JPH01291601A - 電気車の暴走防止方法 - 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、電気車の暴走防止方法に関する。

従来技術および発明の課題 電気車の走行駆動モータをチョッパ駆動するためのスイ
ッチング素子（電力変換素子）としては、従来は、サイ
リスタが用いられていた。

サイリスタは、オンまたはオフのいずれかの状態をとり
、その中間の状態をとらない。このため、暴走につなが
るような異常の検出は、サイリスク駆動回路に入力する
サイリスク制御指令がオフ指令であるときに、サイリス
タがオンであるか否かを判定し、オンであれば、すなわ
ち、サイリスタのアノード電圧がほぼ零になっていれば
、異常が発生したと判定することにより行われている。

ところで、半導体製造技術の向上により、スイッチング
素子として、高耐圧大電流のパワートランジスタ（Ｇ　
Ｔ　Ｒ）が使用されるようになってきている。パワート
ランジスタをスイッチング素子として用いた場合には、
トランジスタの特性上、ベース電流が不飽和の領域にあ
ると、半導通状態となる。したがって、パワートランジ
スタが半導通状態になってしまうような異常が発生する
ことがある。このような異常が発生したときには、トラ
ンジスタ制御指令がオフ指令であってもトランジスタの
コレクタ電圧は零にならないので、従来の異常検出方法
をそのまま適用した場合には、この異常を正確に検出で
きなくなる。

そこで、本出願人は、トランジスタ制御指令がオフ指令
であるときに、パワートランジスタがオン状態または半
導通状態になっていることを、パワートランジスタのコ
レクタ電圧を比較的大きなしきい値と比較することによ
り検出する方法を開発した。すなわち、コレクタ電圧が
しきい値より小さければ、パワートランジスタがオンま
たは半導通状態になっていることを検出する。

しかしながら、一定のしきい値を用いると、次のような
問題が生じることが判明した。走行駆動モータの電源と
しては、バッテリーが使用されているが、バッテリーの
放電状態、負荷の大きさにより、バッテリー電圧が低下
する。特に、暴走状態では、モータに電流が多く流れる
ため、バッテリー電圧が大きく低下する。バッテリー電
圧か低下しているときには、パワートランジスタが正常
であっても、トランジスタ制御指令がオフ指令であると
きのコレクタ電圧が低下するので、コレクタ電圧がしき
い値より低くなり、異常と判定されてしまうことがある
。

この発明は、上記問題を全て解消した電気車の暴走防止
方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 この発明による電気車の暴走防止方法は、パワートラン
ジスタがオン、オフ制御されることにより、走行駆動用
直流電動機が駆動制御される電気車において、パワート
ランジスタ駆動回路に入力するトランジスタ制御指令が
オフ指令であるときに、パワートランジスタのコレクタ
電圧と、バッテリー電圧の所定数分の１の異常検出用基
準電圧とを比較し、コレクタ電圧が基阜電圧より小さい
ときに、走行駆動用直流７往動機への電力供給を遮断す
ることを特徴とする。

実施例 以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。

電気車は、直巻直流モータ（１）（駆動モータ）によっ
て走行駆動される。駆動モータ（１）は、バッテリー（
２）により駆動される。駆動モータ（１）には、界磁巻
線（３）とパワートランジスタ（４）とが直列に接続さ
れている。

バッテリー（２）と、駆動モータ（１）との間には、暴
走防止用接点（６ａ）が接続されている。駆動モータ（
１）と界磁巻線（３）との直列回路には、フライホイー
ルダイオード（５）が並列に接続されている。

パワートランジスタ（４）は、トランジスタ駆動回路（
８）に入力するＰ　ＷＭ　（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　
Ｎｏｄｕｌａｔｌｏｎ）回路（７）の出力（トランジス
タ制御信号）によって、オン、オフ制御され、これによ
り、駆動モータ（１）が駆動される。

バッテリー（２）には、暴走防止接点（６ａ）を制御す
るリレー（Ｇ）とリレー制御用スイッチングトランジス
タ（９）との直列回路が並列に接続されている。スイッ
チングトランジスタ（９）のベースは、バイアス抵抗（
１１）および（１２）を介してバッテリー（２）の正極
に接続されている。スイッチングトランジスタ（９）は
、暴走防止回路（２０）によって制御される。

暴走防止回路（２０）は、第１電圧比較器（２１）と、
第１電圧比較器（２１）の出力に、よって作動される第
２電圧比較器（２２）と、第２電圧比較器（２２）の出
力が入力するインバータ（２３）とを備えている。

バッテリー（２）には、抵抗（３７）と抵抗（３８）と
からなる分圧回路が並列に接続されており、この分圧回
路の出力電圧が、抵抗（３９）とコンデンサ（４０）と
からなるノイズフィルタと、抵抗（４１）とを介して第
１電圧比較器（２１）の非反転入力端子に入力している
。抵抗（３９）には、ダイオード（４２）が並列に接続
されている。

また、バッテリー（２）には、抵抗（３１）、（３２）
および抵抗（３３）からなる直列回路が並列に接続され
ており、この直列回路の抵抗（３２）と抵抗（３３〉と
の接続点Ｂの電圧が、抵抗（３４）とコンデンサ（３５
）とからなるノイズフィルタを介して第１電圧比較器（
２１）の反転入力端子に入力している。

抵抗（３１）と抵抗（３２）との接続点Ａは、ダイオー
ド（３６）を介してパワートランジスタ（４）のコレク
タに接続されている。

第１電圧比較器（２１）の非反転入力端子は、さらに、
比較器制御用スイッチングトランジスタ（４５）を介し
てバッテリー（２）の負極に接続されている。このスイ
ッチングトランジスタ（４５）のベースには、ＰＷＭ回
路（７）の出力が、ツェナーダイオード（４３）および
抵抗（４４）を介して送られる。

第１電圧比較器（２１）の出力は、ダイオード（４６）
および抵抗（４７）を介して、第２電圧比較器（２２）
の非反転入力端子に入力している。第２電圧比較器（２
２）には、ダイオード（４８）と抵抗（４９）との直列
回路によって正帰還がかけられている。

第２電圧比較器（２２）の反転入力端子には、抵抗（５
０）および（５１）からなりかつ直流電源電圧を分圧す
る分圧回路の出力が入力している。

第２電圧比較器（２２）の出力は、インバータ（２３）
に送られる。インバータ（２３）の出力端子は、抵抗（
１１）と抵抗（１２）との接続点に接続されている。

第１電圧比較器（２１）の非反転入力端子に入力する電
圧Ｖ１は、バッテリー電圧をＶＯ１抵抗（３７）の抵抗
値をＲ３７、抵抗（３８）の抵抗値をＲ３ｇとすると、
次式で表される。

Ｖ　１−　ｖ　Ｏ−Ｒ３ｇ／　（Ｒ３７＋　Ｒ３８）・
・・（１）第１電圧比較器（２１）の反転入力端子に人
力する電圧Ｖ２は、接続点Ｂの電圧ＶＢに等しい。

接続点Ａの電圧をＶＡ、抵抗（３２）の抵抗値をＲ３２
、抵抗（３３）の抵抗値をＲ３３とすると、電圧Ｖ２は
次式で表される。

２−ＶＢ −ＶＡ　−Ｒ３３／　　（Ｒ３２＋Ｒ３３）　　・・・
（２）接続点Ａの電圧ＶＡは、ダイオード（３６）の電
圧降下を無視すると、パワートランジスタ（４）のコレ
クタ電圧（点Ｃの電圧ＶＣ）に等しいので、電圧Ｖ２は
、パワートランジスタ（４）のコレクタ電圧に応じた値
となる。

リレー制御用スイッチングトランジスタ（９）は、常時
は、オンとなっている。したがって、常時は、リレー（
６）は、作動状態になっており、その接点（６ａ）がオ
ンとなっている。

ＰＷＭ回路（７）から出ツノされるトランジスタ制御指
令がオン指令であるときには、比較器制御用スイッチン
グトランジスタ（４５）がオンとなるので、第１電圧比
較器（２１）の非反転入力端子に入力する電圧Ｖ１はほ
ぼ零である。したがって、トランジスタ制御指令がオン
指令であるときには、Ｖｌ＜Ｖ２となり、第１電圧比較
器（２１）の出力は、Ｌレベルである。第１電圧比較器
（２１）の出力がＬレベルであるときには、第２電圧比
較器（２２）の出力もＬレベルであり、インバータ（２
３）の出力はＨレベルとなる。したがって、スイッチン
グトランジスタ（９）はオンのままとなっており、接点
（６ａ）はオン状態を維持する。

ＰＷＭ回路（７）から出力されるトランジスタ制御指令
がオフ指令であるときに、異常が発生していなければ、
パワートランジスタ（４）のコレクタ電圧ＶＣ（−ＶＡ
）は、はぼバッテリー電圧ＶＯに等しいから、Ｖｌ＜Ｖ
２となる。したがって、この場合も第１電圧比較器（２
１）の出力は、Ｌレベルであり、接点（６ａ）はオン状
態を維持する。

トランジスタ駆動回路（８）に故障が発生し、パワート
ランジスタ（４）が半導通状態になったとすると、ＰＷ
Ｍ回路（７）から出力されるトランジスタ制御指令がオ
フ指令であっても、パワートランジスタ（４）はオフと
ならない。このため、トランジスタ制御指令がオフ指令
であっても、パワートランジスタ（４）のコレクタ電圧
ＶＣ（−ＶＡ）は、正常時のときより低下し、Ｖｌ＞Ｖ
２１：なる。すなわち、ＶＡ＜ＶＯ−Ｒ３８（Ｒ３２＋
　Ｒ３３）　／Ｒ３３（Ｒ３７＋　Ｒ３ｇ）　−Ｖ　Ｏ
−１／に−ＶＳ　（異常判別用基準電圧）となる。

Ｋは、例えば２に設定される。

ｖｌ＞ｖ２になると、第１電圧比較器（２１）の出力が
Ｈレベルとなり、第２電圧比較器（２２）の出力がＨレ
ベルとなり、インバータ（２２）の出力端子が引込動作
となり、スイッチングトランジスタ（９）のベースがバ
ッテリー（２）の負極に接続される。したがって、スイ
ッチングトランジスタ（９）がオフとなり、リレー（６
）の作動が停止し、その接点（６ａ）がオフとなるので
、駆動モータ（１）への電力供給が停止する。このため
、パワートランジスタ（４）が半導通状態になるような
異常が発生しても、電気車の暴走を防止できる。

パワートランジスタ（４）またはトランジスタ駆動回路
（７）に故障が発生し、パワートランジスタ（４）が常
にオン状態になった場合も、トランジスタ制御指令がオ
フ指令のときに、ｖｌ〉ｖ２となるので、駆動モータ（
１）への電力供給が停止する。

基準電圧をバッテリー電圧によって変化しない値に設定
した場合には、バッテリー電圧が低下すると、パワート
ランジスタ（４）が正常であっても、トランジスタ制御
指令がオフ指令であるときのコレクタ電圧が低下するの
で、コレクタ電圧ＶＣが基準電圧より低くなり、異常と
誤検出されてしまうことがある。上記電気車では、基準
電圧ＶＳをバッテリー電圧ｖＯの１／に倍に設定してい
るので、バッリー電圧が低下した場合には、基準電圧も
それに伴って低下するので、上記のような誤検出が発生
しなくなる。

発明の効果 この発明による電気車の暴走防止方法では、パワートラ
ンジスタが半導通状態になるような異常が発生しても、
電気車の暴走を防止できる。

また、バッリー電圧が低下した場合にも、正確な異常検
出が行える。

【図面の簡単な説明】

図面は。この発明の実施例を示す電気回路図である。 （１）・・・走行駆動モータ、（２）・・・バッテリー
、（４）・・・パワートランジスタ、（６）・・・リレ
ー、（６ａ）・・・暴走防止用接点、（８）・・・トラ
ンジスタ駆動回路、（９）・・・スイッチングトランジ
スタ、（２０）・・・暴走防止回路、（２１）・・・第
１電圧比較器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パワートランジスタがオン、オフ制御されることにより
   、走行駆動用直流電動機が駆動制御される電気車におい
   て、 パワートランジスタ駆動回路に入力するトランジスタ制
   御指令がオフ指令であるときに、パワートランジスタの
   コレクタ電圧と、バッテリー電圧の所定数分の１の異常
   検出用基準電圧とを比較し、コレクタ電圧が基準電圧よ
   り小さいときに、走行駆動用直流電動機への電力供給を
   遮断する電気車の暴走防止方法。