JPH0219681B2

JPH0219681B2 -

Info

Publication number: JPH0219681B2
Application number: JP58090156A
Authority: JP
Inventors: Edowaado Konratsudo Chaaruzu; Kaaru Kuraaku Robaato
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1983-05-24
Publication date: 1990-05-02
Also published as: JPS592502A; GB2122040B; US4449080A; GB2122040A; DE3318909A1; GB8311850D0; DE3318909C2

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景この発明は牽引電動機によつて推進させられる
車輛に対する電力制御装置、更に具体的に云え
ば、この様な装置に使われる安全及び保護装置に
関する。

多くの電気車輛では、車輛を推進させる牽引電
動機が発生するトルク又は速度を制御する為に、
電子式電力調整器が使われている。典型的には、
調整器は時間比回路又はチヨツパ回路で構成さ
れ、これが電動機が電源に接続される時間の百分
率を制御することにより、電動機が発生する動力
を変える。チヨツパ回路はトランジスタ回路又は
サイリスタ（SCR）回路であつてよい。何れの
場合でも、一般的にチヨツパ回路と並列に機械的
な側路スイツチが接続される。チヨツパ回路の導
電比が高い（電流が大きい）場合、側路スイツチ
を閉じて、固体部品に対する熱応力を最小限に抑
える。

車輛装置は直列接触器をも含み、これをキー・
スイツチで作動して、調整器及び電動機を電源に
接続することが出来る。

側路接触器の接点の先端が閉じた状態で故障す
ることが知られている。例えば、閉じる時の突然
の電流サージにより、先端が溶着することがあ
る。チヨツパ回路が短絡状態で故障することも知
られている。こういう何れかの故障が存在する時
に、車輛を始動させようとすると、直列接触器を
閉じた時、電動機内に大電流が発生する。直巻直
流電動機は、界磁巻線のインピーダンスが比較的
高い為に、幾分か保護されるが、他励電動機の電
機子はこの様な保護がない。実際、84ボルトの装
置では、電機子電流は3000アンペアを越える値ま
で急速にはね上ることがあり、電機子に重大な損
傷を招く。

然し、尚更問題なのは、側路スイツチ又はチヨ
ツパ回路の故障により、主接触器が溶着する惧れ
があることである。この種の故障状態になると、
車輛の暴走状態が起る惧れがある。

この発明の目的は、直流電動機電力制御装置に
使う保護装置を提供することである。

この発明の別の目的は、電力調整器又は側路接
触器の故障状態を検出して、制御装置の動作を禁
止する保護装置を提供することである。

発明の概要この発明では、直流電動機に対する固体電力制
御装置に使う故障検出及び禁止回路を提供する。
電力制御装置は、電動機に対する電力を調整する
スイツチング形調整器、該調整器と並列に接続さ
れた側路接触器、及び調整器並びに電動機を電源
に接続する主接触器を持つ形式である。故障検出
回路が、電源の両端に接続された分圧器を含み、
中間点が主接触器及び側路接触器の間の接続点に
接続されている。接触器又は調整器が付勢される
前、分圧器の中間点の電位が高又は低の値になる
ことにより、故障が表示される。禁止回路が中間
点の電圧に応答して、主接触器の駆動回路の動作
を禁止することにより、装置に対して電力を印加
することを防止する。

この発明に特有と考えられる新規な特徴は、特
許請求の範囲に記載してあるが、この発明の利点
並びに目的は、以下図面について説明する所か
ら、更によく理解されよう。

詳細な記載第１図には、他励式直流電動機に対する電力制
御回路又は調整器回路の簡略回路図が示されてい
る。直流電動機が電機子１０及び界磁巻線１２を
含む。電池１４で示した直流電源が、電動機の界
磁並びに電機子に対して直流電力を供給する。電
池１４の相対的に正の端子が主接触器１８によ
り、直流母線１６に接続される。電動機の界磁巻
線１２が、夫々Ｆ及びＲで表わした複数個の順方
向接点及び逆方向接点により、ブリツジ形に接続
されている。Ｆ接点を開いてＲ接点を閉じると、
電機子１０の回転方向を逆転することが出来る。
界磁巻線１２が電力母線１６及び電池１４の相対
的に負の端子の間に電流調整器回路２０を介して
接続されている。好ましい実施例では、電流調整
器回路２０はトランジスタ化チヨツパ回路であ
り、これが導電状態及び非導電状態の間で切換わ
ることにより、界磁巻線１２を通る平均電流を制
御する。界磁巻線１２と並列に接続されたフリー
ホイール形ダイオード２２が、チヨツパ回路２０
の非導電期間の間、誘導性電流に対する界磁電流
通路となる。界磁巻線１２と直列に接続された電
流分路部２４が、平均界磁電流を表わす出力信号
を発生する。この信号は制御回路（図に示してな
い）により、所望の界磁電流レベルが得られる様
にチヨツパ回路２０の導電期間を調整する為に使
われる。

同様に電機子１０がチヨツパ回路２６を介して
電力母線１６に接続される。電流分路部２８が電
機子と電源１４の間に接続される。フリーホイー
ル・ダイオード３０が電機子１０と並列に接続さ
れて、チヨツパ回路２６の非導電時間の間、電機
子電流に対する電流通路を作る。側路接触器３２
がチヨツパ回路２６と並列に接続される。側路接
触器３２は、チヨツパ回路２６の導電時間比が１
に接近する時、高い導電レベルでチヨツパ回路に
加わる熱応力を最少限に抑える為に閉じられる。

第１図の電力回路の動作について説明すると、
制御回路（図に示してない）が最初に付勢信号を
発生して、主接触器１８を閉じ、その後チヨツパ
回路２０及びチヨツパ回路２６に対してゲート信
号を供給して、電機子１０及び界磁巻線１２の電
流レベルルを制御し、所望のレベルのトルク出力
が得られる様にする。制御回路は公知の幾つかの
形式のものにすることが出来、例えば米国特許第
3843912号に記載されるものにすることが出来る。
他励電動機に特に適した制御回路が1982年５月16
日に出願された係属中の米国特許出願通し番号第
379867号に記載されている。電動機の電機子１０
が回転し始めると、その逆起電力が増加し、トル
クの所望の大きさに対する所望の電流レベルが得
られる様にする為、チヨツパ回路２６の導電期間
が長くなる。チヨツパ回路２６の導電時間比が
100％に近づくと、側路接触器３２が閉じられ、
こうして電機子１０を直接的に電池１４の両端に
接続する。万一接触器３２が溶着した場合、その
後で制御回路が電動機のトルク出力を変えようと
しても、チヨツパ回路２６が、制御回路に応答す
るけれども、電機子１０に対する電流を変調する
ことが出来ないので、うまく行かない。こういう
場合、故障検出回路（図に示してない）が普通は
チヨツパ回路２６と接触器３２の組合せを監視し
ていて、チヨツパ回路２６又は接触器３２の誤動
作が検出された場合、主接触器１８を開く。この
様な故障検出回路が米国特許第3914675号に記載
されている。

一旦制御回路が、故障を検出した為に、運転を
停止した場合、オペレータは、主接触器１８を繰
返して開閉することにより、車輛を修理部まで移
動しようとすることがある。前に述べた様に、こ
の様な動作によつて、電動機の電機子には3000ア
ンペアを越える電流が印加されることがある。更
に、この様な大電流が接触器１８の接点を溶着さ
せ、こうして電機子を何の保護もなく、直接的に
電池の両端に接続することがある。

接触器３２の故障の惧れがある他に、チヨツパ
回路２０も短絡状態で故障することがある。この
故障はチヨツパ回路２６の故障程重大ではない
が、一杯の界磁電流が加えられ、それが車輛の最
高速度を半速未満に制限すると共に、30分以内に
界磁が過大な温度になる惧れがあるので、電動機
の制御が出来なくなる。調整器回路２０，２６及
び接触器３２が依然として動作状態にあつても、
主接触器１８が閉じた状態で溶着することもあり
得る。勿論、この様な状態で装置を運転するのは
好ましくない。それは、この後で何れかの調整器
回路２０又は２６又は側路接触器３２が故障する
と、暴走状態になり、それに伴つて装置内の電子
回路並びに電動機の損傷を招く惧れがあるからで
ある。

第２図にはこの発明に従つて構成された故障検
出及び禁止回路が示されている。直列接続の抵抗
３４，３６で構成された第１の分圧器が電池１４
の両端に接続される。好ましい実施例では、抵抗
３４，３６は同じ抵抗値を持ち、２つの抵抗の中
間の接続点３８が電池電圧の大体半分になる様に
なつている。接続点３８が接触器１８と接触器３
２の間にある母線１６の点に接続される。この
為、抵抗３４が接触器１８と並列に接続され、抵
抗３６が電動機の電機子１０及び接触器３２と並
列に接続される。従つて、接触器１８が閉じた状
態で溶着した場合、接続点３８の電圧が電池電圧
まで上昇することが判る。この代りに、接触器３
２が閉じた状態で溶着すると、接続点３８の電圧
は大体電池の負の電位又は大地電位になる。調整
回路２０又は調整回路２６が故障して短絡状態に
ある場合も、接続点３８は大地電位又はその近く
にある。

直列接続の抵抗４０，４２，４４で構成された
第２の分圧器が電池１４の両端に接続される。抵
抗４０，４２の中間の接続点が電圧比較器４６の
反転入力端子に接続される。抵抗４２，４４の中
間の接続点が比較器４８の非反転入力端子に接続
される。比較器４６の非反転入力端子が比較器４
８の反転入力端子と共に、接続点３８に接続され
る。比較器４６の出力端子がダイオード・オア・
ゲート５０の第１の入力端子に接続される。オ
ア・ゲート５０の第２の入力端子が比較器４８の
出力端子に接続される。オア・ゲート５０の出力
端子がラツチ形フリツプフロツプ５２のセツト入
力端子に接続される。引張り抵抗５４がオア・ゲ
ート５０の出力端子を正の電圧源に接続し、ブリ
ーダ抵抗５６がこの出力端子を共通端子又は大地
端子に接続する。

フリツプフロツプ５２の出力端子がアンド・ゲ
ート６０の第１の入力端子に接続される。アン
ド・ゲート６０の出力端子が抵抗６２を介して、
トランジスタ電流駆動器６４のベース端子に接続
される。主接触器１８に対する作動コイル６６
が、トランジスタ駆動器６４のコレクタ端子と電
池１４の正の電圧端子との間に接続される。トラ
ンジスタ駆動器６４のエミツタ端子が電池１４の
負の端子に接続される。

入力端子６８が車輛の制御回路（図に示してな
い）からピツクアツプ指令を受取る様に接続され
ている。前に説明した様に、ピツクアツプ指令は
単にキー・スイツチを廻すことであつてよい。ピ
ツクアツプ指令がコンデンサ７０及び直列接続の
抵抗７２で構成された微分回路に通される。抵抗
７２の一方の端子が電池の負の端子に接続され
る。コンデンサ７０と抵抗７２の間の接続点が、
ラツチ形フリツプフロツプ５２の破算入力端子
（CLR）に接続される。端子６８のピツクアツプ
指令は、抵抗７４及びコンデンサ７６の直列の組
合せで構成された積分回路にも供給される。コン
デンサ７６の一方の端子が電池の共通端子に接続
される。抵抗７４とコンデンサ７６の中間の接続
点がアンド・ゲート６０の第２の入力端子に接続
される。

動作について説明すると、接続点３８の電圧が
電池電圧の中点にあつて、接触器１８も接触器３
２も、或いはチヨツパ回路２０又は２６の何れも
故障していないことを示す時、比較器は、それら
の両方の出力端子の電圧が論理１レベルにある様
な状態に保たれる。従つて、論理オア回路５０の
出力は論理１レベルであり、この論理１レベルの
信号がフリツプフロツプ５２のセツト入力端子に
印加される。この後、端子６８にピツクアツプ指
令が印加された時、フリツプフロツプ５２の破算
端子に直ちに破算信号が現われ、強制的にその出
力信号を論理１レベルにする。抵抗７４及びコン
デンサ７６の相対的な値によつて決定された短い
遅延時間の後、ピツクアツプ指令がアンド・ゲー
ト６０の第２の入力端子に論理１レベルとして現
われる。この時両方の入力端子が論理１レベルで
あるから、アンド・ゲート６０からトランジスタ
駆動器６４のベース端子に信号が送られ、このト
ランジスタを強制的に導電させ、主接触器がピツ
クアツプされる様にする。微分回路は、破算信号
が短い期間、例えば100ミリ秒の間だけ、存在す
る様にする。大体同じ期間の後、積分回路がラツ
チ作用を行なわせて、主接触器を付勢状態に保
つ。

主接触器、側路接触器、チヨツパ回路２０又は
チヨツパ回路２６の何れかが故障状態にある場
合、接続点３８の電圧は中点の値より高くなるか
或いは低くなる。何れの場合も、一方の比較器４
６又は４８が中点電圧からの偏差を検出して、
夫々の出力端子に論理０の出力信号を発生する。
この論理０の信号がオア・ゲート５０を通り、フ
リツプフロツプ５２のセツト入力端子に論理０の
信号を印加する。この後、端子６８にピツクアツ
プ指令が印加されると、フリツプフロツプ５２に
よつて発生された出力信号は論理０になる。こう
して、この信号はアンド・ゲート６０の動作を禁
止し、こうしてトランジスタ駆動器６４が導電状
態にならない様にすると共に、主接触器１８の作
動を禁止する。抵抗４０，４２，４４の数値は、
誤つた禁止作用が生じない様に、電池の中点の前
後の適当な範囲の電圧が得られる様に選ばれる。
抵抗４０，４４を22キロオーム、抵抗４２を10キ
ロオームの値にすると、電池電圧の40％乃至60％
の範囲が得られる。

チヨツパ回路又は側路接触器３２の何れかが通
常の運転状態の間に故障した場合、前述の故障検
出回路が、主接触器１８を強制的にドロツプアウ
トする出力信号を発生する。この出力信号はフリ
ツプフロツプ５２の破算入力端子に印加して、直
ちにその出力を強制的に論理０にすることが出来
る。接触器１８が閉じた状態で動作している間、
比較器４６又は比較器４８によつて発生された出
力信号がゼロであり、こうしてフリツプフロツプ
５２のセツト入力端子に論理０を印加するので、
フリツプフロツプ５２の出力に論理０が発生す
る。その後、安全回路が、接触器が閉じた状態で
溶着したこと、又はチヨツパ回路が短絡状態で故
障したことを検出し、それ以後の主接触器１８の
作動を禁止する。

この発明の好ましい実施例と現在考えられるも
のを図示したが、この発明の範囲内で種々の変更
が可能であることは云うまでもない。従つて、こ
の発明はこゝに説明した具体的な説明に制約され
るものではなく、特許請求の範囲の記載のみによ
つて限定されることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流電動機電力回路の回路図、第２図
は第１図の電力回路に対するこの発明の安全及び
保護回路の回路図である。主な符号の説明、１０：電機子、１２：界磁巻
線、１４：電源、１８：主接触器、２０，２６：
チヨツパ回路、３２：側路接触器、３４，３６：
第１の分圧器、４０，４２，４４：第２の分圧
器、４６，４８：比較器、５０：オア・ゲート。

Claims

【特許請求の範囲】１牽引電動機に対する電力を調整するチヨツパ
回路、該チヨツパ回路の百分率導電時間が予定の
値を越えた時にチヨツパ回路を分路する側路接触
器、及び前記電動機、チヨツパ回路及び電源を直
列電流通路に接続する主接触器を持つ様な、牽引
電動機によつて推進させられる車輌に用いる電力
制御装置に対する故障検出及び禁止回路に於て、
前記電源と並列に接続される第１の分圧器と、該
第１の分圧器の中間点を主接触器及び側路接触器
の中間の点に接続する手段と、前記第１の分圧器
の前記中間点の電圧を予定の範囲の電圧の値と比
較する手段と、前記中間点の電圧が前記予定の範
囲の電圧の値の範囲外にある時、前記主接触器の
動作を禁止する手段とを有する故障検出及び禁止
回路。２特許請求の範囲１に記載した故障検出及び禁
止回路に於て、前記電動機が他励形式に接続さ
れ、チヨツパ回路が該電動機の電機子と直列に接
続され、電力制御装置が前記主接触器及び側路接
触器の中間点と電源の端子の間で電動機の界磁巻
線と直列に接続された電流調整器を含んでいる故
障検出及び禁止回路。３特許請求の範囲１又は２に記載した故障検出
及び禁止回路に於て、前記比較する手段が、前記
電源の両端に接続された第２の分圧器と、該第２
の分圧器の比較的高い電圧の、上側の点に接続さ
れた第１の入力端子を持つと共に、前記第１の分
圧器の前記中間点に接続された第２の入力端子を
持つていて、前記中間点の電圧が前記第１の入力
端子の電圧を越える時、セツト信号を発生する第
１の電圧比較器と、前記第２の分圧器の比較的低
い電圧の、上側の点に接続された第１の入力端子
を持つと共に、前記第１の分圧器の前記中間点に
接続された第２の入力端子を持つていて、前記中
間点の電圧が前記第１の入力端子の電圧より小さ
い時にセツト信号を発生する第２の電圧比較器
と、前記第１及び第２の比較器からのセツト信号
を前記禁止する手段に結合する手段とで構成され
ている故障検出及び禁止回路。