JPS5986402A - Controller for chopper electric rolling stock - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To enable to control a stable regenerative brake by effectively operating preliminary exciting means before connecting the series unit of the armature and the field of a DC series motor in parallel with a chopper. CONSTITUTION:When a brake command is applied, a preliminary exciting contactor 22 is closed to preliminarily excite by a preliminary exciter 14. Then, a unit switch 12 is closed by confirming the fact that the contactor 22 is closed. Subsequently, a regeneration is controlled by controlling ON or OFF a main thyristor 5 and an auxiliary thyristor 6. In this manner, an overcurrent due to the inversion of an armature voltage can be prevented, and the rise of a stable regenerative brake can be controlled.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の対象〕 本発明はチョッパ電気車の改良に係り、特に直流直巻電
動機のチョッパ制御による回生ブレーキ時の改良された
電気車制御装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] The present invention relates to an improvement of a chopper electric vehicle, and more particularly to an improved electric vehicle control device during regenerative braking by chopper control of a DC series motor.

〔従来技術〕[Prior art]

直流直巻電動機はそのすぐれた起動１〜ルク特性から、
古くから電気車の牽引用電動機として用いられてきた。DC series-wound motors have excellent starting 1 to 1 torque characteristics,
It has long been used as a traction motor for electric cars.

チョッパも電力最の節減、すぐれた粘着性能等に着目さ
れ広く採用されるようになった。Choppers also became widely adopted as they attracted attention for their ability to save the most amount of electricity and have excellent adhesive performance.

殊に直流直巻電動機を用いたチョッパ回生は、電力魁の
節減のみならず、停止寸前迄ブレーギが可能であるどこ
ろから、チョッパ制御車には殆ど回生ブ１ノーキが拐；
用されている。In particular, chopper regeneration using a direct-current series-wound motor not only saves power consumption, but also enables braking until it is about to stop, so most chopper-controlled vehicles do not require regeneration.
It is used.

とこ、うが、従来のチョッパ回生制御においては、回生
ができずに過電流が流れて高速度遮断器をトリップさせ
る現数が生じることがあった。However, in conventional chopper regeneration control, there are cases where regeneration is not possible and an overcurrent flows, causing the high-speed circuit breaker to trip.

しかも、上記遮断器のトリップ前の過電流によって工電
動機のフラッシュオーバによる損侶を生しることがあっ
た。Furthermore, an overcurrent before the circuit breaker trips may cause damage due to flashover of the motor.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、従来技術の欠点をなくし、安定な回生
ブレーキの立上がり制御を行い得る制御装置を提供する
にある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art and provide a control device that can perform stable start-up control of a regenerative brake.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は予備励Ｆｊ１電流を利用し電機子電圧の反転に
よる過電流を防止するようにしたものである。The present invention utilizes the pre-excitation Fj1 current to prevent overcurrent due to reversal of armature voltage.

電機子の残留電圧は鉄心の磁束特性によるが、予備励磁
なしでは十分な電圧が得られず、主サイリスタ５をオン
しても電流が立上らず安定な回生ブレーキの立上げ制御
ができない。このため、予め界磁に小さな電流を流し電
圧を発生させておく方法があることは広く知られている
ことである。Although the residual voltage of the armature depends on the magnetic flux characteristics of the iron core, sufficient voltage cannot be obtained without preliminary excitation, and even if the main thyristor 5 is turned on, the current does not rise and stable start-up control of the regenerative brake cannot be performed. For this reason, it is widely known that there is a method in which a small current is passed through the field in advance to generate a voltage.

この予備励磁電流の値も定格電流の斂％の値が良く使わ
れている。The value of this pre-excitation current is also often used as a percentage of the rated current.

本発明では、単位スイッチ１２を投入する以前に予備励
磁をかけるようにしたものである。In the present invention, preliminary excitation is applied before the unit switch 12 is turned on.

〔発明の説明〕[Description of the invention]

第１図は本発明を適用できるチョッパ回生ブレーキの主
回路原理図を示す図である。図において、１はパンタグ
ラフ、２は主フイルタリアクトル、３は主フイルタコン
デンサ、４はブロッキングダイオード、５は主サイリス
タ、６は補助サイリスタ、７は転流コンデンサ、８はア
ノードリアクトル、９は主平滑リアクトル、１０は主電
動機界磁、１１は同じく電機子、１２は単位スイッチ、
１３は高速度遮断器、１４は予備励磁装置、１５〜１７
はスナツバ用抵抗器、１８〜２０は同じくコンデンサ、
２１は減流抵抗器、２２け予ぐＵ励磁用接触器である。FIG. 1 is a diagram showing the main circuit principle of a chopper regenerative brake to which the present invention can be applied. In the figure, 1 is a pantograph, 2 is a main filter reactor, 3 is a main filter capacitor, 4 is a blocking diode, 5 is a main thyristor, 6 is an auxiliary thyristor, 7 is a commutating capacitor, 8 is an anode reactor, and 9 is a main smoothing reactor. , 10 is the main motor field, 11 is the armature, 12 is the unit switch,
13 is a high-speed circuit breaker, 14 is a pre-excitation device, 15 to 17
is the resistor for the snubber, 18 to 20 are the capacitors,
21 is a current reducing resistor and 22 U excitation contactors.

通常の動作を次に説明する。The normal operation will be explained next.

？１１位スーｒツ千１２が投入されると、この確認接点
によって予備励磁接触器２２が投入され界磁が励磁され
ろ。こ」しと共に主サイリスタ５がオンし、主電動機回
路が短絡され、やがて補助→とイリスタロ、′バオンし
転流コニノデンサ′７、つ７ノー　トリアクドル８の４
１！動電流により、主サイリスタ５、補助サー（リスタ
ロがオフする。以後、主サイリスタ５のオン、補１シリ
廿イリ；（タロのオン、主サイリスタ５、補助サイリス
タＣのオフの繰り返しにより電機子電圧電流は一、Ｈｔ
、−１ニリ回生の制御が行われぞ、。? When the 11th suit is turned on, the preliminary excitation contactor 22 is turned on by this confirmation contact and the field is excited. At the same time, the main thyristor 5 turns on and the main motor circuit is short-circuited, and eventually the auxiliary → turns on, and the commutated coninodenser 7 turns on.
1! The main thyristor 5 and the auxiliary thyristor C are turned off by the dynamic current. After that, the main thyristor 5 is turned on, and the auxiliary thyristor C is turned off. The current is one, Ht
, -1 nire regeneration control will be performed.

どころで、鵬位ス、イッチ１２を閉じる瞬間について詳
しく検討してみる。By the way, let's take a closer look at the moment when Peng Isu and Ich 12 close.

電機子１１にはそのときの速度に応じて第１図の界磁側
が正の残留電圧が発生している。A positive residual voltage is generated in the armature 11 on the field side in FIG. 1 depending on the speed at that time.

Ｐ点はブロッキングダイオード４．主サイリスタ３、補
助什イリスタロで主フイルタコンデンサ３、転流コンデ
ンサ７の電圧が分圧され、成る電位になっている。Point P is a blocking diode 4. The voltages of the main filter capacitor 3 and the commutating capacitor 7 are divided by the main thyristor 3 and the auxiliary thyristor to reach the potential.

この状態で単位スイッチ１２を閉じると、通常Ｐ点の電
位は電機子１１の残留電圧よりはるかに高いために、主
平滑リアクトル９−界磁１〇−電機子１１を通じて電流
が流れ界磁１０は逆向きに励磁される。このときの電流
ｉｐは大路次式で示される。When the unit switch 12 is closed in this state, the potential at point P is usually much higher than the residual voltage of the armature 11, so a current flows through the main smoothing reactor 9 - field 10 - armature 11, and the field 10 Excited in the opposite direction. The current ip at this time is expressed by Ohji's following equation.

＝ ここに、 Ｒ：スナツパ１５〜１７の合成抵抗 Ｉ−：主平滑リアクトル９、界磁１０、電機子ＩＪの合
成インダクタンス Ｃ：スナツバ１８〜２０の合成容量 ｖＰ　：Ｐ点の電圧 にほぼ等しい。何故なら、 ■　主フイルタコンデンサ（数１０００μＦ）、転流コ
ンデンサ７（数１０μＦ）の容量）スナツパ１８〜２０
の容量（１μＦ以下） ■　Ｌ）アノ−トリアク１〜ル８、配線インダクタンス
（１０数μＨ以下） ■　スナツパ抵抗器１５〜１７（数１ｏΩ））機器内部
抵抗（１Ω以下）であるからである。又、Ｌが非常に大
きいため Ｒ（２− が成立し、電流は振動的になる。= Here, R: Combined resistance of the snappers 15 to 17 I-: Combined inductance of the main smoothing reactor 9, field 10, and armature IJ C: Combined capacitance of the snappers 18 to 20 vP: Almost equal to the voltage at point P. This is because: ■ Capacity of main filter capacitor (several 1000 μF), commutation capacitor 7 (several 10 μF) Snatsupa 18 to 20
Capacitance (1 μF or less) (L) Anotriacs 1 to 8, wiring inductance (10-odd μH or less) Snap resistors 15 to 17 (several 10Ω)) Equipment internal resistance (1Ω or less). Also, since L is very large, R(2- holds true, and the current becomes oscillatory.

第２図にＰ点の電圧Ｖｐと電流ｉｐの関係を示す。FIG. 2 shows the relationship between the voltage Vp at point P and the current ip.

単位スイッチ］２が投入されると電流ｊｐは振動的に増
加し、Ｐ点の電位Ｖ２は減衰する。やがて＋−Ｖｐが負
になり主サイリスタ５のダイオード側フォワードドロッ
プ（第１図では逆導通サイリスタで示しているので内蔵
ダイオード、逆阻止サイリスタを使用している場合には
一般に逆並列に接続されるバイパスダイオードのフォワ
ードドロップ）より低くなる（アノードリアクトル８の
インダクタンスはＬに比べ十分小さいので無視する）と
、主平滑りアクドル９−界磁１０’Ｅｆｉ機子１１−主
サイリスタ５の短絡回路が構成される。このときの時間
ｔ。は０．５ｍｓという非常に短い時間である。電流の
ピーク値■２は１５００Ｖ回路の場合、１０Ａ前後の値
になることが確認されている。この時間ｔ。は界磁磁束
の遅れより十分小さいため、この間では電機子電圧は反
転しない。When the unit switch ] 2 is turned on, the current jp increases oscillatingly, and the potential V2 at point P attenuates. Eventually +-Vp becomes negative and forward drop occurs on the diode side of the main thyristor 5 (Figure 1 shows a reverse conduction thyristor, so if a built-in diode or reverse blocking thyristor is used, it is generally connected in anti-parallel. When the forward drop of the bypass diode becomes lower (the inductance of the anode reactor 8 is sufficiently smaller than L, so it is ignored), a short circuit of the main flat sliding axle 9 - field 10' Efi machine 11 - main thyristor 5 is formed. be done. Time t at this time. is a very short time of 0.5 ms. It has been confirmed that the peak current value (2) is around 10A in the case of a 1500V circuit. This time t. is sufficiently smaller than the delay of the field magnetic flux, so the armature voltage does not reverse during this period.

以後のモードは回路に容量性のものがないために振動的
ではなくなる。即ち、初期電流■２で一般には機器の内
部抵抗どＬで定まる時定数により電流ｉｐは減衰する。Subsequent modes are no longer oscillatory because there is no capacitance in the circuit. That is, at the initial current (2), the current ip generally attenuates due to a time constant determined by the internal resistance L of the device.

この時定数は数１００ｍ５程度の値であるため磁束の遅
れより大きくなりこの間に電機子電圧は第１図において
下側が正に反転する。界磁を逆励磁して電機子電圧が反
転するのは、定格電流の数％と言われており、ＩＯＡ前
後の電流では十分に反転する。Since this time constant has a value of about several hundred m5, it is larger than the delay of the magnetic flux, and during this time the armature voltage reverses to positive on the lower side in FIG. It is said that the armature voltage is reversed by reverse excitation of the field by several percent of the rated current, and is sufficiently reversed at a current around IOA.

この反”転した電圧がブラシドロップ及び主サイリスタ
５のダイオード側フォワードドロップより低い場合には
電流は減衰し続ける。これがＡである。やがて予シ１ｊ
励磁接触器２２が投入され、界磁が再度正転已電機子電
圧も正転し前述の通常の動作モードに移行する。１１１
１位スイッチ】２が投入されてからこの間数百酩のこと
である９ところで、速度が裔く反転した電機子電圧が高
い場合には、電流は−・０．減少するが、電機−Ｔ−電
圧が反転した時点より漸増し、めかて主１動機の直巻特
性の自助作用により、電電ｖｊ＋機電圧・電流とも急激
に憎加し発散するに九がＢである１、その後Ｔ？詣励猫
が界磁にかけら九でも、これを押えろことはで、−！ず
、やがて高速度遮断器１３のセット値を越えろとこれが
！・リップし、その連動に上り単位スイッチ１２が開か
れ電流が遮断されろ。If this inverted voltage is lower than the brush drop and the forward drop on the diode side of the main thyristor 5, the current continues to attenuate. This is A.
When the excitation contactor 22 is turned on and the field rotates normally again, the armature voltage also rotates normally, shifting to the above-mentioned normal operation mode. 111
1st position switch] During this period of several hundred hours since the switch 2 was turned on, when the speed was reversed and the armature voltage was high, the current was -0. However, it gradually increases from the time when the electric machine T- voltage is reversed, and due to the self-help effect of the series winding characteristic of the main motor, both the electric electric vj + machine voltage and current suddenly increase and diverge. One, then T? Even if the Pilgrimage Cat gets hit by the field, you have to hold it down,-! This will eventually exceed the set value of high-speed circuit breaker 13!・The unit switch 12 is opened and the current is cut off.

この現象は、主フイルタコンデンサ電圧、主電動瀘の残
留電圧特性、ブラシドロップ５回転数（重速）、主サイ
リスタのダイオード側フォワードドロップ、機器の内部
抵抗、温度専行々の要因が重なって条件が成立したとき
に起る項、象ではあるが、一旦起ると主電！ａ機のフラ
ッシュオーバ等にも至り、損傷することも予測される。This phenomenon is caused by a combination of factors such as the main filter capacitor voltage, the residual voltage characteristics of the main electric filter, the 5 rotation speed of the brush drop (heavy speed), the forward drop on the diode side of the main thyristor, the internal resistance of the equipment, and the temperature characteristics. The term that occurs when it is established is an elephant, but once it occurs, it becomes the main electricity! It is predicted that this will lead to a flashover of Aircraft A, resulting in damage.

第３図に本発明の制御シーケンスの一実施例を示す。図
において２２　Ａは予備励磁接触器の電磁コイル、２２
Ｂは同じく補助接点、１２Ａは単位スイッチの電磁弁、
１３Ｂは高速度遮断器の補助接点である。このシーケン
スはブレーキ１砦令線２３により予備励磁接触器が投入
され、これが投入さ九たことを確認し単位スイッチが投
入されるようにしている。FIG. 3 shows an embodiment of the control sequence of the present invention. In the figure, 22 A is the electromagnetic coil of the pre-excitation contactor, 22
B is the same auxiliary contact, 12A is the solenoid valve of the unit switch,
13B is an auxiliary contact of the high speed circuit breaker. In this sequence, the pre-excitation contactor is turned on by the brake 1 control line 23, and after confirming that it has been turned on, the unit switch is turned on.

池の実施例では、予備励磁電流検出装置を設けて、この
検出器出力で単位スイッチを投入するようにすることも
可能である。In the embodiment of the present invention, it is also possible to provide a pre-excitation current detection device so that the unit switch can be turned on by the output of this detector.

二のようにすＪＬば、予備励磁電流が界磁に第１図で下
から−（−に向つ−Ｃ流れているところにｔｌｉ位スイ
ッチ１２が１１１しるので、界磁に流れる逆電流は予４
：ｎ励磁電’ｔＡＥとの差になる。このため予備励磁電
流をこれより大きな値とすれば電機子電圧は反転しない
。又、予備励磁電流がたとえ小さくとも、両者がほぼ等
しい値にあれば、第２図のＡの現象となり交電な制御が
可能である。If the JL is as shown in 2, the pre-excitation current is flowing from below to the field in Figure 1 towards - is scheduled for 4
: It is the difference from n excitation electric 'tAE. Therefore, if the pre-excitation current is set to a value larger than this, the armature voltage will not be reversed. Furthermore, even if the pre-excitation current is small, if the two are approximately equal, the phenomenon A in FIG. 2 will occur and accurate control can be achieved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によ、ＩＬば、チョッパ１Ｂ気車の回生時に過電
流の発生を防止することができ、主電動機の損傷も防止
できる。According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of overcurrent during regeneration of the chopper 1B wheel, and damage to the main motor can also be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１１Ｊは本発明を適用できる回生ブレーキ主回路原理
図、第２図は界１ａ逆励磁による過電流発生の説明図、
第３図は本発明の一実胞イ１１の制御シーケンスを示す
回である。 ■・・・パンタグ・シフ、２・・・主フーイ′ルタリア
ントル、３・・・主フイルタコンデンサ、・ｌ・・ブＬ
」ツ、ンキングダイオード、５・・・主サイリスク、６
・・・補１カザイリスタ、７・・・転流コンデンサ、８
・・・７ノー　１コリアク１〜ル、９・・主平滑りアク
ドル、１０・・・界磁、１１・・・電４ｉｋＴ−１１２
・・・単位スイッチ、１３・・高速度し第１図 茅３　口 ３11J is a principle diagram of the regenerative brake main circuit to which the present invention can be applied; FIG. 2 is an explanatory diagram of overcurrent generation due to reverse excitation of field 1a;
FIG. 3 shows the control sequence of the monocyst 11 of the present invention. ■...Pantag Schiff, 2...Main filter capacitor, 3...Main filter capacitor, ・L...B L
"Tsu, Nking diode, 5... Main sirisk, 6
...Supplementary 1 capacitor, 7... Commutation capacitor, 8
...7 no 1 Coreac 1~le, 9...Main flat sliding axle, 10...Field, 11...Electric 4ikT-112
...Unit switch, 13...high speed, Figure 1, 3 mouths 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １０回生時に、直流直巻電動機の電機子とその界磁との
直列体をチョッパと並列接続し、このチョッパを直流電
源両端間に接続するとともに、上記界磁殻予備励磁する
手段と、上記チョッパの制御手段を備えたものにおいて
、上記直列体をチョツ御装置。10. At the time of regeneration, a series body of an armature of a DC series-wound motor and its field is connected in parallel with a chopper, the chopper is connected across both ends of the DC power supply, and means for pre-exciting the field shell; and a means for pre-exciting the field shell; A control device for controlling the series body.