JPS6077604A - 交流電気車用回生ブレーキ制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 に抑速回生ブレーキの制御に好適な交流電気車に関する
ものである。

〔発明の背景〕

この種の交流電気車は、カ行時には交流電力を直流に変
換し、かつ回生ブレーキ時には直流電力を交流電力に逆
変換する電力変換装置と、該電力変換装置の直流電力に
よシカ行時にはけん引力を、回生ブレーキ時にはブレー
キ力を発生する直流電動機と、該直流電動機の界磁巻線
に電力を供給する界磁電源装置と、上記電力変換装置及
び界磁電源装置を外部よシ与えられる指令に基づいて制
御する制御装置とを含んで構成されたものが提供されて
いる。

このように構成された交流電気車の抑速ブレーキの制御
について以下に説明する。

交流電気車は、一般的に、直流回路の抵抗が直流電気車
の有している抵抗制御用抵抗に比べると、ずっと小さい
ため、直流抵抗軍の抑速ノツチ曲線の傾きに対して２倍
以上の大きな傾きを有する抑抑速ブレーキ付交流電気車
の抑速ノツチのノツチ数を非常に多くとるか、あるいは
電機子回路の安定抵抗値を大きくとるか等、伺らかの対
策が実施されてきた。抑速ノツチ数を多くとることは、
運転台の主幹制御器が大きくなり機関車はまだしも電車
では犠装上の問題が生ずる＃丘か従来の抵抗カム車の運
転扱いと異なってくるなどの問題がある。

また、必要以上の安定抵抗を設置、することは、大きさ
、スペース、重量及び回生ブレーキ量の減少という点か
ら問題が多かった。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであシ、その
目的は、抑速ブレーキの制御性を向上せしめると共に、
部品点数の減少を図った交流電気車を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

」二配目的を達成するため、本発明は、抑速ノツチ指令
時の電機子電流を予め与えられた所定の制御パターンと
に基づいて直流電動機に流す電流を制御するようにした
ものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
が、その前に本発明の基礎と力っだ事項について説明す
る。

第１図は回生ブレーキ付交流電気車の主回路構成を示す
説明図である。第１図において、１はノ（ンタグラフ、
２は変圧器である。変圧器２は１次巻線２１．２次巻線
２２及び界磁電源用巻線２３を有している。３は電力変
換装置であシ、この電力変換装置３は、サイリスタ３１
〜３４で構成されている。４は界磁用電源装置であり、
この界磁用電源装置４は、サイリスタ４１及び４２と、
ダイオード４３及び４４とから構成されている。５は電
機子回路用直流しゃ断器、６は電流平滑用の主平滑りア
クドル、７は安定抵抗器と呼ばれる電流制限用の抵抗器
、８はブレーキ時閉路し、カ行時は開路するスイッチ、
９はカ行時開路し、ブレーキ時閉路するスイッチ、１０
は直流電動機の電機子、１１はその界磁巻線、１２は力
行←ブレーキ、前進峠後進で転換する逆転器、１３は界
磁回路用直流しゃ断器、１４は電機子電流を検出す′る
ための電流検出器、１５は電力変換装置３及び界磁電源
装置４を制御する制御装置である。

第１図において、カ行の速度制御は電力変換装置３が交
流電力を入力として必要な制御性能から決まる可変直流
電力を出力し、スイッチ９を経て電機子１０を駆動する
。一方、界磁電流Ｉｆは、界磁電源装置４の可変直流電
圧によシ、例えば電機子電流Ｉａと等しくなるように制
御されるか、弱め界磁の制御がなされて直流電動機はけ
ん引力を発生して電気車は加速される。また、ブレーキ
時の制御は、界磁電流工ｆが与えられると、電機子１０
は直流電力を発生し、電力変換装置３の逆変換作用によ
シ直流電力は交流電力に変換される。

この時速度の低下に伴って界磁電流が制御され、次いで
電力変換装置３の直流電圧がサイリスタ３１〜３４の位
相制御によシ最大から最小まで制御されるのが一般的で
ある。

以下、本発明に関係する抑速ブレーキの制御について説
明する。第２図は本発明の基礎となった電気車の制御特
性図を示したものである。図示するように、速度あるい
は抑速ノツチに対応して界磁電流Ｉｆと電力変換装置の
直流電圧Ｅｄが指令される。ノツチ進めは運転手による
手動進めである。

第３図は本発明の基礎となった電気車の制御ブロックの
一例を示すブロック図である。第３図において、５１は
抑速ノツチ指令、５２は電圧指令回路である。この電圧
指令回路５２は、第２図に示したＥｄの特性パターンを
具備している。また、５３は界磁電流指令回路であシ、
界磁電流指令回路５３は第２図に示したＩｆの特性パタ
ーンを具備している。５４及び５５は比較器、５６は電
力変換装置の制御ブロック、５７は界磁電源装置の制御
ブロックをそれぞれ示している。また、Ｅｄは、定電圧
制御系が、工ｆは定電流制御系が組まれていることを示
している。

第４図は、第２図及び第３図の制御から得られる電気車
の抑速ノツチ曲線（速度−ブレーキ力特性曲線）を示し
たものである。

第４図において、負荷ＬＤＩ乃至３は、車両型χ、下シ
勾配の大きさなどから決まる加速力特性を示し、右上シ
の直線特性は各抑速ノツチを固定した時の速度−ブレー
キ力特性を示し、負荷ＬＤ特性と、この　ソチ特性との
交点の速度が抑速速ｊ疋となる。

しかしながら、第１図の主回路構成図からもわかる通り
、直流電圧Ｅｄ及び界磁電流工ｆを一定値とすると、速
度の変化に伴って電機子１０の誘起電圧が比例的に変わ
ることになる。したがって、′電機子電流の変化分ΔＩ
ａは、 ここで、ΔＥＣＩ電機子の誘起電圧変化分Ｒ；直流回路
の全抵抗値 で示されることになる。この結果、抑速ノツチ曲線（第
４図の右上シの特性）の傾きは、直流回路の全抵抗値Ｒ
で決まることになる。つまシ、Ｒが小さいと抑速ノツチ
曲線は傾きが大きくなシ、Ｒが大きいと傾きが小さく々
る。なお、このノツチ曲線の傾きは、車重１１当シのブ
レーキカ変化景ΔＢＥ／速度変化量ΔＶで支えられる。

抑速ノツチ曲線の傾が大きくなつ７′ｃ（立った）方が
負荷の変動に対して速度の変化が小さいという点で、抑
速運転時の定速性能は良好になるという反面、抑速ノツ
チを進めたシ戻し７１ｃ＃）するノツチ扱いでは電流の
急変、ブレーキ力の急変が避けがたく、運転上の問題が
発生することになる。

このような問題を解消するためになされたものが第５図
に示す実施例である。

第５図は、本発明に係る交流電気車の一実施例を示す制
御ブロック図でおる。第５図において、第３図に示す実
施例と同一構成要素には同一の符号を付して説明を省略
するー 第５図に示す実施例が第３図に示す構成と異なるところ
は、′電機子電流Ｉａを取り込むと共に、抑速ブレーキ
ノツチ指令を取シ込み、抑速ブレーキノツチ指令のとき
の電機子電流Ｉａと制御パターン回路１００とに基づい
て電機子電圧Ｉシｄ及び界磁電流工ｆの少なくとも一方
を制御するようにした点にあるっ さらに詳細に説明すると、この実施例では、制御パター
ン回路１００は直流電圧パターン回路５８と、界磁電流
パターン５９とから構成されている。

直流電圧パターン回路５８は第６図に示すパターンを具
備している。また、界磁電流パターン回路５９は第７図
に示すパターンを具備している。つまシ、電機子電流Ｉ
ａと抑速ブレーキノツチ指令を取シ込んで、電機子電流
Ｉａに応じた直流電圧パターン及び界磁電流パターンを
各回路５８及び５９よシ発することによシ希望する抑速
ノツチ曲線を得ることができるものである。

第６図に示す直流電圧パターンは、電機子電流Ｉａの小
さな領域（つまシブレーキ力の小さな領域）で直流電圧
を小さく絞ることにより抑速ノツチ曲線の立上シの速度
を小さくするように特性をソフトすることを可能とした
ものでおる。

さらにｉた、第７図に示す界磁電流パターンは、電機子
電流Ｉａの増加に伴って界磁電流Ｉｆを小割を図シ、も
って抑速ノツチ曲線の傾きを小さくすることを可能とし
たものである。なお、第７図において、ＢＣの右上シの
特性は、直流電動機のブレーキ時の整流性能から決定さ
れる弱界磁制限である。

このように、第６図及び第７図のパターン特性を適当に
設定することにより、任意の傾きのノツチ曲線が得られ
る。要求される抑速性能によっては、第６図の直流電圧
パターンを電機子電流Ｉａには無関係に常に一定にする
ということも可能であシ、この場合の抑速ブレーキノツ
チ曲線の模型図は第８図で示されるように点線の特性の
部分がカットされたような特性となる。なお、このとき
の界磁電流パターンは、第７図９点線で示すように、界
磁電流を制限する必要があることは言うまでもない。

なお、第５図において、直流電圧制御系はフィードバッ
ク制御系としたが、もちろんオープンルーズ制御系であ
っても抑速制御性能は実用上問題〔発明の効果〕 以上に述べたように本発明によれば、電機子電流を基に
所定の制御パターンに応じて少なくとも昇磁電流を制御
するようにしたので、安定抵抗器の容量を大きくするこ
となくまた、速度発電機による定速度制御系を設けるこ
となしに、手軽に任意の抑速ブレーキノツチ曲線を得る
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は回生プＶ−キ付交流電気車の主回路構成を示す
説明図、第２図は本発明の基礎となった反流電気車の制
御特性を説明するために示す特性図、第３図は本発明の
基礎となった交流電気車の一例を示す制御ブロック図、
第４図は同抑速ブレーギノツチ曲線図、第５図は本発明
に係る交流電気車の一実施例を示す制御ブロック図、第
６図及び第７図は第５図の実施例で用いる制御パターン
の一例を示す特性図、第８図は本発明の他の実施例を示
す抑速ブレーキノツチ曲線の模型図を示すノ庁性図であ
る ３・・・電力変換装置、４・・・界磁電源装置、１０・
・・電ィ氏□表／７７／、／ナー　島 （高上ｔ　）　＠デ叡ノ 名、ｙ（Ｂ 第４図 ≠ｆ図 葛ｇｆｆｌ　葛７ｍ 第１頁の続き ０発　明　者　大　野　進　東京都千代田区作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、力行時には交流電力を直流電力に変換し、かつ回生
   ブレーキ時には直流電力を交流電力に逆変換する電力変
   換装置と、この電力変換装置の直流電力によシカ行時に
   はけん引力を、回生ブレーキ時にはブレーキ力を発生す
   る直流電動機と、この直流電動機の界磁巻線に電力を供
   給する界磁電源装置と、上記電力変換装置及び界磁電源
   装置を指令に基づいて制御する制御装置とを含んでなる
   交流電気車において、上記制御装置は、抑速ブレーキノ
   ツチ指令及び電機子電流を取シ込み、該ノツチ指令のと
   きの電機子電流と所定の制御パターンとに基づいて電力
   変換装置の直流電圧及び界磁電源装置の界磁電流の少な
   くとも一方を制御するように回路構成したことを特徴と
   する交流電気車。