JPS59165901A - 電気車の制動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気車の制動制御方式に関する。

電気車２特に電気式フλ−クリフトの制動は。

制動から逆転への移行がスムーズに行える゛ため。

ブラヅギング制動が一般的である。制動時（こノクツテ
リーへ電力を回生ずる回生制動心ま、電機子巻線あるい
は界・磁巻線の切換え等操作が面倒でそのＷ＋に得られ
る効果は少〈従来はそれ程用しＡられてなかった。とこ
ろが、近年の省エネルギーの風潮の高まりとともに１回
生制動が再び見直されるようになり、特に起動、停止を
頻繁に繰返す電気式）牙−クリットにあって、制動毎に
ノくツテリヘ電力を返還する当回生制動は、かなりの電
力量の節減が期待でき従来の操作機構の複雑性等不利益
をカバーするに十分の省エネルギー効果を持つと考えら
れるようになってきた。

この発明は１回生制動とブラツギング制動を組合せ５回
生電力の大きい高速域では回生制動表行い１回生電力の
小さいあるいは回生の不可能の低速域ではブラッギング
制動を行って、省エネルギー効果とプラッギング制動の
持つ走行機能を備えた電気車の制動制御方式を提供する
ものである。

第１図に従来例のブロック図を示す。同図１こおいて、
Ｆ、Ｒは夫々前進用、後進用のリレー、Ｅは電源のバッ
チ’Ｊ　、　ＣＨは主回路電流制御用のチョッパ、　Ｓ
ＲＩは転流ダイオード、　ＳＲ２はプラッギング制動用
のダイオード、　ＭＦ’　は走行用電動機の界磁、ＭＡ
は同じく電動機の電機子、またＦｓ。

Ｒ３は夫々前進用、後進用の選択スイッチである。

プラッギング制動の動作を説明する。電気車を前進走行
させるには、前進選択スイッチＦ’Ｓ　を投入前進用リ
レーＦを付勢しＡ接点ＦＡ　を破線図示の位置に切換え
る。この状態でチョッパＣＨを作動させ、バッチＩＪ　
Ｅの正極側、後進用リレーＲのＢ接点ＲＢ、走行用電動
機の電機子ＭＡ、電動機の界磁Ｍ　Ｆ　、チヨ、バＣＨ
，バッチＩＪ　Ｅの負極側、と閉回路を形成１通電を行
い電流を流し、走行用電動機を駆動する。ブラッギング
制動は、前進選択スイッチＦ′Ｓ　を開放、後進選択ス
イッチＲ３を投入し、前進用リレーＦを消勢、後進用リ
レーＲを付勢する。すなわち、電動機電機子Ｍへ切換用
の前進用リレーＦの接点はＢ接点Ｆ”Ｂに、後進用リレ
ーＨの接点はＡ接点ＲＡ　に切換ゎる。この状態でチョ
ッパＣＨを作動させると電動機の界磁ＭＦに電流が流れ
界磁束が生成、電機子ｈｊＡ　には図示極性の電圧が誘
起する。この結果、後進用リレーＲのＡ接点ＲＡ、ブラ
ノギング用ダイオードＳＲ２、前進用リレーＦのＢ接点
ＦＢを介し駆動時とは逆方向へ電流が流れ、制動トルク
を発生、電気車の制動を行う。

このように、プラノギング制動はプラッギング用のダイ
オードＳＲ２を介し制動電流を流すのであり、制動のエ
ネルギーは電機子巻線の抵抗分。

ブラッギング用ダイオードＳＲ２，特に前者の電機子巻
線で熱として消費され電機子巻線の発熱を招き、もちろ
んバッテリーへの回生専行われず何らの省エネル・ギー
効来もない。

この発明はプラッギング制動の持つ前進がら停止、逆進
のスムーズな走行機能を失うことなく。

回生制動を行い省エネルギーを図るもので、第２図の実
施例のブロック線図、第３図、第４図のタイムチャート
第５図の電流径路ブロック図に基き具体的に説明する。

第２図の実施例ブロック線図において＊　Ｄｌ、Ｄ２は
ダイオード、Ｔは電゛圧印加後一定時間後に。Ｎとなる
タイマーリレ、Ｐはカ行用リレー、Ｇは界磁抵抗投入用
のリレー、　Ｒ１は界磁抵抗、　ＣＴは電流検出器、　
ＳＲ３は回生用ダイオード、　Ｑｌ　はカ行用リレーＰ
の作動を選択するトランジスタ、　Ｑ２は電流検出器Ｃ
Ｔ　の作動を選択するトランジスタ。

Ｘは回生用リレー、ＣＰは回生用電流の基準値に達した
か否かを判別する電工比較器、であり、その他のＭＡ＋
　ＭＦ＋　ＣＨ等構成部品は、第１図示するものと均等
である。

次に・動作を説明する。前進の場合は、前進選択スイッ
チＦＳ　を、また後進の場合は後進選択スイッチＲ３を
投入する。前進を考えると、　ＦＳが投入され、前進用
リレーＦが付勢、電動機電機子ＭＡ　の極性切換え用の
接点は、夫々ＦＡ、　ＲＢに切換えられる。また、ダイ
オードＤ１　　を介しタイマーリレーＴに電圧が加えら
れ、Ｂ接点ＴＢが開路。

Ａ接点ＴＡが閉路となる。この状態では、もちろん電動
機電流は流れず電流検出器ＣＴ　の出方は零。

従って、電圧比較器ＣＰはＨレベルにありトランジスタ
Ｑ１　が導通し、このトランジスタＱ１　　の導通によ
りカ行用リレーＰが付勢、接点ＰＡ　が閉路に至る。一
定のタイマ一時間の後にオンディレィのタイマーリレー
ＴがＯＮ　となり、Ａ接点Ｔ’Ａが閉路、トランジスタ
Ｑ２　がＯＮ　となり１回生用リレーＸは付勢されＢ接
点ＸＢは開路、電流検出器ＣＴが回路より切離される。

従って、、電動機電流が流れ電流検出器ＣＴ　に電圧信
号が生じても、電圧比較器ＣＰの出力はＨレベルにあり
、先のトランジスタＱ１　はＯＮ　のままでカ行用リレ
ーＰは付勢の状態を保つ。すなわち、電動機は、バッテ
リＥの正極、カ行用リレーＰのＡ接点ＰＡ、電流検出器
ＣＴ、後進リレーＲのＢ接点ＲＢ、電動機電機子ＭＡ。

前進リレーＦのへ接点ＦＡ、電動機界磁ＭＦ、チョッパ
ＣＨ，バッチＩＪ　Ｅの負極の閉回路が構成され、チョ
ッパＣＨを作動させることにより電動機電流が流れ、電
動機が騒動、電気車は前進する。この前進のカ行運転途
中において、制動をかけ停止させたい場合、あるいは停
止から逆方向の後進運転を行いたい場０合、を次に説明
する。

すなわち、前進選択スイッチＦ’Ｓ　を開放し、引き続
き後進撰択スイッチＲ３を投入する。このＦＳの開放の
結果、前進用リレーＦが消勢、電機子巻線の極性切換え
はＦ”Ｂ接点となり、電動機は回路より切り離され、ま
たカ行用リレーＰのＢ電源も消失し、Ａ接点Ｐ’Ａは閉
路される。この状態で。

後進選択スイッチＲ３が投入されると、後進用リレーＲ
が付勢、電機子ＭＡの極性切換えのＲ側接点はＲＡ　と
なり、電動機電機子ＭＡはカ行時と逆の極性でバッチＩ
Ｊ　Ｅに接続される。また、同時にオン・ディレィのタ
イマーリレーＴが付勢され一定時限後にＯＮ　するが、
　ＯＮ　するまでの間Ｂ接点ＴＢは閉路、界磁抵抗用リ
レーＧが付勢され１．界磁抵抗Ｒ１が回路に接続、界磁
巻線ＭＦ’はこの昇磁抵抗Ｒ１を介してバッチＩＪ　Ｅ
より界磁電流の供給を受け、電動機は通常の速度で回転
しているので２図示極性の誘起電圧を発生する。

また、カ行リレーＰはトランジスタＱ１　がらＯＮで付
勢されておりＡ接点ＰＡは閉路となるが、タイマーリＬ
／−’Ｉ’のＡ接点ＴＡは開路、トランジスタＱ２はＯ
ＦＦで回生用リレーＸは消勢されＢ接点ＸＢは閉路であ
り、電流検出器ＣＴ　の出力側は比軸器ＣＰへ接続され
る。

すなわち、電動機電機子ＭＡ、後進リレーＲのＡ接点Ｒ
Ａ、電動機界磁ＭＰ’、チョッパＣＨ２回生用ダイオー
ドＳＲ３，電流検出器ＣＴ、前進リレーＦのＢ接点ＦＢ
、電動機電機子ＭＡ、と閉回路が形成され、先の電動機
誘起電圧により電流が流れ、電流検出器ＣＴは電圧信号
を発生、電圧比較器ｃｐの反転入力となり比較器ＣＰ高
出力Ｌレベルに切り換える。

これは、トランジスタＱ１を０Ｆ１１″、カ行用リレー
Ｐを消勢しＡ接点ＰＡを開路、バッチＩＪ　Ｅを回路よ
り切り離す。このカ行用リレーＰの接点ＰＡの開路は、
タイマーリレーＴのオンディレィ時限経過後の・Ａ接点
ＴＡが閉路された状態にあっても電圧比較器ＣＰ出力が
Ｌレベルにあれば、ダイオードＤ３　’４によりトラン
ジスタＱ２はＯＦＦ、　　回生用リレーＸは付勢に至ら
ずＢ接点ＸＢは閉路のままで。

電流検出器ＣＴ出力が予じめ定めた一定値以上である限
り、変化しない。

このように、チョッパＣＨを介し即ちチョッパＣＨがＯ
Ｎの作動期間に流れる電流は２回生用ダイオードＳＲ３
を経て電機子巻線ＭＡ　に還るが、チョッ／＜ＣＨがＯ
ＦＦの期間の場合は、チョッパＣＢの代りにダイオード
ＳＲＩを経てかつバッチＩＪ　Ｅを介して流れるのであ
り、バッチＩＪ　Ｅが充電されることになる。

すなわち、電気車が前進走行中に後進スイッチＲ３を投
入すれば、先ず電機子ＭＡが逆極性に切り換わり、かつ
界磁ＭＦには別途回路を経て励磁エネルギーが加えられ
界磁束を生成する。一方。

電気車は通常速度での走行中であり電動機電機子には誘
起電圧が生成、この逆極性の誘起電圧により回路に制動
電流が流れ、チョッパＣ１（のＯＮ区間では当チョッパ
ＣＨを経て、他方チョッパＣＨのＯＦＦ’区間にあって
はダイオードＳＲＩ　、　　バッテリＥを介して夫々上
記制動電流が流れることとなり。

先のチョッパＣＢを通る制動電流は従来のプラッギング
制動と同様、制動エネルギーを大部分電機子巻線ＭＡで
熱として消費するが、チョッパＣＨめＯＦＦ’区間にお
ける制動電流は、バッチ’Ｊ　Ｅの充電々流として利用
され、バッテリＥを充電することになる。即ち、電動機
制動エネルギーはバッテリＥに回虫されることになる。

第４図にチョッパＣＨのＯＮ、ＯＦ’Ｆ’時の電動機制
動電流を示す。

このように、電気車に制動をかける場合、電動機に制動
電流を流しチョッパＣＨのＯＮ、　ＯＦ’Ｆ’に応すな
わち、比較器ＣＰの基準値は上記回生可能の誘起電圧、
に対応して定められるのであり、制動電流が減少し電流
検出器ＣＴの出力が小さく、上記基準値よりも低下した
ならば、比較器ｃｐの出力はＬレベルよりＨレベルへと
反転し、トランジスタＱ１をＯＮ、カ行用リレーＰを付
勢、更にトランジスタＱ２もＯＮ、回生用リレーＸを付
勢、電流検出器ＣＴを回路より切り離しかっＡ接点を閉
路しバッテリＥを回路へ挿入、先に説明したカ行モード
てあり後進走行の回路を形成する。

すなわち、チョッパＣＨが作動であれば、電動機電機子
ＭＡは図示極性の電圧を発生し、電機子ＭＡ　、後進リ
レーＲのＡ接点ＲＡ、ダイオードＳＲ２゜カ行リレーＰ
のＡ接点ＰＡ、電流検出器ＣＴ・前進リレーＦ（１’）
Ｂ接点ＦＢ、電機子ＭＡの閉回路を形成。

更に制動電流を流すのであり、この結果電動機はなお制
動力が作用しこれは前進方向への回転が停止するまで作
用する。電動機が停止して後はバッテリＥが作用して後
進のカ行モードとなり、後進方向への駆動が開始するが
、この過程は従来のプラノギング制動と同一である。

第３図のタイムチャートに上記一連の各部動作の様子を
示す。

すなわち２時点ｔｏで前進選択スイッチＦ’Ｓが役人、
前進リレーＦが付勢され接点ＦＡとなり、またタイマー
リレーＴのＢ接点ＴＢを介し界磁用りレーＧが付勢され
界磁回路が形成される。また。

比較−器ＣＰの出力はＨレベルでトランジスタＱｌは○
Ｎ、カ行リレすＰが付勢されＡ接点ＰＡ癲閉路で電動機
電機子ＭＡはバッチｌ）　Ｅが接続される。

また、トランジスタＱ２はＯＦＦ’、　　回生用リレー
Ｘは消勢されＢ接点は閉路である。

ｔｌ　　時点でオンディレィのタイマーリレーＴがＯＮ
となり、Ｂ接点ＴＢが開路、Ａ接点Ｔ’Ａが閉路される
と界磁用リレーＧの付勢は解除、界磁抵抗Ｒ１が切り離
され本来の直巻電動機としての回路が形成される。

また、トランジスタＱ２がＯＮとなり回生用リレーＸが
伺勢されＢ接点ＸＢが開路、電流検出器ＣＴが系より除
かれ電動機電流がカ行用であるとの判断を行う。もちろ
ん、この場合カ行モードでありカ行用リレーＰが消勢さ
れるようなことはない。

すなわち、電気車はチョッパＣＨのＯＮ、　ＯＦＦによ
り加徳、減速等走行制御が行われ２通常の運転状態に入
いる。

次に、停止から後進について説明する。

ｔ２　時点で前進用選択スイッチｒｓを開放、前進用リ
レーＦ、タイマーリレーＴ、力行用リレーＰの付勢を解
除する。

すなわち、電機子極性切換えはＦ″Ｂ側になり電機子１
・冑へか回路より切り離され、また力行用リレーＰのＡ
接点ＰＡが開路、バッチｌ）　Ｅが除かれ、タイマーリ
レーＴのＡ接点ＴＡも開路、トランジスタＱ２が○ＦＦ
１回生用リシーすが消勢されＢ接点ＸＢが閉路、電流検
出器ＣＴが再び回路中に挿入される。

ｔ３　時点で後進用選択スイッチＲ３を投入、後進用リ
レーＲ，タイマーリレーＴを付勢し、またトランジスタ
Ｑｌ　はＯＮであり力行用リレーＰも付勢される。すな
わち、後進用リレーＲの接点はＲＡ側に切り換わり、ま
た、タイマーリレーＴのオンティレイ時限の間、界磁用
リレーＧが付勢され界磁抵抗Ｒ１を系へ挿入、界磁回路
を構成する。この結果、界磁束が発生しまた電動機は通
常の速度で回転しており誘起電圧が図示のように発生し
。

チョッパＣＨの動作に伴い制動電流が流れる。この制動
電流は電流検出器ＣＴに信号を発生させ比較器ＣＰの反
転入力となり、比較器ＣＰ出力をＬレベルに切り換え、
トランジスタＱ１をＯＦＦとしカ行リレーＰを消勢させ
る（ｔ３／時）。即ち、Ｐの接点ＰＡが開路されカ行モ
ードより回生モードに切り換わる。

ｔ４　時点でオンディレィの一定時限を経過しタイマー
リレーＴがＯＮ　となる。すなわち、Ｂ接点が開路、界
磁用リレーＧが消勢し界磁抵抗Ｒ１が回路より切り離さ
れ、またＡ接点ＴＡが閉路になるが、比較器ＣＰ出力は
ＬレベルでトランジスタＱ２はＯＮされず回生用リレー
は消勢のままてＢ接点ＸＢは閉路にあり電流検出器ＣＴ
出力は比較器ＣＰの反転入力として供給される。すなわ
ち。

比較器ＣＰの出力は電動機主回路の回生電流が一定レベ
ル以上にあるならはＬレベルを維持し、従って、　ｌ−
ランジスタＱ１はｏｒｒ、　力行用リレーＰは付勢され
ずへ接点Ｐへは開路でありノ（ノテ’Ｊ　Ｅは切り離き
れカ行モードは構成されない。すなわち、先に述べたよ
うにｔ４以降チヨ、　／＜　ＣＴ−１のＯＮ。

ＯＦＦに応じ電機子抵抗制動１回生制動を繰返し電動機
速度の低下し回生困難の制動エネルギーレこ達するＣで
行われる。

ｔ５　時点で制動電流が基準値に低下し、比較器ＣＰ出
力がＬよりＨに切り換ると、トランジスタＱ１　がＯＮ
、カ行リレーＰが付勢されＡ接点ＰＡが閉路、バッテリ
Ｅが接続され、またトランジスタＱ２もＯＮ、回生用リ
レーＸが付勢されＢ接点ＸＢは開路、電流検出器ＣＴが
除去される。すなわちバッチＩＪ　Ｅが始めの極性とは
逆向きの後進のカ行モードに接続され、電動機誘起電圧
はダイオードＳＲ２を介し短絡されこのＳＲ２回路を経
て制動電流が流れる。

ｔ６時点で制動電流が零、即ち電動機の誘起電圧は零近
くまで低下し電動機はいったん停止されるが１次の時点
で後進運転方向に接続のバッテリＥが作動し、チョッパ
ＣＨのＯＮ、　ＯＦＦデユティ比に基づき再び駆動電流
が流れ、電動機は後進のカ行モードで逆方向に駆動され
る。

第５図に、電動機の各動作モード、前進カ行。

前進回生、前進ブラッキング、後進カ行における電流径
路概略を示す。

すなわち＊　ｔｏ−ｔｌ間で界磁束生成用の界磁回路が
構成され、　ｔｌ−ｔ２　　間で加速、定常速度のカ行
モードでの運転が行われ、　ｔ２−ｔ３　　間の切換期
間を経てｔ３−ｊ、５　０回生制動域に至り、かつｊ；
５−１６間のプラッギング制動により電動機はいったん
停止し、更にｔｏ　　以降は後進のカ行モードとなり・
電気車は後進走行を行う。

上記のように、この発明は前進あるいは後進走行中に制
動をかけ停止させまたは停止から逆方向に駆動させたい
場合、前進、後進の選択スイッチを現在の前、後進走行
とは逆転投入するだけの極めて簡易の操作により行うも
ので、電気車速度が大で電動機回転数が高く・制動エネ
ルギーが十分大ならば回、主制動を行い制動エネルギー
をノ（ツテリヘ返還する一方、電動機回転数が低下し制
動エネルギーが回生困難の値にまで軽減されたなら（よ
ザッギング制動に切り換え電動機電機子抵抗（こより熱
として消費させるのであり、更に電動機が停止の後は何
らの操作を行うことなくそのまま引き続き反対方向への
カ行運転を可能とするもので。

電動機の持つ制動エネルギーの大小により回生制動ある
いはプラ、ギング制動の選択を自動的に行い、省エネル
ギー効果の大の回生制動と、制動から逆転へのスムーズ
な移行を行うブラノギング制動を、摘宜組合せ、優れた
作用効果を有するようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例のブロック線図、第２図は本発明実施例
のブロック線図、第３図、第４図はその動作を説明する
ためのタイムチャート、第５図は制動、カ行の各モード
における電流径路ブロック線図である。 ＭＡ　　・・・・・・・　電動機電機子ＭＦ’　・・・
・・・・　電動機界磁 ＣＩ（・・・・・・　チョッパ Ｅ　・・・・・・・　バッテリ ＦＳ　　・・・・・・・・・前進選択スイッチＲ８・　
・・・後進　〃 ＳＲ２・・・・・・・プラッギング用ダイオードＳＲ３
・・・・・・回生用ダイオード ＣＰ　　・・・・・・・・比較器 ＣＴ　　・・・・・・・　電流検出器 Ｒ１・・・・・・・　界磁回路抵抗 出願人　神鋼電機株式会社　　　′ 代理人　弁理士　斎藤春弥 手続補正書（方式）　　］頁 昭和５８　年　７　月２０　日　第 特　許　庁長官殿 １、事件の表示　昭和５８年特許願第４０］２０　号２
・発明ノ名称　　電気車の制動制御方式３、補正をする
者 事件との関係　　特　許　出　願人 ・１２代　理　人 ５、補正命令の８附 昭和５８　　年６月２８日 ６、補正により増加する発明の数　　○（］）明細書の
発明の詳細な説明の欄の、第１５頁、下梁４打目の、「
第５図番こ、」を「第５図、第６図、第７図、第８固着
こ、」と補正する。 （２）明細書の図面の簡単な説明の欄の、第１７頁、第
９〜］］行目の「、第５図は制動、力行の各モードにお
ける電流径路ブロック線図である。」を［第５図−１第
６図、第７図、第８図は、電動機の各動作モード、すな
わちそれぞれ前進力行、ｏｎ進回生、前進ブラッキング
、後進力行における電流径路ブロック線図である。」と
補正する。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、前後進選択スイッチの投入により電動機電機子択ス
   イッチの逆転投入により、予しめ定めた一定のタイマ一
   時間界磁回路を形成、極性逆の電動機誘起電圧を生成し
   ８回生用ダイ゛オードを介し制動電流を流すとともに５
   この制動電流を予しめ定めた基準値と比較し基準値以上
   であれはそのまま回生モードとし制動電流をバッテリへ
   返還し、基準値に達しないならば逆方向走行のカ行モー
   ドとしてプラッギング用ダイオードを介し流すようにし
   たことを特徴とする電気車の制動制御方式。