JP2000253505A - 速度センサレス制御を用いた電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】惰行状態の誘導電動機を安定かつ確実に再起動
すること。 【解決手段】ｄｑ軸回転座標系上でインバータ１の制御
を行うベクトル制御手段を、磁束指令とトルク指令から
トルク軸電流指令と磁束軸電流指令を演算する電流指令
演算手段５、少くともトルク軸電流指令と磁束軸電流指
令からｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を演算する電圧指令
演算手段６、誘導電動機２の相電流と電流指令と電圧指
令の少くとも一つからインバータ１の出力周波数を演算
する出力周波数演算手段７、インバータ１の出力周波数
を積分して位相を演算する積分手段９、位相と電圧指令
からインバータ１のゲートを制御するゲート制御手段
８、誘導電動機２の相電流と電流指令と電圧指令の少く
とも一つから誘導電動機２の回転周波数が不明の惰行状
態からインバータ１により磁束の立上げを行う再起動の
際に、インバータ１の出力周波数を補正する出力周波数
補正手段10から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、速度検出器を用い
ずに誘導電動機の磁束とトルクとを制御する速度センサ
レス制御を適用した電気車制御装置に係り、特に電気車
が惰行する状態から、誘導電動機に磁束指令値と一致し
た磁束を立ち上げる再起動動作を、安定かつ確実に行な
えるようにした速度センサレス制御を用いた電気車制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、ベクトル制御を適用した従来
の電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図であ
り、直流電気車の構成を示している。

【０００３】図１２において、パンタグラフ４５は、架
線４４より集電し、直流リアクトル４６を介してフィル
タコンデンサ３の一端に接続される。フィルタコンデン
サ３のもう一端は、車輪４７を介して、レール４８へと
接地される。フィルタコンデンサ３には、直流を任意の
周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ
（以下、ＶＶＶＦインバータと称する）１が接続され、
ＶＶＶＦインバータ１の交流側には、誘導電動機２が接
続される。

【０００４】一方、ＶＶＶＦインバータ１を動作させて
誘導電動機２を駆動する制御方式の一つとしては、いわ
ゆるベクトル制御方式がある。このベクトル制御方式
は、電流・電圧・磁束をベクトル量として制御する方式
であり、磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、このｄ軸に直
交する軸（トルク軸）をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系上
で、ＶＶＶＦインバータ１の制御を行なう。

【０００５】ベクトル制御部は、電流検出器４と、電流
指令演算部５と、電圧指令演算部６と、速度検出器４２
と、滑り周波数演算部４３と、ゲート制御部８と、加算
器４４と、積分部９とから構成される。

【０００６】すなわち、電流検出器４では、誘導電動機
２に流れる相電流Ｉu ，Ｉw を検出する。

【０００７】電流指令演算部５においては、磁束指令φ
^* とトルク指令Ｔｍ^* とを入力として、例えば次式によ
り、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉd ^* とトルク軸 （ｑ
軸）電流Ｉq ^* とを演算する。

【０００８】

【数１】

【０００９】ただし、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：
２次インダクタンス。

【００１０】電圧指令演算部６においては、磁束軸（ｄ
軸）電流指令Ｉd ^* と、トルク軸（ｑ軸）電流Ｉq
^* と、電流検出器４により検出された誘導電動機２の相
電流Ｉu ，Ｉw とを入力として、例えば次式により、ｄ
軸電圧指令Ｖd ^* とｑ軸電圧指令Ｖq ^* とを演算する。

【００１１】

【数２】

【００１２】ただし、Ｒ１：１次抵抗、Ｌ１：１次イン
ダクタンス、σＬ１：漏れインダクタンス（＝Ｌ１×
（１−（Ｍ×Ｍ／Ｌ１／Ｌ２）））、ωｉ：インバータ
出力周波数、Ｋｐ：電流制御比例ゲイン、Ｋｉ：電流制
御積分ゲイン、ｓ：ラプラス演算子。

【００１３】滑り周波数演算部４３においては、電流指
令演算部５からの出力であるｄｑ軸電流指令Ｉd ^* ，Ｉ
q ^* に基づいて、与えるべき滑り周波数ωｓ^* を次式に
より演算する。

【００１４】

【数３】

【００１５】この演算された滑り周波数ωｓ^* は、速度
検出器４２により検出されたロータ周波数ωｒと加算器
４４において加算され、ＶＶＶＦインバータ１の出力周
波数ωｉとなる。

【００１６】この出力周波数ωｉは、積分部９に入力さ
れて、その積分値が出力される。この積分部９の出力
は、静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ軸までの回転位相
角θabである。

【００１７】ゲート制御部８においては、電圧指令演算
部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖd ^* とｑ軸電圧指
令Ｖq ^* と積分部９からの出力である位相角θabとに基
づいて、ゲート信号を作成する。

【００１８】以上は、速度検出器を用いるベクトル制御
部の基本的な構成である。

【００１９】ところで、電気車制御において、誘導電動
機２を、ある回転数、すなわちある速度まで加速した後
に、ＶＶＶＦインバータ１を完全に停止し、車両あるい
は誘導電動機２が惰行する状態が存在する。この惰行動
作は、車両の慣性力を利用して、エネルギーを有効に利
用することが目的である。

【００２０】そして、惰行している状態では、ＶＶＶＦ
インバータ１が完全に停止するため、誘導電動機２には
何ら磁束を発生し得ない。このため、惰行後にさらに加
速するため、あるいは減速するために、磁束を再度立ち
上げる再起動動作は不可欠なものである。

【００２１】この場合、図１２に示すような速度検出器
４２を用いるベクトル制御部を備えた電気車制御装置に
おいては、誘導電動機２のロータの回転周波数が検出で
きるため、安定した磁束の立ち上げ、すなわち再起動を
行なうことができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うな速度検出器４２を用いるベクトル制御部を備えた電
気車制御装置において、速度検出器４２の存在は、保守
性の悪化、速度検出機構の誤動作に伴なうトルク擾乱、
コスト上昇といった問題を生じたり、誘導電動機２の体
格への制約となり、電動機容量の増加の障害となるとい
った弊害がある。このため、速度検出器４２を用いない
ベクトル制御を適用した電気車制御装置が望まれる。

【００２３】しかしながら、速度検出器４２を用いない
速度センサレス制御を適用した電気車制御装置では、誘
導電動機２の再起動の際に、誘導電動機２のロータの回
転周波数が不明であるため、動作点、すなわち磁束指令
値に一致した磁束がｄ軸に立ち上がった状態への引き込
みに失敗し、磁束の立ち上げができない場合がある。

【００２４】そして、この時、過電流、あるいは過電圧
・低電圧等の保護が働いたり、あるいは瞬間時に大きな
トルクが発生するといった問題が生じる。

【００２５】通常の速度センサレス制御は、磁束指令値
に一致した磁束がｄ軸に立ち上がった状態において、そ
の動作点近傍での安定動作を保証するものが通常であ
り、誘導電動機２の回転周波数が未知である状態での安
定性は保証していない。

【００２６】本発明は、誘導電動機が惰行する状態か
ら、誘導電動機に磁束指令値と一致した磁束を立ち上げ
る再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能な速
度センサレス制御を用いた電気車制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、直流を任意の周波数の交流
に変換するＶＶＶＦインバータと、当該ＶＶＶＦインバ
ータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、ＶＶ
ＶＦインバータの交流側に接続されて駆動される誘導電
動機とから主回路を構成し、電流指令を演算する電流指
令演算手段と、電流指令演算手段により演算された電流
指令に一致する電流が得られるように出力電圧指令とを
演算する電圧指令演算手段と、誘導電動機に流れる相電
流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出
された誘導電動機の相電流と電流指令演算手段により演
算された電流指令と電圧指令演算手段により演算された
出力電圧指令のうちの少なくとも一つに基づいて、ＶＶ
ＶＦインバータの出力周波数を演算する出力周波数演算
手段と、電圧指令演算手段からの出力と出力周波数演算
手段からの出力とを入力とし、ＶＶＶＦインバータの出
力電圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制
御を行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度セ
ンサレス制御を用いた電気車制御装置において、誘導電
動機の回転周波数が不明の惰行状態からＶＶＶＦインバ
ータにより磁束の立ち上げを行なう再起動の際に、出力
周波数演算手段からの出力であるＶＶＶＦインバータの
出力周波数を補正する出力周波数補正手段を備えてい
る。

【００２８】従って、請求項１の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を補正し、この補正された出力周波数に応じて
ＶＶＶＦインバータが動作する。通常の動作点、すなわ
ち磁束指令に一致した磁束がｄ軸に立ち上がった状態で
の安定性を保証する出力周波数演算の他に、惰行時のみ
ＶＶＶＦインバータの出力周波数を補正することによ
り、定常動作に影響を与えず、安定かつ確実な再起動動
作を行なうことができる。

【００２９】一方、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、当該ｄ軸に直
交する軸をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系において、電流
指令演算手段は、磁束指令とトルク指令とに基づいてｄ
軸電流指令とｑ軸電流指令とを演算する手段から構成
し、電圧指令演算手段は、少なくとも電流指令演算手段
により演算されたｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とを入力
とし、当該入力に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令
とを演算する手段から構成している。

【００３０】従って、請求項２の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を補正し、この補正された出力周波数に応じて
ＶＶＶＦインバータが動作する。通常の動作点、すなわ
ち磁束指令に一致した磁束がｄ軸に立ち上がった状態で
の安定性を保証する出力周波数演算の他に、惰行時のみ
ＶＶＶＦインバータの出力周波数を補正することによ
り、定常動作に影響を与えず、安定かつ確実な再起動動
作を行なうことができる。

【００３１】また、請求項３の発明では、上記請求項２
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、上記出力周波数補正手段としては、電流検出手
段により検出された誘導電動機の相電流を、ｄｑ軸回転
座標系上での電流値に変換する座標系変換手段と、ｑ軸
電流指令と座標系変換手段により変換されたｑ軸電流と
の偏差を演算する減算手段と、減算手段により演算され
たｑ軸電流の偏差に基づいて、ＶＶＶＦインバータの出
力周波数への補正量を演算する第２の出力周波数補正量
演算手段と、第２の出力周波数補正手段により演算され
たＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量と出力周
波数演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出
力周波数とを加算する加算手段とから成る。

【００３２】従って、請求項３の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を、ｑ軸電流の指令値と実際値の偏差が零にな
るように補正し、この補正された出力周波数に応じてＶ
ＶＶＦインバータが動作する。磁束指令に一致した磁束
がｄ軸に立ち上がった通常の動作点近傍において、ｑ軸
電流の偏差は零になる。このｑ軸電流の偏差は、周波数
が適切に与えられないことに起因して発生する。このｑ
軸電流の偏差が零になるように、ＶＶＶＦインバータの
出力周波数を補正することにより、再起動の際の動作点
への引き込みを容易にし、安定かつ確実な再起動動作を
行なうことができる。

【００３３】さらに、請求項４の発明では、上記請求項
２の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
において、上記出力周波数補正手段としては、電流検出
手段により検出された誘導電動機の相電流を、ｄｑ軸回
転座標系上での電流値に変換する座標系変換手段と、電
圧指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指令とｑ軸電
圧指令と座標系変換手段により変換されたｄ軸電流とｑ
軸電流とに基づいて、ｄ軸誘起電圧を演算するｄ軸誘起
電圧演算手段と、ｄ軸誘起電圧演算手段により演算され
たｄ軸誘起電圧に基づいて、ＶＶＶＦインバータの出力
周波数への補正量を演算する第２の出力周波数補正量演
算手段と、第２の出力周波数補正手段により演算された
ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量と出力周波
数演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力
周波数とを加算する加算手段とから成る。

【００３４】従って、請求項４の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を、ｄ軸誘起電圧が零になるよう補正し、この
補正された出力周波数に応じてＶＶＶＦインバータが動
作する。磁束指令に一致した磁束がｄ軸に立ち上がった
通常の動作点近傍において、ｑ軸誘起電圧のみが発生
し、ｄ軸誘起電圧は発生しない。このｄ軸誘起電圧は、
周波数が適切に与えられないことに起因して発生する。
このｄ軸誘起電圧が零になるように、ＶＶＶＦインバー
タの出力周波数を補正することにより、再起動の際の動
作点への引き込みを容易にし、安定かつ確実な再起動動
作を行なうことができる。

【００３５】一方、請求項５の発明では、上記請求項２
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、上記出力周波数補正手段としては、電流検出手
段により検出された誘導電動機の相電流を、ｄｑ軸回転
座標系上での電流値に変換する座標系変換手段と、電圧
指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指令とｑ軸電圧
指令と座標系変換手段により変換されたｄ軸電流とｑ軸
電流とに基づいて、ｑ軸磁束を演算するｑ軸磁束演算手
段と、ｑ軸磁束演算手段により演算されたｑ軸磁束に基
づいて、ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量を
演算する第２の出力周波数補正演算手段と、第２の出力
周波数補正手段により演算されたＶＶＶＦインバータの
出力周波数への補正量と出力周波数演算手段により演算
されたＶＶＶＦインバータの出力周波数とを加算する加
算手段とから成る。

【００３６】従って、請求項５の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を、ｑ軸磁束が零になるよう補正し、この補正
された出力周波数に応じてＶＶＶＦインバータが動作す
る。磁束指令に一致した磁束がｄ軸に立ち上がった通常
の動作点近傍において、ｑ軸磁束は発生しない。このｑ
軸磁束は、周波数が適切に与えられないことに起因して
発生する。このｑ軸磁束が零になるように、ＶＶＶＦイ
ンバータの出力周波数を補正することにより、再起動の
際の動作点への引き込みを容易にし、安定かつ確実な再
起動動作を行なうことができる。

【００３７】また、請求項６の発明では、上記請求項２
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、上記出力周波数補正手段としては、電流検出手
段により検出された誘導電動機の相電流を、ｄｑ軸回転
座標系上での電流値に変換する座標系変換手段と、電流
指令演算手段により演算されたｄｑ軸電流指令値に基づ
いて、ＶＶＶＦインバータの出力端での有効電力の基準
値を演算する有効電力基準演算手段と、座標系変換手段
により変換されたｄ軸電流とｑ軸電流と電圧指令演算手
段により演算されたｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令とに基
づいて、ＶＶＶＦインバータの出力端での有効電力を演
算する有効電力演算手段と、有効電力基準演算手段によ
り演算された有効電力基準から有効電力演算手段により
演算された有効電力を減算して偏差を演算する減算手段
と、減算手段により演算された有効電力の偏差に基づい
て、ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量を演算
する第２の出力周波数補正量演算手段と、第２の出力周
波数補正手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出
力周波数への補正量と出力周波数演算手段により演算さ
れたＶＶＶＦインバータの出力周波数とを加算する加算
手段とから成る。

【００３８】従って、請求項６の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上がる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を、有効電力の基準値と実際値との偏差が零に
なるように補正し、この補正された出力周波数に応じて
ＶＶＶＦインバータが動作する。磁束指令に一致した磁
束がｄ軸に立ち上がった通常の動作近傍において、有効
電力の基準値と実際値が一致し、その偏差は零となる。
この有効電力の偏差は、周波数が適切に与えられないこ
とに起因して発生する。この有効電力の偏差が零になる
ように、ＶＶＶＦインバータの出力周波数を補正するこ
とにより、再起動の際の動作点への引き込みを容易に
し、安定かつ確実な再起動動作を行なうことができる。

【００３９】さらに、請求項７の発明では、上記請求項
２の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
において、上記出力周波数補正手段としては、少なくと
も電流指令演算手段により演算されたｄ軸電流指令値と
ｑ軸電流指令値とに基づいて、ＶＶＶＦインバータの直
流側入力端での有効電流の基準値を演算する有効電流基
準演算手段と、フィルタコンデンサからＶＶＶＦインバ
ータへ流れる電流を検出する電流検出手段と、有効電流
基準演算手段により演算された有効電流基準から電流検
出手段により検出されたフィルタコンデンサからＶＶＶ
Ｆインバータに流れる電流値を減算して偏差を演算する
減算手段と、減算手段により演算された有効電流の偏差
に基づいて、ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正
量を演算する第２の出力周波数補正量演算手段と、第２
の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶＦインバ
ータの出力周波数への補正量と出力周波数演算手段によ
り演算されたＶＶＶＦインバータの出力周波数とを加算
する加算手段とから成る。

【００４０】従って、請求項７の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を、有効電流の基準値と実際値との偏差が零に
なるように補正し、この補正された出力周波数に応じて
ＶＶＶＦインバータが動作する。磁束指令に一致した磁
束がｄ軸に立ち上がった通常の動作点近傍において、有
効電流の基準値と実際値が一致し、その偏差は零とな
る。この有効電流の偏差は、周波数が適切に与えられな
いことに起因して発生する。この有効電流の偏差が零に
なるように、ＶＶＶＦインバータの出力周波数を補正す
ることにより、再起動の際の動作点への引き込みを容易
にし、安定かつ確実な再起動動作を行なうことができ
る。

【００４１】一方、請求項８の発明では、上記請求項２
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、上記出力周波数補正手段としては、フィルタコ
ンデンサにかかる直流リンク電圧を検出する電圧検出手
段と、電圧検出手段により検出された直流リンク電圧を
入力とし、当該入力に微分を施す微分手段と、微分手段
からの直流リンク電圧の微分値に基づいて、ＶＶＶＦイ
ンバータの出力周波数への補正量を演算する第２の出力
周波数補正量演算手段と、第２の出力周波数補正手段に
より演算されたＶＶＶＦインバータの出力周波数への補
正量と出力周波数演算手段により演算されたＶＶＶＦイ
ンバータの出力周波数とを加算する加算手段とから成
る。

【００４２】従って、請求項８の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を、直流リンク電圧の変化量が零になるように
補正し、この補正された出力周波数に応じてＶＶＶＦイ
ンバータが動作する。磁束指令に一致した磁束がｄ軸に
立ち上がった通常の動作点近傍において、ｄｑ軸電流指
令が一定の限り、直流リンク電圧の変化率は一定とな
る。この直流リンク電圧が変化することは、周波数が適
切に与えられないため、トルクが発生していることを意
味するものである。この直流リンク電圧の変化量、すな
わち微分値が零になるように、ＶＶＶＦインバータの出
力周波数を補正することにより、再起動の際の動作点へ
の引き込みを容易にし、安定かつ確実な再起動動作を行
なうことができる。

【００４３】また、請求項９の発明では、上記請求項２
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、上記出力周波数補正手段としては、電流指令演
算手段により演算されたｄ軸電流指令とｑ軸電流指令と
を入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電流指令とｑ軸電
流指令とからなる電流ベクトルの長さである電流ベクト
ル長基準を演算する電流ベクトル長基準演算手段と、電
流検出手段により検出された誘導電動機の相電流を、ｄ
ｑ軸回転座標系上での電流値に変換する座標系変換手段
と、座標系変換手段により変換されたｄ軸電流とｑ軸電
流とからなる電流ベクトルの長さを演算する電流ベクト
ル長演算手段と、電流ベクトル長基準演算手段により演
算された電流ベクトル長基準から電流ベクトル長演算手
段により演算された電流ベクトル長を減算して偏差を演
算する減算手段と、減算手段により演算された電流ベク
トル長の偏差に基づいて、ＶＶＶＦインバータの出力周
波数への補正量を演算する第２の出力周波数補正量演算
手段と、第２の出力周波数補正手段により演算されたＶ
ＶＶＦインバータの出力周波数への補正量と出力周波数
演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
波数とを加算する加算手段とから成る。

【００４４】従って、請求項９の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回転
周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち磁
束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力周
波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの出
力周波数を、電流ベクトル長の指令値と実際値との偏差
が零になるように補正し、この補正された出力周波数に
応じてＶＶＶＦインバータが動作する。磁束指令に一致
した磁束がｄ軸に立ち上がった通常の動作点近傍におい
て、各ｄｑ軸電流の指令値と実際値とが一致するため、
電流ベクトル長の偏差は零となる。この電流ベクトル長
の偏差は、周波数が適切に与えられないことに起因して
発生する。この電流ベクトル長の偏差が零になるよう
に、ＶＶＶＦインバータの出力周波数を補正することに
より、再起動の際の動作点への引き込みを容易にし、安
定かつ確実な再起動動作を行なうことができる。

【００４５】さらに、請求項１０の発明では、上記請求
項２の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装
置において、上記電圧指令演算手段としては、電流指令
演算手段により演算されたｄ軸電流指令とｑ軸電流指令
とに基づいて、ｄ軸電圧基準とｑ軸電圧基準とを演算す
る電圧基準演算手段と、電流検出手段により検出された
誘導電動機の相電流を、ｄｑ軸回転座標系上での電流値
に変換する座標系変換手段と、電流指令演算手段により
演算されたｄ軸電流指令から座標系変換手段により変換
されたｄ軸電流を減算して偏差を演算する第１の減算手
段と、第１の減算手段により演算されたｄ軸電流偏差を
入力として、当該ｄ軸電流偏差を零とするようにｄ軸電
圧への補償量を演算するｄ軸電流制御手段と、ｄ軸電流
制御手段により演算されたｄ軸電圧補償量と電圧基準演
算手段により演算されたｄ軸電圧基準とを加算してｄ軸
電圧指令とする第１の加算手段と、電流指令演算手段に
より演算されたｑ軸電流指令から座標系変換手段により
変換されたｑ軸電流を減算して偏差を演算する第２の減
算手段と、第２の減算手段により演算されたｑ軸電流偏
差を入力として、当該ｑ軸電流偏差を零とするようにｑ
軸電圧への補償量を演算するｑ軸電流制御手段と、ｑ軸
電流制御手段により演算されたｑ軸電圧補償量と電圧基
準演算手段により演算されたｑ軸電圧基準とを加算して
ｑ軸電圧指令とする第２の加算手段とから成り、上記出
力周波数補正手段としては、ｑ軸電流制御手段により演
算されたｑ軸電圧補償量に基づいて、ＶＶＶＦインバー
タの出力周波数への補正量を演算する第２の出力周波数
補正量演算手段と、第２の出力周波数補正手段により演
算されたＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量と
出力周波数演算手段により演算されたＶＶＶＦインバー
タの出力周波数とを加算する加算手段とから成る。

【００４６】従って、請求項１０の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回
転周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち
磁束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力
周波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの
出力周波数を、ｑ軸電圧の基準値と指令値との偏差が零
になるように補正し、この補正された出力周波数に応じ
てＶＶＶＦインバータが動作する。磁束指令に一致した
磁束がｄ軸に立ち上がった通常の動作点近傍において、
ｑ軸電圧基準とｑ軸電圧指令とが一致する、すなわちｑ
軸電流制御器の出力は零となる。このｑ軸電圧基準とｑ
軸電圧指令との偏差は、周波数が適切に与えられず、磁
束が立ち上がっていないことに起因して発生する。この
ｑ軸電圧基準とｑ軸電圧指令との偏差が零になるよう
に、ＶＶＶＦインバータの出力周波数を補正することに
より、再起動の際の動作点への引き込みを容易にし、安
定かつ確実な再起動動作を行なうことができる。

【００４７】さらにまた、請求項１１の発明では、上記
請求項２の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制
御装置において、上記電圧指令演算手段としては、電流
指令演算手段により演算されたｄ軸電流指令とｑ軸電流
指令とに基づいて、ｄ軸電圧基準とｑ軸電圧基準とを演
算する電圧基準演算手段と、電流検出手段により検出さ
れた誘導電動機を流れる電流を、ｄｑ軸回転座標系上で
の電流値に変換する座標系変換手段と、電流指令演算手
段により演算されたｄ軸電流指令から座標系変換手段に
より変換されたｄ軸電流を減算して偏差を演算する第１
の減算手段と、第１の減算手段により演算されたｄ軸電
流偏差を入力として、当該ｄ軸電流偏差を零とするよう
にｄ軸電圧への補償量を演算するｄ軸電流制御手段と、
ｄ軸電流制御手段により演算されたｄ軸電圧補償量と電
圧基準演算手段により演算されたｄ軸電圧基準とを加算
してｄ軸電圧指令とする第１の加算手段と、電流指令演
算手段により演算されたｑ軸電流指令から座標系変換手
段により変換されたｑ軸電流を減算して偏差を演算する
第２の減算手段と、第２の減算手段により演算されたｑ
軸電流偏差を入力として、当該ｑ軸電流偏差を零とする
ようにｑ軸電圧への補償量を演算するｑ軸電流制御手段
と、ｑ軸電流制御手段により演算されたｑ軸電圧補償量
と電圧基準演算手段により演算されたｑ軸電圧基準とを
加算してｑ軸電圧指令とする第２の加算手段とから成
り、上記出力周波数補正手段としては、電圧基準演算手
段により演算されたｄ軸電圧基準とｑ軸電圧基準とに基
づいて、ｄｑ軸電圧基準ベクトルの長さである電圧ベク
トル長基準を演算する電圧ベクトル長基準演算手段と、
第１の加算手段により演算されたｄ軸電圧指令と第２の
加算手段により演算されたｑ軸電圧指令とに基づいて、
ｄｑ軸電圧指令ベクトルの長さを演算する電圧ベクトル
長演算手段と、電圧ベクトル長基準演算手段により演算
された電圧ベクトル長基準から電圧ベクトル長演算手段
により演算された電圧ベクトル長を減算して偏差を演算
する減算手段と、減算手段により演算された電圧ベクト
ル長の偏差に基づいて、ＶＶＶＦインバータの出力周波
数への補正量を演算する第２の出力周波数補正量演算手
段と、第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶ
ＶＦインバータの出力周波数への補正量と出力周波数演
算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周波
数とを加算する加算手段とから成る。

【００４８】従って、請求項１１の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、ロータの回
転周波数が不明な状態の誘導電動機を再起動、すなわち
磁束指令に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場合、出力
周波数演算手段により演算されるＶＶＶＦインバータの
出力周波数を、ｄｑ軸電圧基準から求められる電圧ベク
トル長基準とｄｑ軸電圧指令から求められる電圧ベクト
ル長との偏差が零になるように補正し、この補正された
出力周波数に応じてＶＶＶＦインバータが動作する。磁
束指令に一致した磁束がｄ軸に立ち上がった通常の動作
点近傍において、各ｄｑ軸電圧基準とｄｑ軸電圧指令と
が一致するため、電圧ベクトル長基準と電圧ベクトル長
とは一致する。この電圧ベクトル長の偏差は、周波数が
適切に与えられず、磁束が立ち上がっていないことに起
因して発生する。この電圧ベクトル長の偏差が零になる
ように、ＶＶＶＦインバータの出力周波数を補正するこ
とにより、再起動の際の動作点への引き込みを容易に
し、安定かつ確実な再起動動作を行なうことができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００５０】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態による速度センサレス制御を用いた電力変換装置の概
略構成例を示すブロック図であり、直流電気車を例とす
る構成を示すものである。なお、図１中、図１２と同一
要素には同一符号を付して示している。

【００５１】図１において、パンタグラフ４５は、架線
４４より集電し、直流リアクトル４６を介してフィルタ
コンデンサ３の一端に接続される。フィルタコンデンサ
３のもう一端は、車輪４７を介して、レール４８へと接
地される。フィルタコンデンサ３には、直流を任意の周
波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ
（以下、ＶＶＶＦインバータと称する）１が接続され、
ＶＶＶＦインバータ１の交流側には、誘導電動機２が接
続される。ＶＶＶＦインバータ１を動作させて誘導電動
機２を駆動する制御方式は、速度センサレス制御方式で
ある。

【００５２】一方、速度センサレス制御は、電流・電圧
・磁束をベクトル量として制御するものであり、磁束軸
に一致した軸をｄ軸とし、このｄ軸に直交する軸（トル
ク軸）をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系上で、速度検出器
を用いずにＶＶＶＦインバータ１の制御を行なう。

【００５３】ベクトル制御部は、電流検出器４と、電流
指令演算部５と、電圧指令演算部６と、出力周波数演算
部７と、ゲート制御部８と、積分部９と、出力周波数補
正部１０とから構成している。

【００５４】電流検出器４は、誘導電動機２に流れる相
電流Ｉu ，Ｉw を検出する。

【００５５】電流指令演算部５は、磁束指令φ^* とトル
ク指令Ｔｍ^* とに基づいて、トルク軸電流指令であるｑ
軸電流指令Ｉq ^* と磁束軸電流指令であるｄ軸電流指令
Ｉd ^* とを演算する。

【００５６】電圧指令演算部６は、電流指令演算部５に
より演算されたトルク軸電流指令Ｉq ^* と磁束軸電流指
令Ｉd ^* と、電流検出器４により検出された誘導電動機
２の相電流Ｉu ，Ｉw とを入力とし、この入力に基づい
てｄ軸電圧指令Ｖd ^* とｑ軸電圧指令Ｖq ^* とを演算す
る。

【００５７】出力周波数演算部７は、電流検出器４によ
り検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw と、電流
指令演算部５により演算された電流指令Ｉd ^* ，Ｉq ^*
と、電圧指令演算部６により演算された電圧指令Ｖd
^* ，Ｖq ^* のうちの少なくとも一つに基づいて、ＶＶ
ＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ^* を演算する。

【００５８】積分部９は、出力周波数演算部７により演
算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ^* を補
正した出力周波数ωｉを入力とし、この入力されたＶＶ
ＶＦインバータ１の出力周波数ωｉを積分して位相θａ
ｂを演算する。

【００５９】ゲート制御部８は、積分部９により演算さ
れた位相θａｂと、電圧指令演算部６により演算された
電圧指令Ｖd ^* ，Ｖq ^* とに基づいて、ＶＶＶＦインバ
ータ１のゲートを制御する。

【００６０】出力周波数補正部１０は、電流検出器４に
より検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw と、電
流指令演算部５により演算された電流指令Ｉd ^* ，Ｉq
^* と、電圧指令演算部６により演算された電圧指令Ｖd
^* ，Ｖq ^* のうちの少なくとも一つに基づいて、誘導電
動機２の回転周波数が不明の惰行状態からＶＶＶＦイン
バータ１により磁束の立ち上げを行なう再起動の際に動
作点への引き込みが可能となるように、出力周波数演算
部７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波
数ωｉ^* を補正し、上記補正した出力周波数ωｉを出力
する。

【００６１】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【００６２】図１において、電流指令演算部５には、磁
束指令φ^* とトルク指令Ｔｍ^* とが入力され、例えば次
式により、磁束軸（ｄ軸）電流指令 Ｉd ^* とトルク軸
（ｑ軸）電流指令Ｉq ^* とが演算される。

【００６３】

【数４】

【００６４】ただし、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：
２次インダクタンス。

【００６５】電圧指令演算部６には、磁束軸（ｄ軸）電
流指令Ｉd ^* と、トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉq ^* と、
電流検出器４により検出された誘導電動機２の相電流Ｉ
u ，Ｉw とが入力され、例えば次式により、ｄ軸電圧指
令Ｖd ^* とｑ軸電圧指令Ｖq ^* とが演算される。

【００６６】

【数５】

【００６７】ただし、Ｒ１：１次抵抗、Ｌ１：１次イン
ダクタンス、σＬ１：漏れインダクタンス（＝Ｌ１×
（１−（Ｍ×Ｍ／Ｌ１／Ｌ２）））、ωｉ：インバータ
出力周波数、Ｋｐ：電流制御比例ゲイン、Ｋｉ：電流制
御積分ゲイン、ｓ：ラプラス演算子。

【００６８】出力周波数演算部７では、電圧指令演算部
６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖd ^* ，ｑ軸電圧指令
Ｖq ^* と、電流指令演算部５からの出力である磁束軸
（ｄ軸）電流指令Ｉd ^* ，トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉ
q ^* と、電流検出器４により検出された誘導電動機２の
各相電流Ｉu ，Ｉw とに基づき、ＶＶＶＦインバータ１
の出力周波数ωｉ^* が演算される。

【００６９】ここで、出力周波数演算部７は、例えば図
２に示すように、ロータ回転周波数演算部１３と、滑り
周波数演算部１４と、加算器１５とから構成される。

【００７０】ロータ回転周波数演算部１３では、例えば
電圧指令演算部６からの出力であるｄ軸電圧指令Ｖd
^* ，ｑ磁気電圧指令Ｖq ^* と、電流指令演算部５から
の出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉd ^* ，トルク軸
（ｑ軸）電流指令Ｉq ^* と、電流検出器４により検出さ
れた誘導電動機２の各相電流Ｉu ，Ｉw とに基づき、誘
導電動機のロータ回転周波数ωｒｈが演算される。

【００７１】滑り周波数演算部１４では、電流指令演算
部５からの出力である磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉd ^* ，
トルク軸（ｑ軸）電流指令Ｉq ^* に基づき、与えるべき
滑り周波数ωｓ^* が演算される。

【００７２】加算器１５では、上記ロータ回転周波数ω
ｒｈと滑り周波数ωｓ^* とを加算して、ＶＶＶＦインバ
ータ１の出力周波数ωｉ^* が演算される。

【００７３】一方、出力周波数演算部７により演算され
たＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ^* は、積分部
９に入力されてその積分値が出力される。

【００７４】この積分部９からの出力は、静止座標系ａ
軸から回転座標系ｄ軸までの回転位相角θａｂである。

【００７５】ゲート制御部８では、電圧指令演算部６か
らの出力であるｄ軸電圧指令Ｖd ^*，ｑ軸電圧指令Ｖq
^* と、積分部９からの出力である位相角θａｂとに基づ
いて、ゲート信号が生成される。

【００７６】以上が、速度検出器を用いない速度センサ
レス制御の基本的な作用であるが、本実施の形態では、
誘導電動機２の回転周波数の不明な状態から磁束指令に
一致した磁束をｄ軸に立ち上げる再起動動作を行なう場
合に限り、さらに出力周波数補正部１０において、出力
周波数演算部７からの出力であるＶＶＶＦインバータ１
の出力周波数基準ωｉ^* が補正される。

【００７７】すなわち、出力周波数補正部１０は、例え
ば出力周波数補正量演算部１１と、加算器１２とから構
成している。

【００７８】出力周波数補正量演算部１１では、電流検
出器４により検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉ
w と、電流指令演算部５からの出力である電流指令Ｉd
^* ，Ｉq ^* と、電圧指令演算部６からの出力である電圧
指令Ｖd ^* ，Ｖq ^* とに基づいて、誘導電動機２の回転
周波数が不明の惰行状態からＶＶＶＦインバータ１によ
り磁束の立ち上げを行なう再起動の際に動作点への引き
込みが可能となるように、ＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐが演算される。

【００７９】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、出力周波数補正量演算部１１からの出力である
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉｃｍｐ
が加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の出力周
波数ωｉが出力される。

【００８０】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を補正し、この補正された
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉに応じて、ＶＶ
ＶＦインバータ１が動作する。

【００８１】通常の動作点、すなわち磁束指令φ^* に一
致した磁束をｄ軸に立ち上がった状態での安定性を保証
する出力周波数演算の他に、惰行時のみＶＶＶＦインバ
ータ１の出力周波数を補正することにより、定常動作に
影響を与えず、安定かつ確実な再起動動作を行なうこと
ができる。

【００８２】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【００８３】なお、本実施の形態では、直流電気車を例
に挙げているが、交流電気車の場合も同様に適用でき
る。

【００８４】（第２の実施の形態）図３は、本実施の形
態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おける出力周波数補正部１０の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、前記図１および図２と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【００８５】すなわち、図３に示すように、本実施の形
態の出力周波数補正部１０は、図１および図２における
出力周波数補正量演算部１１、および加算器１２に代え
て、座標系変換部１６と、減算器１７と、第２の出力周
波数補正量演算部１８と、加算器１２とから構成してい
る。

【００８６】座標系変換部１６は、電流検出器４により
検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw を、前記ｄ
ｑ軸回転座標系上でのｄ軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq に変
換する。

【００８７】減算器１７は、ｑ軸電流指令Ｉq ^* と座標
系変換部１６により変換されたｑ軸電流Ｉq との偏差Δ
Ｉq を演算する。

【００８８】第２の出力周波数補正量演算部１８は、減
算器１７により演算されたｑ軸電流の偏差ΔＩq に基づ
いて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ^* への補
正量ωｉｃｍｐを演算する。

【００８９】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【００９０】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【００９１】なお、ここでは、前記図１および図２と異
なる部分の作用についてのみ述べる。

【００９２】図３において、座標系変換部１６には、誘
導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw が入力され、例えば次式
により、ｄｑ軸座標系上でのｄ軸電流Ｉd とｑ軸電流Ｉ
q とが演算される。

【００９３】

【数６】

【００９４】θａｂ：静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ
軸までの位相角。

【００９５】減算器１７では、ｑ軸電流指令Ｉq ^* から
座標変換部１６の出力であるｑ軸電流Ｉq が減算され、
偏差ΔＩq を出力する。

【００９６】第２の出力周波数補正量演算部１８には、
ｑ軸電流偏差ΔＩq が入力され、例えば次式の比例積分
制御により、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数への補
正量ωｉｃｍｐが演算される。

【００９７】

【数７】

【００９８】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。

【００９９】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０１００】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を補正し、この補正された
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉに応じて、ＶＶ
ＶＦインバータ１が動作する。ｄ軸に立ち上げる場合、
出力周波数演算演算部７により演算される出力周波数ω
ｉ^* を、ｑ軸電流の指令値Ｉq ^* と実際値Ｉq との偏差
ΔＩq が零になるように補正し、この補正された出力周
波数ωｉに応じて、ＶＶＶＦインバータ１が動作する。

【０１０１】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、ｑ軸電流の偏差Δ
Ｉq は零になる。このｑ軸電流の偏差ΔＩq は、周波数
が適切に与えられないことに起因して発生する。このｑ
軸電流の偏差ΔＩq が零になるように、ＶＶＶＦインバ
ータ１の出力周波数を補正することにより、再起動の際
の動作点への引き込みを容易にし、安定かつ確実な再起
動動作を行なうことができる。

【０１０２】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【０１０３】（第３の実施の形態）図４は、本実施の形
態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おける出力周波数補正部１０の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、前記図１および図２と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１０４】すなわち、図４に示すように、本実施の形
態の出力周波数補正部１０は、図１および図２における
出力周波数補正量演算部１１、および加算器１２に代え
て、座標系変換部１６と、ｄ軸誘起電圧演算部１９と、
第２の出力周波数補正量演算部１８と、加算器１２とか
ら構成している。

【０１０５】座標系変換部１６は、電流検出器４により
検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw を、前記ｄ
ｑ軸回転座標系上でのｄ軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq に変
換する。

【０１０６】ｄ軸誘起電圧演算部１９は、前記電圧指令
演算部６により演算されたｄ軸電圧指令Ｖd ^* ，ｑ軸電
圧指令Ｖq ^* と、座標系変換部１６により変換されたｄ
軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq とに基づいて、ｄ軸誘起電圧
Ｅd を演算する。

【０１０７】第２の出力周波数補正量演算部１８は、ｄ
軸誘起電圧演算部１９により演算されたｄ軸誘起電圧Ｅ
d に基づいて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ
^* への補正量ωｉｃｍｐを演算する。

【０１０８】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【０１０９】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【０１１０】なお、ここでは、前記図１および図２と異
なる部分の作用についてのみ述べる。

【０１１１】図４において、座標系変換部１６には、誘
導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw が入力され、例えば前記
（６）式により、ｄｑ軸座標系上でのｄ軸電流Ｉd とｑ
軸電流Ｉq とが演算される。

【０１１２】ｄ軸誘起電圧演算器１９では、例えば次式
により、ｄ軸誘起電圧Ｅd が演算される。

【０１１３】

【数８】

【０１１４】第２の出力周波数補正量演算部１８には、
ｄ軸誘起電圧Ｅd が入力され、例えば次式の比例積分制
御により、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数への補正
量ωｉｃｍｐが演算される。

【０１１５】

【数９】

【０１１６】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。

【０１１７】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０１１８】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を、ｄ軸誘起電圧Ｅd が零
になるよう補正し、この補正されたＶＶＶＦインバータ
１の出力周波数ωｉに応じて、ＶＶＶＦインバータ１が
動作する。

【０１１９】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、ｑ軸誘起電圧のみ
が発生し、ｄ軸誘起電圧Ｅd は発生しない。このｄ軸誘
起電圧Ｅd は、周波数が適切に与えられないことに起因
して発生する。このｄ軸誘起電圧Ｅd が零になるよう
に、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数を補正すること
により、再起動の際の動作点への引き込みを容易にし、
安定かつ確実な再起動動作を行なうことができる。

【０１２０】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【０１２１】（第４の実施の形態）図５は、本実施の形
態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おける出力周波数補正部１０の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、前記図１および図２と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１２２】すなわち、図５に示すように、本実施の形
態の出力周波数補正部１０は、図１および図２における
出力周波数補正量演算部１１、および加算器１２に代え
て、座標系変換部１６と、ｑ軸磁束演算部２０と、第２
の出力周波数補正量演算部１８と、加算器１２とから構
成している。

【０１２３】座標系変換部１６は、電流検出器４により
検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw を、前記ｄ
ｑ軸回転座標系上でのｄ軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq に変
換する。

【０１２４】ｑ軸磁束演算部２０は、前記電圧指令演算
部６により演算されたｄ軸電圧指令Ｖd ^* ，ｑ軸電圧指
令Ｖq ^* と、座標系変換部１６により変換されたｄ軸電
流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq とに基づいて、ｑ軸磁束φq を演
算する。

【０１２５】第２の出力周波数補正量演算部１８は、ｑ
軸磁束演算部２０により演算されたｑ軸磁束φq に基づ
いて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ^* への補
正量ωｉｃｍｐを演算する。

【０１２６】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【０１２７】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【０１２８】なお、ここでは、前記図１および図２と異
なる部分の作用についてのみ述べる。

【０１２９】図５において、座標系変換部１６には、誘
導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw が入力され、例えば前記
（６）式により、ｄｑ軸座標系上でのｄ軸電流Ｉd とｑ
軸電流Ｉq とが演算される。

【０１３０】ｄ軸磁束演算器２０では、例えば次式によ
り、ｑ軸磁束φｑが演算される。

【０１３１】

【数１０】

【０１３２】第２出力周波数補正量演算部１８には、ｑ
軸磁束φｑが入力され、例えば次式の比例積分制御によ
り、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数への補正量ωｉ
ｃｍｐが演算される。

【０１３３】

【数１１】

【０１３４】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。

【０１３５】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０１３６】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を、ｑ軸磁束φｑが零にな
るように補正し、この補正されたＶＶＶＦインバータ１
の出力周波数 ωｉに応じて、ＶＶＶＦインバータ１が
動作する。

【０１３７】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、ｑ軸磁束φｑは発
生しない。このｑ軸磁束φｑは、周波数が適切に与えら
れないことに起因して発生する。このｑ軸磁束φｑが零
になるように、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数を補
正することにより、再起動の際の動作点への引き込みを
容易にし、安定かつ確実な再起動動作を行なうことがで
きる。

【０１３８】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【０１３９】（第５の実施の形態）図６は、本実施の形
態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おける出力周波数補正部１０の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、前記図１および図２と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１４０】すなわち、図６に示すように、本実施の形
態の出力周波数補正部１０は、図１および図２における
出力周波数補正量演算部１１、および加算器１２に代え
て、座標系変換部１６と、有効電力基準演算部２１と、
有効電力演算部２２と、減算器２３と、第２の出力周波
数補正量演算部１８と、加算器１２とから構成してい
る。

【０１４１】座標系変換部１６は、電流検出器４により
検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw を、前記ｄ
ｑ軸回転座標系上でのｄ軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq に変
換する。

【０１４２】有効電力基準演算部２１は、前記電流指令
演算部５により演算されたｄｑ軸電流指令値Ｉd ^* ，Ｉ
q ^* に基づいて、ＶＶＶＦインバータ１の出力端での有
効電力の基準値Ｐ^* を演算する。

【０１４３】有効電力演算部２２は、座標系変換部１６
により変換されたｄ軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq と、前記
電圧指令演算部６により演算されたｄ軸電圧指令Ｖd
^* ，ｑ軸電圧指令Ｖq ^* とに基づいて、ＶＶＶＦイン
バータ１の出力端での有効電力Ｐを演算する。

【０１４４】減算器２３は、有効電力基準演算部２１に
より演算された有効電力基準Ｐ^* から、有効電力演算部
２２により演算された有効電力Ｐを減算して偏差ΔＰを
演算する。

【０１４５】第２の出力周波数補正量演算部１８は、減
算器２３により演算された有効電力の偏差ΔＰに基づい
て、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ^* への補正
量ωｉｃｍｐを演算する。

【０１４６】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【０１４７】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【０１４８】なお、ここでは、前記図１および図２と異
なる部分の作用についてのみ述べる。

【０１４９】図６において、座標系変換部１６には、誘
導電動機の相電流Ｉu ，Ｉw が入力され、例えば前記
（６）式により、ｄｑ軸座標系上でのｄ軸電流Ｉd とｑ
軸電流Ｉq とが演算される。

【０１５０】有効電力基準演算部２１には、ｄｑ電流指
令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* が入力され、例えば次式により、有
効電力基準値Ｐ^* が演算される。

【０１５１】

【数１２】

【０１５２】ただし、Ｓ：滑り周波数。

【０１５３】ここで、特にｑ軸電流Ｉq を零（Ｉq ^* ＝
０）として、再起動を行なう場合には、有効電力基準値
Ｐ^* は、例えば次式により演算することができる。

【０１５４】

【数１３】

【０１５５】有効電力演算部２２には、座標系変換部１
６からの出力であるｄｑ軸電流Ｉd，Ｉq と、電圧指令
演算部６からの出力であるｄｑ軸電圧指令Ｖd ^* ，Ｖq
^* とが入力され、例えば次式により、ＶＶＶＦインバー
タ１の交流出力端での有効電力Ｐが演算される。

【０１５６】

【数１４】

【０１５７】減算器２３では、有効電力基準Ｐ^* から有
効電力Ｐが減算され、有効電力の偏差ΔＰが演算され
る。

【０１５８】第２出力周波数補正量演算部１８には、有
効電力の偏差ΔＰが入力され、例えば次式の比例積分制
御により、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数への補正
量ωｉｃｍｐが演算される。

【０１５９】

【数１５】

【０１６０】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。

【０１６１】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０１６２】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を、有効電力の基準値Ｐ ^*
と実際値Ｐとの偏差ΔＰが零になるように補正し、この
補正されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉに応
じて、ＶＶＶＦインバータ１が動作する。

【０１６３】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、有効電力の基準値
Ｐ^* と実際値Ｐが一致し、その偏差ΔＰは零となる。こ
の有効電力の偏差ΔＰは、周波数が適切に与えられない
ことに起因して発生する。この有効電力の偏差ΔＰが零
になるように、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数を補
正することにより、再起動の際の動作点への引き込みを
容易にし、安定かつ確実な再起動動作を行なうことがで
きる。

【０１６４】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【０１６５】また、有効電力の偏差ΔＰは、トルク指令
と実際に発生するトルクとの差異を意味するものであ
り、過分なトルクの発生を抑制することが可能となる。

【０１６６】さらに、瞬時的な有効電力Ｐを抑制するこ
とにより、直流リンク電圧の過電圧や低電圧を抑制する
ことが可能となる。

【０１６７】（第６の実施の形態）図７は、本実施の形
態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おける出力周波数補正部１０の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、前記図１および図２と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１６８】すなわち、図７に示すように、本実施の形
態の出力周波数補正部１０は、図１および図２における
出力周波数補正量演算部１１、および加算器１２に代え
て、電流検出器２４と、有効電流基準演算部２５と、減
算器２３と、第２の出力周波数補正量演算部１８と、加
算器１２とから構成している。

【０１６９】電流検出器２４は、フィルタコンデンサ３
からＶＶＶＦインバータ１に流れる電流Ｉdcを検出す
る。

【０１７０】有効電流基準演算部２５は、前記電流指令
演算部５により演算されたｄｑ軸電流指令値Ｉd ^* ，Ｉ
q ^* と、直流リンク電圧基準値Ｖdc^* とに基づいて、Ｖ
ＶＶＦインバータ１の直流側入力端での有効電流の基準
値Ｉdc^* を演算する。

【０１７１】減算器２３は、有効電流基準演算部２５に
より演算された有効電流基準Ｉdc^*から、電流検出器２
４により検出されたフィルタコンデンサ３からＶＶＶＦ
インバータ１に流れる電流値Ｉdcを減算して偏差ΔＩdc
を演算する。

【０１７２】第２の出力周波数補正量演算部１８は、減
算器２３により演算された有効電流の偏差ΔＩdcに基づ
いて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ^* への補
正量ωｉｃｍｐを演算する。

【０１７３】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【０１７４】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【０１７５】なお、ここでは、前記図１および図２と異
なる部分の作用についてのみ述べる。

【０１７６】図７において、有効電流基準演算部２５に
は、ｄｑ軸電流指令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* と、直流リンク電
圧基準値Ｖdc^* とが入力され、ＶＶＶＦインバータ１の
直流側入力端での有効電流の基準値Ｉdc^* が演算され
る。

【０１７７】ここで、有効電流基準演算部２５は、有効
電力基準演算部２１と、除算器２６とから構成してい
る。

【０１７８】有効電力基準演算部２１には、ｄｑ電流指
令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* が入力され、例えば前記（１２）式
により、有効電力基準値Ｐ^* が演算される。

【０１７９】除算器２６では、有効電力基準演算部２１
からの有効電力基準Ｐ^* が、直流リンク電圧基準値Ｖdc
^* により除算される。

【０１８０】除算器２６の出力は、ＶＶＶＦインバータ
１の直流入力端における有効電流基準値Ｉdc^* となる。

【０１８１】なお、ここで、有効電力基準Ｐ^* を、直流
リンク電圧基準値Ｖdc^* により除算するのではなく、フ
ィルタコンデンサ３の電圧Ｖdcを検出する電圧検出器を
設けて、この検出された直流リンク電圧Ｖdcにより除算
することも可能である。

【０１８２】一方、フィルタコンデンサ３からＶＶＶＦ
インバータ１に流れる電流Ｉdcは、電流検出器２４によ
り検出される。

【０１８３】減算器２３では、有効電流基準値Ｉdc^* か
ら有効電流分Ｉdcが減算されて、有効電流偏差ΔＩdcが
演算される。

【０１８４】第２の出力周波数補正量演算部１８には、
有効電流の偏差ΔＩdcが入力され、例えば次式の比例積
分制御により、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数への
補正量ωｉｃｍｐが演算される。

【０１８５】

【数１６】

【０１８６】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。

【０１８７】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０１８８】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を、有効電流の基準値Ｉdc
^* と実際値Ｉdcとの偏差ΔＩdcが零になるように補正
し、この補正されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉに応じて、ＶＶＶＦインバータ１が動作する。

【０１８９】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、有効電流の基準値
Ｉdc^* と実際値Ｉdcが一致し、その偏差ΔＩdcは零とな
る。この有効電流の偏差ΔＩdcは、周波数が適切に与え
られないことに起因して発生する。この有効電流の偏差
ΔＩdcが零になるように、ＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数を補正することにより、再起動の際の動作点への
引き込みを容易にし、安定かつ確実な再起動動作を行な
うことができる。

【０１９０】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【０１９１】また、有効電流の偏差ΔＩdcは、トルク指
令と実際に発生するトルクとの差異を意味するものであ
り、過分なトルクの発生を抑制することが可能となる。

【０１９２】さらに、瞬時的な有効電流Ｉdcを抑制する
ことにより、直流リンク電圧の過電圧や低電圧を抑制す
ることが可能となる。

【０１９３】（第７の実施の形態）図８は、本実施の形
態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おける出力周波数補正部１０の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、前記図１および図２と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０１９４】すなわち、図８に示すように、本実施の形
態の出力周波数補正部１０は、図１および図２における
出力周波数補正量演算部１１、および加算器１２に代え
て、電圧検出器２７と、疑似微分演算部２８と、第２の
出力周波数補正演算部１８と、加算器１２とから構成し
ている。

【０１９５】電圧検出器２７は、フィルタコンデンサ３
にかかる直流リンク電圧Ｖdcを検出する。

【０１９６】疑似微分演算部２８は、電圧検出器２７に
より検出された直流リンク電圧Ｖdcを入力とし、この入
力に疑似微分を施す。

【０１９７】第２の出力周波数補正演算部１８は、疑似
微分演算部２８からの直流リンク電圧Ｖdcの微分値ｄＶ
dcに基づいて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ
^* への補正量ωｉｃｍｐを演算する。

【０１９８】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【０１９９】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【０２００】なお、ここでは、前記図１および図２と異
なる部分の作用についてのみ述べる。

【０２０１】図８において、フィルタコンデンサ３にか
かる直流リンク電圧Ｖdcは、電圧検出器２７により検出
される。

【０２０２】疑似微粉演算部２８には、電圧検出器２７
により検出された直流リンク電圧Ｖdcが入力され、その
疑似微分値ｄＶdcが演算される。

【０２０３】第２の出力周波数補正量演算部１８には、
直流リンク電圧Ｖdcの疑似微分値ｄＶdcが入力され、例
えば次式の比例制御により、ＶＶＶＦインバータ１の出
力周波数への補正量ωｉｃｍｐが演算される。

【０２０４】

【数１７】

【０２０５】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン。

【０２０６】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０２０７】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を、直流リンク電圧Ｖdcの
変化量が零になるよう補正し、この補正されたＶＶＶＦ
インバータ１の出力周波数ωｉに応じて、ＶＶＶＦイン
バータ１が動作する。

【０２０８】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、ｄｑ軸電流指令Ｉ
d ^* ，Ｉq ^* が一定の限り、直流リンク電圧Ｖdcの変化
率は一定となる。この直流リンク電圧Ｖdcが変化するこ
とは、周波数が適切に与えられないため、トルクが発生
していることを意味するものである。この直流リンク電
圧Ｖdcの変化量、すなわち微分値ｄＶdcが零になるよう
に、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数を補正すること
により、再起動の際の動作点への引き込みを容易にし、
安定かつ確実な再起動動作を行なうことができる。

【０２０９】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【０２１０】また、直流リンク電圧Ｖdcの変化を抑制す
ることにより、過分なトルクの発生を抑制することが可
能となる。

【０２１１】さらに、直流リンク電圧Ｖdcの過電圧や低
電圧を抑制することが可能となる。

【０２１２】（第８の実施の形態）図９は、本実施の形
態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おける出力周波数補正部１０の概略構成例を示すブロッ
ク図であり、前記図１および図２と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【０２１３】すなわち、図９に示すように、本実施の形
態の出力周波数補正部１０は、図１および図２における
出力周波数補正量演算部１１、および加算器１２に代え
て、座標系変換部１６と、電流ベクトル長基準演算部２
９と、電流ベクトル長演算部３０と、減算器２３と、第
２の出力周波数補正量演算部１８と、加算器１２とから
構成している。

【０２１４】座標系変換部１６は、電流検出器４により
検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw を、前記ｄ
ｑ軸回転座標系上でのｄ軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq に変
換する。

【０２１５】電流ベクトル長基準演算部２９は、前記電
流指令演算部５により演算されたｄｑ軸電流指令値Ｉd
^* ，Ｉq ^* を入力とし、この入力に基づいてｄ軸電流指
令とｑ軸電流指令とからなる電流ベクトルの長さである
電流ベクトル長基準｜Ｉ｜^*を演算する。

【０２１６】電流ベクトル長演算部３０は、座標系変換
部１６により変換されたｄ軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq か
らなる電流ベクトルの長さ｜Ｉ｜を演算する。

【０２１７】減算器２３は、電流ベクトル長基準演算部
３０により演算された電流ベクトル長基準｜Ｉ｜^* か
ら、電流ベクトル長演算部３０により演算された電流ベ
クトル長｜Ｉ｜を減算して偏差Δ｜Ｉ｜を演算する。

【０２１８】第２の出力周波数補正量演算部１８は、減
算器２３により演算された電流ベクトル長の偏差Δ｜Ｉ
｜に基づいて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ
^* への補正量ωｉｃｍｐを演算する。

【０２１９】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【０２２０】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【０２２１】なお、ここでは、前記図１および図２と異
なる部分の作用についてのみ述べる。

【０２２２】図９において、座標系変換器１６には、誘
導電動機の相電流Ｉu ，Ｉw が入力され、例えば前記
（６）式により、ｄｑ軸座標系上でのｄ軸電流Ｉd とｑ
軸電流Ｉq とが演算される。

【０２２３】電流ベトクル長基準演算部２９には、電流
指令演算部５からの出力であるｄｐ軸電流指令Ｉd ^* ，
Ｉq ^* が入力され、例えば次式により、電流指令ベクト
ル（Ｉd ^* ，Ｉq ^* ）のベクトル長である電流ベクトル
長基準｜Ｉ｜^* が演算される。

【０２２４】

【数１８】

【０２２５】電流ベクトル長演算部３０には、座標系変
換部１６からの出力であるｄｑ軸電流Ｉd ，Ｉq が入力
され、例えば次式により、電流ベクトル（Ｉd ，Ｉq ）
のベクトル長である電流ベクトル長｜Ｉ｜が演算され
る。

【０２２６】

【数１９】

【０２２７】減算器２３では、電流ベクトル長基準｜Ｉ
｜^* から電流ベクトル長｜Ｉ｜が減算され、電流ベクト
ル長の偏差Δ｜Ｉ｜が演算される。

【０２２８】第２の出力周波数補正量演算部１８には、
電流ベクトル長の偏差Δ｜Ｉ｜が入力され、例えば次式
の比例制御により、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
への補正量ωｉｃｍｐが演算される。

【０２２９】

【数２０】

【０２３０】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン。

【０２３１】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０２３２】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を、電流ベクトル長の指令
値｜Ｉ｜^* と実際値｜Ｉ｜との偏差が零になるように補
正し、この補正されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波
数ωｉに応じて、ＶＶＶＦインバータ１が動作する。

【０２３３】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、各ｄｑ軸電流の指
令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* と実際値Ｉd ，Ｉq とが一致するた
め、電流ベクトル長の偏差Δ｜Ｉ｜は零となる。この電
流ベクトル長の偏差Δ｜Ｉ｜は、周波数が適切に与えら
れないことに起因して発生する。この電流ベクトル長の
偏差Δ｜Ｉ｜が零になるように、ＶＶＶＦインバータ１
の出力周波数を補正することにより、再起動の際の動作
点への引き込みを容易にし、安定かつ確実な再起動動作
を行なうことができる。

【０２３４】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【０２３５】（第９の実施の形態）図１０は、本実施の
形態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
における、電圧指令演算部６および出力周波数補正部１
０の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１およ
び図２と同一要素には同一符号を付してその説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２３６】すなわち、図１０に示すように、本実施の
形態の電圧指令演算部６は、座標系変換器４１と、電圧
基準演算器３１と、ｄ軸電流制御部３２と、ｑ軸電流制
御部３３と、加算器３４，３５と、減算器３６，３７と
から構成している。

【０２３７】座標系変換器４１は、電流検出器４により
検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw を、前記ｄ
ｑ軸回転座標系上でのｄ軸電流Ｉd ，ｑ軸電流Ｉq に変
換する。

【０２３８】電圧基準演算器３１は、前記電流指令演算
部５により演算されたｄｑ軸電流指令値Ｉd ^* ，Ｉq ^*
に基づいて、ｄ軸電圧基準Ｖdrefとｑ軸電圧基準Ｖqref
とを演算する。

【０２３９】減算器３６は、電流指令演算部５により演
算されたｄ軸電流指令値Ｉd ^* から、座標系変換器４１
により変換されたｄ軸電流Ｉd を減算して偏差ΔＩd を
演算する。

【０２４０】ｄ軸電流制御部３２は、減算器３６により
演算されたｄ軸電流偏差ΔＩd を入力として、このｄ軸
電流偏差ΔＩd を零とするようにｄ軸電圧への補償量Ｖ
dPIを演算する。

【０２４１】加算器３４は、ｄ軸電流制御部３２により
演算されたｄ軸電圧補償量ＶdPI と、電圧基準演算器３
１により演算されたｄ軸電圧基準Ｖdrefとを加算してｄ
軸電圧指令Ｖd ^* を演算する。

【０２４２】減算器３７は、電流指令演算部５により演
算されたｑ軸電流指令値Ｉq ^* から、座標系変換器４１
により変換されたｑ軸電流Ｉq を減算して偏差ΔＩq を
演算する。

【０２４３】ｑ軸電流制御部３３は、減算器３７により
演算されたｑ軸電流偏差ΔＩq を入力として、このｑ軸
電流偏差ΔＩq を零とするようにｑ軸電圧への補償量Ｖ
qPIを演算する。

【０２４４】加算器３５は、ｑ軸電流制御部３３により
演算されたｑ軸電圧補償量ＶqPI と、電圧基準演算器３
１により演算されたｑ軸電圧基準Ｖqrefとを加算してｑ
軸電圧指令Ｖq ^* を演算する。

【０２４５】一方、出力周波数補正部１０は、図１およ
び図２における出力周波数補正量演算部１１、および加
算器１２に代えて、第２の出力周波数補正量演算部１８
と、加算器１２とから構成している。

【０２４６】第２の出力周波数補正量演算部１８は、ｑ
軸電流制御部３３により演算されたｑ軸電圧補償量ＶqP
I に基づいて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ
^* への補正量ωｉｃｍｐを演算する。

【０２４７】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【０２４８】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【０２４９】なお、ここでは、前記図１および図２と異
なる部分の作用についてのみ述べる。

【０２５０】図１０において、電圧基準演算器３１に
は、ｄｑ軸電流指令値Ｉd ^* ，Ｉq ^*が入力され、例え
ば次式により、ｄｑ軸電圧基準値Ｖdref，Ｖqrefが演算
される。

【０２５１】このｄｑ軸電圧基準値Ｖdref，Ｖqrefは、
各パラメータに変動や誤差がなく、各指令値と状態量と
が一致する場合に、ｄｑ電圧指令値Ｖd ^* ，Ｖq ^* と一
致する。

【０２５２】

【数２１】

【０２５３】座標系変換器４１には、誘導電動機２の相
電流Ｉu ，Ｉw が入力され、例えば前記（６）式によ
り、ｄｑ軸座標系上でのｄ軸電流Ｉd とｑ軸電流Ｉq と
が演算される。

【０２５４】減算器３６，３７では、ｄｑ軸電流指令値
Ｉd ^* ，Ｉq ^* と検出変換されたｄｑ軸電流値Ｉd ，Ｉ
q との偏差ΔＩd ，ΔＩq が演算される。

【０２５５】ｄ軸電流制御器３２，ｑ軸電流制御器３３
では、例えば次式により、それぞれｄｑ軸電流指令値Ｉ
d ^* ，Ｉq ^* と検出変換されたｄｑ軸電流値Ｉd ，Ｉq
との偏差ΔＩd ，ΔＩq が零になるように、各軸の電圧
補償量ＶdPI ，ＶqPI が演算される。

【０２５６】

【数２２】

【０２５７】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。

【０２５８】加算器３３，３４では、ｄｑ軸の電圧基準
値Ｖdref，Ｖqrefと、ｄｑ軸電流制御器３２，３３から
の出力である電圧補償値ＶdPI ，ＶqPI とがそれぞれ加
算されて、ｄｑ軸電圧指令値Ｖd ^* ，Ｖq ^* が演算され
る。

【０２５９】一方、出力周波数補正部１０の第２出力周
波数補正量演算部１８には、ｑ軸電流制御器３３からの
出力であるｑ軸電圧補正量ＶqPI が入力され、例えば次
式の比例積分制御により、ＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数ωｉ^* への補正量ωｉｃｍｐが演算される。

【０２６０】

【数２３】

【０２６１】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。

【０２６２】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０２６３】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を、ｑ軸電圧の基準値Ｖqr
efと指令値Ｖq ^* との偏差が零になるように補正し、こ
の補正されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉに
応じて、ＶＶＶＦインバータ１が動作する。

【０２６４】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、ｑ軸電圧基準Ｖqr
efとｑ軸電圧指令Ｖq ^* とが一致する、すなわちｑ軸電
流制御部３３の出力は零となる。このｑ軸電圧基準Ｖqr
efと指令Ｖq ^* との偏差は、周波数が適切に与えられ
ず、磁束が立ち上がっていないことに起因して発生す
る。このｑ軸電圧基準Ｖqrefとｑ軸電圧指令Ｖq ^* との
偏差が零になるように、ＶＶＶＦインバータ１の出力周
波数を補正することにより、再起動の際の動作点への引
き込みを容易にし、安定かつ確実な再起動動作を行なう
ことができる。

【０２６５】以上により、誘導電動機２が惰行する状態
から、磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる
再起動動作を、安定かつ確実に行なうことが可能とな
る。

【０２６６】（第１０の実施の形態）図１１は、本実施
の形態による速度センサレス制御を用いた電気車制御装
置における、電圧指令演算部６および出力周波数補正部
１０の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１０
と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、こ
こでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２６７】すなわち、図１１に示すように、本実施の
形態の電圧指令演算部６は、図１０における電圧指令演
算部６と同様であり、出力周波数補正部１０は、図１０
における第２の出力周波数補正量演算部１８、および加
算器１２に代えて、電圧ベクトル長基準演算部３８と、
電圧ベクトル長演算部３９と、減算器４０と、第２の出
力周波数補正量演算部１８と、加算器１２とから構成し
ている。

【０２６８】電圧ベクトル長基準演算部３８は、前記電
圧基準演算器３１により演算されたｄ軸電圧基準Ｖdref
とｑ軸電圧基準Ｖqrefとに基づいて、ｄｑ軸電圧基準ベ
クトルの長さである電圧ベクトル長基準｜Ｖ｜^* を演算
する。

【０２６９】電圧ベクトル長演算部３９は、前記加算器
３４により演算されたｄ軸電圧指令Ｖd ^* と、前記加算
器３５により演算されたｑ軸電圧指令Ｖq ^* とに基づい
て、ｄｑ軸電圧指令ベクトルの長さ｜Ｖ｜を演算する。

【０２７０】減算器４０は、電圧ベクトル長基準演算部
３８により演算された電圧ベクトル長基準｜Ｖ｜^* か
ら、電圧ベクトル長演算部３９により演算された電圧ベ
クトル長｜Ｖ｜を減算して偏差Δ｜Ｖ｜を演算する。

【０２７１】第２の出力周波数補正量演算部１８は、減
算器４０により演算された電圧ベクトル長の偏差Δ｜Ｖ
｜に基づいて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉ
^* への補正量ωｉｃｍｐを演算する。

【０２７２】加算器１２は、第２の出力周波数補正量演
算部１８により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力
周波数への補正量ωｉｃｍｐと、前記出力周波数演算部
７により演算されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波数
ωｉ^* とを加算して、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉを出力する。

【０２７３】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【０２７４】なお、ここでは、前記図１０と異なる部分
の作用についてのみ述べる。

【０２７５】図１１において、電圧ベクトル長基準演算
部３８には、電圧基準演算器３１からの出力であるｄｑ
軸電圧基準Ｖdref，Ｖqrefが入力され、例えば次式によ
り、電圧基準ベクトル（Ｖdref，Ｖqref）の長さ、すな
わち電圧ベクトル長基準｜Ｖ｜^* が演算される。

【０２７６】

【数２４】

【０２７７】電圧ベクトル長演算部３９には、加算器３
４，３５からの出力であるｄｑ軸電圧指令Ｖd ^* ，Ｖq
^* が入力され、例えば次式により、電圧指令ベクトル
（Ｖd ^* ，Ｖq ^* ）の長さ、すなわち電圧ベクトル長｜
Ｖ｜が演算される。

【０２７８】

【数２５】

【０２７９】減算器４０では、電圧ベクトル長基準｜Ｖ
｜^* より電圧ベクトル長｜Ｖ｜が減算されて、電圧ベク
トル長の偏差Δ｜Ｖ｜が演算される。

【０２８０】一方、出力周波数補正部１０の第２の出力
周波数補正量演算部１８には、減算器４０からの出力で
ある電圧ベクトル長の偏差Δ｜Ｖ｜が入力され、例えば
次式の比例積分制御により、ＶＶＶＦインバータ１の出
力周波数ωｉ^* への補正量ωｉｃｍｐが演算される。

【０２８１】

【数２６】

【０２８２】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋｐ：比例
ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン。

【０２８３】加算器１２では、出力周波数演算部７から
の出力であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数基準ω
ｉ^* に、第２の出力周波数補正量演算部１８からの出力
であるＶＶＶＦインバータ１の出力周波数の補正量ωｉ
ｃｍｐが加算されて、補正したＶＶＶＦインバータ１の
出力周波数ωｉが出力される。

【０２８４】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、ロータの回転
周波数の不明な惰行状態の誘導電動機２を再起動、すな
わち磁束指令φ^* に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる場
合、出力周波数演算部７により演算されるＶＶＶＦイン
バータ１の出力周波数ωｉ^* を、ｄｑ軸電圧基準Ｖdre
f，Ｖqrefから求められる電圧ベクトル長基準｜Ｖ｜^*
と、ｄｑ軸電圧指令Ｖd ^* ，Ｖq ^* から求められる電圧
ベクトル長｜Ｖ｜との偏差Δ｜Ｖ｜が零になるように補
正し、この補正されたＶＶＶＦインバータ１の出力周波
数ωｉに応じて、ＶＶＶＦインバータ１が動作する。

【０２８５】磁束指令φ^* に一致した磁束がｄ軸に立ち
上がった通常の動作点近傍において、各ｄｑ軸電圧基準
Ｖdref，Ｖqrefとｄｑ軸電圧指令Ｖd ^* ，Ｖq ^* とが一
致するため、電圧ベクトル長基準｜Ｖ｜^* と電圧ベクト
ル長｜Ｖ｜とは一致する。この電圧ベクトル長の偏差Δ
｜Ｖ｜は、周波数が適切に与えられず、磁束が立ち上が
っていないことに起因して発生する。この電圧ベクトル
長の偏差が零になるように、ＶＶＶＦインバータ１の出
力周波数を補正することにより、再起動の際の動作点へ
の引き込みを容易にし、安定かつ確実な再起動動作を行
なうことができる。

【０２８６】（その他の実施の形態） （ａ）前記第１乃至第１０の各実施の形態では、電圧指
令演算部６においては、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉd ^*
と、トルク軸（ｑ軸）電流Ｉq ^* と、電流検出器４によ
り検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw とに基づ
いて、前述した（２）式により、ｄ軸電圧指令Ｖd ^* と
ｑ軸電圧指令Ｖq ^* とを演算する場合について説明した
が、これに限定されるものではない。

【０２８７】すなわち、実電流がない場合も考えられ、
この場合には、誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw を入力
せずに、磁束軸（ｄ軸）電流指令Ｉd ^* と、トルク軸
（ｑ軸）電流Ｉq ^* とのみに基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖ
d ^* とｑ軸電圧指令Ｖq ^* とを演算するようにしてもよ
い。

【０２８８】この場合の演算式としては、前述した
（２）式における右辺の第３項を省略したものとすれば
よい。

【０２８９】（ｂ）前記第１乃至第１０の各実施の形態
では、出力周波数補正量演算部１１では、電流検出器４
により検出された誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw と、
電流指令Ｉd ^* ，Ｉq ^* と、電圧指令Ｖd ^* ，Ｖq ^* と
に基づいて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数への補
正量ωｉｃｍｐを演算する場合について説明したが、こ
れに限定されるものではない。

【０２９０】すなわち、電流指令Ｉd ^* ，Ｉq ^* 、電圧
指令Ｖd ^* ，Ｖq ^* が零の場合（例えば、図３における
電流指令Ｉq ^* が零の時がある）も考えられることか
ら、誘導電動機２の相電流Ｉu ，Ｉw と、電流指令Ｉd
^* ，Ｉq ^* と、電圧指令Ｖd ^*，Ｖq ^* のうちの少なく
とも一つに基づいて、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波
数への補正量ωｉｃｍｐを演算するようにすればよい。

【０２９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電気車制
御装置によれば、誘導電動機が惰行する状態から、磁束
指令値に一致した磁束をｄ軸に立ち上げる再起動動作を
行なう場合に、通常の出力周波数演算手段により求めら
れたＶＶＶＦインバータの出力周波数を補正するため、
誘導電動機に磁束指令値と一致した磁束が立ち上がった
動作点への引き込みを容易にし、安定かつ確実な再起動
を行なうことが可能となる。

【０２９２】これにより、誘導電動機の再起動時の過電
流・過電圧・トルクの発生等を抑制することができる。

【０２９３】さらに、速度検出器を不要としているの
で、保守性の向上、電動機容量の増加、コスト低減等を
期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。

【図２】同第１の実施の形態の速度センサレス制御を用
いた電気車制御装置における出力周波数演算部の詳細な
構成例を示すブロック図。

【図３】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図。

【図４】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第３の実施の形態を示すブロック図。

【図５】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第４の実施の形態を示すブロック図。

【図６】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第５の実施の形態を示すブロック図。

【図７】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第６の実施の形態を示すブロック図。

【図８】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第７の実施の形態を示すブロック図。

【図９】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第８の実施の形態を示すブロック図。

【図１０】本発明による速度センサレス制御を用いた電
気車制御装置の第９の実施の形態を示すブロック図。

【図１１】本発明による速度センサレス制御を用いた電
気車制御装置の第１０の実施の形態を示すブロック図。

【図１２】従来のベクトル制御を用いた電気車制御装置
の概略構成例を示すブロック図。

【符号の説明】

１…ＶＶＶＦインバータ、 ２…誘導電動機、 ３…フィルタコンデンサ、 ４…電流検出器、 ５…電流指令演算部、 ６…電圧指令演算部、 ７…出力周波数演算部、 ８…ゲート制御部、 ９…積分部、 １０…出力周波数補正部、 １１…出力周波数補正量演算部、 １２…加算器、 １３…ロータ回転周波数演算部、 １４…滑り周波数演算部、 １５…加算器、 １６…座標系変換部、 １７…減算器、 １８…第２の出力周波数補正量演算部、 １９…ｄ軸誘起電圧演算部、 ２０…ｑ軸磁束演算部、 ２１…有効電力基準演算部、 ２２…有効電力演算部、 ２３…減算部、 ２４…電流検出器、 ２５…有効電流基準演算部、 ２６…除算器、 ２７…直流電圧検出器、 ２８…疑似微分器、 ２９…電流ベクトル長基準演算部、 ３０…電流ベクトル長演算部、 ３１…電圧基準演算器、 ３２…ｄ軸電流制御部、 ３３…ｑ軸電流制御部、 ３４，３５…加算器、 ３６，３７…減算器、 ３８…電圧ベクトル長基準演算部、 ３９…電圧ベクトル長演算部、 ４０…減算器、 ４１…座標系変換器、 ４２…速度検出器、 ４３…滑り周波数演算器、 ４４…架線、 ４５…パンタグラフ、 ４６…直流リアクトル、 ４７…車輪、 ４８…レール。

フロントページの続き (72)発明者 松岡 孝一 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 結城 和明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 氏家 昭彦 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5H115 PC02 PG01 PI03 PI29 PU09 PV09 QE20 QH04 QN08 QN09 QN22 QN23 QN24 RB24 RB26 TO11 TO12 TO13 TO14 TO30 5H576 AA01 BB06 BB07 BB10 CC01 DD02 DD04 EE01 EE03 EE22 GG04 GG05 GG10 HB01 JJ05 JJ11 JJ22 JJ23 JJ24 JJ25 LL14 LL22 LL24 LL28 LL60

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流を任意の周波数の交流に変換する可
   変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
   と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
   ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
   接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
   し、 電流指令を演算する電流指令演算手段と、前記電流指令
   演算手段により演算された電流指令に一致する電流が得
   られるように出力電圧指令とを演算する電圧指令演算手
   段と、前記誘導電動機に流れる相電流を検出する電流検
   出手段と、前記電流検出手段により検出された誘導電動
   機の相電流と前記電流指令演算手段により演算された電
   流指令と前記電圧指令演算手段により演算された出力電
   圧指令のうちの少なくとも一つに基づいて、前記ＶＶＶ
   Ｆインバータの出力周波数を演算する出力周波数演算手
   段と、前記電圧指令演算手段からの出力と前記出力周波
   数演算手段からの出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦイン
   バータの出力電圧が一致するように前記ＶＶＶＦインバ
   ータのゲート制御を行なうゲート制御手段とを備えて構
   成される速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
   おいて、 前記誘導電動機の回転周波数が不明の惰行状態から前記
   ＶＶＶＦインバータにより磁束の立ち上げを行なう再起
   動の際に、前記出力周波数演算手段からの出力であるＶ
   ＶＶＦインバータの出力周波数を補正する出力周波数補
   正手段を備えたことを特徴とする速度センサレス制御を
   用いた電気車制御装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置において、 磁束軸に一致した軸をｄ軸とし、当該ｄ軸に直交する軸
   をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系において、 前記電流指令演算手段は、磁束指令とトルク指令とに基
   づいてｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とを演算する手段か
   ら構成し、 前記電圧指令演算手段は、少なくとも前記電流指令演算
   手段により演算されたｄ軸電流指令とｑ軸電流指令とを
   入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧
   指令とを演算する手段から構成したことを特徴とする速
   度センサレス制御を用いた電気車制御装置。
3. 【請求項３】 前記請求項２に記載の速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数補正手段としては、 前記電流検出手段により検出された誘導電動機の相電流
   を、前記ｄｑ軸回転座標系上での電流値に変換する座標
   系変換手段と、 前記ｑ軸電流指令と前記座標系変換手段により変換され
   たｑ軸電流との偏差を演算する減算手段と、 前記減算手段により演算されたｑ軸電流の偏差に基づい
   て、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量を
   演算する第２の出力周波数補正量演算手段と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
   Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
   演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
   波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
4. 【請求項４】 前記請求項２に記載の速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数補正手段としては、 前記電流検出手段により検出された誘導電動機の相電流
   を、前記ｄｑ軸回転座標系上での電流値に変換する座標
   系変換手段と、 前記電圧指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指令と
   ｑ軸電圧指令と前記座標系変換手段により変換されたｄ
   軸電流とｑ軸電流とに基づいて、ｄ軸誘起電圧を演算す
   るｄ軸誘起電圧演算手段と、 前記ｄ軸誘起電圧演算手段により演算されたｄ軸誘起電
   圧に基づいて、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数へ
   の補正量を演算する第２の出力周波数補正量演算手段
   と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
   Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
   演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
   波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
5. 【請求項５】 前記請求項２に記載の速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数補正手段としては、 前記電流検出手段により検出された誘導電動機の相電流
   を、前記ｄｑ軸回転座標系上での電流値に変換する座標
   系変換手段と、 前記電圧指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指令と
   ｑ軸電圧指令と前記座標系変換手段により変換されたｄ
   軸電流とｑ軸電流とに基づいて、ｑ軸磁束を演算するｑ
   軸磁束演算手段と、 前記ｑ軸磁束演算手段により演算されたｑ軸磁束に基づ
   いて、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量
   を演算する第２の出力周波数補正演算手段と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
   Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
   演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
   波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
6. 【請求項６】 前記請求項２に記載の速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数補正手段としては、 前記電流検出手段により検出された誘導電動機の相電流
   を、前記ｄｑ軸回転座標系上での電流値に変換する座標
   系変換手段と、 前記電流指令演算手段により演算されたｄｑ軸電流指令
   値に基づいて、前記ＶＶＶＦインバータの出力端での有
   効電力の基準値を演算する有効電力基準演算手段と、 前記座標系変換手段により変換されたｄ軸電流とｑ軸電
   流と前記電圧指令演算手段により演算されたｄ軸電圧指
   令とｑ軸電圧指令とに基づいて、前記ＶＶＶＦインバー
   タの出力端での有効電力を演算する有効電力演算手段
   と、 前記有効電力基準演算手段により演算された有効電力基
   準から前記有効電力演算手段により演算された有効電力
   を減算して偏差を演算する減算手段と、 前記減算手段により演算された有効電力の偏差に基づい
   て、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量を
   演算する第２の出力周波数補正量演算手段と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
   Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
   演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
   波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
7. 【請求項７】 前記請求項２に記載の速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数補正手段としては、 少なくとも前記電流指令演算手段により演算されたｄ軸
   電流指令値とｑ軸電流指令値とに基づいて、前記ＶＶＶ
   Ｆインバータの直流側入力端での有効電流の基準値を演
   算する有効電流基準演算手段と、 前記フィルタコンデンサから前記ＶＶＶＦインバータへ
   流れる電流を検出する電流検出手段と、 前記有効電流基準演算手段により演算された有効電流基
   準から前記電流検出手段により検出されたフィルタコン
   デンサからＶＶＶＦインバータに流れる電流値を減算し
   て偏差を演算する減算手段と、 前記減算手段により演算された有効電流の偏差に基づい
   て、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量を
   演算する第２の出力周波数補正量演算手段と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
   Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
   演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
   波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
8. 【請求項８】 前記請求項２に記載の速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数補正手段としては、 前記フィルタコンデンサにかかる直流リンク電圧を検出
   する電圧検出手段と、 前記電圧検出手段により検出された直流リンク電圧を入
   力とし、当該入力に微分を施す微分手段と、 前記微分手段からの直流リンク電圧の微分値に基づい
   て、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補正量を
   演算する第２の出力周波数補正量演算手段と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
   Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
   演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
   波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
9. 【請求項９】 前記請求項２に記載の速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数補正手段としては、 前記電流指令演算手段により演算されたｄ軸電流指令と
   ｑ軸電流指令とを入力とし、当該入力に基づいてｄ軸電
   流指令とｑ軸電流指令とからなる電流ベクトルの長さで
   ある電流ベクトル長基準を演算する電流ベクトル長基準
   演算手段と、 前記電流検出手段により検出された誘導電動機の相電流
   を、前記ｄｑ軸回転座標系上での電流値に変換する座標
   系変換手段と、 前記座標系変換手段により変換されたｄ軸電流とｑ軸電
   流とからなる電流ベクトルの長さを演算する電流ベクト
   ル長演算手段と、 前記電流ベクトル長基準演算手段により演算された電流
   ベクトル長基準から前記電流ベクトル長演算手段により
   演算された電流ベクトル長を減算して偏差を演算する減
   算手段と、 前記減算手段により演算された電流ベクトル長の偏差に
   基づいて、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補
   正量を演算する第２の出力周波数補正量演算手段と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
   Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
   演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
   波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
10. 【請求項１０】 前記請求項２に記載の速度センサレス
    制御を用いた電気車制御装置において、 前記電圧指令演算手段としては、 前記電流指令演算手段により演算されたｄ軸電流指令と
    ｑ軸電流指令とに基づいて、ｄ軸電圧基準とｑ軸電圧基
    準とを演算する電圧基準演算手段と、 前記電流検出手段により検出された誘導電動機の相電流
    を、前記ｄｑ軸回転座標系上での電流値に変換する座標
    系変換手段と、 前記電流指令演算手段により演算されたｄ軸電流指令か
    ら前記座標系変換手段により変換されたｄ軸電流を減算
    して偏差を演算する第１の減算手段と、 前記第１の減算手段により演算されたｄ軸電流偏差を入
    力として、当該ｄ軸電流偏差を零とするようにｄ軸電圧
    への補償量を演算するｄ軸電流制御手段と、 前記ｄ軸電流制御手段により演算されたｄ軸電圧補償量
    と前記電圧基準演算手段により演算されたｄ軸電圧基準
    とを加算してｄ軸電圧指令とする第１の加算手段と、 前記電流指令演算手段により演算されたｑ軸電流指令か
    ら前記座標系変換手段により変換されたｑ軸電流を減算
    して偏差を演算する第２の減算手段と、 前記第２の減算手段により演算されたｑ軸電流偏差を入
    力として、当該ｑ軸電流偏差を零とするようにｑ軸電圧
    への補償量を演算するｑ軸電流制御手段と、 前記ｑ軸電流制御手段により演算されたｑ軸電圧補償量
    と前記電圧基準演算手段により演算されたｑ軸電圧基準
    とを加算してｑ軸電圧指令とする第２の加算手段とから
    成り、 前記出力周波数補正手段としては、 前記ｑ軸電流制御手段により演算されたｑ軸電圧補償量
    に基づいて、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数への
    補正量を演算する第２の出力周波数補正量演算手段と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
    Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
    演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
    波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
    電気車制御装置。
11. 【請求項１１】 前記請求項２に記載の速度センサレス
    制御を用いた電気車制御装置において、 前記電圧指令演算手段としては、 前記電流指令演算手段により演算されたｄ軸電流指令と
    ｑ軸電流指令とに基づいて、ｄ軸電圧基準とｑ軸電圧基
    準とを演算する電圧基準演算手段と、 前記電流検出手段により検出された誘導電動機を流れる
    電流を、前記ｄｑ軸回転座標系上での電流値に変換する
    座標系変換手段と、 前記電流指令演算手段により演算されたｄ軸電流指令か
    ら前記座標系変換手段により変換されたｄ軸電流を減算
    して偏差を演算する第１の減算手段と、 前記第１の減算手段により演算されたｄ軸電流偏差を入
    力として、当該ｄ軸電流偏差を零とするようにｄ軸電圧
    への補償量を演算するｄ軸電流制御手段と、 前記ｄ軸電流制御手段により演算されたｄ軸電圧補償量
    と前記電圧基準演算手段により演算されたｄ軸電圧基準
    とを加算してｄ軸電圧指令とする第１の加算手段と、 前記電流指令演算手段により演算されたｑ軸電流指令か
    ら前記座標系変換手段により変換されたｑ軸電流を減算
    して偏差を演算する第２の減算手段と、 前記第２の減算手段により演算されたｑ軸電流偏差を入
    力として、当該ｑ軸電流偏差を零とするようにｑ軸電圧
    への補償量を演算するｑ軸電流制御手段と、 前記ｑ軸電流制御手段により演算されたｑ軸電圧補償量
    と前記電圧基準演算手段により演算されたｑ軸電圧基準
    とを加算してｑ軸電圧指令とする第２の加算手段とから
    成り、 前記出力周波数補正手段としては、 前記電圧基準演算手段により演算されたｄ軸電圧基準と
    ｑ軸電圧基準とに基づいて、ｄｑ軸電圧基準ベクトルの
    長さである電圧ベクトル長基準を演算する電圧ベクトル
    長基準演算手段と、 前記第１の加算手段により演算されたｄ軸電圧指令と前
    記第２の加算手段により演算されたｑ軸電圧指令とに基
    づいて、ｄｑ軸電圧指令ベクトルの長さを演算する電圧
    ベクトル長演算手段と、 前記電圧ベクトル長基準演算手段により演算された電圧
    ベクトル長基準から前記電圧ベクトル長演算手段により
    演算された電圧ベクトル長を減算して偏差を演算する減
    算手段と、 前記減算手段により演算された電圧ベクトル長の偏差に
    基づいて、前記ＶＶＶＦインバータの出力周波数への補
    正量を演算する第２の出力周波数補正量演算手段と、 前記第２の出力周波数補正手段により演算されたＶＶＶ
    Ｆインバータの出力周波数への補正量と前記出力周波数
    演算手段により演算されたＶＶＶＦインバータの出力周
    波数とを加算する加算手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
    電気車制御装置。