JPS6281901A - 電気車用抵抗器冷却装置 - 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、電気車に搭載された発電ブレーキ用の抵抗
器を高効率に冷却する電気車用抵抗器冷却装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 一般に、電気車には発電ブレーキ用の抵抗器が搭載され
ているが、自然冷却では表面積を広くするため抵抗器が
大形化してしまう。従って、ファンで風を吹きつけて冷
却する強制風冷方式により抵抗器を小形化している。フ
ァンを駆動するための駆動電動機としては、交流電動機
（通常単相あるいは三相のカゴ形誘導電動機）、又は直
流電動機が用いられている。そして、その駆動電源とし
ては、駆動電動機が交流電動機の場合、交流架線なら主
変圧器の四次巻線、直流架線ならＴＬ動発ｉｉａ又は静
止形インバータを用いている。又、駆動電動機が直流電
動機の場合は、抵抗器に中間タップを設？ジ、抵抗器に
流れる電流■の一部を中間タップから取り出し、電源と
して用いている。

第３図は、駆動電動機として交流電動機を用いた場合の
、従来の電気車用抵抗器冷却装置を示す回路図である。

図において、（１）は交流高電圧を供給する架線、（２
）は架線（１）に接触するパンタグラフ、（３）はパン
タグラフ（２）を介して架線（１）とアースとの間に接
続された主変圧器、（３Ａ）、（４）〜（６）は主変圧
器（３）のそれぞれ−次巻線、二次巻線、三次巻線、四
次巻線である。二次巻線（４）は後述する主電動機の加
速用に用いられるが、発電ブレーキ時には使用されない
のでその配線を省略する。

（７）は三次巻線（５）の両端間に接続された電圧制御
機能付きの整流器、（８）は整流器（７）の出力端子間
に接続された界磁、（９）は界磁（８）と結合された電
機子であり、界磁（８）及び電機子（９）は主電動機（
１０）としての直流電動機を構成している。

（１１）は電機子（９）に接続された断流器、（１２）
は断流器（１１）に接続された発電ブレーキ用の抵抗器
であり、これら断流器（１１）及び抵抗器（１２）は電
機子（９）の両端間に直列接続されている。（１３）は
四次巻線（６）の両端間に接続されたカゴ形誘導電動機
などの交流電動機、即ち後述するファンを駆動する駆動
電動機、（１４）は駆動電動機（１３）の回転軸に設け
られたファンである。

次に、第３図に示した従来装置の動作について説明する
。第３図は主電動＃ａ（１０）がカ行状態から発電ブレ
ーキ状態に切換わった状態を示しており、断流器（１１
）が投入されて電機子（９）の電流Ｉは抵抗器（１２）
を流れる。従って、電気車の加速に使用されていた主電
動機（１０）は、直流他励発電機として利用される。こ
のとき抵抗器（１２）には発電ブレーキの電流Ｉにより
熱が発生するが、この熱は駆動電動機（１３）で駆動さ
れるファン（１４）から送られる風Ａにより冷却される
。駆動電動機（１３）は主変圧器（３）の四次巻線（６
）を入力電源としており、この入力電源は架線（１）の
電圧変動を無視すれば一定電圧且つ一定周波数であるか
ら、ファンの回転数は抵抗器（１２）の過熱状態とは無
関係に一定である。

又、第４図は、駆動電動機として直流電動機を用いた場
合の、従来の電気車用抵抗器冷却装置を示す回路図であ
り、（１）〜（５）、（７）〜（１２）及び（１４）は
第３図の従来装置と同様のものである。（’１２　ａ　
）は抵抗器（１２）に設けられた中間タップ、（１５）
は中間タップ（１２ａ）と抵抗器（１２）の一端との間
に接続された直流電動機即ち駆動電動機である。

第４図の従来装置においては、発電ブレーキ時に抵抗器
（［２）に流れる電流Ｉに応じて、駆動電動機（１５）
に供給される電圧が変動する。即ち、カ行中は抵抗器（
１２）に電流が流れないので、中間タップ（１２ａ）に
電圧は生じないのでファン（１４）は回転せず、発電ブ
レーキ時に流れる電流Ｉが多い程、中間タップ（１２ａ
）の電圧が高くなりファン（１４）は高速で回転する。

これは、抵抗器（１２）の発熱量が多くなればなる程、
中間タップ（１２ａ）の電圧が高くなることを意味して
いる。従って、抵抗器（１２）の温度か高くなると冷却
効果も高くなるので好都合である。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の電気車用抵抗器冷却装置は以上のように、第３図
の交流電動機の場合は、常に一定の回転数でファン（１
４）を駆動するので、抵抗器（１２）の最大負荷の時点
で十分な冷却効果を得るために相当の回転数でファン（
１４）を駆動し続けることから、無駄な運転が多過ぎる
という問題点があった。又、第４図の直流電動機の場合
は、発電ブレーキ終了後抵抗器（１２）の電流■がなく
なるとファン（１４）が停止するため、抵抗器（１２）
の余熱を排除することができず周囲が加熱されてしまう
という問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、抵抗器の発熱量が多い程冷却効果を高くする
と共に、抵抗器の電流が０になっても余熱を排除する程
度にはファンを駆動することのできる電気車用抵抗器冷
却装置を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る電気車用抵抗器冷却装置は、駆動電動機
を交流電動機で構成すると共に、この駆動電動機を駆動
するインバータと、このインバータの一対の入力端子間
に接続された一定電圧供給源と、インバータの一方の入
力端子と抵抗器の中間タップとの間に挿入された逆流阻
止整流器とを設けたものである。

［作用コ この発明においては、駆動電動機が、発電ブレーキ中に
は抵抗器の電流量に応じて駆動され、抵抗器に電流が流
れていないときには一定電圧供給源により駆動される。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の実施例を示す回路図であり、（１）〜（
１４）は前述の従来装置と同様のものである。

（１６）は四次巻線（６）の両端間に接続された交流直
流変換用の整流器の出力側を突き合わせた整流器回路、
（１７）は整流器回路（１６）の一方の出力端子に接続
された平滑リアクトル、（１８）は平滑リアクトル（１
７）と整流器回路（１６）の他方の出力端子との間に接
続された平滑コンデンサである。（１９）は平滑コンデ
ンサ（１８）の各端に入力端子（１９ａ）、（１９ｂ）
が接続されたＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）インバー
タであり、入力端子Ｖｉに一次比例して出力電圧■及び
出力周波数Ｆが増減するようになっている。

従って、入力電圧Ｖｉの大きさと無関係にＦ／Ｖは一定
の関係を保っている。これは、駆動電動機（１３）の鉄
心を磁気飽和させないために必要なことである。（２０
）はインバータ（１９）の一方の入力端子（１９ａ）と
抵抗器（１２）の中間タップ（１２ａ）との間に挿入さ
れた逆流阻止整流器である。

次に、第１図に示したこの発明の実施例の動作について
説明する。第１図のように発電ブレーキ状態になると、
前述と同様に断流器（１１）が投入され、界磁（８）の
励磁を強めると車両の走行速度に応じた電流Ｉが抵抗器
（１２）を介して流れることにより、ブレーキツノが発
生すると共に抵抗器（１２）は発熱する。同時に、前述
と同様に抵抗器（１２）の中間タップ（１２ａ）に、電
流！に一次比例した直流電圧Ｖｒが発生する。この直流
電圧Ｖｒが四次巻線（６）から整流器回路（１６）を介
した電圧■４を越えると、インバータ（１９）の入力電
圧Ｖｉとして印加される。

第２図は抵抗器（１２）の電流Ｉとインバータ（１９）
の入力端子■１との関係を示す特性図である。即ち、カ
行中は抵抗器（１２）の電流Ｉが０のため中間タップ（
１２ａ）の直流電圧”／ｒも０であるが、四次巻線（６
）の整流器回路（１６）を介した一定の電圧ｖ４が常に
インバータに出力されており、又、発電ブレーキ中は中
間タップ（１２ａ）から発生する直流電圧Ｖｒがインバ
ータの入力電圧Ｖｉとして出力される状態を示している
。インバータ（１９）の出力電圧Ｖ及び出力周波数Ｆは
前述のとおり入力電圧Ｖｔに比例するので、第２図の入
力端子Ｖｉの特性はそのまま出力電圧Ｖ及び出力周波数
Ｆに置き換えることができる。

従って、発電ブレーキ中に抵抗器（１２）で発生する熱
は、その発熱量に応じたファン（１４）の回転によって
冷却され、ブレーキ終了後は、一定の電圧■４によって
駆動されるファン（１４）により、抵抗器（１２）の余
熱は排除される。このときの電圧ｖ４は余熱を排除する
のに必要な最低の値に設定されており、カ行中の不必要
な冷却動作が少ないため、騒音及びエネルギ消費がほと
んどなく、又、ファン（１４）の寿命を損なうこともな
い。更に、発電ブレーキ中の抵抗器（１２）に流れる電
流Ｉによる電力を一部冷却に用いることは、熱として捨
てられるエネルギの高効率利用が計れる。

尚、上記実施例では、余熱排除用の一定電圧供給源とし
て主変圧器（３）の四次巻線（６）から得る構成とした
が、他の交流電源、例えば車両に搭載された電動発電機
の交流出力を一定電圧供給源に用いてもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、駆動電動機を交流電
動機で構成すると共に、この駆動電動機を駆動するイン
バータと、このインバータの一対の入力端子間に接続さ
れた一定電圧供給源と、インバータの一方の入力端子と
抵抗器の中間タップとの間に挿入された逆流阻止整流器
とを設け、駆動電動機は、抵抗器に電流が流れていると
きにはその電流量に応じて駆動され、抵抗器に電流が流
れていないときには一定電圧供給源により駆動される。

ようにしたので、抵抗器の発熱量が多い程冷却効果を高
くでき、又、抵抗器の電流がＯになっても余熱を排除す
る程度にはファンを駆動することのできる電気車用抵抗
器冷却装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は第
１図の抵抗器の電流とインバータの入力電圧との関係を
示す特性図、第３図は従来の電気車用抵抗器冷却装置を
示す回路図、第４図は他の従来例を示す回路図である。 （１）・・・架線　　　　　（３）・・・主変圧器（５
）・・・三次巻線　　　（６）・・・四次巻線（９）・
・・電機子　　　　（１０）・・・主電動機（１２）・
・抵抗器　　　　（１２ａ）・・中間タップ（１３）・
・・駆動電動機　　（１４）・ファン（１６）・・・整
流器回路（一定電圧供給源）（１９）−・・インバータ
　　（１，９ａ）、（１９ｂ）＝−入力端子（２０）・
・・逆流阻止整流器 ｖ４・・・一定電圧 Ｖｒ・・・中間タップの直Ｐｆ、１ｉ圧Ｖｉ・・・イン
バータの入力電圧 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 帛４図 手続補正書（自発） 昭笥。、”＋　１　、是、　日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）架線、アース間に接続された主変圧器と、この主
   変圧器の複数の巻線のうちの１つの巻線を介して電力が
   供給される主電動機と、この主電動機の電機子の両端に
   接続された抵抗器と、この抵抗器を冷却するためのファ
   ンを駆動する駆動電動機とを備えた電気車用抵抗器冷却
   装置において、前記駆動電動機を交流電動機で構成する
   と共に、この駆動電動機を駆動するインバータと、この
   インバータの一対の入力端子間に接続された一定電圧供
   給源と、前記インバータの一方の入力端子と前記抵抗器
   の中間タップとの間に挿入された逆流阻止整流器とを設
   け、前記駆動電動機は、前記抵抗器に電流が流れている
   ときにはその電流量に応じて駆動され、前記抵抗器に電
   流が流れていないときには前記一定電圧供給源により駆
   動されるようにしたことを特徴とする電気車用抵抗器冷
   却装置。
2. （２）一定電圧供給源が、主変圧器の複数の巻線のうち
   の他の１つの巻線の両端間に接続された交流直流変換用
   の整流器の出力側を突き合わせた整流器回路を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気車用抵
   抗器冷却装置。