JPH01268409A - 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〕 （産業上の利用分野） 本発明は架線から集電器を通して電力を得る電気車の制
御装置に関する。

（従来の技術） 従来、電気車の推進力は電気車の速度および架線電圧か
ら電動機への電機子電流指令値および界磁電流指令値を
算出し、この電機子電流指令値および界磁電流指令値に
一致した電機子電流および界磁電流を電動機に与えるこ
とによって制御される。この制御装置の一例としては第
４図および第５図に示すようなものがある。第４図は直
流他励モータを使用した制御装置を示している。電流指
令値演算部１には運転手指令信号ＮＯ，電気車速度ＶＬ
Ｃおよび架線の架線電圧ＥＣが与えられる。

架線電圧ＥＣは第５図に示すように集電器２を通して配
されている計器用変圧器ＰＴによって検知された電圧で
ある。電流指令値演算部１は電気車速度ＶＬＣおよび架
線電圧ＥＣに基づいて電機子電流指令値ＩＡＣと界磁電
流指令値ＩＦＣを算出する。

電機子電流指令値ＩＡＣは減算器３に与えられ、さらに
、減算器３には作動中の直流他励モータの電機子電流Ｉ
Ａが与えられる。減算器３では電機子電流指令値ＩＡＣ
から電機子電流ＩＡが減算されることにより電機子電流
偏差値ΔＩＡが算出される。この電機子電流偏差値ΔＩ
Ａは電機子電流フィードバック制御部４に与えられる。

電機子電流フィードバック制御部４は電機子電流偏差値
ΔＩＡを零とするような電機子電圧変換比ＡＬＡを算出
する。電機子電圧変換比ＡＬＡは電機子位相演算部５に
与えられ、電機子位相演算部５は電機子電圧変換比ＡＬ
Ａに基づいて電機子位相演算部５に予め記憶されている
位相−出力電圧特性により決定される電機子電流位相指
令値ＰＨＡを算出する。この電機子電流位相指令値ＰＨ
Ａは第５図に示すように電機子電流制御器６に与えられ
る。

一方、界磁電流指令値ＩＦＣは減算器７に与えられ、さ
らに、減算器７に直流他励モータの作動中の界磁電流Ｉ
Ｆが与えられる。減算器７では界磁電流指令値ＩＦＣか
ら界磁電流ＩＦを減算することによって界磁電流偏差値
ΔＩＦが算出される。

この界磁電流偏差値ΔＩＦは界磁電流フィードバック制
御部８に与えられ、界磁電流フィードバック制御部８で
は界磁電流偏差値ΔＩＦを零とするような界磁電圧変換
比ＡＬＦが算出される。界磁電圧変換比ＡＬＦは界磁位
相演算部９に与えられ、界磁位相演算部９は界磁電圧変
換比ＡＬＦに基づいて界磁位相演算部９に予め記憶され
ている位相−出力電圧特性により決定される界磁電流位
相指令値ＰＩＦを算出する。この界磁電流位相指令値Ｐ
ＨＦは第５図に示すように界磁電流制御器１０に与えら
れる。

第５図に示すように電機子電流制御器６および界磁電流
制御器１０には集電器２が架線１１に接触しているとき
の架線電圧ＥＣが与えられる。電機子電流制御器６は電
機子電流位相指令値ＰＨＡに対応した電機子電流ＩＡを
形成し、この電機子電流ＩＡを直流他励モータ１２の電
機子巻線１３の一端に与える。また、界磁電流制御器１
０は界磁電流位相指令値ＰＨＦに対応した界磁電流ＩＦ
を形成し、この界磁電流ＩＰを直流他励モータ１２の界
磁巻線１４の一端に与える。電機子巻線１３および界磁
巻線１４のそれぞれの他端は車輪１５を通してレール１
６に接触している。また、同じように電機子電流制御器
６および界磁電流制御器１０は車輪１５を通してレール
１６に接触している。なお、計器用変流器１７は作動中
の直流他励モータ１２の界磁電流ＩＦを検知し、計器用
変流器１７は電機子電流ＩＡを検知するものである。

上記のような構成において、電気車の運転中に架線電圧
ＥＣが上昇したときは、電機子電流ＩＡおよび界磁電流
ＩＦの上昇を防ぐために電機子電流位相指令値ＰＨＡお
よび界磁電流位相指令値ＰＨＦは抑制される。架線電圧
ＥＣが下降したときは、電機子電流ＩＡおよび界磁電流
ＩＦの下降を防ぐために電機子電流位相指令値ＰＨＡお
よび界磁電流位相指令値ＰＩＦは増加される。このよう
に架線電圧ＥＣが変化しても、電気車の推進力は変化し
ないように制御される。

しかし、電気車の場合は架線１１の状態によって、集電
器２が架線１１から離れる、いわゆる離線状態が発生す
る。この離線状態は、はじめに集電器２と架線１１との
機械的な接触が断たれ、次に、集電器２と架線１１との
間に電器が発生し、電気的な接触は保たれるが、この電
気的な接触は離線状態の継続にしたがって減衰する。こ
の時、架線電圧ＥＣは第６図（ａ）に示すように離線状
態の間に減衰し、電機子電流ＩＡも第６図（ｃ）に示す
ように減衰する。この電機子電流ＩＡが減衰したときは
電機子電流ＩＡの減衰を抑制するために第６図（ｄ）に
示すように電機子電流位相指令値ＰＨＡが増加される。

同じように、界磁電流ＩＦは第６図（ｅ）に示すように
減衰する。この界磁電流ＩＦの減衰については、一般に
モータの界磁回路は誘導成分が大きいので電機子回路よ
りも大きな時定数を有する。したがって、界磁電流ＩＦ
の減衰は電機子電流ＩＡと比較して小さいが、この界磁
電流ＩＦの減衰を抑制するために第６図（ｆ）に示すよ
うに界磁電流位相指令値ＰＨＦを増加させる。電機子電
流位相指令値ＰＨＡおよび界磁電流位相指令値ＰＨＦは
離線状態が回復したことを制御系によって検知された後
、緩やかに減少する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、離線状態が回復した後は、電機子電流位
相指令値ＰＨＡおよび界磁電流位相指令値ＰＨＦは増加
しているので、電機子電流ＩＡおよび界磁電流ＩＦは増
加する。特に、離線状態の時間が制御系の応答と比較し
て長い場合は、電機子電流位相指令値ＰＨＡおよび界磁
電流位相指令値ＰＩＦが電機子電流制御器６および界磁
電流制御器１０において最大位相に固定されていること
もある。このように離線状態が回復したときは第６図（
ｃ）に示すように電機子電流ＩＡおよび界磁電流ＩＦ（
図示省略）が急激に上昇することになる。この時、上記
したように電機子回路は界磁回路よりも時定数が小さい
ので、電機子電流ＩＡの上昇は界磁電流ＩＦに比べて非
常に太き（なる。

この電機子電流ＩＡの上昇は第６図（ｂ）に示すように
モータ過電流値ｌ０ＣＤに達するために、直流他励モー
タ１２を保護しなければならず、直流他励モータ１２の
回転を一時停止しなければならない。即ち、電気車が一
時停車することになる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、離線状態が回復したときに電機子回路に過電流が流
れることのない電気車の制御装置を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、電気車の集電器が
架線から離れたときの架線電圧波形を微分して架線電圧
微分値を算出する微分器、架線電圧微分値の大きさによ
り集電器と架線との離線状態を検知するための基準とな
る架線電圧微分離線検知設定値を予め記憶している架線
電圧微分離線検知レベル設定器、架線電圧微分値が架線
電圧離線検知設定値よりも大きいときに架線電圧微分離
線検知信号を出力する比較器を有する架線電圧離線信号
発生器と、電機子電流指令値から電気車が走行中の電機
子電流を減算して電機子電流偏差値を算出する減算器、
電機子電流偏差値の大きさにより集電器と架線との離線
状態を検知するための基準となる電機子偏差離線検知設
定値を予め記憶している電機子電流偏差離線検知レベル
設定器、電機子電流偏差値が電機子電流偏差離線検知設
定値よりも大きいときに電機子電流偏差離線検知信号を
出力する比較器を有する電機子電流離線信号発生器と、
架線電圧微分離線検知信号および電機子電流偏差離線検
知信号のうちの少なくともいずれか一方を受けたときに
所定の時間幅を有する界磁強め信号を出力するパルス発
生器と、界磁強め信号を受け、この界磁強め信号の時間
幅に応じて界磁電流位相指令値を増加させ、この界磁電
流位相指令値により界磁電流を増加するように作動する
界磁電流制御器とを備えたものである。

（作　用） 上記のような本発明による電気車の制御装置では、架線
電圧の変化に基づいて検知された架線電圧微分離線検知
信号、および電機子電流の変化に基づいて検知された電
機子電流偏差離線検知信号のうちの少なくともいずれか
一方が検出されたときに集電器と架線が離線状態である
と判断され、パルス発生器は所定の時間幅を有する界磁
強め信号を出力する。この界磁強め信号が出力されてい
る間、界磁電流位相指令値を増加させることにより界磁
電流を増加させる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の電気車の制御装置を示す回路構成である。

なお、従来の技術の項で説明した第４図および第５図は
本発明にも使用する。まず、集電器が架線から離れたと
き、即ち、離線状態が生じたときの電気車の制御を第２
図および第３図に基づいて説明する。

第１図において、架線電圧離線信号発生器１８は微分器
１９、架線電圧離線検知レベル設定器２０および比較器
２１からなるものである。まず、検知された架線電圧Ｅ
Ｃは微分器１９に与えられる。この架線電圧ＥＣは離線
状態であるから第２図（ａ）に示すように減衰する。微
分器１９では減衰した架線電圧波形を微分する。即ち、
−ｄＥＣ／ｄ　ｔの演算がなされることによって、第２
図（ｃ）に示す架線電圧微分値ＤＥＣが得られる。

この架線電圧微分値ＤＥＣは比較器２１の一入力端に与
えられる。架線電圧微分離線検知レベル設定器２０には
第２図（ｂ）に示すように離線状態を検知するために基
準となる架線電圧微分離線検知設定値ＤＥＣＲが予め記
憶されている。この架線電圧微分離線検知設定値ＤＥＣ
Ｒは比較器２１の他入力端に与えられる。比較器２１で
は架線電圧微分値ＤＥＣと架線電圧微分離線検知設定値
ＤＥＣＲとが比較され、架線電圧微分値ＤＥＣが架線電
圧微分離線検知設定値ＤＥＣＲよりも大きいときは、第
２図（ｄ）に示すように架線電圧微分離線検知信号ＰＩ
ＤＩが論理和回路２２の一入力端に与えられる。

一方、電機子電流＃１１信号発生器２３は減算器２４、
電機子電流偏差離線検知レベル設定器２５および比較器
２６からなるものである。減算器２４では第２図Ｃｆ）
に示すように電機子電流指令値ＩＡＣと、同じく第２図
（ｆ）に示すような電機子電流ＩＡとが減算されて第２
図（ｈ）に示すように電機子電流偏差値ΔＩＡが算出さ
れる。

この電機子電流偏差値ΔＩＡは比較器２６の一入力端に
与えられる。電機子電流偏差離線検知レベル設定器２５
には第２図（ｇ）に示すように離線状態を検知するため
に基準となる電機子電流偏差離線検知設定値ＤＩＲが予
め記憶されている。この電機子電流偏差離線検知設定値
ＤＩＲは比較器２６の他入力端に与えられる。比較器２
６では電機子電流偏差値ΔＩＡと電機子電流偏差離線検
知設定＠Ｄ　Ｉ　Ｒとが比較され、電機子電流偏差ΔＩ
Ａが電機子電流偏差離線検知設定値ＤＩＲよりも大きい
ときに第２図（ｉ）に示すように電機子電流偏差離線検
知信号ＰＩＤ２が論理和回路２２の他入力端に与えられ
る。

論理和回路２２では架線電圧微分離線検知信号ＰＩＤＩ
および電機子電流偏差離線検知信号ＰＩＤ２のうちの少
なくともいずれかが与えられると、論理和回路２２から
は離線検知信号ＰＩＤがパルス発生器２７に与えられる
。離線検知信号ＰＩＤはパルス発生器２７を作動させる
ためのトリガである。パルス発生器２７は第２図（ｅ）
に示すように予め定められた時間Ｔｓの界磁強め信号Ｆ
Ｓを出力し、この界磁強め信号ＦＳを第５図に示すよう
に界磁電流制御器１０に与える。時間Ｔｓはパルス発生
器２７によって定められた固定した値である。なお、時
間Ｔｓを固定値としたが、電気車の運用状況、架線１１
の状態および集電器２の特性に応じて、通常１０ｍ５ｅ
ｃ　−１，０ｓｅｃの範囲の値をとるものとする。

界磁電流制御器１０では界磁強め信号ＦＳが入力したと
きに、予め記憶されている１よりも大きい定数と、界磁
電流位相指令値ＰＨＦとが乗算される。この乗算によっ
て界磁電流位相指令値ＰＨＦは増加する。この界磁電流
位相指令値ＰＨＦは界磁強め信号ＦＳの時間Ｔｓの間に
増加することになり、界磁電流ＩＦを制御するサイリス
タのゲートに界磁電流位相指令値ＰＨＦの増加分に応じ
た信号を与えることによって、界磁電流ＩＦは増加する
ことになる。この結果、界磁が強められる状態となり、
電機子巻線１３には逆起電力が発生するので電機子電流
ＩＡの増加は抑制される。この間に集電器２は架線１１
に再び接触することになるが、第２図（ｆ）に示すよう
に電機子電流ＩＡが増加することはない。

第３図は本発明の他の実施例を示している。この実施例
は直流直巻モータ２８を使用した例であり、従来の技術
の項ですでに説明した第５図のものと同じ構成を有する
ので、同じ符号を付すことにして詳細な説明は省略する
。この場合、直列に接続された界磁分流器２９と界磁分
流抵抗器３０が界磁巻線１４に並列に接続されている。

架線１１と集電器２との間に離線状態が生じたときに、
界磁分流器２９には上記の実施例で説明したと同じ界磁
強め信号ＦＳが与えられる。この界磁強め信号ＦＳは界
磁電流ＩＦの分流を停止させることによって、界磁電流
ＩＦを増加させ、そして、電機子巻線１３に逆起電力を
生じさせて電機子電流ＩＡの増加を抑制する。なお、電
流制御器３１は電流指令値ＩＣの値に応じて電機子電流
ＩＡおよび界磁電流ＩＦを制御するものである。

また、上記した実施例の他に第３軌条から電力の供給を
受ける電気車がある。この場合においても、架線電圧Ｅ
Ｃの代わりに第３軌条電圧が検知されることによって界
磁強め信号ＦＳを形成し、界磁電流ＩＦを増加させ、そ
して、電機子電流ＩＡの増加を抑制することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたことから本発明の電気車の制御装置では、架
線電圧の変化に基づいて検知された架線電圧微分離線検
知信号、および電機子電流の変化に基づいて検知された
電機子電流偏差離線検知信号のうちの少なくともいずれ
か一方が検出されることによって集電器と架線が離線状
態であると判断され、この判断によってパルス発生器は
所定の時間幅を有する界磁強め信号を出力し、この界磁
強め信号が出力されている間、界磁電流位相指令値を増
加させることにより界磁電流を増加させるので、界磁が
強められることになり、電機子巻線には逆起電力が発生
するので電機子電流の増加は抑制される。この結果、電
動機の電機子回路には過電流が流れることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気車の制御装置を示す回路図、第２
図は制御の状態を示すグラフ、第３図は本発明の他の実
施例を示す回路構成図、第４図は従来の制御装置を示す
回路構成図、第５図は従来の制御装置を示す回路構成図
、第６図は従来の制御の状態を示すグラフである。 ２・・・集電器、１１・・・架線、１８・・・架線電圧
離線信号発生器、１９・・・微分器、２０・・・架線電
圧微分離線検知レベル設定器、２１．２６・・・比較器
、２２・・・論理和回路、２３・・・電機子電流離線信
号発生器、２４・・・減算器、２５・・・電機子電流偏
差離線検知レベル設定器、２７・・・パルス発生器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電気車の集電器が架線から離れたときの架線電圧波形を
   微分して架線電圧微分値を算出する微分器、前記架線電
   圧微分値の大きさにより前記集電器と架線との離線状態
   を検知するための基準となる架線電圧微分離線検知設定
   値を予め記憶している架線電圧微分離線検知レベル設定
   器、前記架線電圧微分値が架線電圧微分離線検知設定値
   よりも大きいときに架線電圧微分離線検知信号を出力す
   る比較器を有する架線電圧離線信号発生器と、電機子電
   流指令値から電気車が走行中の電機子電流を減算して電
   機子電流偏差値を算出する減算器、前記電機子電流偏差
   値の大きさにより前記集電器と架線との離線状態を検知
   するための基準となる電機子電流偏差離線検知設定値を
   予め記憶している電機子電流偏差離線検知レベル設定器
   、前記電機子電流偏差値が電機子電流偏差離線検知設定
   値よりも大きいときに電機子電流偏差離線検知信号を出
   力する比較器を有する電機子電流離線信号発生器と、 前記架線電圧微分離線検知信号および電機子電流偏差離
   線検知信号のうちの少なくともいずれか一方を受けたと
   きに所定の時間幅を有する界磁強め信号を出力するパル
   ス発生器と、 前記界磁強め信号を受け、この界磁強め信号の時間幅に
   応じて界磁電流位相指令値を増加させ、この界磁電流位
   相指令値により界磁電流を増加するように作動する界磁
   電流制御器とを備えたことを特徴とする電気車の制御装
   置。