JPS633523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気車の制動回路、より詳細には、
主平滑リアクトルおよび主電動機の直列回路と、
逆導通形主サイリスタおよびこれに互いに直列の
リアクトルおよび可飽和リアクトルを有し、前記
直列回路に並列に接続されたチヨツパとを備えた
電気車の制動回路に関するものである。

この種の電気車の制動回路において、チヨツパ
に並列に、サイリスタおよび側路抵抗器から成る
直列回路を接続し、回生制動および発電制動を併
用するようにした制動方式が提案されている。第
１図は、かかる制動方式を行なう場合の回路構成
を示すものである。

第１図の回路においては、パンタグラフ１から
断流器２、高速度遮断器３、断流器４と充電抵抗
器５との並列接続回路およびフイルタリアクトル
６を介してフイルタコンデンサ７に至る電源部が
構成されている。フイルタリアクトル６およびフ
イルタコンデンサ７によりフイルタ８が形成され
ている。電機子１０およびこれに直列の界磁巻線
１１から成る主電動機９は、制動時には発電機と
して作用する。主電動機９には断流器１２、主平
滑リアクトル１３、および高速度遮断器１４が直
列に接続されている。高速度遮断器１４には限流
抵抗器１５が並列に接続されている。これら回路
部品９〜１５に対して、チヨツパ１６と、ブレー
キ用サイリスタ１７および側路抵抗器１８の直列
回路とがそれぞれ並列に接続されている。さらに
回路部品９〜１５はフリーホイーリングダイオー
ド１９を介してフイルタ８に接続されている。な
お、電動機電流を検出するために電機子１０に直
列に電流検出器２０が設けられ、電源側電圧を検
出するためにフイルタコンデンサ７に並列に抵抗
器２１を介して電圧検出器２２が接続されてい
る。

第１図の回路において、回生制動時に他の力行
車などの回生負荷が無くなつた場合には、回生電
流の行き先が無くなり、フイルタコンデンサ７の
電圧が上昇し、それが所定の過電圧値を超える
と、電圧検出器２２および図示していない保護装
置を介して高速度遮断器３がトリツプされて主回
路が開放され、回生制動は不可能となる。いつた
ん主回路が開放されると、ブレーキオフするまで
は、補足されたエアブレーキにより電気車は減速
する。主回路が開放された後で再び回生負荷が生
じても、いつたんブレーキオフして再ブレーキと
しない限り、もはや回生制動を期待することはで
きない。

このような不都合を回避するために、回生負荷
が無くなつてフイルタコンデンサ７の電圧が或る
一定値以上にまで上昇したら、サイリスタ１７を
点弧し、側路抵抗器１８を接続することにより電
動機制動電流を側路させてフイルタコンデンサ７
の電圧上昇を防止する方式が提案されている。こ
の方式によれば、チヨツパ１６がオフしたとき、
電動機電流はサイリスタ１７および側路抵抗器１
８を通して流れて減衰するので、定電流制御が可
能となり、安定なブレーキ作用を続行させること
ができる。発電制動中に回生負荷が生じ、フイル
タコンデンサ７の電圧が低下した場合は、サイリ
スタ１７をオフすることにより回生制動に戻すこ
とが可能である。

以上のように必要な時にいつでも回生制動から
発電制動へ、あるいは発電制動から回生制動へと
切換え可能な制御を行なうためには、チヨツパ１
６のオン期間中に、あるいはチヨツパ１６をオフ
すると同時に、何らかの方法でサイリスタ１７も
オフしておく必要がある。このための回路方式と
して第２図に示すチヨツパが知られている。

第２図のチヨツパ１６は、逆導通型の主サイリ
スタ１６１、可飽和リアクトル１６３および転流
リアクトル１６５から成る直列回路と、逆導通型
の補助サイリスタ１６２、可飽和リアクトル１６
４および転流コンデンサ１６６から成る直列回路
とを並列に接続したものから成つている。

第２図のチヨツパ１６は、主サイリスタ１６１
を転流させるための逆バイアスをブレーキ用サイ
リスタ１７にも印加し、主サイリスタ１６１がオ
フする時サイリスタ１７も同時にオフさせること
を意図した回路である。この回路によれば、転流
コンデンサ１６６の放電電流が主サイリスタ１６
１（通路１６７）とブレーキ用サイリスタ１７の
回路（通路１６８）の両方に分流することにな
り、本来の主サイリスタ１６１のみを転流すると
きに比べて転流能力が低下する。そのため、主サ
イリスタ１６１が転流失敗するおそれがある。

このような転流失敗を防止するためには、ブレ
ーキ用サイリスタ１７と主サイリスタ１６１の両
方を確実に消弧できるように転流定数を設計する
必要がある。このような観点から転流コンデンサ
１６６のキヤパシタンスを増加させることも考え
られるが、これは装置の大型化につながり、ま
た、転流電流の増大は転流損の増大につながるの
で、省エネルギーの観点からも望ましくない。さ
らにまた、転流能力を増すためには転流電流のピ
ーク値を増やすことになるが、これは主サイリス
タ１６１あるいは補助サイリスタ１６２の構成素
子の並列数にも影響し、使用素子の増加につなが
るので、大幅なコストアツプとなる。

以上のように第２図の回路方式は種々の問題点
を内在しているので、好ましい回路方式とは言い
難い。

これに対して、ブレーキ用サイリスタ１７を強
制的にオフさせるのではなく、主サイリスタ１６
１がオンした時にブレーキ用サイリスタ１７を自
然に消弧させる方式も考えられている。それを第
３図に示す。

第３図においては、ブレーキ用サイリスタ１７
と側路抵抗器１８との直列回路を主サイリスタ１
６１に対して直接に並列接続し、ブレーキ用サイ
リスタ１７と側路抵抗器１８との直列回路に生じ
る順電圧降下の差によりブレーキ用サイリスタ１
７に流れる電流をその保持電流以下にしてこれを
自然消弧させようとするものである。

しかし、第３図の回路は、上述のごとく主サイ
リスタ１６１がオンしたときブレーキ用サイリス
タ１７に流れていた電流が瞬時転流すれば、この
サイリスタ１７の電流が保持電流以下になり、こ
れを自然消弧させることが可能になるはずである
が、実際には側路抵抗器１８や配線などにインダ
クタンスが存在するので、主サイリスタ１６１側
への転流が瞬時には行なわれ得ない。したがつ
て、ブレーキ用サイリスタ１７の電流を保持電流
以下にすることができず、自然消弧は期待できな
い。

また、既に述べたように、回生制動から発電制
動に切換え、再度回生制動に戻すような場合、ブ
レーキ用サイリスタ１７をチヨツパ１６の周期以
内に必ず消弧させる必要がある。しかし、いつた
ん発電制動に切換えられた後は、ブレーキオフま
では回生制動に切換えず、発電制動のままにして
おく場合でも下記理由により必ずブレーキ用サイ
リスタ１７をオフにする必要がある。すなわち、
発電制動中にブレーキオフした場合において、フ
リーホイーリングダイオード１９（第３図）が２
個またはそれ以上のダイオード素子の直列接続体
から成つているときは、フイルタコンデンサ７の
電圧による電流が、フリーホイーリングダイオー
ド１９の各素子間の分担電圧均等化のために一般
的に並列に接続される均圧インピーダンス（通常
は抵抗）を通して、ブレーキ用サイリスタ１７に
流れ、フイルタコンデンサ７の電圧が放電により
或る程度まで低下するまでは、ブレーキ用サイリ
スタ１７に保持電流以上の電流が流れ、自然消弧
しないことがある、というのがそれである。

このような状態で力行運転に切換わると、ブレ
ーキ用サイリスタ１７がオン状態にあるままで力
行することになり、側路抵抗器１８を焼損するお
それがある。また、焼損に至らないように保護回
路を設けているときは、それが動作し、力行不能
となる。

以上のことから、第１図に示したような発電制
動回路を用いた場合は、ブレーキシステムのいか
んにかかわらず、ブレーキ用サイリスタはチヨツ
パ周期ごとに確実にオフさせる必要がある。

したがつて本発明の目的は、チヨツパにおける
主サイリスタをオフさせるための転流能力を低下
させることなく、チヨツパの周期ごとにブレーキ
用サイリスタを確実にオフさせることの可能な回
路を提供することにある。

本発明は、この目的を、従来の回路構成に大き
な変更を加えたり、大容量の部品を大量に追加し
たりすることなく、簡単な結線変更もしくは部品
の追加により、容易に達成したものであり、以
下、図面を参照して詳細に説明する。

第４図は本発明の第一の実施例を示すものであ
る。この実施例の特徴は、ブレーキ用サイリスタ
１７およびこれに直列の側路抵抗器１８がチヨツ
パ１６の主サイリスタ１６１およびこれに直列の
可飽和リアクトル１６３に対して並列に接続され
ていることにある。この回路構成によれば、主サ
イリスタ１６１を転流させるとき、可飽和リアク
トル１６３が飽和するまでの間サイリスタ１７に
逆圧を印加させておくことができ、転流周期に比
べれば可飽和リアクトル１６３の非飽和時間は短
いため、転流能力を低下させることはない。

第５図は、第４図における主サイリスタ１６１
と可飽和リアクトル１６３の相対位置を交換する
と共に、補助サイリスタ１６２と可飽和リアクト
ル１６４の相対位置を交換したものに相当する
が、これは直列回路内における配置順序の相違に
過ぎないので、回路機能上は第４図のものと同等
である。

第６図の実施例は、第４図の実施例を基本と
し、その側路抵抗器１８に、抵抗器２３とコンデ
ンサ２４との直列回路を並列に接続したものであ
る。この実施例は、第４図または第５図の実施例
に対して、サイリスタ１７に、より確実に逆圧を
印加させるようにしたものである。すなわち、サ
イリスタ１７が点弧し、発電制動となつたとき、
側路抵抗器１８の電圧をコンデンサ２４に保持し
ておき、主サイリスタ１６１を点弧させたとき、
電流が主サイリスタ１６１側に移行して可飽和リ
アクトル１６３が十分低インピーダンスになり、
サイリスタ１７の電流が減衰した後に、コンデン
サ２４が抵抗器２３を介してサイリスタ１７に逆
電圧を印加してこれを確実に消弧させるようにし
たものである。なお、抵抗器２３は、回路設計い
かんによつては不要になる場合もある。

第７図の実施例は、第４図の実施例を基本にし
ている点では第６図のものと同様であるが、第６
図のコンデンサ２４を、サイリスタ１７に対して
逆向きのダイオード２５に置換したものに相当す
る。この実施例は、可飽和リアクトル１６３の非
飽和時の電圧をダイオード２５および抵抗器２３
を通して、確実に逆圧としてサイリスタ１７に印
加させるようにしたものである。

第８図の実施例は、第３図の自然消弧方式を基
本とし、その側路抵抗器１８に、第６図と同様に
抵抗器２３およびコンデンサ２４の直列回路を並
列に接続したものに相当する。この実施例は、主
サイリスタ１６１が点弧し、電流が主サイリスタ
１６１側に移行しようとするときに、コンデンサ
２４の放電により、サイリスタ１７に抵抗２３を
介して逆圧を印加させるようにしたものである。
この場合も抵抗器２３は回路設計いかんにより不
要になる場合がある。

以上述べた第４〜８図の各実施例中、第６〜８
図のものはコンデンサ、抵抗器あるいはダイオー
ドの追加が必要であるが、特に小型軽量化を意図
する場合には第４図または第５図のものが追加部
品を必要としないので有利である。

以上述べたように本発明によれば、従来からの
回路構成に大きな変更を加えたり、大容量の部品
を大量に追加したりすることなく、簡単な結線変
更もしくは部品追加により、チヨツパにおける主
サイリスタをオフさせるための転流能力を低下さ
せることなく、チヨツパの周期ごとにブレーキ用
サイリスタを確実にオフさせることができる。し
たがつて本発明によれば、必要に応じていつでも
回生制動から発電制動に、あるいは発電制動から
回生制動に切換えることが可能になり、電気車の
合理的な制動制御を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用する電気車が制動運転
を行なつているときの回路結線を示す接続図、第
２図は、回生制動と発電制動を併用しているシス
テムにおける、従来のチヨツパ部分の回路構成を
示す接続図、第３図は、ブレーキ用サイリスタを
自然消弧させるようにした従来のチヨツパ部分の
接続図、第４図、第５図、第６図、第７図および
第８図は、それぞれ本発明によるチヨツパ部分の
異なる実施例を示す接続図である。 ８……フイルタ、９……主電動機、１３……主
平滑リアクトル、１６……チヨツパ、１６１……
主サイリスタ、１６３……可飽和リアクトル、１
６５……転流リアクトル、１７……ブレーキ用サ
イリスタ、１８……側路抵抗器、２４……コンデ
ンサ、２５……ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 逆導通形主サイリスタおよびこれに互いに直
   列の可飽和リアクトルおよび転流リアクトルを有
   する第１の直列回路と、前記逆導通形主サイリス
   タとは逆向きの逆導通形補助サイリスタおよびこ
   れに互いに直列の可飽和リアクトルおよび転流コ
   ンデンサを有する第２の直列回路とを並列に接続
   してなるチヨツパを並列に接続した主電動機に対
   して、制動時に自ら発生する制動電流を、フリー
   ホイーリングダイオードを介して直流電源に回生
   制動電流として流す手段と、ブレーキ用サイリス
   タを介して側路抵抗器に発電制動電流として流す
   手段とを備えた電気車の制動回路において、前記
   ブレーキ用サイリスタおよび側路抵抗器の直列回
   路を、前記逆導通形主サイリスタおよびこれに直
   列の可飽和リアクトルに対して並列に接続したこ
   とを特徴とする電気車の制動回路。 ２ 逆導通形主サイリスタおよびこれに互いに直
   列の可飽和リアクトルおよび転流リアクトルを有
   する第１の直列回路と、前記逆導通形主サイリス
   タとは逆向きの逆導通形補助サイリスタおよびこ
   れに互いに直列の可飽和リアクトルおよび転流コ
   ンデンサを有する第２の直列回路とを並列に接続
   してなるチヨツパを並列に接続した主電動機に対
   して、制動時に自ら発生する制動電流を、フリー
   ホイーリングダイオードを介して直流電源に回生
   制動電流として流す手段と、ブレーキ用サイリス
   タを介して側路抵抗器に発電制動電流として流す
   手段とを備えた電気車の制動回路において、前記
   ブレーキ用サイリスタおよび側路抵抗器の直列回
   路を、前記逆導通形主サイリスタおよびこれに直
   列の可飽和リアクトルに対して並列に接続し、さ
   らに前記側路抵抗器に、前記ブレーキ用サイリス
   タに対して逆向きのダイオードを並列に接続した
   ことを特徴とする電気車の制動回路。 ３ 逆導通形主サイリスタおよびこれに互いに直
   列の可飽和リアクトルおよび転流リアクトルを有
   する第１の直列回路と、前記逆導通形主サイリス
   タとは逆向きの逆導通形補助サイリスタおよびこ
   れに互いに直列の可飽和リアクトルおよび転流コ
   ンデンサを有する第２の直列回路とを並列に接続
   してなるチヨツパを並列に接続した主電動機に対
   して、制動時に自ら発生する制動電流を、フリー
   ホイーリングダイオードを介して直流電源に回生
   制動電流として流す手段と、ブレーキ用サイリス
   タを介して側路抵抗器に発電制動電流として流す
   手段とを備えた電気車の制動回路において、 前記ブレーキ用サイリスタおよび側路抵抗器の
   直列回路を、前記逆導通形主サイリスタもしくは
   これと可飽和リアクトルとの直列回路に対して並
   列に接続し、さらに前記側路抵抗器にコンデンサ
   を並列に接続したことを特徴とする電気車の制動
   回路。