JPH0797882B2 - 電気車用制動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばチョッパを使って回生ブレーキを行
う電気車制御装置に係り、特にその回生ブレーキ時にモ
ータと直列に抵抗器を挿入して回生領域を拡大する場合
の当該抵抗器の短絡制御方式の改良に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特開昭61−37842号公報に開示されたこ
の種従来の電気車制御装置を示す回路図である。図にお
いて、（１）は給電線、（２）はパンタグラフ等の集電
装置、（３）はフィルタリアクトル、（４）はフィルタ
コンデンサ、（５）はフリーホイルダイオード、（６）
は主回路電流の導通、遮断を行い、その導期時間を制御
してモータ電流を制御するチョッパ、（７）はモータ電
流を平滑するための主平滑リアクトル、（８）および
（９）はモータの界磁および電機子、（10）は回生領域
を拡大するためモータの界磁（８）および電機子（９）
に直列に挿入された回生領域拡大用の抵抗器、（11）は
車両が所定の速度以下になったとき、抵抗器（10）を回
路から除くためこれを短絡するスイッチである。そし
て、抵抗器（10）とスイッチ（11）とで抵抗装置（12）
を構成する。（13）はフィルタコンデンサ（４）の電圧
を検出する電圧検出装置、（14）はモータの電機子
（９）と抵抗器（10）との直列体の電圧を検出する電圧
検出装置、（15）はモータの電流を検出する電流検出装
置、（16）はブレーキ指令値、（17）は荷重検出装置、
（18）はブレーキ指令値（16）と荷重検出装置（17）か
らの信号、および各電圧電流値を入力して必要な演算を
行い、チョッパ（６）に所定のゲートパルスを出力し、
また、スイッチ（11）に開閉信号を出力する制御装置で
ある。

次に動作、特に高速域で発せられたブレーキ指令に基づ
きスイッチ（11）が開の状態で回生ブレーキ動作が開始
された以降の動作を中心に説明する。スイッチ（11）が
開で抵抗器（10）が回路に挿入されている場合、この抵
抗器（10）の抵抗値をＲとすれば、これにＩM・Ｒ（但し
ＩMはモータ電流値を示す）の電圧降下が生じ、見かけ
上、モータ電圧がＩM・Ｒ低下することになる。従って、
その分だけ実質的にモータの起電力を高く制御すること
ができ、ブレーキ初速度が上昇し回生ブレーキの領域が
拡大する訳である。

このように、高速域においては抵抗器（10）は挿入され
ているが、車両速度が低下してくると逆にこの抵抗器
（10）による電圧降下ＩM・Ｒのために回生ブレーキの有
効作用下限速度が上昇し、回生領域がこの分減少する。
従って、所定の速度にまで低下するとスイッチ（11）に
よって抵抗器（10）を短絡する必要がある。しかし、抵
抗器（10）を短絡すると、回路には見かけ上ＩM・Ｒに相
当する電圧変動が生じ、モータ（９）の電流やフィルタ
コンデンサ（４）の電圧がはね上り、その過渡電流、過
渡電圧によりそれらの過電流検知、過電圧検知が動作し
てブレーキ制御を停止する恐れが生じる。

そこで、制御装置（18）は各部の電圧、電流値から抵抗
器（10）を短絡する条件を検出し、その出力によりスイ
ッチ（11）に閉信号を出力するとともに、モータ電流を
強制的に絞り込むためのゲートパルスを、スイッチ（1
1）の動作時間から設定した時間遅れを経てチョッパ
（６）へ出力する。以上のように制御することにより、
抵抗器（10）の短絡による電流等のはね上りを防止して
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電気車制御装置は以上のように構成されているの
で、スイッチ（11）の動作時間にバラツキがあったり、
またその主接点の摩耗による主接点のオン時間の変化等
が存在すると、スイッチ（11）が実際に閉となるタイミ
ングとチョッパ（６）による電流絞り込みのタイミング
とにズレが生じる。この結果、例えば前者のタイミング
が早いとモータ電流が過大となって過電流検知が動作
し、また、これを避けるため上記動作時間のバラツキを
考慮してモータ電流の絞り込み量を大きくしたり、その
絞り込み時間を長くするとブレーキトルクに影響を与え
ブレーキ時の乗心地を害するという問題点があった。

この発明は以上のような問題点を解消するためになされ
たもので、強制的なモータ電流の絞り込みを不要とし、
従ってスイッチの閉動作との同期も不要となる簡便で特
性の安定した電気車制御装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電気車制御装置は、抵抗装置を、複数の
区分抵抗器とこの区分抵抗器を適宜短絡して上記抵抗器
の抵抗値を順次階段状に低減せしめる複数の単位スイッ
チとで構成し、上記区分抵抗器の抵抗値はその短絡によ
る過渡電流が回路の過電流検知のセット値未満となるよ
うに設定し、上記単位スイッチは上記過渡電流の整定時
間以上の時間間隔で順次閉路するようにしたものであ
る。

〔作用〕

先ず、区分抵抗器がすべて挿入された状態で高速域から
の回生ブレーキ動作が開始される。ブレーキ力によって
車両速度が次第に低下し、所定の設定速度に達すると、
複数の単位スイッチは所定の設定時間間隔で順次閉路
し、これに伴い、抵抗器の抵抗値は階段状に低減してや
がて零に至る。

各区分抵抗器の短絡時にモータ電流が増大するが、その
抵抗値が規制され、かつ挿入の間隔も規制されているの
で、これら区分抵抗器の一連の短絡によって過電流検知
が動作することはなく、安定した制御特性が得られる。

〔実 施 例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。従来
の場合と異なるのは抵抗装置（19）で、その抵抗器（2
0）は相互に直列に接続される２個の区分抵抗器（20a）
と（20b）とからなり、スイッチ（21）は、回生時、区
分抵抗器（20a）を短絡可能な単位スイッチとしてのサ
イリスタスイッチ（21a）と両区分抵抗器（20a）（20
b）を短絡可能なサイリスタスイッチ（21b）とからな
る。そして、これら各サイリスタスイッチ（21a）（21
b）へのゲートパルスは制御装置（22）から出力され
る。

ここでは、例えば、給電線（１）の電圧定格値が750V、
ブレーキ最大制御電流が500A、そして抵抗器（20）の全
抵抗値として回生ブレーキの性能上0.3Ω必要であると
し、区分抵抗器を短絡した時の電圧変動が給電線（１）
の電圧定格値750Vの約10％、即ち75Vとなるよう、抵抗
器（20）を各0.15Ωの抵抗値を有する２段の区分抵抗器
（20a）（20b）で構成している。上記で10％としたの
は、通常この種の装置における過電流検知のセット値が
最大制御電流の1.3〜1.4倍程度であるからである。

また、両サイリスタスイッチ（21a）と（21b）との動作
時間間隔は、先のサイリスタスイッチ（21a）による区
分抵抗器（20a）の短絡に基づく過渡電流の過渡分が減
衰し、ほぼ短絡前の電流値になるまでの時間即ち過渡電
流の整定時間（通常0.1〜0.2秒程度）より長い0.3秒に
設定されている。

次に動作について説明する。従来と同様、高速域から抵
抗器（20）を挿入した回生ブレーキ動作に入り、車両速
度が次第に低下して抵抗短絡条件が成立すると、制御装
置（22）からサイリスタスイッチ（21a）に点弧信号が
出力され、先ず区分抵抗器（20a）が短絡される。これ
によってモータ電流は過渡的に増大するが、この場合の
電圧変動分を定格値の約10％程度に設定しているので、
特にチョッパ（６）を絞り込まなくても過電流検知が動
作することはない。制御装置（22）はサイリスタスイッ
チ（21a）が閉路してから0.3秒後にサイリスタスイッチ
（21b）に点弧信号を出力しこれを閉路させ、両区分抵
抗器（20a）（20b）を短絡せしめる。この場合、先の短
絡から整定時間以上の時間が経過しているので先の短絡
時の電流の過渡分は残っておらず、従ってサイリスタス
イッチ（21b）の閉路に基づく過渡電流も過電流検知を
動作させることはない。

なお、サイリスタスイッチの点弧に要する時間は点弧信
号を与えてから数マイクロ秒程度であるので、両サイリ
スタスイッチ（21a）（21b）間の時間間隔のバラツキは
全く問題にならない。

次に、回生動作上、モータの特性曲線から定まるモータ
電圧リミッタや給電線電圧リミッタの作用により、モー
タ電流が、ブレーキ指令値（16）と荷重検出装置（17）
からの信号とで決定される必要ブレーキパターンの値よ
り絞り込まれて制御されている場合の特性を検討する。
この場合、従来の制御装置にあっては、抵抗器の短絡に
同期させたチョッパ（６）による電流の絞り込みを最大
ブレーキ電流時に必要な量と同じだけ行うと結果として
電流を絞り込み過ぎることになるので、上記電流パター
ンにかかわらず実際に流れている電流に比例した量の絞
り込みが必要となり、制御がそれだけ複雑となってい
た。これに対し、この発明では上記したように電流がリ
ミッタにより絞り込まれて制御されているときには短絡
時の電圧変動分ＩM・Ｒはその分小さくなり、その結果、
モータ電流の増大分は減少し整定時間も短くなるので、
制御特性は一層安定する傾向となり問題は全くない。

また、サイリスタスイッチ（21）の電流容量について検
討してみると、後段のサイリスタスイッチ（21b）は抵
抗器短絡後のモータ電流を流すだけの十分な電流容量が
必要であるが、前段のサイリスタスイッチ（21a）の通
電時間は0.3秒程度の短時間にとどまるのでその分、小
容量のものを採用することができる。

第２図はこの発明の他の実施例における抵抗装置（19）
を示す。ここでは、サイリスタスイッチ（21a）は区分
抵抗器（20a）のみを短絡し、サイリスタスイッチ（21
b）は区分抵抗器（20b）のみを短絡する回路構成となっ
ている。この場合、サイリスタスイッチ（21a）（21b）
は両者共電流容量は大きくなるが、電圧は低くてよく、
また、両者同一定格になるという利点がある。

なお、上記各実施例では抵抗器（20）を２段に区分した
ものを示したが、給電線（１）の電圧定格値や抵抗器
（20）として必要な全抵抗値等によっては３段以上に区
分するようにしてもよい。また、各区分抵抗器の短絡に
よる電圧変動ＩM・Ｒを定格値の10％に設定したが、過電
流検知の動作レベル内で任意に設定しうる。サイリスタ
スイッチの動作時間間隔についても整定時間以上であれ
ば上記実施例での値を変えてもよい。

更に、上記各実施例では、単位スイッチとしてサイリス
タスイッチを、主回路の制御にチョッパをそれぞれ使用
したが、この発明はこれらに限られることなく適用でき
ることは当然である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明では、複数の区分抵抗器と単位
スイッチとを使用し、各区分抵抗器の短絡では回路の過
電流検知が動作しないようにしたので、従来のような抵
抗短絡と同期して行う電流絞り込みの制御が不要とな
り、簡便で常に安定した制御特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における電気車制御装置を
示す回路図、第２図はこの発明の他の実施例における抵
抗装置の回路図、第３図は従来の電気車制御装置を示す
回路図である。 図において、（８）（９）はモータの界磁および電機
子、（19）は抵抗装置、（20）は抵抗器、（20a）（20
b）は区分抵抗器、（21）はスイッチ、（21a）（21b）
は単位スイッチとしてのサイリスタスイッチ、（22）は
制御装置である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気車の主回路の回生制動制御を行うもの
   において、 上記主回路は、モータ（９）と抵抗器（20）とスイッチ
   （21）とを備え、 上記モータ（９）と抵抗器（20）とは直列に接続されて
   架線と接地との間に接続され、 上記スイッチ（21）は、車両速度が所定の設定速度以下
   になると上記抵抗器（20）を短絡可能に構成され、 上記抵抗器（20）は、複数の区分抵抗器（20a,20b）か
   らなり、 上記複数の区分抵抗器（20a,20b）は、互いに直列に接
   続され、 上記スイッチ（21）は、複数の単位スイッチ（21a,21
   b）からなり、 上記複数の単位スイッチ（21a,21b）は、上記区分抵抗
   器（20a,20b）を順次短絡して上記抵抗器（20）の抵抗
   値を順次階段状に低減可能に構成され、 上記区分抵抗器（20a,20b）の各抵抗値は、上記単位ス
   イッチ（21a,21b）により上記各区分抵抗器（20a,20b）
   を短絡したとき流れる上記主回路の過渡電流が当該主回
   路の過電流検知のセット値未満となる値に設定し、 上記各単位スイッチ（21a,21b）の閉路操作の間隔は、
   先になされた閉路操作による上記区分抵抗器の短絡に基
   づく過渡電流の整定時間以上に設定した ことを特徴とする電気車用制動制御装置。