JPS6318904A - 電気車の制御装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は可変電圧・可変周波数のインバータ装置（以下
、Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｆ　（Ｖ　ａｒｉａｂｌｅ　Ｖ　ｏｌｔ
ａｇｅＶａｒｉａｂｌｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）　イン
バータ装置と称スルンにより、？！２数個の誘導電動別
を駆動制御することによって走行する電気車における惰
行制御および再ブレーキｆｌｔｌ１１万沫に関するもの
である。

（従来の技術） 第５図は、ＶＶＶＦインバータ装置により駆動制０１＋
される電気車の主回路構成の一例を示したものである。

第５図において、Ｐａｎはパンタグラフ、Ｌｌ、Ｌ２は
単位スイッチ、ＣＨＲは単位スイッチＬ２と並列接続さ
れた充電抵抗器、ｆ−Ｌはフィルタリアクトル、Ｒ１は
過電流抑制抵抗、ＤＣＰＴは直流変圧器、Ｒ２はＤＣＰ
Ｔ直列抵抗、０ＶＣＲＦは過電圧抑制用サイリスク、Ｆ
Ｃはフィルタコンデンサ、ＩＮＶはＶＶＶＦインバータ
ｉ置、装置は接地スイッチ、Ｉ　Ｍ　１およびＩ　Ｍ　
２は夫々誘導電動機を示している。

次に第６図は、第５図の主回路構成を有する電気車にお
ける従来の制御方法をタイミングチャートにて示したも
のであり、また第７図はこの制御方法を実現するための
制御回路の一例を示したものである。

第６図において、Ｌｌ、Ｌ２は単位スイッチを示し、Ｂ
ＲＲ，ＰＢＲ，ＴＲ１，ＦＣＲは補助リレーを示してい
る。一方第７図において、Ｄｌ。

Ｄ２はダイオード、ＬＡＲは単位スイッチＬ２の補助リ
レー、Ｒ１，Ｒ２はオフ時素用の抵抗、Ｃ１，Ｃ２はボ
ッ時素用のコンデンサである。また、ＴＤはオンディレ
ィタイマー、 ＣＯＮ　Ｔ　Ａ　ＣＴは保護リレーの接点であり、その
他の要素については第５図と同様である。

次に、まず第７図における回生ブレーキの場合のシーケ
ンスについて説明する。

いまブレーキ指令が出されると、経路アにて補助リレー
ＢＲＲがオンする。次に、経路イにより補助リレーＰＢ
Ｒがオンし、論理装置へのＢ指令が出される。一方、経
路つにより補助リレーＴＲ１がオンする。次に、保護回
路の接点を通る経路工により単位スイッチＬ１が投入さ
れる。次に、軽路オによりオンディレィタイマーＴＤの
オン時素後に単位スイッチＬ２が投入される。そして、
この時同時に補助リレーＬＡＲが動作し、単位スイッチ
Ｌ２は自己保護される。次に、経路力により論理装置の
ゲートスタート指令であるＧＳ端子が加圧され、一方補
助リレーＦＯＲの動作条件も成立する。以上により、第
５図の経路Ａのように回生ブレーキ電流が流れて電気車
には回生ブレーキが作用する。

次に、ブレーキ緩めの場合のシーケンスについて説明す
る。

いまブレーキ緩めを行なうと、第７図の経路アおよび経
路イにより加圧されているＢＲＲ。

Ｐ　８’Ｒおよび８指令が無加圧となる。次に、回生ブ
レーキ電流がある設定値以下になるとオフする補助リレ
ーＦＯＲか、またはオフ時素をもつ補助リレーＴＲＩの
どちらか速くオフする方の接点で単位スイッチＬ１をオ
フさせる。一方第６図の区間Ａでは、マイコンのソフト
によりブレーキ電流をある減少率で減衰させてゆく制御
を行なっている。従って、補助リレーＦＯＲは必ずオフ
する。

ただし、補助リレーＦＯＲがオフするまでの時間に制限
を設けており、その制限が補助リレーＴＲＩのオフ時素
である。その後、経路オの単位スイッチＬ１の接点が開
くため、単位スイッチＬ２は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２
で決まるオフ時素後にオフとなる。一方、単位スイッチ
Ｌ１の接点が開くと同時に補助リレーＦＣＲｆ７）電源
が切れ。

かつゲートスタート指令である端子ＧＳが無加圧となる
。これにより、第５図に示すようにＩＮＶ−ＩＭＩ、２
系は架線と切り離された状態で惰行状態となる。

なお、直流変圧器ＤＣＰＴはその直列抵抗Ｒ２との間で
ＯＶＤ回路を構成して、電気車の走行中にフィルタコン
デンサＦＣの電圧を検知しており、このフィルタコンデ
ンサＦＣの電圧が設定値を越えた場合には、過電圧抑制
用サイリスタ０ＶＣＲＦをオンさせてフィルタコンデン
サＦＣをＦＣ→Ｒ１→０ＶＣＲＦの経路で放電させ、か
つ単位スイッチＬ１．Ｌ２を開いてＶＶＶＦインバータ
装置ＩＮＶの入力側が過電圧状態となるのを保護するよ
うにしている。また、以上は回生ブレーキの場合につい
て説明したが、カ行の場合についても同様のシーケンス
となる。

ところで、上述したようなＶＶＶＦインバータ装置によ
り駆動制御される電気車の従来の制御方法においては、
カ行オフまたは回生ブレーキ緩めを１うなった後の惰１
テ状態にある電気車に対して再ブレーキを指令した場合
、惰行時に単位スイッチＬ１．Ｌ２が開いていることか
ら、単位スイッチＬ　１１．ｆｌｔｌ後入後ィルタコン
デンサＦＣの充電時間がかかり、その分だけ回生ブレー
キ回路を構成するのが遅くなって回生ブレーキの応答性
が遅れ、結果的に電力の回生率が小さくなってしまう。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように従来の制御方法においては、惰行状態中に
は単位スイッチを開いているため、再ブレーキ指令が出
されても単位スイッチの投入旧聞およびフィルタコンデ
ンサの充電時間が必ず必要となって、回生ブレーキ回路
を構成するのに時間がかかり電力の回生率が小さいもの
となっていた。

そこで本発明は、一部の単位スイッチの投入時間および
フィルタコンデンサの充電時間を不要として回生ブレー
キ回路を極めて短時間で構成することができ、もって電
力の回生率を高めることが可能な電気車の制御方法を提
供することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、第１のスイッ
チ、および充電抵抗器が並列接続された第２のスイッチ
を介して架線より入力した直流電力を、フィルタリアク
トルおよびフィルタコンデンサからなる平滑回路を介し
て可変電圧・可変周波数のインバータ装置に導入し、こ
のインバータ装置により電力変換された交流電力により
複数個の誘導電動殿を駆１ＩＪｔｌｌ　’ｎｌすること
によって走行する電気車の制御方法において、上記電気
車の速度が設定速度よりも高い条件の下でカ行オフまた
は回生ブレーキ緩めを行なった後の惰行状態時には、上
記第１のスイッチを開かず第２のスイッチを開いて上記
インバータ装置の運転のみを停止させておき、上記電気
車に対する再ブレーキ時には。

上記第２のスイッチを投入しインバータ装置の運転を開
始させて回生ブレーキ回路を構成し、また抵抗およびサ
イリスクを直列接続してなる過電流抑制回路を上記フィ
ルタコンデンサと並列に設け、上記第１のスイッチを開
かず第２のスイッチを開いて上記インバータ装置の運転
を停止させている状態で、上記フィルタコンデンサの電
圧が設定値以上になった時には上記サイリスタをオンさ
せかつ上記第１のスイッチを開き、または帰線を流れる
直流電流が設定値以上になった時には上記第１のスイッ
チを開くようにしたことをＶｊｆｆｉとする。

（作用） 上述の電気車の制御方法においては、カ行オフまたは回
生ブレーキ緩めを行なった後の宿行状態時には、第２の
スイッチを開き、上記インバータ装置の運転を停止させ
ておくだけで第１のスイッチを開かないようにし、電気
車に対する再ブレーキ時には、第２のスイッチを投入し
、インバータ装置の運転を開始させるのみでよいことが
ら、第１のスイッチの投入時間およびフィルタコンデン
サの充電時間を不要として回生ブレーキ回路の構成時間
を辺縮することができると共に、第２のスイッチ＆Ｈ”
ｉＪき、第１のスイッチを開かずにインバータ装置の運
転を停止させている状態でフィルタコンデンサの電圧が
設定値以上になった時にはサイリスクをオンさせてフィ
ルタコンデンサの電圧を放電しかつ第１のスイッチを開
き、または帰線を流れろ直流電流が設定値以上になった
時には第１のスイッチを開くことにより、インバータ装
置を過電圧から保護できることになる。

（実施例） 本実施例による電気車の制御方法は、第１図のフローチ
ャートに示すように、電気車の速度が設定速度よりも高
い条件の下でカ行オフまたは回生ブレーキ緩めを行なっ
た後の惰行状態時には。

第１のスイッチを開かず第２のスイッチを開いてインバ
ータ装置の運転のみを停止させておき、電気車に対する
再ブレーキ時には、第２のスイッチを投入しインバータ
装置の運転を開始させて回生ブレーキ回路を構成し、ま
た抵抗およびサイリスタを直列接続してなる過電流抑制
回路を上記フィルタコンデンサと並列に設け、第１のス
イッチを開かず第２のスイッチを開いてインバータ装置
の運転を停止させている状態で、フィルタコンデンサの
重圧が設定値以上になった時にはサイリスタをオンさせ
かつ第１のスイッチを間き、または帰線を流れる直流電
流が設定値以上になった時には第１のスイッチを開くよ
うにするものである。

以下、上述の考え方に基づく本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。

第２図はＶＶＶＦインバータ装万により駆動制御される
本発明による電気車の主回路構成例を示ず図、第３図は
本発明による電気車の制御方法を示すタイミングチャー
ト図、また第４図はこの制御方法を実現するための制御
回路の構成例を示すものであり、第５図ないし第７図と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。

第２図において、ＤＣＣＴは帰線電流を検出するための
直流変流器である。

一方第４図において、ＶＬＲは電気車の速度検知用の補
助リレー、で、前述の論理１置へ入力される速度信号に
同期して動作し、一定速度ｖｌｌ−／ｈ以上でＯＮする
ものである。また、ＢＳＲはブレーキ指令がある時にの
みオンする補助リレー、Ｔ’Ｒ２は抵抗Ｒ３とコンデン
サＣ３とを組み合せてオフ時素回路を構成する補助リレ
ーであり、この補助リレーＴＲ２のオフ時素は第３図の
ｔｌで表わされる。Ｄ３〜Ｄ５はダイオードを夫々示す
ものである。一方、論理装置へ入力される速度信号ＶＳ
ＩＧは、本来Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｆ　ｉｒ制御（７）　’Ｒ気
車ニＧ、を制（社）のセンサーとして必要とされるもの
であり、本発明のために特に必要とされるものではない
。そして、この速度信号ＶＳＩＧの論理装置への入力端
子がＶＳ１補助リレーＶＬＲの入力端子がＶＬである。

さらに本実施例では、前述した第４図の直流変圧器ＤＣ
ＰＴおよびその直列抵抗Ｒ２で構成されるＯＶＤ回路に
よる電圧検知の設定値は、電気車の通常のカ行１回主ブ
レーキ中のフィルタコンデンサ電圧設定直よりも高い値
となるように設定している。なおこの場合、通常のＯＶ
Ｄ回路のＬ２定値と惰行制御時のＯＶＤ設定値との２段
階の設定値を設定する必要であるが、これはマイコンに
より切り換えることができるようにしている。

次に、本実施例による電気車の制御方法について説明す
る。

まず、第４図において電気車の速度が高く、補助リレー
ＶＬＲがオンしている場合のシーケンスについて説明す
る。なお、補助リレーＶＬＲがオフしている場合は、第
７図と全く同様のシーケンスとなる。

第４図において、−度力行をしてカ行をオフした惰行状
態では、第３図に示すように単位スイッチＬ１、補助リ
レーＢＲＲ，ＰＢＲおよびＴＲ１はオンしており初期状
態にある。そして、この状態でブレーキ指令が出された
場合には、経路アによって補助リレーＢＳＲが動作し、
続いて８指令が論理装置へ入力される。次に、経路イに
よって補助リレーＴＲ２がオンし、経路つによって単位
スイッチＬ２がオンする。なお、補助リレーＶＬＲが動
作している時には、オンディレィタイマーＴＤは補助リ
レーＶＬＲの常開接点で短絡され、補助リレーＶＬＲオ
フ時のフィルタコンデンサＦＣ光電詩間確保用の時素は
無くなった回路となる。次に、経路工により論理装置の
ＧＳ端子が加圧されてＶＶＶＦインバータ装ＲＩＮＶの
ゲートがスタートし、補助リレーＦＯＲがオンする条件
も作られる。これにより、ＶＶＶＦインバータ装置ＩＮ
Ｖが動作して、電気車に回生ブレーキが作用する。すな
わら、単位スイッチＬ１が既に投入されており、フィル
タコンデンサＦＣが既に充電されているために単位スイ
ッチＬ２を投入するだけですみ、回生ブレーキ回路の構
成が速く行なわれて、回生ブレーキの作用が速くなる。

次に、ブレーキ緩めの場合のシーケンスについて述べる
。

いまブレーキ指令がなくなると、第４図における経路ア
の補助リレー８ＳＲがオフし、これと同時にＢ指令がな
くなる。また同時に、経路イの補助リレーＴＲ２のコイ
ルの加圧がなくなって補助リレーＴＲ２はオフディレィ
を開始し、補助リレーＴＲ２のオフ詩Ｍ（第３図のｔｘ
）後に経路つの補助リレーＴＲ２の常開接点が問いて単
位スイッチし２のオフディレィが開始され、単位スイッ
チＬ２のオフ時素〈第３図のｔ２）ｖ２に単位スイッチ
Ｌ２がオフする。これにより、経路工の単位スイッチＬ
２の常開接点が開いて論理装置のＧＳ端子が無加圧とな
り、ＶＶＶＦインバータ装置ＩＮＶのゲートを停止させ
、一方補助リレーＦＣＲのコイルへの印加もなくなり、
補助リレーＦＯＲは動作しないようになる。そして、第
２図の区間Ａ（８指令の無くなった時点からゲートスタ
ート指令が無くなるまでの区間）では、マイコンのソフ
トによってブレーキ電流をＯ（△）まで絞る制御を行な
う。これにより、回生ブレーキ回路の主回路は開かれる
が、電気車の速度が補助リレーＶＬＲの設定値よりも高
い場合には、単位スイッチＬ１はオンのまま惰行状態と
なる。そして、次の再カ行、再ブレーキに備えることに
なる。

一方、上記において単位スイッチＬ２を開き。

単位スイッチＬ１を開かずにＶＶＶＦインバータ装置ｒ
ＮＶのゲルトを停止させている状態で、フィルタコンデ
ンサＦＣの電圧が電気車の通常のカ行１回主ブレーキ中
のフィルタコンデンサ電圧設定値よりも高い値になった
時には、これを直流変圧器ＤＣＰＴおよびその直列抵抗
Ｒ２で構成されるＯＶＤ回路によって検知して、過電圧
抑制用サイリスタ０ＶＣＲＦをオンざぜてフィルタコン
デンサＦＣの電圧を放電かつ単位スイッチＬ１を開き、
または帰線を流れる直流電流が設定値よりも高い値にな
った時には、これを直流変流器ＤＣＣＴによって検知し
て、単位スイッチＬ１を開く（第４図のＣ０ＮＴＡＣＴ
の中に含まれる保護リレーの接点を動作させる）ことに
より、架線電圧の急上昇によってフィルタコンデンサＦ
Ｃが過電圧となり、ＶＶＶＦインバータ装置ＩＮＶの入
力側が過電圧状態となるのが防止されることになる。

上述したように、本実施例による電気車の制御方法は、
電気車の速度が設定速度よりも高い条件の下でカ行オフ
または回生ブレーキ緩めを行なった後の惰行状態時には
、単位スイッチＬ２を開き。

単位スイッチＬ１を開かずにＶＶＶＦインバータ装置Ｉ
ＮＶのゲートを停止させておき、電気車に対する再ブレ
ーキ時には、単位スイッチＬ２を投入し、ＶＶＶＦイン
バータ装Ｕ［ＮＶのゲートを開始させて回生ブレーキ回
路を構成するようにし、また直列抵抗Ｒ１および過電圧
抑制用サイリスタ０ＶＣＲＦを直列接続してなる過電流
抑制回路をフィルタコンデンサＦＣと並列に設け、上記
単位スイッチＬ２を開き、単位スイッチＬ１を開かずに
ＶＶＶＦインバータ装置の運転を停止させている状態で
、フィルタコンデンサＦＣの電圧が電気車の通常の力（
１０回生ブレーキ中のフィルタコンデンサ電圧設定値よ
りも高い値になった時には。

過電圧抑制用サイリスタ０ＶＣＲＦをオンさせてフィル
タコンデンサＦＣの電圧をｔＩｉ電かつ単位スイッチＬ
１を開き、または帰線を流れる直流電流が設定値よりも
高い値になった時には単位スイッチＬ１を開くようにし
たものである。

従って、単位スイッチＬ１の１没入時間およびフィルタ
コンデンサＦＣの充電時間が不要となるため、再ブレー
キ時において回生ブレーキ回路を構成するための時間が
著しく短縮され、これにより再ブレーキの応答性が速く
なることによって高速でのブレーキシューの摩耗が少な
くなり、もって電力の回生率を大きくすることができる
。また本実施例の制御方法では、電気車の速度が設定速
度よりも高い条件の下でカ行オフまた（ま回生ブレーキ
緩めを行なった後の惰行状態時には、単位スイッチＬ１
を開かないようにしていることから、フィルタコンデン
サＦＣは常に架線に接続された状態となっている。この
ため、架線の電圧変動等により０ＶＣＲＦの動作する頻
度が大きくなってその電圧が上昇し帰線電流が増加する
が、かかる場合にはこれを○ＶＤ回路により検知して過
電圧押＄１用サイリスタ０ＶＣＲＦをオンし、また直流
変流器ＤＣＣＴにより検知して単位スイッチＬ１を聞く
ようにしているので、フィルタコンデンサＦＣの電圧を
放電してＶＶＶＦインバータ装置ＩＮＶの入力側を過電
圧が確実に保護することが可能である。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、その要旨を変更しない範囲で種々に変形して実施する
ことか′できるもめである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、単位スイッチの投
入時間およびフィルタコンデンサの充電時間を不要とし
１回生ブレーキ回路を極めて短詩間で構成して電力の回
生率を高めることができると共に、インバータ装置を過
電圧から確実に保護することが可能な電気車の制御方法
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気車の制御方法を示すフローチ
ャート図、第２図はＶＶＶＦインバータ装置により駆動
制御される本発明による電気車の主回路構成図、第３図
は本発明による電気車の制御方法を説明するためのタイ
ミングチャート図、第４図は同制御方法を実現するため
の制御回路図、第５図はＶＶＶＦインバータ装置により
駆ｔ１１制御される電気車の主回路構成図、第６図は従
来における電気車の制御方法を説明するためのタイミン
グチャート図、第７図は従来の制御方法を実現するため
の制御回路図である。 Ｐａｎ・・・パンタグラフ、Ｌｌ、Ｌ２・・・単位スイ
ッチ、ＣＨＲ・・・充電抵抗器、ＦＬ・・・フィルタリ
アクトル、Ｒ１・・・過電流抑制抵抗、Ｒ２・・・直流
変圧器直列抵抗、○ＶＣＲＦ・・・過電圧抑制用サイリ
スタ、０ＣＰＴ・・・直流変圧器、ＤＣＣＴ・・・直流
変流器、ＦＣ・・・フィルタコンデンサ、ＩＮＶ・・・
ｖＶＶＦインバータ装置、ＧＳ・・・接地スイッチ、Ｉ
Ｍｌ。 １Ｍ２・・・誘導電動機、ＢＲＲ，ＰＢＲ，ＴＲＩ。 ＦＣＲ・・・補助リレー、Ｄｌ、０２・・・ダイオード
、ＬＡＲ・・・補助リレー、Ｒ１，Ｒ２・・・オフ時素
用の抵抗、Ｃ１，Ｃ２・・・オフ時素用のコンデンサ、
ＴＤＩ・・・オンディレィタイマー、Ｃ０ＮＴＡＣＴ・
・・保護リレーの接点、Ｂ、ＦＣＰ、ＧＳ・・・論理装
置の入力端子、ＢＳＲ，ＴＲ２・・・補助リレー、ＶＬ
Ｒ，ＢＳＲ，ＴＲ２・・・補助リレー、Ｒ３・・・オフ
時素用の抵抗、Ｃ３・・・オフ時素用のコンデンサ、Ｄ
３〜Ｄ５・・・ダイオード、ＶＳＩＧ・・・速度信号、
■Ｓ、■し・・・論理装置の入力端子。 出願人代理人　弁理士　鈴江式彦 Ｐａｎ 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１のスイッチ、および充電抵抗器が並列接続さ
   れた第２のスイッチを介して架線より入力した直流電力
   を、フィルタリアクトルおよびフィルタコンデンサから
   なる平滑回路を介して可変電圧・可変周波数のインバー
   タ装置に導入し、このインバータ装置により電力変換さ
   れた交流電力により複数個の誘導電動機を駆動制御する
   ことによつて走行する電気車の制御方法において、前記
   電気車の速度が設定速度よりも高い条件の下でカ行オフ
   または回生ブレーキ緩めを行なつた後の惰行状態時には
   、前記第１のスイッチを開かず第２のスイッチを開いて
   前記インバータ装置の運転のみを停止させておき、前記
   電気車に対する再ブレーキ時には、前記第２のスイッチ
   を投入しインバータ装置の運転を開始させて回生ブレー
   キ回路を構成するようにしたことを特徴とする電気車の
   制御方法。
2. （２）第１のスイッチ、および充電抵抗器が並列接続さ
   れた第２のスイッチを介して架線より入力した直流電力
   を、フィルタリアクトルおよびフィルタコンデンサから
   なる平滑回路を介して可変電圧・可変周波数のインバー
   タ装置に導入し、このインバータ装置により電力変換さ
   れた交流電力により複数個の誘導電動機を駆動制御する
   ことによつて走行する電気車の制御方法において、抵抗
   およびサイリスタを直列接続してなる過電流抑制回路を
   前記フィルタコンデンサと並列に設け、前記電気車の速
   度が設定速度よりも高い条件の下でカ行オフまたは回生
   ブレーキ緩めを行なつた後の惰行状態時には、前記第１
   のスイッチを開かず第２のスイッチを開いて前記インバ
   ータ装置の運転のみを停止させておき、前記電気車に対
   する再ブレーキ時には、前記第２のスイッチを投入しイ
   ンバータ装置の運転を開始させて回生ブレーキ回路を構
   成し、また前記第１のスイッチを開かず第２のスイッチ
   を開いて前記インバータ装置の運転を停止させている状
   態で、前記フィルタコンデンサの電圧が設定値以上にな
   つた時には前記サイリスタをオンさせかつ第１のスイッ
   チを開き、または帰線を流れる直流電流が設定値以上に
   なつた時には前記第１のスイッチを開くようにしたこと
   を特徴とする電気車の制御方法。
3. （３）設定値としては、電気車の通常のカ行、回生ブレ
   ーキ中のフィルタコンデンサ電圧設定値より高いもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の
   電気車の制御方法。