JPH01136506A - 電気車制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、分巻電動機を用いた電気車制御装置に関し
、特に電機子電流制御から界磁電流制御に移行するとき
のトルク切換えを円滑にした電気車制御装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 第３図は分巻電動機を含む一般的な電気車の概略を示す
回路図である。図において、（１）は電源（図示せず）
から直流電圧が印加された架線、（２）は架線（１）か
ら電力を取り込んで電気車内の分巻電動機に供給するた
めのパンタグラフ、（３）はパンタグラフ〈２）に接続
された断流器、（４）は断流器（３）に接続されたフィ
ルタリアクトル、（５）はフィルタリアクトル（４）と
グランドとの間に挿入されたフィルタコンデンサである
。

（６）及び（７）は分巻電動機の電機子及び分巻界磁で
あり、互いに並列接続されてフィルタコンデンサ（５）
の両端から直流電圧が印加されている。

（８）及び（９）は電機子（６）及び分巻界磁（７）の
各両端間に接続されたフリーホイールダイオードである
。

（１０）は電機子（６）に流れる電機子電流ＩＡを一定
に制御するための電機子チョッパ、（１１）は分巻界磁
（７）に流れる界磁電流ＩＦを制御するための界磁チョ
ッパであり、それぞれ、チョッピング素子となるサイリ
スタ又はトランジスタを含んでいる。

又、第４図は例えば特開昭６２−８５６０３号公報に記
載された従来の電気車制御装置を示すブロック図であり
、（１２）は電機子チョッパ（１０）に直列接続されて
電機子電流ＩＡをフィードバックするための電機子電流
検出器、（１３）は速度指令Ｖに基づいて電機子電流パ
ターンＰＡを発生する電機子電流パターン発生器、（１
４）は電機子電流ＩＡ及び電機子電流パターンＰＡに基
づいて電機子チョッパ通流率γＡ′を出力する電機子チ
ョッパ制御部である。

（１５）は実際の電機子チョッパ通流率γＡの最大通流
率を検知して最大通流率検知信号Ｂを出力する最大通流
率検知器、（１６）は最大通流率検知信号Ｂを所定時間
だけ遅延させて全導通指令Ｃを出力する全導通指令器で
ある。

（１７）は最大通流率検知信号りを微分する微分器、（
１８）は速度指令■に基づいて界磁電流パターンＰｐを
発生する界磁電流パターン発生器、（１９）は界磁電流
パターンｐＰと微分器（１７）からの微分信号りとを加
算して界磁電流合成パターンＰｃを出力する加算器、（
２０）は界磁チョッパ（１１）に直列接続されて界磁電
流１．をフィードバックする界磁電流検出器、（２１）
は界磁電流ＩＦ及び界磁電流合成パターンＰＣに基づい
て界磁チョッパ通流率γＦを出力する界磁チョッパ制御
部である。

次に、第３図の回路図及び第５図のタイミングチャート
図を参照しながら、第４図に示した従来の電気車制御装
置の動作について説明する。

通常のカ行制御において、電機子チョッパ（１０）は、
定加速性能を得るために、分巻電動機の電機子電流ＩＡ
を一定に制御している。この場合、速度の上昇と共に分
巻電動機の逆起電力が増えるので、電機子電流ＩＡを一
定にするためには、電機子（６）に印加する電圧を増加
させる必要がある。従って、時間の経過と共に電機子チ
ョッパ通流率γＡは第５図のように上昇し、ついには最
大通流率γＮに達する。

最大通流率γＮは、電機子チョッパ（１０）を制御する
チョッパ周波数に依存しており、 ０くγＮ＜１ の範囲内にある。一般に、チョッパ装置の最大通流率は
サイリスタ等のチョッピング素子に必要な最小オフ時間
により制約されており、この最小オフ時間がチョッパ周
波数にかかわらず一定である。

従って、チョッパ周波数が高い程、最大通流率１間は小
さくなる。

最大通流率検知器（１５）は、予め設定されたチョッパ
周波数による最大通流率γＨと電機子チョッパ通流率γ
Ａとを比較し、電機子チョッパ通流率γＡが最大通流率
γＭに達すると、最大通流率検知信号Ｂを出力する。

これにより、微分器（１７）は微分信号りを出力し、加
算器（１９）は、界磁電流パターンＰｐと微分信号りと
を加算して界磁電流合成パターンＰＣを界磁チョッパ（
１１）に出力する。そして、速度制御を、電機子チョッ
パ（１０）による電機子電流制御から界磁チョッパ（１
１）による界磁電流制御に移行させる。即ち、界磁電流
合成パターンＰＣに従って界磁電流ＩＦを減少させ、こ
の弱界磁制御により電気車を更に加速する。

一般に、直流の分巻電動機を制御する場合、電気車の車
両性能は、電機子チョッパ（１０）の最大通流率γＮの
大きさによって制限される。従って、最大通流率γＮに
達した後は、全導通指令器（１６）からの全導通指令Ｃ
により電機子チョッパ（１０）を全導通（短絡）とし、
電機子チョッパ通流率γＡを１にする。

又、電機子電流ＩＡは、 ＩＡ＝（７Ａ−ＥＳ−ＥＡ）／ＲＡ 但し、Ｅｓ：フィルタコンデンサ（５）の両端電圧ＥＡ
：分巻電動機の逆起電圧 ＲＡ：電機子（６）の抵抗値 で表わされる。従って、電機子チョッパ（１０）及び界
磁チョッパ（１１）を含む分巻チョッパにおいて、電機
子チョッパ（１０）を全導通に切換えたときの電機子電
流ＩＡの変動幅Δ■肩よ、 ΔＩＡ＝　（１４ｓ　−ＥＡ）／ＲＡ　−（ｙ　ｕ４ｓ
−ＥＡ）／ＲＡ＝（１−７Ｍ）ＥＳ／ＲＡ となり、通流率変動幅ΔγＡを、 ΔγＡ＝１−γＮ とすれば、 ΔＩＡ−Δｒｐ−ＥＳ／ＲＡ−■ で表わされる。

通常の電機子電流制御時においては、リップルを小さく
するためにチョッパ周波数が高く設定されているので、
最大通流率γＮが小さくなって通流率変動幅ΔγＡは大
きくなる。従って、電機子電流の変動幅ΔＩＡが大きく
なるため、電機子電流ＩＡは過電流となり、トルク変動
が大きく乗り心地が悪くなる。

直巻電動機の場合は、界磁巻線が電機子に直列に挿入さ
れているので、電動機の逆起電力により電機子電流の跳
ね上がりが抑制されるが、分巻電動機の場合は、界磁制
御が独立しているため■式のように電機子電流ＩＡが変
動する。

これを防ぐため、最大通流率γＮを検知したときに、ま
ず微分信号りにより界磁電流ＩＰを持ち上げ、所定時間
経過後に全導通指令Ｃを出力することにより切換時の電
機子電流ＩＡの跳ね上がりを抑制している。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の電気車制御装置は以上のように、微分信号りを用
いて界磁電流合成パターンＰｃを生成しているが、チョ
ッパ周波数が一定であるため、逆流率変動幅ΔγＡが大
きい場合には良好な界磁電流制御特性を得ることができ
ず、■式による電機子電流ＩＡの跳ね上がりが大きくな
り、トルクショックによる乗り心地の悪化を招くという
問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するなめになされ
たもので、電機子電流制御から界磁電流制御に切換えら
れてもトルクショックが生じることなく、乗り心地のよ
い電気車制御装置を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る電気車制御装置は、電機子チョッパ通流
率に基づいてチョッパ周波数を段階的に減少させる周波
数切換器を設けたものである。

［作用］ この発明においては、電機子電流制御から界磁電流制御
に移行する直前に、チョッパ周波数を減少させて最大通
流率を１に接近させ、切換えを円滑に行ないトルクショ
ックを除去する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、（１
０）〜（１４）及び（１７）〜（２１）は前述と同様の
ものである。（１５＾）及び（１６＾）は最大通流率検
知器（１５）及び全導通指令器（１６）に対応しており
、それぞれ検知レベル及び遅延時間が前述と異なってい
る。又、図示しない電気車全体の構成は第３図と同様で
ある。

（３０）は電機子チョッパ通流率γＡに基づいてチョッ
パ周波数ｆＡを切換える周波数切換器である。

次に、第２図のタイミングチャート図を参照しながら、
第１図に示したこの発明の一実施例の動作について説明
する。

通常の電機子電流制御時には、電機子チョッパ（１０）
は高い周波数の第１のチョッパ周波数ｆ、で運転されて
おり、前述と同様に速度の増加と共に、電機子チョッパ
通流率γＡが徐々に上昇する。

そして、チョッパ周波数ｆ１における最大通流率γＮ１
に達したときに、周波数切換器（３０）は、ｆ２＝　ｆ
、／２ で与られる第２のチョッパ周波数ｆ２を出力する。

これにより、電機子チョッパ通流率γＡは更に上昇する
。

そして、チョッパ周波数ｆ２における最大通流率γＭ２
に達したときに、周波数切換器（３０）は、ｆ３＝ｆ２
／２ で与えられる第３のチョッパ周波数ｆ３を出力する。

これにより、電機子チョッパ通流率γＡは更に上昇し、
チョッパ周波数ｆ３における最大通流率γＮ。

に達する。

このとき、最大通流率検知器（１５Ａ）は、最大通流率
検知信号Ｂを出力する。従って、微分器（１７）が微分
信号りを出力することにより、加算器（１９）から界磁
電流合成パターンＰｃが得られ、前述と同様に界磁電流
制御即ち弱界磁制御が行なわれる。

そして、所定時間後に、全導通指令器（１６＾）がら全
導通指令Ｃが出力され、電機子チョッパ通流率γＡは１
となるが、この直前の最大通流率γＮ３が１に接近して
いるため、通流率変動幅ΔγＡは十分率さい値となる。

原理的には、チョッパ周波数ｆＡを下げれば下げるほど
電機子チョッパ通流率γＡが１、即ち通流率変動幅Δγ
Ａが０に接近するので、■式から得られる電機子電流変
動幅ΔＩＡも小さくすることができ、電機子電流ＩＡの
跳ね上がりを小さくすることができる。

そのうえ、従来からの微分信号りを加算して界磁電流Ｉ
Ｐの制御を行なうことにより、更に円滑な制御切換えを
実現することができる。

尚、チョッパ装置においては、通流率が０．５の付近で
リップルが顕著に発生ずるが、最大通流率即ち１の付近
では、チョッパ周波数を低くしてもリップルがほとんど
発生しないため、何ら問題とならない。

又、ここでは、電機子チョッパ通流率γＡが１になった
後のチョッパ周波数ｆＡをＯとしたが、周波数切換器（
３０）が第３のチョッパ周波数ｆ３を出力し続けていて
も電機子ヂョッパ通流率γＡは１のままである。

又、ここで、最大通流率検知器（１５Ａ）の検知レベル
は最大通流率γＮ３に設定され、全導通指令器（１６Ａ
）の遅延時間は従来よりも短く設定され、周波数切換器
（３０）内には、最大通流率γＭ１及び１Ｍ２に対応す
る複数段階のレベルを検知するコンパレータが内蔵され
ているものとする。

更に、上記実施例では、周波数切換器（３０）がチョッ
パ周波数ｆＡを３段階に切換える場合を例にとって説明
したが、周波数切換数を４段階以上に設定して最大通流
率を更に１に接近させれば、更に大きな効果を奏するこ
とは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、電機子チョッパ通流率
に基づいてチョッパ周波数を段階的に減少させる周波数
切換器を設け、電機子電流制御から界磁電流制御に移行
する直前に最大通流率を１に接近させたので、制御切換
時の電機子電流及びｌ・ルクの切換えが円滑となり、ト
ルクショックが生じることなく乗り心地のよい電気車制
御装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図の動作を説明するためのタイミングチャート図
、第３図は一般的な電気車の概略構成を示す回路図、第
４図は従来の電気車制御装置を示すブロック図、第５図
は第４図の動作を説明するためのタイミングチャート図
である。 （６）・・・電機子　　　　　（７）・・・分巻界磁（
１０）・・・電機子チョッパ　（１１）・・界磁チョッ
パ（１５Δ）・・・最大通流率検知器 （１６Ａ）・・・全導通指令器　（３ｏ）・・・周波数
切換器ＩＡ・・・電機子電流　　　　ＩＰ・・界磁電流
γＡ・・・電機子チョッパ通流率 γＮ、γＭ＋、１Ｍ２．１Ｍ３・・・最大通流率Ｂ・最
大通流率検知信号 Ｃ・・・全導通指令　　　　ｆＡ・・・チョッパ周波数
ｆ１・・・第１のチョッパ周波数 ｆ、・・・第２のチョッパ周波数 ｆ３・・・第３のチョッパ周波数 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 手続補正書 昭和６３年　４月　１日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電機子及び分巻界磁を有する分巻電動機と、前記
   電機子に流れる電機子電流を制御する電機子チョッパと
   、前記分巻界磁に流れる界磁電流を制御する界磁チョッ
   パと、前記電機子チョッパの電機子チョッパ通流率が最
   大通流率に達したときに最大通流率検知信号を出力する
   最大通流率検知器と、前記最大通流率検知信号を所定時
   間だけ遅延させて前記電機子チョッパに全導通指令を出
   力する全導通指令器とを備え、前記最大通流率を検知し
   たときに電機子電流制御から界磁電流制御に切換える電
   気車制御装置において、前記電機子チョッパ通流率に基
   づいて前記電機子チョッパのチョッパ周波数を段階的に
   減少させる周波数切換器を設けたことを特徴とする電気
   車制御装置。
2. （２）周波数切換器は、通常は第１のチョッパ周波数を
   出力し、電機子チョッパ通流率が前記第１のチョッパ周
   波数による最大通流率に達したときに前記第１のチョッ
   パ周波数の１／２の周波数を有する第２のチョッパ周波
   数を出力し、前記電機子チョッパ通流率が前記第２のチ
   ョッパ周波数による最大通流率に達したときに前記第２
   のチョッパ周波数の１／２の周波数を有する第３のチョ
   ッパ周波数を出力し、最大通流率検知器は、前記第３の
   チョッパ周波数による最大通流率を検知したときに最大
   通流率検知信号を出力することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電気車制御装置。