JPH0446042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ゴムタイヤなどの絶縁車輪を用いた
電気車の制御装置に係り、特に、架線に流れ込む
高調波電流による誘導障害を防ぐのに好適な制御
装置に関する。

〔発明の背景〕

昨今の省エネルギー化を反映して、電気車の制
御においても、電力消費量の低減化、および、メ
ンテナンスフリー化をはかるために、主回路の無
接点化が進められている。その実現のひとつの方
法として、直流電動機を用い、直流電動機に直列
に主回路電流をチヨツピングする電機子チヨツパ
を接続する制御方式がある。本方式は半導体の急
激な進歩によつて、すでに実用化されている。ま
た、さらに粘着性能の向上をめざし、直流電源を
三相交流に変換して、三相誘導電動機を駆動させ
て電気車を制御する方式があるが、本方式もすで
に実用化段階に入つてきている。

この二つの方式を絶縁車輪を用いた電気車に適
用した場合について、第１図から第７図により説
明する。

第１図は、電機子チヨツパの主回路簡略図であ
る。１は変電所の直流電源、２は正電車線、３は
負電車線で変電所に設けられた接地検出装置４を
介して接地される。５は電気車の正集電装置、６
は負集電装置、７はしや断器である。負荷である
主電動機８に流れる電流は、制御装置である電機
子チヨツパ１０によつて制御される。電機子チヨ
ツパがオン状態では、電機子電流は１→２→５→
７→８→９→10→６→３→１の経路によつて流れ
る。電機子チヨツパがオフ状態では電機子電流は
８→９→11→８の径路で流れる。この時、９は電
機子電流を平滑化するためのリアクトル、１１は
電機子電流を循環させるためのダイオードであ
る。

この制御方式で、電機子電流を制御するための
電機子チヨツパ回路は、用いられる半導体の種類
によつて、第２図、第３図の方式によつて大別さ
れる。チヨツパ方式は、この他にもあるが、主に
用いられているのは、この二方式である 第２図は、逆導通形サイリスタを用いた直列消
弧型反発パルス転流方式チヨツパ１３であり、大
部分の主回路チヨツパに本方式が採用され、主サ
イリスタ１４、補助サイリスタ１５、転流リアク
トル１６、転流コンデンサ１７から構成される。
本方式の転流モードは、極めて一般的であるため
ここでは省略する。

第３図は、近年急激に大容量化が進み、主回路
チヨツパへの応用が可能となつた自己消弧機能を
もつゲートターンオフサイリスタ（GTO）によ
るGTOのチヨツパ１８である。ゲートターンオ
フサイリスタ１９、逆並列に接続されたバイパス
ダイオード２０から構成されるのが一般的であ
る。ゲートターンオフサイリスタはゲート電流に
よつてオンオフ制御を行なうことができるため、
非常に簡略な回路である。

第４図は、インバータ装置を用いた電気車の主
回路簡略図である。インバータ制御方式には、電
流制御式、可変電圧方形波方式、パルス巾変調方
式など多数考えられるが、ここでは最も一般的な
パルス巾変調方式について説明する。

電気車の車体１２ａ以外の装置は、第１図と同
様である。電気車内の主回路は、しや断器７ａ、
制御装置であるインバータ装置２１、負荷である
誘導電動機２２から構成される。

インバータ装置２１内には、三相分のチヨツピ
ング素子が内蔵されており、各チヨツピング素子
のチヨツピング時間を変化させることにより、三
相交流を得ることができ、三相誘導電動機２２を
駆動している。

本制御方式でのチヨツピング回路も、電機子チ
ヨツパの場合と同様に、用いられる半導体の種類
によつて、第５図、第６図の二つの方式に大別さ
れる。

第５図は、逆導通形サイリスタを用いて１相分
のチヨツピング回路２３で三相インバータではこ
れが三組用いられる。主サイリスタ２４，２５、
補助サイリスタ２６，２７、転流リアクトル２
８、転流コンデンサ２９から構成されている。本
方式の転流モードは、第２図とほとんど同様であ
るためここでは省略する。

第６図は、ゲートターンオフサイリスタを用い
たGTOチヨツピング回路３０である。本回路も
第３図と同様にゲートターンオフサイリスタ３
１，３２、バイパスダイオード３３，３４から構
成されている。

これら第１図ないし第６図の回路で共通してい
るのは、主回路に流れる電流をチヨツピングする
ことである。ある周期で、大電流をオンオフさせ
た場合、第２図ないし第３図、第５図ないし第６
図の主サイリスタ部分、GTO部分には矩形波の
大電流が流れる。さらに、第２図、第５図の回路
は転流回路であるため、補助サイリスタ、転流素
子に振動電流が流れる。これら矩形波電流、振動
電流は一種のひずみ波交流である。

ひずみ波交流は、一般に、フーリエ級数によ
り、周波数、最大値の異なる多くの正弧波の集合
として考ええれる。ひずみ波の周波数はチヨツピ
ング周波数の影響をうけ、ひずみ波の最大値は、
主電動機電流の大きさの影響をうける。従つて、
主回路に流れる電流および電車線に流れる電流に
は、高調波電流成分が含まれ、この高調波成分に
より、他の通信機器に誘導障害を与えるという不
具合が発生することが予想される。そこで、この
高調波電流を低減するために、リアクトルとコン
デンサで構成されたフイルタ装置が用いられてい
る。ところが、絶縁車輪を用いた電気車では、こ
れとは別に、高調波電流が流れる経路が存在す
る。この不具合について、主回路を制御する電機
子チヨツパの場合例について説明する。

第７図は、チヨツパ回路１０から高調波電流が
もれる経路を示している。

主回路接続図は第１図と同様である。但し、３
９，４０は上述のリアクトル、コンデンサであ
る。３５は車体１２と大地間のストレイキヤパシ
タンス、３６は負電車線と大地間のストレイキヤ
パシタンスである。また、４１は主回路と車体と
の間に存在するストレイキヤパシタンスである。

電機子チヨツパ１０がオンすれば、電機子チヨ
ツパの正側電位は、負電車線３と同じ電位とな
り、また、電機子チヨツパがオフすれば、電機子
チヨツパ１０の正側電位は、ほぼ、正電車線の電
位と等しくなる。すなわち、一種の脈流電圧源が
存在していることになる。

この脈流電圧源によつて、主回路から車体、車
体から大地へ、それぞれの間に存在するストレイ
キヤパシタンスを経由し、さらに、大地から負電
車線３へ、その間のストレイキヤパシタンスを経
由して負電車線に流れ込む。また、大地と負電車
線の間のキヤパシタンスは、分散的に存在するた
め、帰線電流が流れていない負電車線にも流れ込
む。

ここで、正電車線と大地との間にもストレイキ
ヤパシタンスが存在するが、車上の正電位側に３
９，４０のリアクトル、コンデンサで構成される
フイルタ装置が設けられるので正電車線の脈流電
流は小さく問題にならない。

３７は通信系のループであり、たとえば、列車
検知閉そくループ、IRの誘導線などがある。

負電車線に流れる高調波成分が、通信系ループ
３７に、誘起電圧を生じ、通信系の機能に支障を
きたすという問題点が生じる。

なお、鉄車輪を用いた電気車では、車体が主回
路の負側に接続されているため、脈流電流は負電
車線には流出しない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、主回路電流、あるいは、補機
電流がオンオフ制御される状態で、地上設備であ
る通信系機器への誘導障害を与えない電気車の制
御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の要点は、絶縁車輪を用いた電気車にお
いて、車体と負集電装置との間に、交流インピー
ダンス素子を接続したことにある。

〔発明の実施例〕

第８図に本発明の実施例を示す。従来と同様主
回路を制御する電機子チヨツパの場合について示
す。これは、インバータ装置の場合についても適
用可能である。第８図は車体と負集電装置の正側
に交流インピーダンス素子３８を接続したもの
で、矢印は高調波電流の流れる経路を示す。その
他の機器構成、接続は第７図と同様である。

電機子チヨツパ１０で発生する高調波成分は、
車体とサイリスタ素子との間のストレイコンデン
サにより、車体へ流入するが、交流インピーダン
ス素子３８がストレイコンデンサ３５からストレ
イコンデンサ３６、負電車線を含む交流インピー
ダンスより低くしておけば、高調波電流の大部分
は低交流インピーダンス素子３８を流れ、負電車
線の高調波電流は小さくなる。

負電車線に高調波成分が含まれないため、地上
設備３７の信号通信系ループに誘起する電圧は低
下する。

第９図は、低インピーダンス素子３８の構成を
示す。３８２は高調波成分をバイパスさせるコン
デンサ、３８１はコンデンサに印加される電流を
制限する抵抗、３８３はコンデンサの放電抵抗で
ある。

本素子を追設することにより、地上設備の信号
通信系ループ３７の誘起電圧は低減され信号通信
系の動作はさまたげられなくなる。

以上、主回路制御装置について説明したが、車
上の補助電源をつくるインバータ装置や、サイリ
スタを用いた誘整流子電動発電機についても、同
様の技術が応用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、負電車線に流入する高調波成
分を低減することができるため、地上設備への誘
導障害を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第４図は従来例の絶縁車輪を用いた電
気車の高圧回路図、第２図、第３図、第５図、第
６図は従来のチヨツプ部の詳細図、第７図は従来
の問題点を示す説明図、第８図、第９図は本発明
のそれぞれ高圧回路図および追加回路図である。 ５……正集電装置、６……負集電装置、８……
主電動機、１０……電機子チヨツパ、１２……車
体、２１……インバータ装置、２２……誘導電動
機、３８……交流インピーダンス素子である低イ
ンピーダンス素子、３８１……制限抵抗、３８２
……バイパスコンデンサ、３８３……放電抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流インピーダンス素子３８を有する電気車
   用誘導障害防止装置であつて、 電気車は、車体１２が絶縁車輪で支持されるも
   のであり、走行装置用または補機用制御装置１
   ０，２１は、チヨツピング素子により構成され、
   正集電装置５及び負集電装置６を有するものであ
   り、 交流インピーダンス素子３８は、車体１２と負
   集電装置６の間を接続するものである 電気車用誘導障害防止装置。 ２ 交流インピーダンス素子３８は、コンデンサ
   ３８２である 特許請求の範囲第１項記載の電気車用誘導障害防
   止装置。 ３ 交流インピーダンス素子３８は、コンデンサ
   ３８２と抵抗３８１を直列に接続したものである 特許請求の範囲第１項記載の電気車用誘導障害防
   止装置。