JP2555038B2 - 誘導電動機式電気車の制御装置 - Google Patents
誘導電動機式電気車の制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導電動機電気車の制御装置の改良に関す
る。
る。
誘導電動機式電気車は、直流を入力し可変電圧，可変
周波数の３相交流に変換するインバータと、このインバ
ータから給電される複数の３相誘導電動機を備え、これ
らの誘導電動機によつて電気車を駆動する。
周波数の３相交流に変換するインバータと、このインバ
ータから給電される複数の３相誘導電動機を備え、これ
らの誘導電動機によつて電気車を駆動する。
インバータの出力（動作）周波数1NVは、誘導電動
機の回転速度（電気車速度）に相当する周波数ｒに、
すべり周波数Ｓを加減算して設定されるのが普通であ
る。また、インバータの出力電圧Ｖには、上記のインバ
ータ周波数指令1NVに比例した指令を与えている。
機の回転速度（電気車速度）に相当する周波数ｒに、
すべり周波数Ｓを加減算して設定されるのが普通であ
る。また、インバータの出力電圧Ｖには、上記のインバ
ータ周波数指令1NVに比例した指令を与えている。
ここで、すべり周波数Ｓは、トルク要求に応じた基
本指令SPが設定されており、これを、電流制御系の出
力により補正する。この電流制御系に与える電流指令
は、少なくとも、インバータの可変電圧・可変周波数
（VVVF）領域では一定値であり、定電圧・可変周波数
（CVVF）領域では後述する２種の方式がある。この電流
指令に対して、帰還する電動機電流値としては、複数の
電動機電流の平均値を用いるものの外、複数の電動機電
流の最大値を用いるものとがある。
本指令SPが設定されており、これを、電流制御系の出
力により補正する。この電流制御系に与える電流指令
は、少なくとも、インバータの可変電圧・可変周波数
（VVVF）領域では一定値であり、定電圧・可変周波数
（CVVF）領域では後述する２種の方式がある。この電流
指令に対して、帰還する電動機電流値としては、複数の
電動機電流の平均値を用いるものの外、複数の電動機電
流の最大値を用いるものとがある。
特に、再粘着性能を重視する場合には、最大電流制御
系とすることが望ましい。これによつて、一部の動輪に
空転が生じてこの空転軸に連結された電動機の電流が減
少したとしても、最大電流を検出しているため、一部空
転に影響されない。このため、電流をいたずらに増大さ
せてトルクを増大させることがなく、空転軸を再粘着さ
せうるのである。
系とすることが望ましい。これによつて、一部の動輪に
空転が生じてこの空転軸に連結された電動機の電流が減
少したとしても、最大電流を検出しているため、一部空
転に影響されない。このため、電流をいたずらに増大さ
せてトルクを増大させることがなく、空転軸を再粘着さ
せうるのである。
このような制御系については、例えば、第18回（1981
年11月）鉄道におけるサイバネテイクス利用国内シンポ
ジウム論文集（日本鉄道サイバネテイクス協議会）No.4
23「交流電気機関車のPWM制御方式の開発」p245−249の
特に図６とその説明に開示されている。
年11月）鉄道におけるサイバネテイクス利用国内シンポ
ジウム論文集（日本鉄道サイバネテイクス協議会）No.4
23「交流電気機関車のPWM制御方式の開発」p245−249の
特に図６とその説明に開示されている。
ところで、この最大電流制御系を備えた誘導電動機式
電気車においては、速度の増加に伴って所望のトルクが
得られないことがあつた。
電気車においては、速度の増加に伴って所望のトルクが
得られないことがあつた。
本発明の目的は、最大電流制御系を備えた電気車にお
いて、速度の増加に伴うトルク不足を解消し、所望の電
気車特性を実現する誘導電動機式電気車の制御装置を提
供することである。
いて、速度の増加に伴うトルク不足を解消し、所望の電
気車特性を実現する誘導電動機式電気車の制御装置を提
供することである。
本発明は、可変電圧可変周波数のインバータと、この
インバータにより給電され夫々異なる車軸に接続された
複数の誘導電動機と、電動機電流指令を発生する手段
と、上記複数の電動機の電流のうちから最大値を検出す
る手段と、上記電動機電流の最大値を上記電流指令に追
従させる電流制御系とを備えた誘導電動機式電気車の制
御装置において、 上記夫々誘導電動機により駆動される車輪の車輪径差
を検出する手段と、 該検出された車輪径差と上記インバータの動作周波数
あるいは電気車速度に相当する信号に基づいて上記電流
制御系の入力又は出力信号を補正する手段を設け、該補
正手段は、上記インバータの動作周波数の上昇に伴って
車輪径差による電気車全体としての電動機発生トルクの
低下を補償させるようにしたことを特徴とする。
インバータにより給電され夫々異なる車軸に接続された
複数の誘導電動機と、電動機電流指令を発生する手段
と、上記複数の電動機の電流のうちから最大値を検出す
る手段と、上記電動機電流の最大値を上記電流指令に追
従させる電流制御系とを備えた誘導電動機式電気車の制
御装置において、 上記夫々誘導電動機により駆動される車輪の車輪径差
を検出する手段と、 該検出された車輪径差と上記インバータの動作周波数
あるいは電気車速度に相当する信号に基づいて上記電流
制御系の入力又は出力信号を補正する手段を設け、該補
正手段は、上記インバータの動作周波数の上昇に伴って
車輪径差による電気車全体としての電動機発生トルクの
低下を補償させるようにしたことを特徴とする。
複数の誘導電動機が連結された夫々の車輪間の車輪径
の誤差は、ある程度避けられないものである。この車輪
径差による各電動機の回転周波数差は、電気車の速度の
増大とともに大きくなる。一方、同一のインバータから
給電される複数の誘導電動機の周期速度は同一であるた
め、各電動機間のすべり周波数差が大きくなり、トルク
アンバランスも大きくなる。このとき、最大電流制御系
は、最も大きなトルクを負担している電動機の電流を所
望値に制御しており、電気車の速度が高くなる程、その
他の電動機のトルクが減少して、全体トルクが低下しよ
うとする。
の誤差は、ある程度避けられないものである。この車輪
径差による各電動機の回転周波数差は、電気車の速度の
増大とともに大きくなる。一方、同一のインバータから
給電される複数の誘導電動機の周期速度は同一であるた
め、各電動機間のすべり周波数差が大きくなり、トルク
アンバランスも大きくなる。このとき、最大電流制御系
は、最も大きなトルクを負担している電動機の電流を所
望値に制御しており、電気車の速度が高くなる程、その
他の電動機のトルクが減少して、全体トルクが低下しよ
うとする。
検出した車輪径差とインバータ動作周波数あるいは電
気車速度に基づいて、電動機電流を増加させることによ
り、車輪径差にもとづく全体トルクの減少を防止し、定
トルク特性を改善する。
気車速度に基づいて、電動機電流を増加させることによ
り、車輪径差にもとづく全体トルクの減少を防止し、定
トルク特性を改善する。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第
１図において、１は直流架線、２はパンタグラフ、３は
断流器、４はフイルタリアクトル、５はフイルタコンデ
ンサ、６はVVVFインバータである。7,8は３相誘導電動
機である。9,10は前記誘導電動機の回転数を検出する速
度センサーである。11,12は前記誘導電動機の１次電流
を検出する変流器、13は速度演算回路、14,15は基本波
電流検出回路、16は最大値検出（高位優先）回路、17は
前記誘導電動機の１次電流値を指令する電流指令発生回
路である。18は電流指令IPと電動機電流最大値IMmaxを
比較して偏差ΔＩを演算する比較回路、19は電流制御器
である。20はすべり周波数設定値SPを、電流制御系の
出力で補正してすべり周波数Ｓを得る補正回路であ
る。21は電動機の回転周波数ｒにすべり周波数Ｓを
加減算する加減算回路であり、力行時には加減回路で、
回生ブレーキ時には減算回路となる。22はｒ±Ｓつ
まりインバータ周波数INVを入力として、電動機電圧
Ｖを出力させるための変調度γ指令回路である。23は電
流指令補正回路で、電気車速度を代表する電動機回転周
波数ｒと、複数動輪間の車輪径差ΔWD、力行指令24お
よび回生制動指令25を入力し、電流指令補正値ΔIPを演
算する。
１図において、１は直流架線、２はパンタグラフ、３は
断流器、４はフイルタリアクトル、５はフイルタコンデ
ンサ、６はVVVFインバータである。7,8は３相誘導電動
機である。9,10は前記誘導電動機の回転数を検出する速
度センサーである。11,12は前記誘導電動機の１次電流
を検出する変流器、13は速度演算回路、14,15は基本波
電流検出回路、16は最大値検出（高位優先）回路、17は
前記誘導電動機の１次電流値を指令する電流指令発生回
路である。18は電流指令IPと電動機電流最大値IMmaxを
比較して偏差ΔＩを演算する比較回路、19は電流制御器
である。20はすべり周波数設定値SPを、電流制御系の
出力で補正してすべり周波数Ｓを得る補正回路であ
る。21は電動機の回転周波数ｒにすべり周波数Ｓを
加減算する加減算回路であり、力行時には加減回路で、
回生ブレーキ時には減算回路となる。22はｒ±Ｓつ
まりインバータ周波数INVを入力として、電動機電圧
Ｖを出力させるための変調度γ指令回路である。23は電
流指令補正回路で、電気車速度を代表する電動機回転周
波数ｒと、複数動輪間の車輪径差ΔWD、力行指令24お
よび回生制動指令25を入力し、電流指令補正値ΔIPを演
算する。
第１図の構成において動作の概要を説明する。電気車
の運転指令は図示していない主幹制御器によつて指令さ
れる。今、力行ノツチが入つたとすると電流指令発生器
17が電流指令IPを出し、電流制御器19が作用してすべり
周波数補正値ΔＳを出力する。インバータ６はその出
力電圧Ｖ対出力周波数の比V/＝一定となるようなモ
ータ電圧Ｖを出力するモータにトルクを発生させる。モ
ータ電流のフイードバックは前述の如く、基本波検出回
路14および15と最大値検出（高位優先）回路16によつて
行われる。電気車が加速するにつれて速度ｒに対応し
た電流パターンIPが発生し、所定のトルク制御が行なれ
る。ここで、本発明の要部をなす電流パターン補正回路
23について説明する。VVVFインバータ６の制御は高精度
の演算が必要なことからマイクロプロセツサを制御中枢
に使用するため、いろいろな演算をやらせることが比較
的容易である。従つて、各モータ軸の車輪径差は電気車
が惰行（ノツチオフ）している時、動輪踏面の速度（動
輪の周速度）が等しいので、各軸回転数を読んで解けば
容易に求めることができる。速度演算部13は、惰行時
に、複数車輪間の車輪径差ΔWDを求める。補正回路23で
はこのような車輪径差ΔWDから、補正係数Ｋを求める。
そして、回転周波数ｒが、予定回転周波数r1以下、
すなわち、ｒ≦r1では、ΔIP＝Ｋｒを演算し、回
転周波数ｒが予定回転数r1を越える領域すなわち
ｒ＞r1ではΔIP＝Ｋr1を演算して、電流指令発生器
17へ出力する。このような機能を設置することにより、
最大値検出方式をとりながら全体トルクの減少を制御す
ることができる。
の運転指令は図示していない主幹制御器によつて指令さ
れる。今、力行ノツチが入つたとすると電流指令発生器
17が電流指令IPを出し、電流制御器19が作用してすべり
周波数補正値ΔＳを出力する。インバータ６はその出
力電圧Ｖ対出力周波数の比V/＝一定となるようなモ
ータ電圧Ｖを出力するモータにトルクを発生させる。モ
ータ電流のフイードバックは前述の如く、基本波検出回
路14および15と最大値検出（高位優先）回路16によつて
行われる。電気車が加速するにつれて速度ｒに対応し
た電流パターンIPが発生し、所定のトルク制御が行なれ
る。ここで、本発明の要部をなす電流パターン補正回路
23について説明する。VVVFインバータ６の制御は高精度
の演算が必要なことからマイクロプロセツサを制御中枢
に使用するため、いろいろな演算をやらせることが比較
的容易である。従つて、各モータ軸の車輪径差は電気車
が惰行（ノツチオフ）している時、動輪踏面の速度（動
輪の周速度）が等しいので、各軸回転数を読んで解けば
容易に求めることができる。速度演算部13は、惰行時
に、複数車輪間の車輪径差ΔWDを求める。補正回路23で
はこのような車輪径差ΔWDから、補正係数Ｋを求める。
そして、回転周波数ｒが、予定回転周波数r1以下、
すなわち、ｒ≦r1では、ΔIP＝Ｋｒを演算し、回
転周波数ｒが予定回転数r1を越える領域すなわち
ｒ＞r1ではΔIP＝Ｋr1を演算して、電流指令発生器
17へ出力する。このような機能を設置することにより、
最大値検出方式をとりながら全体トルクの減少を制御す
ることができる。
第２図および第３図は車輪径差がある場合の電圧，電
流およびトルク特性の説明図である。まず、第２図は、
定電圧可変周波数CVVF領域の速度r1まで定トルク制御
を行う場合を示しており、電圧IMは、VVVF領域を過ぎる
と、速度ｒに比例して増大させる制御を行つている。
流およびトルク特性の説明図である。まず、第２図は、
定電圧可変周波数CVVF領域の速度r1まで定トルク制御
を行う場合を示しており、電圧IMは、VVVF領域を過ぎる
と、速度ｒに比例して増大させる制御を行つている。
ここで、複数の車輪間に車輪径差があると、電動機電
流IMの最大値を、破線IMOとなるように制御すれば、総
合トルクは破線TOで示すように、速度ｒの増加に伴つ
て減少してしまう。
流IMの最大値を、破線IMOとなるように制御すれば、総
合トルクは破線TOで示すように、速度ｒの増加に伴つ
て減少してしまう。
すなわち、車輪径の小さい車輪に連結された電動機例
えば８の回転数ｒ（８）、車輪径が最大の車輪に連結
された電動機例えば７の回転数ｒ（７）との差
ｒ（８）−ｒ（７）は、高速になるほど大きくなる。
従つて、電動機７のすべり周波数Ｓ（７）＝INV−
ｒ（７）≒一定に比べ、電動機８のすべり周波数Ｓ
（８）＝INV−ｒ（８）は、高速になるほど小さく
なつてしまう。このため、最大電流を流入している車輪
径最大の車輪に連結された電動機例えば７以外の電動機
のトルクは夫夫減少するのである。
えば８の回転数ｒ（８）、車輪径が最大の車輪に連結
された電動機例えば７の回転数ｒ（７）との差
ｒ（８）−ｒ（７）は、高速になるほど大きくなる。
従つて、電動機７のすべり周波数Ｓ（７）＝INV−
ｒ（７）≒一定に比べ、電動機８のすべり周波数Ｓ
（８）＝INV−ｒ（８）は、高速になるほど小さく
なつてしまう。このため、最大電流を流入している車輪
径最大の車輪に連結された電動機例えば７以外の電動機
のトルクは夫夫減少するのである。
そこで、車輪径差ΔWDから補正係数Ｋを求め、前述の
電流指令補正値ΔIPを加算して、電動機最大電流が実線
IM1となるように制御すると、総合トルクは、実線T1で
示すように、真に一定のトルクとなる。
電流指令補正値ΔIPを加算して、電動機最大電流が実線
IM1となるように制御すると、総合トルクは、実線T1で
示すように、真に一定のトルクとなる。
第３図は、定トルク領域，定出力領域およびモータの
特性領域へと制御を行うケースである。
特性領域へと制御を行うケースである。
この場合も、補正は前述と同様に実行でき、図示する
ように電気車とトルク特性T1を得ることができる。
ように電気車とトルク特性T1を得ることができる。
なお、上記の実施例では、速度r1以下での電流補正
値ΔIPを、ΔIP＝Ｋｒとして、直線状に変化する特性
としたが、これは制御の簡便さを重視したものであつ
て、望ましくは、速度ｒの増大に対して若干の飽和特
性をもつ、すなわち補正係数Ｋ自体が、速度ｒの増加
に伴つて若干減少し、やや山形の電流曲線IM1とする。
値ΔIPを、ΔIP＝Ｋｒとして、直線状に変化する特性
としたが、これは制御の簡便さを重視したものであつ
て、望ましくは、速度ｒの増大に対して若干の飽和特
性をもつ、すなわち補正係数Ｋ自体が、速度ｒの増加
に伴つて若干減少し、やや山形の電流曲線IM1とする。
第４図は、本発明による他の実施例の誘導電動機式電
気車制御装置のブロツク図を示す。第１図と異なる点
は、電流指令補正回路23に代えて、電圧指令補正回路26
を設けたことである。この例では、インバータ６が、VV
VF領域にあるときのみ、補正効果が得られる。
気車制御装置のブロツク図を示す。第１図と異なる点
は、電流指令補正回路23に代えて、電圧指令補正回路26
を設けたことである。この例では、インバータ６が、VV
VF領域にあるときのみ、補正効果が得られる。
本発明によれば、再粘着性の高い最大電流制御方式を
採用しながら、速度の増大に伴う全体トルクの減少を補
正することができるので、加速性能の良い誘導電動機式
電気車の制御装置を提供できるという効果がある。
採用しながら、速度の増大に伴う全体トルクの減少を補
正することができるので、加速性能の良い誘導電動機式
電気車の制御装置を提供できるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す誘導電動機式電気車の
制御装置のブロツク図、第２図および第３図は第１図に
よる電気車特性の説明図、第４図は本発明による他の実
施例ブロツク図である。
制御装置のブロツク図、第２図および第３図は第１図に
よる電気車特性の説明図、第４図は本発明による他の実
施例ブロツク図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−151801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−77303（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−22801（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】可変電圧可変周波数のインバータと、 このインバータにより給電され夫々異なる車軸に接続さ
れた複数の誘導電動機と、 電動機電流指令を発生する手段と、 上記複数の電動機の電流のうちから最大値を検出する手
段と、 上記電動機電流の最大値を上記電流指令に追従させる電
流制御系とを備えた誘導電動機式電気車の制御装置にお
いて、 上記夫々誘導電動機により駆動される車輪の車輪径差を
検出する手段と、該検出された車輪径差と上記インバー
タの動作周波数あるいは電気車速度に相当する信号に基
づいて上記電流制御系の入力又は出力信号を補正する手
段を設け、 該補正手段は、上記インバータの動作周波数の上昇に伴
って車輪径差による電気車全体としての電動機発生トル
クの低下を補償させるようにしたことを特徴とする誘導
電動機式電気車の制御装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記補正
手段は、上記車輪径差より補正係数を求め、該補正係数
を定数として上記インバータの動作周波数あるいは電気
車速度に相当する信号を変数とする関数で上記電流制御
系の入力又は出力信号が補正されることを特徴とする誘
導電動機式電気車の制御装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、上記イン
バータは所定周波数以上で出力電圧が一定になるもの
で、該出力電圧が一定となる速度領域内のある周波数か
らは一定値で上記電流制御系の入力又は出力信号が補正
されることを特徴とする誘導電動機式電気車の制御装
置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項，第２項又は第３項
において、 上記誘導電動機の回転速度又は電気車速度を代表する速
度周波数を検出する手段と、 この誘導電動機のすべり周波数指令を設定する手段と、 前記速度周波数に前記すべり周波数指令を加減算してイ
ンバータ動作周波数を指令する手段を備え、 前記電流制御系は、前記電動機電流指令と電動機電流の
最大値との偏差に応じて前記インバータ動作周波数指令
を補正する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機式
電気車の制御装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61261869A JP2555038B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | 誘導電動機式電気車の制御装置 |
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| KR1019870012218A KR950015169B1 (ko) | 1986-11-05 | 1987-11-02 | 유도전동기식 전기차의 제어장치 |
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