JPH033602A

JPH033602A - 電気車制御装置

Info

Publication number: JPH033602A
Application number: JP1132660A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Hasebe; 寿郎長谷部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1991-01-09
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JP2753043B2

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］（産業の土の利用分野）この発明は、例えばディーゼルエンジンのような内燃機
関によって主発電機と励１１機とを駆動し、主発電機の
発生電力を直流主電動機に供給して車両を駆動する方式
の電気車制御装置に関する。

（従来の技術）例えば、ディーゼル電気車と呼ばれるエンジン電気車で
は、直流直巻電動機を駆動用主電動機としており、この
主電動機に給′ｒ￥ｉするための主発電機には、車両の
起動に際しては大ぎな牽引力を出し得るように低電圧、
大電流を発生し、車両の速度が上昇するに伴なって電圧
を上げ、且つ電流を減らす制御が行なえることが要求さ
れる。

しかも、車両の走行中には、その全速度領域でエンジン
出力を最大限に利用することが望ましいため、主発電機
の入力が常にエンジンの最大出力とほぼ等しくなるよう
な特性が求められ、このような要望に応えるために従来
から種々の励磁方式が提案されている。

第５図は、このような電気車制御装置の従来例を示して
おり、ディーゼルエンジン（図示せず）によって駆動さ
れる回転界磁型主発電機１は、同一軸上に設置された励
＠１機２に出力により励磁されるようになっている。

そして励磁機２は、バッテリ３を電源とする回転電機子
型の交流発？！１ｉｌｆｆｉであり、その交流出力を同
一回転軸上に設置された回転Ｍ流器４により直流に変換
して主発電機１の回転界１ａ５を励磁するようになって
いる。

また、バッテリ３により励磁される励磁機２の界ｖＡ巻
線６とバッテリ３との間には、エンジンのガバナー（図
示せず）により制御される可変抵抗値のロードレギュレ
ータ７が挿入されており、このロードレギュレータ７の
抵抗値の調整により、主発電機１の交流出力を主整流器
８により直流に変換した後の主発電機出力電力ＷｔＪ　
　（＝１＋１−ＶＱ）がほぼ一定となるように調整する
ようにしている。

この時の主整流器８の出力電圧Ｖ（＋及び負荷電流１（
＋の関係は第６図に示すようなものとなり、使用領域の
ほぼ全体に渡ってｖａ−ｔａ＝一定としている。

しかしながら、この主発電ａ１の出力特性に直巻主電動
Ｉａ９を接続しただけでは狭い範囲の速度領域でしかエ
ンジンの出力が牽引力として発生しないため、−膜内に
は第５図に示づように主電動機９の直巻巻線１０に並列
に弱め抵抗１１を接触器１２を介して接続し、ある速度
Ｖまで全界磁（ＦＦ）で運転した後、速度■に到達する
と主電動８１９の直巻巻線１０に流れる電流を弱め抵抗
１１に分流させ、弱め界磁（ＷＦ＞として使用するよう
にしている。

このようにすることにより、第７図及び第８図に示すよ
うに実線の直巻巻線１０に流れる電流は従来と同一であ
っても、弱め抵抗１１に流れる分流弁がプラスされるた
め、主電動機９に流れる全Ｎ流の制御幅を大きくするこ
とができ、より広い範囲でエンジン出力を有効に牽引力
に転換することができるようになる。

〈発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の電気車制御装置にあっ
ても、次のような問題点があった。

すなわら、上記のように弱め抵抗１１を設けるこにより
主電動機９に流れる全電流のＩＩＩ御幅を大きくしよう
とする場合、第５図に示すように弱め抵抗１１と、この
弱め抵抗１１の投入、開放制御を行なうための接触器１
２と、更に所定の速度Ｖで接触器１２を開閉するための
電圧検知回路１３とが必要となり、制御装置全体の重量
や設置スペースの増加が避けられない問題点があった。

また、第７図に示すように、速度Ｖにおいて弱め抵抗１
１を投入した時に主電動機９の電流が増加するが、この
時の速度Ｖにおける安定した電流だけを見るならば、主
電動機９の牽引力は弱界磁となる前後で同一となっては
いても、ごく短時間の過渡現象として見る時に主電動１
ｆｉ９のトルクが変動する。

つまり、第９図に過渡的な現象について示しであるが、
同図■に示すように時刻ｔ１で弱め抵抗１１が、投入さ
れたとすると、同図（ｂ）に示すように主電動機電流ｌ
ａは比較的短時間Ｔ＋　　（＝数１０ｍ５程度）で上昇
して安定する。ところが、同図（Ｃ）に示すように、主
発電ｖｓ１の出力電圧Ｖｏは主電動ＩｌＮ流１ａの変化
を受けて負荷が増加したことによるエンジン回転数の微
小変化ガバナーが感知し、ロードレギュレータ７を調整
し、励！１機２の界磁巻線６に流れる電流を変化させ、
これによって励磁機２の出力電圧を変化させ、主発電機
１の回転界磁５に流れる電流を調整するという機械的、
電気的な遅れ要素が幾重にも重なっているため、安定す
るまでにかなりの時間Ｔ２　　（数１００ｉｓ〜１８程
度）がかかる。

そして、この結果として、電圧が低い値で安定するまで
の間は、同図（ｂ）に示すように主電動機トルクが短時
間Ｔ３の間増加する結果となり、この主電動機トルクの
瞬間的な増加がトルクショックとして表われ、特に客車
牽引時には乗心地を悪くしたり、車輪がスリップしてフ
ラット（部分的な車輪の摩耗）を発生する問題点があっ
た。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたものであって、弱め界磁の切替用抵抗や接触機
、電圧検知回路などを不要とし、しかも広い速度範囲で
安定した牽引力を出すことのできる電気車制御装置を提
供するこを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明の電気車制御装置は、内燃機関により駆動され
る主発電機と、この主発電機の出力電力をほぼ一定に保
つ機能を有する励磁機と、前記主発電機の出力特性に従
い、１電ｖＪｍの回転数及び回転力を低電圧・大電流か
ら高電圧・小′７Ｉｉ流の間で制御する電気車制御装置
において、前記主電動機の直巻巻線と同じ方向に電流が
流れる時に直巻巻線の励磁方向と逆向きに励磁するよう
に他励巻線を設け、この他励巻線に対して、前記主発電
機の出力電圧を接続すると共に、前記主発電機の全使用
電圧範囲の中程に調整され、主発’ＲＲ出力電圧と逆極
性の一定電圧を与える補助電源を接続し、前記直答巻線
を含めた前記主電動機の電機子回路に、眞記主発電機の
発生電圧による電流に対して順方向となるように整流素
子を挿入したものである。

（作用）この発明の電気車制御装置では、車両の起動時に主発電
機の負荷電流による直巻巻線により生じる起磁力と共に
、主発電機電圧と補助電源からの添加電圧の差により生
じる他励巻線の起磁力が加わり、主電動機に強いトルク
を与えることができる。一方、主電動機が高速回転にな
ると、主電動機の直巻巻線による起磁力が他励巻線によ
る逆向きの起磁ツノにより打消され、界磁率を低くする
ことができ、広い速度範囲においてスムーズな速度制御
ができることになる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例を示しており、主発電機１
、励磁機２、バッテリ３の構成は第５図に示した従来例
と同一の構成を有し、同一の符号を付して示されている
。また、主制御器８、主電動ｔａ９及び直巻巻線１０に
ついても、第５図の従来例と同一であり、従来例と同様
の作用を行なうものとづる。

そしてこの実施例の特徴とするところは、直巻巻線１０
を含む１電１１Ｊ機９の電気子回路に、主発電機１の発
生電圧による電流に対して順方向となるようにダイオー
ド１４を挿入し、更に直巻巻線１０の巻かれている鉄心
上に他励巻線１５を巻き、この他励巻線１５に主電動１
１ｆｉ９の直巻巻線１０と同一方向に電流が流れた時に
逆向きの励磁が起り、差動に働くようにしたところにあ
る。

更に、この実施例では、交流補助発電機１６を設け、こ
の交流補助発電機１６の出力電圧を補助変圧器１７によ
り適当な電圧に変換し、更に補助整流器１８により直流
電圧ＥＯに変換し、主整流器８の出力電圧ｖｇに対して
逆向きで並列に接続している。

次に、上記の構成の電気車制御装置の動作について説明
する。

第２図は第１図に示した実施例の動作を説明するために
簡略化した等価回路であるが、第２図（おいて他動巻線
１５に流れる電流Ｉｓは他励巻線の抵抗値Ｒｓとする時
、ｉｓ　＝ｉ　Ｈ−ｉ　２　＝ＶＯ／Ｒｓ　−ＥＯ／Ｒ３
＝　（Ｖｏ　−Ｅｏ　）　／Ｒｓ　　　　　−（＋）と
なる。

ここで、Ｅｏを主発電機１の主整流器８の出力電圧Ｖａ
の全使用範囲のほぼ中間程度の電圧とした場合、Ｖ！１１＜Ｅｏの時にはｉｓは負となり、逆に、 ■ｕ　＞Ｅｏの時にはｉｓは正となる。

また、直巻巻線１０のみに電流が流れている状態を界磁
率１００％とし、これによる起磁力を八−とし、他励巻
線１５により作られる起磁力をＡＳとすると、車両起動
時にはＶＱがＯかまたは極めて低い値であるために、Ｉ
ｓは負の向き、すなわち差動に接続された他励巻線１５
により直巻巻線１０に対して加極に作用するため、この
時の界磁率ＦＳｓは、ＦＳＳ　＝　［（Ａｌｌ　＋ＡＳ　）／ＡＩ　］Ｘ１０
０％・・・（２）であり、このＦＳｓは１００％以上となり、直巻巻ｓ！
１０のみの通電時よりも磁束量が増加し、低速で大トル
クを発生することができるようになる。

逆に、車両が高速走行に入ると、ｖｇが最大値付近にな
るため、Ｉｓは正の向き、すなわち差動に接続された他
励巻線１５により直巻巻線１０に対して減極に作用する
。ぞしてこの時の界磁率Ｆｓｈは、ＦＳｈ＝［（ＡＩＩｌ−Ａｓ　＞／Ａｍ　］ｘ１００％
・・・（３）であり、１００％よりも小さな値となり、等価的に弱め
抵抗を挿入した状態と同じになり、磁束量が小さくなっ
て高速回転を可能とする。

第３図は上記の変化を示すものであり、同図（２）に示
すように主発電機出力電圧ｖｇは主発電機負荷電流１ａ
とＶＯ・■ａ＝一定の関係で変化し、これに対して補助
発電機１６から補助制御器１８を介して与えられる添加
電圧Ｅｏは、ｖｇの変化範囲におけるほぼ中間の値で一
定となっている。

そして同図（ｂ）に示すように、他励巻線１５に流れる
電流■Ｓは、電流１ｇが増加するに対して正側から負側
に変化し、主電動１１０の界磁率ＦＳは同図（Ｃ）に示
すように１００％を越える大きな値から弱め抵抗を挿入
した状態と同じような低い値まで連続的に変化させるこ
とができる。

しかも、この界磁率の変化は滑らかな曲線に沿って生じ
ており、弱め抵抗を投入する時のような不連続状態が生
じない特徴がある。

このようにして得られる他励巻線による界磁制御を行な
う場合の車両の速度に対する主電動機９の電流１ａ、界
磁率ＦＳ、牽引力Ｐの変化は第４図の）に示したものと
なり、主発電機１の出力特性が同図■に示したようにな
り、車両の起動時から最高速度値まで主発電機の出力電
圧■Ｑと主発電機負荷電流■すの変化は滑らかな曲線に
沿って行なうことができ、トルクショックを生じさせな
いものとなることがわかる。

このようにしてこの発明の実施例では、車両の起動時に
は大きな牽引力が必要となるが、このために電流１ａを
大きくとると共に坤励巻Ｉ！１５により起磁力もプラス
することができ、界磁率ＦＳを大きくして起動トルクを
大ぎくすることができ、逆の高速走行時には電流［ａを
低下させ、電圧■ｇを高くすると共に、他励巻線１５に
より主電動機９の起磁力を抑え、界磁率ＦＳを低下させ
ることにより回転数を大きく上げることができるのであ
る。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、主電動機に直答巻線の
他に差動に働く他励巻線を設け、更に主発電機の全使用
電圧範囲の中間程度に調整され、主発電機電圧と逆極性
の一定電圧を並列に主電動機の電機子回路に接続し、更
に電機子回路に主発電機の発生電圧による電流に対して
順方向となるようにダイオードを挿入しているため、車
両の起動時には主発電機の負荷電流による直巻巻線によ
り生じる起磁力と共に主発電機電圧と添加電圧の差によ
り生じる他励巻線の起磁力が加わり、主電動機の強いト
ルクを生起させることができ、主電動機が高速回転する
時には主電動機の直巻巻線による起磁力が他励巻線によ
る逆向きの起磁力により打消され、界磁率を低くしてト
ルクを抑えることができ、広い速度範囲での制御が可能
であり、しかも従来のように弱め抵抗を用いないため、
弱め抵抗に電流を投入するための接触器や電圧検知回路
の存在により弱め抵抗の投入時のトルクショックが起き
ることがなく、広い範囲に渡って滑らかな速度制御が行
なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路図、第２図は上記実
施例の動作を説明づ゛るための等価回路図、第３図及び
第４図は上記実施例の動作特性図であり、第３図（２）
は電圧ＶＯ、Ｅｏ−電流Ｉｇの特性図、同図（υは他励
界磁電流■５−ＩＱの特性図、同図（Ｃ）は主電動機界
磁率ＦＳ−１ａ特性図、第４図（ａ）は牽引力、電流、
界磁率−速度特性図、同図（ｂ）は主発電機出力電圧Ｖ
ｏ−負荷電流１ｇの特性図、第５図は従来例の回路図、
第６図は従来例の主発電機出力電圧ｖｇ−負荷電流１ｖ
の特性図、第７図は従来例の牽引力、電流、界磁率−速
度の特性図、第８図は従来例の弱め抵抗を投入した時の
動作特性を示す説明図、第９図は従来例における弱め抵
抗投入時の過度現象を説明する動作特性を示す説明図で
ある。１・・・主発電Ｉａ　２・・・励磁機３・・・バッテリ　４・・・回転整流器５・・・回転界
磁　６・・・界磁巻線７・・・ロードレギュレータ　８・・・整流器９・・・
主電動１１１０・・・直巻巻線１４・・・ダイオード　
１５・・・他励巻線１６・・・交流補助発電ＩＮ　　１
７・・・補助変圧器１８・・・補助整流器

Claims

【特許請求の範囲】

内燃機関により駆動される主発電機と、この主発電機の
出力電力をほぼ一定に保つ機能を有する励磁機と、前記
主発電機の出力特性に従い、主電動機の回転数及び回転
力を低電圧・大電流から高電圧・小電流の間で制御する
電気車制御装置において、前記主電動機の直巻巻線と同
じ方向に電流が流れる時に直巻巻線の励磁方向と逆向き
に励磁するように他励巻線を設け、この他励巻線に対し
て、前記主発電機の出力電圧を接続すると共に、前記主
発電機の全使用電圧範囲の中程に調整され、主発電機出
力電圧と逆極性の一定電圧を与える補助電源を接続し、
前記直巻巻線を含めた前記主電動機の電機子回路に、前
記主発電機の発生電圧による電流に対して順方向となる
ように整流素子を挿入して成る電気車制御装置。