JP3394197B2 - 電気車の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
流電動機を制御する電気車の制御装置及び制御方法に係
り、特に、電気車の制動制御に関するものである。
制動に切り換える際に、回生コンタクタの閉成状態が検
出された後すみやかに逆転制動用のチョッパ動作を開始
して過渡期間を短縮するものが知られている。特開平7
−46707号公報には、回生コンタクタの接点電圧を
取り込み、回生制動からプラギング制動に切り換える際
に、回生コンタクタが投入するまでの遅れ時間の間、メ
イントランジスタを極短時間オンさせて、その時の回生
コンタクタ接点電圧の電位をもとに回生コンタクタの投
入を検出し、しかる後にプラギング制動に移行するとい
う技術が開示されている。
は、回生制動からプラギング制動に移行する際は必ず回
生制動を一旦停止し、回生コンタクタ投入制御を行った
後、回生コンタクタが投入するまでの遅れ時間の間に極
短時間スイッチングをオンさせて回生コンタクタの投入
を検出するという手順となる。このため、回生コンタク
タの投入遅れ時間の数10msの間はメイントランジス
タが極短時間のスイッチングであるため、電動機にほと
んど通電しない(通電していても極短時間)状態が継続
する。この電動機に通電しない時間は、制動トルクが発
生せず車両は空走状態となる。この制動トルクが無い時
間は、回生制動からプラギング制動への切り換え中には
運転者には切り替えタイムラグと感じられ、切り替え時
のフィーリング低下になるものと考えられる。
ついて述べているが、回生コンタクタの接点電圧が検出
できない場合(配線の断線等)の動作については考慮さ
れていなかった。
制動への移行時に、制動トルクの落ち込みがない状態を
継続しつつ制御を切り換え、良好な切り換えフィーリン
グが得られるようにする電気車の制御装置及び制御方法
を提供することにある。
点電圧が配線断線等の要因により検出出来ない場合にお
いても、電気車の制御装置の動作を損なう事無く継続で
きるようにする電気車の制御装置及び制御方法を提供す
ることにある。
時の突入電流を最小限に抑え、切り換え時のショック低
減と回生コンタクタの接点損傷を最小限にする電気車の
制御装置及び制御方法を提供することにある。
と、該直流電動機の界磁巻線の接続を切り換えて界磁の
励磁方向を切り換える界磁切換手段と、前記直流電動機
に電力を供給する直流電源と、前記直流電源から供給さ
れる電力を前記直流電動機に流す電流を制御するスイッ
チング手段と、前記直流電源と前記直流電動機の電機子
との間に回生コンタクタを設置し、前記スイッチング手
段及び前記回生コンタクタを駆動制御する制御手段を備
え、前記直流電動機を力行、回生制動またはプラギング
制動のいずれかで運転するように構成した電気車の制御
装置において、前記直流電動機を回生制動からプラギン
グ制動に切り換える際に、前記回生コンタクタと前記電
機子間の電圧である回生コンタクタ接点電圧に基づき該
回生コンタクタの投入を検出し、該投入検出に伴い前記
スイッチング手段の駆動を停止してプラギング制動に移
行することを特徴とする。
直流電動機の界磁巻線の接続を切り換えて界磁の励磁方
向を切り換える界磁切換手段と、前記直流電動機に電力
を供給する直流電源と、前記直流電源から供給される電
力を断続して前記直流電動機に流す電流を制御するスイ
ッチング素子を有するスイッチング手段と、前記直流電
源のプラス端子と前記直流電動機の電機子との間に回生
コンタクタを設置接続し、前記スイッチング手段及び前
記回生コンタクタを駆動制御する制御手段を備え、前記
制御手段には演算手段を備え、前記演算手段より前記ス
イッチング手段の駆動信号を出力すると共に、前記演算
手段から駆動許可信号を発生し、前記スイッチング手段
への駆動信号は前記駆動信号と前記駆動許可信号の論理
積を取った信号により前記スイッチング手段を駆動し、
前記直流電動機を力行、回生制動またはプラギング制動
と制御するように構成した電気車の制御装置において、
前記回生コンタクタと前記電機子間の電圧である回生コ
ンタクタ接点電圧を演算手段に取り込み、前記回生コン
タクタ接点電圧に基づき回生コンタクタの投入を検出
し、前記直流電動機を回生制動からプラギング制動に切
り換える際に、回生制動を継続したまま前記回生コンタ
クタの投入処理を行い、前記回生コンタクタ投入までの
遅れ時間中も回生制動をし、前記回生コンタクタの投入
検出時は前記回生制動のスイッチング周期よりも早く前
記スイッチング手段の駆動を停止してプラギング制御に
移行することを行うことにより達成される。
ンタクタの前記回生コンタクタ接点電圧の検出は、回生
制動の打ち切り条件である回生制動時の前記スイッチン
グ素子のスイッチング通流率があるしきい値以上で、か
つ前記電動機の回生制動中の電流があるしきい値以下の
状態が成立してからを起点とし、前記回生コンタクタの
投入を検出するまでの期間に行うことにより達成され
る。
ンタクタの前記回生コンタクタ接点電圧の検出は、前記
回生制動時のスイッチング素子のスイッチング周期より
も早い周期で実行し、前記回生コンタクタの投入検出時
は前記演算手段からの前記駆動許可信号を操作すること
により、前記回生制動時のスイッチング素子のスイッチ
ング周期よりも早くスイッチング手段を停止することに
より達成される。
ンタクタの投入遅れ時間をあらかじめ前記直流電源の電
圧をパラメータとして記憶保持しておき、前記回生コン
タクタの投入制御開始時点からの時間を計測して前記直
流電源の電圧に基づく投入遅れ時間と比較し、投入遅れ
時間内に前記回生コンタクタの前記回生コンタクタ接点
電圧が検出出来ない場合に、投入遅れ時間の経過をもっ
て回生制動からプラギング制動に制御を切り換える事に
より達成される。
ンタクタの投入遅れ時間計測による動作切り替えは、前
記直流電源の電圧に対応する前記回生コンタクタの投入
遅れ時間である第一のしきい値と、前記直流電源の電圧
に対応する前記回生コンタクタの投入遅れ時間に対し所
定の待ち時間を加えた時間である第二のしきい値を持
ち、前記回生コンタクタの前記回生コンタクタ接点電圧
が検出出来ない場合には、前記第一のしきい値の時間経
過をもって回生制動のための前記スイッチング素子の駆
動を停止し、前記第二のしきい値の時間経過をもって回
生制動からプラギング制動に切り換える事により達成さ
れる。
流電動機の界磁巻線の接続を切り換えて界磁の励磁方向
を切り換える界磁切換手段と、前記直流電動機に電力を
供給する直流電源と、前記直流電源から供給される電力
を前記直流電動機に流す電流を制御するスイッチング手
段と、前記直流電源と前記直流電動機の電機子との間に
回生コンタクタを設置し、前記スイッチング手段及び前
記回生コンタクタを駆動制御する制御手段を備え、前記
直流電動機を力行、回生制動またはプラギング制動のい
ずれかで運転するように構成した電気車の制御装置によ
る制御方法において、前記直流電動機を回生制動からプ
ラギング制動に切り換える際に、前記回生コンタクタと
前記電機子間の電圧である回生コンタクタ接点電圧に基
づき該回生コンタクタの投入を検出し、該投入検出に伴
い前記スイッチング手段の駆動を停止してプラギング制
動に移行することにある。
制動への移行時に、切り換えの無駄時間に伴う制動トル
クの落ち込みが無く動作を切り換えることができ、切り
換えフィーリング向上、切り換え時のショック低減、回
生コンタクタの接点損傷低減を図ることができる。
気車の制御装置の実施例を説明する。図1は、本発明の
実施例になる電気車の制御装置の基本構成を示す図であ
る。電気車の制御装置には、直流電源1と、直流電源1
のプラス側にフライホイルダイオード2、プラギングダ
イオード3、回生コンタクタ4、回生抵抗5を接続して
おり、回生コンタクタ4には電動機11の電動機電機子
6を接続している。プラギングダイオード3は回生コン
タクタ4と電動機電機子6に並列に接続している。回生
抵抗5には回生用半導体7を接続しており、回生用半導
体7は同時に電動機電機子6に接続している。電動機界
磁巻線8は、先に述べたプラギングダイオード3、電動
機電機子6、回生用半導体7に接続した前進コンタクタ
9、後進コンタクタ10の間に接続しており、前進コン
タクタ9と後進コンタクタ10を互い違いに投入するこ
とにより、電動機界磁巻線8に通電する方向を切り換
え、電動機界磁巻線8の励磁方向を切り換えて電動機1
1の回転方向を制御する。前進コンタクタ9、後進コン
タクタ10の接続点と直流電源1のマイナス側の間に
は、スイッチング半導体12を接続しており、このスイ
ッチング半導体12により電動機11に通電する電流を
スイッチングして制御する。直流電源1のマイナス側か
ら電動機電機子6と回生コンタクタ4の間には、回生ダ
イオード13を接続している。
御する。制御手段14の演算手段15は、力行、回生等
の運転時電動機の駆動信号を生成する機能を持つ走行制
御部15Aと、回生制動からプラギング制動への切り換
え等制動運転を制御する機能を持つ制動モード制御部1
5Bとを内蔵している。なお、走行制御部15Aと制動
モード制御部15Bの機能の分担は必要に応じて決める
ことが出来る。以下の説明における、演算手段15内の
走行制御部15Aと制動モード制御部15Bの機能分担
は、あくまでも便宜的なものであり、これらを実現する
実際の演算処理回路あるいはコンピュータプログラムに
おいては、両者の構成を細部にわたって区分することは
あまり意味がない。
セル装置23と前後進選択手段24の信号に基づき電動
機11を駆動制御するための半導体駆動信号16を発生
する。同時に、演算手段15は駆動許可信号19も生成
し、駆動ゲート18に半導体駆動信号16と駆動許可信
号19を入力し、半導体駆動信号16と駆動許可信号1
9の論理積をとった出力をスイッチング信号17として
出力して、スイッチング半導体12を駆動する。演算手
段15は回生用半導体7を駆動する回生半導体駆動信号
20を生成出力する。電動機電機子6と回生コンタクタ
4間の接続点の電圧は、回生コンタクタ接点電圧21と
して演算手段15に取り込むように構成している。前進
コンタクタ9、後進コンタクタ10及び回生コンタクタ
4は、演算手段15からの信号にもとづいて各コンタク
タの励磁コイルを励磁し、各コンタクタを投入、開放す
る動作を行うように構成している。
れた状態で、前後進選択手段24を操作して前進方向を
選択し、アクセル装置23を踏み込んだ場合に、演算手
段15は前進コンタクタ9の接点をAf側に投入してス
イッチング半導体12をスイッチングし、電動機11に
電流を通電して電動機11にトルクを発生させ、電気車
の駆動を行う。
手段24を後進に切り替えた場合、演算手段15は、前
進コンタクタ9の接点を開放し、後進コンタクタ10の
接点をAr側に投入する、いわゆるスイッチバック動作
を行う。この時、演算手段15は電動機11が回生制動
実行可能かどうかを判断し、回生制動実行可能と判断し
た場合には回生コンタクタ4を開放し、回生用半導体7
をオンする動作を行う。回生用半導体7をオンすること
によって、直流電源1から回生抵抗5を通して電機子界
磁巻線8に電流が流れ、電動機電機子6に起電力が発生
する。電動機電機子6の起電力がある一定以上になると
回生ダイオード13に電流が流れ、電動機電機子6→後
進コンタクタ10→スイッチング半導体12→回生ダイ
オード13の間で電流が流れる。この時にスイッチング
半導体12をオフすると、それまでスイッチング半導体
12にながれていた電流はフライホイルダイオード2を
通して直流電源1→回生ダイオード13→電動機電機子
6→後進コンタクタ10→電動機界磁巻線8の経路で流
れ、この直流電源1への帰還電力により回生制動が行わ
れ、電動機11は制動トルクを発生して電気車を制動す
る。
転は低下し、電動機11は回転が低下するに従い起電力
が低下してくることになるが、演算手段15は電流検出
手段25により電動機11の電流を検出して、その電流
すなわち電動機11の起電力に合わせて、回生制動中の
電流を可能な限り一定に保つようにスイッチング半導体
12の通電時間である通流率を可変制御し、回生制動力
を保つようにする動作を行う。
ると、電動機電機子6の起電力は低下し、帰還電力すな
わち電動機11の電流が低下して制動力が低下し、通流
率がある一定以上になっても電動機11の電流が低下し
てくることとなる。そこで、演算手段15の制動モード
制御部15Bは、スイッチング半導体12をスイッチン
グする通流率がある一定以上で、電動機電機子6に流れ
る電流がある一定レベル以下になった場合には回生制動
を終了すべきと判断する。回生制動を終了すべきと判断
したら、演算手段15は回生コンタクタ4を投入すべく
回生コンタクタの投入制御を行う。
ら、実際に回生コンタクタ4の接点が閉じるまでには遅
れ時間が存在し、すぐに回生コンタクタ4の接点は閉じ
ない。この遅れ時間の間、演算手段15は回生制動のた
めのスイッチング半導体12のスイッチングを継続して
行う。この時、回生コンタクタ4が投入する前に演算手
段15に取り込まれる回生コンタクタ接点電圧21は、
スイッチング半導体の通流率が100%近い通流率であ
るため、直流電源1のマイナス電位と等しいレベルの電
圧となる。
経過して回生コンタクタ4が投入し接点が閉じると、回
生コンタクタ接点電圧21は直流電源1のプラス電位と
等しくなり、回生コンタクタ4の接点が投入されたこと
が演算手段15で検知できる。ここで制動モード制御部
15Bは直ちに駆動許可信号19をローレベルに切り換
える。この動作で駆動ゲート18に入力している半導体
駆動信号16は直ちに遮断されることとなり、スイッチ
ング半導体12を駆動するスイッチング信号17が直ち
に停止される。制動モード制御部15Bは、しかる後に
プラギング制動のための動作に移行し、半導体駆動信号
16の通流率を0%に戻し、駆動許可信号19をハイレ
ベルに戻した後、プラギング制動用の通流率を発生して
スイッチング信号17を出力する。このスイッチング信
号17によってスイッチング半導体12が駆動され、電
動機界磁巻線8には電動機11を逆転させるための界磁
が発生し、電動機11を制動する制動力が発生してプラ
ギング制動が行われる。
ード制御部15Bは、回生コンタクタ4が投入する直前
まで回生制動を継続することとなり、回生コンタクタ4
が投入した後にはすみやかにプラギング制動に移行する
ことができ、回生コンタクタ4が投入するまでの遅れ時
間の間も電動機11には電流が継続して流れ、電動機1
1は制動トルクを発生し続ける動作となるので、回生制
動からプラギング制動の切り換えによる制動トルク低下
に起因するタイムラグを最小限にでき、切り替えフィー
リングを損なうことなく回生制動からプラギング制動へ
の動作移行を行うことが出来る。
からプラギング制動移行時の、回生コンタクタ4の投入
時の動作を示したものである。回生制動時、特に回生制
動が終了する直前は、電動機11の回転数が低下してい
るため、電動機11の起電力を高めるためにスイッチン
グ半導体12の通流率を100%近くにまで大きくして
いる。やがて回生制動を終了すべきと演算手段15が判
断した時点で、演算手段15の制動モード制御部15B
は回生コンタクタ4を投入するために回生コンタクタ投
入信号を発生する。同時に回生コンタクタ4の回生コン
タクタ接点電圧21の検出処理の実行を開始する。この
回生コンタクタ接点電圧21の検出処理は、回生制動の
スイッチング信号周期tdよりも十分に早い(短い)周
期で検出実行を繰り返す。
と、回生コンタクタ接点電圧21は直流電源1のプラス
電位と同レベルに達し、演算手段15の制動モード制御
部15Bで回生コンタクタ4の投入を検知する。回生コ
ンタクタ4の投入検知によって、先に述べた駆動ゲート
18への駆動許可信号19をローレベルにして、回生制
動時のスイッチング信号17を停止する。このスイッチ
ング信号停止処理は、回生コンタクタ接点電圧21を検
出する処理と同じタイミング、周期で行うため、回生ス
イッチング信号の周期tdよりも早い周期であるので、
実際の回生制動時のスイッチング信号17は通常のスイ
ッチング信号17の周期tdのサイクルで停止するので
はなく、回生コンタクタ4が検出できた時点Aで停止す
る。このように、スイッチング信号17の停止時点は、
必ずスイッチング周期tdより短くなることになる。
を周期tdで継続している場合、回生コンタクタ4の投
入を検知しても実際にスイッチング信号17が停止とな
るのは図2中のB点の位置である。このため、回生コン
タクタ4が投入してからスイッチングが停止するまでの
間には、プラギング制動に主回路が切り替わったまま回
生制動時のスイッチング信号で動作してしまう状態が生
じるため、プラギング電流が大きく(図2中のIL2の
レベル)にまで立ち上がる動作が想定される。しかしこ
のIL2のレベルが大きくなりすぎると回生制動からプ
ラギング制動に移行するときのショック発生の要因とな
り、また、プラギングダイオード3の容量を越えてしま
う場合には素子の耐量にも問題が生じる。
で回生コンタクタ4の投入検出後に直ちにスイッチング
を停止するようにした場合、スイッチング信号17の停
止位置はB点ではなくA点となり、回生コンタクタ4が
投入してから早い時間でスイッチング信号17を停止す
ることができ、プラギング電流はIL1のレベルに抑制
されることとなって、回生制動からプラギング制動に移
行するときのショックを抑制でき、回生コンタクタ4の
接点保護とプラギングダイオード3の耐量超過抑止の効
果を得ることができる。同時に回生制動からプラギング
制動に移行するまでの間の無駄時間をゼロにすることが
可能となり、回生制動からプラギング制動へ移行する際
のフィーリング向上が図れる。
る電気車の制御装置の、回生制動からプラギング制動へ
の移行時の動作タイムチャートである。回生制動動作中
には、制動力が発生しているので通常は電動機11の回
転が低下していく。この時演算手段15の制動モード制
御部15Bは回生制動の制動力、すなわち電動機11の
電流を一定に維持すべく、電動機11の回転低下に応じ
てスイッチング信号17の通流率を上昇させていく。や
がて通流率が100%近くのレベルRBdにまで達する
と、演算手段15はスイッチング通流率がRBdに達し
た後も回生制動を継続するが、電動機11の電流は維持
されなくなり電動機11の起電力低下に伴い低下し、や
がてIsのレベルにまで低下する。演算手段15の制動
モード制御部15Bは、このスイッチング通流率RBd
と電動機11の電流Isを検出し、回生制動の終了を判
断する。
手段15は直ちに回生コンタクタ4の投入信号を発生
し、回生コンタクタ4を投入を実行する。しかし回生コ
ンタクタ4の接点が実際に閉じるまでは投入遅れ時間Δ
trbが存在する。
回生制動を継続、すなわち回生制動のためのスイッチン
グ半導体12の駆動を通流率RBdのレベルで継続す
る。同時にこの間にタイマを加算し、投入遅れ時間を計
測する。投入遅れ時間Δtrbが経過したのち、回生コ
ンタクタ4の接点が閉じると、演算手段15は図2で述
べた方法により回生制動のスイッチング信号17の発生
を停止し、プラギング制動に移行する。プラギング制動
中に電動機11の回転方向が反転した場合、通常の力行
制御に移行していく。
御装置における、回生コンタクタ投入検出不可の場合に
おける回生制動からプラギング制動移行の動作タイムチ
ャートを示したものである。図3で説明したように、回
生制動が継続されてスイッチング半導体12の通流率が
RBd、電動機11の電流がIs以下のレベルになり回
生コンタクタ4の投入を開始すると、同時にスイッチン
グ停止遅延タイマのカウントを開始する。ここで図3の
動作例で説明した通り、回生コンタクタ4の回生コンタ
クタ接点電圧21を検出しつつ回生コンタクタ4が投入
されるまで回生制動を継続するが、回生コンタクタ4の
回生コンタクタ接点電圧21が、配線の断線等で検出出
来ない場合もある。この場合には、回生コンタクタ4の
投入が検知出来ないことになるので、何も行わない場合
には回生制動を終了してプラギング制動に移行する条件
が成立しないことになる。
までスイッチング停止遅延タイマのカウントを継続す
る。やがてスイッチング停止遅延タイマの値がtd1の
レベルに達した場合、演算手段15の制動モード制御部
15Bは回生コンタクタ4の接点の投入検出が何らかの
要因で不可であるとみなし、一旦回生制動のためのスイ
ッチング信号17の出力を駆動許可信号19をローレベ
ルにすることにより停止する。この時間レベルtd1
は、実際の回生コンタクタ4の投入時間より長めに設定
し、かつ直流電源1の電源電圧に応じて可変する値であ
る。通常、時間td1が経過するまでの間には回生コン
タクタは投入しているはずであるので、プラギング電流
が立ち上がってしまうが、この場合には時間td1に達
するとスイッチングはオフするので、直ぐに電流は減衰
する。その後もスイッチング停止遅延タイマはカウント
を継続し、時間がtd2に達したら、回生制動を打ち切
ってプラギング制動に移行すべきと判断し、プラギング
制御に移行する。
ので、プラギング制御に移行すればプラギング電流が立
ち上がってプラギング制動状態となり、プラギング制動
が実行される。このような動作とすることにより、回生
コンタクタ4の回生コンタクタ接点電圧21が断線等で
検出出来ない場合でも、回生制動からプラギング制動へ
の移行を行うことが可能となり、電気車の稼働を継続し
て行うことができる。
中心とした演算手段15による、回生コンタクタ4の投
入検出及び付帯処理を示すフローチャートである。処理
(1)でまず現在の動作が回生制動中かどうかを判定す
る。回生制動中で無ければ回生コンタクタ4の投入検出
は不要なので、(12)の処理に進み、駆動許可信号1
9をハイレベルとし、スイッチング停止遅延タイマをク
リアして処理を終了する。処理(1)で回生制動中であ
ると判断した場合、処理(2)においてスイッチング信
号の通流率をチェックし、スイッチング通流率がRBd
以下である場合にはまだ回生制動は継続可能であると判
断し、処理(12)の方に進み回生制動を継続する。ス
イッチング通流率がRBd以上である場合には電動機1
1の起電力が低下してきている状態を演算手段15の制
動モード制御部15Bが検知して通流率を大きくしてい
る状態であるので、次に処理(3)に進み電動機11の
電流すなわち回生電流のレベルをチェックする。回生時
の電動機電流がIs以上であるならば処理(12)に進
み回生制動継続、電動機電流がIs以下なら処理(4)
に進む。処理(4)に進んだ場合はスイッチング通流率
と電動機電流からすでに回生制動終了とすべき状態なの
で、背演算手段15の制動モード制御部15Bは回生コ
ンタクタ4の投入処理を行う。
点電圧21の取り込みを行う。処理(6)で回生コンタ
クタ接点電圧21のレベルをチェックし、電圧があるし
きい値以上であれば投入、しきい値以下であれば非投入
と判断する。非投入と判断した場合、回生制動を継続す
べく駆動許可信号19のレベルをハイレベルに保持し、
回生制動のためのスイッチング信号出力を継続するとと
もに、この時点では回生コンタクタ4の投入を待ってい
る状態としてスイッチング停止遅延タイマを処理(1
1)で加算し、処理を終了する。一方処理(6)で回生
コンタクタ4が投入したと判断した場合は、処理(7)
に進み駆動許可信号19のレベルをローレベルにし、ス
イッチング信号の出力、すなわちスイッチング半導体1
2の動作の停止を行い、スイッチング停止遅延タイマを
処理(8)でクリアし、処理(9)で回生制動からプラ
ギング制動へと移行する手続きを行う。回生制動からプ
ラギング制動への移行手続きを行うことによって動作モ
ード自体も回生モードからプラギングモードに移行する
こととなり、次回の処理(1)実行時の動作モードは回
生制動ではなくプラギング制動なので、処理(12)に
進むことになり、回生コンタクタ4の投入の検出処理自
体は不必要に行われないようになる。
回生制動終了からプラギング制動移行までの間に、回生
コンタクタ4の投入遅れ時間の間も回生制動の制御が継
続的に行われるようになるとともに、回生コンタクタ4
の投入を検出した場合には投入検出タイミングに対し遅
れなくスイッチング信号を停止してプラギング制動に移
行できるようになるので、フィーリングを損なうことな
く回生制動からプラギング制動に移行することができ
る。
心とした演算手段15による、回生コンタクタ投入検出
不能時の回生コンタクタ4の投入検出及び付帯処理の他
の例を示すフローチャートである。まず処理(14)で
動作モードを判別し、回生制動でない場合は処理(2
5)に進み駆動許可信号19をハイレベルにし、スイッ
チング出力を継続して、処理(26)でスイッチング停
止遅延タイマをクリアし、処理を終了する。処理(1
4)で動作モードが回生制動であった場合、スイッチン
グの通流率を処理(15)でチェックし、通流率がRB
d未満ならばまだ回生制動継続と判断し処理(25)に
進み、通流率がRBd以上ならば処理(16)に進む。
処理(16)で回生制動中の電動機11の電流をチェッ
クし、電動機11の電流がIs以上であればまだ回生制
動継続可能と判断して処理(25)へ、Is未満であれ
ば処理(17)に進む。この処理(15)から処理(1
6)の判定が、回生制動の終了または継続の判定とな
る。
条件が成立していることになるので、回生コンタクタ4
を投入すべく投入制御を行う。次に処理(18)で回生
コンタクタ接点電圧21を取り込み回生コンタクタ4の
投入を検出する。処理(19)では回生コンタクタ接点
電圧21の電圧をもとに投入判定を行い、回生コンタク
タ4が投入していると判別した場合処理(22)に分岐
する。処理(22)では、回生コンタクタ4投入後に直
ちにスイッチング信号を遮断するために、駆動許可信号
19をローレベルとし、スイッチング出力を停止する。
処理(23)でスイッチング停止遅延タイマをクリア、
処理(24)で回生制動からプラギング制動への移行手
続きを行って処理を終了する。この処理(24)の移行
手続きにより、次回の処理(14)の判定で、動作モー
ドはプラギング制動モードとなっているため、処理(1
5)以降の処理は通過しないことになる。
クタ4が投入していないと判断した場合は処理(27)
に進む。処理(27)では、スイッチング停止遅延タイ
マの値と遅延比較値td1との比較を行う。スイッチン
グ停止遅延タイマが遅延比較値td1以下である場合、
まだ回生コンタクタ4の投入遅れ待ち時間内であると判
断し、処理(28)でスイッチング停止遅延タイマを加
算するとともに処理(29)で駆動許可信号19をハイ
レベルとし、スイッチング出力を継続する。処理(2
7)でスイッチング停止遅延タイマ値が遅延比較値td
1に達している場合は、すでに回生コンタクタ4の投入
遅れ待ち時間が経過しても回生コンタクタ4の回生コン
タクタ接点電圧21が検出出来ない状態にあると判断
し、処理(20)に進んで駆動許可信号19をローレベ
ルとしスイッチング出力を停止する。次の処理(21)
では、さらにスイッチング停止遅延タイマと遅延比較値
td2を比較し、スイッチング停止遅延タイマが遅延比
較値td2未満であるならば、スイッチング停止を継続
したまま処理(30)でスイッチング停止遅延タイマの
み加算し、処理を終了する。
ド移行手続きが行われないので、動作モードは回生制動
のまま保持される。処理(21)でスイッチング停止遅
延タイマが遅延比較値td2以上になっている場合は、
投入遅れ時間よりもさらに長い時間回生コンタクタ4の
投入を待っていたにもかかわらず投入が検出できなかっ
たということになるので、回生制動を終了すべきと判断
し処理終了を行う。終了処理は処理(23)に進みスイ
ッチング停止遅延タイマをクリア、処理(24)で回生
制動からプラギング制動に動作モードを移行することで
終了する。
の回生コンタクタ接点電圧21の信号ライン断線等によ
り回生コンタクタ4の投入が検出できない場合に、回生
コンタクタ4の投入制御開始から遅延比較値td1の時
間の経過をもってまず回生スイッチングを停止し、さら
に遅延比較値td2の時間で回生制動動作を終了して動
作モードを移行するという手続きになる。このことによ
って、先に述べた断線等の異常時にも複雑な手続きなく
回生制動からプラギング制動に移行することができ、信
号ラインに何らかの異常がある場合であっても、電気車
の制御装置の動作を継続することが可能となる。
グ制動への移行時に、無通電の無駄時間が無く制動トル
クの落ち込みがない状態を継続しつつ制御を切り換えら
れるので、良好な切り換えフィーリングが得られるよう
になる。また、回生コンタクタの接点電圧が配線断線等
の要因により検出出来ない場合においても、電気車の制
御装置全体の性能を損なう事無く動作を継続できるよう
になる。また、回生制動中のスイッチング周期よりも早
い周期で回生コンタクタの投入を検出し、スイッチング
周期よりも早いタイミングでスイッチング手段の駆動を
停止することによって、回生コンタクタ投入時の突入電
流を最小限に抑え、切り換え時のショック低減と回生コ
ンタクタの接点損傷も最小限にすることができる。
本構成を示した図である。
了からプラギング制動移行時の回生コンタクタ4の投入
時の動作を示した図である。
らプラギング制動への移行時の動作タイムチャートを示
した図である。
クタ投入検出不可の場合における回生制動からプラギン
グ制動移行の動作タイムチャートを示した図である。
による、回生コンタクタの投入検出及び付帯処理を示す
フローチャートである。
による、回生コンタクタ投入検出不能時の回生コンタク
タの投入検出及び付帯処理の他の例を示すフローチャー
トである。
子、8…電動機界磁巻線、9…前進コンタクタ、10…
後進コンタクタ、11…電動機、12…スイッチング半
導体、14…制御手段、15…演算手段、15A…走行
制御部、15B…制動モード制御部、16…半導体駆動
信号、17…スイッチング信号、18…駆動ゲート、1
9…駆動許可信号、21…回生コンタクタ接点電圧、2
3…アクセル装置、24…前後進選択手段
Claims (5)
- 【請求項1】直流電動機と、前記直流電動機の界磁巻線
の接続を切り換えて界磁の励磁方向を切り換える界磁切
換手段と、前記直流電動機に電力を供給する直流電源
と、前記直流電源から供給される電力を前記直流電動機
に流す電流を制御するスイッチング手段と、前記直流電
源と前記直流電動機の電機子との間に回生コンタクタを
設置し、前記スイッチング手段及び前記回生コンタクタ
を駆動制御する制御手段を備え、前記直流電動機を力
行、回生制動またはプラギング制動のいずれかで運転す
るように構成した電気車の制御装置において、前記制御手段は、 前記直流電動機を回生制動からプラギ
ング制動に切り換える際に、前記回生コンタクタの投入
信号オン時以降前記回生コンタクタと前記電機子間の電
圧である回生コンタクタ接点電圧を前記スイッチング手
段のスイッチング周期よりも短い周期で検出し、前記接
点電圧により前記回生コンタクタの投入を検出するまで
前記スイッチング手段への駆動信号を継続して出力し、
前記回生コンタクタの投入を検出したとき、前記スイッ
チング手段の駆動を停止してプラギング制動に移行する
ことを特徴とした電気車の制御装置。 - 【請求項2】直流電動機と、前記直流電動機の界磁巻線
の接続を切り換えて界磁の励磁方向を切り換える界磁切
換手段と、前記直流電動機に電力を供給する直流電源
と、前記直流電源から供給される電力を断続して前記直
流電動機に流す電流を制御するスイッチング素子を有す
るスイッチング手段と、前記直流電源のプラス端子と前
記直流電動機の電機子との間に回生コンタクタを設置接
続し、前記スイッチング手段及び前記回生コンタクタを
駆動制御する制御手段を備え、前記制御手段には演算手
段を備え、前記演算手段より前記スイッチング手段の駆
動信号を出力すると共に駆動許可信号を発生し、前記ス
イッチング手段への駆動信号は前記駆動信号と前記駆動
許可信号の論理積を取った信号により前記スイッチング
手段を駆動し、前記直流電動機を力行、回生制動または
プラギング制動と制御するように構成した電気車の制御
装置において、前記制御手段は、 前記回生コンタクタと前記電機子間の
電圧である回生コンタクタ接点電圧を演算手段に取り込
み、前記回生コンタクタ接点電圧に基づき前記回生コン
タクタの投入を検出し、前記直流電動機を回生制動から
プラギング制動に切り換える際に、回生制動を継続した
まま前記回生コンタクタの投入処理を行い、前記回生コ
ンタクタが投入されるまで回生制動をし、前記回生コン
タクタの投入が検出された時は前記回生制動のスイッチ
ング周期を待たずに前記スイッチング手段の駆動を停止
してプラギング制動に移行制御をおこなうことを特徴と
した電気車の制御装置。 - 【請求項3】請求項1において、前記回生コンタクタ接
点電圧の検出の開始は、回生制動時における前記スイッ
チング素子のスイッチング通流率があるしきい値以上
で、かつ前記電動機の回生制動中の電流があるしきい値
以下の状態が成立したときとし、前記回生コンタクタ接
点電圧の検出は前記回生コンタクタの投入を検出するま
で行うことを特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項4】請求項1において、前記回生コンタクタ接
点電圧の検出は、回生制動時の前記スイッチング素子の
スイッチング周期よりも短い周期で実行し、回生コンタ
クタ接点電圧により前記回生コンタクタの投入を検出し
た時、前記回生制動時のスイッチング素子のスイッチン
グ周期よりも短い回生コンタクタ接点電圧の検出周期に
よりスイッチング手段のスイッチングを停止することを
特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項5】 直流電動機と、前記直流電動機の界磁巻線
の接続を切り換えて界磁の励磁方向を切り換える界磁切
換手段と、前記直流電動機に電力を供給する直流電源
と、前記直流電源から供給される電力を前記直流電動機
に流す電流を制御するスイッチング手段と、前記直流電
源と前記直流電動機の電機子との間に回生コンタクタを
設置し、前記スイッチング手段及び前記回生コンタクタ
を駆動制御する制御手段を備え、前記直流電動機を力
行、回生制動またはプラギング制動のいずれかで運転す
るように構成した電気車の制御装置による制御方法にお
いて、 前記回生コンタクタ接点電圧の検出を回生制動時におけ
る前記スイッチング手段のスイッチング通流率があるし
きい値以上で、かつ前記電動機の回生制動中の電流があ
るしきい値以下の状態が成立したときから開始するとと
もに前記スイッチング手段への駆動信号を継続して出力
し、前記接点電圧の検出周期は前記スイッチング周期よ
りも短い周期で検出し,前記接点電圧の検出電圧から回
生コンタクタの投入が検出されるまで前記スイッチング
手段の駆動を継続し、前記検出電圧によりコンタクタの
投入が検出されたとき前記スイッチング手段の駆動を停
止し、前記接点電圧の検出周期にしたがってプラギング
制動への移行制御をおこなうことを特徴とする電気車の
制御方法。
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