JPS63245201A - 電気車用ク−ラ制御装置 - 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〕 （産業上の利用分野） 本発明は、鉄道車両用クーラの運転状態の制御を行う電
気車用クーラ制御装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、電力用半導体技術の進歩により、電気車制御にも
パワーエレクトロニクス技術が採用されつつあり、電力
エネルギー節減のために回生制動機能を備えた電気車制
御装置が用いられている。

そのような電気車制御装置の一例として、第５図に示す
ものがある。この装置においては、パンタグラフｌとア
ースとの間に、断流器２、主電動機電機子３、界磁制御
装置４、主電動機界磁５及び抵抗器６が接続されている
。界磁制御装置４及び主電動機界磁５の直列回路に並列
に、界磁分路７が接続されている。パンタグラフ１には
断流器１１を介して低圧電源装置１２が接続されている
。

この低圧電源装置１２は、直流電圧をそれよりも低い三
相の交流電圧に変換するインバータを備えたものとして
構成される。この低圧電源装置１２には補助変圧器１３
を介して」−記界磁制御装置４が接続されている。補助
変圧器１３、界磁制御装置４及びそれらの接続状態の詳
細は第６図に示される。さらに、低圧電源装置１２には
断流器１６を介して空調装置１７が接続されると共に、
断゛流器２１を介して照明装置等の他の負荷２２が接続
される。空調装置１７は、コンプレッサ１９と送風機２
０を備える。

上記構成の装置において、主電動機界磁５を流れる電流
の制御は、主電動機電機子３を流れる直流電流に、低圧
電源装置１２及び補助変圧器１３からの交流電流を界磁
制御装置４で整流した直流電流を重畳させることにより
行われる。

空調装置１７及びその他の負荷２２への電力供給は、上
記界磁回路とは無関係に、低圧電源装置１２から行われ
る。

上述の装置においては、界磁回路への添加励磁電力と、
各種負荷への供給電力とを、共に低圧電源装置１２から
得るようにしている。上記添加励磁電力は、カ行時のあ
る期間又は回生制動時のある期間において極めて短時間
であるが、著しく大きな値となる。このような電力需要
に応じるためには、低圧電源装置１２を容量の大きなも
のとしなければならない。

即ち、上述の方式によって、１２ＯＫＷクラスの主電動
機８台分の制御を行う場合を考える。界磁制御装置４の
連続容量が２５ＫＶＡであるとする。最大添加励磁の場
合には、界磁制御装置４は、約３倍の７５ＫＶＡの電力
を消費する。この界磁制御装置４に電力を供給する低圧
電源装置１２は、この瞬時最大電力に対しても、十分な
容量を持っているものでなければならない。特に、補助
電源装置として、静止形インバータを使用する場合には
、熱的過負荷耐磁の他に転流能力に対する考慮も必要で
あり、従来形サイリスクを使用したインバータでは、転
流回路の大きさに影響を及ぼす。

また、自己消弧形素子を使用した場合でも、大きな電力
制御能力を持った素子を使用しなければならない。

（発明が解決しようとする問題点） このように、低圧電源装置１２から添加励磁電力と各種
負荷への供給電力とを備えるようにした場合においては
、低圧電源装置１２を大容量のものとしなければならな
い。しかしながら、低圧電源装置１２が大容量を必要と
するのは、添加励磁電力が大きくなったとき、即ち、上
述したように、カ行時のある期間又は回生制動時のある
期間等の極めて短時間である。そのような短時間での電
力需要に応じるため、低圧電源装置１２を大容量とする
のは不経済である。

本発明の目的は、低圧電源装置を大容量のものとするこ
となく、大きな添加励磁電力を得ることができると共に
、負荷としてのクーラへの電力供給に支障が出ないよう
にした電気車用クーラ制御装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の電気車用クーラ制御装置は、パンタグラフから
取り入れられる高圧の電圧をそれよりも低い電圧に変換
する低圧電源装置から、駆動用主電動機の界磁回路に添
加励磁のための電力を供給すると共に、空調装置のコン
プレッサに電力を供給するようにした電気車における電
気車用クーラ制御装置において、前記低圧電源装置から
前記界磁回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出した検出電流値に応じて前
記低圧電源装置から前記コンプレッサへの供給電力を低
減させる制御手段と、を備えたものとして構成される。

（作　用） パンタグラフから取り入れられる高圧電圧は低圧電源装
置によってそれよりも低い電圧に変換される。低圧電源
装置から駆動用主電動機の界磁回路に添加励磁のための
電力が供給される。これとは別に、低圧電源装置から空
２Ｉ装置のコンプレッサに電力が供給される。低圧電源
装置から前記界磁回路へ流れる電流が電流検出手段によ
って検出される。その検出によって得られる検出電流値
が増大すると、それに応じて、低圧電源装置からコンプ
レッサへの供給電力は、制御手段によって低減される。

その低減によって、低圧電源装置は、たとえ小さな容量
のものであっても、過負荷になるのは避けられる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明するに先立って、本発明の原
理について説明する。

低圧電源から給電を受ける界磁制御装置は、カ行時の強
め界磁段及び回生制動時のブレーキ終末点付近の低速度
においては、平均消費電力の３倍近い７５ＫＶＡ程度の
電力を消費する。低圧補助電源装置の主な負荷は、空調
装置のコンプレッサを駆動する電力であり、補助電源装
置１台及び界磁制御装置１台に対応する電車４両分の空
調装置の負荷容量はおよそ１２０ＫＶＡであり、その中
でもコンプレッサ駆動電力が大部分をしめる。そこで、
界磁制御装置が大電力を消費するカ行時のある期間や回
生制動時のある期間だけ、コンプレッサの消費電力を低
減してやれば、低圧電源装置が供給する全電力は、常に
ほぼ一定の値となり〜過負荷となることはなくなる。そ
のようにコンプレッサの回転数を絞って消費電力を低減
する期間は、通常の運転パターンでは数秒間以内である
ので、空調装置の冷房能力の低下も極く僅かで、影響は
ほとんどない。

本発明は、上述の原理に基づいて構成されたもので、そ
の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、低圧電源装置１２と補助変圧器１３と
の間に添加励磁電流を検出する電流検出器３１が設けら
れている。電流検出器３１は演算袋Ｆ１３２を介してコ
ンプレッサ制御回路３３に接続されている。コンプレッ
サ制御回路３３は、低圧電源装置１２（断流器１６）と
コンプレッサ１９との間に接続され、演算装置３２から
の出力に応じてコンプレッサへの供給電力を制御するも
のである。即ち、電流検出器３１での検出電流が一定値
を越えると、演算装置３２は検出電流に応じた信号を出
力し、その出力された信号に応じてコンプレッサ制御装
置３３がコンプレッサ５への供給電力を低減する。これ
により、主電動機の大電力消費時においても、低圧電源
装置１２が過負荷となるのが回避される。

第２図は、電流検出器３１、演算装置３２及びコンプレ
ッサ制御装置３３の詳細を示すものである。電流検出器
３１は、低圧電源装置１２がらのＲ，Ｓ、　Ｔの３相の
うち、Ｒ及びＴ相に設けられた変流器等の電流検出器３
１ａ、３１ｂを備える。

電流検出器３１ａ、３１ｂでの検出電流は次段の演算装
置３２へ送られる。演算装置３２においては、上記検出
電流は抵抗器４１ａ、４１ｂで電圧に変換される。電圧
に変換された信号は次段の整流器４２で整流される。整
流器４２の詳細は第３図に示される。整流器４２で整流
された直流信号は次段のパターン回路４３に入力される
。パターン回路４３は、電流検出器３１ａ、３１ｂでの
検出電流が所定値より小さい時には、即ち界磁制御装置
４へ加えられる添加励磁電力が所定値より小さいときに
は、コンプレッサ１９に低圧電源装置１２からそのまま
電力を供給させ、上記検出電流（添加励磁電力）が所定
値より大きいときには、その検出電流に応じて、低圧電
源装置１２からコンプレッサ１９への供給電力を低減さ
せるため、第２図に示すパターンの人出力特性を有する
ものとして構成される。即ち、入力が一定値以下の部分
は、コンプレッサを自由に稼動させその能力の低減を行
う必要のない不感帯となっており、一定値以上の部分は
、入力に応じてコンプレッサの能力の低減を行うための
比例要素となっている。このパターン回路４３の詳細は
第３図に示される。

パターン回路４３は、整流器４２からの信号が入力され
る演算増幅器回路４３ａを備える。整流器４２からの信
号は演算増幅器回路４３ａで積分補償され、次段の演算
増幅器回路４３ｂに入力される。演算増幅器回路４３ｂ
において不感帯信号が設定される。その不感・：ｉ″ｌ
ｌ信号記演算増幅器回路４３ａからの信号とが演算増幅
器回路４３ｃに入力される。演算増幅器回路４３ｃにお
いて、それらの信号が加算され、第２図に示したパター
ンの人出力特性が得られる。

このパターン回路４３からの出力は、コンプレッサ制御
装置３３の減算器５２に加えられる。コンプレッサ制御
装置３３は、コンプレッサ１９への出力を、帰還制御に
よって、パターン回路４３からの出力で補償された設定
値に追随制御するものとして構成されている。即ち、コ
ンプレッサ制御回路３３は、電圧／周波数・設定器５１
を備える。この設定器５１は、コンプレッサ１９への出
力の電圧／周波数が、コンプレッサ１９の能力を規定し
た電圧／周波数の値になるように設定するものである。

この電圧／周波数・設定器５１の出力は８）：述の減算
器５２に加えられ、そこで前記パターン回路４３からの
出力で減算される。その減算された信号は次段の制御補
償回路５３に加えられる。この制御補償回路５３は、ソ
フトスタートや急激な応答を回避するための補償要素（
時素）として機能するものである。この制御補償回路５
３の出力は次段の減算器５４に加えられ、そこでコンプ
レッサ１９への出力と比較される。即ち、コンプレッサ
１９への出力は絶縁変圧器５６を介して整流回路５７に
加えられる。整流回路５７からの出力はＦ／Ｖコンバー
タ５８を介して上記減算器５４に加えられる。この減算
器５４においては、Ｆ／Ｖコンバータぢ８からの出力と
前記制御補償回路５３からの出力が減算され、その減算
の結果が移相演算回路６１に加えられる。移相演算囲路
６１の出力はベース駆動回路６２を介してトランジスタ
ＶＶＶＦインバータ６３に加えられる。

ＶＶＶＦインバータ６３は、低圧電源装置１２からの交
流を整流回路６４で整流したものを、ベース駆動回路６
２からの出力に応じた交流に変えてコンプレッサ１９へ
送出する。ＶＶＶＦインバータ６３及び整流回路６４の
詳細は第４図に示される。同図に示すように、整流回路
６４は、整流器７１、平滑リアクトル及びコンデンサ７
３を備える。

上述の実施例のほか、コンプレッサの消費電力を制御す
るのに、ＶＶＶＦインバータのような電力変換装置を使
用しないで、複数のコンプレッサを冷房能力に応じてオ
ン・オフするような場合においても、上述したのと同様
な効果を得ることができる。そのような場合には、界磁
制御装置の消費電力に応じて、即ち、界磁制御の消費電
力が大きい場合には、駆動する冷房用コンプレッサの台
数を減じるような制御を行えばよい。

本発明の各実施例によれば、前述のように、低圧電源装
置に大きな過負荷容ゴを必要とすることななく、経済的
な電気車制御装置と言われている添加励磁方式の界磁制
御装置を適用することができ、しかも冷房装置の実質的
な能力低下も僅かなものとして済ませることかできる。

特に、静止形インバータのように、瞬時過負荷耐量によ
ってその大きさやコストが左右される電源装置を低圧電
源装置として用いる場合には、極めて有効であ。

〔発明の効果〕

本発明によれば、駆動用主電動機の界磁回路への添加励
磁のための電力として大きなものを必要とするときに、
空調装置のコンプレ・ノサへの供給電力を低減するよう
にしたので、低圧電源装置を大容瓜のものとしなくとも
、それが過負荷となるのを避けることができ、経済性の
面でａ利とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体構成図、第２図はその電
流検出器、演算装置及びコンプレッサ制御回路の一例と
しての詳細を示す回路図、第３図はその演算装置の整流
回路及びパターン回路の一例としての詳細を示す回路図
、第４図はそのコンプレッサ制御回路の整流回路及びＶ
ＶＶＦインバータの一例としての詳細を示す回路図、第
５図は従来の電気車における駆動用主電動機の回路及び
空調装置等の負荷回路を示す全体構成図、第６図はその
界磁制御装置の詳細を示す回路図である。 １・・・パンタグラフ、４・・・界磁制御装置、５・・
・主電動機界磁、１２・・・低圧電源装置、１７・・・
空調装置、１９・・・コンプレッサ、３１・・・電流検
出器、３２・・・演算装置、３３・・・コンプレッサ制
御装置。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 箔３図 も４図 第５図 佑６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パンタグラフから取り入れられる高圧の電圧をそれより
   も低い電圧に変換する低圧電源装置から、駆動用主電動
   機の界磁回路に添加励磁のための電力を供給すると共に
   、空調装置のコンプレッサに電力を供給するようにした
   電気車における電気車用クーラ制御装置において、前記
   低圧電源装置から前記界磁回路に流れる電流を検出する
   電流検出手段と、前記電流検出手段により検出した検出
   電流値に応じて前記低圧電源装置から前記コンプレッサ
   への供給電力を低減させる制御手段と、を備えたことを
   特徴とする電気車用クーラ制御装置。