JPS63306941A - 電鉄用回生インバ−タの制御装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は直流饋電方式の電気鉄道の１！Ｅｓ線に曲流電
力を供給するコンバータと、回生制御可能な電気車が発
する回生電力を交流電源側に回虫するインバータとを備
えた回生変電所システムに係り、特に電鉄用回生インバ
ータの制御装置に関する。

Ｂ０発明の概要 本発明は電鉄用回生インバータの制御装置において、 電気車のカ行運転時はコンバータを介してｖＬ電車線カ
行電流を供給するとともに、インバータ全位相制御して
コンバータからインバータへ設定忙の循環電流を流し、
回生運転時はインバータを動作させて交流側に電力を回
生じ、回生運転時にコンバータ入力電圧が上昇したとき
はインバータを構成する各半導体素子（チイリスタ静）
のゲートを絞り込んで設定置以上の電流がコンバータか
らインバータに流れないようにすることにより、カ行運
転から回生運転への移行をスムーズに行なわせるととも
に、カ行運転時に流す循環電流の増加を抑え、且つ回生
運転時にコンバータ入力電圧が上昇してもインバータに
過大電流が流れてインバータの運転が停止することを防
止したものである。

Ｃ０従来の技術 一般に回生変電所システムは例えば第２図に示すように
構成されている。第２図において、交流電源ｌの出力電
力は変圧器２ａｌ−介して、ダイオードをブリッジ接続
して構成されたコンバータ３に入力される。このコンバ
ータ３は入力された交流電力１に直流変換し、その血流
電力を血流高速度遮断器４ａおよび電車線５を介して電
気車６に供給する。電気車６の回生運転時に発生する回
生電力は、直流高速変通［！ｆＩ器４ｂおよび直流リア
クトル７を介して、チイリスタをブリッジ接続して構成
されたインバータ８に入力される。このインバータ８は
入力された直流電力を交流変換し、その交流な力を変圧
器２ｂｋ介して交流電源ｌに回虫する。

上記のように構成された装置において、コンバータ３お
よびインバータ８の運転制御は電車線５の電圧Ｅ、１の
変化に応じて第３図の電圧−道流特性図に示すように行
なわれる。すなわち、電気車６のカ行運転時はコンバー
タ３のみが運転状態にあり、そのときの電車線５の電圧
ｌＣａ４を偵流戒流をＸ６とすると第３図の領域１に示
す如く変化する。また、電気車６が回生制御可能なうと
電車線５の電圧Ｋｄが上昇し、該電圧Ｅｄが回生設定電
圧を超えた時点でインバータ制御回路（図示壱Ｗ＠）に
よってインバータ８の運転が開始される。そしてインバ
ータ８はインバータ制御回路によって第３図の回生運転
領域ｌに示す如＜’に車線５の電圧Ｅ在を回生時の１！
車線電圧ｖ（１０に保つように定電圧制御がなされる。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 上記のように構成された回生変電所システムにおいて、
インバータの無負８ｍ流電圧を前記カ行時の最大電車線
電圧Ｖ、１　（コンバータの無負荷電流電圧）より低く
設定すると、コンバータ入力電源電圧の変動によってコ
ンバータ３とインバータ８０間に過大な循環電流か流れ
てしまう。この為第３図に示すように回生設定電圧ｖｄ
Ｉ、ｔ−力行時の最力行車線電圧Ｖ、１　（コンバータ
の無負荷直流電圧〕より高く設定する必要があった。し
かし、このように設定した場合電気車６が回生制動を行
なっても電車線電圧がカ行時の最大電車線電圧Ｖ６から
回生設定電圧に到達するまでの期間、インバータ８は非
動作状態のまま待機する。この為電気車６の発する回生
電力を回生ずることができず、これによって回生電力を
有効に利用することができなくなる。特に回生制動時の
回生電流の立上りが速い場合、前記のようにインバータ
８の動作が遅れると、電車線５の電圧Ｅ４が異常に上昇
してしまう。

この為電気車６は回生ブレーキを用いることができなく
なり、電気車側の遮断器ｔ−）　ＩＪツブした後にエア
ブレーキ等を用いて停止させなければならなくなる。

また、上記のような欠点を解消する為に次のようなイン
バータ制御方法が用いられていた。すなわち第４図（ａ
）の電圧−電Ｒ特性図に示すように、電車線５の電圧が
所定値、例えば１１１４．以上のときインバータ８ｔ−
制御進み角ｒ、で運転してコンバータ３とインバータ８
間に所定の循環域Ｒを流すとともに、電車線電圧が所定
値以上のときインバータ８を定１圧制御して電車線電圧
を一足値、例えばＶａ、に保つ制御方法である。このよ
うにインバータ８ｔ−制御すれば、電気車がカ行運転中
であってもインバータを動作状鰭にしておくことができ
るので、カ行運転から回生運転への切換えを迅速且つ円
滑に行なうことができ、これによって過大な循環電流お
よび電車線の異常電圧上昇を抑制することができる。し
かしながらこのような制御方法によると、第４図ｔｂ）
の如く７ンバータ入力端子（商用電源電圧）が変動した
場合、ｒ、Ｏによる一定制砥開始時の電圧（Ｅａ、）ｋ
いかなるミ圧値に設定するかによって次のような問題が
生じる。すなわち、ｒＱ一定制御開始時の電圧ｋ　］”
ｄａｔに設定して所定のｒ、）一定制御を行ないＩＥ車
車線正圧第４図＋ｂ）のム特性とした場合、例えばコン
バータ入力電圧が最低レベルになったとする。この場合
、第４図（ｂ）の特性図より明らかなように、コンバー
タ３の運転時に所定の循環電流ｔ−流してインバータ８
を動作状態にしておくことができなくなり、例えば回生
運転に切換わったとき、インバータ８の動作が遅れて電
車線電圧は異常上昇してしまう。また、前記欠点をなく
すためにｒｏ一定制御開始時のｔＥＥ倉前記”（１０１
より低いＫｄｏ鵞に設定し、第４図１ｂ）のＢ特性の如
く電車線電圧を制御したとする。この場合コンバータ入
力端子が最高レベルになれば、循環′１流が増加してし
まい不峠精である。

本発明は上記の点に謹みてなされたもので、その目的は
’４気卓がカ行運転中であってもコンバータ入力電圧の
変動に関係なくインバータを１実に動作状態にすること
ができるとともに、インバータに流れる循環電流を常に
最低のレベルに抑制でき、且つ回生運転時にコンバータ
入力電圧が上昇しても過大な循環電流がインバータに流
れ込むことのない電鉄用回生インバータの制御部ｅを提
哄することにある。

１間哩点を解決するための手段 本発明は、交流電源の交流出力電力を直流変換し、該直
流電力を直流式電気鉄道の電車線に供給するコンバータ
と、帥配電車線下に存在する電気車が回生制動時に発す
る回生電力を前記交流電源側に回生するインバータとを
備えた回生変電所において、 前記コンバータに流れる電ａｔ検出する第１電流検出部
と、 前記第１電流検出部の検出出力および予め設定したコン
バータ電流設定量をつき合わせる第１つき合わせ部と、 前記電車線電圧を検出して得られる信号および前記第１
つき合わせ部の偏差出力および予め設定したインバータ
電圧設定量とをつき合わせる第２つき合わせ部と、 前記５ｉ１１つき合わせ部の偏差出力信号が所定の極性
の信号であるとき、該出力１１号が前記第２つき合わせ
部へ供給されるのを阻止するダイオードと、 前記第２つき合わせ部の偏差出力を増幅する反転増幅器
と、 前記反転増幅器の出力に基づいて前記インバータの位相
を制御する制御部と、 前記インバータの出力電流を検出する第２電流検出部と
、 前記第２電流検出部の検出出力および予め設定したイン
バータ電流設定量をつき合わせる第３つき合わせ部と、 前記第３つき合わせ部の偏差出力信号が所定の極性の信
号であるときにのみ、該出力信号に基づいて前記反転増
幅器の出力に対してリミッタ動作を行なうリミッタ回路
とを備えたことを特徴としている。

１０作用 電気車の力行運転時はコンバータを介して電車線に力行
電流が流れる。このときコンバータ電流設定量よりも第
１電流検出部の検出出力のほうが大きく、シかも電車線
電圧を検出して得られる信号よりもインバータ電圧設定
惜のほうが大きいので、反転増幅器は、インバータの直
流電圧を上げる方向に制御するための出力を発する。こ
の場合第２電流検出部の検出出力（インバータ出力電流
）はインバータ電流設定量よりも小さいので、第３つき
合わせ部の偏差出力は所定の極性の信号となる。このた
めリミッタ回路は前記反転増幅器の出力に対してリミッ
タ動作を行なう。これによって制御部は第２電流検出部
の検出出力（インバータ出力ｉｌ流）がインバータ電流
設定量と等しくなるようにインバータの位相制御を行な
う。したがって力行運転中であってもインバータ電流設
定ｍｔ超えない循環電流を流し、インバータを動作状態
にしておくことができる。

電気車が回生制動を行なうと該回生エネルギーによって
電車線電圧が上昇する。するとコンバータ＠１５２設定
駄よりも第２電流検出部の検出出力のほう力Ｓ小さくな
って、第１つき合わせ部の偏差出力信号は所定の極性の
信号になる。このため前記偏差出力信号はダイオードに
よって阻止されて第２つき合わせ部へ供給されない。ま
た、第２電流検出部の横出出力（インバータ出力゛域流
）がインバータ電流設定駄よりも大きくなるので、第３
つき合わせ部の偏差出力信号は繭記舶定の極性とは逆の
極性となる。このためリミッタ回路の反転増幅器に対す
るリミッタ動作は解除される。これによって第２つき合
わせ部からはインバータ電圧設定量と電車線電圧を検出
して得られる信号との偏差分が出力される。このため反
転増幅器はインバータの直流電圧（すなわち電車線電圧
）をインバータ電圧設定値に保つよう圧制御するための
出力を発する。これによって制ａ部はインバータの直流
電圧（電車線電圧）ｔ−インバータ電圧設定値に一定に
保つように位相制御を行ない、インバータは電気本から
発せられる電力を交流側に回生する。

肋記回生運転中にコンバータ入力電圧が上昇したとする
と、コンバータ電流設定量よりも第１′ａ流検出部の検
出出力のほうが大きくなって第１つき合わせ部の偏差出
力信号は前記所定の極性とは逆極性となる。このため１
ｉｆｌ記偏差出力が第２つき合わせ部へ供給されるので
、該第２つき合わせ部の出力に基づいて反転増幅器は、
インバータの出力電流をコンバータ電流設定値以下に抑
えるための出力を発する。これによって制御部は、イン
バータの出力電流をコンバータ電流設定以下に抑制でき
るようにインバータの位相制御を行なう。したがって回
生運転中にコンバータ入力電圧が上昇しても、コンバー
タからインバータに過大な循還電流が流れることは防止
され、インバータの運転停止等の事故は未然に防止され
る。

Ｇ、実権例 以下、図面を参照しながら本発明の一実抱例を説明する
。第１図において第２図と同一部分は同一符号をもって
示しその説明は省略する。ＣＴ、は変圧器２ａとコンバ
ータ３ｔ−結ぶ交流電路（第１図では単線で示している
）に介挿され、該電路に流れる電流を検出する変流器で
ある。変流器ＣＴ１の検出電流は電流−電圧変換器１１
によって電圧に変換された後筒１つき合わせ回路１２に
プラス入力として供給される。第１つき合わせ回路１２
は前記変換器１１の出力とコンバータ電流設定器１３の
出力との偏差をとる。第１つき合わせ回路１２の偏差出
力はアンプ（プラスゲイン）　１４で増電された後ダイ
オード１５のアノード、カソードを介して第２つき合わ
せ回路１６にプラス入力として供給される。

ダイオード１５はアンプ１４の出力がマイナスのとき、
該出力を阻止する動作を行う。第２つき合わせ回路１６
は、プラス入力で供給されるインバータ電圧設定量１７
およびアンプ１４の出力信号と、電車線５の電圧を抵抗
Ｒ１ｓ　Ｒ１で分圧して得られる電車線電圧検出信号と
の偏差をとる。１８は第２つき合わせ回路１６の出力を
マイナスゲインで増重する偏差増幅器（反転増幅器）で
ある。１９はインバータ８の交流側に設けられた位相検
出用トランス２０の出力と偏差増幅器１８の出力とに基
づいてインバータ８の位相を制御するための信号を発す
る位相器である。２１は位相器１９の出力に基づいてイ
ンバータ８を構成するナイリスタのゲートを制御するゲ
ート回路である。ＯＴｌは変圧器２ｂとインバータ８を
結ぶ交流電路（第１図では単線で示している）に介挿さ
れ、該電路に流れる電流を検出する変流器である。変流
器ＣＴ、の検出電流は電流−電圧変換器２２によって電
圧に変換された後筒３つき合わせ回路２３にプラス入力
として供給される。第３つき合わせ回路ｎは前記変換器
２２の出力とインバータ電流設定器Ｕの出力との偏差を
とる。第３つき合わせ回路おの偏差出力はアンプ（プラ
スゲイン）５で増幅された後リミッタ回路２６に供給さ
れる。

２７は第３つき合わせ回路ｎの偏差出力がプラスのとき
にアンプあの出力を制限して零にするダイオードである
。リミッタ回路２６は、偏差増幅器１８および位相器１
９の共通接続点あとアンプ２５０間に直列接続された抵
抗Ｒ１＊　Ｒ４と、該抵抗Ｒ１＊　Ｒ４の共通接続点２
９と第２つき合わせ回路１６の出方側との間に図示極性
のように接続されたダイオード園とで構成されている。

尚第１図では直流高速度遮断器４ａ、４ｂおよび直流リ
アクトル７は図示省略している。

次に上記のように構成された装置の動作を述べる。まず
電気車６がカ行運転を行なう場合、変流電源ｌから変圧
器２ａを介して導かれる変流電力はフンパータ３によっ
て１流変換されて電車線５下に存在する電気車６に供給
される。すると変流器ＯＴ、の検出を流を電流−電圧変
換器１１によって電圧変換した値がコノバータ′Ｉｔｆ
Ｌ設定器１３の設定値よりも大きくなるので、第１つき
合わせ回路１２の偏差出力はプラスとなり、アンプ１４
およびダイオード１５ヲ介して第２つき合わせ回路１６
に供給される。このため第２つき合わせ回路１６の偏差
出力はプラスの量が多くなり、偏差増幅器１８の出方は
マイナス量（すなわちインバータ８の１流電圧を上げる
方向に制御するための電気量）となる。このとき変流器
ＣＴ、の検出電流を電流−電圧変換器２２によって電圧
変換した値がインバータ電流設定器２４の設定値よりも
小さいので、第３つき合わせ回路２３の偏差出力はマイ
ナスとなり、アンプ２５の出力はマイナスとなる。する
とリミッタ回路２６が動作して偏差増幅器１８の出力は
プラスの値でリミットされる。このためアンプ２５の出
力を一■ＡＭＰ２とすれば、偏差増幅器１８の出力■Ａ
ＭＰ　ハＶＡＭＰａｉヵよびゲート回路２１はインバー
タ８の出力電流がインバータ電流設定器２４の設定電流
と等しくなるように位相制御ケ行なう。したがって電気
車６がカ行運転中であっても、インバータ電流設定値を
超えない循環電流を流し、インバータ８を動作状態にし
ておくことができる。

次に電気１１６が回生制動を行なうと該回生エネルギー
によって電車線５の電圧が上昇する。すると変流ａ　Ｏ
Ｔ、の検出′＠流流電電圧変換した値がコンバータ直流
設定器１３の設定値よりも小さくなるので、第１つき合
わせ回路１２の偏差出力およびアンプ１４の出力はマイ
ナス量となる。このためダイオード１５が非導通状態と
なってアンプ１４の出カバ第２つき合わせ回路１６に供
給されない。また電気車６の回生運転時、変流器ＣＴ、
の検出電流を電圧に変換した値がインバータ電圧設定器
２４の設定値よりも大きくなるので、第３つき合わせ回
路２３の偏差出力はプラス量となる。するとアンプ２５
の出力がダイオード２７によって制限されて零となり、
リミッタ回路２６の偏差増幅器１８に対するリミッタ動
作は解除される。このため偏差増幅器１８は、インバー
タ電圧設定器１７の設定電圧と電車線５の電圧を抵抗Ｒ
，、Ｒ，により分圧して得られる電圧との偏差分を反転
増１＠シた信号を出力する。これによって位相器】９お
よびゲート回路２１は、インバータ８の直流電圧（電車
線電圧）をインバータ電圧設定器１７の設定電圧に保つ
ように制御する。したがって電気車６の発する電力はイ
ンバータ８によってスムーズに交流側に回生される。

また、前記回生動作中にコンバータ３の入力電圧が上昇
したとすると、変流器ＣＴ、の検出電流を電圧変換した
饋がコンバータ電流設定値以上となり、第１つき合わせ
回路１２の偏差出力およびアンプ１４の出力はプラス量
となる。このためダイオード１５が導通してアンプ１４
の出力は第２つき合わせ回路１６に供給される。すると
＠２つき合わせ回路１６は、前記ダイオード１５ヲ介し
て導かれるアンプ１４の出力およびインバータ電圧設定
器１７の出力を加算したｆ！１号と、電車線５の電圧を
抵抗Ｒ１ｍＲ１で分圧して得られる信号との偏差分を出
力する。このため偏差増幅器１８の出力に基づいて位相
器１９およびゲート回路２１は、インバータ８の出力電
流をコンバータ電流設定器１３の設定値以下に抑えるよ
うに位相制御を行なう。これによって回生運転中にコン
バータ入力電圧が上昇してもコンバータ３からインバー
タ８にコンバータ電流設定値以上の電流は流れず、シス
テムダウンを防止することができる。また、過大な循環
電流が流れることは防止され、インバータ８の運転停止
等の事故は生じない。

Ｈ６発明の効果 以上のように本発明によれば次のような効果が得られる
。すなわち、 （１）　　電気車の力行運転時にもインバータを位相制
御して設定量の循環域ｉを流すように構成したので、力
行時にインバータを動作状態にしておくことができる。

このため力行運転から回生運転への移行はスムーズに行
なわれ、動作遅れが生じることなく即座に電力を回生ず
ることができる。

（２）　　コンバータの交流入力電圧の変動に関係なく
循環電流を一定にすることができるので、電力損失が少
なく非常に経済的である。

（３）電気車は、回生運転時にスムーズに回生制動を行
なうことができるのでエアブレーキを用いる必要がなく
、円滑な運転が継続できる。

（４）　　回生運転時にはインバータを定電圧制御する
ことができるので、電車線の異常電圧上昇を抑制するこ
とができ、これによって電気車の安全が保たれる。

（５）回生運転中にコンバータの入力電圧が上昇しても
コンバータからインバータにコンバータ電流設定量以上
の電流は流れない。このためシステムダウンを防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実捲例を示す回路図、第２図は従来
の回生変電所システムの一例を示す回路図、第３図およ
び第４図（ａ）　、　（ｋ）　　　はともに従来の制御
パターンを説明する為の電圧−電流特性図である。 １・・・交流電源、２ａ、２ｂ・・・変圧器、３・・・
コンバーター　５・・・電車線、６・・・電気車、８・
・・インバータ、１１　、２２・・・電流−電圧変換器
、１２　、１６　、２３・・・つき合わせ回路、１３・
・・フンパータ電流役定器、１４Ｉ２５・・・アン７”
、１５．２７．３０・・・ダイオード、１７・・・イン
バータ電圧設定器、１８・・・偏差増１１＠器、１９・
・・位相器、２０・・・位相検出用トランス、２１・・
・ゲート回路、２４・・・インバータ電流設定器、２６
・・・リミッタ回路％　ａ’ｒ、。 ＯＴ、・・・変流器、Ｒ＠、　Ｒ，、Ｒ，、Ｒ４・・・
抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電源の交流出力電力を直流変換し、該直流電力を直
   流式電気鉄道の電車線に供給するコンバータと、前記電
   車線下に存在する電気車が回生制動時に発する回生電力
   を前記交流電源側に回生するインバータとを備えた回生
   変電所において、前記コンバータに流れる電流を検出す
   る第１電流検出部と、 前記第１電流検出部の検出出力および予め設定したコン
   バータ電流設定量をつき合わせる第１つき合わせ部と、 前記電車線電圧を検出して得られる信号および前記第１
   つき合わせ部の偏差出力および予め設定したインバータ
   電圧設定量とをつき合わせる第２つき合わせ部と、 前記第１つき合わせ部の偏差出力信号が所定の極性の信
   号であるとき、該出力信号が前記第２つき合わせ部へ供
   給されるのを阻止するダイオードと、 前記第２つき合わせ部の偏差出力を増幅する反転増幅器
   と、 前記反転増幅器の出力に基づいて前記インバータの位相
   を制御する制御部と、 前記インバータの出力電流を検出する第２電流検出部と
   、 前記第２電流検出部の検出出力および予め設定したイン
   バータ電流設定量をつき合わせる第３つき合わせ部と、 前記第３つき合わせ部の偏差出力信号が所定の極性の信
   号であるときにのみ、該出力信号に基づいて前記反転増
   幅器の出力に対してリミッタ動作を行なうリミッタ回路
   とを備えたことを特徴とする電鉄用回生インバータの制
   御装置。