JPS63112234A - 回生電力吸収装置の制御方法 - 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ｌζ発生す
る余剰な回生電力を素早く吸収することで回生制動シス
テムを安定に作動させることができる回生電力吸収装置
の制御方法に関する。

〔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
チョッパ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り、下り坂を走行したりする
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３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３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
電力をパンタグラフ５Ｐ、６Ｆから取りこみ、スイッチ
５８゜６Ｓ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、６Ｍ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３図において、一方の直流電気車５がカ行運転中
であり、他方の直流電気車６は回生運転中であるとする
と、力行中の電気車５は、変電所２からの１２なる電流
と、電気車６から回生されてくる工６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ｌこ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ｌこ見合
って変電所２から出力される電流■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
回生される電力を力行中の電気車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ｌこ、
給電線路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ｆ３へ吸
収させる。すなわち第３図において、変電所２からの出
力を流工２は零であり、直流電気車５は直流電気車６か
ら回生される電流工、正こよりカ行運転し、さらに直流
電気車６から回生される余剰分の電流工、が回生電力吸
収装置３へ吸収されることで、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４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
接続されており、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り回生電力吸収装置３が（ｄ成さ
れている。なお負荷抵抗３２とチョッパ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に
、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萱運転時の高調波を抑制す
るために、これら複数のチョッパ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、本発明においては、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。

回生電力ｔこ余剰分があるとき、給；寵線路４から回生
電力吸収装ｆ、ｔ３へ回生電流工、が流入し、入力コン
デンサ３１の電圧Ｖ。を上昇させる。電圧設定器３６で
設定されている電圧ｖ５　とこのコンデンサ電圧Ｖ。と
の偏差が電圧調節器３４へ入力され、この電圧調節器３
４は入力偏差を零にする＜す制御信号ｖ３４を移相器３
５へ出力し、さらにこの移相器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Ｖ。が上昇
すれば、これを設定電圧Ｖ、と同じ値にするべくチョッ
パ３３の通流率が適切な値に調節され、これに従って流
れる断続Ｘ流が負荷抵抗３２で消費されることｌこなる
。

第５図は緩やかに変化する余剰回生電力を第４図に示す
従来例回路で吸収する場合の動作をあられした波形図で
あって、第５図ビ）は回生電力吸収装置３へ流入する電
流Ｉ３の変化を、第５図（ロ）は入力コンデンサ３１の
電圧ｖｃの変化を、第５図ｅ→は電圧調節器３４の出力
Ｖ３４の変化をそれぞれがあられしている。このグラフ
からあきらかなように、回生電力吸収装置３へ電流工、
が流入するのに従って、入力コンデンサ電圧ＶＣが上昇
してその値が設定電圧Ｖ、を越えると電圧調節器３４が
作動しはじめるので、結局入力コンデンサ電圧ｖｏの最
高値は設定電圧Ｖ、よりΔＶだけ高い値となるのである
が、電圧調節器３４は電流工、の変化、すなわち電圧Ｖ
。の変化に追従できることから、電圧のオーバシュート
分ΔＶの値は小であり、当該回生電力吸収装置３はその
責務を有効に果たしている。

しかしながら、第３図に示す直流電気車の回生制動シス
テムにおいて、カ行運転中の直流電気車５は変電所２と
回生運転中の直流電気車６とから電力の供給を受けてい
るならば、電気車６から回生電力吸収装置３への電流■
３は零であるが、このような状態でカ行運転中の直流電
気車５がノツチオフして惰行運転を開始すると、直流電
気車６から電気車５へ向って回生じていた電力がすべて
回生電力吸収装置３へ移行することとなる。すなわち回
生電力吸収装置３へ流入する電流工、は、零から急激に
立上がることになる。

第６図は急激に変化する余剰回生電力を第４図に示す従
来例回路で吸収させようとする場合の動作をあられした
波形図であって、第６図げ）は回生電力吸収装置３へ流
入する電流■３の変化を、第６図（ロ）は入力コンデン
サ３１の電圧ｖｃの変化を、第６図ｅ→は電圧調節器３
４の出力Ｖ３４の変化をそれぞれがあられしている。

この第６図からあきらかなように、たとえば上述した理
由すなわちカ行運転中の電気車がノツチオフすることで
回生電力吸収装置３Ｉこ流入する電流工、が急激に立上
ると、入力コンデンサ３１の電圧Ｖ。も急速に上昇する
ので、電圧調節器３４が作動を開始するときには、その
値は設定電圧Ｖ。

よりもはるかに高い値となっている。

回生運転中の直流電気車６と回生電力吸収装置３との間
の給電線路４の抵抗をＲとするならば、回生電流は工３
、入力コンデンサ３の電圧すなわち回生電力吸収装置３
の電圧はＶＣであるから、これらを用いると回生運転中
の直流電気車６の電圧ｖＭは下記の（１）式であられさ
れる。

■Ｍ＝ｖｏ＋Ｒ・工、・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・曲・・曲・・曲・・曲（１）すなわち回生運
転中の電気車６の電圧ｖＭは回生電力吸収装置３の電圧
Ｖ。の上昇に伴って増加し、このｖＭがあらかじめ定め
られた値ＶＦを越えると、この直流電気車６は自動的ｌ
こその回生運転を中止する。これを回生失効と称するが
、回生運転により下り坂を抑速走行中に回生失効となれ
ばその速度が上昇して危険であり、また停止するべく回
生運転により減速中の電気車は、回生失効により所定位
置に停止できない不具合を生ずる。

上述の現象により回生運転中の電気車の電圧が上昇して
回生失効状態となることは頻繁に発生すると考えられ、
電気車を安定に回生制動させることができないという大
きな欠点を有する。

〔発明の目的〕

この発明は、急激な立上りで流入する回生電流に対して
も十分Ｉこ素早く応答することで回生電力吸収装置の電
圧急上昇を抑制し、もって回生運転中の電気車が回生失
効に至るのを防止できる回生電力吸収装置の制御方法を
提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、急激な立上りで流入する回生電流が回生電
力吸収装置を構成する入力コンデンサを充電してその電
圧を急上昇させるのに対して、当該回生電力吸収装はの
電圧制御系が追従できないことが原因であることから、
入力コンデンサ電圧がこの電圧制御系が作動を開始する
設定電圧よりも上側に定められた異常電圧設定値を上廻
るとき、回生電力吸収装置を構成している電流断続手段
を直ちに全導通状態にして急速に入力コンデンサ電圧を
低下させ、もって回生運転中の電気車が回生失効状態に
なるの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り、この第１
図にもとづいて以下に本発明の内容を記述する。

第１図において、符号４なる給電線路力）らは工。

なる回生電流が回生電力吸収装置へ流入するのであるが
、この回生電力吸収装置は、給′ｒ！Ｌ線路４と大地と
の間に接続される入力コンデンサ３１、この入力コンデ
ンサ３１に並列接続される負荷抵抗３２と電流断続手段
としてのチョッパ３３との直列回路、さらにチョッパ３
３を制御するための電圧調節器３４、移相器３５、電圧
設定器３６、コンパレータ４１、異常電圧設定器・↓２
ならびに論理和素子４３とで構成されている。

給電線路４を介して回生電流工、が流入すると、入力コ
ンデンサ３１はこの回生電流により充電されるので、そ
の電圧■　は回生電流Ｉ３の変化速度に対応して緩やか
に、あるいは急速に上昇する。

この電圧Ｖ。が電圧設定器３６で定められた所定値ｖｓ
１を上廻るとき、電圧調節器３４は入力される電圧ｖ０
と電圧ｖｓ１との偏差を零にする制御信号ｖ３４を移相
器３５へ出力する。移相器３５はその入力信号ｖ３４に
対応したＢなるオン・オフ信号を論理和素子４３を介し
てチョッパ３３へ与え、このチョッパ３３を構成するス
イッチ素子をオン・オフ動作させることにより、負荷抵
抗３２で回生電力を消費させるので、入力コンデンサ３
１の電圧ｖ０が過大になることを防いで電圧設定器３６
による所定値ｖ８１に抑制しようとするのは、第４図に
おいて既述の従来例回路の場合と同じである。

回生電流工、の立上りが急激であるとき、上述の制御動
作のみではコンデンサ電圧Ｖ０の急上昇は抑制できない
が、本発明においては、このコンデンサ電圧Ｖ。がコン
パレータ４１へも印加されるようになっており、このコ
ンデンサ電圧ｖ０が電圧設定器３６による所定値ｖ８１
よりも高い値に定めている異常電圧設定器４２の設定値
Ｙｓ２を越えると、その瞬間にコンパレータ４１が動作
し、Ａなるチョッパ３３を全導通させる信号がこのコン
パレータ４１から論理和素子４３を介してチョッパ３３
へ与えられるので、この全導通信号により当該回生電力
吸収装置へ流入した余剰回生電力は素早く吸収され、入
力コンデンサ３１の電圧Ｖ。

を速やかに所定値ｖ、１まで引下げることができる。

第２図は第１図に示す実施例回路の各部の動作をあられ
した動作波形図であって、第２図げ）は回生電力吸収装
置へ流入する回生電流工３の変化を、第２図（ロ）は入
力コンデンサ３１の電圧Ｖ０の変化を、第２図（ハ）は
電圧調節器３４の出力Ｖ３４の変化を、第２図に）はコ
ンパレータ４１の出力人の変化を、第２図（ホ）は移相
器３５の出力Ｂの変化を、第２図（へ）は論理和素子４
３の出力Ｃの変化をそれぞれがあられしている。

この第２図からあきらかなように、力行中の電気車へ流
れていた電流Ｉ６（第２図イ）において破線で図示して
いる）は、このカ行軍がノツチオフした瞬間に回生電流
■３　として当該回生電力吸収装置へ流入するので、そ
の立上りは極めて急激である。そのため入力コンデンサ
３１の電圧Ｖ。も急速に増大してごく短時間で所定値ｖ
５１を上廻って異常電圧設定値Ｖ５□に到達する（第２
図（ＣＩ参照）。

このとき電圧調節器３４の出力Ｖ３４はまだ十分に立上
っておらず、従って移相器３５が出力するＢなる信号の
オン時間のオフ時間に対する割合も小であり（第２図（
ホ）参照）、このままでは当該回生電力吸収装置はその
能力を十分に発揮できないのであるが、コンデンサ電圧
Ｖ。がＶ５゜４こ到達することによりコンパレータ４１
が直ちに動作する。

従ってこのコンパレータ４１が動作している期間中は論
理和素子４３を経てチョッパ３３へ全導通すべき信号が
与えられるので（第２図（へ）参照）、負荷抵抗３２に
おいて回生電力が消費され、コンデンサ電圧Ｖ。を速や
かに所定値ｖ３．まで引下げることができるので、回生
運転中の電気車の回生失効を未然に防止できる。

回生電気車側で設定する過電圧設定値、すなわち回生失
効が起る電圧をｖＦとするとき、異常電圧設定値ｖ、２
を下記の（２）式に示す条件に合致するように定めるな
らば、電気車側で回生失効を生ずるおそれがなくなる。

ここで几ｍａｘは給電線路４の抵抗の最大値であり、Ｉ
　ｍ　ａ　ｘは回生電流の最大値である。

Ｖｓ２≦ｖＦ−ＦＬｍａｘ　　”　ｍａｘ　・・・・−
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（２）なお、上述の記述におけるコンパレータ４１と
して、動作レベルと復帰レベルとが異なるヒステリシス
特性を有するもを使用するのも差支えなく、またこのコ
ンパレータ４１の後段にフィルタあるいはタイマを設け
てチョッパ３３の全導通期間を調整できるようにしても
本発明の趣旨を損うものではないことは勿論である。ま
た前述した複数チョッパｌこよる多相運転に本発明の趣
旨を適用できることも勿論である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、入力コンデンサと、この入力コンデ
ンサに並列接続される砥抗器（！：電流断続手段との直
列回路で構成された回生電力吸収装置を給電線路と大地
との間に接続し、回生電流が入力コンデンサに流入して
その電圧を上昇させるとき、このコンデンサ電圧が所定
値に到達すれば電圧制御系の動作により前記電流断読手
段をオン・オフ動作させて回生電力を吸収するのである
が、コンデンサ電圧が前記の所定値を上廻って設定され
ている異常電圧設定値に到達すれば、コンパレータの働
きにより前記電流断続手段を直ちに全導通させるように
しているので、当該回生電力吸収装置にへ流入する回生
電流が極めて急激に増７＋１１　シた場合であっても、
速やかに流入した回生電力を消耗させることができるの
で、入力コンデンサの電圧が急激に上昇するのを抑制で
き、回生運転中の電気車が回生失効状態になることを防
止でき、安定な回生制動システムを実現できる効果を発
揮することとなる。

【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の各部の動作をあられした動作
波形図である。第３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り、第４図は回生電力吸収装置
の従来例を示す回路図、第５図は緩やかに変化する余剰
回生電力を第４図に示す従来例回路で吸収する場合の動
作をあられした波形図であり、第６図は急激に変化する
余剰回生電力を第４図に示す従来例回路で吸収させよう
とする場合の動作をあられした波形図である。 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、５Ｍ・・・直流
電動ｆｉ、５Ｐ、６Ｐ・・パンタグラフ、５８．６８・
・・スイッチ、３１・・・入力コンデンサ、３２・・負
荷抵抗、３３・・・電流断続手段としてのチョッパ、３
４・電圧調節器、３５・・・移相器、３６・・電圧設定
器、４１・・コンパレータ、４２・・・異常電圧設定器
、４３・・論理和素子。 １埋入弁Ｒ±　１ｂ　エフ　　　良　　、″゛第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、
   前記電流断続手段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
   生電力吸収装置の制御方法において、前記コンデンサの
   両端電圧が前記所定値を上廻つて定められた設定値以上
   になれば、すべての前記電流断続手段を全導通で運転さ
   せることを特徴とする回生電力吸収装置の制御方法。