JPS63103745A

JPS63103745A - 回生電力吸収装置の保護装置

Info

Publication number: JPS63103745A
Application number: JP61251207A
Authority: JP
Inventors: Haruki Yoshikawa; 春樹吉川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1988-05-09
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: JP2531153B2

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】〔発明の属する技術分野〕この発明は、直流電気車が回生運転するときに発生する
余剰な回生電力を吸収する装置の故障を検出して素早く
故障部分を除外させるようＫしている回生電力吸収装置
の保護方式に関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年の直流電気車は、給電線路から取入れる直流電力を
チ璽ツバで変換して直流電動機を回転させ、あるいはイ
ンバータで可変電圧・可変周波数の交流電力に変換して
交流電動機を回転させることが多くなっているので、こ
の直流電気車を減速させた夛、下シ坂を走行したシする
ときに、当該直流電気車が保有しているエネルギーを電
気エネルギーに変換して電源側へ返還する回生制動運転
が容易になった。

第９図は直流電気車の回生制動システムをあられした説
明図である。この第９図において、変電所２は変圧器と
整流器とで構成されていて、この変電所２から出力され
る直流電力を給電線路４を介して直流電気車５と６へ供
給している。従ってこれら直流電気車５，６はこの直流
電力をバンタグラフ　５Ｐ、６Ｐから取シこみ、スイッ
チ５８．６８を経て直流電動機５Ｍ、６Ｍを回転させた
のち、車輪とレールを介して大地へ放流させることで当
該電気車を駆動している。ただし直流電動機５Ｍ、　６
Ｍを制御するためのチョッパなどの図示は省略している
。

この第９図において、一方の直流電気車５がカ行運転中
であυ、他方の直流電気車６は１生運転中であるとする
と、カ行中の電気車５は、変電所２からの工２なる電流
と、電気車６から回生されてくるＩ６なる電流との合計
でカ行運転することになるので、変電所２が出力する電
力は電気車６から回生される電力を差引いた値でよいこ
とになるので、省エネルギーを図ることができる。

しかしながら、上述のようにカ行運転している電気車５
が必要とする電力が減少し、あるいは回生運転中の電気
車６から回虫される電力が増大すると、これに見合って
変電所２から出力される電流工２が減少し、遂には零と
なる。変電所２の出力が零になっても電気車６から回生
される電力をカ行中の電気車５で消費しきれないと、こ
の余剰な回生電力が給電線路４の電圧を上昇させるなど
の不具合を生じるので、これを防止するために、給′１
！線路４には回生電力吸収装置３を接続しておき。

回生電力に余剰を生じれば、この回生電力吸収装置３へ
吸収させる。すなわち第９図において、変電所２からの
出力電流工２は零であり、直流電気車５は直流電気車６
から回生される電流ＩｓＫよりカ行運転し、さらに直流
電気車６から回生される余剰分の電流工３が回生電力吸
収装置３へ吸収されることで１図示の回生制動システム
はバランスしながら運転を継続できる。

第１０図は回生電力吸収装置の従来例を示す回路図であ
って、給電線路４と大地との間には入力コンデンサ３１
が接続されておシ、負荷抵抗３２と電流断続手段として
のチョッパ３３との直列回路をこの入力コンデンサ３１
に並列接続することによシ回生電力吸収装置３が構成さ
れている。なお負荷抵抗３２とチ１ツバ３３との直列回
路は、当該回生電力吸収装置の容量を増大させるためＫ
Ｓ複数組をそれぞれ入力コンデンサ３１に並列に接続し
、さらにこの回生電力吸収装置運転時の高調波を抑制す
るために、これら複数のチ１ツバを位相差をつけて運転
する。いわゆる多相運転方法が採用されるのが通常であ
るが、この従来例においては、図示を簡略にするために
、上述の直列回路は１組にしている。なお符号３８は当
該回生電力吸収装置３を給電線路４から切離すための高
速度遮断器である。

回生電力に余剰分があるとき、給電線路４から回生電力
吸収装置３へ回生電流工３が流入し、入力コンデンサ３
１の電圧Ｖｃを上昇させる。電圧設定器３６で設定され
ている電圧Ｖｓとこのコンデンサ電圧Ｖｃとの偏差が電
圧調節器３４へ入力され、この電圧調節器３４は入力偏
差を零にする制御信号ｖ１４を移相器３５へ出力し、さ
らＫこの移相器３５でチョッパ３３を制御しているので
、入力コンデンサ３１の電圧Ｖｃが上昇すれば、これを
設定電圧Ｖｓと同じ値にするぺ〈チョッパ３３の通流率
が適切が値に調節され、これに従って流れる断続電流が
負荷抵抗３２で消費されることになる。

電圧設定器３６で設定する所定電圧ｖ３の値は、通常変
電所２から送出される電圧よりも若干高く設定されてい
て、電気車が回生運転して電力に余剰を生じたとき以外
でこの回生電力吸収装置３が作動することを防ぎ、変電
所２から送出される電力が当該回生電力吸収装置３で消
費されるようなエネルギーの無駄使いを防止している。

第１１図は第１０図に図示のチョッパを構成している主
スイツチング素子の回路図であって、符号３３１が主ス
イツチング素子としてのゲートターンオフサイリスタ（
以下ではＧＴＯサイリスタと略記する）であシ、符号３
３２はこのＧＴＯサイリスタ３３１のゲートに電流を流
して当該６℃サイリスタ３３１のオン・オフを制御する
ゲート駆動回路、また符号３３３はこのＧＴＯサイリス
タ３３１がスイッチング動作するときの電圧責務を軽減
するために設置されているスナバ回路である。

上述の第１０図と第１１図に図示の回路で構成されてい
る従来の回生電力吸収装置において、たとえばチョッパ
３３を構成しているω℃サイリスタ３３１が短絡破壊や
スナバ回路３３３の短絡故障あるいはゲート駆動回路３
３２がオン指令を出し続ける故障かオフ指令を出力しな
い故障などを生じると、チロツバ３３が短絡状態になる
ため、負荷抵抗３２には連続して電流が流れることにな
る。電気鉄道システムにおいては１回生運転のパターン
は断続的であることが通常であシ、負荷抵抗３２の容量
はこのようなパターンにあわせ設計されているので、上
述のような故障でこの負荷抵抗３２に連続電流が流れる
と、過熱・焼損することになシ、最悪の場合には火災と
なる危険がある。

またＧＴＯサイリスタ３３１が開放破壊（すなわち素子
破壊によυ主端子間が開放状態となる破壊）したシ、ゲ
ート駆動回路３３２がオン指令を出力しないかまたはオ
フ指令を出力しつづける故障などが発生すると、第１０
図に示す従来例回路のように１台のチツプス３３で構成
された回生電力吸収装置３では、チロツバ３３がオフの
状態を継続、すなわち回生電力吸収装置３はその電力吸
収機能を停止することになるので、給電線路４の電圧が
上昇して回生失効の事態となる。回生運転によシ下シ坂
を抑速走行中あるいは回生制動で減速中の電気車が回生
失効状態になると、下り坂を高速走行し。

あるいは所定位置での停止ができないなど、極めて危険
な状態におち入ることとなる。また複数のチプッパが位
相をずらして並列運転するようＫしているいわゆるチロ
ツバの多相運転による回生電力吸収装置では、故障チロ
ツバが停止するため欠相を生じ、軌道回路に低次の大き
な高調波電流を流すことになるが、信号制御装置や踏切
り制御装置などがこの高調波電流で誤動作を起すおそれ
がある。

〔発明の目的〕

この発明は１回生電力吸収装置を構成している電流、断
続手段の故障を検出して素゛早く装置の運転を停止させ
、事故の拡大を防止できる回生電力吸収装置の保護方式
を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

回生電力吸収装置は電流断続手段と抵抗器との直列回路
で構成されているが、このような回路では、電流断続手
段が故障しても過電流状態にはならないので、一般の電
力変換手段のように出力電流の検出のみでは故障を検出
できない。そこで本発明では、この電流断続手段の出力
電流が当該電流断続手段を制御する信号に対してほぼ同
期していなければならないことに着目し、電流断続手段
を制御する制御信号のパルス幅と、この電流断続手段の
出力電流のパルス幅とを比較し、両者の差異が許容範囲
にあるか否かをタイマでチェックするようにして１両者
の差異が所定値以上に大であるときはその電流断続手段
のスイッチング素子あるいは駆動制御回路の故障と判断
して装置を停止せしめることによシ、負荷抵抗の焼損や
火災、あるいは高調波電流による軌道回路の誤動作に起
因する列車事故などの危険を未然に防止しようとするも
のである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す回路図であって。

この第１図にもとづいて本発明の詳細を以下に記述する
。

第１図において、給電線路４と大地との間には入力コン
デンサ３１が接続されておシ、負荷抵抗３２Ａと電流断
続手段としてのチーツバ３３Ａとの直列回路および負荷
抵抗３２Ｂと電流断続手段としてのチロツバ３３Ｂとの
直列回路がそれぞれ上記入力コンデンサ３１に並列接続
されている。なおこれら負荷抵抗とチツプスとの直列回
路は１回生電力吸収装置の容量を増大させるために、更
に多数組を並列接続できることは勿論であり、またこれ
ら複数のテタッパを相互に位相をずらして運転する。い
わゆる多相運転により高調波電流を抑制することができ
る。また当該回生電力吸収装置と給電線路４との間には
、高速度遮断器３８が備えられていて。

事故時には速かに給電線路４から装置を切離すことがで
きるようになっている。

電気車の回生運転によシ回生電力に余剰を生じて入力コ
ンデンサ３１０両端電圧が電圧設定器３６で定めている
所定値以上に上昇するならば、この両者の偏差が電圧調
節器３４へ入力し、この入力偏差を零にする制御信号が
電圧調節器３４から出力される。この制御信号が移相器
３５を介してチョッパ３３Ａと３３Ｂとに与えられ、こ
れらチョッパの動作にた従って負荷抵抗３２Ａ、３２Ｂ
に電流が流れ１回生電力をここで消費させるようにして
いるのは、第１０図において既述の従来例回路の場合と
同じである。

本発明においては、複数のチョッパのそれぞれはに出力電流も検出する手段と、故障を検出する手段とが
設けられている。すなわちチョッパ３３Ａ　Ｋは電流検
出器１０と故障検出回路７が、またチ暫ツバ３３Ｂには
電流検出器１１と故障検出回路８とが備えられていて、
故障検出回路７，８はそれぞれの電流検出器１０．１１
からの電流信号と、移相器３５からのチ書ツバ制御信号
とが入力され、この両者の時間的な差異を比較すること
により、故障の有無を判定している。

故障検出回路７または８が故障を検出すれば。

その故障信号によシすべてのチョッパをゲートオフして
停止させるとともに論理和素子９を介して。

たとえば高速度遮断器３８へトリップ信号を与えること
によシ、この回生電力吸収装置を給電線路４から切離す
ようにして、故障状態のｉｔで運転を継続したために生
じる故障の拡大や、重大事故をひきおこす危険を未然に
防止する。

第２図は第１図に示す実施例回路に使用している故障検
出回路の詳細の例をあられしたブロック図であって、こ
の故障検出回路７はレベル変換回路７１．排他的論理和
素子７２．タイマ７３およびフリップ７０ツブ７４とで
構成されている。この第２図に示すレベル変換回路７１
は電流検出器１０で検出した人なる電流信号の波形をＤ
なる論理信号レベルの信号波形に変換する機能を有する
。そこで移相器３５からチョッパ３３Ａへ与えられるＣ
なるチョッパ制御信号と、上述のレベル変換回路７１の
出力信号りとを排他的論理和素子７２へ入力させて演算
させると１両入力の時間的な差異が信号Ｅとなって出力
される。タイマ７３は、チーツバ３３Ａの動作の時間遅
れによる上述の差異が許容値以内であるか否かを判定す
るために設けられており、許容値内であればその出力信
号Ｆは論理零信号、従って７リツプフロツプ７４の出力
信号Ｂも論理零信号であり、幽該チ褒ツバはそのまま運
転を継続できる。

しかし動作の遅れ時間が許容値を越えれば、タイマ７３
の出力信号Ｆと７リツプフロツプ７４の出力信号Ｂはい
ずれも論理１信号となって故障であることを知らせる。

なおフリップフロップ７４はタイマ７３の出力信号Ｆが
論理１信号となったとき、これを記憶して保持する働き
をなす。

第３図は第１図と第２図に示す実施例回路におけるチョ
ッパが正常運転しているときの各部の動作をあられした
動作波形図であって、第３図（イ）はチョッパ制御信号
Ｃの波形を、第３図（ロ）は電流検出器１０の出力信号
人の波形を、第３図（ハ）はレベル変換回路７１の出力
信号りの波形を、第３図に）は排他的論理和素子７２の
出力信号Ｅの波形を、第３図（ホ）はタイマ７３の出力
信号Ｆの波形を、第３図（へ）は７リツプ７０ツブ７４
の出力信号、すなわち故障検出回路７の出力信号Ｂの波
形をそれぞれがあられしている。

この第３図からあきらかなように、チ薔ツバ島を制御す
る信号Ｃと、この制御信号で制御された結果このチョッ
パ３３Ａから出力される電流をレベル変換した結果の信
号りとでは、僅かな時間差があるが（第３図に）参照）
、その差異は許容範囲内にあるととから、故障信号は出
力されない（第３図（へ）参照）ことを示している。

第４図は第１図と第２図に示す実施例回路においてチョ
ッパが短絡状態になる故障の場合の各部の動作をあられ
した動作波形図、第５図は第１図と第２図に示す実施例
回路においてチ替ツバがオフ状態になる故障の場合の各
部の動作をあられした動作波形図であって、これら第４
図と第５図はいずれも（イ）がチョッパ制御信号Ｃの波
形を、（ロ）は電流検出器１０の出力信号Ａの波形を、
（ハ）はレベル変換回路７１の出力信号りの波形を、に
）は排他的論理和素子７２の出力信号Ｅの波形を、（ホ
）はタイマ７３の出力信号Ｆの波形を、（へ）は故障検
出回路７の出力信号Ｂの波形をそれぞれがあられしてい
る。

これら第４図・第５図の動作波形図と正常時をあられし
た第３図の動作波形図とを比較すればあきらかなように
、故障時にはいずれもチョッパ制御信号Ｃの論理信号の
レベルとレベル変換回路７１の出力信号りの論理信号ｌ
／ベルとが異なることから、排他的論理和素子７２が論
理１信号を出力し。

これがタイマ７３と７リツプフロツプ７４とを経て。

故障信号として出力されている。

第６図は第１図に示す実施例回路に使用している故障検
出回路の第２図の詳細例をあられしたブロック図であっ
て、レベル変換回路７１．排他的論理和素子７２および
タイマ７３の部分は前述の第２図と同じ構成であシ、こ
れに反転素子７５．論理積素子７６と７７、フリップフ
ロップ７８と７９および論理和素子８０とが付加されて
いる。

第６図に示す回路構成、すなわちタイマ７３の出力信号
Ｆとチョッパ制御信号Ｃとを論理積素子７６に入力させ
、フリップフロップ７８を経由して出力させることＫよ
シ、このフリップフロップ７８の出力信号には、チョッ
パがオフ状態を継続する故障の場合に論理１信号となる
。またタイマ７３の出力信号Ｆとチョッパ制御信号Ｃの
反転信号Ｇとを論理積素子７７に入力させ、７リツプフ
ロツプ７９を経由して出力させることにより、このフリ
ップフロップ７９の出力信号りは、チョッパが短絡故障
した場合に論理１信号となる。それ故フリップフロップ
７８と７９の出力を論理和素子８０を介することＫより
、その出力信号Ｂでチョッパ故障を検出することができ
るとともに、チョッパが短絡故障なのか。

それともオフ状態を継続する故障であるかの判別が、フ
リップフロップ７８・７９のいずれが論理１信号になっ
たかで知ることができる。

第７図は第１図と第６図とで示す実施例回路においてチ
ョッパが短絡故障時の各部の動作をあられした動作波形
図であシ、第８図は第１図と第６図とで示す実施例回路
においてチョッパが開放となる故障時の各部の動作をあ
られした動作波形図であって、これら第７図と第８図の
いずれにおいても、（イ）はチョッパ制御信号Ｃの波形
を、（ロ）は電流検出器１０の出力信号人の波形を、（
ハ）はレベル変換回路７１の出力信号りの波形を、に）
は排他的論理和素子７２の出力信号Ｅの波形を、（ホ）
はタイマ７３の出力信号Ｆの波形を、（へ）は反転素子
７５の出力信号Ｇの波形を、（ト）は論理積素子７６の
出力信号Ｈの波形を１例は論理積素子７７の出力信号Ｊ
の波形を。

（男はフリップフロップ７８の出力信号にの波形を。

（＊）はフリップフロップ７９の出力信号りの波形を。

に）は論理和素子８０の出力信号すなわち故障検出回路
７の出力信号Ｂの波形をそれぞれがあられしている。

〔発明の効果〕

この発明によれば、給電線路と大地との間にコンデンサ
を接続し、抵抗器と電流断続手段との直列回路の必要数
を前記コンデンサに並列に接続し電気車の回生運転によ
シ回生電力に余剰分を生じれば、各電流断続手段を動作
させて余剰電力を抵抗器に消費させるようにしている回
生電力吸収装置において、前記電流断続手段をオンのオ
フ動作させる制御信号の波形と、当該電流断続手段が出
力する電流の波形との時間的な差異を比較し、この差異
が許容範囲よりも大であるときは当該電流断続手段を故
障と判定して除外させ、あるいは回生電力吸収装置の運
転を停止させるようにしたので、従来の電流検出のみで
は発見できなかっ九電流断続手段の故障が容易に検出で
きるようになり。

そのために負荷抵抗の過熱・焼損や、これに伴う火災の
発生を未然に防止できるとともに、多相運転中の電流断
続手段が欠相運転となることによる高調波電流の発生を
抑制できることから、この高調波電流による各種の障害
、たとえば信号制御回路や踏切り制御回路等の誤動作を
防ぐことができ。

大事故になる危険を排除できるなど、大きな効果を発揮
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図であり。第２図は第１図に示す実施例回路に使用している故障検
出回路の詳細な例をあられしたブロック図。第３図は第１図と第２図に示す実施例回路におけるチョ
ッパが正常運転しているときの各部の動作をあられした
動作波形図、第４図は第１図と第２図に示す実施例回路
においてチョッパが短路状態になる故障の場合の各部の
動作をあられした動作波形図、第５図は第１図と第２図
に示す実施例回路においてチａツバがオフ状態になる故
障の場合の各部の動作をあられした動作波形図である。第６図は第１図に示す実施例回路に使用している故障検
出回路の第２の詳細例をあられしたブロック図であシ、
第７図は第１図と第６図とで示す実施例回路においてチ
１ツバが短絡故障時の各部の動作をあられした動作波形
図、第８図は第１図と第６図とで示す実施例回路におい
てチ冒ツバが開放となる故障時の各部の動作をあられし
た動作波形図である。第９図は直流電気車の回生制動シ
ステムをあられした説明図であシ、第１０図は回生電力
吸収装置の従来例を示す回路図、第１１図は第１０図に
図示のチッッパを構成している主スイツチング素子の回
路図である。２・・・変電所、３・・・回生電力吸収装置、４・・・
給電線路、５．６・・・直流電気車、　５Ｍ、６Ｍ・・
・直流電動機。５Ｐ、５Ｆ・・・パンタグラフ、５８．６８・・・スイ
ッチ、７，８・・・故障検出回路、９・・・論理和素子
、　　１０．１１・・・電流検出器、３１・・・入力コ
ンデンサ、　３２，３２Ａ、３２Ｂ・・・負荷抵抗、　
３３，３３Ａ、３３Ｂ・・・電流断続手段としてのチ秀
ツバ、３４・・・電圧調節器、３５・・・移相器、３６
・・・電圧設定器、３８・・・高速度遮断器、７１・・
・レベル変換回路、７２・・・排他的論理和素子、７３
・・・タイマ、　７４．７８．７９・・・クリップ７０
ツブ、７５・・・反転素子、　７６．７７・・・論理積
素子、８０・・・論理和素子、３３１・・・主スイツチ
ング素子としてのσＯサイリスタ、３３２・・・ゲート
駆動回路、３３３・・・スナバ回路。７・／１“。！　４１ｃ＋）ｔヤ、ＬｒｏＪＦｋ　　ゴゾー、ど−：
、７第１図第２図第３図第４図＄５図第６図第７図　　　　　　第８図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

１）電気車へ直流電力を供給する給電線路と大地との間
にコンデンサを接続し、電流断続手段と抵抗器との直列
回路の必要数を、それぞれこのコンデンサに並列に接続
し、このコンデンサの両端電圧が所定値以上になれば、
電圧調節手段を介して前記電流断続手段へオン・オフ信
号を与えてこれを動作させることで、前記電気車が回生
運転するときの余剰電力を前記抵抗器へ吸収させる回生
電力吸収装置において、任意の前記電流断続手段へ入力
されるオン信号と、この電流断続手段から出力される矩
形波状電流とを比較し、両者の時間幅の差異、あるいは
両者の時間的なずれが許容値を越えるとき、当該電流断
続手段を故障と判定して装置から除外し、または装置の
運転を停止させることを特徴とする回生電力吸収装置の
保護方式。