JPS63162345A - 直流電車き電方式 - 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〕 本発明は、変電所から直流主き電線にき電し、主き電線
から補助き電線を介して電車線にき電する直流電車き電
力式に関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来の一種類のき電線に対して２種類のき電線
で直流電車にき電するき電力式を示す。

以後これを複き電力式と呼ぶ。１．２はき重用変電所で
あり、電力系統から高圧または特別高圧線１３゜２３で
変電所に電力を引き込む。変電所では変圧器１１、２１
で降圧する。降圧された交流電圧は半導体変換器１２．
２２で直流電圧に変換され、き電線にき電する。１２．
２２は一般にダイオード整流器が採用される。７ば主き
電線で、電車電圧よりも高い電圧とする。当然、変圧器
１１．１２および半導体変換器２１．２２はこの電圧に
合わせて設計されている。

３は補助き電線で、電車線４を介して電車６１〜６３に
電力を供給する。主き電線７と補助き電線との間に、順
・逆両方向に変換可能なチョッパの如き半導体直流−直
流変換器８１〜８３を設置し、この変換器で主き電線の
電圧を電車電圧に降圧する。

Ｐ、は高電圧の主き電線に接続される端子、Ｐ２は低電
圧の補助き電線に接続される端子で、Ｎは５のレール又
は負き電線に接続される端子である。

半導体直流−直流変換器８１〜８３は、電車がカ行時に
は順方向に変換動作をして電力を主き電線７から補助き
電線３に供給する降圧チョッパとして働き、電車が回生
制動時には逆方向に変換動作をして、電車電力を補助き
電線がら主き電線に戻す昇圧チョッパとして働く。

直流き電の場合、電車線の電圧がカ行運転の場合では規
定値を下回らないように、又回生運転では規定値を上回
らないように決められる。直流き電圧としては１５００
　ｖが多く採用されている。１５００■のき電々圧の場
合多くは電車電圧がｌ１００Ｖ以下に下がらないように
変電所間隔や半導体直流−直流変換器の設置間隔を決め
ている。

第６図は上述の如き複式直流き電のカ行運転時の電圧特
性を示したものである。同図でその特性を説明する。

地点の、■に変電所があって、変電所■と変電所■との
間の６個所（ａｔ、　（ｂｌ、　ｆａｔ、　（ｄ）、　
（ｅｌ、　ｆｆｌに直流−直流変換器を設置し、各直流
−直流変換器間に電車がある場合における電車電圧と主
き電線の電圧を示した図である。同図で曲線Ａが電車電
圧の推移を示し、曲線Ｂは主き電線電圧の推移を表し、
各変電所■、■での送り出し電圧はａ・Ｖｄ。

とじている。

各地点（ａ）、　（ｂｌ、　（ｃｌ、　（ｄｌ、　（ｅ
ｌ、　（ｆｌに設置された直流−直流変換器は、それぞ
れの設置点での主き電線電圧を所望の電車電圧Ｖｄ０に
降圧して補助き電線にき電する。

主き電線電圧は変電所から遠ざかるにしたがって下がり
、地点（Ｃ）もしくはｆａｔ点のあたりで最低となる。

この最低電圧となる地点で変換器の入力電圧、すなわち
主き電線の電圧が上記の値Ｖｄ、以下にならなければよ
い。

カ行運転中の電車の位置が直流−直流変換器設置点に至
近の場合には、電車電圧は送り出し電圧Ｖｄ、となる。

電車がここから遠ざかるにしたがって、き電線と電車線
の電圧降下分だけ値Ｖ　ｄ　ｏより下がる。直流−直流
変換器設置点の中間点が最小４ａＶｄｒ＝ｔアになる。

このことから直流−直流変換器の設置間隔り、、は次式
のようになる。

ここで、 Ｐ＝電車の消費電力Ｃｋ＆ＪＥ ｒ＝き電線、レールおよび電車線を含めたき電回路の１
ｋＩｎあたりの合成抵抗〔Ω／ｋｍ）である。

（１）式で、１５００　Ｖ直流電車の例で示すと次のよ
うになる。

Ｖ　ｄｏ　＝　１６５０　Ｖ Ｖｄｆｆｉｉｎ＝１１００Ｖ 中間点付近を１０両編成の電車２編成が同時に走行して
いるとして、 Ｐ　＝１０，０００　（ｋ葬〕 又き電回路の抵抗を０．０４Ω／ｋＩ１１とすると、Ｌ
ｓ＝３ｋｍ となる。

第５図に示した複き電力式にすると、主き電々圧を３ｋ
Ｖ程度にすることにより、変電所間隔を１５ｋＩ１１〜
２０ｋｎ＋にでき、次のような効果がある。

（１）　　変電所間隔を長くとれるので変電所の数が少
なくできる。

（２）半導体直流−直流変換器が新たに必要になるが、
（１）項の効果により、総合的には安価なき電システム
にできる。

（３）変電所機器の稼動率が高まるので、設備の使用効
率が向上し、このためき電システム全体の設備費を安く
できる。これは、変電所間隔が長くなり、変電所区間に
入る電車数が増し、且つ変電所区間を通過する時間が長
くなるためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一方、近年直流電車は省エネルギおよび保守の省力化か
ら回生ブレーキを備えた電車が多（なってきている。

このような電車に対しても、本復き電システムでは変電
所の半導体変換器はダイオード整流器としている。これ
は変電所間に入る電車も多く、回生運転中の電車の回生
電力は他のカ行運転中の電車のカ行電力に吸収され、変
電所から回生する必要がない。ダイオード整流器はサイ
リスク式に比べ価格が安いことからである。

しかし、この場合にカ行運転中の電車がないとき、また
はカ行運転中の電車があってもそのカ行運転中の電車に
電力吸収能力がなければ、制動運転しようとする電車は
回生制動を作動させることができない。このような場合
、制動しようとする電車は回生制動に代わってブレーキ
を作動させることになる。あるいは別の方式として、変
電所の変換器をサイリスク逆変換器にすることにより、
回生運転中の電車の電力を交流側へ回生することができ
る。前者の方式では機器ブレーキ関係の保守が増し、後
者の方式では変電所の建設費が高くなると共に、このサ
イリスク変換器の設備利用率が悪いと云う問題が生ずる
。このようなことから回生制動機能を損なうことなく、
且つ安価なき電力式が望まれる。

そこで、本発明は、複直流き電力式において、回生運転
電車の回生電力を吸収するカ行運転電車がない場合でも
、゛回生電力を吸収させることができる安いき電システ
ムを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、本発明によれば、変電所から電車線電圧よ
り高い電圧で主き電線にき電し、変電所より適当な間隔
で１個又は複数個の順・逆両方向に電力変換可能な半導
体直流−直流変換器を設置し、各設置点で前記主き電線
と、電車線に電力を供給する補助き電線とを当該半導体
直流−直流変換器を介して接続した直流電車き電力式に
おいて、直流電車の回生制動時に生ずる余剰回生電力を
吸収する回生電力吸収装置を主き電線又は補助き電線に
接続することによって達成される。

回生電力吸収装置としては、抵抗器とチョッパとからな
る回生電力吸収装置を使用することができる。

〔作用〕

か＼る構成により、カ行運転中の電車がなくとも、き電
区間内のどの位置で電車が回生制動を動作させられても
、その際に生じる回生電力は、この回生電力吸収装置に
よって吸収される。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第４図を参照しながら本発明を実施
例について詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例である。第５図と同一番号は
同一の構成要素を示している。

第１図の第５図との違いは補助き電線３の回生電力吸収
装置９１．９２を接続した点にある。第１図の例では回
生電力吸収装置を変電所設置間隔で設置した場合で示し
である。

回生電力吸収装置の具体的な構成例を第２図に示す。第
２図で９１１は半導体チョッパ、９１２は抵抗器である
。チョッパ９１１の通流率を変えることにより、等価的
な抵抗値を変えることができる。

第１図の実施例の動作説明図が第３図である。

第３図は回生電力吸収装置９１の設置点からの回生電車
６１の位置（第３図ではＡ）と電車線電圧の関係を示し
たものである。回生車の位置の限界は、回生時の電車線
電圧が規定値（Ｖｄｍａｘ）に達する点で決まる。第３
母に破線で示した特性は、単一き電線（チョッパ８１〜
８４がなく１種類のき電線でき電する方式）の場合であ
り、その限界点は■となる。これに対して、複き電力式
では実線の特性となり■まで限界点が延びる。

複き電力式で限界点が延びるのは、回生電力が６１→８
３−７→８１→９１なる経路および６１→３−８２−７
−８１→９１なる経路にても電車６１から主き電線を介
して回生電力吸収装置９１に送られるために、６１−３
→９１なる経路での回生電力が減少するためである。

第４図は本発明の他の実施例を示す図である。

第４図では回生電力吸収装置９３．９４を主き電線に接
続するようにしたものである。

第１図および第４図に示した実施例では、回生電力吸収
装置を変電所間隔で設置しているが、直流−直流変換器
設置点毎に設置しても、また別の適当な間隔で設置して
も良い。

更に、回生電力吸収装置は抵抗器とチョッパとで構成し
た方式で説明したが、場合によっては、フライホイール
やバッテリなど他のエネルギ蓄積形の回生電力吸収装置
としても良い。

〔効果〕

本発明によれば、主き電線と補助き電線とからなる複き
電線による直流電車き電力式で、且つ例えばチョッパと
抵抗器とで安価に実施できる回生電力吸収装置を適当な
間隔でき電線に設置するようにしたので次の効果がある
。

ｆｌ）き電システム全体が非常に安価にできる。

（２）回生車の回生電力を全て吸収できるので、回生車
は回生失効がなくなり、空気ブレーキを使用しなくなる
ので、空気ブレーキ関係の寿命、保守が非常に向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直流電車き電力式の一実施例を示
す概略図、第２図は回生電力吸収装置の一例を示す回路
図、第３図は第１図の実施例についての動作説明図、第
４図は本発明の他の実施例を示す概略図、第５図は複き
電線による直流電車き電システムを示す概略図、第６図
は複き電線による直流電車き電システムの特性図である
。 Ｌ２−変電所、３−補助き電線、４−電車線、５−レー
ル（または負き電線）、６１〜６３−電車、７−主き電
線、８１〜８４−半導体直流−直流変換器、９１．９２
−回生電力吸収装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）変電所から電車線電圧より高い電圧で主き電線にき
   電し、変電所より適当な間隔で１個又は複数個の順・逆
   両方向に電力変換可能な半導体直流−直流変換器を設置
   し、各設置点で前記主き電線と、電車線に電力を供給す
   る補助き電線とを当該半導体直流−直流変換器を介して
   接続した直流電車き電力式において、直流電車の回生制
   動時に生ずる余剰回生電力を吸収する回生電力吸収装置
   を主き電線又は補助き電線に接続したことを特徴とする
   直流電車き電方式。 ２）回生電力吸収装置は抵抗器と半導体チョッパとによ
   り構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の直流電車き電方式。