JPH0793765B2

JPH0793765B2 - 直流電気車の制動制御回路

Info

Publication number: JPH0793765B2
Application number: JP58243525A
Authority: JP
Inventors: 哲治鈴木; 峯夫尾関
Original assignee: 株式会社明電舍
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPS60134706A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、直流電動機を駆動源とする直流電気車の制動
制御回路に係わり、特にプラギングと回生を併用した制
動制御回路に関する。

（従来技術と問題点）バッテリフォークリフト等の直流電気車の制動は、一般
にプラギング制動が広く行われているが、最近ではプラ
ギング制動に回生制動を併用したものが種々提案されて
いる。回生制動では、前後進切換時に電動機を発電機と
して作用させ電気車の制動エネルギーを電動機の発電力
に変えバッテリ充電エネルギーとして回収する。この回
生制動には電動機の回転数が発電機として成立する回転
数以下のときには回生制動がきかず車両の惰行になる。

そこで、従来から、前後進切換時に電動機の界磁コイル
（フイールド）に予備励磁電流を流し、電動機の電流値
から電動機が発電機として成立するか否か判定し、回生
制動とプラギング制動を使いわけるものが提案されてい
る（例えば特開昭57−6502号）。

この従来方式では、予備励磁を行ったときの電流の大小
から回生制動が可能か又はプラギング制動にすべきかを
判定し、回生制動可能であればコンタクタを回生制動側
に切換え、この後にチョッパを起動する。このため、電
気車を前進から後進に切換える際に前進までの制動完了
になる停止状態から後進での起動の際にアクセルをオン
して回生側にコンタクタを投入し、その後チョッパの起
動までに予備励磁とその後の判定及びコンタクタ切換え
及びチョッパが最初にオンするまでの遅れが発進（後
進）フィーリングを悪くする問題があった。

こうした問題を解消するものとして、プラギング状態検
出でチョッパ動作を停止させ、電動機の発電電流減少を
待って回生回路を形成し、その後予備励磁して回生動作
させるものを本願出願人はすでに提案している。

この改良された回路において、プラキング状態検出によ
って直ちに回生制動に入ると、電気車の速度や慣性力な
ど運転条件によっては電動機の発電能力が低く回生制動
に入ってもすぐにプラギング制動に戻ることが考えられ
る。このような制動制御では回生に入るための予備励磁
に必要な電力の無駄があるし、強い制動のプラギング制
動から予備励磁→弱い制動の回生制動→プラギング制動
の短時間内で変更で制動トルク変動が大きく変化し、減
速フィーリングが悪くなる。特に、予備励磁によっても
回生に必要な発電能力が得られない場合には予備励磁か
ら再びプラギングに戻ることになり、制動トルク変動が
大きくなる。

（発明の目的）本発明は、上述までの事情に鑑みてなされたもので、プ
ラギング制動と回生制動の併用に制動トルクの変動を少
なくしかも効率良い制動制御になる直流電気車の制動制
御回路を提供することを目的とする。

（発明の概要）本発明は、プラギング制動で電動機の発電能力が回生制
動に十分と判定したときのみ回生制動を行い、この判定
にはプラギング電流が回生制動可能なレベル以上でかつ
チョッパ主回路の１周期内の時間比から迅速に判定する
ことを特徴とする。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。電機子
１には前進用電磁接触器２のコンタクタ2A又は後進用電
気接触器３のコンタクタＡを介して界磁コイル４が直列
接続され、さらにチョッパ主回路５が直列接続される。
コンタクタ2A,3Aは電気車の前進・後進切換えによって
図示状態から一方が切換わり、界磁コイル４の電流極性
を切換える。チョッパ主回路５は後述のチョッパ制御回
路によってアクセル踏込み量等に応じて導通率が制御さ
れ、コンタクタ2A,3Aを介して電動機の電流を制御す
る。

電機子１とその直流電源としてのバッテリ６との間に回
生切換用電磁接触器７のコンタクタ7A及び電機子電流検
出用シヤント抵抗1Aが設けられる。コンタクタ7Aは常開
接点ａがシヤント抵抗1Aを介して電機子１側にされ、常
閉接点ｂが予備励磁用スイッチ手段８側に接続され、回
生時にバッテリ６と電機子１との間の接続を離落させ
る。スイッチ手段８はスイッチ素子としてのトランジス
タTr₁を有し直列に予備励磁電流設定用抵抗９を有し電
機子１の他端側に接続され、回生時にバッテリ６からコ
ンタクタ7Aの接点ｂを介して界磁コイル４への予備励磁
電流路を形成する。

界磁コイル４の両端からバッテリ６の正極側に夫々ダイ
オード10,11が設けられる。これら一対のダイオード10,
11はチョッパ主回路５のオフ期間にコンタクタ2A,3Aの
切換状態に応じて電機子１の循環電流路形成又は電機子
１と界磁コイル４のフライホイール電流路形成の兼用に
される。電機子１の一端（シヤント抵抗1A側）とバッテ
リ６の基準電位側（負極側）には回生用ダイオード12が
設けられる。このダイオード12は回生時に直流電動機の
発電電流をバッテリ６への充電路形成及びチョッパ主回
路５への励磁電流路形成に使用される。シヤント抵抗1A
は電機子１を流れる電流を電圧信号として検出し、この
検出信号は後述のようにプラギングから回生への切換え
に電機子電流が一定値以下に低下したことの判定に供さ
れる。

チョッパ主回路５には並列にコンタクタ13が設けられ、
該コンタクタ13はチョッパに代えて電動機にバッテリ６
の全電圧を印加させる最高速運転のために用意される。

こうした主回路構成において、通常運転（カ行）には前
後進切換スイッチ14F,14Rを通した接触器７の通電でコ
ンタクタ7Aが接点ａ側に接続され、コンタクタ2Aが接点
ａ側に接続され、アクセルの踏込み量に応じてチョッパ
主回路５の導通率が制御されて前進可変速運転がなされ
る。逆に、コンタクタ3Aが接点ａ側に接続されるときに
は後進（後退）可変速運転がなされる。この通常運転で
チョッパ主回路５のオフ期間には前進ではダイオード10
がフライホイール用としてかつダイオード11が循環電流
用として作用し、後進ではダイオード10,11が逆の作用
をする。

次に、プラギング時には前進又は後進中にコンタクタ2
A,3Aをそれまでの状態とは逆方向に切換え、界磁コイル
４の電流を逆転側に切換えてチョッパ主回路５を運転す
る。

このとき、チョッパ主回路５のオン期間ではバッテリ６
からコンタクタ7A→シャント抵抗1A→電機子１→コンタ
クタ2A又は3A→界磁コイル４→コンタクタ3A又は2A→チ
ョッパ主回路５の経路で励磁電流Ifを流し、これによっ
て電機子１に電流Iaを増大させる方向の誘起電圧を発生
させる。そして、チョッパ主回路５のオフ期間では電機
子１の増大した電流をコンタクタ2A又は3A→ダイオード
10又は11→コンタクタ7A→シャント抵抗1Aの経路で流
す。この結果、界磁コイル４を流れる界磁電流と電機子
電流との積で決まる強い制動トルクのプラギング制動を
かける。このとき、電機子１に作用する運動エネルギー
は電機子巻線，ダイオード，刷子及び刷子と整流子の接
触抵抗に消失される。従って、プラギング制動では刷子
及び整流子の表面が損傷されるばかりでなく、運動エネ
ルギーが徒らに消失される。そこで、プラギングに代え
て比較的小さい電機子電流になる回生制動を可能にした
プラギングと回生制動を併用するための制動制御回路が
以下に示すマイクロコンピュータを制御中枢部とした構
成で設けられる。

マイクロコンピュータ15は並列入出力回路（PIO）16及
びバスバッファ17をバス結合で具え、これら素子16,17
を介して力行，プラギング，回生の各運転制御信号の授
受を行う。並列入出力回路16はアクセル踏込み量に比例
する出力になるポテンショメータ18からアナログ−デイ
ジタル変換器19を通してデイジタル信号として取込み、
このデイジタル信号に応じてマイクロコンピュータ15の
CPUがチョッパオンタイミング信号を求めて並列入出力
回路16を通してチョッパ制御回路20に主サイリスタSMの
オン信号を与える。チョッパ制御回路20はチョッパオン
タイミング信号でチョッパ主回路５の主サイリスタSMの
オンドライブをし、一定時間後に補助サイリスタSSのオ
ンドライブによって主サイリスタSMをターンオフ動作さ
せる。従って、チョッパ導通率はオン期間一定でオフ期
間がマイクロコンピュータ側から制御され、アクセル踏
込み量に応じた導通率制御がなされる。

並列入出力回路16は、ドライバ21にビットデータを出力
できる接続にされ、ドライバ21とその出力回路22,23を
介して電磁接触器2,3及び７の動作制御を可能にする。
出力回路22は通常オン制御され、チョッパ主回路の転流
失敗など回路保護，故障検出時にオフ制御される。出力
回路23は通常運転でオン制御されてコンタクタ7Aを接点
ａ側にしておき、予備励磁を含む回路制動期間にオフ制
御されたコンタクタ7Aを離落させる。これら制御はマイ
クロコンピュータ15の制御のもとに行われる。以上まで
の構成及びその作用によって力行運転での制御が行われ
る。

次に、プラギングと回生制動についての構成及びその作
用を第２図のフローチャートを参照して説明する。力行
状態（ステップS1）で前後進切換スイッチ14F,14Rをそ
れまでの状態から逆転側に切換えたことを検出したとき
（ステップS2）、この検出（割込み）でマイクロコンピ
ュータ15はプラギング制御モードに入る（ステップS
3）。このプラギングモードにおいて、マイクロコンピ
ュータ15はプラギング電流Ip₁gが設定値Is以上あるか否
かの判定信号を取込む（ステップS4）。

この判定信号は電流検出回路24の出力として並列入出力
回路16から取込まれる。電流検出回路24はダイオード1
0,11のカソードと電機子１の一端（界磁コイル側）との
間に設けられ、電機子１からダイオード10又は11に流れ
る循環電流を検出しており、この検出信号が電流Isの設
定値を越えたか否かの判定出力を得る。

この判定信号がIp₁g＜Isのとき、マイクロコンピュータ
15はチョッパ動作を再開してプラギング制動を継続させ
（ステップS5）、スイッチ14F,14Rの状態からプラギン
グモードか否か判定し（ステップS6）、プラギングモー
ドが継続されていればステップS4に戻ってプラギング電
流判定という動作を繰り返し、プラギングモードの解除
で力行に戻る（ステップS7）。

ステップS4の判定で、プラギング電流Ip₁gが回生可能な
電流にあると、マイクロコンピュータ15はプラギング電
流Ip₁gが設定値Isよりも大きい時間Tp₁gを計測する（ス
テップS8）。この時間Tp₁gの計測は、プラギング電流Ip
₁gが第３図に示すようにチョッパ主回路５のオフ期間に
設定値Isを越えて再びIs以下になるまでの時間として計
測するもので、図中Ip₁g₁は制動トルクの小さい場合を
示し、Ip₁g₂は制動トルクの大きい場合を示す。

次に、マイクロコンピュータ15は、時間Tp₁gの計測結果
が設定時間Tsより大きいか否か判定する（ステップS
9）。この設定時間Tsはチョッパ動作の１周期に対して
所定比を持って演算されるもので、この時間Ts以上ある
ときに回生可能と判定する基準になるものである。

ステップS9での判定でTp₁g＜Tsとなるとき、マイクロコ
ンピュータ15はステップS5に戻ってプラギング制動を継
続させる。また、Tp₁g≧Tsとなるとき、マイクロコンピ
ュータ15は回生制御に入り（ステップS10）、さらに電
動機の発電能力低下になるときにプラギング制御に戻す
（ステップS11）。

このステップS10及びS11による制御は以下のようにな
る。

マイクロコンピュータ15は回生制御開始に際し、チョッ
パ動作出力を一旦停止制御し、電機子電流が減衰するに
要する時間後に並列入出力回路18及びドライバ21を通し
て出力回路23をそれまでのオン状態からオフ状態に切換
え、回生切換用電磁接触器７を復帰させてコンタクタ7A
を回生側（接点ｂ）に離落させる。コンタクタ7Aの離落
は電圧検出回路25によりコンタクタ7Aの接点ｂの電圧発
生として検出され、マイクロコンピュータ15は電圧検出
回路25の検出信号から確認する。この確認が得られた
後、マイクロコンピュータ15はチョッパ制御回路20に一
定周期の動作指令を与えてチョッパ動作を再開させると
共にフオトカプラ26を一定時間オン動作させ、その出力
トランジスタによってスイッチ手段８をオンさせて一定
時間の予備励磁を行わせる。この予備励磁電流はバッテ
リ６→コンタクタ7A→スイッチ手段８→抵抗９→コンタ
クタ2A（又は3A）→界磁コイル４→コンタクタ3A（又は
2A）→チョッパ主回路５の経路でチョッパ動作に従って
流れる。

この予備励磁によって電機子１は発電機として作用し、
予備励磁終了後にマイクロコンピュータ15は回生可能と
いう判定を電機子電流から確認する。この確認のため
に、シヤント抵抗1Aの電圧信号を電流判定回路27に取込
んで該判定回路27の出力を並列入出力回路16を通してマ
イクロコンピュータ15に取込む。電流判定回路27は、コ
ンパレータ27Aでマルチプレクサ27Bからの判定基準とシ
ヤント抵抗電圧信号とを比較し、その比較結果をトラン
ジスタ27Cの出力として論理レベルで取出す。マルチプ
レクサ27Bはマイクロコンピュータ15によってその入力V
_A,V_B,V_Cを選択出力し、この時点ではマイクロコンピュ
ータ15は並列入出力回路16を介して回生可能判定基準電
圧V_Aを選択する。

マイクロコンピュータ15は回生可能を確認すると、回生
制動に入る。この回生制動には、マイクロコンピュータ
15はポテンショメータ18の出力に応じてチョッパ導通率
を制御し、チョッパ主回路のオフ期間では電機子１の発
電電流をコンタクタ2A又は3A→ダイオード10又は11→バ
ッテリ６→ダイオード12の経路で流してバッテリ６を充
電し、チョッパ主回路のオン期間では電機子１の発電電
流をコンタクタ2A又は3A→界磁コイル４→コンタクタ3A
又は2A→チョッパ主回路５→ダイオード12の経路で流し
て励磁を行い、バッテリ充電と励磁を繰り返しながら制
動エネルギーをバッテリ６への回生電力として回収させ
る。

マイクロコンピュータ15は回生制動にチョッパ１周期毎
に電流判定回路27の出力から回生可能な否か判定し、回
生可能なら回生制動を継続し、回生不可能の電流レベル
（V_A）まで下がったと判定されたときに出力回路23をオ
ン制御して接触器７のコンタクタ7Aを接点ａ側に戻すと
いうプラギングへの戻し制御をする。

（発明の効果）以下のとおり、本発明によれば、電動機の発電能力が回
生制動に十分と判定するとぎのみ回生制動をし、不十分
なときにはプラギング制動を継続するため、回生制動が
不適当であるときの予備励磁等の無駄な電力消費がない
し、制動トルクに急激な変動が少なくなる効果がある。
また、回生可能の判定にはプラギング電流が設定値を越
える時間をチョッパ動作の１周期内で判定するため、確
実，迅速な判定になってプラギングから回生に確実，す
みやかに入ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図におけるマイクロコンピュータのフローチャート、第
３図は第１図における回生能力判定を説明するための波
形図である。１……電機子、1A……シヤント抵抗、２……前進用電磁
接触器、３……後進用電磁接触器、４……界磁コイル、
５……チョッパ主回路、７……回生切換用電磁接触器、
８……予備励磁用スイッチ手段、12……回生用ダイオー
ド、15……マイクロコンピュータ、16……並列入出力回
路、17……バスバッファ、19……アナログ−デイジタル
変換器、20……チョッパ制御回路、21……ドライバ、24
……電流検出回路、25……電圧検出回路、27……電流判
定回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主回路は、電気車の駆動用直巻直流電動機
の電機子（１）と界磁コイル（４）と、前進用・後進用
電磁接触器（2,3）と、チョッパ主回路（５）と、バッ
テリ（６）と、回生切換用電磁接触器（７）と、ダイオ
ード（10,11、12）と、スイッチ手段（８）とを有し、制御回路は、電流検出回路（24）と、電圧検出回路（2
5）と、電流判定回路（1A、27）と、制動制御手段（1
5、16、17、21）とを有し、上記前進用・後進用電磁接触器（2,3）は、上記電機子
（１）と界磁コイル（４）の直列接続方向を電気車の前
進・後進に応じて逆方向に切換えるコンタクタを有する
ものであり、上記チョッパ主回路（５）は、上記電磁接触器（２、
３）を介して界磁コイル（４）に直列接続され導通率が
制御されるものであり、上記回生切換用電磁接触器（７）は、直流電動機を回生
制動するときに離落されバッテリ（６）と上記電機子
（１）との接続を断つものであり、上記一対のダイオード（10,11）は、上記界磁コイル
（４）の両端からバッテリ（６）の正極側に電機子
（１）の循環電流路及び界磁コイル（４）のフライホイ
ール電流路を形成するものであり、上記ダイオード（12）は、上記バッテリ（６）の負極側
から上記電機子（１）への回生電流路を形成するもので
あり、上記スイッチ手段（８）は、上記回生切換用電磁接触器
（７）の離落端子から上記前進用・後進用電磁接触器
（２、３）を介して上記界磁コイル（４）への予備励磁
電流路を形成するものであり、上記電流検出回路（24）は、電機子（１）から上記一対
のダイオード（10、11）に流れる循環電流を検出し該電
流がプラギング電流設定値Isを越えたか否かの判定出力
を得るものであり、上記電圧検出回路（25）は、上記回生切換用電磁接触器
（７）の離落を検出するものであり、上記電流判定回路（1A、27）は、電機子（１）の電流検
出信号が回生制動可能な判定基準電圧以上にあるか否か
の判定をするものであり、上記制動制御手段（15、16、17、21）は、上記前進用・
後進用電磁接触器（２、３）を逆方向に切換えとき（S
2）にプラギング制御モードに入り（S3）、上記電流検
出回路（24）が設定値Isより小さい判定出力になる間は
上記チョッパ主回路（５）の制御によってプラギング制
動を継続し（S4、S5、S6）、該設定値より大きい判定出
力になるときは該判定出力になる時間Tpigを計測し（S
8）、この時間Tpigが上記チョッパ主回路（５）の１周
期に対して所定比になる設定時間Tsより小さいときにプ
ラギング制御を継続し、大きいときに回生制御に入り
（S9）、この回生制御では上記チョッパ主回路（５）を
一旦停止して電機子（１）の電流を減衰させた後に上記
回生切換用電磁接触器（７）を離落させ、該離落を上記
電圧検出回路（25）の検出で確認したときに該チョッパ
主回路（５）を運転開始すると共に上記スイッチ手段
（８）のオン制御により予備励磁し、該予備励磁終了後
に上記電流判定回路（1A、27）の出力から回生可能にあ
ることを確認し、該チョッパ主回路（５）の導通率制御
によって回生制動を行い（S10）、この回生制動継続中
に該電流判定回路（1A、27）の出力が回生不可能の判定
になるときに該回生切換用電磁接触器（７）を復帰させ
てプラギング制動に戻す（S11）ことを特徴とする、直流電気車の制動制御回路。