JPH0452682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は電気車の空転・滑走検知装置に係り、
特に可変電圧可変周波数インバータで複数個の誘
導電動機に給電する電気車において空転、滑走を
検知する装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

通常の電気車では、加減速を迅速に行う必要が
あるから電動機を定トルク制御することが望まれ
る。インバータで誘導電動機の定トルク制御を行
う場合、インバータの出力電圧Ｖと出力周波数
とに関しＶ／比を一定に制御して誘導電動機の
すべり周波数sを一定にする。

第５図は、この代表的システムブロツクを示し
たものである。すなわち、架線１よりパンタグラ
フ２を介して直流電源を供給し、フイルタのリア
クトル３およびコンデンサ４を介して平滑し、イ
ンバータ５の入力直流電源とする。インバータ５
では、直流／３相交流に電力変換し車両速度に応
じた可変電圧可変周波数電力を誘導電動機６，７
に供給する。

これら電動機６，７には回転数検出器８，９が
設けられていて、回転数信号PG1，PG2が得ら
れ、これら信号が回転周波数演算部１０に与えら
れて電動機６，７の回転数に応じた回転周波数
R1，R2が演算される。この演算結果は、回転
周波数選択部１１に与えられ、電気車の力行加速
時はMIN（R1，R2）を、回生減速時はMAX
（R1，R2）を選択して基準回転周波数Rを得
る。

一方、電動機６，７のトルク指令値Tcが電動
機の入力電流パターン発生部１２に与えられて電
流パターンIpが形成される。この電流パターンIp
は、すべり周波数設定パターン発生部１３に与え
られてすべり周波数パターンspが形成される。

また、電流パターンIpは電動機入力電流検出器
１４で検出される。この検出信号は、電流実効値
演算部１７で演算処理されて得られた電流実効値
IMと突き合わされて両者の偏差が取出される。
そして、この偏差が増幅部１５に与えられて補正
すべり周波数Δsが得られる。

これにより力行加速時のインバータ出力周波数
INVは、 INV＝R＋sp＋ΔS ……(1) となり、また回生減速時は、 INV＝R−（sp＋ΔS） ……(2) となる。

このインバータ周波数INVは位相器１６に与
えられ、第６図に示すようにインバータ出力周波
数INVに応じてインバータ５の出力電圧Ｖが
Ｖ／INV＝一定となるようにインバータの通流
率制御が行われる。

ここにおいて、誘導電動機は分巻特性を有する
から、入力電力周波数を一定にしておけば車輪が
空転しても同期速度に近づくとトルクが減少し、
再粘着し易くなる特性を有する。

〔背景技術の問題点〕

しかし、第５図に示した空転・滑走検知装置で
は、たとえば電動機６，７の各駆動軸が２軸とも
空転して回転数が上昇すると、上記式(1)に従つて
インバータの出力周波数INVも追従して上昇
し、したがつてＶ／一定となるようにインバー
タ出力電圧も上昇する。この結果、電動機６，７
のトルクは減少せず、更に激しく空転する。この
ため、何らかの方法で空転を検知し、速やかに再
粘着させることが要望されている。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、
可変電圧可変周波数インバータで複数個の誘導電
動機を駆動する電気車において、空転・滑走を速
やかに且つ誤動作せずに検知し得る電気車の空
転・滑走検知装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この目的達成のため、本発明では、所定時間ご
との回転数平均値を求め、この所定時間ごとの回
転数平均値の変化分が第１の所定値を越えたとき
空転を検知し、また第２の所定値以下となること
で滑走を検知する電気車の空転・滑走検知装置を
提供するものである。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第４図を参照して本発明の
実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示したものであ
る。同実施例は、それぞれ二つのパルス発生器か
らのパルス信号PG1，PG2を処理するための、と
もに同一構成の二つのパルス信号処理回路２０お
よび３０を有する。そして、これら二つのパルス
信号処理回路２０および３０の処理結果がデータ
CH1，CH2，M1n，M2n，TM1n，TM2nとして
マイクロプロセツサ２９に与えられ、電気車の空
転とか滑走の検知が行われる。

ここでは、二つの同一構成のパルス信号処理回
路２０，３０を代表させて回路２０を説明し、さ
らに回路２０とマイクロプロセツサ２９との関係
につき説明する。

パルス信号処理回路２０は、ワンシヨツトマル
チバイブレータ２１により一方のパルス発生器か
らのパルス信号PG1を受取る。ワンシヨツトマル
チバイブレータ２１は、受け取つたパルス信号
PG1を整形した上でデイジタル入力部２２に与え
る。

デイジタル入力部２２は、ワンシヨツトマルチ
バイブレータ２１からの信号の立上りを同期信号
CH1として検出し、マイクロプロセツサ２９に
与える。

また、ワンシヨツトマルチバイブレータ２１の
出力信号であるパルス信号は、オンデイレー用の
もう一つのワンシヨツトマルチバイブレータ２４
に与えられる。このワンシヨツトマルチバイブレ
ータ２４によるオンデイレーが施されたパルス信
号は、計数値の読出しおよびプリセツトロードが
できるカウンタ２３に与えられてパルス発生器か
らのパルス信号PG1の数M1nが計数される。

そして、ワンシヨツトマルチバイブレータ２４
の出力信号は、計数値の読出しおよびプリセツト
ロードができるもう一つのカウンタ２７に与えら
れ、クロツク発生器２５からのクロツク信号を基
準にしてパルス信号の発生周期TM1nが計測され
る。

この計測結果がマイクロプロセツサ２９に与え
られる。

第２図は、第１図におけるマイクロプロセツサ
２９に入力されるデータCH1，M1n，TM1nおよ
びCH2，M2n，TM2nによつてマイクロプロセツ
サ２９が電気車の車輪の空転、滑走を検知する機
能をブロツク線図により回路的に表現したもので
ある。

ここで、入力として与えられるCH1，CH2は、
パルス発生器からのパルス信号PGの立上りを示
すパルス立上り信号であり、M1n，M2nはパル
ス数であり、TM1n，TM2nはパルス間隔（周
期）である。また、Ｐ／Ｂは電気車が力行状態か
回生状態かを示す信号を、MPは力行時の空転
を、MBは回生時の滑走の各検知レベルを、Ts
は空転を、滑走の検知周期を示しており、WSD
１，WSD２は空転、滑走の各検知信号をそれぞ
れ示している。

そして、これら入力の応動する回路要素のう
ち、４１，５１は検知周期Ts中の電動機回転数
の平均値を求める平均値演算部であり、４２，５
２は検知周期Ts毎のサンプリング値を取出すサ
ンプルホールド回路であり、４３，５３は検知周
期Ts毎の電動機回転数の変化分と空転検知レベ
ルMPあるいは滑走検知レベルMBとの比較を
行う比較部であり、さらに６０は電気車の状態信
号Ｐ／Ｂに応じて力行時空転の検知レベルMP
と回生時滑走の検知レベルMBとの切換を行う
切換スイツチである。

この第２図の回路では、パルス信号処理回路２
０および３０からの信号に応じた計算を行う。そ
して、パルス信号処理回路２０からの信号につい
てみると、パルス立上り信号CH１が与えられた
時点からのカウンタ２３からのパルス数M1n、
およびカウンタ２７からのパルス数TM1nを用い
て電動機の平均回転数を算出する。

第３図は、第１図および第２図に示した回路の
動作説明用タイミングチヤートであり、この第３
図に基く動作説明を次に行う。

この第３図において、時点t1からt2までがサン
プリング時間TSである。この時間TSとの関係
で、図示のような電動機回転数信号が与えられる
と、ワンシヨツトマルチバイブレータ２１の出力
は、デイジタル入力部２２を介してマイクロプロ
セツサ２９へ演算用ラツチ信号として取込まれ
る。

これと共に、ワンシヨツトマルチバイブレータ
２４を介してΔtAでけ遅らせた時点t1１で、カウ
ンタ２７はプリセツトされてクロツクジエネレー
タ２５のクロツク出力によりカウントを開始す
る。そして、次のワンシヨツトマルチバイブレー
タ２１の出力時点t1２で、マイクロプロセツサ２
９に演算用ラツチ信号CH１が与えられることに
より、カウンタ２７のカウント値TM１１および
カウンタ２３のカウント値Ｍ１１（PGパルス数）
がマイクロプロセツサ２９に読込まれる。

この動作を、時点t1からt2までサンプリング時
間TSに亘つて行い、ｎ個のデータがマイクロプ
ロセツサ２９に読込まれる。マイクロプロセツサ
２９では、平均回転数演算部４１において、立上
り信号CH１、パルス数M1n、パルス間隔TM1n
によつて FM1＝ｋ・TM11＋……TM1n／M1n＋１−M11 ……(3) なる演算が行われ、電動機平均回転数Mが求め
られる。そして、時点t2で次のサンプリング周期
に移り、このときサンプルホールド回路４２で電
動機の平均回転数Mがサンプルホールドされる。

時点t1からt3についても上記(3)式の演算が行わ
れる。そして、時点t3で〔FM1（Ｎ）−FM1（０）〕
と〔FMp（力行時）、FMB（回生時）〕とが比較部
４３で比較される。ここで、FM1（Ｎ）はt2〜t3
の平均回転数演算値、FM1（０）はt1〜t2の平均
回転数演算値である。そして， FM1（Ｎ）−FM1（０）＞FMP であれば、電動機６に接続される車輪が空転して
おり、 FM1（Ｎ）−FM1（０）＜FMB であれば、電動機６に接続される車輪が滑走して
いることを検知する。

同様に、PG２信号についても検出回路３０に
よつて演算が行われ、電動機７に接続される車輪
の空転、滑走が検知される。

このように、サンプリング時間Ts毎にサンプ
リング時間TS内の電動機平均回転数を算出し、
サンプリング時間ごとの平均回転数変化率によつ
て電気車の車輪の空転、滑走を検知している。

第４図は、本発明の他の実施例を示したもので
あり、車速を判定条件に加えたものである。すな
わち、基準回転周波数Rを車速判別部６１に与
えて所定値Ｃとの大小比較を行い、車速が低いと
きは選択スイツチ６２によりサンプリング時間を
TS1とし、車速がＣより高いときはサンプリング
時間をTS2とする（TS1＞TS2）。

これは第３図において、車速が低い場合はサン
プリング時間TS内に入力されるパルス数が少な
く、車速が高い場合に比べて平均回転数演算値の
誤差が大きいことを考慮し、サンプリング時間
Tsを大きくとるようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、所定時間ごとの車輪回
転数平均値を求め、所定時間ごとの上記平均値の
変化分を空転検知レベルまたは滑走検知レベルと
比較し、空転検知レベルよりも大なるときは空転
と判定し、滑走検知レベルよりも小なるときは滑
走と判定するようにしたため、電気車の車輪が空
転または滑走したときに正確かつ迅速に検知する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク線図、第２図は第１図の実施例の要部構成を示
すブロツク線図、第３図は第１図および第２図の
回路の動作説明用タイミンングチヤート、第４図
は本発明の他の実施例の構成を示す説明図、第５
図は本発明の適用対象である電気車制御システム
の構成を示す説明図、第６図は第５図のシステム
におけるインバータの制御特性を示す図である。 ５……インバータ、６，７……誘導電動機、２
１，２４……ワンシヨツトマルチバイブレータ、
２２……デイジタル入力部、２３，２７……カウ
ンタ、２５，２８……クロツクジエネレータ、４
１，５１……平均回転数演算部、６０，６２……
切換スイツチ、６１……車速判定部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可変電圧可変周波数インバータ５から給電さ
   れる電気車駆動用の複数の誘導電動機６，７の各
   回転数を検出する複数の回転数検出手段８，９
   と、 これら回転数検出手段から前記複数の誘導電動
   機の各回転数を得て所定時間毎に平均値を求め、
   この平均値を記憶するとともに、記憶した平均値
   を前記所定時間毎に出力する演算記憶手段４１，
   ５１，４２，５２と、 この演算記憶手段から前記所定時間毎に出力が
   与えられて該出力の変化分を検出する変化分検出
   手段と、 前記電気車の力行時空転レベル、および回生時
   滑走レベルに対応して予め定められた値をそれぞ
   れ有する各信号FMP，FMBを形成して出力する
   レベル信号出力手段と、 このレベル信号出力手段に接続され、前記電気
   車の力行時には前記レベル信号出力手段から力行
   時空転レベル信号を取り出し、また回生時には回
   生時滑走レベル信号を取り出すように切換え動作
   を行う切換手段６０と、 前記変化分検出手段の出力と前記切換え手段を
   介して前記レベル信号出力手段から与えられるレ
   ベル信号とを比較してその比較結果を出力する比
   較手段４３，５３と をそなえた電気車の空転・滑走検知装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、 前記空転・滑走検知装置は、 前記電気車の速度を検出する速度判別手段６１
   と、 この速度検出手段の出力に応じて、速度が低い
   ときは前記所定時間を大きく、速度が高いときは
   前記所定時間を小さく選ぶ手段６２と をそなえた電気車の空転・滑走検知装置。