JPS63190504A - チヨツパ装置 - 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〕 本発明はチョッパ装置に係り、特に、複巻電動機や分巻
電動機の界磁に流れる電流を制御するのに好適なチョッ
パ装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電気車を駆動する電動機を制御する場合、前進
と後進及びカ行と制動のモード切替が必要である。最近
、電気車の駆動電動機に分巻電動機を用い、その電機子
及び分巻界磁（以下、単に界磁と呼称する）に流れる電
流を夫々チョッパで制御するチョッパ電気車が実用され
ており、前進と後進及びカ行と制動のモード切換えを四
組のスイッチング素子を用いたブリッジ回路から成る分
巻界磁スイッチ部（以下、単に界磁スイッチ部と呼称す
る）で行っている。このような従来装置の実施例は特開
昭６０−２３４４０３号公報に記載されているが、界磁
スイッチ部を構成するスイッチ素子等の電圧容量やスナ
バコンデンサ容量については言及されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、界磁スイッチ部における全スイッチ
素子の電圧容量やスナバコンデンサ容量は、一般にはチ
ョッピング動作で必要な電圧容量とスナバコンデンサ容
量となっており、夫々のスイッチ素子の動作に応じて最
適化されておらず、そのため、スイッチ素子等の電圧耐
量がチョッピング動作から定まる大きい方に統一され、
界磁スイッチ部の価格が高くなる問題がある。

本発明の目的は、界磁スイッチ部におけるスイッチ素子
等の電圧容量を最適化し、価格の安い界磁スイッチ部を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、界磁スイッチ部のチョッピング動作を行わ
ないスイッチ素子の電圧容量を、チョッピング動作を行
うスイッチ素子の電圧容量よりも低くすることにより達
成される。

〔作用〕

第４図に、チョッパ電車で使用されている分巻電動機チ
ョッパ制御回路の従来例を示す。第４図（イ）において
、電動機電機子７の電流は電機子チョッパ８で制御され
、電動機分巻界磁１ｏの電流は四組のスイッチ素子１１
〜１４がブリッジ回路された界磁スイッチ部で制御され
る。スイッチ素子１１〜１４は、例えば、第４図（ロ）
にスイッチ素子１１で代表して示されるように、ＧＴＯ
ｌｌｌとフリーホイールダイオード１１２、及び、ダイ
オード１１３とコンデンサ１１４と抵抗１１５からなる
スナバ回路から構成される。なお、第４図（ハ）はＧＴ
Ｏ１１１の代りにトランジスタ１１１′を用いた例で、
他の回路要素は（ロ）と同じである。このような四組の
スイッチ素子１１〜１４がブリッジ構成された界磁スイ
ッチ部では、表１に示すように界磁１０に流れる電流を
チョッピング制御するスイッチ素子１２と１４及び前・
後進やカ行・制動のモード切換を行うスイッチ素子１１
と１３を固定化することができる。

表　　１ 第５図に、スイッチ素子１１がオンでスイッチ゛〜゛ツ
チ素子１１と１４が共にオン状態で界磁電流１１ｏが電
源より供給される。第５図（ロ）は、スイッチ素子１１
がオンのままスイッチ素子１４をオフした場合で、界磁
電流１１０はもともとオフ状態にあるスイッチ素子１３
に並列接続されているフリーホイールダイオード１７と
スイッチ素子１１を通って還流する。スイッチ素子１４
が界磁電流１１Ｇをオフすることにより、スイッチ素子
工４には回路の配線インダクタンス等に基づくサージ電
圧が発生し、サージ電圧は第１図（ロ）に図示したスナ
バ回路により所要値に抑制される。

第５図（ハ）は、スイッチ素子１４が、再び、オンした
場合で、先ず、電源から流れる電流がフリーホイールダ
イオード１７に流れている界磁電流１１ｏを打消し、次
に、フリーホイールダイオード１７に破線で示すリカバ
リ電流Ｉｒを流してフリーホイールダイオードを完全に
オフ状態にしてから、界磁電流エエ０が第５図（イ）と
同様にスイッチ素子１１と１４を通って流れるモードと
なる。

フリーホイールダイオード１７がオフ、つまり。

リカバリ電流をオフすることにより、フリーホイールダ
イオード１７には回路の配線のインダクタンス等に基づ
くサージ電圧が発生し、サージ電圧（以下、スパイク電
圧とする）は第１図（ロ）に図示したスナバ回路により
所要値に抑制される。

この動作モードに基づく動作波形は、第５図（ニ）に示
される。一般に、スイッチ素子１４がオフする界磁電流
１１０とフリーホイールダイオード１７がオフするリカ
バリ電流Ｉｒとの間には、エエｏ＞Ｉｒの関係があり、
従って、界磁電流Ｉｚ。

をオフするスイッチ素子１４のスパイク電圧ΔＶ１４と
リカバリ電流Ｉｒをオフするフリーホイールダイオード
１７のスパイク電圧ΔＶ１７どの間には第５図（ニ）に
図示すように、Δｖ１４〉ΔＶエフの関係がある。

ところで、リカバリ電流はフリーホイールダイオードに
高速ダイオードを用いてより小さくすることができ、ま
た、フリーホイールダイオードの〜゛ でチョッピング動作を行わないスイッチ素子の電圧容量
をチョッピング動作を行うスイッチ素子の電圧容量より
も低くすることができる。

〔実施値〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図では、チョッピング動作を行わないスイッチ素子１１
及び１３のフリーホイールダイオード１１２と１１３を
リカバリ電荷量の小さい高速ダイオードとし、且つ、ス
ナバ回路をスパイク電圧がより小さくできる複合型スナ
バ回路としである。例えば、スイッチ素子１１の場合で
説明すると、コンデンサ１１７をＣｓ、コンデンサ１１
９をＣｚ、抵抗１１８をＲとした場合、配線インダクタ
ンスをＬｌとしてそれらの関係をり、スパイク電圧を電
源電圧の１．２〜１．３倍に抑制できることが知られて
いる。

一般に、チョッピング動作を行うスイッチ素子１２及び
１４におけるスナバ回路では、ＧＴＯ１２１、あるいは
、１４１が負荷電流（界磁電流）をオフしたときのスパ
イク電圧が電源電圧の約二倍となるように設定されるの
で、チョッピング動作を行わないスイッチ素子１１及び
１３を本発明の第１図のように実施すれば、スイッチ素
子１１及び１３の電圧容量をチョッピング動作を行うス
イッチ素子１２及び１４の電圧容量よりも低くすること
ができ、これらスイッチ素子を構成するＧＴＯやフリー
ホイールダイオードに電圧容量の小さいものが使える。

例えば、架線電圧１５００Ｖのチョッパ電車での実用を
考えるとチョッピング動作を行うスイッチ素子のＧＴＯ
は４．５ＫＶ耐圧のものなのに対し、チョッピング動作
を行わない素子のＧＴＯは２．５ＫＶ耐圧のものが使用
できる。

第２図に本発明の他の実施例を示す。第２図では、チョ
ッピング動作を行いスイッチ素子１１及び１３にトラン
ジスタ１１１′及び１３１′を使用した場合である。ト
ランジスタでは、一般に。

ダイオードが内蔵されているので、この場合のスイッチ
素子１１及び１３のフリーホイールダイオード１１２及
び１３２は夫々トランジスタ１１１′及び１３１′に内
蔵されているものとしてもよい。

そして、トランジスタに内蔵されているダイオードは、
一般の高速ダイオードよりも更にリカバリ電荷量が非常
に小さい高速ダイオードとなっているので、本発明のた
めのフリーホイールダイオードとして好適である。この
場合、リカバリ電荷量が小さいので、スナバ回路はスイ
ッチ素子１１で例示すように、抵抗１１８とコンデンサ
１１９を直列接続した構成としたが、スパイク電圧を十
分ノ」１さい値（電源電圧の１．２〜１．３倍）に抑制
できない場合には、第１図に示した複合型スナバ回路に
してもよいとは勿論である。従って、第２図の実施例で
も、チョッピング動作を行いスイッチ素子１１及び１３
の電圧容量を、チョッピング動作を行うスイッチ素子１
２及び１４の電圧容量よりも低くできる効果がある。ま
た、第２図の実施例では、スイッチ素子１１と１３にお
けるトランジスタ１１１′と１１３′をモジュールタイ
プのトランジスタとして一体化することができ、界磁ス
イッチ部の全体の素子数を低減できる効果もある。

第３図に本発明の他の実施例を示す。第３図では、チョ
ピング動作を行わないスイッチ素子１１と１３及び１５
と１６の四組でブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路と
直列にチョッピング動作を行うスイッチ素子１７を接続
しである。従って、表２の動作表に示すように、前・後
進やカ行・制動のモード切換はスイッチ素子１１と１３
及び１５と１６とで行われ、スイッチ素子１７は上に全
てのモードでチョッピング動作を行うことになる。

表２ このような第３図の実施例回路では、例えば、前進のカ
行時、即ち、スイッチ素子１１と１６がオン状態でスイ
ッチ素子１７がチョッピング動作を行っている際に、ス
イッチ素子１７がオフしたときには界磁電流は使用され
ずオフ状態にあるスイッチ素子１３と１５のフリーホイ
ールダイオード１３２と１５２を介して夫々、 の二つの回路で還流することになる。従って、一つのフ
リーホイールダイオードに、例えば、フリーホイールダ
イオード１３２に注目してみると、還流する界磁電流は
第１図や第２図の実施例に対して約半分となる。一般に
、フリーホイールダイオードのリカバリ電流は、それま
で流れていた順電流の大きさに依存し、順電流が小さい
とリカバリ電流は更に小さくなることが知られている。

これから、第３図の実施例では、第１図や第２図の実施
例よりも更にスパイク電圧が低くできるので、チョッピ
ング動作を行わないスイッチ素子１１と１３及び１５と
１６の電圧容量を、チョッピング動作を行うスイッチ素
子１７の電圧容量よりも低くでき条。また、第３図の実
施例ではチョッピング動作を行うスイッチ素子が、第１
図や第２図の実施例における二組に対して、−組でよく
界磁スイッチ部を安価にできる効果もある。さらに、第
３図の実施例でも、第２図の実施例で述べたようにスイ
ッチ索子１１と１３及び１５と１６におけるトランジス
タ１１１′と１３１′及び１５１と１６１をモジュール
タイプのトランジスタとして界磁スイッチ部の全体の素
子数を低減できる。

なお、第１図ないし第３図の実施例ではチョッピング制
御されるスイッチ素子をＧＴＯで構成したが、これをト
ランジスタで構成してもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、四組のスイッチ素子をブリッジ接続し
て相対するブリッジ辺のどちらか一方のスイッチ素子を
チョッピング制御し、他方のスイッチ素子をオン状態に
制御することで負荷に印加される電圧を正・負極性に制
御する機能を備えたチョッパ装置において、オン状態に
制御するスイツチ素子の電圧容量をチョッピング制御す
るスイッチ素子の電圧容量よりも低くできるので、チョ
ッパ装置の価格を安価にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例のチョッパ装置
の回路図、第４図はチョッパ電気車の分巻電動機チョッ
パ制御回路図、第５図は四組のスイッチ素子をブリッジ
接続してチョッパ制御を行う回路の動作モードと動作波
形図である。 ７・・・電動機電機子、８・・・電機子チョッパ、１１
・・・電動機分巻界磁、１１〜１７・・・界磁スイッチ
素子、１１１．１２１，１３１，１４１，１７１・・・
ＧＴＯｌｌｌｌ　’、１３１　”、１５１，１６１・・
・トランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、四組のスイッチ素子から成るブリッジ回路、前記ブ
   リッジ回路の直流端子間に接続された直流電源、前記ブ
   リッジ回路の交流端子間に接続された負荷を備え、前記
   ブリッジ回路の相対するブリッジ辺におけるどちらか一
   方のスイッチ素子をチョッピング制御し、この間、他方
   のスイッチ素子を常時オン状態に制御して負荷に印加す
   る電圧を正・負極性に制御する機能を備えたチョッパ装
   置において、 前記オン状態に制御するスイッチ素子の電圧容量を前記
   他方のチョッピング制御するスイッチ素子の電圧容量よ
   りも低くしたことを特徴とするチョッパ装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記常時オン状態に制御するスイッチ素子に用いられる
   ダイオードをリカバリ電荷量の小さい高速ダイオードと
   することを特徴とするチョッパ装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記常時オン状態に制御するスイッチ素子は、モジュー
   ルタイプのトランジスタとすることを特徴とするチョッ
   パ装置。 ４、四組のスイッチ素子から成るブリッジ回路、前記ブ
   リッジ回路の交流端子間に接続された負荷、前記ブリッ
   ジ回路の直流端子の一方に直列接続されたスイッチ素子
   、前記ブリッジ回路の直流端子の他の一方と前記ブリッ
   ジ回路に直列接続されたスイッチ素子間に接続された直
   流電源を備え、前記ブリッジ回路のどちらか一方の相対
   するブリッジ辺のスイッチ素子を常時オン状態に制御し
   、前記ブリッジ回路に直列接続されたスイッチ素子をチ
   ョッピング制御して、負荷に印加する電圧を正・負極性
   に制御する機能をもたせたチョッパ装置において、 前記オン状態に制御するスイッチ素子の電圧容量を前記
   チョッピング制御するスイッチ素子の電圧容量よりも低
   くしたことを特徴とするチョッパ装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、 前記オン状態に制御するスイッチ素子は、モジュールタ
   イプのトランジスタとすることを特徴とするチョッパ装
   置。