JPS624922B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力変換装置に係り、特に電力回生ブ
レーキでバーニヤ位相制御を行う交流電気車に好
適な電力変換装置に関する。

従来交流電気車の電力変換装置として、変圧器
の複数個の２次巻線の電圧比を不等比にとり、最
小単位電圧の制御整流ブリツジを位相制御し、バ
ーニヤ制御ユニツトとして繰りかえし使用するい
わゆるバーニヤ制御方式が公知である。

第１図は、交流電気車の回路図の一例を示す。
第１図において１は電車線、２はパンタグラフ、
３は変圧器の１次巻線、４および５は同じく２次
巻線、６〜１３は電力変換装置の制御整流素子
（以下サイリスタという）、１４は電流平滑用リア
クトル、１５は直流電動機の電機子、１６は同じ
く界磁巻線を示す。第１図の場合、２次巻線の電
圧比はe₁：e₂＝１：１とおく。次に制御動作につ
いて説明する。力行加速時サイリスタ７，８，１
１，１２はダイオード的に使用し、図示e₁はサイ
リスタ６，９により位相制御されて直流電圧E₁
が生ずる。サイリスタ６，９の制御遅れ角αが最
小になりE₁が最大になると、サイリスタ６，９
のαを瞬時最大にすると同時に、オンオフ制御ユ
ニツトのサイリスタ１０，１３にα最小つまり直
流出力e₂が最大になるような信号が与えられる。
普通e₁＝e₂に設定されるのでこの制御ユニツトの
切換時には、電圧変換装置の直流出力電圧E₁₊₂と
しては変化は生じない。その後あらためてサイリ
スタ６，９は最大制御遅れ角から位相制御されて
遂にE₁₊₂は最大値をとり、直流電動機は全電圧で
駆動される。このような制御はバーニヤ制御方式
と呼ばれ、最近、通信誘導障害の面で有利である
として、交流電気車に多用されるようになつてき
た。また電力回生ブレーキ時、高速域では電力変
換装置のインバータ電圧E₁₊₂（直流電圧）は最
大、つまりサイリスタは最小制御進み角β_nioで
運転され、速度の減少と共に、バーニヤ制御ユニ
ツトの制御遅れ角αが小さくなり、つまりインバ
ータ電圧E₁が小さくなり、E₁最小で、オンオフ
制御ユニツトのサイリスタ１１，１２がダイオー
ド的に導通状態に制御され、同時にバーニヤ制御
ユニツトがβ_nio運転（つまりE₁最大）され、以
後速度の減少に伴つて、バーニヤ制御ユニツトの
αが最大から最小に制御されることになる。この
ように電力回生ブレーキ時にも電力変換装置の直
流電圧は連続的に制御され、一定減速度運転が行
われる。

第２図は第１図の回路を有する交流電気車の電
流制御方式の一例を示す制御ブロツク図である。
第２図において２０は電動機電流指令回路、２１
は移相器、２２はバーニヤ制御ユニツト、２３は
最小位相角検出回路、２４はオンオフ制御ユニツ
ト、２５は主回路伝達関数、２６は電流帰還回路
を示す。またＥ_cは主電動機逆起電力、Ｉ_aは電動
機電流を示す。このような電動機電流の閉回路制
御系により、先に説明したバーニヤ制御ユニツト
およびオンオフ制御ユニツトが制御され、電気車
の一定加速、一定減速の運転がなされる。しかし
ながら、従来技術では、最小位相角検出回路を１
個もち、検出角度は可変なるも、力行、電力回生
ブレーキ時とも同一の検出角度で制御されてい
た。実際にはサイリスタの転流重なり角があつた
り、電力回生時の転流余裕角があるため、同一の
検出角度で制御ユニツト切換制御を行うことは、
無理があり、電流の飛び出し又は電流の急減、急
増による機器破壊や乗心地低下の問題が生ずる。

本発明の目的は、制御ユニツトの電圧切換えの
ための最小位相角検出回路の検出角度を力行と電
力回生時で夫々最適値に切換えることにより、切
換え前後の電流変動をなくしスムーズな加速特性
および減速特性にした電力変換装置を提供するに
ある。

本発明は、力行、電力回生ブレーキ時とも同一
の検出角度で制御することは切換前後で電動機電
流の変動を生じせしめることを実験的に確認し、
この電動機電流の変動をなくす手段として、バー
ニア制御ユニツトの最小位相角検知回路の検出角
度を、力行時にはほぼ転流重なり角に等しく、電
力回生ブレーキ時にはほぼ転流余裕角に等しくな
るように切換えるようにしたものである。

第３図および第４図は本発明による制御動作の
波形説明図を示す。

第３図は力行時におけるバーニヤ制御ユニツト
からオンオフ制御ユニツトへの電圧切換え時の波
形を示す。力行時の最小位相角検知角度を例えば
０゜とすると制御角が転流重なり角の範囲に入つ
た時、電力変換装置のゲインがゼロになるため整
流電圧が落ち込み、従つて電流が落ち込むことに
なる。そして電圧が切換つた瞬間、電流が急増し
主電動機の整流上および乗心地上、良くないこと
が予想される。逆に制御角が重なり角の手前にあ
る時電圧切換えを行うと、切換え後の電圧（直流
平均電圧）の方が切換え前より大きくなるため電
動機電流の飛び出しが起ることになる。従つて最
小位相角検知の検知角度はある最適値をもつ。第
３図においてE₁はバーニヤ制御ユニツトの直流
出力電圧、E₂はオンオフ制御ユニツトの直流出
力電圧、Ｓ_nは最小位相角検出器の出力、Ｓ_cは制
御ユニツト切換え信号を示す。全電圧E₁₊₂は図示
のように制御角＝重なり角の時点で理想的な切換
えを行うと切換え前後で電圧の変動がない。

第４図は電力回生時における電圧切換時の波形
を示す。図中E₁，E₂，Ｓ_n，Ｓ_c，E₁₊₂の内容は
第３図と同一である。すなわち高速域からの回生
ブレーキで整流器電圧（ブリツジインバータ電
圧）が最大から徐々に小さくなつてゆき、バーニ
ヤ段電圧が最小をとつた時、オンオフ段ブリツジ
がダイオード的制御をして、同時にバーニヤ段電
圧を最大にし、ブリツジインバータ電圧全体とし
て連続的に制御する電圧波形を示したものであ
る。第４図においてβ_nioは最小制御遅れ角、ｕ
は重なり角、（β_nio−ｕ）は転流余裕角およびα
は位相制御遅れ角を示す。図中Ａはα＝β_nio−
ｕの場合を示し、この時E₁の平均電圧はゼロ電
圧となり、オンオフ段電圧がダイオード的制御の
為直流電圧＝ゼロとなるＢの波形とは平均電圧が
同一となる。従つてブリツジインバータ電圧E₁₊₂
波形のA′とB′の波形（つまり電圧切換直前と直
後）とは平均電圧が同一となる為、電動機電流の
落ち込みあるいは飛び出しがない。これは切換え
検出点をα＝β_nio−ｕにとつた為であり、αが
（β_nio−ｕ）に対して大ならば切換え直後に電動
機電流の飛び出しが生ずることになりαが（β_ni
ｏ−ｕ）に対して小さいならば切換え直後に電動
機電流の落ち込みが生ずることになる。

本発明の一実施例によれば力行時の電圧切換え
は制御角αが重なり角に入つた時に行い、電力回
生時の電圧切換えは制御角α＝β_nio−ｕで行う
というように力行と電力回生ブレーキ時とで、バ
ーニヤ制御ユニツトの最小位相角検知回路の検出
角度を切換えることにより、切換え前後の電動機
電流の変動をなくす効果があり、電気車に適用し
た場合には電気車のスムーズな加速特性、減速特
性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電力回生ブレーキ付交流電気車の主回
路結線図の１例を示す。第２図は第１図の電気車
の電流制御ブロツク図の１例を示す。第３図は本
発明を適用した時の力行時の電圧切換え前後の電
圧は形を示す説明図である。第４図は本発明を適
用した時の電力回生ブレーキ時の電圧切換え前後
の電圧波形を示す説明図である。 ２０……電動機電流指令回路、２１……移相
器、２２……バーニヤ制御ユニツト、２３……最
小位相角検出回路、２４……オンオフ制御ユニツ
ト、２５……主回路伝達関数、２６……電流帰還
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 位相制御入力を受けて可変直流出力を出す少
   なくとも１つのバーニヤ制御ユニツトと、オン・
   オフ指令を受けて最大出力又は最小出力の何れか
   一方の整流出力を出すオン・オフ制御ユニツトと
   を備え、上記両制御ユニツトを直列に接続して交
   流電気車の速度制御を行う電力変換装置におい
   て、上記バーニヤ制御ユニツトの最小位相角検知
   回路の検出角度を、力行時にはほぼ転流重なり角
   に等しく、電力回生ブレーキ時にはほぼ転流余裕
   角に等しくなるように切換える手段を備えたこと
   を特徴とする交流電気車の電力変換装置。