JPH07212914A - 電気鉄道用電源装置 - Google Patents

電気鉄道用電源装置

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JPH07212914A
JPH07212914A JP6004290A JP429094A JPH07212914A JP H07212914 A JPH07212914 A JP H07212914A JP 6004290 A JP6004290 A JP 6004290A JP 429094 A JP429094 A JP 429094A JP H07212914 A JPH07212914 A JP H07212914A
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JP
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current
voltage
circuit
regenerative
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JP6004290A
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English (en)
Inventor
Yukio Yanagimoto
幸男 柳本
Hidehiro Maekawa
英洋 前川
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の回生電力消費回路を用いて経済的に回
生時の電圧変動を少なくする。 【構成】 スイッチＧＴＯ１（〜ＧＴＯ４）と抵抗器Ｒ
１（〜Ｒ４）の直列回路からなる複数の回生電力消費回
路１〜４と、検出直流電圧Ｖｄを所定のき電電圧より高
い値に設定されたある設定値と比較し、回生電力による
直流電圧がある値以上となったことが検出されると、そ
の電圧上昇が検出される度毎に回生電力消費回路１〜４
におけるスイッチＧＴＯ１〜４を順次投入し、回生電力
を抵抗器Ｒ１又はＲ１，Ｒ２あるいはＲ１，Ｒ２，Ｒ３
…等により消費させ、直流電圧の変動を少なくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電車の力行、回生試験
を行うための電気鉄道用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電車試験用電源装置は、図１１に示すよ
うに、電源ＡＣからの交流電圧を変圧器Ｔ１で直流電圧
１５００Ｖ〜１６００Ｖに見合うように降圧し、その二
次側出力を順変換器ＲＳにより６相又は１２相整流し、
直流リアクトルＤＣＬ及びコンデンサＣからなる直流フ
イルタを介してき電線Ｆに直流電圧を供給している。
【０００３】電車ＭＣが力行時にはこの直流電圧が供給
される。また、電車ＭＣの電気ブレーキ時はき電電圧の
上昇を電圧検出器ＤＣＰＴで検出しこの検出電圧Ｖｄと
設定電圧ＶｓｅｔとをコンパレータＣＰで比較してスイ
ッチドライブ回路ＳＤを介してスイッチＳＷ１をＯＮさ
せ、電車ＭＣからの回生電力を抵抗器ＲＢで消費させて
ブレーキをかけている。回生電力がなくなれば、スイッ
チＳＷ１をＯＦＦする。従って、順変換器ＲＳは電車Ｍ
Ｃの力行時のみ電源として使用される。
【０００４】図１２はインバータ装置ＩＮＶにより電車
ＭＣの電気ブレーキ時における回生電力を交流側へ回生
する例を示すもので、電車ＭＣに回生電力が発生してき
電電圧が上昇すると、インバータ装置ＩＮＶはこの電圧
の上昇を検出して動作し、回生電力を順変換器ＲＳの交
流側へ回生するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（１）上記従来の電車からの回生電力を抵抗器で消費さ
せる方法は、回生中の電力はすべて抵抗器ＲＢで消費さ
せるため、回生電流のピーク値ＩKPより多い電流ＩRを
抵抗器ＲＢに流さなければならない。この量は順変換器
ＲＳの順変換器の８０％程度もある。そのため回生電力
がなくなり、スイッチＳＷ１を開く時、順変換側から見
ると、８０％→０％の負荷急変となる。
【０００６】しかし、直流電圧制御系の遅れにより８０
％程度の負荷に見合う制御角α８０で０％負荷を給電す
るため、順変換器ＲＳの出力電圧のピーク値ＶDCPはト
ランスＴ１二次側交流電圧ＶACの波高値を等しくなる
（ＶDCP＝（√２）ＶAC）。
【０００７】負荷はほぼ０％であるため、この電圧のピ
ーク値ＶDCPでコンデンサＣはピーク充電されてしま
い、電車側補機電源で消費されるまで、直流電圧が過電
圧となってしまう。このため、次のような問題がある。
【０００８】１）スイッチＳＷ１のＯＮで直流電圧の瞬
時変動が発生し、電車側の直流電圧低下の保護リレーが
動作することがある。
【０００９】２）スイッチＳＷ１のＯＦＦ時過電圧が発
生し、電車側に悪影響を与えてしまう。
【００１０】３）この過電圧を抑制させるためには直流
側にダミー抵抗器を接続して常時電流を流しておけばよ
いが、電力消費が大きく運用上不経済である。
【００１１】４）回生電力の開始（電気ブレーキの開
始）からスイッチＳＷ１がＯＮするまで回生電力により
直流電圧が上昇してしまう。
【００１２】５）スイッチＳＷ１のＯＮで直流電圧の瞬
時変動が発生し、電車側の直流電圧低下の保護リレーが
動作することがある。
【００１３】６）順変換器及びフイルタで瞬時電圧変動
を補正するには時間的に限度がある。
【００１４】７）一般に敷地の関係で同一構内において
他の車輌に回生エネルギを消費させることは不可能であ
る。
【００１５】８）また、回生電力をインバータ装置によ
り交流側へ回生する方式は、電車の試験として回生運転
を行うのは１回の車両試験において数秒〜１０秒であ
り、その発生頻度も少ないので、高価なインバータ装置
を設けるのは経済的でない。
【００１６】本発明は、従来のこのような問題点に鑑み
てなされてものであり、その目的とするところは、複数
の回生電力消費回路を用いて経済的に回生時の電圧変動
を少なくしうる電気鉄道用電源装置に関する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における電気用鉄道用電源装置は、（１）、
スイッチと抵抗器の直列回路からなる複数の回生電力消
費回路と、検出直流電圧をある設定値と比較し、回生電
力による直流電圧がある設定値以上になったことが検出
される度毎に前記複数の回生電力消費回路におけるスイ
ッチを順次投入されるスイッチ制御回路と、を備えてな
るものである。
【００１８】または（２）、スイッチと抵抗器の直列回
路からなる２以上の複数の回生電力消費回路と、検出直
流電流と力行電流低下を検出するある設定値と比較し、
力行電流がある値以下に低下したことが検出されると前
記１段目の回生電力消費回路のスイッチをオンさせるス
イッチ制御回路と、検出直流電流と回生電流を検出する
ある設定値あるいはそれぞれ値を異にする設定値と比較
し、回生電流がある設定値を越えたことが検出されたと
き、あるいはそれぞれ値を異にする設定値を越えたこと
が検出される度毎に２段目以降の回生電力消費回路のス
イッチをオンさせるスイッチ制御回路と、を備えてなる
ものである。
【００１９】あるいは（３）、電圧制御アンプと電流制
御アンプと位相回路からなる順変換器制御回路と、スイ
ッチと抵抗器の直列回路からなる２組以上の回生電力消
費回路と、前記各回生電力消費回路の各スイッチのオン
による前記電流制御アンプの電流指令の増分を補正する
２以上の補正量設定回路と、備えてなるものである。
【００２０】
【作用】上記（１）のものについて、スイッチ制御回路
は、回生電圧がある値になったことが検出されると先
ず、１段目の回生電力消費回路のスイッチをオンさせて
回生電力を１段目の回生電力消費回路の抵抗器で消費さ
せる。これにより回生電圧が低下するが、再び回生電圧
が上昇し、ある値になったときは２段目の回生電力消費
回路のスイッチをオンさせて回生電力を１段目及び２段
目の回生電力消費回路の抵抗器で消費させる。
【００２１】これにより回生電圧が低下するが、また回
生電圧が再度上昇し、ある値になったときは３段目の回
生エネルギ消費回路のスイッチをオンさせて回生電力を
１段目，２段目，３段目の回生エネルギ消費回路の抵抗
器で消費させる。このように順次抵抗器を増加させて回
生エネルギを消費させるので、回生時の直流電圧の瞬時
変動を少なくすることができる。
【００２２】上記（２）のものについて、１段目の回生
電力消費回路用スイッチ制御回路は、力行電流がある値
に低下したことを検出すると１段目の回生電力消費回路
のスイッチをオンさせる。これにより１段目の回生電力
消費回路の抵抗器が順変換器の負荷となるので、力行電
流が０となっても順変換器出力電圧がピーク電圧値まで
上昇することがなくなる。そして回生電流が流れ始める
とこの１段目の回生電力消費回路の抵抗器により消費さ
れる。
【００２３】回生電力がある設定以上に上昇すると２段
目以降の回生電力消費回路のスイッチを制御するスイッ
チ制御回路は、回生電流がそれぞれ値を異にする設定値
を越える度毎に２段目以降の回生電力消費回路のスイッ
チをオンさせる。したがって回生電力は１段目と２段目
あるいは１段目Ｎ段目の回生電力消費回路の抵抗器によ
り消費される。従って回生時の直流電圧の変動は少なく
なる。
【００２４】上記（３）のものについて、回生電力消費
回路の抵抗器に電流を流すと順変換器制御系の電流指令
が増加する。しかしてこの電流指令の増分を補正量とし
て設定し、順変換器制御系の電流制御アンプの入力側に
加えれば、上記電流指令の増分が補正され、回生電力消
費回路の抵抗器の入切に伴う直流電圧変動が少なくな
る。
【００２５】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。なお、各図において、同一構成部分には同一符号
を付してその重複する説明を省略する。
【００２６】実施例１ 図１〜図３について、図１は主回路構成図で、ＲＳは三
相交流を直流に変換する順変換器、ＤＣＬ及びＣは順変
換器出力を平滑する直流リアクトル及び直流コンデン
サ、Ｆはき電線、ＭＣは電車、ＤＣＣＴはき電電流を検
出する直流電流検出器、ＤＣＰＴはき電電圧を検出する
直流電圧検出器。
【００２７】１〜４はき電線Ｆに接続された第１〜第４
の回生電力消費回路で、それぞれＧＴＯスイッチＧＴＯ
１〜ＧＴＯ４と抵抗器Ｒ１〜Ｒ４の直列回路で構成され
ている。
【００２８】図２は回生電力消費回路１〜４のＧＴＯス
イッチＧＴＯ１〜ＧＴＯ４（以下単にＧＴＯ１〜ＧＴＯ
４という）を制御するスイッチ制御回路で、ＣＰVは直
流電圧検出器ＤＣＰＴで検出したき電電圧Ｖｄと設定電
圧Ｖｓｅｔとを比較し、Ｖｄ＞Ｖｓｅｔの時信号Ａ1を
出力するコンパレータ、ＣＰIは直流電流検出器ＤＣＣ
Ｔで検出したき電電流Ｉｄと設定電流Ｉｓｅｔとを比較
し、Ｉｄ＞Ｉｓｅｔの時信号Ｂ1を出力するコンパレー
タ。
【００２９】１０1はＧＴＯ１の制御回路で、１１1はコ
ンパレータＣＰV，ＣＰIの出力信号Ａ1，Ｂ1が共に入力
したとき信号Ｃ1を出力する論理積回路、１３1は後段の
制御回路１０2のＧＴＯ２ＯＮ信号を反転させるインバ
ータ１４とＧＴＯ２ＯＮ信号を遅延させる遅延回路１５
とインバータ１４からの信号Ｉ1と遅延回路１５からの
信号Ｇ1が共に入力するとき信号Ｆ1を出力するＧＴＯ２
ＯＮ信号の後端部検出回路、１７1は信号Ｃ1，Ｆ1を通
す論理和回路、１８1は論理和回路１７1からの信号Ｄ1
（Ｃ1，Ｆ1）により一定時間Ｔ1出力する単安定マルチ
バイブレータ、１９1は単安定マルチバイブレータ１８1
からの信号Ｅ1及び後段の制御回路１０2のＧＴＯ２ＯＮ
信号を通しＧＴＯ１ＯＮ信号を出力する論理和回路であ
る。
【００３０】１０2はＧＴＯ２の制御回路で、１２2は前
段制御回路１０1の論理積回路１１1からの信号Ｃ1を遅
延させる遅延回路、１１2はＧＴＯ１ＯＮ信号と遅延回
路１２2からの信号Ａ2とが共に入力したとき信号Ｃ2を
出力する論理積回路、１３2は１３1と同様に構成された
後段の制御回路１０3のＧＴＯ３ＯＮ信号の後端部検出
回路、１７2は信号Ｃ2と後端部検出回路１３2からの信
号Ｆ2を通す論理和回路、１８2は論理和回路１７2から
の信号Ｄ2（Ｃ2，Ｆ2）により一定時間ｔ2出力する単安
定マルチバイブレータ、１９2は単安定マルチバイブレ
ータ１８2からの信号Ｅ2及び後段の制御回路１０3のＧ
ＴＯ３ＯＮ信号を通しＧＴＯ２ＯＮ信号を出力する論理
和回路である。
【００３１】１０3はＧＴＯ３の制御回路で、１２3は前
段制御回路１０2の遅延回路１２からの信号Ａ2を遅延さ
せる遅延回路、１１3はＧＴＯ２ＯＮ信号と遅延回路１
２3からの信号Ａ3とが共に入力したとき信号Ｃ3を出力
する論理積回路、１３3は１３1と同様に構成された後段
制御回路１０4のＧＴＯ４ＯＮ信号の後端部検出回路、
１７3は信号Ｃ2と後端部検出回路１３3からの信号Ｆ3を
通す論理和回路、１８3は論理和回路１７3からの信号Ｄ
3（Ｃ3，Ｆ3）により一定時間ｔ3出力する単安定マルチ
バイブレータ、１９3は単安定マルチバイブレータ１８3
からの信号Ｅ3及び後段の制御回路１０4のＧＴＯ４ＯＮ
信号を通しＧＴＯ３ＯＮ信号を出力する論理和回路であ
る。
【００３２】１０4はＧＴＯ４の制御回路で、この実施
例の場合、最終段となっているので、後段回路からの入
力はなく、従って論理和回路１７4，１９4の入力はそれ
ぞれＣ4，Ｅ4のみとなるように構成されている。
【００３３】次に、この実施例の動作について図３のタ
イムチャートを参照して説明する。電車ＭＣの力行状態
が終了すると、き電電流が低下する。検出電流Ｉｄが設
定電流Ｉｓｅｔ以下になるとコンパレータＣＰIから信
号Ｂ1が出力される（Ｂ1が“Ｈ”となる。）。
【００３４】電車にブレーキがかけられ回生状態になる
と、回生電力により直流コンデンサＣを順変換器ＳＲの
設定電圧Ｖｓｅｔ（例えば１５００Ｖ）より高く充電さ
れ始め、直流電圧ＶDCが上昇する。検出電圧Ｖｄが設定
電圧Ｖｓｅｔより高くなるとコンパレータＣＰVから信
号Ａ1が出力される（Ａ1＝“Ｈ”）。
【００３５】しかして、論理積回路１１1が信号Ｃ1を出
力し（Ｃ1＝“Ｈ”）、論理積回路１７1から信号Ｄ1が
出力される（Ｄ1＝“Ｈ”）。
【００３６】信号Ｄ1の出力により単安定マルチバイブ
レータ１８1がトリガされシステムに適した時間ｔ1だけ
信号Ｅ1を出力する（Ｅ1＝“Ｈ”）。この信号Ｅ1は論
理和回路１９1を通じてＧＴＯ１ＯＮ信号を出力する。
【００３７】ＧＴＯ１がＯＮすることにより回生電流は
抵抗器Ｒ１に流れ込み、また抵抗器Ｒ１へは順変換器Ｒ
Ｓ側からも電流が流れるので、順変換器ＲＳの電圧制御
系は正常に動作し一定電圧に保たれる。
【００３８】その後、抵抗器Ｒ１に流れる電流が回生電
流によりすべて供給された後、なおそれ以上の回生電流
が流れると余ったエネルギ分が再度直流コンデンサＣを
充電し始め、ＧＴＯ１のＯＮ状態でき電電圧が再度上昇
を始め、Ｖｄ＞Ｖｓｅｔに達すると、コンパレータＣＰ
Vが二度目の信号Ａ1を出力すると、論理積回路１１1か
ら信号Ｃ1が出力され、制御回路１０2の遅延回路１２2
から少し遅れて信号Ａ2が出力するので、論理積回路１
１2が信号Ｃ2を出力し（Ｃ2＝“Ｈ”）、単安定マルチ
バイブレータ１８2をトリガしてＧＴＯ２ＯＮ信号を出
力しＧＴＯ２をＯＮする。
【００３９】このＧＴＯ２ＯＮ信号は制御回路１０1の
論理和回路１９1に入力するので、ＧＴＯ１ＯＮ信号は
引き続き出力し続ける。従ってＧＴＯ１及びＧＴＯ２が
共にＯＮとなるので、回生電流は抵抗器Ｒ１及びＲ２に
流れ込み、抵抗器Ｒ１，Ｒ２で消費される。
【００４０】ＧＴＯ２ＯＮ信号が終わりに近づくと制御
回路１０1の後端部検出回路１３1が信号Ｆ1を出力する
ので、安定マルチバイブレータ１９1が再度動作する。
このためＧＴＯ１ＯＮ信号はＧＴＯ２ＯＮ信号が消滅し
ＧＴＯ２がＯＦＦした後も一定時間出力し、抵抗器Ｒ１
により回生電力を消費する。
【００４１】なお、図３ではこの状態で回生電力（電
流）が消滅しているが、もし仮に、ＧＴＯ１及びＧＴＯ
２がＯＮした後も回生電力が増大し続け、き電電圧が上
昇する場合は、三度コンパレータＣＰVが信号Ａ1を出力
し、制御回路１０3を動作させることになる。制御回路
１０3は１０2と同様に構成されているので、１０3と同
様に動作するスイッチがＧＴＯ１〜ＧＴＯ３の順序でＯ
Ｎし、回生電力が抵抗器Ｒ１〜Ｒ３で消費され、回生電
力が小さくなるとスイッチがＧＴＯ３〜ＧＴＯ１の順序
でＯＦＦする。
【００４２】回生電力が更に大きい場合は、上記同様に
スイッチがＧＴＯ１，ＧＴＯ２，ＧＴＯ３，ＧＴＯ４の
順序でＯＮし、回生が電力が抵抗器Ｒ１〜Ｒ４で消費さ
れ、回生電力が小さくなると、スイッチがＧＴＯ４〜Ｇ
ＴＯ１の順序でＯＦＦする。
【００４３】この実施例では、回生電力消費回路が１〜
４の４段となっているが、これに限定されるものでな
い。Ｎ段とする場合は制御回路１０4〜１０N-1を実施例
の１０3と同様に構成し、１０Nを実施例の１０4と同様
に構成すればよい。
【００４４】実施例２ 図４〜図９について、図４は主回路構成を示し、図５は
その回生エネルギ消費回路１，２を制御する制御回路を
示す。図４において回生消費抵抗Ｒ１の容量は回生電力
の数分の１程度のものを使用する。図５において、ＣＰ
１〜ＣＰ６は検出電流Ｉｄと設定電流Ｉｓｅｔ１〜Ｉｓ
ｅｔ６とを比較するコンパレータ、ＣＰ７及びＣＰ８は
検出電圧Ｖｄと設定電圧Ｖｓｅｔ１及びＶｓｅｔ２とを
比較するコンパレータ。
【００４５】ＦＦ１〜ＦＦ４はフリップフロップ（以下
単にＦＦ１〜ＦＦ４という）で、ＦＦ２〜ＦＦ４はコン
パレータＣＰ３，ＣＰ５，ＣＰ７の出力でセットされ、
コンパレータＣＰ４，ＣＰ６，ＣＰ８の出力でリセット
されるように接続されている。
【００４６】ＭＭ１はＦＦ２の出力で動作し短時間パル
スを出力する単安定マルチバイブレータ。ＦＦ１はコン
パレータＣＰ１の出力でセットされ、単安定マルチバイ
ブレータＭＭ１の出力でリセットされるように接続され
ている。
【００４７】ＡＮＤ１はＦＦ１の出力とコンパレータＣ
Ｐ２の出力をアンド条件で出力させる論理積回路、ＮＯ
Ｔ１はコンパレータＣＰ１の出力を反較させるインバー
タ、ＡＮＤ２はインバータＮＯＴ１の出力と論理積回路
ＡＮＤ１の出力をアンド条件で出力させる論理積回路、
ＯＲ１は論理積回路ＡＭＤ２とＦＦ２，ＦＦ４の出力を
オア条件で出力する論理和回路で、ＧＴＯ１のＯＮ信号
を出力する。また、上記ＦＦ３がＧＴＯ２のＯＮ信号を
出力する。
【００４８】次に、この実施例の動作について図６〜図
９を用いて説明する。先ず、図６，図７を参照して、電
車ＭＣの力行時は順変換器ＲＳの出力を直流リアクトル
Ｌ及びコンデンサＣにより平滑した軌電電圧で運転す
る。直流電流検出器ＤＣＣＴ２からの検出電流Ｉｄが設
定電流Ｉｓｅｔ１を越えコンパレータＣＰ１が動作した
後、力行運転が終了し、始めて検出電流Ｉｄが設定電流
Ｉｓｅｔ２以下になり、インバータＮＯＴ１とＦＦ１及
びコンパレータＣＰ２の出力にアンド条件が成立する
と、論理積回路ＡＮＤ２，論理和回路ＯＲ１を介してＧ
ＴＯ１ＯＮ信号が出力しＧＴＯ１をＯＮさせて抵抗器Ｒ
１に電流を流す（Ａ点）。
【００４９】その後、電車ＭＣに電気ブレーキをかけて
回生電流ＩKが流れ始め、検出電流Ｉｄが設定電流Ｉｓ
ｅｔ３を越えると、コンパレータＣＰ３が出力し、ＦＦ
２が動作して論理和回路ＯＲ１が出力し、ＧＴＯ１ＯＮ
信号を出力し、ＧＴＯ１を継続してＯＮさせ抵抗器Ｒ１
に電流を流し続ける。
【００５０】その後更に電気ブレーキによる回生電流Ｉ
Kが多くなり、抵抗器Ｒ１による消費定格電流近くにな
り、設定電流Ｉｓｅｔ５より大きくなるとコンパレータ
ＣＰ５が出力し、ＧＴＯ２がＯＮするので、回生電流Ｉ
Kは抵抗器Ｒ１，Ｒ２に流れる（Ｂ点）。
【００５１】回生電流ＩKが減少（Ｃ点）し始めて検出
電流Ｉｄが設定電流Ｉｓｅｔ６より減少して回生電力が
抵抗器Ｒ１だけで消費できる範囲となると、コンパレー
タＣＰ６が出力し、ＦＦ３がリセットされ、ＧＴＯ２が
ＯＦＦとなる（Ｄ点）。
【００５２】その後、回生電力が全くなくなり、電車の
補機のため力行方向の電流が流れ始め検出電流Ｉｄが設
定電流Ｉｓｅｔ４より大きくなるとＦＦ２がリセットさ
れてＧＴＯ１がＯＦＦとなる（Ｅ点）。
【００５３】次に、図８，図９を参照して、通常上記コ
ンパレータＣＰ１〜ＣＰ６により電流を検出し、ＧＴＯ
１，ＧＴＯ２を動作させて回生電力を抵抗器Ｒ１，Ｒ２
に消費させているが、上記１回目の回生動作が終了し、
ＧＴＯ２及びＧＴＯ１がＯＦＦした後も電車が惰性走行
し、図８に示すように、２回目の回生ブレーキをかけた
時は、ＧＴＯ１，ＧＴＯ２がＯＦＦしているため回生電
力により直流電圧ＶDCが上昇する。
【００５４】コンパレータＣＰ７はこの直流電圧ＶDCの
上昇を検出してＦＦ４を動作させ、論理積回路ＯＲ１を
介してＧＴＯ１ＯＮ信号を出力し、ＧＴＯ１をＯＮさせ
る。
【００５５】このＧＴＯ１のＯＮにより回生電流は抵抗
器Ｒ１に流れるが、尚も電圧が上昇するときは抵抗器Ｒ
１だけで回生電力を消費できない場合がある。この場
合、上記コンパレータＣＰ５が動作してＧＴＯ２をＯＮ
させるので、回生電流は抵抗器Ｒ１，Ｒ２で消費さる。
このため直流電圧は順変換器ＲＳで制御可能となり、直
流電圧は所定の電圧となる。この時コンパレータＣＰ８
は出力しＦＦ４はリセットされる。
【００５６】また、上記ＧＴＯ１のＯＮにより直流電圧
が所定の電圧になった場合は、回生電流が抵抗器Ｒ１で
消費できる時であり、直流電圧は順変換器ＲＳで制御さ
れ所定の電圧に下がる。このためコンパレータＣＰ８が
動作しＦＦ４はリセットされるが、抵抗器Ｒ１には回生
電流が流れ続けているため、上記コンパレータＣＰ３，
ＣＰ４及びＦＦ3の回路によりＧＴＯ１はＯＮし続ける
ことになる。
【００５７】この実施例では、回生電力消費回路が２段
となっているが、複数段になしうる。その場合は、図５
におけるコンパレータＣＰ５，ＣＰ６及びＦＦ３からな
るＧＴＯ２ＯＮ回路と同様の回路を用い、その設定電流
値を変えておくことにより、回生電流が増加するにつれ
てＧＴＯ３，ＧＴＯ４のＯＮ信号が順次出力するように
する。
【００５８】実施例３ 図４、図１０について、図１０は順変換器ＲＳの制御ブ
ロック図で、３１は検出直流電圧Ｖｄと直流電圧設定値
Ｖｓｅｔとの偏差を増幅する電圧制御アンプ、３２は抵
抗Ｒ１の電流ＩR1（＝ＶDC／Ｒ１）に見合った第１の補
正量を出力する補正量設定器、３３は抵抗Ｒ２の電流Ｉ
R2（＝ＶDC／Ｒ１）に見合った第２の補正量を出力する
補正量設定器、ＡＳＷ１，ＡＳＷ２はそれぞれＧＴＯ
１，ＧＴＯ２のＯＮ信号でＯＮするアナログスイッチ、
３４は検出入力電流ＩACｄｅｔと制御アンプ３１の出力
電圧及びアナログスイッチＡＳＷ１，ＡＳＷ２を介して
入力する第１、第２の補正量を図示の極性でつき合わせ
る加算器。
【００５９】３５は加算器１４からの信号を増幅する電
流制御アンプ、３６，３７はそれぞれアナログスイッチ
ＡＳＷ１，ＡＳＷ２を介して入力する第１、第２の補正
量を微分する微分器、３８は電流制御アンプ３４の出力
及び微分器３６，３７からの信号を図示の極性で加算す
る加算器。３９はこの加算器３８からの信号に基づいて
順変換器ＲＳのサイリスタのゲートを位相制御する位相
器である。
【００６０】次に、この実施例に動作について説明す
る。電圧制御アンプ３１は検出直流電圧Ｖｄと設定直流
電圧Ｖｓｅｔとの偏差を増幅する。電車の力行運転中は
スイッチＡＷＳ１，ＡＷＳ２がＯＦＦとなっているの
で、電流制御アンプ３５は検出入力電流ＩACｄｅｔと電
圧制御アンプ３１の出力の差を増幅し、位相制御器３９
により順変換器ＲＳのサイリスタのゲートを制御して直
流電圧が一定となるように制御する。
【００６１】電気ブレーキにより回生が始まると検出直
流電圧Ｖｄは上昇し、回生電力はＧＴＯ１，ＧＴＯ２の
ＯＮにより抵抗器Ｒ１，Ｒ２で消費される。この抵抗器
Ｒ１，Ｒ２で消費される電力は抵抗位が一定のためスイ
ッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ，ＯＦＦに伴う電流制御アン
プ３５の電流指令の増分は抵抗器Ｒ１，Ｒ２により一意
に決まる。その量をスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ，Ｏ
ＦＦと共にＯＮ，ＯＦＦするアナログスイッチＡＳＷ
１，ＡＳＷ２を介して補正量設定器３２，３３から加算
器３４にて電流制御アンプ３５に入力する信号に加えて
補正し、回生時のスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ，ＯＦ
Ｆに伴う順変換器ＲＳの出力の変化を制御する。
【００６２】このとき電流制御アンプ３５の出力はアン
プの比例積分特性の遅れにより即時には安定しないが、
微分回路３６，３７はアナログスイッチＡＳＷ１，ＡＳ
Ｗ２を介して入力する補正量を微分し、電流制御アンプ
１５の遅れ分に見合った量を加算器３８に入力して電流
制御アンプ３５による遅れを補正するので、位相器３９
の入力は遅れのないものとなる。従って回生時ＧＴＯ
１，ＧＴＯ２のＯＮ，ＯＦＦに伴う直流電圧ＶDCの変動
は少なくなる。
【００６３】
【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。
【００６４】（１）請求項１のものは、回生電力消費抵
抗回路を２回路以上用意し、回生電力に応じてこの複数
の回生電力消費回路を順次動作させることができるの
で、回生用インバータを使用することなく回生時の瞬時
変動を少なくできる。
【００６５】（２）このため直流フイルタの容量も少な
くすることが可能となる。
【００６６】（３）請求項２のものは、１段目の回生電
力消費用抵抗器は回生電力の数分の１程度の容量であ
り、スイッチ（ＧＴＯ）の開により順変換器からは無負
荷となるが負荷変動が小さい。またこの時順変換器のサ
イリスタの制御角は無負荷に近い位置にあるためスイッ
チの開による電圧上昇は少ない。
【００６７】（４）このためダミー抵抗を必要としな
い。
【００６８】（５）また、回生電流が流れ始める前に１
段目のスイッチが閉じるので、回生開始時に直流電圧が
上昇することはない。
【００６９】（６）このため回生電流検出が直流電圧上
昇を招くことなくできる。
【００７０】（７）回生電力消費を複数の抵抗器によっ
て行うことができるため直流電圧の変動が少ない。
【００７１】（８）請求項３のものは、回生電力消費回
路のスイッチの開閉信号を直流電圧制御系に与えること
により順変換器の制御角を制御しているので、回生電力
消費用抵抗器の入、切による直流電圧の変動を低減させ
直流電圧を一定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１にかかる電源装置の主回路構成図。
【図２】ＧＴＯスイッチ制御回路図。
【図３】ＧＴＯスイッチ制御回路動作説明図。
【図４】実施例２にかかる電源装置の主回路構成図。
【図５】ＧＴＯスイッチ制御回路を示すブロック図。
【図６】各部電流波形図。
【図７】ＧＴＯスイッチ制御回路の回生１回目の動作説
明図。
【図８】回生電流波形図。
【図９】ＧＴＯスイッチ制御回路の回生２回目の動作説
明図。
【図１０】実施例３にかかる順変換器制御ブロック図。
【図１１】従来例にかかる電源装置の構成説明図。
【図１２】他の従来例にかかる電源装置の構成説明図。
【符号の説明】
ＡＣＣＴ…交流電流検出器。 ＡＳＷ１，ＡＳＷ２…アナログスイッチ ＣＰ，ＣＰ１〜８，ＣＰＩ，ＣＰV…コンパレータ ＤＣＬ…直流リアクトル ＤＣＣＴ…直流電流検出器 Ｆ…き電線 ＦＦ1〜ＦＦ4…フリップフロップ ＧＴＯ，ＧＴＯ１〜ＧＴＯ４…ＧＴＯスイッチ ＭＣ…電車 ＭＭ１…単安定マルチバイブレータ ＮＯＴ１…インバータ（ノット回路） ＲＢ，Ｒ1〜Ｒ4…回生電力消費用抵抗器 ＲＳ…順変換器 ＳＤ…スイッチドライブ回路 Ｔ1…変圧器 １〜４…回生電力消費回路 １０1〜１０4…ＧＴＯスイッチ制御回路 １１1〜１１4，１６…論理積回路 １２2〜１２4，１５…遅延回路 １３1〜１３4…信号の後端部検出回路 １４…インバータ（ノット回路） １７1〜１７4，１９1〜１９4…論理和回路 １８1〜１８4…単安定マルチバイブレータ ３１…電圧制御アンプ ３２，３３…補正量設定器 ３４，３８…加算器 ３５…電流制御アンプ ３６，３７…微分器 ３９…位相器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スイッチと抵抗器の直列回路からなる複
    数の回生電力消費回路と、 検出直流電圧をある設定値と比較し、回生電力による直
    流電圧がある設定値以上になったことが検出される度毎
    に前記複数の回生電力消費回路におけるスイッチを順次
    投入させるスイッチ制御回路と、を備えてなることを特
    徴とした電気鉄道用電源装置。
  2. 【請求項２】 スイッチと抵抗器の直列回路からなる２
    以上の複数の回生電力消費回路と、 検出直流電流と力行電流低下を検出するある設定値と比
    較し、力行電流がある値以下に低下したことが検出され
    ると前記１段目の回生電力消費回路のスイッチをオンさ
    せるスイッチ制御回路と、 検出直流電流と回生電流を検出するある設定値あるいは
    それぞれ値を異にする設定値と比較し、回生電流がある
    設定値を越えたことが検出されたとき、あるいはそれぞ
    れ値を異にする設定値を越えたことが検出される度毎に
    ２段目以降の回生電力消費回路のスイッチをオンさせる
    スイッチ制御回路と、を備えてなることを特徴とした電
    気鉄道用電源装置。
  3. 【請求項３】 電圧制御アンプと電流制御アンプと位相
    回路からなる順変換器制御回路と、 スイッチと抵抗器の直列回路からなる２組以上の回生電
    力消費回路と、 前記各回生電力消費回路の各スイッチのオンによる前記
    電流制御アンプの電流指令の増分を補正する２以上の補
    正量設定回路と、を備えてなることを特徴とした電気鉄
    道用電源装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004289986A (ja) * 2003-03-25 2004-10-14 Toshiba Corp 電力変換装置
JP2005117804A (ja) * 2003-10-08 2005-04-28 Toshiba Corp 電力変換装置
JP2008074183A (ja) * 2006-09-20 2008-04-03 Meidensha Corp 直流電気鉄道システムの回生電力吸収方式
JP2014150719A (ja) * 2014-04-17 2014-08-21 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置
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