JPS5829681B2 - 電気回路の誘導防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気回路の誘導防止装置に関し、特に、電気車
に好適な誘導溝防止装置に係る。

サイリスタ等の半導体素子を制御装置に利用した電気車
においては、床下犠装配線から発生する磁束が、地上信
号設備に影響を与える。

電気車の半導体制御装置とは、直流電気車においては主
回路を制御するサイリスタチョッパ、補助電源装置とし
てのサイリスタインバータ、無整流子電動発電機等、交
流電気車においては主回路の位相制御装置等をいう。

ここではその−例としてサイリスタチョッパ制御電気車
について述べる。

第１図はサイリスタチョッパにより制御される電気車の
主回路構成を示すものである。

第１図において１は架線、２はパンタグラフ、３はフィ
ルタリアクトル、４はフィルタコンデンサ、５は主電動
機、６は主平滑リアクトル、７はフリーホイールダイオ
ード、８はチョッパ、９〜１２はチョッパ８の内部にあ
り９は逆導通形の主サイリスタ、１０は同じ（補助サイ
リスタ、１１は転流コンデンサ、１２は転流リアクトル
である。

１３は接地すなわちレールである。

サイリスタチョッパの動作はよく知られていることであ
り、ここでは説明を省略する。

さてサイリスタチョッパ制御電気車においては通常、制
御機器が床下に取り付けられる。

これらが地上の信号設備の上を通過する時、配線から発
する磁束によって信号設備が誤動作するという問題点が
ある。

この問題点について具体的に説明する。

第１図において主サイリスタ９、転流リアクトル１２、
転流コンデンサ１１．補助サイリスタを通って流れる転
流電流は一周期が１５０μＳ、尖頭値が３００ＯＡにも
達し非常に急峻かつ大きな値である。

またチョッパ８がオフしている期間、フリーホイールダ
イオード７には順方向に電流が流れ、チョッパ８がオン
するとフリーホイールダイオード７には逆方向電圧がか
かり、リカバリーする。

このリカバリ一時の電流は数μＳの間に２００ＯＡにも
達する。

またフィルタコンデンサ４にはチョッパ８のオンオフに
より矩形波電流が流れ高調渡分の多い波形である。

更に、主平滑りアクドル６には脈流が流れる。

これらの電流値は後述する地上信号設備の信号電流より
はるかに太き（、チョッパ周波数の比較的低次の高調波
が信号周波数と一致しやすい。

これらの機器は、それらの取扱いの簡便さや半導体の冷
却構造、保守の容易さを考慮して適当に分割配置されて
いる。

第２図にその犠装状態の一例を床上からの透視図で示す
。

第１図の回路は実際には図のように車体１６の床下の台
車１７と１Ｔとの間に配置される。

すなわちフリーホイールダイオード７、主サイリスタ９
、補助サイリスタ１０等は冷却のため半導体収納箱１９
に収められ、フィルタコンデンサ４と転流コンデンサ１
１はコンデンサ箱１８に収められる。

またフィルタリアクトル３と主平滑りアクドル６はそれ
ぞれ冷却のため他の装置から離れて取り付けられる。

このほかゲート制御装置２０、主接触器２１が取り付け
られる。

したがって図から明らかなように前述の急峻な電流の流
れる転流回路、フリーホイール回路、脈流の流れるフィ
ルタ回路および主電動機配線が台車間の約Ｉｏｎの間に
展開され、さらに地上高がたかだか１ｍ以内であるため
地上に到達する磁束はきわめて強力なものとなる。

ところで一般に電気車軌道における信号設備は第３図の
ように構成されている。

第３図において、Ｔは車両、Ｗは車輪、２２はレール、
２３は軌道を複数の閉塞区間に分割するため、閉塞区間
毎にレール２２を絶縁する絶縁部、２４はインピーダン
ス、２５は短絡インピーダンス、２６〜２９は信号装置
を構成するもので、２６は送信器、２７はループコイル
、２８は受信器、２９は継電器である。

Ｉｓは信号電流を示すものである。

この第３図は、車両Ｔが閉塞区間■に進入している状態
を示しているが、今、車両Ｔが閉塞区間■に居るときの
信号装置の動作について説明する。

送信器２６は、あらかじめ定められた信号電流Ｉｓをレ
ール２２に供給する。

このとき車両Ｔの車輪Ｗは閉塞区間■のレール２２を短
絡していないので、信号電流Ｉｓは短絡インピーダンス
２５の位置まで伝達される。

この信号電流Ｉｓはループコイル２７で磁気的にピック
アップされ、受信器２８に入力される。

受信器２８は、信号電流が入力されたことにより、継電
器２９を励磁する。

継電器２９が励磁されているとき、閉塞区間■、厳密に
は送信器２６と受信器２８の間に車両が進入していない
と判断する。

次に車両Ｔが閉塞区間■に進入した場合の信号装置の動
作について説明する。

車両Ｔが図示の如く閉塞区間■に進入すると、車両Ｗは
レール２２を短絡するので、送信器２６から送られた信
号電流Ｉｓはループコイル２７の設置された場所まで到
達しない。

ループコイル２７が信号電流Ｉｓをピックアップしない
と受信器２８は、継電器２９を消磁する。

継電器２９が消磁されているとき、閉塞区間■に車両が
進入したと判断する。

上記構成は、信号装置の一例であるが、この例において
もさらに、送信器と受信器の結合方式には、無変調方式
と変調方式の２種類がある。

無変調方式は、送信器２６で一定周波数の信号電流Ｉｓ
を送り、受信器２８でこの信号電流Ｉｓを濾波、検波し
て直流電圧に変換するものである。

変調方式は、送信器２６で搬送波を他の周波数のコード
波で変調した信号電流Ｉｓを送り、受信器２８で搬送波
周波数、コード波周波数の順序で２段階に濾波した後、
検波して直流電圧に変換するものである。

いずれの方式においても、車両から放出される磁束の周
波数成分に、信号電流Ｉｓの周波数に近いものがあると
、受信器２Ｂは誤動作する。

本発明者等は、車両から放出される磁束が信号装置に与
える影響の度合を測定するために、無変調方式の信号装
置を作成し、実験を行なった。

第４図は、本発明者等が作成した信号装置のピックアッ
プの例を示す図である。

図において２２゜２７．２８，２９．Ｉｓの各符号は、
第３図に示した同一符号のものと均等物を示している。

φＳは信号電流Ｉｓが流れることによって生じる磁束、
ｅＲはループコイル２７から得られる受信器２８の受信
電圧、ｅＱは受信器２８の出力電圧であり、受信電圧ｅ
Ｒから信号電流周波数に対応した帯域濾波器と検波回路
を介して取出した直流電圧である。

このピックアップの動作は、第３図に示した信号装置の
動作説明から推察できるように、あらかじめ定められた
周波数をもつ信号電流Ｉｓが流れているときにのみ継電
器２９が励磁されるのである。

ここで、前述したように、車両から放出される磁束に、
信号電流Ｉｓの周波数に近い周波数成分があると、実際
の信号電流Ｉｓがなくとも、受信器２８には出力電圧ｅ
Ｑが生じる。

この電圧ｅＱが、継電器２９の励磁に必要な電圧以上に
なると、継電器２９は励磁される。

すなわち信号装置は誤動作するのである。

なお、無変調方式信号装置を模擬したこのピックアップ
は、車両から放出される磁束の信号電流の周波数に近い
周波数成分に応じた直流電圧ｅＱを得ることができるの
で、測定に好適である。

すなわち、無変調方式の信号装置への影響は、直流電圧
ｅＱの大きさから判断することができ、変調方式の信号
装置への影響は、直流電圧ｅＱの強度分布から判断でき
るからである。

第５図は、第２図に示した従来の車両による受信器への
影響を測定した結果を示すグラフである。

このグラフにおいて、横軸は第２図の下部に示した測定
位置に対応し、縦軸は受信器２８の出力電圧ｅＱに対応
したものである。

折れ線ａは測定結果を示すものである。

なお測定条件は、架線電圧が１５００ （Ｖ）、架線電
流が４００（Ａ〕、チョッパ８の動作周波数が３３０
（Ｈ２）、チョッパ８０通流率が５０〔釦、地上から車
両の床下面までの高さが０．９（ｍ）である。

この図から、車両から放出される磁束によって受信器２
８が発生する出力電圧ｅ□（以下単に雑音と称する）の
最大値は約１４．５ （Ｖ）であることがわかる。

このため、継電器２９が雑音で誤動作しないようにする
ためには、１４．５ （ｖ：）以上の出力電圧ｅＱが生
じるような信号電流Ｉｓを流し、その信号電流Ｉｓを受
信したときのみ継電器２９が励磁されるような信号装置
を構成しなげればならない。

このような配慮は、雑音によって影響を受ける信号装置
のすべてに行なわなければならない。

一方、信号装置の扱う電気量を大きくすることは、信号
装置の容量、消費電力等経済性を考えると、望ましくな
い。

上記の理由から、雑音そのものすなわち車両から放出さ
れる磁束をより少なくすることが必要となる。

このための一手段として、本発明者等は、先に、電気機
器相互間を配線する電線を互いに添わせることを提案し
た。

添わせる電線は、電流の大きさがほぼ等しく、流れる方
向が逆となるようなもの同士である。

たとえば、第２図に破線３０で示したように、転流コン
デンサ１１と補助サイリスタ１０、転流リアクトル１２
間の往復線を添わせるということである。

その外、破壊３１および３２で示した部分に同様の処置
を施している。

往復線を添わせることによって両型流による磁界は互い
に打消し合い、合成磁界は小さくなる。

合成磁界が小さいということは、外部に放出される磁束
が少ないということである。

なお一方の電線に他回路の電流が重畳されていて電流の
大きさがまったく同一でな（なっていても、電流の往復
成分だけはその磁界を互いに打消し合う。

第５図において折れ線すが、第２図の破線３０゜３１お
よび３２に示した実装例の測定結果である。

従来の測定結果を示す折れ線ａと比較して明らかなよう
に、雑音によって生じる受信器２８の出力電圧ｅＱの最
高値は大きく改善されている。

このように、電気機器相互間を配線するための電線を、
電流の大きさがほぼ等しく、流れる方向が逆となるよう
なもの同士を互いに添わせるだけで、特に部品を付加す
ることなく、雑音を小さくできる。

ところで、第５図の折線すから明らかなように、測定位
置７，８付近を中心として雑音電圧ｅＱが、依然として
高くなっている。

本発明の目的は、電流を脈動させる装置と、この装置を
介して電源から給電される誘導性負荷と、この負荷の電
磁エネルギーを循環させるフリーホイール回路とを備え
た電気回路において、その周辺機器へ与える誘導を軽減
することである。

本発明の特徴とするところは、上記脈動装置を通過する
電流を流す導線と、上記フリーホイール回路を通過する
電流を流す導線とを、夫々の主たる電流の方向が同一と
なるように添わせる構成にある。

これを第１図のチョッパ電車に適用して考えると、電流
を脈動させるチョッパ８と、このチョッパを介して電源
（１１３間）から給電される直流電動機５と主平滑りア
クドル６（誘導性負荷）と、この負荷の電磁エネルギー
を循環させるフリーホイールダイオード７とを備えた電
気回路において、上記チョッパ８を通過する電流■１を
流す導線と、上記フリーホイールダイオード７を通過す
る電流■２を流す導線とを、夫々の主たる電流■１およ
び■２の方向が同一となるように添わせることである。

まず、第１図および第２図の例において、第５図および
第６図を参照して本発明の原理を簡単に説明する。

第５図の折線すにおいて、測定位置７，８付近を中心と
して、周辺機器に影響を与える雑音電圧ｅｏが高いこと
は前に述べた。

この測定位置γ。８付近は、第２図から明らかなように
、チョッパ８を流れる電流■１およびフリーホイールダ
イオード７を流れる電流■２を導く導線が配置された部
分である。

これらの電流ＩＩＦＩ２および電動機電流■３の各電流
波形を第６図に示す。

図からも明らかなように、チョッパ電流■１およびフリ
ーホイールダイオード電流■２は、夫々急峻な立上り、
立下りをもつ断続波である。

従って、高調波成分が大きく、チョッパ制御装置が周辺
機器へ与える誘導障害の大きな要因となっていると考え
られる。

これに対し、電動機電流■３は、第６図に示すように、
リッグル振幅が小さく従って高調波成分が小さいもので
、現実に、第５図の折線ａから明らかなように、電動機
電流■３を流す導線が配置された測定位置９〜２０の部
分においては、何らノ対策を講じない場合であっても、
比較的雑音電圧ｅＱが小さいことが判る。

また、この電動機電流Ｉ３は、チョッパ電流■１とフリ
ーホイール電流■２との合成である。

これらの点に着目すれば、チョッパ電流■１の流れる導
線と、フリーホイール電流■２の流れる導線とを、それ
らの主たる電流の方向が同じになるように添わせる構成
とすれば、等何曲に、両電流■１と■２の合成すなわち
電動機電流■３に相当する電流路を形成し、高調波成分
の大きな電流路を少なくすることができ、周辺機器への
誘導を軽減することができる。

以下、第７図〜第１１図を参照して本発明の一実施例構
成を説明する。

第７図は、第２図に対応させて図示するチョッパ電車の
部製の床上からの透視図である。

第２図と異なる点は、破線３３および３４で示す夫々の
部分において、チョッパ電流路と、フ＋）−ホイール電
流路を添わせていることである。

導線を添わせる具体例としては、第８図に示すようにバ
ンドＢによるもの、第９図に示すようにダクトＤによる
もの、あるいは、第１０図に示すように、管Ｋによるも
の、更には、両導線を撚線構造とすることなどが考えら
れる。

第１１図は、第７図における破線３３の部分をより詳細
に示す測面断面図である。

図は、半導体箱１９内に収納された主サイリスタ９およ
びフリーホイールダイオードγの夫々カソード側が見え
る部分のみを示している。

チョッパ電流■１を流す導線３３１と、フリーホイール
電流Ｉ２を流す導線３３２とが、互いに同一方向の電流
を流す向きに、両者間に絶縁体３３３を挟んで添わされ
ている。

これらの導線３３１および３３２の一端は半導体箱１９
の外部に設けられた端子台３５へ接続された後、第７図
のような外部接続が採られるものである。

第７図の破線部３４の構造もほぼ同様のものであり、図
示を省略する。

このように、第１１図の破損部３３には、図の下方から
上方へ向けて、１１＋Ｉ２二■３すなわち脈動の小さな
電流が流れ続けることとなり、周辺機器に対する誘導を
軽減することができる。

この実施例における雑音電圧ｅｏを第４図によって測定
した結果を、第５図に折線Ｃで示した。

この図から明らかなように、特に、高い値を呈していた
測定位置７，８付近を中心に、雑音電圧ｅＱを小さく抑
えることができた。

本発明は、チョッパ装置に限らず、電流を脈動させる装
置と、この装置を介して電源から給電される誘導性負荷
およ、びこの負荷の電磁エネルギーを循環させるフリー
ホイール回路を備えるすべての電気回路に適用できる。

第１２図は、本発明を適用できる他の１回路例を示すも
ので、３相交流電源３６から、サイリスタ変換器３７を
介して、直流電動機５、主平滑りアクドル６に給電し、
フリーホイールダイオード７を設けた回路である。

この回路においては、サイリスタ変換器３７を流れる電
流■１は脈動しており、特に、その出力電圧の小さな領
域では断続する。

これに対し、負荷（電動機５とリアクトル６）電流■３
は、フリーホイールダイオード７を流れる電流■２が加
算されて平滑化されたものとなる。

従って、導線３８と４０、導線３９と４１を、夫々上た
る電流の方向が同一となるように添わせることによって
、前記実施例と同様に、周辺機器への誘導を軽減するこ
とができる。

この実施例のサイリスタ変換器３７は、周知のように、
点弧遅れ角が小さい間、出力電流■１は脈動電流となり
、断続しない。

このような状態でも、フリーホイールダイオード７には
、チョッパで説明したと同様に、サイリスタの自然転流
による急峻なりカバリ−電流が生じている。

従って、この実施例においても、変換器３Ｔが断続領域
で使用されなくても、つまり、電流を脈動させる装置で
ある限り、本発明による雑音低減効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を適用しうるチョッパ電車の主回路例、
第２図はチョッパ電車に従来の誘導防止策を適用して示
す床下犠装の透視図、第３図は電気鉄道における信号設
備の１例構成図、第４図は雑音電圧の測定に用いた受信
装置の構成図、第５図は第４図による測定結果を示すグ
ラフ、第６図はチョッパ電車の各部電流波形図、第７図
は本発明をチョッパ電車に適用して示す床下犠装の１例
透視図、第８図〜第１０図は導線を添わせるための夫々
異る構成図、第１１図は第７図における要部を拡大して
示す側面断面図、第１２図は本発明を適用しうる他の１
例電気回路図である。 １・・・架線、２・・・パンタグラフ、３・・・フィル
タリアクトル、４・・・フィルタコンデンサ、５〜６・
・・誘導性負荷、７・・・フリーホイールダイオード、
８・・・チョッパ ９・・・同主サイリスタ、１０・・
・同補助サイリスタ、３３〜３４・・・導線添わせ部、
３３３・・・絶縁体、３７・・・サイリスタ変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電流を脈動させる装置と、この装置を介して電源か
   ら給電される誘導性負荷と、この負荷の電磁エネルギー
   を循環させるフリーホイール回路とを備える電気回路に
   おいて、上記脈動装置を通過する電流を流す導線と、上
   記フリーホイール回路を通過する電流を流す導線とを、
   夫々の主たる電流の方向が同一となるように添わせて成
   る電気回路の誘導防止装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記電流脈動装置
   はチョッパ回路から成る電気回路の誘導防止装置。 ３ 電流を脈動させる装置と、この装置を介して電源か
   ら給電される誘導性負荷と、この負荷の電磁エネルギー
   を循環させるフリーホイール回路とを備える電気回路に
   おいて、上記脈動装置を通過する電流を流す導線と、上
   記フリーホイール回路を通過する電流を流す導線とを、
   夫々の主たる電流の方向が同一となるように添わせると
   ともに、同一の電流を流す導線同士を、互いに電流方向
   が逆となるように添わせて成る電気回路の誘導防止装置
   。