JPS61180502A - 電気車制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電気車制御装置に関するものであり、特に１
回生負荷が少ないときあるいは皆無であるときに発電ブ
レーキ開開を行なうようにされる電気車制御装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

近年、電力用半導体技術の進歩につれて電気車に対する
制御技術も大幅に向上し、回生ブレーキを動作させるこ
とのできる電気車が着実に増加してぎている。この回生
ブレーキが動作されるときには、電気車の主電動機は発
電機として動作するようにされ、当該電気車が停止する
までの運動エネルギを電気エネルギに変換して架線側へ
帰還するようにされるものであるが、この回生ブレーキ
効果を安定的に生じさせるためには、前記架線に別異の
負荷車（回生負荷）が接続されていることが必要である
。

そこで、別異の負荷車が架線に接続されていないとぎに
は、回生ブレーキ動作をさせている電気車（回生車）か
らの回生電流が最小になるための所要の操作を施すか、
または、回生ブレーキ動作を中断して空気ブレーキ動作
だけに切換えねばならなかった。

しかしながら、最近は、別異の負荷車が架線に接続され
ていないときには、回生ブレーキの動作による回生電流
を回生車に設けた所定の抵抗に流すようにする発電ブレ
ーキ制御を施すようにされている。第５図には、このよ
うな制御を行なうための発電ブレーキ制御機能を備えた
回生ブレーキ主回路の概略構成図が、チョッパ制御車を
例にして示されている。この第５図において、（１）は
架線から集電するための集電子、（２）および（ｌｔＩ
）は主回路の開閉を行なうための断流器、（３）はフィ
ルタリアクトル、（りは発電ブレーキ制御部であって発
電用抵抗器（Ｓ）？よびこれに流れる電流を制御するだ
めの発電ブレーキ用チョッパ（ｌｈ）からなるもの、（
７）はフィルタコンデンサ、（ｇ）は前記フィルタコン
デンサ（７）の電圧を検知するための電圧検知器、（テ
）は架線側から主電動機側へ流れようとする電流を阻止
するための逆流阻止ダイオード、（１０）は電機子チョ
ッパ、（ｌｌ）は主電動機Ｍの電機子、（ｌコ）はその
界磁コイル、（１３）は主平滑リアクトルである。なお
、この第Ｓ図に示されている主回路の構成は、発電ブレ
ーキ制御部（りを除けば、チョッパ制御車のためのもっ
としてよく知られているものである。

上記された第Ｓ図の主回路において、電機子チョッパ（
ｌＯ）によって所定の回生ブレーキ動作がなされている
とぎ、回生電流は逆流阻止ダイオード（９）を通してフ
ィルタコンデンサ（７）で充電すれ、このフィルタコン
デンサ（り）からフィルタリアクトル（３）を通して架
線側に接続されている回生負荷へ流される。いま、前記
回生負荷が無（なったものとすると、回生電流の流れは
阻止され、そのためにフィルタコンデンサ（り）は過充
電され、その電圧は過大に上昇することになる。そして
、前記フィルタコンデンサ（７ンにおける電圧がある所
定値以上になったことが電圧検知器（ｔ）によって検昶
すれたとぎには、発電ブレーキ用チョッパ（６）を動作
させ、回生電流は発電抵抗器（５）を通してｆｆ、７″
Ｌるよ５にする。また、このような状態にあるとぎに回
生負荷が架線に接続されると、前記発電ブレーキ用チョ
ッパ（６）の動作は停止されて、発電ブレーキから回生
ブレーキへの切換えがなされ、回生ブレーキにおける省
エネルギ効果を充分に活用でざるようにされる。この間
において、電機子チョッパ（１０）は架線電圧の変化に
よる絞り込み等の制約を受けることなく、ある一定の電
気プレーヤ力を確保することができる。したがって、電
機子チョッパによる回生ブレーキ制御機能に対して上記
の発電ブレーキ制御機能を付加することにより、回生負
荷の存否に拘らず、常に女定した電気ブレーキ制御動作
をさせることができる。

しかしながら、上記された発電ブレーキ制御には次のよ
うな問題がある。すなわち、第３図の主抗器（５））で
あるために、前記発電ブレーキ用チョッパ（６）がオン
したときの電流の立上りが速く、フィルタコンデンサ（
７）に充電された電荷は前記発電ブレーキ用チョッパ（
６）の起動と同時に急激に放電してしまう。一方、回生
ブレーキ制御を行なう′ｗＬ機子チョッパ（ｌＯ）につ
いては、フィルタコンデンサ電圧に比べて主電動機電圧
が常に低くなるように制御されていることから、フィル
タコンデンサ電圧が急激に低下しても、主電動機電圧を
瞬時に低下させることは不可能である。すなわち、発電
ブレーキ用チョッパのゲート起動は、電機子チョッパに
よる回生ブノーキ制御を行なうときの外乱の一要因とな
り、このために制御系が瞬時的に不安定になりやすいも
のである。

第６図は、発電ブレーキ用チョッパに対する従来からの
ゲート制御部（２０Ａ）の構成を示すブロック図である
。この第６図に８いて、（Ｊ／）はフィルタコンデンサ
電圧検知器、（２，Ｚ）はゲートスタート指令回路、（
コ３）は通流率演算回路、（２つはオンパルス／オフパ
ルス発生回路、（λｊ）＆！クロックパルス発生器、（
２６）は単発パルス発生回路である。このような、第６
図に示されている従来からのゲート制御部（Ｊ（７Ａ）
において、フィルタコンデンサ電圧が過大になったＣと
がフィルタコンデンサ電圧検知器（コｉ）によって検知
されると、その旨の信号が出力され、こｎはゲートスタ
ート指令回路（２２ンに送られる。このゲートスタート
指令回路（λλ）は、フィルタコンデンサ電圧がある一
定値以上である限りは発電ブレーキ用チョッパに対して
動作指令を与えるものである。一方、通流率演算回路（
２Ｊ）においては発電ブＶ　−Φ用チョッパの通流率が
演算され、その結果としての通流率信号がオンパルス／
オフパルス発生回路（コｌＩ）に供給される。そして、
このオンパルス／オフパルス発生回路（２１Ｉ）は、ゲ
ートスター　ト指令回路（２コ）かものゲートスタート
指令信−０２・５よび前記通流率信号に基づいて、発電
ブレーキ用チョッパに対するオンパルスおよびオフパル
スな発生させる。また、単発パルス発生回路（コル）は
、ゲートスタート指令回路（コ２）からのゲートスター
ト指令信号の発生と同時に所定の単発パルスを発生する
ものであり、この単発パルスは、ｒ／／：シス／オフパ
ルス発生回路（コタ）からのオンパルスとＯＲがとられ
て、発電ブレーキ用チョッパに対するオンパルスとして
使用される。

ところで、この発電ブレーキ用チョッパは、フィルタコ
ンデンサ電圧が過大になったことを検知することによっ
て動作するものであるが、この電圧がある所定の設定値
まで上昇したとぎには保護のために主回路を開放するよ
うにされていることから、前記フィルタコンデンサ電圧
がこの設定値まで上昇することはさけねばならない。

しかしながら、回生ブレーキ動作がなされているときに
回生負荷の急激なしゃ断が行なわれると、フィルタコン
デンサ電圧が急激に上昇して過大電圧状態となるために
、発電ブレーキ用チョッパはこれに対して迅速に応答し
、この電圧上昇を吸収することが必要である。このため
に、第６図に示されているように、ゲートスタート指令
回路（２ユ）からのゲートスタート指令信号の発生と同
時に単発パルス発生回路（コＡ）において単発のオンパ
ルスを発生させ、これによって発電ブレーキ用チョツハ
ヲ起動するようにされている。

第７図は、ｔｇ６図に示されている従来からのゲート制
御部の動作を説明するためのタイムチャート図である。

この第７図において、■はフィルタコンデンサ電圧検知
器（コｌ）からの出力、＠はゲートスタート指令回路（
コ２）からの発電ブレーキ用チョッパに対するゲートス
タート指令出力、■はゲートスタート指令出力の発生に
伴なって発生する単発パルス、■はクロックパルス発生
器（コよ）からのクロックパルスであって、発電ブレー
キ用チョッパに対して発生されるオンパルス／オフパル
スのための同期信号にされるもの、■はクロックパルス
で同期がとられたあとのオンパルス／オフパルス発生回
路（２弘）からの出力、■は発電ブレーキ用チョッパに
対するゲート信号にされる最終的なオンパルス、■は発
電ブレーキ用チョッパに対するゲート信号にされる最終
的なオフパルス、■はゲートスタート指令が出力されて
いる間の発電ブレーキ用チョッパのオン期間である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第６図および第７図に示されている発電ブレーキ用チョ
ッパの従来からのゲート制御部の前記された動作のし方
においては、主回路のフィルタコンデンサに対する保護
動作を要する所定の設定値以上の過大電圧状態になるこ
とを防止するために、発電ブレーキ用チョッパに対する
ゲートスタート指令出力の発生と同時に所定の単発パル
スを発生させ、これによって発電ブレーキ用チョッパを
オンにして前記過大電圧を吸収するよ５にされているが
、前記第７図における■のオン期間で示されているよう
に、非同期のオンパルスが出力■されたあと、クロック
パルスで同期化されたオンパルスｇよびオフパルスが出
力■、■され、発電ブレーキ用チョッパが１回目のター
ンオフを行うまでは、タイミングの如何によっては１周
期以上にわたってオン状態になりうろことがあるために
、前述されたよ５にフィルタコンデンサ電圧が低くなり
丁ぎてしまい、電機子チョッパによる回生ブレーキ制御
に対して悪影響をおよぼすことになる。

こ〜で上記されたところを要約すると、従来からのゲー
ト制御部九ついて、発電ブレーキ用チョッパは、過大電
圧を吸収するために、その検知と同時に動作するような
即応性が必要とされること、および、前記発電ブレーキ
用チョッパのオン期間が長いとぎには、フィルタコンデ
ンサ電圧が低（なりすぎて、電機子チョッパに対する制
御系の外乱の要因になりうろことという問題点があった
。

この発明は、上記の問題点を解決すφためになされたも
のであって、単発パルス発生回路のような特別な手段を
用いることなしに、フィルタコンデンサ電圧の異常低下
を確実に防止することのできるゲート制御部を備えた電
気車制御装置を提供することをその目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る電気車制御装置は、回生ブレーキ機能お
よび発電ブレーキ機能を有し、回生ブレーキ動作時の回
生電流で充電されるフィルタコンデンサおよびこれと並
列にされた発電用抵抗器と発電ブレーキ用チョッパとの
直列回路からなる発電ブレーキ部を含み、さらに前記発
電ブレーキ用チョッパに対するゲート制御部が設けられ
ており、前記ゲート制御部は、フィルタコンデンサ電圧
検知部と、前記発電ブレーキ用チョッパに対するゲート
スタート指令回路と、同期パルス発生回路と、通流率演
算回路と、前記発電ブレーキ用チョッパに対するオンパ
ルス／オフパルス発生回路とからなるものである。

〔作用〕

この発明の電気車制御装置によれば、回生電流による光
電電圧がある所定値？こえたことがフィルタコンデンサ
電圧検知部によって検知されると、これに応じて発電ブ
レーキ用チョッパに対するゲートスタート指令がゲート
スタート指令回路から出力され、これとほぼ同時に出力
されるオンパルス／オフパルス発生回路からのオンパル
スおよびオフパルスに依って定まるオン期間だけ前記発
電ブレーキ用チョッパがオンにされる。

〔発明の実施例〕

第１図は、この発明による発電ブレーキ用チョッパに対
するゲート制御部（−〇）の構成を示すブロック図であ
る。この第１図において、符号（２１）ないしくコ弘）
が付されているものは第６図にＳけ乞 るものと同一または相当部分ν示すものである。

また、クロックパルス発生器（コ１／）は、第６図にお
ける同等のもの（コ！りに比べて出力周波数が高くされ
ている。そして、（コク）は同期パルス発生回路であっ
て、これは、ゲートスタート指令回路（ココ）からのゲ
ートスタート指令出力に同期したパルスを発生させるた
めのものであり、この次段に設けられたオンパルス／オ
フパルス発生回路（コ４Ｉ）に対して同期パルスを送り
、ゲートスタート指令出力の発生とほぼ同時に、同期化
されたオンパルスおよびオフパルスを発生させるように
動作するものである。

第２図は、第１図におけるこの発明の実施例の動作を説
明するためのタイムチャート図である。

この第一図において、　＜ｉ＞はフィルタコンデンサ電
圧検知器（２１）からの出力、＠はゲートスタート指令
回路（コ２）からの発電ブレーキ用チョッパに対するゲ
ートスタート指令出力、＠はゲートスタート指令出力の
発生とほぼ同期して、クロックパルス発生器（λりから
のクロックパルスにしたがって発生される同期パルス、
■は発電ブレーキ用チョッパに対するゲート信号にされ
るオンパルスおよびオフパルス、■はゲートスタート指
令が出力されている間の発電ブレーキ用デョツパのオン
期間である。

第１図および第一図に示されているこの発明の実施例に
よると、ゲートスタート指令が出力■されるとほぼ同時
に、所定の同期パルスが出力■され、オンパルス／オフ
パルス発生回路（ａヶ）からは同期化されたオンパルス
およびオフパルスｌ）’ｓ　発生されるために、通流率
演算回路（コＪ）によって算出された所定の通流率にし
たがった制御が即座に実行される。すなわち、このよう
にすることにより、フィルタコンデンサ電圧の上昇を吸
収するための前記従来例における単発パルス（非同期オ
ンパルス）による機能を有することができると共Ｋ、タ
イミングの乱れ等が抑制されるためだ発電ブレーキ用チ
ョッパのオン期間が長くなることはなくなり、このため
に、フィルタコンデンサ電圧が低下しすぎることを防止
することもできる。このことは、第１図のゲート制御部
において同期パルス発生回路（コク）を設けることＫよ
って実現されるものである。

また、第一図における■のオン期間において、第１周期
のオン期間Ｔ、がある一定の値忙固定されるようにすれ
ば、発電ブレーキ用チョッパのゲートスタート時におけ
るフィルタコンデンサ電圧からある所定値だけ下げられ
るよ５に設定することができ、フィルタコンデンサの極
端な電圧低下を防止することが可能になる。そして、通
流率演算回路（コＪ）の過渡的な変動のため、この第１
周期目の通流率が広がり、フィルタコンデンサ電圧の大
幅な低下が防止される。なお、このＴ。の値は、フィル
タコンデンサの容量と発電用抵抗器の抵抗値とから定ま
る時定数およびフィルタコンデンサ電圧の低下電圧値か
ら容易に決定することができる・また、Ｔ１＊　ＴＪＴ
ＴＪ等は・通流率演算回路（λＪ）による所定の演算に
基づいて定められるオン期間である。

第３図に示されているものは、第１図のゲート制御部で
用いられる同期パルス発生回路（コア）のｌ構成例であ
り、これはコ入力ＮＡＮＤ（３ｔ、３３．３ｇ。

ダｓ、ｕｓ）、インバータ（Ｊ２．Ｊダ、３／ｓ、、Ｉ
’ｌ、弘／、ＩＩ２．弘弘。

弘４）、カクンタ（Ｊり、４ｔり）、ＥＸ−ＯＲ（グの
および多入力ＮＡＮＤ　（Ｊｔ、ｔｌｇ　）からなって
いるが、これ以外の諸種の構成のものかえられることは
いうまでもない。

第９図は、第３図の同期パルス発生回路（２７）の出力
Ｑ、　、ＱＪのタイムチャート図であり、ゲートスター
ト指令回路（２＝）からのゲートスタート指令出力の発
生と同時に出力Ｑ７の発生が開始され、それ以後は、出
力Ｑ、、ＱＪによって互いに／　ｇ　００だけ位相のず
れた同期パルスを形成するようにされている。なお、こ
の同期パルスの周期ＴＣは、発電ブレーキ用チョッパの
周期Ｔの′／ユ。倍（ｎは整数）になるようにされてい
る。

〔発明の効果〕

以上説明されたように、この発明によれば単発パルス発
生回路のような特別な手段を用いることなく、発電ブレ
ーキ用チョッパに対するゲート制御部が構成されており
、このために、構成は比較的簡単でありながら、フィル
タコンデンサ電圧が低くなりすぎることを防止し、外乱
の要因が入ることを確実に排除することのできる電気車
制御装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、発電ブレーキ用チョッパに対するこの発明の
実施例のゲート制御部の構成を示すブロック図、第２図
は、上記されたこの発明の実施例の動作を説明するため
のタイムチャート図、第３図は、第１図のゲート制御部
における同期パルス発生回路の構成の例示図、第一図は
、上記された同期パルス発生回路の動作を説明するため
のタイムチャート図、第３図は、チョッパ制御車両に対
する一般的な電気車制御装置における主回路の構成図、
第６図は、発電ブレーキ用チョッパに対する従来からの
ゲート制御部の構成を示すブロック図、第７図は、上記
された従来からのゲート制御部の動作を説明するための
タイムチャート図である。 （す・・発電ブレーキ部、（３）・・発電用抵抗器、（
す・・発電ブレーキ用チョッパ、（２０）・・ゲート制
御部、（コｌ）・・フィルタコンデンサ電圧検出器、（
ココ）・・ゲートスタート指令回路、（コＪ）・・通流
率演算回路、　（Ｊ４＝）・・オンパルス／オフパルス
発生回路、（２５′）・・クロックパルス発生器、（２
７）・・同期パルス発生回路。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 帛１図 箒２図 ■　オー＠閣　°゛　　　　°　　″　　　゛隼３図 隼４図 Ｔｏ　予゛″″：ｆｆＩ闘　　　　　　　、−ニー（ｎ
・１１°２ｎ 焔５図 早６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回生ブレーキ機能および発電ブレーキ機能を有し
   、回生ブレーキ動作時の回生電流で充電されるフィルタ
   コンデンサおよびこれと並列にされた発電用抵抗器と発
   電ブレーキ用チョッパとの直列回路からなる発電ブレー
   キ部を含み、さらに前記発電ブレーキ用チョッパに対す
   るゲート制御部が設けられている電気車制御装置におい
   て、前記ゲート制御部は、回生電流による充電電圧を検
   知するためのフィルタコンデンサ電圧検知器と、前記充
   電電圧がある所定値をこえたときに前記発電ブレーキ用
   チョッパのゲートスタート指令を出力させるゲートスタ
   ート指令回路と、前記ゲートスタート指令の出力に伴な
   つて同期パルスを発生する同期パルス発生回路と、前記
   発電ブレーキ用チョッパの通流率を算出するための通流
   率演算回路と、前記ゲートスタート指令回路、前記同期
   パルス発生回路および前記通流率演算回路からの出力に
   依存して前記発電ブレーキ用チョッパに対するオンパル
   スおよびオフパルスを発生させるためのオンパルス／オ
   フパルス発生回路とからなり、前記発電ブレーキ用チョ
   ッパのオン期間は、前記ゲートスタート指令が出力され
   ている間に発生されるオンパルスとこれに次続して発生
   されるオフパルスとに依存して定められることを特徴と
   する電気車制御装置。
2. （２）前記オン期間の最初のものは、前記発電用抵抗器
   の抵抗値と前記フィルタコンデンサの容量とによつて定
   められる時定数に依存して決定されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電気車制御装置。