JPS6328202A - 電気車の制御装置 - Google Patents

電気車の制御装置

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JPS6328202A
JPS6328202A JP16840886A JP16840886A JPS6328202A JP S6328202 A JPS6328202 A JP S6328202A JP 16840886 A JP16840886 A JP 16840886A JP 16840886 A JP16840886 A JP 16840886A JP S6328202 A JPS6328202 A JP S6328202A
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vvvf
auxiliary
inverter
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Satoshi Kubo
敏 久保
Shigeru Koyama
滋 小山
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気車の制御装置、就中交流誘導電動機、交
流リニアモータ等を走行用電動機として使用する電気車
の制御装置に関する。
〔従来技術〕
高電圧大電流を許容するVVVF (可変電圧可変周波
)インバータ装置の開発、実用化により、架空線または
第三軌条にて直流を給電する所謂直流電気鉄道において
も、走行用電動機として籠型誘導電動機を使用した電気
車が実用化されている。
一方では、電気車の補助機器、たとえば冷暖房装置、照
明等に交流を給電するための電源としてのインバータ装
置も普及している。
ところで従来は、走行用の電源としてのVVVFインバ
ータ装置と補助機器用のシシVFインバータ装置とは独
立して電気車に装備されていた。たとえば、VVVFイ
ンバータ装置により走行用交流電動機を制御する電気車
として本邦で最初に一般営業に供された熊本市交通局の
8200形電気車は、1982年間局発行のパンフレソ
) f8200形新電車−jによれば、走行用3相交流
籠形誘導電動機用のVVVFインパーク装置の他に、補
助機器用補助電源として5kV^のサイリスタインバー
タを装備している。
また、大阪市交通局発行のバンフレソI・rVVVFイ
ンバータ電車・20系車両」昭和59年3月発行によれ
ば、大阪市交通局の20系電気車では670kVAの走
行用交流電動機駆動用VシシFインバータ装置を装備し
ているが、補助電源装置としては従来の電気車において
一般的な電動発電機を装備している。
更に、横浜市交通局発行のパンフレ・ノド[横浜中高速
鉄道1・3子線用2000形車両月984年発行によれ
ば、この2000形電気車では走行用電動機の制御装置
は電機子チョッパであり、直流電動機を制御しているが
、補助電源装置としては定格出力130kVAの静止形
GTOインパーク装置を使用している。また、住宅・都
市整備公団発行のパンフレット[千葉ニュータウン線2
000形J 1984年発行によれば、この2000形
電気車では走行用電動機の制御装置は界磁チョンパであ
り、直流電動機を制御しているが、補助電源装置として
やはり110にνAの静止形GTOインバータ装置を使
用している。
このように、近年では高電圧、大電流のインバータ装置
の発展により、電気車の走行用電動機の制御用に、ある
いは補助機器用の補助電源装置として、インパーク装置
を使用することが普及しつつあり、前述の熊本市交通局
8200形電気車の如く、走行用電動機の電源及び補助
電源の双方に個別のインバータ装置を使用して例もある
。しかし、この例の如く、インバータを電源とする場合
には、各インバータがそれぞれの制御対象に対応した出
力を発生ずるので、走行用電動機の電源及び補助電源の
双方にそれぞれ独立して別個のインパーク装置を使用す
る必要がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、走行用交流電動機をシvvpインバータ装置
にて制御する電気車の場合、VVVFインバータ装置の
コストの面から、−編成中の電動車(走行用交流電動機
を装備している車輌)の数を可及的に少なくしている。
具体的には、交流電動機を走行用電動機として使用する
場合には、直流電動機を使用する場合に比して、電動車
の粘着特性が非常に向上するため、粘着特性の許容限度
まで各走行用交流電動機の出力を向上させることにより
、−編成中の電動車の車輌数を減少させている。
しかし、上述の如く一編成中の電動車の車輌数を減少さ
セで粘着特性の限度−杯にて通常の運転を行っていると
、たとえば故障した編成を正常な編成にて次駅まで推進
運転するような場合に、登り勾配において粘着限界を超
えてしまうことは明らかであり、このため駆動輪に空転
が発生ずることは避けられない。
また、粘着特性にある程度の余裕がある場合にも、VV
VI署ンバータ装置の容量をト述のような稀にしか生じ
ない非常運転時に備えて不必要に大きくしておくことは
不経済であり、また装置の大型化、及びこれに伴う車輌
の重量化を招来するという問題もある。
本発明は以上の如き問題点に鑑みてなされたものであり
、vVVFインバータ装置を徒に大容量化する必要がな
く、また増設する必要もなく、たとえば故障編成を正常
な編成にて推進運転するような非常事態の運転に際して
通常の運転時以」二に大きな駆動力を出力し得る電気車
の制御装置の提供を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明では、電気車の走行用電動機として交流電動機を
使用し、また冷暖房装置、照明装置などの補助機器用補
助電源としてVVVFインノ\−タ装置を使用する場合
に、補助電源のVVVFインバータ装置の出力を補助機
器にのみならず走行用交流電動機にも給電し得る切換装
置と、補助電源用VVシFインバータ装置の出力が走行
用交流電動機に給電されている場合に、走行用交流電動
機に対する走行制御[け令に対応して補助電源用シvv
pインバータ装置の出力を制御する手段とを備えている
。
また、第2の発明では、通常は駆動力を発生しない付随
車輪にも補助走行用電動機を備えておき、必要に応して
補助電源のVVVFインバータ装置の出力を補助走行用
電動機に給電し得る切換装置と、補助電源用VVVFイ
ンバータ装置の出力が補助走行用電動機に給電されてい
る場合に、走行用交流電動機に対する走行制御指令に対
応して補助電源用VシシFインバータ装置の出力を制御
する手段とを備えている。
〔作用〕
本発明の電気車の制御装置では、故障編成を登り勾配に
おいて推進運転する場合の如く、大きな駆動力が要求さ
れる場合に、走行用交流電動機に対して補助電源用シシ
vpインバータ装置からも給電して走行することが可能
になるため、通常運転時に過大な装備を行わずとも、非
常時の故障編成の推進運転等を可能とする大きな駆動力
の発生が可能になる。また第2の発明では、大きな駆動
力が要求される場合に、通常は使用されていない補助走
行用交流電動機に対して補助電源用Vシvpインパーク
装置から給電して走行することが可能になるため、非常
時の故障編成の推進運転等を可能とする大きな駆動力の
発生が可能になる。
〔実施例〕
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。
第1図は本発明に係る電気車の制御装置の第1の実施例
の構成を示すブロック図であり、走行用交流電動機が接
続された駆動輪の粘着特性に余裕がある場合に通してい
る。また本実施例では、走行用交流電動機及び補助機器
の双方にそれぞれ別個のVVVFインバータ装置にて給
電する構成の例を示している。
図中1はパンタグラフであり、図示しない架空線からた
とえば直流1500vを受電する。このパンタグラフI
から受電された直流はたとえば冷暖房装置、照明装置等
の補助機器5の電源装置であるVシシFインバータ装置
2及び電動車1輌の4台装備された走行用交流電動機4
1〜44を駆動するためのVVVFインハーク装置9に
給電される。
補助機器用VVVFインハーク装置2は走行用VVVF
インハーク装置9に比して比較的小容量であり、通常は
3相交流にて駆動される冷暖房装置あるいは照明装置等
の補助機器5の給電用として使用される。この補助機器
用VVVFインバータ装置2の出力である3相交流は3
線回路を介して切換装置3に与えられている。
図中6は補助機器制御指令装置であり、補助機器5を制
御する制御信号を出力する。この補助機器制御(h全装
置6から出力される制御信号は前述の制御論理部8に与
えられている。なお、この補助成器用VVVFインバー
タ装置2には制御論理部8が備えられている。この制御
論理部8は、後述する車輌制御指令装置7及び?di助
機器制御指令装置6の制御信号が与えられており、それ
ぞれから与えられる制御信号に対応し゛ζ補助機器用V
VVI+インバータ装置2の論理制御を行う。
図中7は車輌制御指令装置であり、電気車のカ行・制動
の制御、具体的には走行用VシシFインバータ装置9か
ら走行用交流電動機41〜44に与えられる電流、電圧
、滑り周波数を適宜制御することにより、各走行用交流
電動機41〜44の駆動制御1回生・発電制動制御等を
行うための走行tit令信号を出力する。この車輌制御
指令装置7から出力される走行指令信号は走行用VνV
l”(ンハータ装置9の他、前述の補助機器用VVVF
インバータ装置2の制御11論理部8にも1jえられて
いる。
走行用VVVFインバータ装置9は、前述の補助機器用
VVVFインハーク装置2に比して比較釣人容量であり
、車輌制御指令装置7から与えられる制御信号に対応し
た電圧、電流、滑り周波数を走行用交流電動機41〜4
4に出力することにより、電気車の駆動制御、即ちカ行
、制動の制御を行う。この走行用Vシvpインパーク装
置9の出力は電気車に装備されている第1〜第4の4個
の走行用交流電動機41〜44の肉筆1から第3の走行
用交流電動機41〜43には直接与えられているが、伯
の第4の走行用交流電動機44には前述の切換装置3を
介して与えられている。
切換装置3は、本実施例では補助機器用VVシ1?イン
バータ装置2の出力を補助機器5または第4の走行用交
流電動IJS144のいずれかに選択的に給電し得るよ
うに構成されている。具体的には、通常の運転時には第
1図に実線にて示されている如く、切換装置3の第1の
接点31は補助機器用VVVFインバータ装置2と補助
機器5とを接続し、第2の接点32は走行用シVvFイ
ンバータ装置9と第4の走行用交流電動機44とを接続
する。また、この切換装置3は非常時、たとえば故障編
成を11を進運転する際等には所定の指示を行うことに
より、第1の接点31が破線にて示されている如く補助
機器用シVシFインパーク装置2と第4の走行用交流電
動機44とを接続し、第2の接点32が通常時における
走行用VVVFインバータ装置9と第4の走行用交流電
動機との接続を解除するように動作する。
従って、通常時には補助機器用VVシFインパーク装置
2の出力は補助機器5にのみ与えられ、第4の走行用交
流電動機44には走行用VVVFインバータ装置9の出
力が与えられ、切換装置3が切換えられた非常運転時に
は、補助機器用VVVFインバータ装置2の出力は第4
の走行用交流電動機44に与えられ、また走行用VVI
/Fインバータ装置9の出力は第1〜第3の走行用交流
電動機41〜43に与えられる。
以上の如く構成された本発明装置の動作について以下に
説明する。
通常の運転時には、切換装置3は第1図に実線にて示す
如く接続されており、車輌制御指令装置7にて走行制御
指令を与えることにより、これに対応した電圧、電流、
iり周波数の3相交流が走行用シシVFインハーク装置
9から各走行用交流電動機料〜44に与えられる。これ
により、電気車は制御指令に従ってカ行または制動を行
う。また、補助機器制御指令装置6にて補助機器5、た
とえば冷暖房装置の運転を指令すると、この走行指令信
号は補助機器用VVVFインパーク装置2に与えられ、
補助機器用シシvpインバータ装置2から補助機器5に
3相交流が給電されて補助機器5が駆動される。
さて、たとえば故障編成を登り勾配にて推進運転する等
の如き通常運転時より大きな駆動力を必要とする非常運
転時には、切換装置3を切換え動作させることにより、
第1図に破線にて示す如く切換え接続する。これにより
、第4の走行用交流電動機44には走行用VVVFイン
バータ装置9の出力が与えられなくなるので、走行用V
VVFインバータ装置9の出力が与えられる走行用交流
電動機は通常時の4台から3台になる。従って、第1〜
第3の各走行用交流電動機41〜43それぞれへの入力
電力は通常運転時の473倍に増加してそれぞれの走行
用交流電動機41〜43が発生ずる起動1−ルクが増加
する。
また、切換装置3の切換えにより、第4の走行用交流電
動機44には補助機器用VVVFインバータ装置2から
出力される3相交流がLjえられるが、補助機器用VV
VFインバータ装置2の出力は車輌制御ti令装置7か
ら与えられる走行Ih令倍信号りI応1゜て制?311
論理部8により制御される。このため、補助機器用VV
VFインバータ装置2から出力される3相交流にて駆動
制御される第4の走行用交流電動tJ3144は、走行
用VVVFインバータ装置9にて駆動制御される他の第
1〜第3の走行用交流電動機料〜43と同調して車輌制
御Ih令装置7から出力される走行(旨令信号に従って
制御される。
従って、切換装置3を切換えて第1から第3の走行用交
流電動機料〜43を走行用VVVFインノ\−タ装置9
にて、第4の走行用交流電動機44を補助機器用VVV
Fインバータ装置2にてそれぞれ駆動制御することによ
り、通常時に比し2でより大きな推進力が発生ずるので
、たとえば故障編成を登り勾配にてtt+進運転するこ
とも充分に可(七である。
なお、子連の如く切換装置3を切換えている間は補助機
器5の運転は停止されているか、ごのような事態は稀に
しか発牛廿ず、またその場合の時間も類H4間であるか
ら、運転乙こ支障が生しる膚はほとんどない。
なお、」二連の実施例では、4台の走行用交流電動機の
内の1台にり・1してのみ補助機器用シvvpインハー
ク装置2から給電可能な構成としているが、上記実施例
の如く走行用交流電動機旧〜44・\の給電もVシシF
インバータ装置にて行うのであれば、走行用シシV+?
インバータ装置つと補助機器用VVVFインバータ装置
2とを同期制御することにより、走行用交流電動機料〜
44に両VVVFインバータ装置2及び9の出力を同時
に給電する構成も可能である。
第2図は本発明の第2の実施例を示すブロック図であり
る。この実施例は、たとえば各走行用交流電動機41〜
44が接続されている各駆動輪の粘着特性に余裕がなく
、上述の第1の実施例を適用したのでは空転が発生ずる
膚がある場合等に有効な実施例である。
以下、本実施例の前記実施例との相違点に(−It)て
説明する。
本実施例の制御装置では、1輌の電動車に通常装備し得
る4台の電動機料〜44の他に、たとえば隣接して連結
されている付随車(通常は走行用電動機を装備していな
い車輌)にも第5の走行用交流電動IJ31(以下、補
助走行用電動機という)45を装備しておく。勿論、こ
の付随車に装備された補助走行用電動fi45には通常
の運転時には給電は行わないようにしておく。具体的に
は、この補助走行用電動機45は走行用VVVFインバ
ータ装置9とば接続せず、切換装置3が通常の状態から
切換えられた場合にのみ補助機器用VシVFインバータ
装置2の出力が与えられるように構成しである。
また本実施例では、走行用VVVFインバータ装置9の
出力は第1〜第4の走行用交流電動機1〜44に常時直
接与えられている。そして、切換装置3に補助機器用V
VVFインバータ装置2の出力がqえられていること、
及びこの9ノ換装置3の切換え動作により通常の運転時
には補助機器用VVVFインバータ装置2の出力は補助
機器5に与えられるごとは前述の実施例と同様であるが
、切換装置3が切換えられた場合には、前述の実施例と
は異なり、補助機器用VシVFインバータ装置2の出力
は補助走行用電動機45に与えられる。
従って、本実施例では、走行用VVVFインバータ装置
9の出力は常時第1〜第4の4台の走行用交流電動機4
1〜44に与えられているので、これらの各走行用交流
電動機41〜44の駆動力が非常運転時に増大されるこ
とはない。しかし、gJ換装置3を切換えることにより
、通常は補助機器5に給電されている補助機器用VVV
Fインバータ装置〃2の3相交流出力が、通常の運転時
には駆動されない補助走行用電動機45に与えられて走
行用電動機として駆動力を発生ずる。従って、前記実施
例同様に非常運転時には編成全体としての推進力が増加
され、また第1〜第4の走行用交流電動機41〜44が
空転する膚もない。
なお、上述の実施例はいずれも、誘導電動機にて車輪を
回転駆動する電気車を例として説明したが、誘導重り+
tJfflに代えてリニアモータを使用することも勿論
可能である。
更に、」二連の各実施例では、走行用交流電動機の給電
をVVVFインバータ装置にて行うようにしているが、
伯の交流電源装置でもよく、あるいは架空線に印加され
た交流を直接走行用交流電動機に給電する構成でもよい
。
〔効果〕
以上に説明した如く、本発明によれば、非常運転時には
補助機器用VVVFインバータ装置の出力を走行用交流
電動機に給電することにより、通常の運転時に比して編
成全体としてより大きな駆動力を発生し得るようにして
いるので、通常運転時に過大な装備を行うことなく、非
常運転時に必要な駆動力を保持することが可能になる。
従って、非常運転時に備えて過大な容量の走行用交流電
動機用電源を装備することも、走行用交流電動機を必要
以上に装備することも不必要であり、製造コメ1−1運
転コス]−の両面において経済的な電気車が実現される
。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すものであり、第1図は本発
明に係る電気車の制御装置の第1の実施例の構成を示す
ブロック図、第2図はその第2の構成を示すブロック図
である。 2・・・補助機器用シvvpインバータ装置  3・・
・切換装置  4(41〜44)・・・走行用交流電動
機5・・補助機器  6・・・補助機器制御指令装置7
・・・車輌制御指令装置  8・・・制御論理部9・・
・走行用VVVFインバータ装置  45・・・補助走
行電動機 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数の走行用交流電動機と、 これらの走行用交流電動機に給電する走行用電源と、 補助機器駆動用のVVVF(可変電圧可変周波数)イン
    バータ装置とを備えた電気車の制御装置において、 前記走行用交流電動機の一部または全部に前記VVVF
    インバータ装置または前記走行用電源のいずれかから給
    電すると共に前記VVVFインバータ装置から走行用交
    流電動機に給電される場合に前記VVVFインバータ装
    置から前記補助機器への給電を遮断するように切換える
    切換装置と、 該切換装置が前記走行用交流電動機の一部に前記VVV
    Fインバータ装置から給電するように切換えられている
    場合に、前記走行用電源にて給電されている走行用交流
    電動機に対する走行制御指令に対応して前記VVVFイ
    ンバータ装置の出力を制御する手段と を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。 2、走行用交流電動機は、誘導電動機である特許請求の
    範囲第1項記載の電気車の制御装置。 3、走行用交流電動機は、リニアモータである特許請求
    の範囲第1項記載の電気車の制御装置。 4、複数の走行用交流電動機と、 これらの走行用交流電動機に給電する走行用電源と、 補助機器駆動用のVVVF(可変電圧可変周波数)イン
    バータ装置とを備えた電気車の制御装置において、 前記VVVFインバータ装置のみにて給電される補助走
    行用交流電動機と、 前記VVVFインバータ装置にて前記補助機器または前
    記補助走行用交流電動機のいずれかに給電するように切
    換える切換装置と、 該切換装置が前記VVVFインバータ装置から前記補助
    走行用交流電動機に給電するように切換えられている場
    合に、前記走行用電源にて給電されている走行用交流電
    動機に対する走行制御指令に対応して前記VVVFイン
    バータ装置の出力を制御する手段と を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。 5、走行用交流電動機は、誘導電動機である特許請求の
    範囲第4項記載の電気車の制御装置。 6、走行用交流電動機は、リニアモータである特許請求
    の範囲第4項記載の電気車の制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03122243U (ja) * 1990-03-27 1991-12-13
JP2008067553A (ja) * 2006-09-08 2008-03-21 Fuji Electric Systems Co Ltd 車両用給電システム
JP2016185007A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 株式会社日立製作所 車両駆動システム

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