JPS6046638B2 - Chiyotsupa control device - Google Patents
Chiyotsupa control deviceInfo
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- JPS6046638B2 JPS6046638B2 JP6338580A JP6338580A JPS6046638B2 JP S6046638 B2 JPS6046638 B2 JP S6046638B2 JP 6338580 A JP6338580 A JP 6338580A JP 6338580 A JP6338580 A JP 6338580A JP S6046638 B2 JPS6046638 B2 JP S6046638B2
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
- H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
- H02P3/08—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a DC motor
- H02P3/14—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a DC motor by regenerative braking
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、チョッパを使用して電気車等における駆動
電動機を回生制動運転する場合のチョッパ制御装置に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a chopper control device for regenerative braking of a drive motor in an electric vehicle or the like using a chopper.
電気車等においては、力行時の速度制御の効率向上や乗
心地の向上を図るためにチョッパが多用゛されている。BACKGROUND ART In electric vehicles, choppers are often used to improve the efficiency of speed control and ride comfort during power running.
また、このチョッパを使用して制動時に回生制動を行い
、消費電力の低減を図つている。一般の電気車において
は、駆動電動機に直流直巻電動機を使用する場合が多い
が、この場合でも高速度から安定にしかもできるだけ大
きな制動力および回生電力が得られるようチョッパ制御
を行うことが望まれる。一般に、駆動電動機として直流
直巻電動桟を使用した電気車において、チョッパを使用
して安定した回生制動を行うには、電動機発生電圧を常
に架線電圧以下に制限する必要がある。Additionally, this chopper is used to perform regenerative braking during braking to reduce power consumption. In general electric vehicles, a DC series motor is often used as the drive motor, but even in this case it is desirable to perform chopper control to ensure stability from high speeds and to obtain as much braking force and regenerative power as possible. . Generally, in an electric vehicle using a DC series-wound electric crosspiece as a drive motor, in order to perform stable regenerative braking using a chopper, it is necessary to always limit the voltage generated by the motor to below the overhead line voltage.
このため、電動機を高速度から回生制動するには、電動
機電流を制限したり、電動機を弱界磁て使用する等の必
要が生じる。しカルながら、このように電動機を制御し
た場合、電動機の制動力が減少するので、この制動力が
電気車としての所要制動力に達しない時には空気制動で
補足している。このような不都合を解消するため、従来
においては、制動時に電動機回路に抵抗を挿入し、電動
機発生電圧を高くして制動力を高める工夫がなされてい
る。Therefore, in order to perform regenerative braking on the motor from a high speed, it is necessary to limit the motor current or use the motor in a weak field. However, when the electric motor is controlled in this way, the braking force of the electric motor decreases, so when this braking force does not reach the required braking force for an electric vehicle, it is supplemented by air braking. In order to eliminate such inconveniences, conventional efforts have been made to increase the braking force by inserting a resistor into the motor circuit during braking to increase the voltage generated by the motor.
一般に、この場合に使用される抵抗は、電動機の回転速
度が低下すれば短絡する方法がとられている。しかしな
がら、前記抵抗短絡時には電源側に挿入されているフィ
ルタコンデンサの電圧がはね上がり、電動機のトルクの
急変やチョッパの破壊を生じる虞れがある。このため、
前記フィルタコンデンサの電圧のはね上がりが許容値内
に入るようにしたり、電動機のトルクの急変による乗り
心地の低下を防ぐための方策が要求される。この種の要
求に対処すべく提案されている公知の回生制動時の主回
路構成を第1図に示す。Generally, the resistor used in this case is short-circuited when the rotational speed of the motor decreases. However, when the resistor is short-circuited, the voltage of the filter capacitor inserted on the power supply side jumps, which may cause a sudden change in the torque of the motor or damage to the chopper. For this reason,
Measures are required to ensure that the voltage jump of the filter capacitor falls within a permissible value, and to prevent a decrease in riding comfort due to sudden changes in the torque of the motor. FIG. 1 shows a known main circuit configuration for regenerative braking that has been proposed to meet this type of requirement.
なお、第1図において、実際には電源側にコンデンサと
リアクトルとて構成されるフィルタ回路が接続されるが
、説明の便宜上省略してある。すなわち、第1図におい
て、Pは架線Tより給電を行うパンタグラフ、CHはチ
ョッパ、MSLは平滑リアクトル、Mは電動機、Fは電
動機界磁、BDはブロッキングダイオード、BRはブレ
ーキ抵抗器であり、前記ブロッキングダイオードBDと
ブレーキ抵抗器BRとの直列回路にバイパスサイリスタ
THが並列接続されている。第1図に示す回路構成によ
れば、電動機電圧が規定値を上まわる高速域(AVR)
では、バイパスサイリスタTHを点弧せず、直列にブレ
ーキ抵抗器BRを挿入した状態て電動機電圧を制御する
。Note that in FIG. 1, a filter circuit composed of a capacitor and a reactor is actually connected to the power supply side, but this is omitted for convenience of explanation. That is, in FIG. 1, P is a pantograph that supplies power from the overhead wire T, CH is a chopper, MSL is a smoothing reactor, M is a motor, F is a motor field, BD is a blocking diode, BR is a brake resistor, and A bypass thyristor TH is connected in parallel to a series circuit of a blocking diode BD and a brake resistor BR. According to the circuit configuration shown in Fig. 1, the motor voltage exceeds the specified value in the high-speed range (AVR).
In this case, the motor voltage is controlled with the brake resistor BR inserted in series without firing the bypass thyristor TH.
次いで、中速域(ACRl)では、バイパスサイリスタ
THをオン状態にし、通流率を制御して電動機電流を一
定に保つ。さらに、中速域以下(ACR2)では、バイ
パスサイリスタTHを最大通流率にしてチヨツノ\℃H
の通流率を制御し電圧値を一定に保つ。このようにして
、前記ブレーキ抵抗器BRの抵抗値を連続的に制御して
ブレーキ抵抗器BRの短絡時のフィルタ回路を構成する
コンデンサ(図示せず)の電圧のはね上がりを低減する
と共に電動機Mの急激なトルク変動を回避することがで
きる。前述した回路の動作特性をさらに詳細に説明すれ
ば、第2図乃至第5図に示す通りである。Next, in the medium speed range (ACRl), the bypass thyristor TH is turned on and the conduction rate is controlled to keep the motor current constant. Furthermore, below the medium speed range (ACR2), the bypass thyristor TH is set to the maximum conduction rate to
Controls the current conduction rate and keeps the voltage value constant. In this way, the resistance value of the brake resistor BR is continuously controlled to reduce the voltage jump of the capacitor (not shown) constituting the filter circuit when the brake resistor BR is short-circuited. Sudden torque fluctuations can be avoided. The operating characteristics of the circuit described above will be explained in more detail as shown in FIGS. 2 to 5.
すなわち、第2図は回生制動時におけるチョッパCHの
動作特性を示すものである。第2図において、横軸上の
■、。、はブレーキ時の最高速度を示し、またV1は電
動機の発生電圧EMが最大電動機電流IMm〜で架線電
圧に等しくなる速度を示す。そこで、前記速度V1より
高速で回生制動をかける場合、最大電動機電流1Mma
xでは電動機発生電圧EMが、電源電圧Esを超えてし
まうので、常に次式を満足するよう電動機電流1Mを低
減制御する。但し、EM:電動機発生電圧 E,:電源
電圧
IM:電動機電流
RB:ブレーキ抵抗
α1 :チヨツパの通流率
第2図においては、最高速度■M..xで所定の電動機
電流1M1に低減する場合を示している。That is, FIG. 2 shows the operating characteristics of the chopper CH during regenerative braking. In Fig. 2, ■ on the horizontal axis. , indicates the maximum speed during braking, and V1 indicates the speed at which the voltage EM generated by the motor becomes equal to the overhead line voltage at the maximum motor current IMm~. Therefore, when applying regenerative braking at a higher speed than the speed V1, the maximum motor current is 1 Mma.
Since the motor generated voltage EM exceeds the power supply voltage Es at x, the motor current 1M is controlled to be reduced so as to always satisfy the following equation. However, EM: Motor generated voltage E,: Power supply voltage IM: Motor current RB: Brake resistance α1: Choppa's conduction rate In Fig. 2, maximum speed ■M. .. The case where the motor current is reduced to a predetermined 1M1 at x is shown.
なお、破線は、ブレーキ抵抗器BRを接続しない場合の
特性を示すものである。一方、チョッパCHの通流率α
1は、速度V1〜■Maxの範囲(中速域以下および高
速域)ては略最小通流率α1m1nであり、速度V1〜
0の範囲(中速域)では電動機電流■9を最大電流1M
m.、となるように制御するので最小通流率α1m,n
から略直線的に増加する。Note that the broken line indicates the characteristics when the brake resistor BR is not connected. On the other hand, the flow rate α of chopper CH
1 is approximately the minimum flow rate α1m1n in the range of speeds V1 to ■Max (lower than medium speed range and high speed range), and
In the range of 0 (medium speed range), the motor current ■9 is the maximum current of 1M
m. , so the minimum conductivity α1m,n
increases approximately linearly from .
この場合、電動機の発生トルクは、速度0−V1″の範
囲(中速域および中速域以下)では一定であるが、速度
V/〜■Maxの範囲(高速域)ては低減する。また、
速度V1〜■1″の範囲(中速域以下)では、バイパス
サイリスタTHの通流率α2を制御して電動機電流1M
を一定に保つ。第3図は、ノッチ特性を示すものである
。In this case, the torque generated by the electric motor is constant in the speed range 0-V1'' (medium speed range and below the medium speed range), but decreases in the speed range V/~max (high speed range). ,
In the speed range V1~■1'' (lower than medium speed range), the motor current is 1M by controlling the conduction rate α2 of the bypass thyristor TH.
keep constant. FIG. 3 shows notch characteristics.
第3図において、特性曲線イ,ハはブレーキ抵抗器BR
が接続されている場合で、イは電源電圧最大の時の特性
であり、ハは電源電圧最小の時の特性である。また、破
線で示す特性曲線明ま、ブレーキ抵抗器BRを接続しな
い場合の特性である。特性曲線イのa″〜b″の範囲は
、バイパスサイリスタTHがオフ状態のままで電動機電
圧を一定値に保持している高速域(AVR)である。バ
イパスサイリスタTHはb″点で点弧し制御を開始する
。b″〜b点の範囲はバイパスサイリスタTHの通流率
α2を制御して電動機電流1Mを一定(最大値IMma
.)に制御する中速域(ACRl)である。この場合、
b点て電動機電圧■1と電源電圧とが等しくなり、バイ
パスサイリスタTHの通流率α2は最大となる。さらに
、b−c点の範囲は、チヨツパCHの通流率α1を制御
する中速域以下(ACR2)の場合である。In Fig. 3, characteristic curves A and C represent brake resistor BR.
are connected, A is the characteristic when the power supply voltage is maximum, and C is the characteristic when the power supply voltage is minimum. Further, the characteristic curve shown by the broken line is the characteristic when the brake resistor BR is not connected. The range from a'' to b'' of the characteristic curve A is a high speed range (AVR) in which the bypass thyristor TH remains in the OFF state and the motor voltage is maintained at a constant value. The bypass thyristor TH fires at point b'' and starts control. In the range from b'' to point b, the conduction rate α2 of the bypass thyristor TH is controlled to keep the motor current 1M constant (maximum value IMma
.. ) is the medium speed range (ACRl). in this case,
At point b, the motor voltage 1 becomes equal to the power supply voltage, and the conduction rate α2 of the bypass thyristor TH becomes maximum. Furthermore, the range of points b to c is for a medium speed range or lower (ACR2) that controls the flow rate α1 of the chopper CH.
なお、第3図において、特性曲線口のa−bの範囲は、
ブレーキ抵抗器BRを接続しない場合の高速域(AVR
)である。第4図は、中速域(ACRl)での第1図に
示す回路の動作特性を示す波形図である。すなわち、第
4図の動作波形に基づいて第1図に示す回路の動作を説
明する。今、チョッパCHを時間t=TOでオン状態に
すると〔第4図1,3,4参照〕、電動機電流1Mは電
動機電圧により増加していく〔第4図8参照〕。最小流
通時間に等しい時間t=ちでチョッパCHをオフ状態に
すると、電動機電流1Mは直列接続されたブレーキ抵抗
器BRおよびブロッキングダイオードBDを介して電源
側に流れ、電力を電源に回生しながら電流1Mは減少し
ていく〔第4図5,7,8参照〕。次いで、時間t=T
2でバイパスサイリスタTHをオン状態にすると〔第4
図2参照〕、ブレーキ抵抗器BRに流れていた電流1R
〔第4図5参照〕は、バイパスサイリスタTHに移り、
電動機電流1Mは再び増加していく〔第4図6,7,8
参照〕。この時、電動機電圧は、電源電圧より大きい。
そこで、時間t=T3で再びチョッパCHをオン状態に
すると〔第4図1参照〕、バイパスサイリスタTHはオ
フ状態となる〔第4図2参照〕。以下同様にして、バイ
パスサイリスタTHの点弧時期T2を制御することによ
り、ブレーキ抵抗器BRの抵抗値は連続的に可変にする
ことができる。前述した制御方式において、ブレーキ抵
抗器BRの抵抗値RBは、前記式(1)に基づいて次式
により求められる。In addition, in FIG. 3, the range a-b of the characteristic curve opening is as follows:
High speed range (AVR) when brake resistor BR is not connected
). FIG. 4 is a waveform diagram showing the operating characteristics of the circuit shown in FIG. 1 in the medium speed range (ACRl). That is, the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be explained based on the operating waveforms of FIG. 4. Now, when the chopper CH is turned on at time t=TO [see Fig. 4, 1, 3, and 4], the motor current 1M increases with the motor voltage [see Fig. 4, 8]. When the chopper CH is turned off at a time t equal to the minimum flow time, a motor current of 1M flows to the power supply side via the brake resistor BR and blocking diode BD connected in series, and the current flows while regenerating the power to the power supply. 1M decreases [see Figure 4, 5, 7, and 8]. Then, time t=T
When the bypass thyristor TH is turned on in step 2,
Refer to Figure 2], the current 1R flowing through the brake resistor BR
[See Fig. 4, 5] moves to the bypass thyristor TH,
The motor current 1M increases again [Fig. 4 6, 7, 8
reference〕. At this time, the motor voltage is greater than the power supply voltage.
Therefore, when the chopper CH is turned on again at time t=T3 (see FIG. 4, 1), the bypass thyristor TH is turned off (see FIG. 4, 2). Similarly, by controlling the firing timing T2 of the bypass thyristor TH, the resistance value of the brake resistor BR can be made continuously variable. In the control method described above, the resistance value RB of the brake resistor BR is determined by the following equation based on the equation (1).
但し、IMl″:最高速度■Maxにおける電動機許
容最大電流 EMmax:最高速度■Maxに
おける電動機 許容最大電流で発生する電動機
電 圧 Es.n〜:電源電圧最大値
α1、n:チヨツパの最小通流率
第3図に示す特性曲線イのa″〜b″点間の電動機の特
性を第5図に示す。However, IMl″: Maximum speed ■ Electric motor permission at Max
Maximum current capacity EMmax: Motor voltage generated at maximum allowable current of the motor at maximum speed ■Max Es. n~: Maximum value of power supply voltage α1, n: Minimum conductivity of chopper The characteristics of the motor between points a'' and b'' of characteristic curve A shown in FIG. 3 are shown in FIG.
すなわち、第5図において、特性曲線1は最高速度にお
ける電動機の電圧−電流特性を示すものである。また、
特性曲線■,■はチョッパCHの端子電圧EcH(チョ
ッパCHは最小通流率α1.ninで動作する)で、■
は電源電圧最大(Es..〜)の場合を示し、■は電源
電圧最小(ESm,n)の場合を示す。電源電圧が最大
の場合は、電動機Mの動作点はAとなり、電動機許容最
大電流1M1″が流れるが、電源電圧が最小になると、
高速域(AVR)制御のためにバイパスサイリスタTH
はオフ状態であり、ブレーキ抵抗器BRの抵抗値R8が
変わらないため、電動機Mの動作点はBまで移動し、電
動機許容最大電流はIIMl″まで減少させなければな
らない。この時のノッチ特性曲線は第3図ハのようにな
る。ここで、電源電圧最大値E,maxを1,650V
1電源電圧最小値Es、,。を1,000Vとすれば、
電動機許容最大電流1M1″は電動機電流1M1の約6
0%まで低下してしまう(第2図参照)。このように、
第1図に示す制御方式では、電源電圧が低下すると、制
動電流が低下するために回生電力が低下してしまい、さ
らに回生制動力が下足してしまうという欠点がある。That is, in FIG. 5, characteristic curve 1 shows the voltage-current characteristic of the motor at maximum speed. Also,
The characteristic curves ■ and ■ are the terminal voltage EcH of the chopper CH (the chopper CH operates at the minimum conduction rate α1.nin), and ■
indicates the case where the power supply voltage is maximum (Es..~), and ■ indicates the case where the power supply voltage is minimum (ESm,n). When the power supply voltage is maximum, the operating point of motor M is A, and the maximum allowable motor current 1M1'' flows, but when the power supply voltage is minimum,
Bypass thyristor TH for high speed range (AVR) control
is in the off state and the resistance value R8 of the brake resistor BR does not change, so the operating point of the motor M moves to B and the maximum allowable motor current must be reduced to IIMl''.At this time, the notch characteristic curve is as shown in Figure 3 C.Here, the maximum power supply voltage E,max is 1,650V.
1 Minimum power supply voltage Es, . If it is 1,000V,
Maximum allowable motor current 1M1″ is approximately 6 of motor current 1M1
It drops to 0% (see Figure 2). in this way,
The control method shown in FIG. 1 has the drawback that when the power supply voltage decreases, the braking current decreases, resulting in a decrease in regenerative power, and furthermore, the regenerative braking force is reduced.
また、第1図に゛示す制御方式によると、高速制動時に
転流失敗した場合、電流を制限する抵抗が入つていない
ために電動機電流は非常に大きくなる。そこで、チョッ
パや電動機の過電流保護協調のため、回路に制動時のみ
相間リアクトルを追加する必要が生じたり、動作時間の
短い遮断器を使用する必要がある。さらに、第1図に示
す制御方式では、チョッパに電動機電圧が加わり、しか
もこの電圧は電源電圧の2倍近くにも達するので、チョ
ッパを構成する部品はこの電圧を考慮して選定する必要
があるばかりでなく。高耐圧化のために装置も大型化す
る難点がある。そこで、本発明者等は、前述したチョッ
パ制御装置の欠点を全て克服すべく種々検討並びに試作
を重ねた結果、電源に対し電動機と直列接続するブレー
キ抵抗器をチョッパの接続点において二分し、これらの
ブレーキ抵抗器とブロッキングダイオードとの直列回路
にバイパスサイリスタを並列接続することにより、電動
機の発生電圧が電源電圧以上の時チョッパの通流率を最
小に保ち、しかも電動機電流を規定された値になるよう
バイパスサイリスタの通流率を制御し、バイパスサイリ
スタの通流率が最大または規定の大きさになつた後チョ
ッパの通流率を制御するようにして、電源電圧に関係な
く電動機電流を規定値になるよう前記ブレーキ抵抗器の
抵抗値を連続的に制御することにより、電動機の回生制
動時における回生率、回生電力、回生制動力の増大を図
り、前述の問題点を一挙に解消し得ることを突き止めた
。Furthermore, according to the control system shown in FIG. 1, if commutation fails during high-speed braking, the motor current will become very large because no resistor is included to limit the current. Therefore, in order to coordinate overcurrent protection of the chopper and motor, it becomes necessary to add an interphase reactor to the circuit only during braking, or it is necessary to use a circuit breaker with a short operating time. Furthermore, in the control method shown in Figure 1, the motor voltage is applied to the chopper, and this voltage is nearly twice the power supply voltage, so the components that make up the chopper must be selected with this voltage in mind. Not only. The problem is that the device also becomes larger due to the higher voltage resistance. Therefore, the inventors of the present invention have conducted various studies and made prototypes in order to overcome all of the drawbacks of the chopper control device described above. As a result, the brake resistor, which is connected in series with the electric motor to the power supply, is divided into two at the connection point of the chopper. By connecting a bypass thyristor in parallel to the series circuit of a brake resistor and a blocking diode, the current flow rate of the chopper can be kept to a minimum when the voltage generated by the motor is higher than the power supply voltage, and the motor current can be kept at a specified value. By controlling the conduction rate of the bypass thyristor so that the conduction rate of the bypass thyristor reaches the maximum or a specified value, the conduction rate of the chopper is controlled so that the motor current is regulated regardless of the power supply voltage. By continuously controlling the resistance value of the brake resistor so that the brake resistor has a value of I figured it out.
従つて、本発明の目的は、簡単な回路構成によりチョッ
パの責務を増大させることなく回生率、回生電力および
回生制動力の増大を図ることができるチョッパ制御装置
を提供するにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a chopper control device that can increase the regeneration rate, regenerative power, and regenerative braking force without increasing the duty of the chopper with a simple circuit configuration.
前記の目的を達成するため、本発明においては、直流電
源に電動機とチョッパとを並列に接続し、さらに直流電
源に対し電動機と直列にダイオードとブレーキ抵抗器と
を接続すると共に前記ダイオードとブレーキ抵抗器との
直列回路にバイパスサイリスタを並列接続し、前記バイ
パスサイリスタの電流率を制御して電動機の回生制動を
行うよう構成したチョッパ制御装置において、前記ブレ
ーキ抵抗器をチョッパに対し直流電源側回路と電動機側
回路とに分割して接続し、これらの分割されたブレーキ
抵抗器とダイオードとの直列回路にバイパスサイリスタ
を並列接続し、最高速度で電源電圧最小値において許容
電動機電流が流れるように前記分割されたブレーキ抵抗
器の合成抵抗値を設定し、電動機電流または電動機端子
電圧が規定値になるようバイパスサイリスタの通流率を
制御することを特徴とする。In order to achieve the above object, in the present invention, a motor and a chopper are connected in parallel to a DC power supply, and a diode and a brake resistor are connected in series with the motor to the DC power supply, and the diode and brake resistor are connected in series to the DC power supply. In the chopper control device, a bypass thyristor is connected in parallel to a series circuit with a chopper, and the current rate of the bypass thyristor is controlled to perform regenerative braking of the motor. A bypass thyristor is connected in parallel to the series circuit of these divided brake resistors and diodes, and the divided circuit is connected so that the allowable motor current flows at the maximum speed and the minimum value of the power supply voltage. The present invention is characterized in that the composite resistance value of the brake resistors is set, and the conduction rate of the bypass thyristor is controlled so that the motor current or the motor terminal voltage becomes a specified value.
前記のチョッパ制御装置において、電動機側回路に安定
抵抗器を接続すれば、電動機電圧が高源電圧より高い高
速域での電源電圧急変等に際して電動機の駆動の安定性
を増大することが可能となる。In the chopper control device described above, if a stabilizing resistor is connected to the motor side circuit, it is possible to increase the stability of motor drive in the event of a sudden change in power supply voltage in a high speed range where the motor voltage is higher than the high source voltage. .
また、ブレーキ抵抗器に短絡スイッチを並列接続し、電
動機端子電圧が規定値以下の場合に前記短絡スイッチに
よりブレーキ抵抗器を短絡するよう構成すれは、ブレー
キ抵抗器の発生損失を軽減することがてき好適てある。Furthermore, if a short circuit switch is connected in parallel to the brake resistor and the short circuit switch shorts the brake resistor when the motor terminal voltage is below a specified value, it is possible to reduce the loss generated by the brake resistor. It is suitable.
さらに、安定抵抗器を接続した場合も、前記と同様に安
定抵抗器に短絡スイッチを並列接続して、安定抵抗器の
発生損失を軽減するよう構成ずれは好適である。次に、
本発明に係るチョッパ制御装置の実施例・につき添付図
面を参照しながら以下詳細に説明する。Furthermore, even when a stabilizing resistor is connected, it is preferable to connect a shorting switch in parallel to the stabilizing resistor in the same way as described above, and to make a configuration shift to reduce the loss generated by the stabilizing resistor. next,
Embodiments of the chopper control device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
第6図は、本発明に係るチョッパ制御装置の一実施例を
示す回路図で、参照符号10は架線、12はパンタグラ
フ、14はチョッパ、16は電動機である。FIG. 6 is a circuit diagram showing an embodiment of the chopper control device according to the present invention, in which reference numeral 10 is an overhead wire, 12 is a pantograph, 14 is a chopper, and 16 is an electric motor.
電動機16と直列に電動機界磁18および平滑リアクト
ル20が接続されている。また、電源に対し電動機16
と直列にブロッキングダイオード22とブレーキ抵抗器
24が接続され、さらにこれらのブロッキングダイオー
ド22とブレーキ抵抗器24との直列回路にバイパスサ
イリスタ26が並列に接続されている。なお、第6図に
示す回路において、実際には電源側にコンLデンサとリ
アクトルとで構成されるフィルタ回路が接続されるが、
説明の便宜上省略してある。しかるに、本発明に係るチ
ョッパ制御装置においては、前記ブレーキ抵抗器24を
、チョッパ14の接続点Pにおいて夫々ブレーキ抵抗器
24aおよび24bとに二分したことを特徴とするもの
である。次に、第6図に示す回路の動作特性につき、第
7図に示す波形図を参照しながら以下説明する。A motor field 18 and a smoothing reactor 20 are connected in series with the motor 16. Also, the electric motor 16
A blocking diode 22 and a brake resistor 24 are connected in series, and a bypass thyristor 26 is connected in parallel to the series circuit of the blocking diode 22 and brake resistor 24. Note that in the circuit shown in FIG. 6, a filter circuit consisting of a capacitor L capacitor and a reactor is actually connected to the power supply side, but
This is omitted for convenience of explanation. However, the chopper control device according to the present invention is characterized in that the brake resistor 24 is divided into two brake resistors 24a and 24b at the connection point P of the chopper 14, respectively. Next, the operating characteristics of the circuit shown in FIG. 6 will be explained below with reference to the waveform diagram shown in FIG.
今、チョッパ14を時間t=TOでオン状態にすると〔
第7図1,3,4参照〕、電動機16はブレーキ抵抗器
24bを介して短絡されるのて、電動機電流1Mは増加
していく〔第7図8参照〕。次に、最小通流時間に等し
い時間t=t1でチョッパ14をオフ状態にすると、電
動機電流1Mはブレーキ抵抗器24a,24bおよびブ
ロッキングダイオード22を介して電源側に流れ、電力
を電源に回生しながら電流1Mは減少していく〔第7図
5,7,8参照〕。次いで、時間t=T2でバイパスサ
イリスタ26を点弧すると、ブレーキ抵抗器24a,2
4bに流れていた電流1Rはバイパスサイリスタ26に
移り、電動機電流1Mは再び増加していく〔第7図6,
7,8参照〕。この時、電動機電圧は電源電圧より大き
い。そこで、時間t=らで再びチョッパ14をオン状態
にすると〔第7図1参照〕、バイパスサイリスタ26に
は電源電圧とブレーキ抵抗器24aの端子電圧との差が
逆方向に加わり、バイパスサイリスタ26はオフ状態と
なる〔第7図2参照〕。以下、同様にして、バイパスサ
イリスタ26の点弧時間しを制御することにより、ブレ
ーキ抵抗器24の抵抗値は連続的に可変することができ
る。なお、バイパスサイリスタ26は、電動機電流1M
あるいは電動機16の端子電圧が規定値になるようその
通流率を制御する。以上の動作特性は前述した第1図に
示す従来のチョッパ制御装置と略同一の動作特性を有す
る(第4図参照)。本発明に係るチョッパ制御装置にお
いては、最高速度で電源電圧最小値Es..,nにおい
て、許容電動機電流1M1″が流れるような抵抗値、す
なわちブレーキ抵抗器24a,24bの合成抵抗値RB
は次式で示される。Now, if the chopper 14 is turned on at time t=TO [
As the motor 16 is short-circuited via the brake resistor 24b, the motor current 1M increases [see FIG. 7 and 8]. Next, when the chopper 14 is turned off at a time t=t1 equal to the minimum conduction time, the motor current 1M flows to the power supply side via the brake resistors 24a, 24b and the blocking diode 22, regenerating the power to the power supply. However, the current 1M decreases [see Fig. 7, 5, 7, and 8]. Then, when the bypass thyristor 26 is fired at time t=T2, the brake resistors 24a, 2
The current 1R flowing through 4b is transferred to the bypass thyristor 26, and the motor current 1M increases again [Fig.
7, 8]. At this time, the motor voltage is greater than the power supply voltage. Therefore, when the chopper 14 is turned on again at time t=0 [see FIG. 7 1], the difference between the power supply voltage and the terminal voltage of the brake resistor 24a is applied to the bypass thyristor 26 in the opposite direction, and the bypass thyristor 26 is in the off state [see FIG. 7, 2]. Thereafter, by similarly controlling the firing time of the bypass thyristor 26, the resistance value of the brake resistor 24 can be continuously varied. Note that the bypass thyristor 26 has a motor current of 1M.
Alternatively, the conduction rate is controlled so that the terminal voltage of the motor 16 becomes a specified value. The above operating characteristics are substantially the same as those of the conventional chopper control device shown in FIG. 1 described above (see FIG. 4). In the chopper control device according to the present invention, the minimum power supply voltage Es. .. , n, a resistance value such that an allowable motor current 1M1'' flows, that is, a combined resistance value RB of the brake resistors 24a and 24b.
is expressed by the following equation.
但し、IMl″:最高速度■MaOにおける電動機許
容最大電流 EMmax:最高速度Vmaxに
おける電動機 許容最大電流て発生する電動機
電 圧 Esmln:電源電圧最小値
α1m1n:チヨツパの最小通流率
このような抵抗値にすることより、電動機16の動作特
性は第8図に示すようになる。However, IMl″: Maximum speed ■ Electric motor allowance at MaO
Maximum current capacity EMmax: Motor voltage generated by the maximum allowable current of the motor at maximum speed Vmax Esmln: Minimum power supply voltage α1m1n: Minimum conductivity of the chopper By setting such a resistance value, the operating characteristics of the motor 16 are as follows. The result is as shown in Figure 8.
すなわち、第8図において、特性曲線1は最高速度にお
ける電動機の電圧一電流特性を示すものである。また、
特性曲線■,■はチョッパ14の端子電圧EcH(チョ
ッパ14は最小通流率α1.,。で動作する)で、■は
電源電圧最大(E,mへ)の場合を示し、■は電源電圧
最小(E,min)の場合を示す。なお、本発明におい
ては、特性曲線■の場合、バイパスサイリスタ26の通
流率α2は零になり、電動機16の動作点はAとなり、
電源電圧が最大の場合(第8図の特性曲線■)と同様、
電動機許容最大電流1M1″を流すことができる。すな
わち、従来のチョッパ制御装置では、電源電圧最小値E
,.l、の特性曲線は■(破線で示す)となると共に電
動機の動作点もBとなり、電動機電流がIMl″であつ
たものをIMl″まで高めることができる。また、電源
電圧が最大(E,.n〜)の場合は、第8図の特性曲線
■に示す特性とする必要があり、この場合バイパスサイ
リスタ26の通流率を大きくして等価的に■の特性とす
る。本発明に係るチョッパ制御装置において、ノッチ特
性は電源電圧に関係なく第9図の特性曲線二に示すよう
になる。That is, in FIG. 8, characteristic curve 1 shows the voltage-current characteristic of the motor at maximum speed. Also,
The characteristic curves ■ and ■ are the terminal voltage EcH of the chopper 14 (the chopper 14 operates at the minimum conduction rate α1.,.), ■ indicates the case where the power supply voltage is maximum (to E, m), and ■ is the power supply voltage The case of minimum (E, min) is shown. In the present invention, in the case of the characteristic curve (■), the conduction rate α2 of the bypass thyristor 26 becomes zero, the operating point of the electric motor 16 becomes A,
As in the case where the power supply voltage is maximum (characteristic curve ■ in Figure 8),
A maximum allowable current of 1M1'' can be passed through the motor.In other words, in the conventional chopper control device, the minimum power supply voltage E
、. The characteristic curve of 1 becomes ▪ (indicated by a broken line), and the operating point of the motor also becomes B, and the motor current can be increased from IMl'' to IMl''. In addition, when the power supply voltage is maximum (E, .n~), it is necessary to have the characteristic shown in the characteristic curve ■ in Fig. 8, and in this case, the conduction rate of the bypass thyristor 26 is increased to equivalently The characteristics of In the chopper control device according to the present invention, the notch characteristics are as shown in characteristic curve 2 in FIG. 9 regardless of the power supply voltage.
なお、第9図に示す特性曲線イ,ハは、従来のチョッパ
制御装置のノッチ特性であり、イは電源電圧最大の場合
を示し、ハは電源電圧最小の場合を示す。第9図から明
らかなように、本発明装置は、従来装置と比較して高速
における電動機電流を大きくすることができるので、制
動力、回生電力および回生率の向上を図ることができる
。また補足の空気制動が必要な場合は、その負担する割
合を減少させることがてきる。特に電源電圧が低くなる
と前記効果は一層大きくなる。第10図乃至第13図は
、本発明に係るチョッパ制御装置の夫々別の実施例を示
すものである。Characteristic curves A and C shown in FIG. 9 are notch characteristics of the conventional chopper control device, where A shows the case where the power supply voltage is maximum and curve C shows the case where the power supply voltage is the minimum. As is clear from FIG. 9, the device of the present invention can increase the motor current at high speeds compared to the conventional device, so it is possible to improve the braking force, regenerated power, and regeneration rate. Also, if supplementary air braking is required, the proportion of that burden can be reduced. In particular, as the power supply voltage becomes lower, the above effect becomes even greater. 10 to 13 show different embodiments of the chopper control device according to the present invention.
すなわち、第10図は、第6図に示す回路構成に゛おい
て、安定抵抗器28を挿入接続したものである。このよ
うに安定抵抗器28を挿入することにより、電動機電圧
が電源電圧より高い高速域での電源電圧急変等に際して
電動機の駆動の安定性を増大することができる。第11
図は、第6図に示す回路構成において、ブレーキ抵抗器
24a,24bに短絡スイッチ30を並列に接続したも
のである。That is, FIG. 10 shows the circuit configuration shown in FIG. 6 in which a stabilizing resistor 28 is inserted and connected. By inserting the stabilizing resistor 28 in this way, it is possible to increase the stability of driving the motor when the power supply voltage suddenly changes in a high speed range where the motor voltage is higher than the power supply voltage. 11th
The figure shows the circuit configuration shown in FIG. 6 in which a shorting switch 30 is connected in parallel to the brake resistors 24a and 24b.
このように構成することにより、回生制動時にバイパス
サイリスタ26が最大通流率でしかも一定の条件になつ
た際ブレーキ抵抗器24a,24bを短絡すれば、ブレ
ーキ抵抗器24a,24bの発生損失を軽減することが
できる。第12図は、第10図に示す回路構成において
、各ブレーキ抵抗器24a,24bおよび安定抵抗器2
8に夫々短絡スイッチ32,34,36を並列に接続し
、前記実施例と同様にブレーキ抵抗器24a,24bお
よび安定抵抗器28の発生損失を軽減するようにしたも
のである。With this configuration, if the brake resistors 24a and 24b are short-circuited when the bypass thyristor 26 reaches the maximum conduction rate and under certain conditions during regenerative braking, the loss generated by the brake resistors 24a and 24b can be reduced. can do. FIG. 12 shows each brake resistor 24a, 24b and the ballast resistor 2 in the circuit configuration shown in FIG.
Short-circuit switches 32, 34, and 36 are connected in parallel to the brake resistors 24a, 24b, and the stabilizing resistor 28, respectively, in the same manner as in the previous embodiment to reduce the loss generated by the brake resistors 24a, 24b and the stabilizing resistor 28.
なお、この場合、第13図に示すように、短絡スイッチ
32,34を単一の短絡スイッチ32で構成することも
可能である。前述の第11図乃至第13図に示す実施例
において、短絡スイッチ30,32,34,36を夫々
機械的スイッチで例示したが、サイリスタ等の半導体ス
イッチを使用し得ることは勿論てある。In this case, as shown in FIG. 13, it is also possible to configure the shorting switches 32 and 34 with a single shorting switch 32. In the embodiments shown in FIGS. 11 to 13, the shorting switches 30, 32, 34, and 36 are each exemplified as mechanical switches, but it is of course possible to use semiconductor switches such as thyristors.
前述した実施例から明らかなように、本発明に係るチョ
ッパ制御装置は、従来装置に比べて種々の利点を有する
ものであり、それらを要約して列挙すれば次の通りであ
る。As is clear from the embodiments described above, the chopper control device according to the present invention has various advantages over conventional devices, and these can be summarized as follows.
(1)電源電圧に関係なく電動機電流を許容値一杯まで
流せるので、回生制動力、回生電力および回生率の増大
を図ることができる。(1) Since the motor current can flow up to the maximum allowable value regardless of the power supply voltage, it is possible to increase regenerative braking force, regenerative power, and regeneration rate.
(2)回生制動力のみでは制動力が不足し、空気制動を
補足する場合、空気制動力を減らすことができ、保守費
等の軽減を図ることができる。(2) If the regenerative braking force alone is insufficient in braking force and air braking is supplemented, the air braking force can be reduced and maintenance costs etc. can be reduced.
(3)特に、電源電圧が低い場合、前記(1),(2)
の効果が大きい。(4)高速回生制動時にチョッパが転
流失敗しても、回路に抵抗(ブレーキ抵抗器)が挿入さ
れているのて電動機電流が制限され、過電流保護協調が
容易となる。(3) Especially when the power supply voltage is low, the above (1) and (2)
The effect is large. (4) Even if the chopper fails to commutate during high-speed regenerative braking, the motor current is limited because a resistor (brake resistor) is inserted in the circuit, facilitating overcurrent protection coordination.
(5)回生制動時にチョッパに印加される電圧は、電動
機電圧より低くなるので、チョッパ装置の小型化を図る
ことができる。(5) Since the voltage applied to the chopper during regenerative braking is lower than the motor voltage, the chopper device can be made smaller.
本発明に係るチョッパ制御装置は、直流電動機から直流
電源に電力を回生するものであるから、電気車や電気自
動車に好適に応用することができるばかりでなく、その
他の凡ゆる半導体変換器においても、直流中間回路にチ
ョッパを介在して回生制御を行うものに適用すれは前記
各効果を期待することができる。Since the chopper control device according to the present invention regenerates power from a DC motor to a DC power source, it can be suitably applied not only to electric cars and electric vehicles, but also to all other semiconductor converters. The above-mentioned effects can be expected when the present invention is applied to a device that performs regeneration control by interposing a chopper in a DC intermediate circuit.
以上、本発明の好適な実施例として、一相一重のチョッ
パの場合について説明したが、本発明は−多相多重方式
チョッパにも応用し得るばかりでなく、その他本発明の
精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし
得ることは勿論である。Although the case of a single-phase single chopper has been described above as a preferred embodiment of the present invention, the present invention is not only applicable to a multi-phase multiplex chopper, but also has other applications within the scope of the spirit of the present invention. Of course, various design changes can be made within the structure.
第1図は従来のチョッパ制御装置の主回路構成を示す結
線図、第2図は第1図に示す回路の回生制動時の動作特
性曲線図、第3図は第1図に示す回路の回生制動時のノ
ッチ特性曲線図、第4図は第1図に示す回路の動作波形
図、第5図は第3図に示すノッチ特性を有する場合の電
動機の動作特性曲線図、第6図は本発明に係るチョッパ
制御装置の一実施例を示す主回路構成結線図、第7図は
第6図に示す回路の動作波形図、第8図は第6図に示す
回路の電動機の動作特性曲線図、第9図は第6図に示す
回路の回生制動時のノッチ特性曲線図、第10図乃至第
13図は本発明に係るチョッパ制御装置の夫々別の実施
例を示す主回路構成結線図てある。
10・・・・・・架線、12・・・・・パンタグラフ、
14・・・・・チョッパ、16・・・・・電動機、18
・・・・・電動機界磁、20・・・・・・平滑リアクト
ル、22・・・・・・ブロッキングダイオード、24・
・・・ブレーキ抵抗器、26・・・・バイパスサイリス
タ、28・・・・・・安定抵抗器、30,32,34,
36・・・・・・短絡スイッチ。Fig. 1 is a wiring diagram showing the main circuit configuration of a conventional chopper control device, Fig. 2 is an operating characteristic curve diagram during regenerative braking of the circuit shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a regenerative braking diagram of the circuit shown in Fig. 1. A notch characteristic curve diagram during braking, Figure 4 is an operating waveform diagram of the circuit shown in Figure 1, Figure 5 is an operating characteristic curve diagram of the motor when it has the notch characteristic shown in Figure 3, and Figure 6 is a diagram of the operating characteristic curve of the circuit shown in Figure 1. A main circuit configuration wiring diagram showing an embodiment of the chopper control device according to the invention, FIG. 7 is an operating waveform diagram of the circuit shown in FIG. 6, and FIG. 8 is an operating characteristic curve diagram of the motor of the circuit shown in FIG. , FIG. 9 is a notch characteristic curve diagram during regenerative braking of the circuit shown in FIG. 6, and FIGS. 10 to 13 are main circuit configuration wiring diagrams showing different embodiments of the chopper control device according to the present invention. be. 10... Overhead wire, 12... Pantograph,
14...Chopper, 16...Electric motor, 18
...Motor field, 20...Smoothing reactor, 22...Blocking diode, 24.
... Brake resistor, 26 ... Bypass thyristor, 28 ... Stability resistor, 30, 32, 34,
36...Short switch.
Claims (1)
らに直流電源に対し電動機と直列にダイオードとブレー
キ抵抗器とを接続すると共に前記ダイオードとブレーキ
抵抗器との直列回路にバイパスサイリスタを並列接続し
、前記バイパスサイリスタの通流率を制御して電動機の
回生制御を行うよう構成したチョッパ制御装置において
、前記ブレーキ抵抗器をチョッパに対し直流電源側回路
と電動機側回路とに分割して接続し、これらの分割され
たブレーキ抵抗器とダイオードとの直列回路にバイパス
サイリスタを並列接続し、最高速度で電源電圧最小値に
おいて許容電動機電流が流れるように前記分割されたブ
レーキ抵抗器の合成抵抗値を設定し、電動機電流または
電動機端子電圧が規定値になるようバイパスサイリスタ
の通流率を制御することを特徴とするチョッパ制御装置
。 2 特許請求の範囲第1項記載のチョッパ制御装置にお
いて、電動機側回路に安定抵抗器を接続してなるチョッ
パ制御装置。 3 特許請求の範囲第1項記載のチョッパ制御装置にお
いて、ブレーキ抵抗器に短絡スイッチを並列接続し、電
動機端子電圧が規定値以下の場合前記短絡スイッチによ
りブレーキ抵抗器を短絡するよう構成してなるチョッパ
制御装置。 4 特許請求の範囲第2項記載のチョッパ制御装置にお
いて、安定抵抗器に短絡スイッチを並列接続し、電動機
端子電圧が規定値以下の場合前記短絡スイッチにより安
定抵抗器を短絡するよう構成してなるチョッパ制御装置
。[Claims] 1. A motor and a chopper are connected in parallel to a DC power source, and a diode and a brake resistor are connected in series with the motor to the DC power source, and a series circuit of the diode and the brake resistor is connected to the DC power source. In a chopper control device configured to connect bypass thyristors in parallel and control the conduction rate of the bypass thyristor to perform regeneration control of a motor, the brake resistor is connected to a DC power supply side circuit and a motor side circuit with respect to the chopper. A bypass thyristor is connected in parallel to the series circuit of these divided brake resistors and diodes, and the divided brake resistors are connected in parallel so that the permissible motor current flows at the maximum speed and the minimum value of the power supply voltage. 1. A chopper control device that sets a combined resistance value of and controls a conduction rate of a bypass thyristor so that a motor current or a motor terminal voltage becomes a specified value. 2. The chopper control device according to claim 1, wherein a stabilizing resistor is connected to the motor side circuit. 3. In the chopper control device according to claim 1, a shorting switch is connected in parallel to the brake resistor, and the shorting switch short-circuits the brake resistor when the motor terminal voltage is below a specified value. Chopper control device. 4. The chopper control device according to claim 2, wherein a shorting switch is connected in parallel to the stabilizing resistor, and the shorting switch short-circuits the stabilizing resistor when the motor terminal voltage is below a specified value. Chopper control device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6338580A JPS6046638B2 (en) | 1980-05-15 | 1980-05-15 | Chiyotsupa control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6338580A JPS6046638B2 (en) | 1980-05-15 | 1980-05-15 | Chiyotsupa control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56159980A JPS56159980A (en) | 1981-12-09 |
| JPS6046638B2 true JPS6046638B2 (en) | 1985-10-17 |
Family
ID=13227769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6338580A Expired JPS6046638B2 (en) | 1980-05-15 | 1980-05-15 | Chiyotsupa control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046638B2 (en) |
-
1980
- 1980-05-15 JP JP6338580A patent/JPS6046638B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56159980A (en) | 1981-12-09 |
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