JPH011402A

JPH011402A - 回生ブレ−キ式交流電気車の主回路

Info

Publication number: JPH011402A
Application number: JP62-156258A
Authority: JP
Inventors: 三浦　昭鎚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Filing date: 1987-06-23
Publication date: 1989-01-05

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、鉄道車両のうち回生ブレーキ式交流電気車の
主回路に関する。

〔従来の技術〕

回生ブレーキ方式は、ブレーキ期間中は電動機を発電機
として作用させ、その発電電力を電源に回生せしめて所
要のブレーキ力を得る方式である。

従って、ブレーキ期間中は電機子の誘起々電力の方向を
カ行時のそれと反対方向に変えなければならない。この
ため、電動機の界磁巻線は他励方式として別電源から励
磁し、開閉器により界磁巻線の極性を変えるように構成
されるのが一般的である。

このように界磁巻線が他励方式になると、電動機の電機
子が複数個並列接続されている場合、電動機の特性差や
踏面削正等による車軸径バラツキなどにより生ずる不平
衡電流を平衡させる手段が必要となってくる。

そこで、従来１回生ブレーキ式交流電気車の主回路トシ
テ、富士時報ＶｏＱ、５６　Ｎ（１３１９８３「新幹線
交流回生ブレーキ装置用Ｒ５９３２形主制御整流装置」
に記載のように、２並列の電動機回路の電流不平衡を平
衡させるために、２組のサイリスタブリッジ、２個の変
圧器二次巻線及び不平衡の検出と位相制御を指令する制
御装置とを設けたものがある。

第５図はその構成を示した回路図である。この第５図で
は８台の主電動機ＭＭの電機子Ａｌｌ〜Ａ２４が４台直
列接続され、これがさらにに２並列接続されている構成
を示している。

図において電気車に搭載された主変圧器ＭＴの一次巻線
Ｐは、架線ＣＷよりパンタグラフＰＴにより梨型され、
他端は車輪Ｗを通し軌条ＲＬに接地されている。

二次巻線はＬｌ＝Ｌａに４分割されている。これは一般
に、高調波電流低減のために二次側が４〜６分割と多分
割されるためである。このように分割された二次巻線は
１巻線当り電圧ｅを誘起しｅｘ４巻線で定格電気車性能
が得られるように設定されている。主変圧器ＭＴの二次
側にはさらに不平衡調整用巻線Ｑ１〜２が設けられ、Δ
ｅなる電圧が誘起されるようになっている。

これら二次巻線の電圧・電流は主サイリスクブリッジＭ
Ｒｆｚ−ａ及び不平衡調整用サイリスタブリッジＭＲｆ
Δｌ〜２により位相制御されると共に脈流に変換され、
主平滑リアクトルＭ　Ｓ　Ｌ　１〜２によって主電動機
ＭＭにより要求される適切な脈流率に平滑化されて電機
子Ａｚｔ〜２４に供給される。

一方、他励式主電動機ＭＭの界磁巻線ＭＦｒｔ〜２４に
電力を供給するために、主変圧器ＭＴには界磁電源用巻
線Ｂを設けられている。

巻線Ｂには、界磁電源用サイリスタブリッジＡＲｆが接
続され、ここで交流電力を直流電力に変換し、主電動機
界磁巻線ＭＦｒｔ〜２４へ供給している。

界磁巻線ＭＦ１ｔ−ｚ４とサイリスタブリッジＡＲｆ間
には、開閉器Ｒｐ、Ｒａが設けられ、カ行時とブレーキ
時の電機子Ａ１１−■の誘起々電力の方向が力行時は矢
印Ｄｐの方向へ、ブレーキ時は矢印Ｄｎの方向へ転換さ
れる。

ところで、この第５図では制御回路を省略しているが１
本発明に関連する制御部分のみを示しである。

すなねち、並列接続されている電機子Ａｘｘ〜１４とＡ
１１〜２４間に負荷電流Ｉｔ〜２を検出するために直流
変換器Ｄ　ＣＣＴ　１〜２が設けられており、その出力
側には比較器ｃｌ、Ｃｚが接続され、主幹制御器ＭＣか
らのノツチ指令によりパターン発生器ＰＧが発生するパ
ターンとの比較がなされるようにしている。

この比較結果により、移動相器ＡＰ１．ＡＰｚから不平
衡調整用サイリスタブリッジＭＲｆΔｌ〜２のゲートに
負荷電流１１〜２を平衡させるための信号がパルストラ
ンスＴｌ−ｚを介して送られる。

この構成において、電気車力行時はサイリスタガリッジ
ＭＲｆｌ−ａの位相制御により電機子Ａｌｌ〜２４への
印加直流電圧を変え速度制御を行う。

すなわち、第６図に示すように変圧器二次巻線Ｌ　Ｉ　
Ｋ接続されたサイリスタブリッジＭ　Ｒｆ　１を制御角
＝１８０°　（ＯＦＦ状態）から制御角＝Ｏ。

に位相制御し、無負荷直流電圧をＫＸｅ　（Ｖ）まで上
げる。

この後、Ｍ　Ｒｆ　１は制御角＝０″、すなわちダイオ
ード的動作となり、続いてＭ　Ｒｆ　２を同様に位相制
御してＫＸ２ｅまで上げ、以後は順々にＭ　Ｒｆ　ａま
で制御して電圧を上げて速度を上げていく。

一方、並列接続された電機子Ａ　Ｉ　１〜２番とＡｚｔ
〜２番間には主電動機ＭＭの特性差や車輪径差などによ
って負荷電流工１〜２に差が生じ、不平衡となる場合が
ある。

Ｉｌ及びＩ２は直流変流器Ｄ　ＣＣＴ　ｓ〜２により検
出され、主幹制御器ＭＣからのノツチ信号によりパター
ン発生器ＰＧを介し送られたパターンと比較器Ｃ１〜２
によって比較され、移相器Ａ　Ｐ　ｔ〜２により位相制
御角信号がパルストランスＴｒ〜２を経てＭＲｆΔｌ〜
２のゲートに送られ、Ａｌ１−１４及びＡｚｔ〜２４に
印加される電圧がＩｘ＝ＩｚになるようにΔｅ　（Ｖ）
以内で制御するようになっている。

一方、カ行時、界磁巻線ＭＦｘｚ−ａｎでは開閉器ＲＰ
が閉じており、ｆＩｔ機子誘起電圧はＤｐ力方向なって
いる。

次にブレーキ時においては、電源へ電力を回生するため
に界磁巻線ＭＦｚｔ〜２番の開閉器Ｒｐを開とし、かつ
Ｒａ　を閉じ、電機子Ａｌｔ〜２４　が発電機として作
用するときの誘起々電力の方向をＤＢの方向に転換する
。

以後は主サイリスタＭＲｆをインバータ運転し、発生電
力を電源に回生してブレーキ力を得る。

電機子Ａｚｔ〜１４　とＡ２１〜２４間の電流不平衡に
ついては、力行時と同様に検出比較並びに移相器による
不平衡調整用サイリスクブリッジＭＲｆΔｌ〜２に位相
制御により電流平衡制御が実施される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記のような構成で不平衡電流を平衡させる
ものでは、不平衡調整用の２　＃ｆｌの変圧器と変換装
置（サイリスクブリッジ）やその制御装置を設ける必要
があるため１回生ブレーキ方式前に多用されていた発電
ブレーキ方式に比べて部品点数および半導体数が増加し
、大ｒｌｊにコストアップするという問題がある。

本発明の目的は、部品数、特に半導体の素子数を減じ、
コストダウンを図ることができる回生ブレーキ式電気車
の主回路を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、サイリスタブリッジを用いた平衡制御に代
えて中点付リアクトルの電流平衡作用を利用することに
より達成される。

〔作用〕

中点付リアクトルにおいては、その中点に負荷電流を流
し、両他端には２並列の変換装置の交流側を接続してや
れば２分した負荷電流が流れる。

平衡している場合には誘起する磁束が等しくかつ１８０
°方向が異なるのでお互いに相殺する。すなわち、無誘
週状態となり、インダクタンスは零となる。一方、不平
衡電流が流れた場合は磁束が相殺されず、その不平衡電
流に応じた誘起電圧を生じ、循環電流の方向は不平衡電
流が平衡する方向と大きさで流れる。これによって、中
点付リアクトルがそれ自体で不平衡の検出及び平衡作用
を果し、その結果として２並列間の不平衡は解消される
。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す回路図であり、主変圧
器ＭＴの一次側及び界嘩電源側は従来例と全く同一構成
であり、また二次側は従来例と同様に４分割とされ、そ
れぞれの差称Ｌ　、　／〜４′に生電圧＝４ｅ’＝４ｅ
＋Δｅが得られるように構成されている。

一方、主サイリスタブリッジＭＲｆｚ’〜３は１巻線に
つき１ユニツトずつ接続され、最終段の巻称Ｌ１２では
ＭＲｆｚ’〜３の電流容の−となるサイリスタブリッジ
ＭＲｆ　’　４ｔ、　ＭＲｆ　’　４２が２ユニツト設
けられ、Ｌ１番巻線の反サイリスタ（Ｉｌｌに中点付リ
アクトルＬＢの中点が接続されている。

これにより下記のような並列構成となる。

ＢＬの上半分→ＭＲｆ’４ｔ→Ｍ　Ｓ　Ｌ　１→Ａｔｔ
〜１４／Ｌ＋４巻線＼ＢＬの下半分→ＭＲｆ’ａｚ→ＭＳＬ２→Ａｚｔ〜２４
次に本発明の動作を第２図〜第４図を参照して説明する
。

カ行時、ブレーキ時とも従来例と同様に第２図に示すよ
うにＭ　Ｒｆ　’　１から順々に位相制御を行い、速度
及びブレーキ制御が行なわれるが、本発明の構成におい
ては、負荷電流工は第３図に示すように中点付リアクト
ルＢＬの中点Ｃを通してＡ、　Ｂ側に２分され、１１〜
２として流れる。

もし、Ａ側に流れる電流工がＢ側に流れる電流Ｉ！より
大きいと仮定すると（Ｉｆ＞Ｉ２）、その差電流（工１
〜Ｉ２）による磁束Φによって第４図のベクトル図に示
すような起電力Ｅが生じ、これが第３図に破線で示して
いる循環電流Ｉｓを生じさせる。

Ｉｓは第４図に示すようにＩｔを減じ、Ｉ２を増す方向
に、すなわち１１＝Ｉｚとなるように流れる。

したがって、第１図の構成の主回路においてシステムと
しての作用をみると、今もし電機子２並列間（Ａｌｔ〜
１４　とＡ２１〜２４）に流れる電流工１〜２が不平衡
となり、１１ｆ−ＩＱとなったとすると、前記のような
中点付リアクトルＢＬの作用により１１＝Ｉ２どなるよ
うにｗｉ環電流Ｉｓが流れ、２並列間の電流は１１＝Ｉ
ｚと平衡するようになる。

すなわち、この実施例によれば従来例における不平衡調
整のためのＱ１〜ｚ　、　ＭＲｆΔｌ〜２゜ＤＣＣＴｓ
−ｚ　＋　Ｃｈ−２，ＡＰＩ−２、Ｔｌ−２を省略し、
中点付リアクトルＢＬに置換えることが可能となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、変圧器の不平衡調整用巻
線と不平衡調整用サイリスタブリッジ。

不平衡電流の検出装置、不平衡調整用サイリスタのゲー
ト制御装置が不要となり、部品点数が大＋ｌ】に減少し
、大巾なコストダウンを図れるほか、信頼性も向上させ
ることができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図の実施例における各巻線及びサイリスクブリッジの制
御と出力電圧の関係を説明するための説明図、第３図お
よび第４図は本発明において使用する中点付リアクトル
の作業を説明するための説明図、第５図は従来の主回路
橘成を示す回路図、第６図は従来の主回路における各巻
線及びサイリスタブリッジの制御と出力電圧の関係を説
明するための説明図である。ＭＴ・・・主変圧器、Ｍ　Ｒｆ　１〜ａ、ＭＲｆｔ〜４
′・・・主サイリスタ、ＢＬ・・・中点付リアクトル、
　Ｌ１〜４゜Ｌｌ”４’・・・変圧器二次巻線、Ｉ、Ｉ
へ〜Ｂ・・・負荷電流、ＩＳ・・・循環電流、ト・・変
圧器の不平衡調整巻線、ＭＲｆΔ・・・不平衡調整用サ
イリスタブリッジ。ＭＭ・・・主電動機、Ａ１１〜２４・・・主電動機の電
機子、ＭＦｒｔ〜２４・・・主電動機の界磁巻線。

Claims

【特許請求の範囲】

１、複数の他励式電動機が２並列接続され、変圧器及び
２組の変換装置を介し駆動される回生ブレーキ式交流電
気車において、前記変圧器と変換装置との間に中点付リ
アクトルを配設し、その中点を前記変圧器の二次巻線の
片端に接続し、他の両端子を２組の変換装置の交流側に
それぞれ接続し、電動機回路２並列間に生ずる不平衡電
流を平衡させるように構成したことを特徴とする回生ブ
レーキ式交流電気車の主回路。