JPS6082093A - 直巻電動機の界磁制御回路 - 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】 この発明は交流を整流して得られる直流電力により駆動
される直流直巻電動機の界磁を弱める界磁制御回路に関
する。

〔従来技術とその問題点〕

直流直巻電動機は低速度で大きなトルクを出すことがで
きるところから，電気車を駆動するのに多用されている
が、近項は新幹線のように架線から供給される交流電力
を車輛に塔載している機器により直流電力に変換して電
動機に与えるようになされたいわゆる交流電気車が使用
されている。

この交流電気車を例にして従来からの問題点を以下に説
明する。

第１図は従来の交流電気車の主回路接続図であるが、こ
の第１図において、架線からの交流電力は１なるパンタ
グラフにより一１Ｓ　屯され、変圧器２と車輪３を経て
レールに流れるようになっている。

変圧器２により変圧された交流心力は４なる半導体変換
器としてのダイオード整流器により直流電力に変換され
たのち、直流リアクトル５を介して電動機屯機子６と、
この電機子６に直列接続されている電動機界磁巻Ｗａ．
７に流れる。この電機子６と界磁巻線７とが直列接続さ
れて直巻電動機を形成している。なお界磁巻線７には分
路抵抗８が並列接続されている。実際の電気車にあって
は１組のパンタグラフと変圧器に対して複数の直巻電動
機が接続され、また変圧器２はタップ変更器を備え、さ
らにダイオード整流器４の代りにサイリスタの純ブリッ
ジまたは混合ブリッジでなる整流器を備えて直巻電動機
印加電圧を調整できるようなされているが、図が複雑に
なるのを避けるために省略している。

ダイオード整流器４が出力する直流電圧は交流を整流し
ているため脈動電圧である。そこで電機子６に流れる電
流の脈動を抑制するために、このダイオード整流器４と
直巻電動機との間に直流リアクトル５を設けている。こ
の直流リアクトル５により脈動率を低減された脈動電流
が直巻電動機の電機子６と界磁巻線７を流れるのである
が、脈動電流が界磁巻線７に流れるのは電動機の整流に
悪影響があるので、尚該界磁巻線７に並列に分路抵抗８
を接続して、この分路抵抗８に上記脈動電流中の脈動分
を分流させ、界磁巻＋！！７に流れる電流を平滑なもの
にしている。このとき分路抵抗８に流れる脈動電ｒｊｌ
Ｕは約１０チまたはそれ以下の直流分を含んでいる。す
なわち第１図において電機子６に流れる電機子゛電流Ｉ
ｍは、界磁巻線７を流れる平滑な界磁電流１ｆと、分路
抵抗８を流れる僅かな直流分を含む脈動した分路電流Ｉ
ｒとに分かれる。

第２図は第１図に示す主回路接続における各部の動作波
形図であって、第２図（イ）は電動機′電機子６を流れ
る電機子電流Ｉｎであって、脈流分を含む直流電流であ
ることを示している。第２図（ロ）は界磁巻線７を流れ
る界磁電流１ｆであって、分路抵抗８により脈動分が取
除かれた平滑な直流電流である。第２図（ハ）は分路抵
抗８に流れる分路電流Ｉｒであって、直流分を含み正負
に変化する脈動電流である。この第２図（ロ）に示す界
磁電流Ｉｆと第２図（ハ）に示す分路電流Ｉｒの和が第
２図（イ）に示す電機子電流Ｉｎである。第２図（ニ）
は分路抵抗８の両端にあられれる分路電圧Ｖｒであり、
分路電流ｉｒと同様に直流分を含み正負に変化する脈動
電圧である。

直流電動機の界磁を弱めれば回転速度が高くなるのは周
知であり、交流電気車においても、直巻電動機を弱め界
磁にして高速走行できるようにしている。

第３図は従来の交流電気車の弱め界磁接続図であって％
　２段の弱め界磁ができるものである。この第３図にお
いて、架線からの交流電力はパンタグラフ１で集電され
変圧器２と車輪３を経てレールに流れる。変圧器２によ
り変圧され、ダイオード整流器４により整流された直流
電力は血流リアクトル５を経て電動機電機子６に流れ、
さらに直列接続されている電動機界磁巻線７ならびにこ
の界磁巻線７に並列接続されている分路抵抗８に流れる
。ここで直流リアクトル５と分路抵抗８の役割りは、第
１図で説明したとおりである。

第３図に示す弱め界磁の従来例では、界磁巻線７と分路
抵抗８との並列接続回路にさらに接触器と弱め界磁抵抗
との直列接続回路を２胆並列接続している。通常は接触
器１１と１３はともに開状態で運転しているが、界磁を
弱めたいときすなわち高速走行したいとき、接触器１１
を閉にすると界磁巻線７には分路抵抗８と、更に弱め界
磁抵抗１２とが並列に接続されるために、界磁巻線７に
流れるべき電流のうちの１部がこの弱め界磁抵抗１２に
分流してしまうために、この直巻電動機は界磁弱めの状
態になり速度が増大する。さらに接触器１３も閉にすれ
ば界磁電流の１部は弱め界磁抵抗１４にも分流して界磁
は更に弱まって増速する。

第４図は速度・トルク特性図であって、横軸は直巻電動
機の回転速度をあられし、縦軸は電動機のトルクをあら
れしている。この第４図において曲線ＡＩは界磁弱めを
しないときすなわち第３図における接触器１１と１３が
ともに開状態のときの直巻電動機の速度・トルク特性曲
線であり、曲線Ａ２は第１段弱め界磁状態すなわち接触
器１１が閉で接触器１３が開のとき、また曲線Ａ３は第
２段弱め界磁状態すなわち接触器１１と１３がともに閉
のときの当該直巻電動機の速度・トルク特性曲線である
。また曲線Ｂは負荷の速度・トルク特性曲線であって当
該電気車の走行抵抗に相当する。それ故石巻電動機が界
磁を弱めていないときは、この電動機は曲線ＡＩと曲１
ＩＳＢの交点でバランスしているから、そのときの回転
速度はＮ１であるが、第１段弱め界磁状態をこすれば、
バランスする点は曲線Ａ２と曲線Ｂの交点に移動するか
ら、そのときの回転速度はＮ２に上昇する。さらに第２
段弱め界磁状態のときは曲線Ａ３と曲線Ｂの交点での速
度Ｎ３に上昇する。

すなわち第３図に示す従来の弱め界磁回路により第４図
に示すように回転速度を上昇させることができるが、弱
め界磁の段数を増やそうとすると、その段数と同数の接
触器と弱め界磁抵抗が入用であるから、回路が複雑にな
り装置が大形になるので、取付はスペースに限度がある
電気車ζことっては大きな欠点となる。また接触器を使
用するので保守点検の手間が必要であり、さらに界磁弱
めを連続的に制御できないなど、種々の欠点がある。

〔発明の目的〕

この発明は、交流を整流して得られる直流電力により駆
動される直流直巻電動機の界磁を小形で保守点検が不要
な数置で連続的に弱めることができる直巻電動機の界磁
制御回路を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、交流を整流して得られる直流電力により駆
動される直流直巻電動機の界磁巻線に並列に分路抵抗を
接続すると、当該電動機の電機子を流れる脈動電流のう
ちの脈動分は、はとんど分路抵抗を流れ、しかもこの分
路抵抗を流れる電流は交流電源の周波数よりも高い周波
数で（たとえば単相全波整流の場合は電源の２倍の周波
数）正負に脈動することに着目したものであって、両方
向に通電制御ができる半導体スイッチを前記の分路抵抗
に並列に接続し、この半導体スイッチを制御することに
より電機子電流の一部または全部をこの半導体スイッチ
に分流させ、当該直流直巻電動機の界磁弱め制御をなそ
うとするものである。

〔発明の実施例〕

第５図は本発明の実施例を示す主回路接続図であり、こ
の第５図により本発明の内容を詳述する。

この第５図は前述せる従来例と同様に交流電気車の場合
であり、当該直流直巻電動機に印加される直流電圧を制
御する手段（たとえば変圧器のタップ変更装置や整流器
をサイリスタで構成することなど）や、１７Ｇの電動機
を直列・並列に接続することなどは、図示を簡略にする
ために省略しているのも従来例と同様である。

第５図において、架線から給電される交流電力は、パン
タグラフ１から集電され、変圧器２と車輪３を経てレー
ルに流れる。変圧器２により変圧された交流電力はダイ
オード整流器４により整流され、直流リアクトル５を経
て電動機電機子６と、これに直列接続されている雷１動
機界磁巻線７を流れる。この界磁巻線７には並列に分路
抵抗８が接続されていて、脈動直流電流の脈動分をこの
分路抵抗８に分流させるのは既に説明済みの従来例と同
じである。

本発明の実施例においては、たがいに逆並列接続されて
いる並列サイリスタ２１と２２が上述の分路抵抗８に並
列に接続される。この並列サイリスタ２１と２２のいず
れか一方あるいは双方を点弧制御することにより、当該
直流直巻電動機の界？１μ弱め制御が達成される。

第６図は第５図に示す実施例の動作波形図である。第６
図（ホ）は上述の並列サイリスタ２１と２２がともに非
導通の場合の界磁巻線７の電圧波形であって、これは分
路抵抗８の両端電圧と等しい。

すなわちこの第６図（ホ）に示される電圧Ｖｒは第２図
（ニ）に示される電圧Ｖｒと同じである。この分路電圧
Ｖｒの波形の正の部分と負の部分の差が界磁型。

圧の平均値Ｖｆである。界磁巻線７には、この平均界磁
電圧Ｖｆを界磁巻線７の抵抗で除した界磁電流Ｉｆが流
れる。

第６図（へ）は並列サイリスク２１と２２を点弧制御し
た場合の電圧波形■ｒ１を丞しており、並列サイリスタ
２１はその順方向電圧のときのαｌなる期間だけ導通さ
せ、他方の並列サイリスタ２２もその順方向電圧のとき
に期間α２だけ導通させたときのものであって、第６図
（ト）は上述の点弧制御をするとき並列サイリスタ２１
を流れる電流■１の波形であり、第６図（チ）は同じく
並列サイリスタ２２を流れる電流Ｉ２の波形であって、
それぞれの並列サイリスタ２１と２２が導通している期
間には、当該並列サイリスタ２１と２２にはそれぞれ電
流１１と！２が分流する。

第６図（へ）に示すように電圧波形Ｖｒ＋の正部分と負
部分の差が平均界磁電圧Ｖｆ１であり、この平均界磁電
圧Ｖｆ１は並列サイリスタ２１の導通期間αｌと、同じ
く並列サイリスタ２２の導通期間α２を変えることによ
り変化できるので、界磁電流を所望の値に制御できる。

第７図は界磁電圧と界磁比率の相関図であって、横軸は
界磁電圧、縦軸は界磁比率すなわち電機子電流Ｉｎに対
する界磁電流Ｉｆの比率をあられしている。並列サイリ
スタ２１と２２が非導通のとき界磁電圧がＶｆであつ°
Ｃ界磁比率は最大値Ｗｍであるが、並列サイリスタ２１
と２２の点弧制御により界磁電圧が小さくなるにつれて
界磁比率も小となり、弱め界磁となることを示している
。

第８図は本発明の別の実施例を示す部分回路図であって
、直流直巻電動機とその界磁巻線に並列接続される回路
部分のみを示しており、その他の部分は第５図に示す実
施例と同一であるから図示を省略している。

第８図において、整流された直流電力は、直流リアクト
ル５を介して電動機電機子６と、これに直タリ接続され
ている電動機界磁巻線７を流れるのであるが、この界磁
巻線７には分路抵抗８が並列接続されている。さらにこ
の分路抵抗８には両方向に通電制御ができるトライアッ
ク２５が並列接続されているので、このトライアック２
５に電１機子電流を分流させて界磁比率を低下させ界磁
弱めを実現できる。

複数の直巻電動機を直列接続するときは、電機子同士を
直列接続し、界磁巷線同士も直列接続し。

これら直列接続されている電機子と界磁巻線とを直列に
接続するのが普通であるから％複数の直列接続界磁巻線
を１組の界磁巻線として扱えば、第５図あるいは第８図
に示す本発明の実施例はそのまま適用することができる
。

〔発明の効果〕

この発明は交流を整流して得られる直流直巻電動機の界
磁巻線に並列接続ぜる分路抵抗にさらに並列に両方向の
通電制御ができる半導体スイッチを接続し、この半導体
スイッチにより界磁電流を分流させるようにしているの
で界磁弱め装置を小形化無接点化され、保守点検の手間
が不要になるとともに、取付はスペースも縮小される。

また半導体スイッチにより界磁弱め制御を無段階にでき
る効果がある。さらに電気車の車輪が力行中に空転ある
いは制動中に滑走するような場合でも、轟該半導体スイ
ツヂを制御して電動機のトルクを減少させて、この空転
あるいは滑走を素早く消滅させることができるという効
果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流電気車の主回路接続図であり、第２
図は第１図に示す従来例の動作波形図を示す。第３図は
従来の交流電気車の弱め界磁接続図、第４図は第３図に
示す従来例の速度・トルクｌ持性図である。 第５図は本発明の実施例を示す主回路接続図であり、第
６図は第５図に示す実施例の動作波形図である。第７図
は界磁電圧と界磁比率の相関図であり、爪８図は本発明
の別の実施例を示す部分回路図である。 ｌ・・・パンタグラフ、２・・・変圧器、３・・・車輪
、４・・・ダイオード整流器、５・・・直流リアクトル
、６・・・電動機電機子、７・・・電動機界磁巻線、８
・・・分路抵抗、１１．１３・・・接触器、１２．１４
・・・弱め界磁抵抗、２１．２２・・・並列サイリスク
、２５・・・トラ第１図 第３図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直巻電動機の界磁巻線に分路抵抗を並列接続し、交流電
   源に接続せる半導体変換器で得られる直流電力を直流リ
   アクトルを介して前記直巻電動機に与えるようなされて
   いる直巻電動機駆動回路において、前記界磁巻線と分路
   抵抗との並列接続回路に並列に両方向に通電制御ができ
   る半導体スイッチを接続してなることを特徴とする直巻
   電動機の界磁制御回路。