JPH0454802A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気車制御装置特に可変電圧可変周波数インバ
ータで複数の誘導電動機に交流電力を付勢して走行する
電気車の粘着性能を向上させるのに好適な電気車制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

一般に電気車では１乗り心地の上から一定トルク制御が
要求されている。誘導電動機を駆動電動機として用いる
電気車において一定トルク制御を実現するためには、誘
導電動機の電圧■と周波数Ｊが比例するように制御しＣ
Ｖ／ｆ＝一定）電流Ｉが一定になるように、誘導電動機
のすべり周波数を制御している。

第３図は、従来の電気車制御装置の構成を示しており、
電気車の速度に対応してインバータの出力周波数を制御
する周波数制御手段と電流工が一定となるようなすべり
周波数調整による電流制御手段とで構成されている。

架線１の直流電源はパンタグラフ２．フィルタリアクト
ル３．フィルタコンデンサ４を介してインバータ５の入
力電源となっている。インバータ５では直交変換されて
可変電圧可変周波数の三相交流電源が出力され、凸金の
誘導電動機６Ａ〜６Ｄに供給され、電動機駆動を行う。

周波数制御手段は、パルスジェネレータ７Ａ〜７Ｄによ
り検出された誘導電動機６Ａ〜６Ｄの回転パルスを周波
数演算部８に入力して各回転周波数を演算し、力行時に
は最小値、回生時には最大値を選定し、これが車両の速
度に対応する基準回転周波数ｆ　ｒｏとなる。また、パ
ターン発生器１４からトルク制御に必要なすべり周波数
パターンｆｓｐが出力され、加減算器１３で基準回転周
波数ｆ　ｒｏに加算（減算）されインバータ周波数Ｊ１
Ｎ、Ｊとなり、インバータ５に入力されて出力周波数が
制御される。

電流制御手段は、インバータ５の出力電流を変流器９で
検出し、電流検出部１０で実効値演算された出力値ＩＮ
が比較器１１に入力され、パターン発生器１４から出力
された電流パターンＩＰと比較され、その偏差ΔＩＭが
出力される。ΔＩｓはすべり周波数演算部１２に入力さ
れ、すべり周波数偏差値Δｆｓとなり、加減算器１３に
入力され、すべり周波数を調整して出力電流が一定にな
るように制御される。

このような従来の制御方法では、空転等を生じない正常
な状態では、周波数制御手段と電流制御手段とにより、
すべり周波数と電流■が一定に制御され、一定トルク制
御が行われる。しかし、車軸、レール間の粘着状態が悪
く、誘導電動機によって駆動される車軸軸の全てが空転
した場合（以下、全軸空転ないし全軸滑走と略称する）
、基準回転周波数ｆ’ｒｏは車両の速度に対応しなくな
り（空転軸の回転周波数を示す）インバータ５の出力周
波数もそれに追従して上昇してしまうので再粘着が不可
能となる。また、出力電流ＩＮの減少をすべり周波数の
偏差値Δｆｓにより、電流パターンＩｐに近づけるよう
に制御するため、トルクが減少しないので大空転を起こ
しやすい。なお、この現象は回生時における全軸滑走に
ついても同様である。

この従来技術は、全軸空転ないし全軸滑走した場合にお
ける粘着性能の向上について考慮がされておらず、大空
転や大滑走により駆動軸系の損耗を招く恐れがあった。

また、−時的にトルクを大幅に減少させ再粘着を図るよ
うな再粘着制御装置を並設する必要があり、これによる
けん引の低下が大きく、乗心地に悪影響を及ぼす問題も
あった。

本発明の目的は、インバータ制御電気車が全軸空転ない
し全軸滑走を起こした場合にも、インバータの出力周波
数を制御するための基準回転周波数ｆｒｏが車両の速度
に対応しなくなることのないような周波数制御手段を構
成して、粘着力を最大限に利用するようにした電気車制
御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は複数の誘導電動機
から検出した回転速度がら力行時には最小値を、回生時
には最大値を選定して基準回転周波数信号を得るととも
に、所定の演算周期毎の基準回転周波数信号とその時間
変化量、及び、加減速度パターンの時間変化量に対応し
た周波数偏差値を検出し、これらを加算的に合成して粘
着軸の回転周波数相当信号を求め、この出力信号によっ
て補正した基準回転周波数信号によりインバータの出力
周波数を制御するようにしたものである。

〔作用〕

第４図に各回転周波数信号の空転時の動作説明波形を示
す。

波形（１）は、複数の誘導電動機から検出された回転速
度のうち、力行時には最小値、回生時には最大値を選定
して得られた回転周波数信号であり、波形（２）は電気
車の速度に対応した粘着軸の回転周波数相当信号、波形
（３）は運転指令等により決定される電気車の加減速度
パターン信号である。

誘導電動機の回転速度から検出した回転周波数信号はす
べての車輪が空転しない限り、粘着状態にある誘導電動
機の回転周波数を示し、電気車の速度に対応する（第４
図の時間の及び■）が全軸空転が起こると１時間◎のよ
うに回転周波数信号は電気車の速度に対応せず、空転速
度分だけ高い値を示すことが理解できる。

ところで、粘着状態にある誘導電動機の回転周波数信号
の所定の演算周期毎の変化量Δｆ、は、駆動力と走行抵
抗に対した電気車の加速度相当値であり、比較的短時間
に行われる演算周期間での走行抵抗の変動は極く少なく
、駆動力に変化がない場合には、一演算周期前の回転周
波数信号ｆｒＢとその変化量ΔｆｒｃｆｒＢ−ｆｒ＾）
を加算することにより時間◎における回転周波数信号ｆ
ｒｃを推定することができ、全軸空転が起こった場合に
も電気車の速度に対応した基準回転周波数信号ｆ　ｒｏ
を検出することができる。また、第４図の波形（３）に
示すように運転指令等により駆動力が変化する場合（時
間■）には一演算周期前の回転周波数信号の変化量ΔＪ
、　から駆動力の変化に対応した加速度の偏差分を補正
する必要がある。このため、運転指令等に基づいて電気
車の加減速度を表示する加減速度パターン発生器を設け
て、この加減速度の変化に対応した回転周波数偏差値Δ
ｆ、を求め、回転周波数信号の変化量Δｆｒ　を補正し
て一演算周期前の回転周波数信号ｆｒｏに加算すること
により電気車の速度に対応した時間■における基準回転
周波数信号ｆ　ｒｏも検出することができる。

本発明はこの点を利用したもので、インバータによって
付勢される複数の誘導電動機から検出される回転速度を
検出して、力行時にはそれらの最小値を、回生時には最
大値を選定して回転周波数信号を出力するとともに、所
定の演算周期毎に検出される基準回転周波数信号とその
時間変化量及び運転指令に基づいて決定される電気車の
加減速度パターンから加減速度の変化に対応した周波数
偏差値を求め、これらを加算的に合成して電気車の速度
に対応した粘着軸の回転周波数相当信号を作成し、これ
らによって補正した基準回転周波数信号に基づいてイン
バータの出力周波数を制御する。従って、全軸空転が起
こり、誘導電動機の回転速度から検出した回転周波数信
号が増大しても粘着軸の回転周波数相当信号によって補
正された基準回転周波数信号が得られ、インバータの出
力周波数は常に電気車の速度に対応した値に制御される
ので大空転に至ることはなく、車輪レール間の粘着状態
が改善された時点で自動的に再粘着に向うことが可能に
なり、粘着性能が向上する。

なお、以上の動作説明は空転時に対するものであるが、
回生時の滑走現象についても同様に高粘着制御が可能と
なることが理解できる。

【実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明に係る電気車制御装置の一実施例を示す
全体構成図であり、説明を省略する。本実施例が第３図
の従来の方法と異なる点は、運転指令に基づいてすべり
周波数パターン信号ｆｓＦ。

電流パターン信号Ｉｐ及び加減速度パターン信号α、（
βＦ）を発生するパターン発生器を設けた点、及び、周
波数演算部８から得られる回転周波数信号ｆｒ、と加減
速度パターン信号αＰ（βＦ）を入力して粘着軸の回転
周波数信号信ｆ、を作成するとともに、判別回路２２に
より回転周波数信号ｆ　ｒａｍと粘着軸の回転周波数相
当信号！、のうち力行時には低位値１回生時には高位値
を判別し、基準回転周波数信号ｆ　ｒｏとして出力する
基準回転周波数演算部１６を設けた点である。

すなわち、基準回転周波数演算部１６は記憶要素１７．
１８、演算器１９、周波数偏差値演算器２０、加減算器
２１及び判別回路２２で構成され、第一の記憶要素１７
には一演算周期前の基準回転周波数信号ｆ　ｒｏｌが、
第二の記憶要素１８にはさらにその前の演算周期の基準
回転周波数信号ｆ　ｒ０２が記憶されている。

減算器１９は記憶要素１７の出力ｆ　ｒｏｌと記憶要素
１８の出力ｆ　ｒｏｘが入力され、時間変化量Δｆ、が
出力される。また、周波数偏差値演算器２０には、パタ
ーン発生器１５から運転指令に基づいた加減速度パター
ン信号αＰ（βＦ）が入力され、一演算周期前の加減速
度との変化量に対応した周波数偏差値Δｆ、を演算して
出力する。

加減算器２１には、記憶要素１７の出力信号ｆｒＯＬ＊
演算器１９の出力信号である時間変化量Δｆ、及び周波
数偏差値演算器２０の出力である周波数偏差値Δｆ、が
入力され、加算的に合成されて粘着軸の回転周波数相当
信号ｆ、が作成される。

この手順により作成された粘着軸の回転周波数相当信号
ｊｒは、周波数演算部８の出力である複数の誘導電動機
６八〜６Ｄの回転速度から検出した回転周波数信号ｆ０
とともに判別回路２２に入力され、カ行時には低位値２
回生時には高位値が選択され基準回転周波数信号ｆ　ｒ
ｏとなり、加減算高力周波数が制御される。なお、基準
回転周波数信号ｊ’　ｒｏは第一の記憶要素１７に導び
かれて記憶されるが、第一の記憶要素１７に記憶されて
いたデータは第二の記憶要素１８に転送され、それぞれ
新しいデータが記憶されて１次の演算に備えるように構
成している。

いま、誘導電動機６Ａ〜６Ｄで駆動される電気車の全車
軸が粘着状態にある場合、または、一つでも粘着してい
る車輪がある場合には、周波数演算部８によって検出さ
れる回転周波数信号ｆｒｌＩも粘着軸の回転周波数相当
信号ｆ、も同じ値を示し。

電気車の速度に対応した基準周波数信号ｆ　ｒｏが出力
されるので、インバータ５の出力周波数も電気車の速度
に対応した周波数に保持されるため、空転軸の誘導電動
機のトルクが空転に伴う回転数の上昇により急激に減少
して自動的に再粘着に至る。

また、全軸空転が起った場合、回転周波数信号ｆ０は空
転に伴う回転数の上昇により高い周波数を示すが、粘着
軸の回転周波数相当信号Ｊｒは空転前の基準回転周波数
信号とその時間変化量などから演算されているため低い
周波数を示し、判別回路２２によってこの信号出力が基
準回転周波数信号ｆ　ｒｏとして出力される。従って、
全軸空転（滑走）が起っても、インバータ５の出力周波
数は電気車の速度に対応した周波数に保持されるため大
空転を起こすことがなく、全ての軸が自動的に再粘着に
至る効果がある。

本実施例によれば、全軸空転ないし滑走が起った場合に
も空転速度を微小値におさえることができるので、粘着
性能が格段に向上し、高加減速高粘着運転が可能になる
。また、電車では電動車数の減少が期待できるので経済
的効果が大きく、従来の方法に比べて空転、滑走時のト
ルク変化が少なくなるため乗心地が向上する。

第２図は本発明の他の実施例を示す、第１図と異なるの
は、基準回転周波数信号ｆ　ｒｏの時間変化量Δｆ、の
演算方法を変更した点にある０本実施例の場合、各演算
周期毎の基準回転周波数信号ｆ　ｒｏの時間変化量を微
分要素２３で検出し、複数の記憶部２４Ａ〜２４Ｄを持
つ記憶要素２４に、順次、記憶し、これらの記憶結果を
平均値演算要素２５で平均化し、基準回転周波数信号ｆ
　ｒｏの時間変化量Δｆｒとしている。なお、記憶要素
２４の各記憶部２４Ａ〜２４Ｄのデータは演算周期の都
度、順次、転送され、記憶部２４Ａには常に最新のデー
タが記憶されるように構成している。

本実施例の場合には、第１図の実施例の効果のほかに電
気車の振動等に起因した回転周波数の急激な変動を防止
し、安定した周波数制御を行うことができる効果がある
。

〔発明の効果〕

本発明によれば粘着性能の優れた誘導電動機式の電気車
制御装置を提供することができ高加減速運転が可能にな
る。また、電車では電動車数の減少が期待できるので経
済的効果が大きい、さらに空転・滑走時のトルク変化が
少ないので乗心地がよくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す制御ブロック図、第２
図は本発明の他の実施例を示す制御ブロック図、第３図
は従来例を示す制御ブロック図、第４図は各回転周波数
信号等の動作説明波形図である。 ５・・・インバータ、６Ａ〜６Ｄ・・・誘導電動機、８
・・・周波数演算部、１４．１５・・・パターン発生器
、第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電源に接続されたインバータと、前記インバータの
   出力により駆動される複数の誘導電動機とを備えた電気
   車において、 前記インバータの周波数制御に必要な基準回転周波数信
   号を、前記複数の誘導電動機の回転速度から検出し、力
   行時最小値、回生時には最大値を選定するとともに、所
   定の演算周期毎の基準回転周波数信号とその時間変化量
   及び加減速度パターンの周波数偏差値とを検出して粘着
   軸の回転周波数相当信号を求め、これによつて補正した
   基準回転数信号に基づいて前記インバータの出力周波数
   を制御することを特徴とする電気車制御装置。 ２、請求項１において、粘着軸の前記回転周波数相当信
   号は、一演算周期前の前記基準回転周波数信号とその時
   間変化量に、演算周期における前記加減速パターンの周
   波数偏差値を加算的に合成して求め、算出した粘着軸の
   前記回転周波数相当信号と前記複数の誘導電動機の回転
   速度から検出し選定した回転周波数信号とのうち力行時
   には低位値、回生時には高位値を判別し前記基準回転周
   波数信号とした電気車制御装置。 ３、請求項１または２において、前記基準回転周波数信
   号の時間変化量は、所定の演算周期毎に記憶した複数の
   時間変化量の平均値である電気車制御装置。