JPH0510882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気車用制御装置に係り、特に回生ブ
レーキ制御に関する。

〔従来の技術〕

入力した直流電力をパルス幅変調によつて可変
電圧・可変周波数の三相交流電力に変換するイン
バータ回路を備え、この三相交流電力で車両駆動
用の三相誘導電動機を運転するようにした電気車
用制御装置が「電気車の科学」（1984−８）に記
載されている。この制御装置は、誘導電動機に与
える三相交流電圧をパルスの幅によつて制御し、
周波数を単位時間内のパルス数によつて制御して
いる。そして、このようにして得られる交流波形
はパルス群で近似されたものであるので、低周波
領域ではリツプルによる電動機の回転むらを抑え
るため、また高周波領域では転流失敗防止と出力
電圧をできるだけ高くするために、半サイクル間
のパルス数を周波数の上昇に伴つて45→27→15→
９→５→３→１と順次切換えられる。

ところで、従来のこのような制御装置において
は、電動機電流制御用パルス幅変調制御パルス
は、第５図に示すように、電動機電流制御パター
ン発生部１と励磁電流演算部２、それに加算回路
からなる電流指令部を用い、電動機電流制御パタ
ーン発生部１から発生する電動機電流制御パター
ンに励磁電流演算部２で演算した励磁電流分を加
えた制御目標値と、電動機電流検出部３で検出し
た電動機実電流とを比較し、変調回路部４がこの
比較結果に基づいて電動機実電流が目標値と一致
するようにパルス幅変調パルス発生器５を制御す
ることによつて作られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこの制御装置は、回生ブレーキ時に１
パルス領域から複数パルス領域に移るときに回生
ブレーキ力が減少する問題があつた。

従つて本発明の目的は、上記した回生ブレーキ
力の減少を防止し電気車の安全運転性を高めるこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、この目的を達成するため、複数パル
スモード制御領域と１パルスモード制御領域の２
種のモードのパルス幅変調により可変電圧・可変
周波数の交流電力を発生するインバータ回路を用
い、このインバータ回路による交流電力を駆動用
誘導電動機に供給するようにした電気車用制御装
置において、電動機電流制御パターンに励磁電流
分を補償する補償手段として、複数パルスモード
制御領域での補償用と１パルスモード制御領域で
の補償用の２種の補償手段を用い、回生ブレーキ
制御時での複数パルスモード制御領域でも、１パ
ルス動作状態にあるときは、１パルスモード制御
領域での補償手段を用いて制御されるようにした
点を特徴とする。

〔作用〕

回生ブレーキ制御時の１パルス領域では誘導電
動機に印加される電圧が一定であるためにインバ
ータ周波数の低下に伴つて励磁電流が増えてく
る。Ｖ／ｆ一定の制御領域では、通常、励磁電流
は一定であるがこの領域に入るときに過渡的に電
動機に印加される電圧が大きくなり、結果として
励磁電流が増加して過励磁状態になるために従来
通りの電流制御パターンで制御していると、有効
ブレーキ電流が減少して回生ブレーキ力が弱ま
る。

このとき、補償手段はこの励磁電流の増加分だ
け電流制御パターンを増加させることにより、有
効ブレーキ電流を確保する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第２図は制御特性を示すもので、横軸はインバ
ータ周波数、縦軸は電動機電圧・電動機電流制御
パターンである。境界から右側の領域は電動機
電圧が固定の１パルスモード領域であり、電動機
電流制御パターンは特性領域・定トルク領域のパ
ターンである。何れの領域においても電動機電流
制御は目標とする電動機電流制御パターンと電動
機実電流を比較してパルス幅変調制御を行うフイ
ードバツク制御が実行される。

境界より低いインバータ周波数領域は、イン
バータ周波数の低下に伴つて電動機電圧も低下さ
せるＶ／ｆ一定制御領域である。この領域は、電
圧制御のために半サイクル間のパルス数が、３，
５などの複数パルスモード領域となる。

ところで、電動機電圧特性は、理想的には、
破線で示すように、境界から原点に向けて連続
的に減少すべきであるが、３パルスモードの場合
にはインバータ回路の各アームを構成する半導体
素子の最小オフタイムを確保するこめに相間電圧
に有限幅のスリツトが生じ、このために１パルス
モード領域から３パルスモード領域へ移行すると
き、３パルスモード領域に入つたにもかかわら
ず、実際には１パルスモードのままで動作してし
まう状態が生じてしまい、この領域では、実線で
示すように、電動機電圧特性は、そのまま一定
値に保たれてしまう。すなわち、実際には、境界
から境界の間の領域は１パルスモードの固定
値のままで境界に至つて３パルスモードでの最
大電圧となるように動作する。

この現象を誘導電動機の励磁の観点でみると、
磁束φは、電動機電圧Ｖと固定子周波数（インバ
ータ周波数）ｆから φ＝Ｖ／ｆ ……(1) として求められる。しかし、境界において得ら
る磁束φの値を保持したまま電動機電圧Ｖを原点
に向けて減少させようとすると、前述したよう
に、境界−の領域では電動機電圧Ｖが固定に
なるために、この領域では磁束φが目標値よりも
大きくなつて過励磁状態になる。誘導電動機のす
べり対トルク、電流特性が第３図に示すものであ
る場合、１パルスモード領域の境界で電動機の
電流特性が曲線であり、点に相当する電流制
御パターンが目標値として与えられていたとする
と、インバータ周波数が低下して第２図の境界
に至つた場合には電動機は過励磁になつて第３図
の曲線のような特性となる。第２図の境界よ
り低速の領域では、従来は磁束φ一定の制御とな
るために電流制御パターンの値は一定であり、第
３図点のままであることから、目標とする電流
制御パターンのほとんどが励磁電流になつて回生
トルクが出なくなる問題がある。

本発明は、このような現象の発生を防止するた
め、回生ブレーキ時においては、たとえ複数パル
スモード制御領域にあつても、実際には１パルス
モードで動作している限りは、電動機電流制御パ
ターンに１パルスモード制御領域での補償を与え
て、目標値を増加させるようにしたものである。
すなわち、第２図の境界−間はＶ／ｆ一定の
複数パルスモード制御領域であるが、実際には半
導体素子の最小オフタイム確保のために１パルス
動作領域となつているので、この領域でも１パル
ス動作に対応した励磁電流を演算し、これによ
り、従来技術では、電流制御パターン（第２
図）が、この領域では破線で示すようになつてい
たのに対して、本発明では、実線で示す特性とな
るようにしたものである。

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図
で、この実施例において、１２は電流指令部、２
ａは第１の励磁電流演算部、２ｂは第２の励磁電
流演算部、６は第１の出力ゲート、７は第２の出
力ゲートで、その他は、第５図の従来例と同じで
ある。なお、ここで２０は加算回路を表わし、２
１は減算回路を表わす。

従来装置における励磁電流演算部２は、第１の
励磁電流演算部２ａと第２の励磁電流演算部２ｂ
に分けられ、第１の励磁電流演算部２ａは１パル
スモード領域での励磁電流を演算して出力し、第
２の励磁電流演算部２ｂはＶ／ｆ一定領域に対す
る励磁電流（一定値）を出力する。第１の出力ゲ
ート６は、インバータ回路が１パルスモード制御
領域で動作しているとき、及び、３パルスモード
制御領域でも、１パルスモードで動作していると
きに開いて第１の励磁電流演算部２ａの出力を電
動機電流制御パターンに補償値として加算し、第
２の出力ゲート７は前記１パルスモード以外のと
きに開いて第２の励磁電流演算部２ａの出力を電
動機電流制御パターンに補償値として加算する。

すなわち本発明によれば、高速から境界まで
は励磁電流が演算されて電動機電流制御パターン
に補償値として加算されているので、Ｖ／ｆ一定
の制御領域でも１パルス動作中は励磁電流分が補
償される。従つて、境界−間では電流制御パ
ターンの目標値が増加し、励磁電流増加によるト
ルク不足を防止することができる。

第４図はこのような制御を採用した電気車用制
御装置のブロツク図である。

直流電流８からの直流電力は三相インバータ９
によつて三相交流電力に変換して三相誘導電動機
１０に与えられる。この三相誘導電動機１０の電
流は電動機電流検出部３によつて検出され、電流
指令部１２により、前述したようにして発生され
る電動機電流制御パターンと、減算回路２１によ
り比較されて変調回路部４を経てパルス幅変調パ
ルス発生部５に供給される。電動機１０の回転数
は回転数検出回路１５によつて検出され、すべり
周波数指令回路１６からの指令値と加減算回路１
７によつて加減算されて変調回路１４に与えられ
る。パルス数切換え回路１８は加減算回路１７か
らの出力信号から半サイクル間のパルス数を決定
して変調回路１４に指令する。変調回路１４はこ
れらの入力に基づいてインバータ制御信号を発生
し、ゲート信号処理回路１９によつて前記インバ
ータ回路９の半導体素子のオン・オフを制御す
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、回生ブレーキ制御時の
１パルス動作中は電動機電流制御パターンに励磁
電流分を補償しているので、１パルス動作領域か
ら複数パルス動作領域への移行時に回生ブレーキ
力が減少することがなく、電気車の安全運転性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる電動機電流制御装置のブ
ロツク図、第２図はその制御特性図、第３図は誘
導電動機の特性図、第４図は電気車用制御装置の
ブロツク図、第５図は従来の電動機電流制御装置
のブロツク図である。 １……電動機電流制御パターン発生部、２ａ…
…第１の励磁電流演算部、２ｂ……第２の励磁電
流演算部、３……電動機電流検出部、４……変調
回路部、５……パルス幅変調パルス発生器、６…
…第１の出力ゲート、７……第２の出力ゲート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電流指令部１２と、電動機電流検出部３と、
   変調回路部４と、パルス幅変調パルス発生部５と
   を備えた電気車用制御装置であつて、 電気車は、パルス幅変調パルス発生部５から出
   力されるパルス幅変調パルスＤにより制御される
   インバータ回路９を備え、このインバータ回路９
   により電動機１０の駆動力と制動力が制御されて
   走行制御されるものであり、 電流指令部１２は、電動機電流制御パターン発
   生部１と、第１の励磁電流演算部２ａと、第２の
   励磁電流演算部２ｂと、第１の出力ゲート６と、
   第２の出力ゲート７とを備え、電動機電流制御パ
   ターン発生部１から出力される電動機電流制御パ
   ターンに第１の出力ゲート６が開いているときに
   は第１の励磁電流演算部２ａから出力される励磁
   電流分を、第２の出力ゲート７が開いているとき
   は第２の励磁電流演算部２ｂから出力される励磁
   電流分を加算回路２０により加算して制御目標値
   Ａを発生するものであり、 電動機電流検出部３は、電動機１０の電動機実
   電流を検出し、減算回路２１により電流指令部１
   ２から出力される制御目標値Ａとの差を目標偏差
   値Ｂとして出力するものであり、 変調回路部４は、目標偏差値Ｂを入力して変調
   度制御信号Ｃを出力するものであり、 パルス幅変調パルス発生部５は、回転数検出手
   段１５で検出した電動機１０の回転数と、すべり
   周波数指令手段１６から与えられる指令値とを入
   力とする加減算手段１７から出力される周波数信
   号Ｅと、周波数信号Ｅを入力とするパルス数切換
   え手段１８から出力されるパルス数信号Ｆと、変
   調度制御信号Ｃとを入力としてパルス幅変調パル
   スＤを出力するものであり、 第１の出力ゲート６は、パルス幅変調パルスＤ
   によるインバータ回路９の制御が１パルスモード
   制御領域及び実質的に１パルスモード制御領域に
   あるときだけ開くように設定されているものであ
   り、 第２の出力ゲート７は、パルス幅変調パルスＤ
   によるインバータ回路９の制御が複数パルスモー
   ド制御領域にあるときだけ開くように設定されて
   いるものであり、 第１の励磁電流演算部２ａは、パルス幅変調パ
   ルスＤによるインバータ回路９の制御が１パルス
   モード制御領域にあるとき及び実質的に１パルス
   モード制御領域にあるときに必要な励磁電流分を
   出力するものであり、 第２の励磁電流演算部２ｂは、パルス幅変調パ
   ルスＤによるインバータ回路９の制御が複数パル
   スモード制御領域にあるときに必要な励磁電流分
   を出力するものである 電気車用制御装置。