誘導電動機に
   対するすべりパタン出力を０にまで漸減させるパタン回
   路と、当該停止指令によつて緩動作して主接触器の開極
   を遅らせる緩動作回路とを有することを特徴とする電気
   車制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の電気車制御装置にお
   いて、上記パタン回路及び緩動作回路は出力信号の変化
   を緩和させるためにコンデンサの充放電回路を具えるこ
   とを特徴とする電気車制御装置。