| 【発明の名称】 |
ディーゼル電気機関車用制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】児島 繁
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| 【要約】 |
【課題】空転発生時の再粘着制御を容易にする。
【解決手段】力行時に誘導電動機１５の回転数が所定値を超えたとき空転制御手段１６が車輪の空転を検出して空転の大きさに応じて誘導電動機１５の出力減少信号１６ａを出力し、出力減少信号１６ａにより誘導電動機１５の出力トルクを減少させると共に、出力減少信号１６ａによりブレーキチョッパ２１の通流率を制御して、誘導電動機１５の出力トルクの減少分をブレーキ抵抗２２に消費させるようにしたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ディーゼルエンジンにより駆動された交流発電機の出力を直流電力に変換し、上記直流電力をインバータにより交流電力に変換して誘導電動機の力行制御を行い、ブレーキ時に上記誘導電動機の発電エネルギーをブレーキチョッパを動作させてブレーキ抵抗で消費させるようにしたディーゼル電気機関車用制御装置において、力行時に上記誘導電動機の回転数が所定値を超えたとき空転制御手段が車輪の空転を検出して空転の大きさに応じて上記誘導電動機の出力減少信号を出力し、上記出力減少信号により上記誘導電動機の出力トルクを減少させると共に、上記出力減少信号により上記ブレーキチョッパの通流率を制御して、上記誘導電動機の出力トルクの減少分を上記ブレーキ抵抗に消費させるようにしたことを特徴とするディーゼル電気機関車用制御装置。
【請求項２】 ディーゼルエンジンにより駆動された交流発電機の出力を直流電力に変換し、上記直流電力をインバータにより交流電力に変換して誘導電動機の力行制御を行い、ブレーキ時に上記誘導電動機の発電エネルギーをブレーキチョッパを動作させてブレーキ抵抗で消費させるようにしたディーゼル電気機関車用制御装置において、力行時に上記誘導電動機の回転数が所定値を超えたとき空転制御手段が車輪の空転を検出して空転の大きさに応じて上記誘導電動機の出力減少信号を出力し、上記出力減少信号により上記誘導電動機の出力トルクを減少させると共に、上記インバータの入力電圧が所定値を超えたとき上記ブレーキチョッパの通流率を制御して、上記誘導電動機の出力トルクの減少分を上記ブレーキ抵抗に消費させるようにしたことを特徴とするディーゼル電気機関車用制御装置。
【請求項３】 ディーゼルエンジンがアイドリング状態から最大出力までの低速度域で、車輪の粘着状態におけるインバータの入力電圧より所定の割合で高く設定された設定値を超えたとき、ブレーキチョッパを動作させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のディーゼル電気機関車用制御装置 |
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエンジンの出力を電力に変換して、駆動用誘導電動機に交流電力を供給するディーゼル電気機関車用制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来のディーゼル電気機関車用制御装置の構成図である。図６において、ディーゼルエンジン１に直結された交流発電機２により交流電力が発生される。発生された交流電力を整流器３により直流電力に変換する。さらに、直流電力をＶＶＶＦインバータ４により交流電力に変換して誘導電動機５の電力制御を行い、ディーゼル電気機関車の力行時における速度制御が行われる。さらに、力行時に車輪の空転が発生してＶＶＶＦインバータ４の入力電圧が設定値を超えたときには、電圧検出手段６が過電圧を検知して所定の保護動作が行われる。そして、ブレーキ時にはディーゼルエンジン１がアイドリング運転されると共に、誘導電動機５が発生した電圧を電圧検出手段６が検出して、発電電圧に応じてブレーキチョッパ８を通流率制御手段７により通流率制御する。これにより、誘導電動機５で発電したエネルギーをブレーキ抵抗９で消費させて、ディーゼル電気機関車の速度を低下させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のディーゼル電気機関車用制御装置は以上のように構成されているので、力行時に路面状態により車輪の空転が発生したときに、誘導電動機５の出力トルクを急速に減少させるようにした再粘着制御を行うと、ディーゼルエンジンの出力の低下が追随できないので、ディーゼルエンジンの回転数が異常に上昇する。このため、交流発電機２の出力電圧が上昇してＶＶＶＦインバータ４の入力電圧が過電圧になるので、電圧検出手段６が保護動作を行うという問題点があった。この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたもので、空転発生時の再粘着制御を容易に行うことができるディーゼル電気機関車用制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、ディーゼルエンジンにより駆動された交流発電機の出力を直流電力に変換し、直流電力をインバータにより交流電力に変換して誘導電動機の力行制御を行い、ブレーキ時に上記誘導電動機の発電エネルギーをブレーキチョッパを動作させてブレーキ抵抗で消費させるようにしたディーゼル電気機関車用制御装置において、力行時に誘導電動機の回転数が所定値を超えたとき空転制御手段が車輪の空転を検出して空転の大きさに応じて誘導電動機の出力減少信号を出力し、出力減少信号により誘導電動機の出力トルクを減少させると共に、出力減少信号によりブレーキチョッパの通流率を制御して、誘導電動機の出力トルクの減少分をブレーキ抵抗に消費させるようにしたものである。また、力行時に誘導電動機の回転数が所定値を超えたとき空転制御手段が車輪の空転を検出して空転の大きさに応じて誘導電動機の出力減少信号を出力し、出力減少信号により誘導電動機の出力トルクを減少させると共に、インバータの入力電圧が所定値を超えたときブレーキチョッパの通流率を制御して、誘導電動機の出力トルクの減少分をブレーキ抵抗に消費させるようにしたものである。さらに、ディーゼルエンジンがアイドリング状態から最大出力までの低速度域で、車輪の粘着状態におけるインバータの入力電圧より所定の割合で高く設定された設定値を越えたとき、ブレーキチョッパを動作させるようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は実施の形態１を示す構成図である。図１において、１０はディーゼルエンジンで、図２に示す牽引力特性、エンジン出力特性及び発電機の出力特性（ＶＶＶＦインバータの入力電圧特性）を有する。１１はエンジン制御手段で、ディーゼルエンジン１０の出力制御を行う。１２はディーゼルエンジン１０に直結された交流発電機、１３は整流器で、交流発電機１２から出力された交流電力を直流電力に変換する。１４は可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータで、整流器１３から出力された直流電力を交流電力に変換する。１５はＶＶＶＦインバータ１４に接続された誘導電動機で、ディーゼル電気機関車（図示せず）の駆動力を発生する。１６は空転制御手段で、誘導電動機１５の回転数の上昇率が所定の値を超えたとき、車輪の空転を検出して空転の大きさに応じて出力減少信号１６ａを出力する。１７は加算器で、力行時における誘導電動機１５の出力値を指令する目標値指令信号１８（＋）と出力減少信号１６ａ（−）とを加算して出力指令信号１７ａを出力する。１９は出力制御手段で、出力指令信号１７ａによりＶＶＶＦインバータ１４の出力を制御させる。２０は通流率制御手段で、出力減少信号１６ａに応じて後述のブレーキチョッパ２１の通流率制御を行う。２１はブレーキ抵抗２２を直列接続してＶＶＶＦインバータ１４の入力側に接続されたブレーキチョッパで、ブレーキ時に誘導電動機１５の発電エネルギーをブレーキ抵抗２２に消費させる。さらに、ブレーキチョッパ２１は力行時に出力減少信号１６ａに応じて通流率制御手段２０により通流率が制御される。２３はブレーキチョッパ２２の動作時に動作する還流ダイオードである。
【０００６】次に動作について説明する。図１及び図２において、ディーゼル電気機関車（図示せず）の出力は式（１）で表される。
（機関車の出力）＝（定数）・（牽引力）・（機関車の速度）・・・・・（１）
図２（ａ）に示すように、低速度域においては牽引力が大きいが、速度が低いため機関車の出力は小さい。したがって、ディーゼルエンジン１０の出力も小さくてよい。機関車の速度が上昇すると共にエンジンの出力が増加する。そして、ディーゼルエンジン１０の出力が最大になると、図２（ｂ）に示すように出力が一定となり牽引力が図２（ａ）に示すように速度に反比例して減少する。ディーゼルエンジン１０は出力が零のときにアイドリング回転数で回転し、出力の増加に伴って回転数が高くなる。交流発電機１２の励磁電流を一定制御とすると、交流発電機１２の出力電圧がディーゼルエンジン１０の回転数に比例するので、ＶＶＶＦインバータ１４に供給される直流電力の入力電圧は図２（ｃ）のようになる。ここで、ＶＶＶＦインバータ１４により交流電力に変換して、力行時における誘導電動機１５の駆動力制御が行われる。この場合、誘導電動機１５は出力制御手段１９により指令された目標値指令信号１８に応じたトルクを出力するように制御されている。
【０００７】力行時に車輪の空転が発生すると誘導電動機１５の回転数が急激に上昇する。空転制御手段１６は誘導電動機１５の回転数が急激に上昇したことにより車輪の空転を検出し、空転の大きさに応じて出力減少信号１６ａを出力する。そして、加算器１７では目標値指令信号１８（＋）と出力減少信号１６ａ（−）とを加算した加算信号１７ａを出力制御手段１９に出力する。出力制御手段１９では加算信号１７ａにより所定の出力トルクになるように、ＶＶＶＦインバータ１４を介して誘導電動機１５を制御する。一方、通流率制御手段２０では出力減少信号１６ａの大きさに応じてブレーキチョッパ２１の通流率を制御し、整流器１３を介して交流発電機１２から供給されている電力の内、誘導電動機１５の出力トルクの減少分に見合った電力をブレーキ抵抗２２に消費させる。ブレーキ時にはディーゼルエンジン１０がアイドリング運転される。そして、誘導電動機１５が発電した電圧を電圧検出手段（図示せず）が検出して、発電電圧に応じてブレーキチョッパ２１の通流率制御が行われる。これにより、誘導電動機１５で発電されたエネルギーをブレーキ抵抗２２に消費させて、ディーゼル電気機関車の速度を低下させる。以上のように、車輪の空転の大きさに応じて出力される出力減少信号１６ａにより、誘導電動機１５の出力トルクを減少させて速やかに車輪の再粘着を図ると共に、ディーゼルエンジン１０側から供給されているエネルギーの内、誘導電動機１５の出力トルクの減少分に見合った電力をブレーキチョッパ２１を介してブレーキ抵抗２２に消費させるので、交流発電機１２の出力電圧が上昇するのを阻止し、ＶＶＶＦインバータ１４の入力電圧を安定化させることができる。
【０００８】実施の形態２．図３は実施の形態２を示す構成図である。図３において、１０〜１９、２２、２３は実施の形態１のものと同様のものである。２４はＶＶＶＦインバータ１４の入力電圧を検出する電圧検出手段で、ＶＶＶＦインバータ１４の入力電圧に応じた電圧検出信号２４ａを出力する。２５は電圧設定値設定手段で、ディーゼルエンジン１０の出力が一定の速度領域におけるＶＶＶＦインバータ１４への入力電圧より、例えば１０％高い設定値を超えると入力電圧に応じた電圧設定値信号２５ａを出力する。２６は加算器で、電圧検出信号２４ａ（＋）と電圧設定値信号２５ａ（−）とを加算して加算信号２４ａを出力する。なお、電圧検出信号２４ａが電圧設定値信号２５ａより小さい場合は、加算器２６ａから出力される加算信号２６ａは「零」になるように設定されている。加算信号２６ａにより後述のブレーキチョッパ２８の通流率制御を行う。２８はブレーキ抵抗２１を直列接続してＶＶＶＦインバータ１４の入力側に接続されたブレーキチョッパで、ブレーキ時に誘導電動機１５の発電エネルギーをブレーキ抵抗２２に消費させる。さらに、ブレーキチョッパ２８は力行時に加算信号２６ａに応じて通流率制御手段２７により通流率が制御される。
【０００９】次に動作について説明する。図３において、力行時にディーゼルエンジン１０の出力により交流発電機１２が発電した交流電力を整流器１３により直流電力に変換し、さらにＶＶＶＦインバータ１４で交流電力に変換して目標値指令信号１８に応じたトルクを出力するように誘導電動機１５が制御される。力行時に車輪の空転が発生すると、出力制御手段１９が加算信号１７ａにより出力減少信号１６ａに応じた所定の出力トルクになるように、ＶＶＶＦインバータ１４を介して誘導電動機１５を制御する。以上の動作までは実施の形態１のものと同様である。空転が発生して誘導電動機１５の出力トルクが減少されると、ディーゼルエンジン１０の出力低下が即時に追従できないために、ディーゼルエンジン１０の回転数が異常上昇する。このため、ディーゼルエンジン１０に直結された交流発電機１２の出力電圧が上昇して、ＶＶＶＦインバータ１４への入力電圧が上昇する。そして、電圧検出手段２４から出力された電圧検出信号２４ａが、電圧設定値設定手段２５で設定されているブレーキチョッパ２８の動作開始電圧の電圧設定値信号２５ａより大きくなると、加算信号２６ａが出力されて通流率制御手段２７を介してブレーキチョッパ２８の通流率制御が行われる。これにより、誘導電動機１５の出力トルクの減少分をブレーキチョッパ２８を通流率制御してブレーキ抵抗２２に消費させる。
【００１０】ブレーキ時にはディーゼルエンジン１０がアイドリング運転されると共に、誘導電動機１５が発電した電圧に応じてブレーキチョッパ２８の通流率制御が行われる。これにより、誘導電動機１５で発電されたエネルギーをブレーキ抵抗２２で消費させて、ディーゼル電気機関車の速度を低下させる。以上のように、車輪の空転の大きさに応じて出力される出力減少信号１６ａにより、誘導電動機１５の出力トルクを減少して速やかに車輪の再粘着を図ると共に、ディーゼルエンジン１０から供給されているエネルギーの内、出力トルクの減少分に見合った電力をＶＶＶＦインバータ１４への入力電圧に応じて、ブレーキチョッパ２８を介してブレーキ抵抗２２に消費させるので、交流発電機１２の出力電圧が上昇するのを阻止し、ＶＶＶＦインバータ１４の入力電圧を安定化させることができる。
【００１１】実施の形態３．図４は実施の形態３を示す構成図である。図４において、１〜１９、２２、２３は実施の形態１のものと同様のものであり、２４は実施の形態２のものと同様のものである。２９は後述のブレーキチョッパ３１の動作開始電圧を設定する電圧設定値設定手段で、例えば１０％高い電圧を動作開始電圧として設定する。図２（ｂ）に示すようにディーゼル電気機関車の低速度域においては、速度に比例してディーゼルエンジン１０の出力が増加する。そして、ディーゼルエンジン１０の出力と同様にＶＶＶＦインバータ１４の入力電圧も増加する。そこで、低速度域においてはエンジン制御手段１１からのエンジン出力信号１１ａによりディーゼルエンジン１０の出力に応じて、電圧設定値設定手段２９から出力される電圧設定値信号２９ａの設定値が図５に示すように所定の割合で、高くなるように設定する。なお、ディーゼルエンジン１０の出力が一定になる速度領域での電圧設定値信号２９ａは実施の形態２と同様に入力電圧より所定の値、例えば１０％高くなるように設定されている。３０は加算器で、電圧検出手段２４から出力された電圧検出信号２４ａと電圧設定値信号２９ａとを加算して加算信号３０ａを出力する。なお、電圧検出信号２４ａ、電圧設定値信号２９ａより小さい場合は、加算器３０から出力される加算信号３０ａは「零」になるように設定されている。３１は通流率制御手段で、加算信号３０ａにより後述のブレーキチョッパ３２の通流率制御を行う。３２はブレーキ抵抗２１を直列接続してＶＶＶＦインバータ１４の入力側に接続されたブレーキチョッパで、ブレーキ時に誘導電動機１５の発電エネルギーをブレーキ抵抗に消費させる。さらに、ブレーキチョッパ３２は力行時に加算信号３０ａに応じて通流率制御手段３１により通流率が制御される。
【００１２】次に動作について説明する。図４において、力行時にディーゼルエンジン１０の出力により交流発電機１２が発電した交流電力を整流器１３により直流電力に変換し、さらにＶＶＶＦインバータ１４で交流電力に変換して目標値指令信号１８に応じたトルクを出力するように誘導電動機１５が制御される。力行時に車輪の空転が発生すると、出力制御手段１９が加算信号１７ａにより出力減少信号１６ａに応じた所定の出力トルクになるように、ＶＶＶＦインバータ１４を介して誘導電動機１５を制御する。以上の動作までは実施の形態１のものと同様である。図２（ｂ）に示すディーゼルエンジン１０の出力が一定値になるまでの低速度域では、図２（ｃ）に示すようにＶＶＶＦインバータ１４の入力電圧は、ディーゼルエンジン１０のアイドリング運転状態から出力が一定になる速度域まで速度に比例して上昇する。そこで、低速度域においてエンジン制御手段１１から出力されたエンジン出力信号１１ａに応じて、図５に示すようにブレーキチョッパ３２の動作開始電圧を決める電圧設定値信号２９ａを電圧設定値設定手段２９で設定する。そして、加算器３０において電圧検出手段２４で検出された電圧検出信号２４ａ（＋）と電圧設定値信号２９ａ（−）とを加算して、加算した結果を加算信号３０ａとして通流率制御手段３１へ出力する。この場合、車輪の空転が発生しなければ、電圧検出信号２４ａが電圧設定値信号２９ａより小さいので、ブレーキチョッパ３２の通流率制御は行われない。ここで、車輪の空転が発生すると空転制御手段１６が検出してＶＶＶＦインバータ１４を介して誘導電動機１５の出力トルクが減少される。これに伴って、ディーゼルエンジン１０の回転数が上昇してＶＶＶＦインバータ１４の入力電圧が上昇する。そして、電圧検出信号２４ａが電圧設定値信号２９ａを超えると、加算器３０から加算信号３０ａが出力されて通流率制御手段３１によりブレーキチョッパ３２の通流率制御が行われる。これにより、誘導電動機１５の出力トルクの減少分をブレーキチョッパ３２を通流率制御してブレーキ抵抗２２に消費させる。
【００１３】また、ディーゼルエンジン１０の出力が一定値になる速度領域において車輪の空転が発生した場合には、ブレーキチョッパ３２の動作開始電圧を空転が発生していない粘着状態におけるＶＶＶＦインバータ１４への入力電圧の最大値により所定の値だけ高くされている。したがって、空転が発生すると空転制御手段１６が検出して誘導電動機１５の出力トルクを減少させると共に、ＶＶＶＦインバータ１４への入力電圧が設定値を超えると、実施の形態２と同様にブレーキチョッパ３２の通流率制御が行われる。さらに、ブレーキ時にはディーゼルエンジン１０がアイドリング運転されると共に、誘導電動機１５が発生した電圧に応じてブレーキチョッパ３２の通流率制御が行われる。これにより、誘導電動機１５で発電されたエネルギーをブレーキ抵抗２２に消費させて、ディーゼル電気機関車の速度を低下させる。以上のように、低速度域においてはディーゼルエンジン１０の出力に応じてブレーキチョッパ３２を動作させる動作開始電圧の設定値を変えることにより、ディーゼルエンジン１０の出力が一定値における速度域でのＶＶＶＦインバータ１４への入力電圧に達するまでに、誘導電動機１５の出力トルクの減少分に見合った電力をブレーキ抵抗２２に消費させることができるので、再粘着制御の安定性を向上させることができる。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、車輪の空転の大きさに応じて出力される出力減少信号により、誘導電動機の出力トルクを減少させて速やかに車輪の再粘着を図ると共に、ディーゼルエンジン側から供給されているエネルギーの内、誘導電動機の出力トルクの減少分に見合った電力をブレーキチョッパを介してブレーキ抵抗に消費させるので、交流発電機の出力電圧が上昇するのを阻止し、ＶＶＶＦインバータの入力電圧を安定化させることができる。また、車輪の空転の大きさに応じて出力される出力減少信号により、誘導電動機の出力トルクを減少して速やかに車輪の再粘着を図ると共に、ディーゼルエンジンから供給されているエネルギーの内、出力トルクの減少分に見合った電力をＶＶＶＦインバータへの入力電圧に応じて、ブレーキチョッパを介してブレーキ抵抗に消費させるので、交流発電機の出力電圧が上昇するのを阻止し、ＶＶＶＦインバータの入力電圧を安定化させることができる。さらに、低速度域においてはディーゼルエンジンの出力に応じてブレーキチョッパを動作させる動作開始電圧の設定値を変えることにより、ディーゼルエンジンの出力が一定値における速度域でのＶＶＶＦインバータへの入力電圧に達するまでに、誘導電動機の出力トルクの減少分に見合った電力をブレーキ抵抗に消費させることができるので、再粘着制御の安定性を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年７月２日（１９９８．７．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７３７５９
【弁理士】
【氏名又は名称】大岩 増雄
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２３３０５（Ｐ２０００−２３３０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１月２１日（２０００．１．２１） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１８６７５０ |
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