JPS5939997B2 - 直流電動機の制動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はチョッパを用いた直流電動機の制動制御装置に
係り、特に直流電動機の回生制動と発電制動を併用する
制動制御装置に関する。

サイリスタチョッパによる直流電動機の制御技術は、最
近電気鉄道の分野で広く実用されており、通常制動には
回生制動が用いられている。

ところが、整流器式変電所を採用している直流電気鉄道
においては、回生車の回生電力を吸収してくれる力行車
が回生車と同一饋電区間に存在しない限り、回生制動を
行なうことはでぎない。そのため、回、生制動が失効し
、そのたびに機械制動に頼ると、制動シューの摩耗が多
くなり、その保守に多大な手数を要することになる。こ
の対策として、回生制動失効時には発電制動に切り換え
ることが考えられている。

第１図は回５ 生、制動失効時に、発電制動に切り換え
る制御を行なう従来装置の代表的な−４ｆ！１である。
第１図において、ＰＧはパンタグラフ、ｓは開閉器、Ｌ
ｆとＣｆはフイルタ用のリアクトルとコンデンサ、Ｄ８
はダイオード、Ｒは抵抗器、Ｔｈはサイリスタ、ＣＨは
チヨツバ、ＭＳＬは平滑リアクトル、Ｆは電動機界磁、
Ｍは電動機電機子、ＤＣＣＴｌは電機子電流検出器、Ｄ
ＣＰＴはフイルタコンデンサ電圧検出器、０ＶＤはフイ
ルタコンデンサ電圧Ｖ。ｆがある限界値より上昇したこ
とを検知する過電圧検出器、０ＶＬはフイルタコンデン
サ電圧Ｖ。，が上昇して、前記限界値に近づくことによ
り電機子電流１Ｍを絞り込む過電圧リミツタ、ＡＰＳは
電流指令（ＶＩＭ）Ｐと電機子電流１Ｍの帰還電圧（Ｖ
ＯＭ）との偏差に応じて出力位相が制御される移相器、
ＭＥは記憶要素、Ｔ１は記憶要素ＭＥをりセツトするタ
イマ、Ｇはゲートパルス発生器を示す。チヨツパＣＨは
、移相器ＡＰＳによつて、そのオン・オフ化、つまり通
流率γ（一τ１／τ，τ：オンオフ周期、τ１ ：オン
時間）が制御され、直巻発電機として動作している電動
機の電機子電流１Ｍを所要値に制御する。

同時に電機子電流ＩＭは、チヨツパＣＨのオフ時にダイ
オードＤ８→フイルタリアクトルＬ→パンタグラフＰＧ
→ｆ電車線を経て、同一饋電区間にある力行車に回生さ
れる。

すなわち、電動機には回生制動が作用する。ところで、
回生車の回生電力を吸収してくれる負荷（力行車）が減
少して、回生電流が電源側に流し得る電流を越えると、
その差動流はフイルタコンデンサＣｆに流入し、フイル
タコンデンサＣｆの電圧ＶＣ，を上昇させることになる
。

そこで、第１図の従来装置では、フイルタコンデンサＣ
ｆの電圧上昇に応じて動作する過電圧リミツタ０ＶＬの
出力により、電流指令（ＶｌＭ）Ｐを下げて電機子電流
１Ｍを絞り込み、回生電流を少なくすることによつて、
さらにフイルタコンデンサ電圧Ｖｃｆが上昇するのを押
えている。しかし、回生電力を吸収してくれる負荷が全
くなくなつた場合、あるいは急激に減少した場合には、
フイルタコンデンサ電圧Ｖ。ｆの上昇を押えることがで
きず、チヨツパＣＨ等に過大な電圧を印加させるおそれ
が生じる。そのため、フイルタコンデンサ電圧Ｖ。

ｆが所定の限界値を越えたことを過電圧検出器０ＶＤに
より検出し、０ＶＤの出力を記憶要素ＭＥｌゲートパル
ス発生器Ｇを介してサイリスタＴｈのゲート信号（ＲＧ
）として与え、サイリスタＴｈを点弧して抵抗Ｒを電動
機の発生する電力の電力吸収負荷として接続する方法が
とられている。すなわち回生制動が失効した場合には、
発電制動に切り換えるようになされている。発電制動に
切り換わると、フイルタコンデンサ電圧Ｖｃｆはもはや
過電圧レベル以下となるが、サイリスタＴｈのゲート信
号（ＲＧ）は記憶要素ＭＥを介しているので、発電制動
中は連続して与えられる。

また、過電圧検出器０ＶＤが過電圧を検出してから所定
時間後、タイマＴ１が動作して記憶要素ＭＥはりセツト
されるので、サイリスタＴｈのゲート信号（ＲＧ）がな
くなり、サイリスタＴｈをチヨツパＣＨのオン時にオフ
状態とすることができ、回生負荷が復帰したかどうかの
チエツクを行なうことができる。ところが、サイリスタ
Ｔｈが消弧しても電車線との間にはフイルタリアクトル
Ｌｆが存在するため、回生電流は急激には増加できない
。

そのため、フイルタコンデンサ電圧Ｖ。ｆは再度限界値
に達してサイリスタＴｈが点弧される。サイリスタＴｈ
が点弧すると、フイルタコンデンサ電圧ＶＯｆは限界値
以下となり、再びサイリスタＴｈを消弧して回生制動に
切り換わろうとする。このようにサイリスタＴｈがオン
・オフを繰り返している間は、フイルタコンデンサ電圧
Ｖｃｆの平均値が高くなつているので、前記過電圧リミ
ツタ０ＶＬが動作して電機子電流１Ｍは絞られて減少す
る。サイリスタＴｈが消弧してもフイルタコンデンサ電
圧 が限界値に達しなくなるまで電Ｃｆ機子電流１Ｍ
が減少すると、もはやサイリスタＴｈが点弧して発電制
動に切り換わることがなくなり、回生制動を続けること
が可能となる。

第５図に発電制動から回生制動に切り換え完了するまで
の、サイリスタＴｈのオン・オフ繰り返しによる回生電
流８、フイルタコンデンサ電圧ＶＯ，および電機子電流
１Ｍの変化を示す。この図において、実線の部分が従来
装置における特性であり、ＶＯｖＯとＶ。ＶＬは過電圧
検出器０ＶＤと過電圧リミツタ０ＶＬの動作レベルであ
る。この図から判るように、従来装置の欠点は、発電制
動から回生制動に切り換わる時、サイリスタのオン・オ
フ回数が多く切り換え時間が長いこと、また電機子電流
１Ｍが減少しないと回生制動への切り換えが完了しない
ため、制動力に大きな落ち込みが生じてシヨツクが大き
くなることである。

特に高速の場合には、切り換え時間はさらに長くなり、
切り換え中の制動力の不足分を機械制動に頼ると、前述
のようにブレーキシユ一の摩耗が多くなり、その保守に
多大な手数を要することになる。本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点をなくし、発電制動から回生制動へ
の切り換えを平滑に行ない得る直流電動機の制動制御装
置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、少なくとも発電制
動から回生制動に切り換わるときには、フイルタコンデ
ンサ電圧の上昇による電機子電流の絞り込み制御を行な
わないようにしたことを特徴とする。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す制動制御装置の電気回
路図である。回生車がデツドセクシヨン等の無電圧区間
に突入した場合、フイルタコンデンサ電圧Ｖ。

ｆが所定の限界値を越えたことを過電圧検出器０ＶＤに
より検出し、この過電圧検出器０ＶＤの出力を記憶要素
ＭＥ、ゲートパルス発生器Ｇを介してサイリスタＴｈの
ゲート信号（ＲＧ）として与え、サイリスタＴｈを点弧
して抵抗Ｒを回生電力吸収負荷として接続し、回生制動
から発電制動に切り換えることは、第１図に示した従来
装置と同様である。この実施例では、フイルタコンデン
サ電圧ＶＯ，が所定の限界値を越えたことを過電圧検出
器０ＶＤにより検出し、この過電圧検出器０ＶＤの出力
を記憶要素ＭＥ、ゲートパルス発生器Ｇを介して、サイ
リスタＴｈのゲート信号（ＲＧ）として与える他に、さ
らに過電圧検出器０ＶＤの出力を記憶要素ＭＥ、タイマ
Ｔ２を介して、過電圧リミツタ０ＶＬの機能を停止させ
る信号としてこの過電圧リミツタ０ＶＬに与えている。

過電圧リミツタ０ＶＬの機能を停止させる方法としては
、過電圧リミツタ０ＶＬの入力または出力を切り離す方
法、あるいは出力を強制的に零Ｖにする方法等がある。
本実施例によれば、発電制動中及び発電制動から回生制
動に切り換え中は、電機子電流の絞り込み制御を行なわ
ないため、切り換え時間が短縮され、かつ電機子電流が
一時的に落ち込んで制動力が低下することもなくなり、
発電制動から回生制動への切り換えを平滑に行なうこと
ができる。

また、過電圧リミツタ０ＶＬの機能を停止させる信号が
なくなつても、タイマＴ２により過電圧リミツタ０ＶＬ
は発電制動から回生制動に切り換える期間確実に機能停
止状態を維持するので、より平滑な切り換えを行なうこ
とができる。第５図の破線で示した部分が本実施例によ
る、発電制動から回生制動への切り換え時の回生電流Ｉ
Ｓｌフイルタコンデンサ電圧。

ｆおよび電機子電流１Ｍの特性を示す。第３図および第
４図は本発明の他の各実施例を示す。

すなわち、第３図は過電圧リミツタ０ＶＬの機能を停止
させる信号として、過電圧検出器０ＶＤの出力を用いる
代りに、サイリスタＴｈと抵抗Ｒとの直列回路に流れる
電流を検出する電流検出器ＤＣＣＴ２の出力を用いたも
のである。

そのため、電流検出器ＤＣＣＴ２が出力している発電制
動の状態では、フイルタコンデンサ電圧Ｖｃｆの上昇に
よつて動作する過電圧リミツタ０ＶＬはフイルタコンデ
ンサ電圧ｖ が上昇しても動作しない。Ｃｆさらに第
４図においては、回生電流を電流検出器ＤＣＣＴ２で検
出し、その出力電圧がない場合には発電制動中であるた
め、この電流検出器ＤＣＣＴ２の出力により、フイルタ
コンデンサ電圧Ｖｃｆの上昇によつて動作する過電圧リ
ミツタ０ＶＬが、フイルタコンデンサ電圧Ｖｃｆが上昇
しても動作しないようにしたものである。

サイリスタＴｈにゲート信号が与えられている発電制動
の状態では、回生負荷を吸収してくれる他の力行車等が
ない状態であるから、電流検出器ＤＣＣＴ２は出力がな
くなる。つまり、発電制動の状態では過電圧リミツタ０
ＶＬは動作しない。このように第３図や第４図の各実施
例においても、第２図に示した実施例と同様の効果が期
侍でき、記憶要素ＭＥをりセツトすることにより平滑に
発電制動から回生制動に切り換えることができる。

なお、前記の説明では、デツドセクシヨンで無加圧にな
る場合について述べたが、回生負荷がなくなり過電圧検
出器０ＶＤが動作して一度発電制動のみとし、回生負荷
が再び復帰して回生制動に戻す制御においても本発明は
適用でき、同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、発電制動から回
生制動に切り換える時、電機子電流が急変することなく
、短時間で平滑に切り換えを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来における制動制御装置の電気回路図、第２
図は本発明の一実施例に係る制鋺ｕ御装置の電気回路図
、第３図および第４図は本発明の他の各実施例に係る制
動制御装置の電気回路図、第５図は発電制動から回生制
動に切り換え完了するまでにおける回生電流１ｓ、フイ
ルタコンデンサ電圧Ｖ。 ｆおよび電機子電流１Ｍの時間的変化を示す特性図であ
る。Ｃｆ・・・・・・フイルタコンデンサ、Ｒ・・・・
・・抵抗器、Ｔｈ・・・・・・サイリスタ、ＣＨ・・・
・・・チヨツパ、Ｆ・・・・・・直流電動機界磁、Ｍ・
・・・・・直流電動機電機子、ＤＣＣＴｌ，ＤＣＣＴ２
・・・・・・電流検出器、ＤＣＰＴ・・・・・・電圧検
出器、ＡＰＳ・・・・・・移相器、０Ｌ・・・・・・過
電圧リミツタ、０ＶＤ・・・・・・過電圧検出器、Ｇ・
・・・・・ゲートパルス発生器、ＭＥ・・・・・・記憶
要素、Ｔｌ，Ｔ２・・・・・・タイマ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発電機として動作する直流電動機と、この直流電動
   機を附勢しその発生電力を少なくともコンデンサを含む
   フィルタ装置を介して直流電源へ回生するためのチョッ
   パ装置と、回生不能を検出して前記直流電動機の発生電
   力を消費する回路と、前記フィルタコンデンサの電圧の
   上昇を検出して前記直流電動機の電機子電流を減少させ
   る制御回路とを備えたものにおいて、少なくとも発電制
   動から回生制動に切り換わるとき前記制御回路の動作を
   停止する手段を設けたことを特徴とする直流電動機の制
   動制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記直流電動機の
   発生電力を消費する回路は、回生不能を検出して点弧さ
   れるサイリスタと抵抗の直列回路からなり、前記制御回
   路の動作を停止する手段は、前記サイリスタのゲート信
   号によつて動作するものであることを特徴とする直流電
   動機の制動制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記制御回路の動
   作を停止する手段は、前記直流電動機の発生電力を消費
   する回路に流れる電流を検出する電流検出器の出力によ
   つて動作するものであることを特徴とする直流電動機の
   制動制御装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記制御回路の動
   作を停止する手段は、前記回生電流を検出する電流検出
   器の出力によつて動作するものであることを特徴とする
   直流電動機の制動制御装置。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記制御回路の動
   作を停止する手段は、この手段を動作させる信号がなく
   なつた後も一定時間動作するものであることを特徴とす
   る直流電動機の制動制御装置。