現代の鉄道交通において、時速350キロメートルの「復興号」高速鉄道であれ、時速250キロメートルの「和諧号」動車であれ、主に電力によって駆動されています。機関車牽引システムは、列車の高効率かつ安全な運行を保証する核心的な動力システムです。複雑な機関車牽引システムにおいて、牽引モーターの電流をリアルタイムで監視し、制御システムに正確なフィードバック信号を提供し、牽引力の安定した出力、過電流保護、エネルギー効率の最適化などを確保し、システムの安定した運行を保証する必要があります。本稿では、いくつかの一般的な電流検出方案を組み合わせ、機関車牽引システムにおける典型的な応用事例を解析します。

高速鉄道と動車の動力の概要

ほとんどの高速鉄道と動車、例えば和諧号、復興号は、外部の電力システムに依存して動力源を提供しています。車両の屋根にある「パンタグラフ」が接触網の導線と継続的に接触し、高圧電流を列車に導入し、牽引変圧器、変流器などの設備を経て、駆動モーターの三相交流電流に変換され、最終的に牽引モーターによって車輪を駆動します。注：一部の動車は、複雑な路線に適応するために、電力と内燃機関のハイブリッド駆動を採用する場合があります。

機関車牽引システムにおける電流検出の要件

機関車牽引システムは通常、変流器、インバーター、牽引モーターで構成されています。牽引電流には以下の特徴があります：

したがって、機関車牽引システムに応用される電流センサーは、一般的に高精度、広い測定範囲、快速応答特性を備える必要があり、同時に電気的絶縁と環境耐性の要件を満たす必要があります。

機関車牽引システムにおける一般的な電流検出方案

機関車牽引システムの電流には、シャント、ロゴコイル、光ファイバー電流センサー、磁束ゲート、ホール閉ループ電流センサーなど、さまざまな検出方案があります。それらは性能、適用シーン、コストの面でそれぞれ特徴があります：

実際の機関車牽引システムでは、単一の方案ではなく、異なる応用シーン、工程の機能要件に応じて組み合わせて使用されます：

ホール閉ループ電流センサー在機関車牽引システムにおける応用事例

応用図からわかるように、CM4Aは牽引変流器の直流母線または交流出力端に取り付けられ、原辺母線がセンサーの穴を完全に満たし、センサーの出力線束が制御システムに接続され、システムにリアルタイムの電流フィードバック信号を提供します。その典型的な役割は以下の通りです：

ホール閉ループ電流センサーCM4A 1000 H05の紹介

CM4Aシリーズ電流センサーは、芯森電子が独自に開発したホール閉ループ（補償）原理を採用し、ホール素子で原辺電流によって生成された磁場を検出し、副辺コイルで補償電流を生成し、原辺と副辺の電気的絶縁を実現します。

コア技術パラメータ

典型的な応用接続図

まとめ

機関車牽引システムにおいて、ホール閉ループ電流センサーは高精度、快速応答、良好な絶縁特性を通じて、牽引モーター制御とシステム保護に信頼性の高い電流検出手段を提供します。それは万能な解決策ではありませんが、高圧、大電流の鉄道牽引シナリオにおいて、確かに成熟した信頼できる技術パスです。

補助システムの電流監視：CM4Aは機関車の補助システム、例えば補助インバーターやバッテリー管理システムにも使用され、エアコン、照明などの設備に安定した電力監視を提供します。

状態監視と故障診断：電流波形のリアルタイム収集により、故障記録と健康監視システムを補助し、予測メンテナンスを実現します。

保護機能：牽引電流が異常に大きくなった場合（例えば、短絡や制御不能の状況）、センサー信号は保護メカニズムをトリガーし、パワーデバイスの損傷を避けます。

再生ブレーキシステムにおけるエネルギー回収：再生ブレーキモードにおいて、CM4Aセンサーは回収電流を正確に測定し、エネルギー回収の効率と安定性を確保し、回収電流が大きすぎて電網や蓄電装置が過負荷になるのを防ぎます。

牽引インバーターにおける電流フィードバック：CM4Aセンサーは牽引モーターの相電流をリアルタイムに監視し、インバーターの制御ユニットに正確な電流フィードバックを提供し、PWM変調をリアルタイムに調整し、モーターの精密な制御を実現します。閉ループ制御により、牽引力の出力を最適化し、過電流保護と故障診断を実現します。

低コストと簡単な応用→シャントを選択

絶縁レベルが最も高い→光ファイバーセンサーを選択

高調波と過渡解析→ロゴコイルを選択

精度と直流測定要件が高い→ホール閉ループ/磁束ゲートを選択

安全性の要件が高い：電流検出の誤差は制御アルゴリズムの失敗を引き起こし、運行の安定性と安全性に影響を与える可能性があります。

変化が速い：再生ブレーキ、牽引/ブレーキ切り替えプロセスにおいて、電流の方向と大きさが瞬間的に変化する可能性があります。

幅値が大きい：牽引モーターは加速や登坂時に数百アンペア甚至数千アンペアに達することがあります。