JPH0640682B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、可変電圧可変周波数インバータで誘導電動機
を駆動する電気車制御装置に係り、特に良好な空転・滑
走制御の実施に最好な電気車制御装置に関する。

［従来の技術］ 電気車用の電動機として誘導電動機を用いると、設備コ
スト上有利であり、省エネルギ化が行なわれ且つ高い粘
着特性が得られるので、可変電圧可変周波数インバータ
により誘導電動機を駆動する電気車制御装置が、実用化
されている。この場合、通常は一台のインバータに複数
の誘導電動機が接続されて駆動される方式が採用されて
いる。

この種の電気車制御装置については、例えば第２２回鉄
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No.４１４「電気車制御用インバータの再粘着制御方
式」で紹介されている。第３図は、この紹介に係る電気
車制御装置の要部の構成を示すブロツク図で、図示せぬ
４台の誘導電動機の各々に取り付けられるパルス発生器
１〜４の出力端子が、取り込み回路５の入力端子と、空
転・滑走検知回路９の入力端子とに、それぞれ接続され
ている。

また、取り込み回路５の出力端子は、最大値検出回路６
と最小値検出回路７の入力端子にそれぞれ接続され、最
大値検出回路６の出力端子Ｂと最小値検出回路７の出力
端子Ｐに対して、これらを切換えて導出する切換回路８
が接続されている。

この従来の電気車制御装置においては、空転・滑走検知
回路９によつて、パルス発生器１〜４の出力から誘導電
動機の回転数の変化量が検出され、例えばこの検出値が
５km/h/secとなると、電気車の動輪に空転が生じたもの
と判定する。同様にして、空転・滑走検知回路９が−６
km/h/secを検出すると、電気車の動輪に滑走が生じたも
のと判定する。

一方、切換回路８は力行動作モードでは最小値検出回路
７の出力端子Ｐ側に、ブレーキ動作モードでは最大値検
出回路６の出力端子Ｂ側に切換えられる。そこで、力行
動作モードの場合には、前述のようにして空転・滑走検
知回路９が空転を検知すると、最小値検出回路７により
パルス発生器１〜４の出力信号中の最小値が、切換回路
８を介して基準モータ速度ｆｒとして取り出される。

そして、この基準モータ速度ｆｒに基づいて再粘着制御
が行なわれ、内部磁束が一定の状態ですべり周波数とト
ルクとがほぼ比例する誘導電動機に対して、すべり周波
数が絞り込まれてトルクが低減される。

同様にして、ブレーキ動作モードの場合には、空転・滑
走検知回路９が滑走を検知すると、最大値検出回路６に
より取り出されたパルス発生器１〜４の出力信号中の最
大値を基準モータ速度ｆｒとして、再粘着制御が行なわ
れる。

このようにして、空転或は滑走が発生しても粘着してい
る誘導電動機から基準モータ速度ｆｒが得られ、この基
準モータ速度ｆｒに基づいてすべり周波数が絞り込ま
れ、速やかに再粘着制御が行なわれる。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の従来の電気車制御装置において、一度レールと車
輪間に空転或は滑走状態が生じると、レールと車輪間の
粘着係数が著しく低下し、全軸で空転或は滑走を起こす
ことがある。

このような状態になると、第３図において空転・滑走検
知回路９が空転或は滑走を検知し、切換回路８が切換え
られて再粘着制御が行なわれても、基準モータ速度ｆｒ
が空転或は滑走を起こしている誘導電動機から得られて
いるので、容易には再粘着には至らない。第４図はこの
状態を示すもので、すでに空転状態となつているロータ
１乃至ロータ４の車輪速度に対して再粘着制御が行なわ
れるので、再粘着が容易には行なわれず再粘着に必要な
時間も長くなる。なお、第４図には空転発生の場合が示
されているが、滑走発生の場合も同様である。

本発明は、前述したような従来の電気車制御装置の現状
に鑑みてなされたものであり、その目的は再粘着制御の
基準となる基準モータ速度が、空転或は滑走により変動
せず、常に安定な再粘着制御を行なうことが出来る電気
車制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明は直流電力を交流電
力に変換する可変電圧可変周波数インバータにより誘導
電動機が駆動され、加速時には前記誘導電動機のモータ
速度中の最小値を基準とし、減速時には前記モータ速度
中の最大値を基準として基準モータ速度を設定し、この
基準モータ速度に基づいて空転・滑走時の再粘着制御を
行なう電気車制御装置において、前記誘導電動機のモー
タ速度中の最小値を検出する最小値検出部と、力行動作
モード時の加速度パターンに基づいて模擬速度を演算
し、第１の模擬速度として前記最小値検出部に出力する
模擬加速演算部と、前記誘導電動機のモータ速度中の最
大値を検出する最大値検出部と、力行動作モード時の減
速度パターンに基づいて模擬速度を演算し、第２の模擬
速度として前記最大値検出部に出力する模擬減速演算部
と、全軸空転時には、前記最小値検出部から出力される
前記第１の模擬速度に電流指令発生器の出力と誘導電動
機のモータ電流の実効値との偏差から演算されたすべり
周波数を加えてインバータ周波数を求め、全軸滑走時に
は、前記最大値検出部から出力される前記第２の模擬速
度に前記すべり周波数を加えてインバータ周波数を求
め、これらのインバータ周波数に基づいて前記基準モー
タ速度を設定し、該基準モータ速度に応じて再粘着制御
を行なう模擬再粘着制御手段とを有する構成となつてい
る。

［作用］ 本発明では、空転・滑走が発生していない粘着状態で
は、力行動作モード時にはインバータに接続されている
誘導電動機の内で、最小のモータ速度が基準モータ速度
に選定され、ブレーキ動作モード時には前記誘導電動機
の内で、最大のモータ速度が基準モータ速度に選定され
る。

そして、電流指令発生器の出力と誘導電動機のモータ電
流の実効値との偏差からすべり周波数が演算され、前述
の基準モータ速度にすべり周波数を加えて、インバータ
周波数が演算され、このインバータ周波数からＰＷＭ変
調パルスが演算され、このＰＷＭ変調パルスをゲートパ
ルスとしてインバータが制御される。

また、空転或は滑走が発生して非粘着状態となると、力
行動作モード時には模擬加速演算部において、モータ速
度中の最小値と誘導電動機の加速度パターンとから演算
された第１の模擬速度に、絞り込まれたすべり周波数が
加えられてインバータ周波数が求められ、第１の模擬速
度に基づいて安定で迅速な再粘着制御が行なわれる。

同様にして、ブレーキ動作モード時には模擬減速演算部
において、モータ速度中の最大値と誘導電動機の減速度
パターンとから演算された第２の模擬速度に、絞り込ま
れたすべり周波数が加えられてインバータ周波数が求め
られ、第２の模擬速度に基づいて安定で迅速な再粘着制
御が行なわれる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図及び第２図を用いて、詳
細に説明する。

ここで、第１図及び第２図は本発明の実施例の構成を示
し、第１図は要部のブロツク図、第２図は全体の制御系
を示す概略のブロツク図である。

第１図に示すように、実施例はすでに第３図を用いて説
明した従来の電気車制御装置に対して、模擬速度作成回
路１１，１３、補正回路１０，１２及び空転・滑走切換
スイツチ１４が追加されている。そして、模擬速度作成
回路１１の出力端子が補正回路１０の入力端子に接続さ
れ、補正回路１０の出力端子が、空転・滑走切換スイツ
チ１４を介して最小値検出回路７の入力端子に接続さ
れ、最小値検出回路７の出力端子が補正回路１０に接続
されている。

同様にして、模擬速度作成回路１３の出力端子が補正回
路１２の入力端子に接続され、補正回路１２の出力端子
が、空転・滑走切換スイツチ１４を介して最大値検出回
路６の入力端子に接続され、最大値検出回路６の出力端
子が補正回路１２に接続されている。

前述の模擬速度作成回路１１では、力行動作モード時の
加速度パターンに基づいて模擬モータ速度が演算され、
この模擬モータ速度が補正回路１０に入力され、補正回
路１０は最小値検出回路７の出力信号によつて、模擬モ
ータ速度が実際のモータ速度からかけ離れないように補
正し、補正回路１０から第１の模擬速度が出力されるよ
うになつている。同様にして、模擬速度作成回路１３で
は、ブレーキ動作モード時の減速度パターンに基づいて
模擬モータ速度が演算され、この模擬モータ速度が補正
回路１２に入力され、補正回路１２は最大検出回路６の
出力信号によつて、模擬モータ速度が実際のモータ速度
からかけ離れないように補正し、補正回路１２から第２
の模擬速度が出力されるようになつている。

実施例における全体の制御系を１台の誘導電動機１５に
ついて示すと第２図のようになり、例えば直流１５００
Ｖを入力とするインバータ１６に誘導電動機１５が接続
され、この誘導電動機１５には、パルス発生器１が取り
付けられている。このパルス発生器１の出力端子が、第
１図の一部で構成される回転数演算回路１７の入力端子
に接続されている。この回転数演算回路１７の出力端子
が、加算器１８の一方の入力端子に接続され、加算器１
８の出力端子はＰＷＭ変調器１９の入力端子に接続さ
れ、ＰＷＭ変調器１９の出力端子がインバータ１６に入
力されている。

一方、指令回路２０に電流指令発生器２１と力行回生制
御器２２とが接続され、電流指令発生器２１の出力端子
は、すべり周波数演算回路２３の入力端子と、減算器２
４の一方の入力端子に接続されている。この減算器２４
の他方の入力端子には、誘導電動機１５のモータ電流検
出コイルの出力端子が接続され、減算器２４の出力端子
はすべり周波数演算回路２３の入力端子に接続されてい
る。

また、力行回生制御器２２の出力端子がすべり周波数演
算回路２３の入力端子に接続され、すべり周波数演算回
路２３の出力端子が加算器１８の他方の入力端子に接続
されている。

なお、説明を簡単にするために、第２図では第１図に示
した補正回路１０，１２、模擬速度作成回路１１，１３
及び空転・滑走検知回路９は図示を省略してある。

このような構成の実施例において、最小値検出回路が最
小値検出部を構成し、最大値検出回路が最大値検出部を
構成し、模擬速度作成回路１１と補正回路１０とが模擬
加速演算部を構成し、模擬速度作成回路１３と補正回路
１２とが模擬減速演算部を構成し、ＰＷＭ変調器１９が
模擬再粘着制御手段の主要部を構成している。

次に、実施例の動作を説明する。

実施例において、空転或は滑走が発生していない粘着状
態においては、空転・滑走切換スイツチ１４はＯＦＦと
なつている。このような粘着状態において、力行動作モ
ード時には切換回路８は端子Ｐ側に切換えられているの
で、それぞれの誘導電動機に接続されているパルス発生
器１〜４から出力されるモータ速度の内の最小値が、最
小値検出回路７から切換回路８を介して、基準モータ速
度ｆｒとして選択導出される。

一方、指令回路２０に接続されている電流指令発生器２
１から出力されるパターン電流と、誘導電動機のモータ
電流の実効値との偏差が、減算器２４で演算されてすべ
り周波数演算回路２３に入力される。すべり周波数演算
回路２３では、この偏差に基づいて周波数ｓが演算さ
れ、このすべり周波数ｓと、前述の基準モータ速度ｆ
ｒとが加算器１８で加算されインバータ周波数_ＩＮＶ
が演算される。

このようにして演算されたインバータ周波数
_ＩＮＶが、ＰＷＭ変調器１９に入力されることによつ
て、ＰＷＭ変調器１９からゲートパルスｆｇが出力さ
れ、このゲートパルスｆｇによつてインバータ１６が制
御される。

同様にして、粘着状態においてブレーキ動作モード時に
は、切換回路８は端子Ｂ側に切換えられ、それぞれの誘
導電動機に接続されているパルス発生器１〜４から出力
されるモータ速度の内の最大値が、基準モータ速度ｆｒ
として選択され、この基準モータ速度ｆｒに基づいて、
ゲートパルスｆｇが演算されてインバータ１６が制御さ
れる。

空転或は滑走が発生し、非粘着状態となると、空転・滑
走切換スイツチ１４がＯＮとなるので、補正回路１０か
ら第１の模擬速度に対応する信号が最小値検出回路７に
入力され、また、補正回路１２から第２の模擬速度に対
応する信号が最大値検出回路に入力される。

従つて、力行動作モードでの動作時に、全軸空転状態が
発生すると、パルス発生器１〜４から出力されるモータ
速度信号は、空転状態で発生しているために、すべて補
正回路１０から出力される第１の模擬速度に対応する信
号よりも大きく、第１の模擬速度に対応する信号が加算
器１８に入力される。そして、すべり周波数演算回路２
３からのすべり周波数ｓが、絞り込まれて加算器１８
に入力され、この絞り込まれたすべり周波数ｓと第１
の模擬速度に基づいてインバータ周波数_ＩＮＶが演算
され、このインバータ周波数_ＩＮＶに基づいてＰＷＭ
変調器１９から出力されるゲートパルスｆｇにより、再
粘着制御が安定且つ迅速に行なわれる。

同様にして、ブレーキ動作モード時に全軸滑走状態が発
生すると、パルス発生器１〜４から出力されるモータ速
度信号は、滑走状態で発生しているために、補正回路１
２から出力される第２の模擬速度に対応する信号より
も、すべて小さくなり、第２の模擬速度に対応する信号
が加算器１８に入力される。この場合も、前述の全軸空
転状態の場合と同じように、すべり周波数ｓが絞り込
まれ、第２の模擬速度に基づいて安定且つ迅速な再粘着
制御が行なわれる。

このように、実施例では全軸空転或は全軸滑走の状態が
発生すると、模擬加速演算部で演算された第１の模擬速
度或は、模擬減速演算部で演算された第２の模擬速度に
基づいて、基準モータ速度を設定し、この基準モータ速
度に応じて安定に且つ円滑迅速に再粘着制御が行なわれ
る。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によると全軸空転或
は全軸滑走状態となつても、安定に且つ円滑迅速に再粘
着制御を行なう電気車制御装置を提供することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の要部の構成を示すブロツク
図、第２図は本発明の実施例における全体の制御系の構
成を示す概略のブロツク図、第３図は従来の電気車制御
装置の要部の構成を示すブロツク図、第４図は従来の電
気車制御装置の制御特性図である。 １〜４……パルス発生器、６……最大値検出回路、７…
…最小値検出回路、８……切換回路、９……空転・滑走
検知回路、１０，１２……補正回路、１１，１３……模
擬速度作成回路、１４……空転・滑走切換スイツチ、１
６……インバータ、１７……回転数演算回路、１８……
加算器、１９……ＰＷＭ変調器、２０……指令回路、２
１……電流指令発生器、２２……力行回生制御器、２３
……すべり周波数演算回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸本 康治 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日立 製作所水戸工場内 (72)発明者 矢部 允久 埼玉県大宮市土呂町１―47―２ (72)発明者 村上 浩一 東京都国分寺市光町１―44―18 (72)発明者 小澤 明 三重県伊勢市竹ケ鼻町100番地 神鋼電機 株式会社伊勢製作所内 (72)発明者 竹内 泰裕 三重県伊勢市竹ケ鼻町100番地 神鋼電機 株式会社伊勢製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電力を交流電力に変換する可変電圧可
   変周波数インバータにより誘導電動機が駆動され、加速
   時には前記誘導電動機のモータ速度中の最小値を基準と
   し、減速時には前記モータ速度中の最大値を基準として
   基準モータ速度を選定し、この基準モータ速度に基づい
   て空転・滑走時の再粘着制御を行なう電気車制御装置に
   おいて、 前記誘導電動機のモータ速度中の最小値を検出する最小
   値検出部と、 力行動作モード時の加速度パターンに基づいて模擬速度
   を演算し、第１の模擬速度として前記最小値検出部に出
   力する模擬加速演算部と、 前記誘導電動機のモータ速度中の最大値を検出する最大
   値検出部と、 力行動作モード時の減速度パターンに基づいて模擬速度
   を演算し、第２の模擬速度として前記最大値検出部に出
   力する模擬減速演算部と、 全軸空転時には、前記最小値検出部から出力される前記
   第１の模擬速度に電流指令発生器の出力と誘導電動機の
   モータ電流の実効値との偏差から演算されたすべり周波
   数を加えてインバータ周波数を求め、全軸滑走時には、
   前記最大値検出部から出力される前記第２の模擬速度に
   前記すべり周波数を加えてインバータ周波数を求め、こ
   れらのインバータ周波数に基づいて前記基準モータ速度
   を設定し、当該基準モータ速度に応じて再粘着制御を行
   なう模擬再粘着制御手段と、 を備えていることを特徴とする電気車制御装置。