JPH04251503A - 電気車の制御装置 - Google Patents

電気車の制御装置

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JPH04251503A
JPH04251503A JP2415082A JP41508290A JPH04251503A JP H04251503 A JPH04251503 A JP H04251503A JP 2415082 A JP2415082 A JP 2415082A JP 41508290 A JP41508290 A JP 41508290A JP H04251503 A JPH04251503 A JP H04251503A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
electric vehicle
frequency
control device
braking
Prior art date
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Pending
Application number
JP2415082A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuya Mizobuchi
哲也 溝渕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気車推進用に誘導
電動機を用い、これを可変電圧・可変周波数の多相交流
電力を出力する電力変換器により駆動するようにした電
気車に係り、特に制動領域を回生制動領域から逆相制動
領域にまで制御するようにした電気車の制御装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、電気車推進用に誘導電動機を用い
、これを可変電圧・可変周波数の多相交流電力を出力す
る電力変換器により力行領域から制動領域まで制御する
ようにした電気車が一般化しつつあるが、更に近年は、
極低速近傍まで充分な制動力を得るため、その制動に逆
相制動を併用した電気車も種々提案されており、このよ
うな電気車の制御装置の例を図4に示す。
【0003】この図4の例は、可変電圧・可変周波数(
VVVF)インバータを電力変換器として用いた電気車
の制御装置の例で、以下、通常の制動時での制御動作に
ついて説明すると、このときには、電気車の運転席にあ
るブレーキ制御器などから与えられるブレーキ力指令を
すべり周波数パターン発生器1に入力し、ブレーキ力指
令に対応して、所定のパターンに従つて変化するすべり
周波数指令fsを発生させ、これと、モータの回転速度
によつて定まるローター周波数frとの偏差(fr−f
s)をインバータ周波数fINVとして得る。
【0004】こうして発生されたインバータ周波数fI
NVはパルスモード制御部6に入力され、ここで各種の
パルスモードが選択されたあと、PWMパルス発生部8
に供給される。
【0005】一方、ブレーキ力指令はV/Fパターン発
生部2にも入力され、これによりブレーキ力指令に対応
したV/Fパターン値が発生される。そこで変調度演算
部7は、このV/Fパターン値と、インバータ周波数f
INVとを入力し、これらの乗算結果として所定の出力
電圧Vを発生するのに必要な変調度を発生し、これをP
WMパルス発生部8に供給する。
【0006】そこで、このPWMパルス発生部8は、上
記のインバータ周波数fINVと、パルスモード制御部
6から供給されるパルスモード、それに変調度演算部7
から供給される変調度とに基づいてPWMパルスを発生
し、それを相順切換部9を介してゲートパルス発生部1
0に入力し、VVVFインバータ(図示してない)のス
イツチング素子にゲートパルスが供給されるようにし、
これにより、電気車推進用の誘導電動機から、ブレーキ
指令に対応したトルク(回生制動トルク)を発生させる
のに必要なインバータ周波数fINVと、電圧Vを有す
る交流出力が、VVVFインバータから誘導電動機に供
給されるようにするのである。
【0007】こうして、ブレーキ指令に対応した回生制
動トルクが発生されることにより、電気車には所定の回
生制動力が与えられ、これにより電気車の速度は低下し
てゆくが、この速度の低下につれ、上記した偏差(fr
−fs)で与えられるインバータ周波数fINVも低下
してゆくので、やがて、それが0Hzになる。
【0008】一方、インバータ周波数fINVは0Hz
検知部5にも入力されているから、インバータ周波数f
INVが0Hzになると、この0Hz検知部5から切換
信号が発生され、これにより相順切換部9が動作する。 そして、この結果、PWMパルス発生部8からゲートパ
ルス発生部10に供給されるPWMパルスの相順が反対
方向に切換わり、これによりインバータから電気車推進
用誘導電動機に供給されている交流電力の相順も、それ
までとは反対になり、逆相制動運転状態にされるので、
ほとんど速度ゼロの近傍まで充分な制動力が得られるこ
とになるのである。
【0009】なお、この種の、極低速近傍まで充分な制
動力を得るため、その制動に逆相制動を併用する技術は
、リニアモータ推進方式の電気車の場合に、特に有効な
ものと考えられ、このための関連する技術としては、例
えば、“電気車の科学”1989,Vo1.40,No
.10「東京都営地下鉄12号線用リニアモータ駆動車
両の研究開発について[3]」と題する論文を挙げるこ
とができ、さらに本発明に関連するものとしては、特開
昭58−15402号、特開平2−17805号の各公
報などを挙げることが出来る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、イン
バータ周波数が0Hz近傍になつたときでの変調度の低
下について配慮がされておらず、安定した制動力確保に
問題があつた。つまり、逆相制動を作用させる場合には
、上記したように、回生制動状態からインバータ周波数
が低下してきて0Hzになつたとき相順を入れ替え、こ
の後、今度はインバータ周波数を徐々に増加(インバー
タ周波数は負の値にはならない)させてゆくのであるが
、従来技術では、インバータ周波数が0Hzの近傍では
、インバータ出力電圧を制御する変調度もゼロに近い値
になつてしまうため、誘導電動機には電圧が掛からなく
なつてしまい、実際には電動機からは殆ど制動トルクが
得られず、結果として、極低速領域では安定した制動力
が確保できなくなつてしまうのである。
【0011】本発明の目的は、低速時での回生制動領域
から逆相制動領域にわたつて、速度がゼロに近い極低速
まで、充分に安定して制動運転が可能な電気車の制御装
置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、インバータの制御部に、通常の回生制動制御用の変調
度制御系とは別の逆相制動制御用の変調度制御系を設け
、これらをインバータ周波数が0Hzに達する直前に切
換えるようにしたものである。
【0013】
【作用】インバータの回生制動制御用の変調度制御系は
、インバータ周波数とインバータ出力電圧の比、すなわ
ち、V/Fが所定の一定値になるように制御し、これに
より所定の回生制動トルクが得られるように働く。
【0014】逆相制動制御用の変調度制御系は、インバ
ータの低速領域での回生制動から逆相制動への遷移点を
含む所定の範囲での変調度の演算に使用するための専用
のインバータ周波数を、回生制動制御用の変調度制御系
とは異なるパターンにより作成する。この専用のインバ
ータ周波数は、元のインバータ周波数が0Hz近傍にあ
るときには、例えば1.5Hzなどの所定の一定値にリ
ミツトされると共に、その前後の回生制動領域と逆相制
動領域にあるときでも、元のインバータ周波数よりは高
い周波数となるようにされる。
【0015】従つて、元のインバータ周波数が0Hz近
傍になつたとき、回生制動制御用の変調度制御系から逆
相制動制御用の変調度制御系に切換えることにより、こ
の領域でのインバータの出力電圧の不要な低下が抑えら
れ、安定した制動トルクの維持が可能になる。
【0016】
【実施例】以下、本発明による電気車の制御装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。
【0017】まず、図1は本発明の一実施例で、この図
1において、30は逆相ブレーキパターン発生器、40
は5Hz検知部、そして50は切換スイツチ部であり、
その他の構成要素は図4の従来例と同じである。
【0018】逆相ブレーキパターン発生器30はインバ
ータ周波数fINV(以下、これは元のインバータ周波
数とも言う)と、0Hz検知部5からの検出信号の双方
を入力し、所定のパターン、すなわち、図2に実線で示
す特性に従つて、インバータの低速領域での回生制動か
ら逆相制動への遷移時での変調度の演算に使用するため
の専用のインバータ周波数(ここでは第2のインバータ
周波数fINV2という)を発生する働きをする。なお
、この図2において、破線は元のインバータ周波数をそ
のまま使用したときの特性を表わしており、これとの比
較から明らかなように、この逆相ブレーキパターン発生
器3の特性は、正相領域、つまり回生制動状態にある領
域では、インバータ周波数fINVが低下してきて、ほ
ぼ2.5Hzになると破線の特性から上方に離れ、ほぼ
1.0Hz以下では、第2のインバータ周波数fINV
2は1.5Hzの一定値にクランプされ、インバータ周
波数fINV=0Hzから左側の逆相領域では、この1
.5Hzのクランプ値から出発して、5Hzに到つて破
線に一致する特性になつている。
【0019】5Hz検知部40はインバータ周波数fI
NVを入力し、それが5Hz以下の領域に入つたときに
だけ、上記した切換スイツチ部50を動作させるための
切換信号sを発生する働きをする。
【0020】切換スイツチ部50は5Hz検知部40か
ら供給される切換信号sにより切換動作を行ない、変調
度演算部7に対する入力を元のインバータ周波数fIN
Vから第2のインバータ周波数fINV2とに切換える
働きをするもので、具体的には5Hz検知部40から切
換信号sが供給されたときだけ、図1に示すように左側
に切換わり、第2のインバータ周波数fINV2が選択
されるように構成されているものである。
【0021】次に、この図1の実施例の動作について説
明する。まず、図4の従来例の場合と同様に、通常の制
動時での制御動作について説明すると、まず、ブレーキ
力指令とローター周波数frとから定まるインバータ周
波数fINVが5Hzを越えている領域では、5Hz検
知部40からは切換信号sが発生されていないから、切
換スイツチ部50は図示とは反対の右側に切換わつてお
り、このため、変調度演算部7にはインバータ周波数f
INVが入力されている状態にある。従つて、このとき
には、図1の実施例も、図4の従来例と同じ構成状態に
なるから、その動作状態も同じになり、電気車推進用の
誘導電動機からはブレーキ指令に対応したトルク(回生
制動トルク)が発生され、回生制動による減速運転制御
動作が得られることになる。
【0022】しかして、このような減速運転の結果、電
気車の速度が低下し、やがてインバータ周波数fINV
が5Hzにまで低下したとすると、ここで5Hz検知部
40から切換信号sが発生され、切換スイツチ部50が
図示の通りに、左側に切換わり、この時点以降、変調度
演算部7は、それ迄入力されていたインバータ周波数f
INVに変えて、逆相ブレーキパターン発生部30から
図2の特性に従つて変化する第2のインバータ周波数f
INV2を入力し、これに基づいて演算した変調度がP
WMパルス発生部8に供給され、これによりインバータ
から誘導電動機に供給される電圧が制御されるようにな
る。
【0023】この結果、図2から明らかなように、この
図1の実施例では、制動状態で車両速度が低下し、イン
バータ周波数fINVが約2.5Hzにまで低下すると
、このインバータ周波数fINVとは異なつて、それよ
りは高めの周波数をとる第2のインバータ周波数fIN
V2により変調度が演算されることになり、従つて、速
度ゼロの近傍でも1.5Hzのインバータ周波数fIN
Vに対応した変調度が保たれ、やがて速度がゼロになつ
て0Hz検知部5からの検知信号による相順切換と共に
、回生制動領域、つまり正相領域から逆相制動領域まで
確実に電動機からトルク(逆方向)を発生させることが
出来、極低速領域でも安定した制動力が充分に確保出来
る。
【0024】次に、本発明の他の一実施例を図3に示す
。この図3の実施例が、図1の実施例と異なる点は、逆
相ブレーキパターン発生部30に代えて、ブレーキ指令
から逆相ブレーキ変調率パターンを発生する逆相ブレー
キ変調率パターン発生部60を設け、切換スイツチ部5
0はV/Fパターン発生部2の出力と、この逆相ブレー
キ変調率パターン発生部60の出力とを切換えて変調度
演算部7に入力するように構成してある点だけであり、
その他の構成は同じである。
【0025】逆相ブレーキ変調率パターン発生部60は
、V/Fパターン発生部2とは異なつた変調率パターン
を持ち、これによりV/Fパターン発生部2の出力より
も高めの変調率を発生するように構成されている。
【0026】従つて、この図3の実施例によつても、車
両走行用の誘導電動機には、車両速度がゼロ近傍の極低
速領域でも、回生制動及び逆相制動に必要なトルクの発
生を可能にするのに充分な端子電圧が確保されるので、
極低速領域でも安定した制動力が充分に確保出来る。
【0027】ところで、以上の実施例では特に説明しな
かつたが、本発明は、リニアインダクシヨンモータ推進
方式の電気車に適用してもよく、この場合には、上記し
た滑り周波数が大きいので、さらに有効であり、制動領
域を回生制動領域から逆相制動領域まで大きく広げるこ
とができる。
【0028】また、上記実施例は、オープンループ制御
による場合について説明したが、通常のロータリー形誘
導電動機の制御として一般的な、モータ電流検知による
フイードバツク制御系により本発明を実施してもよいこ
とは言うまでもない。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、車両速度が所定値以下
では、VVVFインバータの変調度を切換えるようにし
たので、制動を、低速の回生制動領域から極低速の逆相
制動領域にまで、滑らかに、しかも充分に必要とする制
動力を保ちながら作用させることができるようになり、
この結果、ブレーキによる制動制御領域を充分に広く出
来るから、空気ブレーキの使用範囲が低減され、ブレー
キシユーなどの摩耗が減少するのでメンテナンス性の向
上などの効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電気車の制御装置の一実施例を示
すブロツク図である。
【図2】本発明における逆相ブレーキパターン発生部の
特性を示す特性図である。
【図3】本発明による電気車の制御装置の他の一実施例
を示すブロツク図である。
【図4】電気車の制御装置の従来例を示すブロツク図で
ある。
【符号の説明】
1  すべり周波数パターン発生部 2  V/Fパターン発生部 5  0Hz検知部 6  パルスモード制御部 7  変調度演算部 8  PWMパルス発生部 9  相順切換部 10  ゲートパルス発生部 30  逆相ブレーキパターン発生部 40  5Hz検知部 50  切換スイツチ部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  電気車推進用の電動機に対する電力供
    給に可変電圧・可変周波数の多相交流電力を出力する電
    力変換器を用い、この電力変換器から出力される多相交
    流電力の所定のパターンによる電圧と周波数の関連制御
    と、上記多相交流電力の相順の切換制御とにより上記電
    気車推進用の電動機の運転制御を行なうようにした電気
    車の制御装置において、上記相順の切換制御が行なわれ
    る制御領域をほぼ中央に含む一定範囲の運転領域を検出
    する手段を設け、上記一定範囲の運転領域内にあるとき
    には上記多相交流電力の電圧と周波数の関連制御のため
    のパターンを上記所定のパターンとは異なるパターンに
    切換えるように構成したことを特徴とする電気車の制御
    装置。
  2. 【請求項2】  請求項1の発明において、上記所定の
    パターンとは異なるパターンを発生させるための手段が
    、上記電力変換器の出力周波数を入力とし、その関数と
    してパターンを発生するように構成されていることを特
    徴とする電気車の制御装置。
  3. 【請求項3】  請求項1の発明において、上記所定の
    パターンとは異なるパターンを発生させるための手段が
    、電気車のブレーキ力指令を入力とし、その関数として
    パターンを発生するように構成されていることを特徴と
    する電気車の制御装置。
  4. 【請求項4】  請求項1の発明において、上記電気車
    推進用の電動機が、地上2次導体方式のリニアインダク
    シヨンモータであることを特徴とする電気車の制御装置
JP2415082A 1990-12-27 1990-12-27 電気車の制御装置 Pending JPH04251503A (ja)

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JP (1) JPH04251503A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008022660A (ja) * 2006-07-14 2008-01-31 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電気推進船の制御装置
WO2024161413A1 (en) * 2023-02-02 2024-08-08 Tvs Motor Company Limited A system for controlling a traction motor and a method thereof

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008022660A (ja) * 2006-07-14 2008-01-31 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電気推進船の制御装置
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