JPH01252103A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は誘導電動機により駆動される電気車の制御￥
Ａ置に関する。

（従来の技術） 一般に、鉄道車両の主電動機として誘導電動機を使用す
ることは、小型軽量化の点からしメンテナンスフリーの
点からも大きな利点がある。そして、誘尋電＃改を効率
よく速成制御するためには、可変電Ｅｔ、可変周波数（
以下、ＶＶＶＦと略記する）インバータが必要で、通常
一般にサイリスク等を用いたＶＶＶＦインバータが主に
使用されている。

第３図は、主電動機駆動用の主回路における、誘導電動
機の１相分の等両回路と、ＶＶＶＦインバータ及び入力
フィルタとの関係を表わしたものであり、入力フィルタ
リアクトルＬＯ１入力フィルタコンデンサＣｏ　、ＶＶ
ＶＦインバータＩＶ、１次漏れインダクタンスＬ１．１
次レジスタンスＲ１、励磁インダクタンスＬＩｎ、２次
漏れインダクタンスＬ２　、透過２次レジスタンスＲ２
／Ｓにより構成されている。

なおここで、Ｓは誘導電動機のすべりを表わし、次のよ
うに定義されるものである。

Ｓ−すべり周波数Ｆｓ／インバータ出力周波数このよう
なＶＶＶＦインバータ制御方式は、制御イのものが複雑
であるという点と、電源高調波低減のためにＰＷＭ変調
を行なわなければならない等の要因から高度な制御技術
が要求される。

第４図は、このようなＰＷＭ変調ＶＶＶＦインバータの
制御装置の従来例を示している。

この従来の電気車制御装置は、電動機の回転数を検知す
るパルスジェネレータ１、パルスジェネレータ１からの
信号により回転周波数Ｆｒを締出する回転周波数演算部
２、パルスジェネレータ１からの信号の時間変化率より
空転及び滑走を検知する空転滑走検知部３を備えている
。また、走行指令信号ＭＣ及びノツチ指令信号Ｐ／Ｂを
与えるマスコン及びブレーキ弁４、マスコン指令信号Ｍ
Ｃ１応荷（ＩＶＩ及び空転滑走条件ＷＳＤに応じて電流
指令値１ｃを算出する電流指令値演算部５、ノツチ指令
信号Ｐ／Ｂによって力行Ｐ、回生Ｂを判別するツノ行回
生判別部６を備えている。

さらに、電流値１ｃ及び力行Ｐ１回生８条件及び電流指
令値ＩＣと誘導電動機の電流１ｍとの電流偏差１ｕに応
じて基準すべり周波数ＦＳ＋及びすべり周波数Ｆｓを算
出するすべり周波数滴篩部７、インバータ周波数Ｆ及び
架線電圧ＥＣより変調率Ａ愛を算出する変調率演算部８
、インバータ周波数Ｆより変調パルスモードＮを算出す
る変調パルスモード演算部９、インバータ出力周波数Ｆ
、変調パルスモードＮ及び弯調率Ａ更に従ってＰＷＭ変
調を行なうＰＷＭ変調部１０を備えている。

またすべり周波数演算部７の詳しい構成は第５図に示す
ようなものであり、関数発生器１１．１次遅れ補償器１
２、微分補償器１３、及びリミッタ１４により構成され
ている。

そして、関数発生器１１は、電流指令値１ｃを入力して
基準すべり周波数Ｆｓ１を出力する。また１次遅れ補償
器１２は電流偏差１ｕを１次遅れ補償し、定電流補正す
べり周波数ＦＳ２を出力する。微分補償器１３はフィル
タコンデンサＣＯの電圧ＥＣを微分する。そしてこれら
の各出力Ｆｓ１、ＦＳ２、及びに２Ｓの和をリミッタ１
４を通した後にすべり周波数１”ｓとして出力するよう
になっている。

これにより、電流指令値１ｃと電動機雷流１ｍとがほぼ
等しくなるように定電流制御が行なえるのである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の電気車制御装置におい
ては、第３図に示すように入力フィルタリアクトルＬＯ
と入力フィルタコンデンサＣＯとで構成された入力フィ
ルタ回路と、誘導電動機側のりアクタンスＬｌ１１との
間で流れようとする振動電流（ハンチング電流）に対し
てダンピング要素となるものは、直列に入っている１次
レジスタンスＲ１と、並列に入る等価２次レジスタンス
Ｒ２／Ｓだけである。そして、原理的にはＲ１は大きい
ほど、たＲ２／Ｓは小さいほどダンピング効果が大きい
のであるが、一般にＲ１はその値が非常に小さく、逆に
Ｒ２／ＳはもともとＳの値が小さ（、特にインバータ周
波数Ｆが高周波になるほどＳがさらに小さ（なるため、
これらのレジスタンスだけでは充分大きなダンピング効
果を期待できない。

その結果、第４図及び第５図に示したように、すべり周
波数１”ｓに対してフィルタコンデンサＣＯの電圧力を
微分補償器１３を介して進み補償するようにし、主回路
振動が発生してフィルタコンデンサＣＯの電圧が上昇す
ると、その結果として微分補償器１３の出力がプラスと
なり、すべり周波数Ｆｓを増加させ、フィルタコンデン
サ電圧の上昇を抑えるようにしている。

しかしながら、主回路ｊ電動が発生した場合、誘導電動
機の発生トルクもその振動周波数に従って振動し、回転
数検出信号も撮動するようになるため、第４図の回転周
波数演算部２の出力Ｆｒに振仙成分が含まれるようにな
る。この撮動周波改番よ、電気重用の場合には台車駆動
系を含めた機械系との関係で定まるが、通常Ｇま１０〜
１５Ｈ２程度である。

従って、第４図の制御系の周波数６谷として番よ、Ｔ−
１／ω 一１／６．２８ｘ１５；モ１０１１Ｓ以下のサンプリン
グタイムが必要となるが、ｔＸ−Ｆウェア構成とＶ４Ｂ
処理能り、ｌ＝の限界ｈ）らこのような短いサンプリン
グタイムを得ること１よ１支術上困創なものであった。

その結果、従来の電気車制御＠置で（よ、卸制御周波数
応答が遅れ気味となり、振動周波数成分にλ寸する誘導
電動機の実すべり周波数がずれ、Ｓ動に対する充分なダ
ンピング効果を得ることができない問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたちので、誘ｖ４電！ＩＩＢＩを■ｖ■Ｆインバ
ータによりすべり周波数１Ｉｉ１１ｔｉｌｌする場合の
主回路の振動現象を、回転周波数演算値に補正を加える
ことにより抑止するようにした電気小制御ＨＩ？Ｊを提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明の電気車制御装置は、誘導電動機の回転をパル
スジェネレータのパルス信号入力から演算する回転周波
数演算部と、この回転周波数演算部の演締出ツノに対し
て進み補償を与えるｇＸ４１微分補償器と、この第１微
分補償器の出力から直流分を除去する第２微分補償器と
、この第２微分補償器の出力に対する１次遅れ補償器と
、応荀重に見合った直流指令値と誘導電動機の電流値と
からすべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、前
記回転周波数滴幹部のｖ４剪周波数出ツノに対して前記
１次遅れ補償器の出力とすべり周波数演算部の出力とを
加募して入りとする可変電圧可変周波数インバータ用Ｐ
ＷＭ変調部とを備えたものである。

（作用） この発明の電気車制御装置では、主回路感動を起すこと
なく誘１ｊ？！動機を安定に制御するために、誘導電動
機の実際の回転周波数を遅れなく検知するため、回転周
波数演算値に対し第１微分補償器により進み補償を行な
うと共にこの第１微ヅ子補ｆｆｌ器に含まれている直流
成分を第２微分補償器によってカットし、さらに位相進
みを１次遅れ補償器によって補償し、この出りを最初の
回転周波数演算値に側口する。

この結果として得られる回転周波数演算値力【よ、実際
の誘導電動機の回転周波数に近Ｉ＃）ものとなり、主回
路振動が発生して誘導電動機の発生トルりｈ＜振動し、
回転周波数が変動しようとすると、１ｄ補償要素により
インバータ出力周波数が進み補１ａされ、誘導電動機の
実すべり周波数のずれを防ぎ、主回路振動のダンピング
を行なうことができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例の回路ブロック図であり、
第４図に示した従来例の回路構成にお（Ｘて、回転周波
数演算部２の出力に対し、さらに第１微分補償器１５、
第２微分補償器１６、及び１次遅れ補償器１７の直列回
路を並設し、この直り１回路の出力を、回転周波数演算
部２の回に周波数Ｎ１算出力に加専するようにして（、
Ｘる。

なお、この実施例の場合、第４図にホした従来例と同一
の符号を付した部分−従来ｆｉ＋と同様の構成及び作用
を有するものである。

従って、この実施例の電気車制御装置で１よ、誘導電動
機の回転数がパルスジェネレータ１によりパルス信号に
変換され、回転周波数演算値１２及び空転滑走検知部３
に入力される。

回転周波数演算部２では、パルスジェネレータ１からの
パルス信号を演０し、回転周波数演算値Ｆｒを出りする
。

空転滑走検知部３では、パルスジェネレータ１からのパ
ルス信号の時間変化率より空中入及び滑走を検知し、空
転滑走条件ＷＳＤを出力する。

マスコン及びブレーキ弁４は、走行指令ＭＣ及びノツチ
指令Ｐ／Ｂを出力する。

電流指令値演算部５は、空転滑走検知部３からの空転滑
走条件ＷＳＤと電気車の応荷重ｖ１と、マスコン指令Ｍ
Ｃに応じて電流指令［ｉｌｃを演粋し、出力する。

カ行回生判別部６では、マスコン及びブレーキ弁４から
のノツチ指令Ｐ／Ｂによって力行１１回ｊＦＢを判別す
る。

すべり周波数演算部７では、電流指令価■、　ｃ及び力
行Ｐ又は回生ブレーキＢ、及び電流指令値ＩＣと誘導電
動機の電流値１ｍとの電流偏差１ｕに応じてす準すべり
周波数Ｆ’ｓｌ、すべり周波数ＦＳを篩用する。

変調率演篩部８では、インバータ周波数Ｆと架線電圧Ｅ
ＣよりＶ／Ｆ一定となるように電圧制御するための周波
数Ｆに対する変調率ＡＮを篩用する。

変調パルスモード演算部９はインバータ周波数Ｆの大小
に応じて変調パルスモードを変更するものであり、例え
ばインバータ周波数Ｆの高低に応じて７段階程度のパル
スモードＮを出力する。

ＰＷＭ変調部１０では、インバータ出力周波数Ｆ１変調
パルスモードＮ及び変調率Ａｉに従ってインバータに印
加、するスイッチング信号のＰＷＭ変調を行ない、この
ゲートパルスをインバータ回路（図示せず）に出力する
。

更に、前記すべり周波数演算部７は、従来例で説明した
ように第５図に示す構成を備え、電流指令値演算部５か
らの電流指令値１ｃに基づき基準すべり周波数ＦＳ＋を
設定する関数発生２９１１、電流指令値１ｃと実際の電
動機電流ｌｌｌ１との偏差ｌｕに対し１次遅れ補償を行
なう１次遅れ補償器１２、更にフィルタコンデンサ電圧
ＥＣに対し進み補償を行なう微分補償器１３を備えてい
る。そして、これらの出力を加算してリミッタ１４にか
け、実際のすべり周波数演算値ＦＳを出力するのである
。

更に、前記回転周波数演算部２からの回転周波数演算値
１”ｒに対する第１微分補償器１５、第２微分補償器１
６及び１次遅れ補償器１７の動作を説明する。

第２図（ａ　）に示すように、実際の誘導電動機の回転
周波数ａは誘導電動機の速度■に対し主回路振動を含ん
だものとなり、これに対し回転周波数演算部２からの回
転周波数検出（ｉ＊ｂは演ｑ時間遅れτだけ遅れた曲線
となる。

この回転周波数検出値すに対し、第１微分補償器１５は
、第２図（ｂ）に示すように主回路振動分を取出す。な
お、この時に位相は９０°進むことになる。

第２微分補償器１６は、第１ｒ！１分補償器１５が取出
した微分信号に含まれている速度Ｖに対する直流分１ｖ
を除去し、実際の回路振動分のみを取出し、同図（Ｃ）
に示す信号を出力する。

そしてこの第２微分補償器１６の微分により、位相は更
に９０°進むことになるため、１次遅れ補償器１７によ
り第２微分補償器１６の出力に対し、同図（ｄ　）に示
すように９０°の位相遅れを与え、周波数補償ΔＦｒを
得る。

このようにして、第１微分補償器１５、第２微分補償器
１６及び１次近れ補償器１７により構成される周波数遅
れ補償回路からの出力ΔＦｒが回転周波数演算値１”ｒ
に重畳され゛、同図（ｅ）に示す回転周波数出力Ｃが得
られることになる。

このようにして得られた補償後の回転周波数出力Ｃは、
回転周波数演算部２からの出力Ｆｒに対し、第２図（ｅ
）に示すように演算時間遅れτ分の補償が行なわれ、誘
導電動器の実際の回転周波数ａとほぼ等しいものとなる
のである。

このようにして傳られた１次遅れ補償器１７の出力ΔＦ
ｒと回転周波数演算部２からの演算出力１”ｒとを加算
し、これに更にすべり周波数演算部７の出力１”ｓを加
算してインバータ出力周波数Ｆとし、ＰＷＭ変調部１０
に入力される。

こうして、主回路振動が発生して誘導雷！７１機の発生
トルクが振動し、実際の回転周波数が変動しようとする
と、上述の補償要素によりインバータ出力周波数Ｆが進
み補償され、誘導電動機の実すべり周波数のずれを防止
することによるダンピング効果が得られ、振動の収束を
行なうことができるのである。

［発明の効果コ 以−Ｆのようにこの発明によれば、誘導電動機の回転周
波数に対する演算値に対し、回転数の主回路振動の進み
補償を行なう第１微分補償器と、この第１微分補償器の
出力に含まれる直流分をカットする第２微分補償器と、
更に第２微分補償器により発生する余分の移送進みを送
らせる１次遅れ補償器とを設け、この１次遅れ補償器の
出力を回転周波数演算部に加算し、ずれ周波数滴σ値と
加暮してＰＷＭ変調部の制御周波数としているため、誘
導電動機の実際の回転周波数とほぼ同一の回転周波数演
算部をＰＷＭ弯調部に入力することができ、誘導電動機
の実すべり周波数のずれを防止することによる主回路撮
動のダンピング効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の回路ブロック図、第２図
は上記実施例の動作特性を説明する波形図、第３図は一
般的な電圧型ＶＶＶＦインバータの等価回路図、第４図
は従来例の回路ブロック図、第５図は従来例のすべり周
波数演算部の詳しい構成を示すブロック図である。 １・・・パルスジェネレータ ２・・・回転周波数演算部 ３・・・空転滑走検知部 ４・・・マスコン及びブレーキ弁 ５・・・電流指令値演算部 ７・・・すべり周波数演算部 ８・・・１ａＦ１４率演篩部 ９・・・変調パルスモード演算部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 誘導電動機の回転をパルスジェネレータのパルス信号入
   力から演算する回転周波数演算部と、この回転周波数演
   算部の演算出力に対して進み補償を与える第１微分補償
   器と、 この第１微分補償器の出力から直流分を除去する第２微
   分補償器と、 この第２微分補償器の出力に対する１次遅れ補償器と、 応荷重に見合った直流指令値と誘導電動機の電流値とか
   らすべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、 前記回転周波数演算部の演算周波数出力に対して前記１
   次遅れ補償器の出力とすべり周波数演算部の出力とを加
   算して入力とする可変電圧可変周波数インバータ用ＰＷ
   Ｍ変調部とを備えて成る電気車制御装置。