JPS62225103A - 電気車の回生制動制御装置 - 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、交流電力から直流電力に変換して直流電動機
を駆動する電気車に関するもので、特に電力回生ブレー
キを行う電気車の回生制動制御装置に関するものである
。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

交流を入力とする電気車においては、従来より成力回生
ブレーキを採用しているものがあるが、これらは直流電
動機を発電機として用いサイリスタブリッジで構成され
た交直変換器を逆変換器として動作させて直流電力を交
流側へ返還している。

サイリスタブリッジ回路を逆変換器として用いることの
問題点は、電源電圧によるいわゆる自然転流方式を用い
る限り、適切な転流余裕角をとる必要があり、これが不
適切であると転流失敗を引起こし、回路に過大電流を流
すことになシ、望ましくない。

一般に、転流余裕角は、転流失敗に至らないようＫある
程度の余裕を設けておシ、これは制御進み角（以下、β
と言う。）を大きく設定するととＫつながるため、結果
として全体システムとしての力率、効率を悪化させるこ
とにつながる。

また、交流電気車に特有の現象として、自分が走行する
ことにより、電源すなわち変電所からの距離が変化し、
同一のβで制御しても架線のインピーダンスによる転流
インピーダンスの変化で異った転流余裕角を生じる。す
なわち同一のβであっても変電所に近い所では転流イン
ピーダンスが小であるため重なシ角（以下、Ｕと言う。

）が小さく転流余裕角（以下、ｒと言う。）が犬となる
のに対し、変電所から遠い所では転流インピーダンスが
大となってＵが大きくｒが大となる。これはβを固定と
したのでは、変電所から遠い場合を想定してβを決定す
る必要があり、変電所から近い所では、より小さいβで
運転できる可能性はあるものの、同一のβすなわち悪い
力率で運転を行うことになる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は電動機の電力回生ブレーキの動作状態に
応じて進み角βを可変にして最適な進み角βで制御する
ことによって力率が高くかつ効率の高い交流電気車の回
生制動制御装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、集電器に接続された変圧器の一次巻線側に第
１の電圧検出器を設け、変圧器の二次巻線よ）整流回路
を介して電力を得る電動機の電機子に流れる電流を検出
する電流検出器を設けて、第１の電圧検出器の出力信号
及び電流検出器の出力信号に基づいて直流電圧バタン発
生器は直流電圧パタンを発生させ、また電動機の電機子
電圧を検出する第２の電圧検出器を設け、この第２の電
圧検出器の出力信号と直流電圧パタンとを第１の比較器
にて比較し、この比較器の出力信号に応じて制御進み角
を増加させる制御進み角進段指令回路を設け、この制御
進み角進段指令回路の出力信号に基づいて位相制御回路
によって整流器のサイリスタを位相制御を行い、第２の
電圧検出器の出力信号よｐ転流余裕角を検出する転流余
裕角検出回路を設け、この転流余裕角検出回路の出力信
号と最小設定余裕角とを第２の比較器にて比較し、この
比較器の出力信号に基づいて界磁制御回路が電動機の界
磁を制御する電気車の回生制動制御装置を提供する。

〔発明の実施例〕

本発明に基づく一実施例を図面を用いて説明する。第１
図は一実施例の電気車の回生制動制御装置の回路図であ
る。ＰＡＮは集電器であシ架線（図示せず）から電力を
得て主変圧器Ｔに電力を供給する。Ｅはアースであシミ
気車の場合動輪である。

主変圧器Ｔの二次側巻線にはサイリスタブリッジが接続
されている。このサイリスタブリッジはサイリスタＴＨ
ｌ　、ＴＨ２、ＴＨ３およびＴＨ４により構成される。

ＡＭは電動機の電機子であシ、電流平滑リアクトルＭ８
Ｌを介してサイリスタブリッジに接続する。ＰＬは電動
機の界磁であシその界磁電流は整流器ＩＦによって制御
される。ＰＴは交流−次電圧検出用変圧器であシ王変圧
器Ｔの一次側巻線に設けられている。ＡＣＰＴは交流二
次電圧検出用変圧器であシ主変圧器Ｔの二次側巻線に設
けられている。Ｄ　ＣＣ’ｒは直流電流検出用変流器で
ｓｂサイリスタブリッジと電機子ＡＭとの間に設けられ
ている。ＤＣＰＴは直流電圧検出用変圧器であ！ｌｌ′
ｆＪＬ機子ＡＭの両端に並列接続されている。

交流電圧検出用変圧器ＰＴの出力は交流−次電圧検出回
路Ｂ１を介して直流電圧パターン発生器Ｂ２に入力され
る。直流電流検出用変流器ＤＣＣＴの出力は直流電流検
出回路Ｂ３を介して直流電圧パターン発生器８２に入力
される。直流電圧パターン発生器Ｂ２の出力は比較器Ｒ
ＢＦ　１に入力される。直流電圧検出用変圧器ＤＣＰＴ
の出力は直流電圧検出回路Ｂ４を介して比較器ｒＬＦｉ
Ｆｌに入力される。比較器ＲＩ１３Ｆ　１においては直
流電圧パターン発生器Ｂ２の出力と直流電圧検出回路Ｂ
４の出力とを比較し比較結果は制御進み角進段指令回路
Ｂ５に入力される。この制御進み角進段指令回路Ｂ５の
出力は位相制御回路Ｂ６に入力される。また位相制御回
路Ｂ６には交流二次電圧検出用変圧器ＡＣＰＴの出力が
交流二次電圧検出回路Ｂ７を介して入力される。位相制
御回路Ｂ６の出力はゲート電力増幅面路Ｂ８に入力され
、このゲート電力増幅回路Ｂ８はサイリスタブリッジの
サイリスタＴＨＩ　、ＴＨ２，ＴＨ３及びＴＨ４にゲー
ト信号を与える。

直流電圧検出用変圧器ＤＣＦＴの出力は直流電圧検出回
路Ｂ４に入力されると同時に転流余裕角検出回路Ｂ９に
入力される。この転流余裕角検出回路Ｂ９の出力は比較
器比ＥＦ２に人力される。最小設定余裕角発生回路旧Ｏ
の出力は比較器ＩＬＢＦ２に入力される。比較器ＲＦｉ
Ｆ２の出力は界磁用整流器ＰＲＦの制御回路旧１に入力
される。

上述の構成に基づく電気車の回生制動制御装置の作用に
ついて説明する。

交流電気車が回生制動を行う°際には電動機の電機子Ａ
Ｍの両端に発生する発電電力がサイリスタブリッジによ
って逆変換され、主変圧器Ｔ及び集電器ＰＡＮを介して
架線に返還される。架線電圧は変電所からの距離や自軍
、他車の運転状態によって変動するが、この架線電圧は
変圧器ＰＴで検出され、交流−次電圧検出回路Ｂｌへ与
えられる。

検出回路Ｂ１の出力は直流電圧パターン発生器Ｂ２へ入
力される。一方、直流電流は変流器ＤＣＣＴで検出され
、直流電流検出回路Ｂ３を経て直流電圧パターン発生器
Ｂ２へ入力される。直流電圧パターン発生器Ｂ２では、
交流−次電圧の大きさに応じて直流電流に対応した直流
電圧パターンを作シ直流電圧の指令値を出力する。

第２図は転流余裕角γを一定として制御進み角βを変化
させた場合の直流電圧と直流電流の関係を示しているが
、これは右下シの直線となシ、かつ交流電圧の変化によ
って上下へ移動する。転流余裕角ｒを一定値に制御する
ために第３図に示すような右下シの電圧パタンを直流電
圧バタン発生器Ｂ２にて設定する。

一方、電動機の直流回路の実電圧は変圧器ＤＣＦＴによ
り直流電圧検出回路Ｂ４により検出され、先述の直流電
圧パターンと比較器ＲＥＦＩＫて比較される。この比較
器ＲＥＦ　１の出力がある場合、すなわち、電圧指令値
に対して実電圧値が上回る値を示す場合には、この信号
が制御進み角進段指令回路Ｂ５１ｃ与えられ、制御進み
角βを大きくする方向へ動かす。また、この制御進み角
進段指令回路Ｂ５はβを大きくする方向へのみ動作させ
る働きをする。回生制動時には、電流は０から順次大き
な値となっていくが、この時に直流電圧が指定されたバ
タンに従って右方向へ移動するように制御進み角βを大
きくしていく。制御進み角進段指令回路Ｂ５により制御
進み角βが増加されると、第３図に示されるように動作
点は電圧パターンに沿った形で右方向へ移動する。すな
わち直流電流が少い場合には制御進み角βは小さく設定
されているが、直流電流が大となるに応じて必要な転流
余裕角γを確保すべく制御進み角βが大きい方向へ移動
するが、いずれにしろ所要の直流電流値の最大値に対応
した転流余裕角γすなわち制御進み角βとなるような点
までしか制御進み角βは移動しない。従って制動力が少
い場合、つまυ直流電流が小の時には、制御進み角βは
小さい値にとどまるため力率は良い状態を保つことがで
きる。制御進み角進段回路Ｂ５からの出力は位相制御回
路Ｂ６へ与えられ、ＴＨＩ〜ＴＨ４の各サイリスタに与
えられるのに適した信号に変換され、ゲート電力増幅回
路Ｂ８を介してサイリスタゲートへ与えられる。

また交流二次電圧検出用変圧器ＡＣＰＴにより検出され
た電圧は交流二次電圧検出回路Ｂ７へ与えられて位相制
御回路Ｂ６へ入力されるが、これは各すイリスタＴＨＩ
　、ＴＩ２　、ＴＩ（３、ＴＩ４　Ｋ電源と同期した信
号を与えるための基準として与えられる。

また、上述した制御回路では、転流余裕角ｒは直接検知
していないため、万が一１交流−次電圧検知が適切でな
い値を示すなどの原因で直流電圧設定バタンか不適切で
あったりすると転流余裕角ｒが必要値を確保できず、転
流失敗におちいるような事態となるが、これを避けるた
めに、直流電圧検出用変流器ＤＣＰＴからの信号を用い
て転流余裕角ｒの検出を転流余裕角検出回路Ｂ９で行う
。

この実転流余裕角の検出値と最小設定余裕角発生回路Ｂ
ＩＯＫよる最小設定余裕角ｒ０とを比較器ＲｇＦ２にて
比較し、転流余裕角ｒがｒｏより小となる場合には、こ
の比較４几ｇＦ２よりの出力で界磁用整流器ＰＥＬＦの
制御回路に指令を与えて、界磁電流を下げ、結果として
電動機電機子ＡＭを流れる直流電流を下げて重なシ角Ｕ
を小とし、転流余裕角γを確保して転流失敗を防止する
。

転流余裕角検出回路Ｂ９は直流電圧検出用変流器ＤＣＦ
Ｔより得られる直流電圧を吟波姫流して正の値を示す波
形の最大幅を求めることによってｒを求める。

〔発明の効果〕

回生制動時に電機子に流れる電流の増加に対して制御進
み角を段階的に増加させ、回生電流に適した制御進み角
で整流回路のサイリスタを制御することによυカ率が高
くかつ効率の高い交流電気車の回生制動制御装置を得る
ことができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく一実施例の電気車の回生制動制
御装置のブロック図、第２図は転流余裕角を一定として
制御進み角を変化させた場合の直流電圧と直流電流の関
係を示す図、第３図は制御進み角進段の様子を示す図で
ある。 ＴＨＩ　、ＴＩ２　、ＴＩ３　、ＴＩ４・・サイリスタ
ＰＴ・・・交流−次電圧検出用変圧器 １）ＣＣＴ・・・直流電流検出用変流器ＤＣＰＴ・・・
直流電圧検出用変圧器 Ｂ２・・・直流電圧パターン発生器 ＲＥＦＩ・・・比較器 Ｂ５・・・制御進み角進段指令回路 Ｂ６・・・位相制御回路 Ｂ９・・・転流余裕角検出回路 Ｂｏｏ・・界磁制御回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 架線に接触した集電器より変圧器を介して得られる交流
   電力を整流して直流電力を電動機の電機子に供給する複
   数のサイリスタにより構成された整流回路と、 前記変圧器の一次側電圧を検出する第１の電圧検出器と
   、 前記電動機の電機子に流れる電流を検出する電流検出器
   と、 前記電動機の電機子電圧を検出する第２の電圧検出器と
   、 前記第１の電圧検出器により検出された電圧値と前記電
   流検出器により検出された電流値とを入力してこの電圧
   値及び電流値に対応した所定の直流電圧指令値を出力す
   る直流電圧パターン発生器と、 この直流電圧パターン発生器による直流電圧指令値と前
   記第２の電圧検出器により検出された電圧値を比較し、
   前記第２の電圧検出器による電圧値が直流電圧指令値よ
   り大きくなつた際の信号により制御進み角を増加させる
   制御進み角進段指令回路と、 この制御進み角進段指令回路により出力される制御進み
   角に基づいて前記整流回路のサイリスタを位相制御する
   位相制御回路と、 前記第２の電圧検出器による検出信号から転流余裕角を
   検出する転流余裕角検出回路と、 この転流余裕角検出回路の検出した転流余裕角と最小設
   定余裕角とを比較して前記電動機の界磁電流を制御する
   界磁制御回路と を有する電気車の回生制動制御装置。