JPH02146902A - 電気車のインバータ制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインバータにより走行用誘導電動機を速度制御
する電気車のインバータ制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は例えば「第２１回鉄道におけるサイバネティク
ス利用国内シンポジウム論文集」の第１８４頁から第１
８８頁に示された従来の電気車のインバータ制御方法を
適用する電気車主回路の模式回路図である。架線２０と
接触しているパンタグラフ２１は主回路遮断器２２及び
フィルタリアクトル２３の直列回路を介して制御整流素
子等で構成されたインバータ２５の一側入力端子２５ａ
と接続されている。

そしてインバータ２５の他側入力端子２５ｂは電気車の
車輪Ｗを介して軌道２９と接続されており、前記−入力
端子２５ａと他入力端子２５ｂとの間にはフィルタコン
デンサ２４を介装させている。インバータ２５の３相出
力端子２５ｃ、２５ｄ、　２５ｅは走行用主電動機たる
３相誘導電動機２６と接続されており、その３相誘導電
動機２６にはその回転数を検出する回転センサ２８を設
けている。またインバータ２５の出力端子２５ｅと３相
誘導電動機２６とを接続する回路には電流検出器２７を
設けている。

第８図はインバータの制御部のブロック図である。運転
台等から発せられる起動指令Ｓ、及びそのときの電気車
の荷重を検出した応荷重信号Ｓ１が電流パターン回路３
１及びすべり周波数パターン回路３２に夫々与えられて
いる。電流パターン回路３１の出力は加算器３５へ与え
られ、すべり周波数パターン回路３２の出力は加算器３
６へ与えられている。

加算器３５には前記電流検出器２７の出力が与えられて
おり、その出力は増幅回路３３へ与えられている。

増幅回路３３の出力は前記加算器３６へ与えられており
、その出力は回転センサ２８の出力が与えられている加
算器３７に与えられている。加算器３７はインバータ周
波数信号ｆ１を出力し、またそのインバータ周波数信号
ｆ、をＶ／ｆパターン回路３４へ与えていて、Ｖ／ｆパ
ターン回路３４はインバータ発生電圧信号Ｖ、を出力す
るようになっている。

次にこの電気車のインバータ制御方法による制御動作を
説明する。

例えば運転手の操作により運転台等から起動指令が発せ
られると、その起動指令Ｓ、は電流パターン回路３１及
びすべり周波数パターン回路３２へ与えられる。また、
そのときの乗客数、つまり電気車の荷重に相応する応荷
重信号Ｓ、１が電流パターン回路３１及びすべり周波数
パターン回路３２へ与えられる。それにより電流パター
ン回路３１は、モータ電流指令値信号■、を加算器３５
へ与える。加算器３５はそのモータ電流指令値信号Ｉ、
と、電流検出器２７が検出したモータ電流検出値信号■
８とを比較してその出力を増幅回路３３へ与えて増幅す
る。

そして増幅回路３３はすべり周波数補正値信号Δｆ。

を出力して加算器３６へ与える。前記すべり周波数パタ
ーン回路３２は周波数パターンＳ、を加算器３６に与え
ていて、加算器３６はすべり周波数補正値信号Δｆ、を
すべり周波数パターン信号ＳＰに加算し、加算後のすべ
り周波数信号ｆ、を加算器３７へ与える。

そして加算器３７はすべり周波数信号ｆ、と回転センサ
２８が検出したモータ凹転数信号ｆ４とを加。

減算して下記（１）弐によりインバータ周波数信号ｆ。

となる。

ｆ、＝ｆＨ＋ｆよ　　　　　　　　　　　・・・（１）
即ち、すべり周波数信号ｆ３が電気車の加速時には加算
され、制動時には減算される。

このようにして得られたインバータ周波数信号ｆ、と、
インバータ周波数信号ｆ１をＶ／ｆパターン回路３４へ
与えてＶ／ｆパターン回路３４が出力するインバータ発
生電圧ＶＨとがインバータ２５に与えられて、３相誘導
電動機２６は速度制御される。なお一般に、インバータ
発生電圧Ｖ。はＶｓ／ｆ＋が一定となるように制御され
る。また、インバータ出力電圧Ｖ、とインバータ周波数
ｆ、とにより決まるインバータ出力周波数の電圧、電流
が３相、７゜導電動機２６に与えられる。そして理想的
にはインバータ周波数ｒ１の６倍（６ｆｌ　）の周波数
がインバータ２５へ入力される直流電流に含まれ、それ
を最低次周波数として制限して、帰線としての軌道を通
る電流により軌道近（に設置されている信号機器に誘導
障害を与えない所定値以下の電流値になるようフィルタ
リアクトル２３及びフィルタコンデンサ２４の値が選定
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来の電気車のインバータの制御方法によれば
、インバータの各相の制御整流素子の不平衡（定常時の
オン電圧、スイッチング時間のバラツキ等）により、直
流分が発生し、その直流分と３相誘導電動機の基本波磁
束とによりトルクが脈動し、そのエネルギー供給として
直流電源側からインバータ周波数ｆ１で振動する電流が
流れ込み、インバータ周波数の６倍の周波数成分より更
に低い周波数成分のためにフィルタリアクトル及びフィ
ルタコンデンサによる減衰効果が十分に得られす、信号
機器が誤動作する虞れがあるという問題がある。

本発明は斯かる問題に鑑み、信号機器に有害な電流成分
を与えず、信号機器の信幀性を損なうことがない電気車
のインバータ；ｈ制御方法を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

第１発明に係る電気車の制御方法は、インバータの入力
側に設けたフィルタコンデンサの電圧を検出し、検出し
た電圧に含まれるインバータの出力周波数成分を選択し
、選択した出力周波数成分に基づいてインバータのイン
バータ周波数又はインバータ発生電圧を制御する。

第２発明に係る電気車の制御方法は、インバータの入力
側に設けたフィルタリアクトルの電流を検出し、検出し
た電流に含まれるインバータの出力周波数成分を選択し
、選択した出力周波数成分に基づいてインバータのイン
バータ周波数又はインバータ発生電圧を制御する。

〔作用〕

第１発明はインバータの入力側に設けたフィルタコンデ
ンサの電圧を検出する。検出した電圧に含まれるインバ
ータの出力周波数成分を選択する。

選択した出力周波数成分に基づいてインバータのインバ
ータ周波数又はインバータ発生電圧を制御する。

第２発明はインバータの入力側に設けたフィルタリアク
トルの電流を検出する。検出した電流に含まれるインバ
ータの出力周波数成分を選択する。

選択した出力周波数成分に基づいてインバータのインバ
ータ周波数又はインパーク発生電圧を制御する。

これによりインバータ周波数成分の直流電流成分が消滅
する。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は第１発明に係る電気車のインバータ制御方法を
実施する電気車の主回路の模式図である。直流電圧が課
電されている架線２０と接触しているパンタグラフ２１
は、主回路遮断器２２及びフィルタリアクトル２３の直
列回路を介してインバータ２５ａの一側入力端子２５ａ
と接続されていて、インバータ２５の他側入力端子２５
ｂは電気車の車輪Ｗを介して軌道２９と接続されている
。インバータ２５の一側入力端子２５ａと他側入力端子
２５ｂとの間にはフィルタコンデンサ２４及び電圧検出
器１の並列回路を介装させている。インバータ２５の出
力端子２５ｃ、　２５ｄ、　２５ｅは走行用主電動機た
る３相誘導電動機２６と接続されている。３相誘導電動
機２６にはその回転数を検出する回転センサ２８を設け
ている。

第２図はインバータ２５の制御部のブロック図である。

運転手の操作等により例えば運転台から与えられる起動
指令Ｓ、及び起動指令Ｓ、が与えられたときの電気車の
荷重に相応する応荷重信号Ｓ８がともに、電流パターン
回路３１及びすべり周波数パターン回路３２に与えられ
ている。電流パターン回路３１の出力は加算器３５へ与
えられており、この加算器３５には電流検出器２７の出
力が与えられている。加算器３５の出力は増幅回路３３
へ与えられており、その出力を加算器３６へ与えている
。この加算器３６には前記すべり周波数パターン回路３
２の出力が与えられている。また電圧検出器１の出力を
、インバータ周波数成分を通過させるバンドパスフィル
タ２に与えており、その出力を前記加算器３６へ与えて
いる。加算器３６の出力は、回転センサ２８の出力が与
えられている加算器３７へ与えられている。加算器３７
はインバータ周波数信号ｆ１を出力し、またそのインバ
ータ周波数信号ｒ１は前記バンドパスフィルタ２及びＶ
／ｆパターン回路３４へ与えられている。Ｖ／ｆパター
ン回路３４はインバータ発生電圧信号ｖ４を出力するよ
うになっている。

次にこの電気車のインバータ制御方法を第１図及び第２
図により説明する。

運転手の操作等により起動指令Ｓ、が発せられると、そ
のときの電気車の荷重に相応する応荷重信号Ｓ。が発せ
られて、それらの起動指令Ｓ、及び応荷重信号れがとも
に電流パターン回路３１及びすべり周波数パターン回路
３２に与えられる。そして電流パターン回路３１が出力
するモータ電流指令値信号■、が加算器３５へ与えられ
る。この加算器３５には電流検出器２７が検出したモー
タ電流検出値信号■イが与えられているから、モータ電
流指令値信号Ｉ、とモータ電流検出値信号■４とが比較
され、その出力が増幅回路３３へ与えられて増幅される
。それにより増幅回路３３はすべり周波数補正値信号Δ
ｆ、を出力して加算器３６へ与える。この加算器３６に
は前記すべり周波数パターン回路３２が出力するすべり
周波数指令値信号Ｓ、が与えられていて、加算器３６は
すべり周波数指令値信号Ｓ。

とすべり周波数補正値信号Δｆ、とを加算するとともに
、前記バンドパスフィルタ２が出力するフィルタコンデ
ンサ２４の電圧のインバータ周波数成分を増幅して位相
調整したインバータ周波数成分信号ｒｓａを加算してす
べり周波数値信号ｆｓを出力してそれを加算器３７に与
える。それにより加算器３７はすべり周波数値信号ｆ、
と、回転センサ２８が検出したモータ回転数値信号ｆ、
４とにより（１）式と同様にモータ回転周波数信号ｆＭ
を加減算してインバータ周波数信号ｆ、を出力する。こ
のインバータ周波数信号ｆ、はバンドパスフィルタ２及
びシ／ｆパターン回路３４へ与えられて、Ｖ／ｆパター
ン回路３４はインバータ発生電圧信号Ｖ、を出力する。

このインバータ周波数信号ｆ、及びインバータ発生電圧
信号Ｖ、がインバータ２５に与えられて、インバータ２
５は３相誘導電動機２６を速度制御することになる。

このように、すべり周波数信号ｆ、を、３相誘導電動機
２６の回転数の遅れを考慮して制御することにより、イ
ンバータ周波数成分のトルクの脈動を相殺するトルクを
発生させることができ、インバータ２５の入力側から流
れ込むインバータ周波数成分の電流の脈動を防止するこ
とになる。

第３図は本発明の他の実施例を示すインバータ２５の制
御部のブロック図である。この制御部は、Ｖ／ｆパター
ン発生回路３４の出力及びバンドパスフィルタ３の出力
をともに加算器３８へ与えており、加算器３８がインバ
ータ発生電圧信号ｖ８を出力するように構成されている
。そして、他の回路部分は第２図に示した回路と同様と
なっている。

このバンドパスフィルタ２は、そのゲイン、位相特性が
第２図に示した場合と異なるが、インバータ周波数成分
を増幅した信号と、Ｖ／ｆパターン発生回路３４が出力
するモータ電圧指令値信号ｖ、４゜とを加算して、イン
バータ発生電圧信号Ｖ。を決定するから、３相誘導電動
機２６の励磁電流及びインバータへ入力される直流電流
の脈動を防止できる。

第４図は第２発明に係る電気車の主回路の模式図、第５
図はそのインバータの制御部のブロック図である。

第４図においては、フィルタリアクトル２３を流れる電
流を検出する例えば変流器からなるリアクトル電流検出
器１０を設けており、その他の回路部分は第１図に示し
た回路から電圧検出器１を除去した回路と同様となって
いる。

第５図においては、前記リアクトル電流検出器１０の出
力をバンドパスフィルタ２に与えており、その他の回路
部分は第２図に示した回路と同様となっている。

このようにフィルタリアクトル２３の電流を検出して、
その電流をバンドパスフィルタ２に与えることによりバ
ンドパスフィルタ２からインバータ周波数成分子ｓｄが
得られ、前述したようにフィルタコンデンサ２４の電圧
を検出してインバータ２５を制御した場合と同様の効果
が得られる。

また第６図はインバータの制御部の異なる実施例であっ
て、リアクトル電流検出器１０の出力をバンドパスフィ
ルタ２に与えており、その他の回路部分は第３図に示し
た回路と同様に構成されている。

そしてリアクトル電流検出器１０の出力と前述した電流
検出器ｌの出力とは、ゲイン及び周波数特性が若干具な
るから、それらについての補正をすることにより、この
他の実施例においても第３図に示した回路と同様の効果
を得ることができる。

なお、本実施例では、すべり周波数「、の決定要素とし
てインバータ周波数成分子Ｓｄを加えたが、インバータ
周波数ｆＩに加減算してもよい。また本実施例は電圧形
インバータについて説明したが、インバータの直流側に
チョッパ等の電力変換器を設けてもよく、更にはチョッ
パと電流形インバータとを組合せた構成としても同様の
効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、インバータの主
回路に、軌道における信号機器に誘導障害を与える所定
周波数以下の周波数成分の電流が流れるのを防止できる
から、軌道に設けられた信号機器が誤動作するのを確実
に防止できる。それにより電気車の運行上の安全性をよ
り向上させ得る優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明に係る電気車のインバータ制御方法を
実施するための電気車主回路の模式回路図、第２図はそ
のインバータの制御部のブロック図、第３図はその制御
部の異なる実施例を示すブロック図、第４図は第２発明
に係る電気車のインバータ制御方法を実施するための電
気車主回路の模式回路図、第５図はそのインバータの制
御部のブロック図、第６図はその制御部の異なる実施例
を示すブロック図、第７図は従来の電気車のインバータ
制御方法を適用する場合の電気車主回路の模式回路図、
第８図はそのインバータの制御部のブロック図である。 １・・・電圧検出器　２・・・バンドパスフィルタ１０
・・・リアクトル電流検出器　２２・・・主回路遮断器
２３・・・フィルタリアクトル　２４・・・フィルタコ
ンデンサ　２５・・・インバータ　２６・・・３相誘導
電動機２７・・・電流検出器　２８・・・回転センサ　
３１・・・電流パターン回路　３２・・・すべり周波数
パターン回路３４・・・Ｖ／ｆパターン発生回路 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代 理 人 大岩増雄 ２４：フィルタコンデンサ ２５：インバータ ２６：誘導電動機 ２３：フィルタリアクトル ２５：インバータ ２６二誘導電動機 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィルタコンデンサを備えるフィルタを介して、
   直流電圧をインバータに課電しており、該インバータに
   より走行用誘導電動機を速度制御する電気車のインバー
   タ制御方法において、 前記フィルタコンデンサの電圧を検出し、 検出した電圧に含まれる前記インバータの出力周波数成
   分を選択し、選択した出力周波数成分に基づいて前記イ
   ンバータのインバータ周波数又はインバータ発生電圧を
   制御することを特徴とする電気車のインバータ制御方法
   。
2. （２）フィルタリアクトルを備えるフィルタを介して、
   直流電圧をインバータに課電しており、該インバータに
   より走行用誘導電動機を速度制御する電気車のインバー
   タ制御方法において、 前記フィルタリアクトルの電流を検出し、 検出した電流に含まれる前記インバータの出力周波数成
   分を選択し、選択した出力周波数成分に基づいて前記イ
   ンバータのインバータ周波数又はインバータ発生電圧を
   制御することを特徴とする電気車のインバータ制御方法
   。