JPS6066602A - 交流電気車の発電ブレ−キ制御装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は交流電力を入力とし誘導電動機または直流電動
機を駆動する方式の電気車における発電ブレーキ制御装
置に関するものである。

し発明の技術的背景とその問題点］ 従来から、交流を入力とする電気車両においては、サイ
リスタにより交流を直流に変換し、直流電動機の入力電
圧をサイリスタ位相制御で連続的に制御１するものが一
般的であるが、入力電力の力率が悪い事や高調波電流が
増加する事から、最近では更に新しい方式も提案されて
いる。その一つは、交流直流変換器をパルス幅制御して
入力電流波形を入力電圧と同相の正弦波にしようとする
もので、直流電圧は一定電圧に保たれる。そして直流側
負荷としては、チョッパ装置と直流電動機を組合せた方
式、あるいはインバータと誘導電動機を組合せた方式が
考えられる。

第１図は、この種の方式の交流電気車の主回路構成の一
例を示したものである。図において、集電器ＰＡＮによ
り集電された交流電力は、主変圧器Ｔ１で降圧した後パ
ルス幅制御コンバータに入力される。このパルス幅制御
コンバータは、ゲートターンオフサイリスタ（以下、Ｇ
ＴＯと称する）ＴＨ１〜ＴＨ４およびダイオードＤ１〜
Ｄ４を逆並列接続した回路を４回路組合せて単相ブリッ
ジ回路を構成している。そして、このパルス幅制御コン
バータは交流入力１ｉ１１１．電流を検出して制御する
事により、第２図に示す様に入力電流波形を入力電圧と
同相で略正弦波の形に制御する事が出来る。また、上記
ブリッジ回路の直流側には電圧平滑用のコンデンサＣＯ
が接続され、電動機側はＧＴＯとダイオードで構成され
るインバータＩＮ■を介して誘導電動１１１Ｍを駆動す
る方式としている。

さて、かかる回路構成において電力回生ブレーキを考え
た場合、エネルギーは誘導電動機ＩＭｌｌ［ｌＩからイ
ンバータＩＮＶ、直流コンデンサ００部、パルス幅制御
コンバータを介して交流側へ返還される事になる。イン
バータＩＮＶおよび誘導電動１１１　Ｍが電力回生ブレ
ーキ運転を行なうと、電流はインバータＩＮＶ側からコ
ンバータ側へ流れるため、直流回路のコンデンサＧＯの
電位は上昇しようとするが、これを検出器により検出し
てパルス幅制御コンバータを逆変換器として動作させれ
ば、エネルギーは直流側からき電系統へと返還される。

第３図は、逆変換器として動作した場合の交流電圧、Ｎ
流を表わしたものである。カ行時と同様に交流電圧、交
流電流を検出して、この場合には交流電流を交流電圧と
全く逆相すなわら１８０゜位相が異なる様に制御する。

カ行時、ブレーキ時にかかわらず、直流電圧は一定に保
たれるため、電気車の速度制御としては直流回路の負荷
側に接続されたインバータＩＮＶの周波数および電圧を
制御することにより、Ｉｌｌ電動機ＩＭの回転数制御を
行なう。従ってこの意味では、インバータＩＮＶとｙｈ
ｌ！電動１１１Ｍの部分は、チョッパ装置と直流電動機
としても構成することが出来る。

ところで、電力回生ブレーキを考えてみると、電源側の
系統と常に接続されていれば問題は無いが、交流電気車
の場合は必ずき電系統の区分があり、無加圧区間を通過
したりあるいは短時間の停電期間があってブレーキが効
かなくなる事がある。

このため、従来単にサイリスクブリッジのみで変換器を
構成して電力回生ブレーキを行なっている電気車両では
、仮にこの様な区間を回生ブレーキで通過すると、サイ
リスタブリッジの転流を電源゛電圧で行なっているため
に転流が不可能となり、直流回路が短絡されて過電流状
態となると同時にブレーキが失効してしまう。

［発明の目的］ 本発明は上記のような１１１題を解決するために成され
たもので、その目的はき電線の無加圧区間あるいはき電
系統切換の瞬時電力中断のある区間においてもブレーキ
力が失効する事無く安定した電気ブレーキを継続させる
ことが可能な交流電気車の発電ブレーキ制御装置を提供
することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、前述したパルス
幅制御コンバータの出力側である直流回路部分に電圧検
出器を設け、電力回生ブレーキ中に電源電圧が無くなり
同時に直流電圧が上昇した事を検出して上記直流回路に
抵抗器を接続して電動機からのエネルギーを消費させ、
また電源電圧の無くなる期間が非常に短時間である場合
には、電源電圧再印加後に再度電力回生ブレーキを動作
させてブレーキを継続させるようにしたことを特徴とす
る。

［発明の実施例］ 以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第４図は、本発明による発電ブレーキ制御装置を備えた
交流電気車の主回路構成例を示すもので、第１図と同一
部分には同一符号を付して示す。図において、ＰＡＮは
図示しないき電線より交流電力を集電する集電器、■１
は電圧降下用の主変圧器である。入力側のパルス幅制御
コンバータは、ＧＴＯ，Ｔｌ−１１〜ＴＨ４とダイオー
ド０１〜Ｄ４を逆並列に接続した回路を単位として、こ
れを４回路組合せて単相ブリッジ回路を構成している。

一方、この単相ブリッジ回路の正側用ツノ端と負側出力
端との間には開閉器Ｓ１を介して抵抗器Ｒ１を接続し、
かつこれと並列にコンデンサＣＯを接続しさらに直流側
負荷としてＧＴＯとダイオードで構成されるインバータ
ＩＮＶ、およびこれに接続された誘導電動Ｉｌｌ　Ｉ　
Ｍを接続している。

一方、１．２は上記主変圧器Ｔ１の２次側出力である交
流入力電圧、交流入力電流を夫々検出する各検出器、３
は単相ブリッジ回路の直流電圧を検出する検出器であり
、その検出信号を夫々パルス幅制御回路４および発電抵
抗制御回路５へ入力している。パルス幅制御回路４は、
上記直流電圧が一定の基準値となるように、交流入力電
圧に同期して交流入力電流を制御するものである。また
発電抵抗制御回路５は、上記交流入力電圧、電流が略零
でかつ直流電圧が基準値より高いときに、上記開閉器Ｓ
１へ投入信号を与えるものである。

次に、かかる第４図の回路構成において電力回生ブレー
キ動作を行なっているとすると、パルス幅制御回路４に
より交流入力電圧と交流入力電流の関係は第３図に示す
関係で動作している。この時にいま電源電圧が消滅した
とすると、交流入力電圧検出器１によってこれが検出さ
れてパルス幅制Ｗ回路４が動作しなくなるため、直流回
路のコンデンサＣＯに誘導電動機１Ｍ側から電荷が流入
して直流電圧が上昇する。これを直流電圧検出器３によ
り検出して、発電抵抗制御回路５を動作させて開閉器Ｓ
１を閉とすると、抵抗器Ｒ１が直流回路に接続されるこ
とにより、誘導電動機１Ｍ側からのエネルギーは抵抗器
Ｒ１にて消費されブレーキ力は継続される。通常のき電
調の無電圧期間は、無加圧区間通過の場合でもまたき電
切換区間通過の場合でもいずれにしろ短時間であるため
、再ｒ！１ｍ源電圧が印加された時は再び電力回生ブレ
ーキ回路を動作させ、発電抵抗制御回路５により開閉器
Ｓ１をＷ＠故して電力回生ブレーキを継続する事が出来
る。

この様に、短期間のみの電力中断に対応するのみであれ
ば、抵抗器Ｒ１の熱容量は小さいもので良い事になる。

長時間の電力の）肖滅は主に変電所の停電の時であり、
またこの様な櫟会はまれであるので、この場合にはやは
り交流入力電圧検出器１により長時間の電力消滅である
事を検出して、再度開閉器Ｓ１を問として機械的なブレ
ーキで対応すれば良い。

上述の如く本実施例によれば、き電線の短時間の電力中
断に対して電力回生ブレーキを中断する事無く、電気ブ
レーキを継続する事ができる上、電力復帰後も、再度電
力回生ブレーキを使用して１率のよいブレーキ動作を行
なう事ができ、極め一般的である。また、短時間の電力
中断のみを象としているため、小型の発電ブレーキ抵抗
器装備すれば良く経済的である。

ｔなわち、直流回路部分にコンデンサＣＯがあめ非常に
短時間であれば、電力かき電調へ帰ない間は直流回路部
分のコンデンサＣＯの電昇となり、この電圧上昇がｇｑ
容出来る範囲の間に発電ブレーキ等に切換えられるため
、ブレーキ力を失効りる事無く、無加圧区間でもブレー
キを継続することが出来る。

次に、第５図は本発明による交流電気車の発電ブレーキ
制御装置の他の実施例を示すもので、第４図の回路と異
なる点は直流回路の開閉器Ｓ１と直列に抵抗器Ｒ２を設
けるが、その一端を正側出力端に、まｌご他端をＧＴＯ
ＴＨ２とＴ１（４の接続点に接続している。また、発電
抵抗制御回路５は第４図と同様に交流入力電圧、交流入
力電流および直流電圧を夫々人力信号としているが、開
閉器Ｓ１のオン、オフのＩＩＩａｌｌを行なうのみで無
く、ＧＴ　ＯＴ　Ｈ４のオン、オフ制御（チョッパ制御
）を（ｊなって抵抗器Ｒ２に流れる電流を直流電圧に応
じて制御するようにしている。尚、パルス幅制御回路は
その図示を省略している。第６図は、ＧＴＯＴＨ４に与
えるチョッパ制御信号のン、オフ期間の状況を表わした
もので、オン期間が長ければ抵抗器Ｒ２へ流れる電流は
大となり、逆にオフ期間が長ければ抵抗器Ｒ２へ流れる
電流は減少する。

本実施例によれば、電力回生ブレーキ中に交流人力側り
交流入力Ｉｉ流および直流電圧を検出して電力中断を検
出する事は変らないが、開閉器Ｓ１を閉とした後直流電
圧の大きさに応じてチョッパ制御信号を与えてＧＴＯＴ
Ｈ４をチョッパ制御する事により、この間のブレーキ力
を連続的に制御する事が出来る。また、入力電圧が復帰
した後の電力回生ブレーキへの復帰等についても、第４
図に示す回路と同様である。従って本実施例によれば、
電力回生ブレーキ時の電力中断時においてもブレーキ力
を連続的に制御して、よりスムーズな電気ブレーキを確
保することが出来る。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明の交流電気車の発電ブレーキ制
御装置によれば、電力回生ブレーキ中の電源中断に対し
て電気ブレーキを中断する事無くスムーズに発電ブレー
キに移行する事が出来、また電圧の再印加に対してもす
みやかに電力回生ブレーキへ再復帰する事ができる。さ
らに、一般に電力中断期間は短期間であるため、付加す
る抵抗器は熱容量の小さいもので良く経済的である。さ
らにまた、直流回路の抵抗器電流を入力側パルス幅コン
バータのＧＴＯを利用してチョッパ制御することにより
、機構的な増加無しに電力中断時のブレーキ力をよりス
ムーズに連続制御することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交！％ＥＩ気車の主回路を示す構成図、
第２−は第１図におけるカ行時の入力電圧電流を説明す
るための図、第３図は第１図における回生ブレーキ時の
入力電圧電流を説明するための図、第４図は本発明の一
実施例を示す回路構成図、第５図および第６図は本発明
の他の実施例を示す回路構成図および波形図である。 ＰＡＮ・・・集電器、Ｔ１・・・で【圧器、Ｄ１〜Ｄ４
・・・ダイオード、ＴＨ１〜ＴＨ４・・・ＧＴＯ，ＧＯ
・・・コンデンサ、Ｓｌ・・・ａｍ器、Ｒ１・・・抵抗
器、Ｒ２・・・抵抗器、ＩＮＶ・・・インバータ、ＩＭ
・・・誘導電動機、１・・・交流入力電圧検出器、２・
・・交流入力電流量会…専　ワ０６．大惨彎α輪…尋　
Ａｏｏ、パ刺、７綿輔輔回路、５・・・発電抵抗制御回
路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ゲートターンオフサ−ｆリスクとダイオードを逆
   並列接続した回路を４回路組合せた単相ブリッジ回路か
   ら成り交流人力電力を直流に変換するパルス幅制御コン
   バータと、前記単相ブリッジ回路の正側と負側の各出力
   端間に接続された平滑用のコンデンサと、前記単相ブリ
   ッジ回路の出力端に接続され前記直流を交流電力に変換
   して誘導電動機へ供給するインバータとから主回路を構
   成して成る交流電気車において、前記交流入力電圧およ
   び交流入力電流を検出する交流入力電圧検出器および交
   流入力電流検出器と、前記単相ブリッジ回路の出力電圧
   である直流電圧を検出する直流電圧検出器と、前記単相
   ブリッジ回路の出力端間に開閉器を介して接続された抵
   抗器と、前記各検出器からの交流入力電圧めよび電流が
   略零で且つ直流電圧が基準値より＾い時に前記９１１ｍ
   器へ投入信号を与える手段とを具備して成ることを特徴
   とする交流電気車の発電ブレーキ制御装置。。 （２１ゲートターンオフサイリスタとダイオードを逆並
   列接続した回路を４回路組合せた単相ブリッジ回路から
   成り交流入力電力を直流に変換するパルス幅制御コンバ
   ータと、前記単相ブリッジ回路の正側と負側の各出力端
   間に接続された平滑用のコンデンサと、前記単相ブリッ
   ジ回路の出力端に接続され前記直流を交流電力に変換し
   て誘導電動機へ供給するインバータとから主回路を構成
   して成る交流電気車において、前記交流入力電圧および
   交流入力電流を検出する交流入力電圧検出器および交流
   入力電流検出器と、前記単相ブリッジ回路の出力電圧で
   ある直流電圧を検出する直流電圧検出器と、前記単相ブ
   リッジ回路の一方の出力端と前記２ｇのゲートターンオ
   フサイリスタの接続点との間に開閉器を介して接続され
   た抵抗器と。 前記各検出器からの交流入力電圧および電流が略零で且
   つ直流電圧が基準値より＾い時に前記開閉器へ投入信号
   を与えると共に前記抵抗器が接続されたゲートターンオ
   フサイリスタの一方へチョッパ制御信号を与える手段と
   を具備して成ることを特徴とする交流電気車の発電ブレ
   ーキ制御装置。