JPH03256505A - 電気車制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、例えばディーゼルエンジンのような内燃機
関によって主発電機と励磁機とを駆動し、主発電機の発
生電力を直流主電動機に供給して車両を駆動する方式の
電気車制御装置に関する。

（従来の技術） 例えば、ディーゼル電気車と呼ばれるエンジン電気車で
は、直流直巻電動機を駆動用主電動機としている。この
主電動機に給電するための主発電機には、車両の起動に
際しては大きな牽引力を出し得るように低電圧、大電流
を発生し、車両の速度が上昇するに伴なって電圧を上げ
、且つ電流を減らす制御が行なえることが要求される。

しかも、車両の走行中には、その全速度領域でエンジン
出力を最大限に利用することが望ましいため、主発電機
の入力が常にエンジンの最大出力とほば等しくなるよう
な特性が求められ、このような要望に応えるために従来
がら種々の励磁方式が提案されている。

第５図は、このような電気車制御装置の従来例を示して
おり、ディーゼルエンジン（図示せず）によって駆動さ
れる回転界磁型主発電ｗｔ１は、同一軸上に設置された
励磁機２の出力により励磁されるようになっている。

そして励磁機２は、バッテリ３を電源とする回転電機子
型の交流発電機であり、その交流出力を、同一回転軸上
に設置した回転整流器４により直流に変換して主発電機
１の回転界磁５を励磁するようになっている。

また、バッテリ３により励磁される励磁機２の界磁巻線
６とバッテリ３との間には、エンジンのガバナー（図示
せず）により制御される可変抵抗値のロードレギュレー
タ７が挿入されている。このロードレギュレータ７の抵
抗値の調整によって、主発電機１の交流出力を、主整流
器８により直流に変換した後の主発電機出力電力Ｗｇ　
（Ｉｇ■　）がほぼ一定となるように調整している。

このときの主整流器８の出力電圧Ｖ　及び負荷電流Ｉ　
の関係は第６図に示すようなものとなり、使用領域のほ
ぼ全体に渡ってＶ　・１　崎一定と２ｇ なっている。

しかしながら、この主発電機１の出力特性に直巻主電動
機９を接続しただけでは、狭い範囲の速度領域でしかエ
ンジンの出力が牽引力として発生しない。そのため、一
般的には第５図に示すように主電動機９の直巻界磁巻線
１０に並列に弱め抵抗１１を接触器１２を介して接続し
、ある速度Ｖまで全界磁（Ｆ　Ｆ）で運転し、速度■に
到達したときに主電動機９の直巻界磁巻線１０に流れる
電流を弱め抵抗１１に分流させ、弱め界磁（ＷＦ）とな
るように制御している。

このような制御により、第７図及び第８図に示すように
、直巻界磁巻線１０に流れる電流は、弱め抵抗１１に流
れる分流分がプラスされるため、主電動機９に流れる全
電流の制御幅を大きくすることができ、より広い範囲で
エンジン出力を有効に牽引力に転換することができるよ
うになっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の電気車制御装置にあっ
ても、次のような問題点があった。

すなわち、第７図に示すように、速度■において弱め抵
抗１１を投入した時に主電動機９の電流増加するが、こ
の時の速度Ｖにおける安定した電流だけを見るならば、
主電動機９の牽引力は弱め界磁となる前後で同一となっ
ている。ところが、ごく短時間の過渡現象として見ると
きには、この主電動機９のトルクは変動したものとなっ
ている。

つまり、第９図に過渡的な現象について示しであるが、
同図（ａ）に示すように時刻ｔ１で弱め抵抗１１が投入
されたとすると、同図（ｂ）に示すように主電動機雷流
１　は比較的短時間Ｔ１（−数１０ｍ５程度）で上昇し
て安定する。しかし、同図（ｃ）に示すように、主発電
機１の出力電圧Ｖ　は主電動機電流１　の変化を受けて
負荷ａ が増加したことによるエンジン回転数の微小変化をガバ
ナーが感知してロードレギュレータ７を調整し、励磁ａ
！２の界磁巻線６に流れる電流を変化させるようにして
いる。したがって励磁機２の出力電圧を変化させ、主電
動機１の回転界磁５に流れる電流を調整するという機械
的、電気的な遅れ要素が幾重にも重なっているため、安
定するまでにかなりの時間Ｔ２　（数１００ｍ５〜ＩＳ
程度）を要している。

この結果として、電圧が低い値で安定するまでの間は、
同図（ｄ）に示すように主電動機トルクが短時間Ｔ３の
間増加する結果となり、この主電動機トルクの瞬間的な
増加がトルクショックとして表われ、特に客車牽引時に
は乗心地を悪（したり、車輪がスリップしてフラット（
部分的な車輪の摩耗）を発生するという問題点があった
。

また、主電動機トルクの瞬間的な増加は、主発電機１の
過負荷につながり、場合によっては、エンジンの過負荷
耐量をオーバーし、エンストの原因となる等の問題点も
あった。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、弱め界磁制御を行うときの、主電動機トルクの瞬間
的な増加を防止し、安定した牽引力を得ることができる
電気車制御装置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するための手段として、内燃機
関の駆動によって主発電機から交流出力を得、この交流
出力を整流して直巻主電動機を駆動するようにし、しか
も、この直巻主電動機の高速域では、その直巻界磁巻線
に並列接続された分路回路へ界磁電流の一部を分流させ
て弱め界磁制御を行うようにした電気車制御装置におい
て、前記主発電機からの交流出力の電圧を所定の割合に
降圧する降圧手段と、前記分路回路の一部を形成する分
路手段と、前記分路手段に直列接続されてこの分路手段
と共に前記分路回路を形成し、前記降圧手段からの降圧
された交流出力を整流する整流手段と、を備えた構成と
したものである。

（作　用） 上記構成において、主発電機の交流出力は車両の走行状
態に応じて変化する。そして、この交流出力は、降圧状
態に応じて変化する。そして、この交流出力は、降圧手
段で降圧されて整流手段に送られる。したがって、整流
手段から出力される直流は主発電機の交流出力の変化に
伴なって変化することになる。

そのため、この整流手段と直列に接続されている分路手
段を流れる電流も、主発電機の交流出力の変化に応じて
変化する。分路手段を流れる電流が変化するということ
は、取りも直さず、直巻界磁巻線を流れる界磁電流が変
化することを意味している。

換言すれば、直巻界磁巻線を流れる界磁電流は、常に主
発電機の交流出力の変化に対応して、連続的且つ滑らか
に変化することになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図に基いて説明
する。但し、第５図乃至第９図と同様の構成要素には同
一符号を付し、重複した説明を省略することとする。

第１図は、本実施例の構成を示す回路図であり、直巻界
磁巻線１０と並列に分路回路１４が接続されている。こ
の分路回路１４はリアクトル１５と、これに直列接続さ
れた、ダイオードから成る三相余波整流ブリッジ１６と
から形成されている。そして、主発電機１５からの交流
出力の電圧は、三相降圧トランス１７により降圧され、
この降圧された電圧が三相全波整流ブリッジ１６に印加
されるようになっている。

次に、第１図の動作について説明する。第２図は、第１
図の要部について簡略化した等価回路図である。

いま、主電動機電流（電機子電流）を１１直巻界磁巻線
１０の抵抗、電流をＲｒ　、　　Ｉ　ｒ　、リアクトル
１５の抵抗、電流をＲｓｈ”　ｓｈ’整流ブリッジ１６
の出力電圧をｅ　とすると、これらの間には下式の関係
が成立する。

１、−１　ｆ＋　ｌ５ｈ−・−・（Ｌ）Ｒ−１−Ｒ−Ｉ
　　−ｅ　　　　−−−−−−Ｃ２）ｆ　　　ｆ　　　
ｓｈ　　　ｓｈ　　　ｇ（１）式及び（２）式よりＩ、
を求めると、となる。

ここで、電圧ｅ　は、主電動機１の出力電圧■　と比例
関係にあり、定数をｋとすれば、ｅ　−に−Ｖ　　　　
　　　　　　　　　・・・・・・（４）８ｇ と表わすことができる。

上記（３）式によれば、ｅ　がゼロのときにＩｒはＩ　
に対して最大の値となり、以後ｅ　が太き８ｇ くなるにしたがって、ＩｒはＩａに対して小さな値とな
っていくことがわかる。

そこで、（３）式及び（４）式に具体的な数値を代入し
て、起動時、定格時、及び最高電圧時の三つの場合にお
けるＩｒの値を検討してみる。

まず、主電動機９の定格容量、定格電圧、定格電流をそ
れぞれ２３０　［ＫＷ）、５００　（ｖ）。

５００　　（Ａ）　とし、Ｒ，−０，０１（Ω”Ｒｓｈ
−０，０４［Ω］とする。そして、Ｖ　　−５００〔ｖ
〕のときに、ｅ　　−８（ｖ）であったとすると、定数
には に−８１５００−０，０１６ となる。

車両起動時には■　−０であるが、このときの電機子電
流Ｉ　を、１　−８００　［Ａ］とする。

ａ すると、（４）式より、ｅｇ−０であるから、（３）式
より 一〇、８Ｘ８００−６４０　［Ａ］ となる。

同様に、（３）式及び（４）式を用いて計算すれば、定
格時のｅ　ｇ　、Ｉ　ｒは ｅ　　＝０．０１６Ｘ５００−８　（ｖ）０．０４ １１．３６ −０．８Ｘ　（３５０−２８４）−５２，８［Ａ］とな
る。

そして、主電動機９の定格時において全界磁となるよう
に、直巻界磁巻線１０の設計を行い、定格時の電機子電
流及び界磁電流をそれぞれ！、。。

■、。とじ、界磁率をＦ５とする。すると、これらの間
には なる関係が成立する。よって、（５）式からＦｓ〔％〕
を求めると、 −０，８Ｘ　（５００−２００）−２４０［Ａ］となる
。

また、主電動機９の最高電圧を７１０［ｖ、］、そのと
きの電流を３５０（Ａ）とすると、ｅ　　−０，０１６
Ｘ７１０＝１．１．３６　（ｖ）となる。

この（６）式に基いて、上記した三つの場合における界
磁率Ｆ　を計算してみると、次のようになる。

これらの結果から明らかなように、起動時等の低速時に
は１００％以上の界磁率（強め界磁）となって、主電動
機９は大トルクを発生する。一方、最高電圧時等の高速
時には１００％以下の界磁率（弱め界磁）となって、主
電動機９は高速回転することになる。

第３図は上記の変化を示すもので、同図（ａ）に示すよ
うに、主発電機１の出力電圧■８は、負荷電流■　との
関係がｖ２・１ｇ初（一定）となるように変化する。こ
のとき、三相全波整流ブリッジ１６の電圧ｅ　も■　に
比例して変化する。

２ｇ そして、電圧ｅ　の変化によって、電機子電流Ｉ　及び
界磁電流Ｉ、は第３図（ｂ）のように変化し、また、界
磁率Ｆ　は第３図（Ｃ）のように変化する。

このように、第１図の構成によれば、従来のような高速
時における弱め界磁制御ばかりか、起動時には界磁率を
１００％以上にして強め界磁制御を行うことができる。

しかも、この変化は滑らかな曲線に沿って連続的に生じ
るため、第５図の接触器１２の投入時のように、不連続
状態を生じることがない。

第４図（ａ）、　　（ｂ）は、このような制御によって
得られる特性曲線である。第７図及び第８図と対比して
みれば、車両の起動時から最高速度時まで、変化が連続
的且つ滑らかになっていることが明らかである。したが
って、第９図（ｄ）の期間Ｔ３において生じていた、主
電動機トルクの瞬間的な増加も生じることがなく、この
トルク特性曲線は平坦なものとなる。

また、第１図の構成では、第５図の接触器１２が不要に
なったため、この接触器１２の開閉時点を検知するため
の電圧検知回路も不要となっている。したがって、回路
構成もより簡略化されたものとなっている。

なお、上記実施例では、分路回路中の分路手段として、
三相全波整流ブリッジのリップルを低減するためリアク
トル１５を用いているが、リアクトルと抵抗器とを組合
せて用いてもよく、また、リップルについて考慮する必
要がなければ抵抗器だけを用いることとしてもよい。

さらに、上記実施例では、主発電機１が３相用のもので
ある場合につき説明したが、もちろん本発明は単相用の
ものについても適用可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、主発電機からの交流出
力の電圧を降圧手段が降圧し、この降圧した電圧を、分
路手段に直列接続された整流手段に印加する構成とした
ので、従来、弱め界磁制御を行うときに生じていた主電
動機トルクの瞬間的増加を防止することができ、さらに
、起動時には強め界磁制御を行うことができる。しかも
、起動時から最高速度時までのこれらの界磁制御を連続
的且つ円滑に行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は第１図
の動作を説明するための等価回路図、第３図及び第４図
は本発明の実施例の特性図、第５図は従来例を示す回路
図、第６図乃至第９図は従来例の特性図である。 １・・・主発電機、９・・・直巻主電動機、１０・・・
直巻界磁巻線、１４・・・分路回路、１５・・・分路手
段（リアクトル）、１６・・・整流手段（３相全波整流
ブリツジ）、１７・・・降圧手段（３相降圧トランス）
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の駆動によって主発電機から交流出力を得、こ
   の交流出力を整流して直巻主電動機を駆動するようにし
   、しかも、この直巻主電動機の高速域では、その直巻界
   磁巻線に並列接続された分路回路へ界磁電流の一部を分
   流させて弱め界磁制御を行うようにした電気車制御装置
   において、前記主発電機からの交流出力の電圧を所定の
   割合に降圧する降圧手段と、 前記分路回路の一部を形成する分路手段と、前記分路手
   段に直列接続されてこの分路手段と共に前記分路回路を
   形成し、前記降圧手段からの降圧された交流出力を整流
   する整流手段と、を備えたことを特徴とする電気車制御
   装置。