JPH0199402A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原動機により発電機を駆動し、これにより得る
電力により牽引用直流機を駆動する電気車の制御装置に
関するもので、特に無軌道電気車に用いられ、交流発電
機を原動機により駆動し、得たる電力を整流して牽引用
直流機を直巻電動機として走行し、制動時にはこの直流
機の界磁を前記電力により励磁すると共に電機子に制動
抵抗器を接続して発電制動を行う電気車の制御装置の改
良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、発動機により直接車両を索引せしめ　　−る
よりも制御性が優れていると共に、長い坂道を下降する
場合に機械的制動方式よりも有利な発電制動方式が採用
可能なこと等から、ディゼルエンジン等の原動機により
発電機を駆動し、これにより得た電力により車両索引用
電動機を運転する電気車が実用されている。

車両索引用電動機としては制御が簡単な直流機が広く用
いられるが、発電機としては最近半導体整流素子が発達
したため、特に大形の車両においては保守の容易な交流
発電機を採用し、その出力を整流装置により直流電力に
変換して使用する方式が用いられる。

以下、従来のこの種の電気車の制御装置について図面を
参照しつつ説明する。

第４図は従来の電気車の一例の主回路接続図である。原
動機１は他励の界磁巻線３を有する交流発電機２を駆動
し、交流発電機の交流出力は整流装置４において整流さ
れ直流電力に変換される。

整流装置４の正負出力端子間には、接触器１２を介して
第１のダイオード７ａ、第１の直流機の電機子５ａ、第
１の直流機の界磁巻線６ａの順に直列につながれた第１
の電動機回路と、第２の直流機の界磁巻線６ｂ、第２の
直流機の電機子５ｂ、第２のダイオード７ｂの順に直列
につながれた第２の電動機回路が並列に接続されている
。

ダイオード７ａと電機子５ａの接続点と界磁巻線６ｂと
電機子５ｂの接続点間に第１の制動抵抗器８ａが接続さ
れ、電機子５ａと界磁巻線６ａの接続点と電機子５ｂと
ダイオード７ｂの接続点間に第２の制動抵抗器８ｂが接
続されると共に、電機子５ａと界磁巻線６ａの接続点と
界磁巻線６ｂと電機子５ｂの接続点間に接触器９が接続
されいてる。

カ行運転時には接触器１２が閉成されると共に接触器９
が開放されて、２台の直流機がそれぞれ直巻電動機とし
て動作し、制動運転時には接触器１２および９が共に閉
成されて、各電機子５ａおよび５ｂはそれぞれ制動抵抗
器８ａおよび８ｂに制動電流を流して発電制動運転を行
う。

以下、動作の詳細を順に説明する。

この電機車を運転するためには、まず原動機１を起動し
て１２０Ｏｒｐｍで交流発電機２をアイドリング運転し
て発車の指令を待つ。

本電気車の速度を制御するための機器としては、アクセ
ルペダルとブレーキペダルくいずれも図示せず）があり
、ブレーキペダルが優先するようにしてこれら２つのペ
ダルを同時には踏めないようになっている。

アクセルペダルが踏まれている期間接触器１２が閉成さ
れると共に、接触器９は開放されてカ行運転状態となり
、ブレーキペダルが踏まれている期間接触器１２が閉成
されると共に、接触器９が閉成されて発電制動状態とな
る。

アクセルペダルおよびブレーキペダルの両者が共に踏ま
れず、原動機１がアイドリング運転している状態では、
交流発電機の界磁巻線３は無励磁であり、接触器１２お
よび９゛はいずれも開放されている。

アクセルペダルを踏むと接触器１２を閉成すると共に、
若し接触器９が閉じていてもこれを開放し、アクセルペ
ダルの踏み込み量に応じて原動機１０回転速度を高める
と共に、界磁巻線３に励磁電流を流してカ行運転状態と
なる。第５図はカ行運転状態における主回路接続図を示
す。

アクセルペダルの最大踏み込み時の原動機１の回転速度
は２１０Ｏｒｐｍであり、この最大回転速度時に交流発
電機２は最大出力を発生して、その時の整流装置４の出
力電圧は１３２０Ｖとなる。界磁巻線３に流される励磁
電流は、交流発電機２の出力がその回転速度に比例する
ものとなるように制御される。電動機の定格は６０５Ｖ
、　５００Ａである。

電機子５ａ、　５ｂおよび界磁巻線６ａ；　６ｂから構
成される２台の直流直巻電動機に供給される電力が、ア
クセルペダルの踏み込み量に応じて増大し、両型動機に
それぞれカ行電流ｒａｆｔ　　［ａ□が流れて電気車を
加速していきカ行運転状態を維持する。

この時、制動抵抗器８ａおよび８ｂはそれぞれ界磁巻線
６ａおよび６ｂと並列接続されたままであるが、制動抵
抗器８ａおよび８ｂの抵抗値は界磁巻線６ａおよび６ｂ
の抵抗値に比べて極めて大きく、本例でも界磁巻線６ａ
および６ｂの抵抗値がそれぞれ０．０２Ωであるのに対
して、制動抵抗器８ａおよび８ｂの抵抗値はそれぞれ１
．６　Ωもあり、直列に接続されたダイオード７ａおよ
び７ｂの正方向電圧降下を考慮するまでもなく、制動抵
抗器８ａおよび８ｂに流れる電流は無視することができ
る。

カ行運転中にアクセルペダルの踏み込みを中止し、ブレ
ーキペダルも踏まない状態においては、接触器１２およ
び９は開放されて交流発電機の界磁巻線３への励磁電流
が断たれると共に、原動機１０回転速度は１２０Ｏｒｐ
ｍに低下せしめられてアイドリング運転の状態に戻る。

接触器１２が開放された後はカ行電流１ａｌおよび１、
□は零となって惰行走行状態となる。交流発電機２の出
力電圧は界磁巻線３への励磁電流が断たれるために急速
に減少するが、原動機１は惰行走行状態でもアイドリン
グ運転を続け、１２０Ｏｒｐｍの回転速度を維持してい
る。

走行中にアクセルペダルもブレーキペダルも踏まれない
状態、すなわち惰行走行状態で電気車が走行中にブレー
キペダルを踏むと、極低速走行中でない限り接触器１２
，９が順次閉成されると共に、交流発電機の界磁巻線３
がブレーキペダルの踏み込み量に応じて励磁され発電制
動運転状態となる。

第６図は発電制動運転状態における主回路接続図であり
、原動機１の回転速度はアイドリング運転時と同じ１２
０Ｏｒｐｍに維持されたままで運転される。直流機の界
磁巻線６ａ、　６ｂに励磁電流１．が流れ、電機子５ａ
、　５ｂに電圧を誘起してそれぞれ制動抵抗器８ａ、　
８ｂに制動電流Ｉｂ１．　　Ｉｂ２を流して発電制動す
る。

この時の励磁電流Ｉ、は、整流装置４から接触器１２、
界磁巻線６ｂ、接触器９、界磁巻線６ａの順路で流れ、
ブレーキペダルの踏み込み量に応じて励磁電流Ｉ、は最
大１６５０Ａまで強められる。電機子５ａ、　５ｂの負
荷となる制動抵抗器３ａ、　８ｂとそれぞれ並列接続さ
れた形の界磁巻線６ａ、　６ｂには、ダイオード７ａ、
　７ｂにより阻止されるため電機子５ａおよび５ｂの誘
起電圧による電流は流れない。

発電制動運転で電気車が制動され、その走行速度が極低
速に達してもブレーキペダルが踏み続けられている場合
は、交流発電機の界磁巻線３への励磁電流が断たれ、後
は機械的制動装置の制動力のみによって電気車は停止す
る。電気車が停車中も、原動機１を停止しない限りは交
流発電機２はアイドリング運転により回転速度１２０Ｏ
ｒｐｍで回転し続けている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明したように、従来の発電制動付の電気車の制御
装置においては、カ行運転から惰行運転を経て発電制動
運転に入る場合には問題はないが、カ行運転から直接に
制動運転に入ろうとするとき問題があった。

すなわち、カ行運転により高速で走行中に、急に制動運
転に入ろうとして交流発電機の界磁巻線３への励磁電流
を断っても、交流発電機２の出力電圧は直ちには零にな
らず、完全に減衰するまでしばらくは出力電圧が残留す
る。

交流発電機２の出力電圧すなわち整流装置４の出力電圧
が大きく残留している状態で接触器１２および９を投入
すると、その瞬間に直流機の界磁巻線６ａ、　６ｂに励
磁電流［ｒ　として過大な突入電流が流れ、電機子５ａ
、　５ｂに過大な電圧が発生して、制動抵抗器３ａ、　
３ｂに制動電流Ｉｂｌ＋　　Ｉｂ２として過大な突入電
流が流れて直流機の整流が悪化し、場合によってはフラ
ッシュオーバー等の事故を発生する右それがある。

従って、カ行運転中に急に制動運転に入りたい場合、す
なわちアクセルペダルの踏みを外して直ちにブレーキペ
ダルを踏んだ場合にも、交流発電機の励磁電流を断って
から交流発電機２の出力電圧が減衰するのを待って後、
接触器１２および９を投入するようにして発電制動運転
に入るのを遅らせる必要があった。

そのため、カ行運転から制動運転への切り替え時間が長
くなり、車両の安全運転を妨げる不具合があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にかかる電気車の制御装置は、発電制動機能を有
する電気車のカ行運転から制動運転への切り替え時間を
短縮するためになされたもので、原動機により交流発電
機を駆動しその出力を整流装置を通して得る直流電力に
より車両索引電動機である直流機を駆動して走行し、車
両を制動せんとするときは前記直流電力により前記直流
機の界磁を付勢すると共に電機子には制動抵抗器を接続
して発電制動を行う電気車の制御装置において、前記整
流装置の直流側端子間に抵抗器と開閉装置とを直列にし
て接続し、制動開始時に該開閉装置を閉成することを特
徴とするものである。

前記の制動開始時に閉成する開閉装置としてサイリスタ
を使用することにより、速応動作が可能となり、且つ自
己消弧能力を有しないサイリスタを使用しても、制動完
了時には容易に消弧せしめることができる。

〔作　用〕

交流発電機の界磁巻線への励磁電流を断った後に出力電
圧が残留している状態で直流機の界磁巻線を整流装置の
出力側に接続しても、同時に抵抗器を整流装置の出力側
に接続するので、直流機の界磁巻線の有するインダクタ
ンスにより突入電流は抑制されて並列に接続した抵抗器
に突入電流が流れ、交流発電機の界磁巻線に流す励磁電
流に応じた電圧に交流発電機の出力電圧は急速に落ち着
いて、所定の発電制動運転を安全、円滑に行うことがで
きる。

整流装置の出力側に抵抗器を接続するのを、直流機の界
磁巻線を接続するよりも若干でも早くすることにより、
更に大きい効果を得ることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明にかかる電気車の制御装置を用いた電気
車の一実施例の主回路接続図であり、第４図と同一の符
号は同一部分を示し、第４図に示した従来回路と異なる
所は整流装置４の直流側端子間に抵抗器１０と開閉装置
１１を直列にして接続したことのみである。

開閉装置１１が接触器９の投入寸前に閉成され、また接
触器９と同時に開放されるように構成されている他は、
本実施例における電気車の制御装置の動作は第４図によ
って説明した従来の電気車の制御装置の動作と全く同一
である。

第２図はカ行運転状態における主回路接続図であり、第
５図に示した従来の主回路接続図と全く同一であって、
アクセルペダルを踏むことによって接触器１２が閉成さ
れ、電機子５ａ、　５ｂと界磁巻線（ｉａ、　（３ｂが
それぞれ直列接続されて構成された２台の直流直巻電動
機に、整流装置４から電力が供給されてそれぞれ力行電
流Ｉａｌ＋　　Ｔａ２が流れ、アクセルペダルの踏み込
み量に応じて電機車は加速される。

カ行運転状態においてアクセルペダルを放すと、接触器
１２が開放されると共に交流発電機の界磁巻線３への励
磁電流が断たれ、原動機ｌの回転速度は低下せしめられ
てアイドリング運転状態となり、電気車は惰行運転状態
となる。

電気車で走行中にブレーキペダルを含むと、接触器１２
、開閉装置１１、接触器９の順に閉成されると共に、原
動機１の回転速度は１２０Ｏｒｐｍ一定で運転しながら
、交流発電機の界磁巻線３にはブレーキペダルの踏み込
み量に応じた励磁電流が流されて発電制動状態となる。

第３図は発電制動状態における主回路接続図であり、整
流装置４の直流出力端子間に接続された抵抗器１０の抵
抗値は、同じ端子間に直列にして接続される直流機の界
磁巻線６ａ、　６ｂの合計抵抗値の数倍程度にするのが
好ましく、本実施例では界磁巻線６ａ、　６ｂの合計抵
抗値が０．０４Ωであるのに対し、抵抗器１０の抵抗値
は０．１５Ωとした。　　′抵抗器１０に分流電流■５
が流れる他は、第６図で説明した従来の主回路接続図に
おけると同様に、直流機の界磁巻線６ａ、　６ｂに励磁
電流が流れ、電機子５ａ、　５ｂに電圧を誘起してそれ
ぞれ制動抵抗器３ａ。

８ｂに制動電流ＬＩＩ＋　　ｌｂ２を流して発電制動す
る。

本実施例においては、ブレーキペダルを踏んだとき、接
触器１２、開閉装置１１、接触器９の順に閉成されるよ
う制御装置を構成しであるので、電気車がアクセルペダ
ルを開放された直後の惰行走行状態のため交流発電機２
に出力電圧が残留している状態でブレーキペダルを踏ん
でも、接触器９が閉成される以前に開閉装置１１が閉成
されるので、抵抗器１０に分流電流１ｓが突入電流とし
て流れ、交流発電機２の残留電圧は急速に減衰する。

接触器９が投入される時点でまだ交流発電機２の残留電
圧が若干残っていたとしても、直流機の界磁巻線６ａお
よび６ｂのインダクタンスのため励磁電流■、の立ち上
がりは遅く、励磁電流ｒ、が過大になる前に交流発電機
２の出力電圧はブレーキペダルの踏み込み量に応じた値
に安定し、円滑安全に発電制動運転状態に入ることがで
きる。

発電制動状態で極低速に達した時にまだブレーキペダル
が踏み続けられていた場合には、交流発電機の界磁巻線
３への励磁電流が断たれて機械的制動のみになることは
、第６図で説明した従来装置と同じであり、ブレーキペ
ダルが放されたときには接触器９，１２および開閉装置
１１は開放され、交流発電機２は回転速度１２０Ｏｒｐ
ｍのアイドリング運転で駆動され続けて次のペダル操作
に具える。

第７図は分流用抵抗器の開閉装置としてサイリスタを採
用した実施例の主回路接続図で、第４図と異なる所は開
閉装置１１としてサイリスタ１３を使用したことのみで
あり、第１図と同一の符号は同一部分を示す。

本実施例における電気車の制御装置では、ブレーキペダ
ルが踏まれた時接触器１２が閉成された後、接触器９へ
投入信号を送ると同時にサイリスタ１３へそれが点弧す
るまでの期間だけ点弧信号を送るように構成し、ブレー
キペダルが放された時には接触器１２および９へ同時に
開放信号を送るように構成しである。

一般にサイリスタのアノ−ドルカソード間に電圧がかか
っている時にゲートに点弧信号を送られた場合、点弧に
要する期間は１０μｓｅｃを超えないが、本実施例で使
用している接触器９のように遮断電流が１５０ＯＡを超
えるような大形の接触器の投入に要する時間は投入信号
を送ってから１００ｍ５ｅｃを超えるのが普通である。

従って、接触器９へ投入信号を送ると同時にサイリスタ
１３へ点弧信号を送っても、接触器９が実際に投入され
るｌ（ｌＱｍｓｅｃ以上前にサイリスタ１３は点弧し、
ブレーキペダルが踏まれた時に交流発電機２に大きい残
留電圧が残っていたとしても、サイリスタ１３の点弧に
より抵抗器１０に分流電流Ｉ５が突入電流として流れる
ことにより急速に減衰するので、サイリスタ１３と接触
器９へ送る信号に発信時間差を設けなくても、接触器９
が実際に投入される時には交流発電機２の残留電圧は殆
ど減衰している。

サイリスタ１３は点弧信号が無くなっても分流電流Ｉ、
が外部要因によって零になるまで消弧しない。従って、
一般にはブレーキペダルが放されて接触器１２が開放さ
れたとき、分流電流■、が零になることによって消弧す
る。アクセルペダルが踏まれる時には必ずブレーキペダ
ルは放されているので、カ行運転状態の時にはサイリス
タ１３は必ず消弧しており分流電流Ｉ５は流れない。

発電制動運転状態のときブレーキペダルの踏み込み潰を
急に小さくした場合、交流発電機の界磁巻線３への励磁
電流が急激に減少し、交流発電機２の出力電圧ひいては
整流装置４の出力電圧が急激に下がり過ぎて、直流機の
界磁巻線６ａ、　６ｂの励磁電流Ｉｔの減少がそのイン
ダクタンスのために電圧の減少に追従できない場合に、
整流装置４の順方向電圧降下のためにサイリスタ１３が
逆方向の電圧が印加されて消弧することがあるが、−旦
発電制動運転に入ってから分流電流ＩＳが零になっても
特に不具合は生じない。

このようにして、分流用抵抗器１０を開閉するための開
閉装置１１として、機械的な接触器でなくサイリスタ１
３を使用することにより、ブレーキペダルを踏んだ場合
の連応性が更によくなると共に、開閉装置１１と接触器
９への閉成用信号の送信に時間差を与えるための遅延用
機器も不要となる。

〔発明の効果〕

本発明にかかる電気車の制御装置を用いることにより、
カ行運転から制動運転に移行する時に交流発電機に残留
電圧があっても、直流機の界磁巻線に突入電流が流れな
いため、カ行運転から制動運転への切り替え時間を短く
することが可能となり、電気車運転の安全性が向上する
。

また、制動運転中、特に制動運転開始時において界磁巻
線に純抵抗が並列に接続されることにより、界磁巻線に
流れる励磁電流の急変が抑制され、直流機の整流が良好
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる電気車の制御装置を用いた電気
車の一実施例の主回路接続図、第２図はそのカ行運転状
態における主回路接続図、 第３図は同じく発電制動状態における主回路接続図で、 第４図は従来の電気車の一例の主回路接続図、第５図は
そのカ行運転状態における主回路接続図、 第６図は同じく発電制動状態における主回路接続図であ
り、 第７図は分流用抵抗器の開閉装置としてサイリスタを採
用した実施例の主回路接続図である。 １・・・原動機 ２・・・交流発電機 ３・・・界磁巻線 ４・・・整流装置 ５ａ、　５ｂ・・・電機子 ６ａ、　５ｂ・・・界磁巻線 ７ａ、７ｂ・・・ダイオード ３ａ、　３ｂ・・・制動抵抗器 ９．１２・・・接触器 １０・・・抵抗器 １１・・・開閉装置 １３・・・サイリスタ 特許出願人　株式会社　小松製作所 間　　出願人　東洋電機製造株式会社 第１図 第２図 第３０ 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原動機により交流発電機を駆動し、その出力を整流
   装置を通して得る直流電力により車両牽引電動機である
   直流機を駆動して走行し、車両を制動せんとするときは
   前記直流電力により前記直流機の界磁を付勢すると共に
   電機子には制動抵抗器を接続して発電制動を行う電気車
   の制御装置において、前記整流装置の直流側端子間に抵
   抗器と開閉装置とを直列にして接続し、制動開始時に該
   開閉装置を閉成することを特徴とする電気車の制御装置
   。 ２、制動開始時に閉成する開閉装置としてサイリスタを
   使用した特許請求の範囲第１項記載の電気車の制御装置
   。