JPH0520962B2 - - Google Patents

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JPH0520962B2
JPH0520962B2 JP895183A JP895183A JPH0520962B2 JP H0520962 B2 JPH0520962 B2 JP H0520962B2 JP 895183 A JP895183 A JP 895183A JP 895183 A JP895183 A JP 895183A JP H0520962 B2 JPH0520962 B2 JP H0520962B2
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JP
Japan
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inverter
circuit
control
output
pattern
Prior art date
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JP895183A
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Japanese (ja)
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JPS59136005A (en
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Noriaki Nakamoto
Hideo Koo
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/14Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by AC motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10Electrical machine types
    • B60L2220/12Induction machines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、可変電圧・可変周波数インバータ
(以下単にインバータと呼ぶ)で誘導電動機(以
下IMと呼ぶ)の速度制御を行うことによつて駆
動される電気車用制動制御装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] This invention provides braking control for electric vehicles driven by controlling the speed of an induction motor (hereinafter referred to as IM) with a variable voltage/variable frequency inverter (hereinafter simply referred to as inverter). Regarding equipment.

インバータでIMを制御して電気車を駆動する
にあたり、インバータの出力周波数すなわちIM
の回転界磁周波数をfINV、IMの回転周波数をfR
すべり周波数をfSとすると 力行時は fINV=fR+fS …(1) 回生時は fINV=fR−fS …(2) として、一定のすべり周波数制御を行うと同時に
インバータの出力電圧Vの大きさと出力周波数
fINVとの比V/fINVが一定となるように出力電力
Vを制御し、IMの出力トルクTを一定とする。
When controlling IM with an inverter to drive an electric vehicle, the inverter's output frequency, or IM
The rotational field frequency of IM is f INV , the rotational frequency of IM is f R ,
If the slip frequency is f S , then during power running f INV = f R + f S ...(1) During regeneration, f INV = f R - f S ...(2) At the same time, constant slip frequency control is performed and the inverter output Magnitude of voltage V and output frequency
The output power V is controlled so that the ratio V/f INV to f INV is constant, and the output torque T of IM is constant.

第1図にIMを1次側から見た等価回路を示す。
第1図において、V〓はインバータ出力電圧すなわ
ちIM入力電圧、I〓MはIM入力電流、I〓RはIM回転子
電流、I〓Sは励磁電流、r1は固定子巻線抵抗、x1
固定子巻線リアクタンス、r2は回転子巻線リアク
タンス、x2は励磁リアクタンス、SはすべりでfS
とfINVとの比fS/fINVで表わせる。
Figure 1 shows the equivalent circuit of the IM viewed from the primary side.
In Figure 1, V〓 is the inverter output voltage or IM input voltage, I〓 M is the IM input current, I〓 R is the IM rotor current, I〓 S is the exciting current, r 1 is the stator winding resistance, x 1 is stator winding reactance, r 2 is rotor winding reactance, x 2 is excitation reactance, S is slip and f S
and f INV can be expressed as f S /f INV .

IMの出力トルクTと各部の電圧、電流、周波
数との関係は、すべり周波際fSの小さい範囲で次
の(3)〜(6)式で表わすことができる。
The relationship between the output torque T of the IM and the voltage, current, and frequency of each part can be expressed by the following equations (3) to (6) within a small range of the slip frequency fS .

T=K1・|V|/fINV・|I〓R …(3) I〓M=I〓R+I〓S …(4) |I〓S|≒K2|V|/fINV …(5) Ф〓=K3I〓S …(6) ただし、Ф〓:回転界磁束、K1〜K3:定数、|
V〓|=Vである。
T=K 1・|V|/f INV・|I〓 R …(3) I〓 M =I〓 R +I〓 S …(4) |I〓 S |≒K 2 |V|/f INV …( 5) Ф〓=K 3 I〓 S …(6) However, Ф〓: rotating field flux, K 1 to K 3 : constant, |
V〓|=V.

また、第1図中の各部の電圧、電流のベクトル
図を第2図に示す。第1図から分かるように(5)式
は固定子巻線抵抗r1が無視できる程度に小さいた
め導出できるものである。V/fINVを一定にする
と、I〓Sは大きさが(5)式で示される値でV〓より90゜遅
れた一定電流となる。よつて(4)式より |I〓R|=|I〓M−I〓S| …(7) となるので、|I〓M|を一定に制御すれば、|I〓R|は
一定となり、V/fINVが一定であるので(3)式より
出力トルクTは一定とできる。以上まとめると、
V/fINVを一定とし、I〓M|が一定となるようにfS
を補正するトルク一定制御方式が電気車用インバ
ータ制御方式としては一般的に行われている。
Further, a vector diagram of voltages and currents at each part in FIG. 1 is shown in FIG. 2. As can be seen from FIG. 1, equation (5) can be derived because the stator winding resistance r 1 is negligibly small. When V/f INV is held constant, I〓 S becomes a constant current whose magnitude is shown by equation (5) and lags V〓 by 90°. Therefore, from equation (4), |I〓 R | = |I〓 M −I〓 S | …(7) Therefore, if |I〓 M | is controlled to be constant, |I〓 R | becomes constant. , V/f INV are constant, so the output torque T can be constant from equation (3). To summarize the above,
V/f INV is constant, and f S is adjusted so that I〓 M | is constant.
A constant torque control method that corrects this is generally used as an inverter control method for electric vehicles.

第3図はインバータとIMの回路構成の一例を
示す。図において1は直流電源、2はしや断器、
3はフイルタリアクトル、4はフイルタコンデン
サ、5はインバータ、6はIM、7はこのIM6の
回転周波数fRを検出するための回転周波数セン
サ、8はIMの入力電流I〓Mを検出するための
ACCT、9は出力トルクTが指令値T*となるよ
うにfRとI〓Mに基づいてインバータ出力電圧V〓と出
力周波数fINVを決定し、インバータ5のサイリス
タ等の可制御整流素子に点弧信号を与えるインバ
ータ制御回路である。
FIG. 3 shows an example of the circuit configuration of the inverter and IM. In the figure, 1 is a DC power supply, 2 is a disconnector,
3 is a filter reactor, 4 is a filter capacitor, 5 is an inverter, 6 is an IM, 7 is a rotational frequency sensor for detecting the rotational frequency f R of this IM6, 8 is for detecting the input current I〓 M of IM
ACCT, 9 determines the inverter output voltage V〓 and the output frequency f INV based on f R and I〓 M so that the output torque T becomes the command value T * , and controls the controllable rectifying element such as the thyristor of the inverter 5 This is an inverter control circuit that provides the ignition signal.

このインバータ制御回路9の一例を第4図に詳
しく示す。
An example of this inverter control circuit 9 is shown in detail in FIG.

図中、10はトルク指令値T*より電流パター
ンIPを決定する電流パターン回路、11は電流パ
ターンIPよりすべり周波数パターンfSPを決定する
すべり周波数パターン回路、12は電流パターン
IPとIM入力電流IMの大きさ|I〓M|とを比較して増
巾する比較増巾回路、13はすべり周波数パター
ンfSPと比較増巾回路12の出力△fSとを加算して
すべり周波数fSを決定する加算器、14はIM回
転周波数fRとすべり周波数fSを力行、回生別に加
減算してインバータ出力周波数fINVを決定する加
減算器、15はV/f一定特性を得るためにイン
バータ出力周波数fINVに比例したインバータ出力
電圧パターンV*を決定する増巾回路、16はfINV
とV*よりインバータ5の可制御整流素子の点弧
信号を発生する変調回路である。
In the figure, 10 is a current pattern circuit that determines the current pattern I P from the torque command value T * , 11 is a slip frequency pattern circuit that determines the slip frequency pattern f SP from the current pattern I P , and 12 is the current pattern
A comparison amplification circuit compares and amplifies I P and the magnitude of the IM input current I M |I〓 M |, and 13 adds the slip frequency pattern f SP and the output △f S of the comparison amplification circuit 12. 14 is an adder/subtractor that adds and subtracts the IM rotation frequency f R and the slip frequency f S for power running and regeneration to determine the inverter output frequency f INV ; 15 is an adder/subtractor that determines the V/f constant characteristic. 16 is f INV
This is a modulation circuit that generates a firing signal for the controllable rectifying element of the inverter 5 from V * and V* .

さて、ここで回生制動において、回生負荷がな
いなどの理由によりインバータ5の電源電圧が過
電圧となることがある。過電圧になると、インバ
ータ5およびIM6に影響を与え、絶縁破壊を起
こす可能性がある。そのため通常、しや断器2を
開放してインバータ5を止めなければならない。
Now, in regenerative braking, the power supply voltage of the inverter 5 may become an overvoltage due to reasons such as the absence of a regenerative load. An overvoltage may affect the inverter 5 and IM6 and cause dielectric breakdown. Therefore, normally, the inverter 5 must be stopped by opening the breaker 2.

この発明は、第3図に示したIM単一駆動の場
合と図示しないIM並列駆動の場合についてなさ
れたもので、インバータの電源電圧が過電圧にな
ると、すみやかに電源電圧を低下させる電気車用
制動制御装置を提供することを目的としたもので
ある。
This invention has been made for the case of IM single drive shown in Fig. 3 and the case of IM parallel drive (not shown), and is a braking system for electric vehicles that promptly lowers the power supply voltage when the inverter power supply voltage becomes overvoltage. The purpose is to provide a control device.

第5図はこの発明の一実施例であるインバータ
制御回路9Aを示す。
FIG. 5 shows an inverter control circuit 9A which is an embodiment of the present invention.

図において、17は電源電圧と過電圧セツト値
の偏差演算回路で、電源電圧VEが上記セツト値
以上になると電流パターン回路10′においてト
ルク指令値T*より得られる電流パターンIP1から
偏差演算回路17の出力IVを減算器18で引きさ
り、電流パターンIP=IP1−IVを減少させる。これ
により、すべり周波数fSが減少し、次の(8)式から
回転子電流IRが減少し、(4)式より、IM入力電流
|IM〓|を減少させることができる。
In the figure, 17 is a deviation calculation circuit between the power supply voltage and the overvoltage set value, and when the power supply voltage VE exceeds the above set value, the current pattern circuit 10' calculates the deviation from the current pattern I P1 obtained from the torque command value T * . The output I V of 17 is subtracted by a subtracter 18 to reduce the current pattern I P =I P1 -I V. As a result, the slip frequency f S decreases, the rotor current I R decreases from the following equation (8), and the IM input current |I M 〓| can decrease from the equation (4).

|I〓R|=K4・|Ф〓|・fS …(8) ただし、K4:定数である。 |I〓 R |=K 4・|Ф〓|・f S …(8) However, K 4 is a constant.

IM入力電流|I〓M|が減少することにより、電
源電圧VEを下げることができ、インバータ5お
よびIM6を保護することが可能となる。つまり、
もし過電圧になつたときも、第3図中のしや断器
2を開放せずに、インバータ5を動作させること
ができ、高効率な回生特性を得ることができる。
By reducing the IM input current | I〓M |, the power supply voltage V E can be lowered, and the inverter 5 and IM6 can be protected. In other words,
Even if an overvoltage occurs, the inverter 5 can be operated without opening the shield breaker 2 shown in FIG. 3, and highly efficient regeneration characteristics can be obtained.

この電流パターンのしぼりこみ目標値、即ち電
流パターンIpの減少量の目標値は、最終的には
IM6の励磁電流に相当するまでとする。これは、
電流パターンを励磁電流相当以上しぼりこむとト
ルクTが負となり、回生トルクが生ぜず、従つて
回生ブレーキがきかなくなつて回生効率が下がる
のを防止するためである。
The target value for reducing this current pattern, that is, the target value for the amount of decrease in the current pattern I p is ultimately
Up to the excitation current of IM6. this is,
This is to prevent the torque T from becoming negative if the current pattern is reduced by more than the excitation current, and no regenerative torque is generated, thereby preventing the regenerative brake from working and reducing the regenerative efficiency.

また、IMが複数台並列接続されたときはその
しぼりこみ目標値を並列接続されたIMの励磁電
流の総和に相当する値IS1とすれば良い。
Furthermore, when a plurality of IMs are connected in parallel, the narrowing target value may be set to a value IS1 corresponding to the sum of the excitation currents of the IMs connected in parallel.

第6図は、電流パターンしぼりこみ方法を示
す。電源電圧VEが時刻t1においてセツト値をこえ
たことにより偏差演算回路17が働き、電流パタ
ーンIPをしぼりこみ始め、最終しぼりこみ値IS
るいはIS1までしぼりこむ。時刻t1において電源電
圧VEがセツト値を下回り、電流パターンを元の
制御目標に戻している。
FIG. 6 shows a current pattern narrowing method. When the power supply voltage V E exceeds the set value at time t 1 , the deviation calculation circuit 17 operates and begins to reduce the current pattern I P to the final reduction value I S or I S1 . At time t1 , the power supply voltage V E falls below the set value, returning the current pattern to the original control target.

以上、この発明によれば、IMの回生制動をい
かんなく発揮することができ、高効率な回生特性
を得ることが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to fully utilize the regenerative braking of IM, and it is possible to obtain highly efficient regenerative characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はIMの等価回路図、第2図は第1図中
の各部の電圧・電流ベクトル図、第3図はインバ
ータとIMの回路構成の一例を示す図、第4図は
従来のインバータ制御回路を示すブロツク図、第
5図はこの発明を実施したインバータ制御回路を
示すブロツク図、第6図はこの発明における電流
パターンしぼりこみ図である。 5はインバータ、6は誘導電動機、9Aはイン
バータ制御回路、10′は電流パターン回路、1
1はすべり周波数パターン回路、17は偏差演算
回路、18は減算器である。なお、図中、同一符
号は同一又は相当部分を示す。
Figure 1 is an equivalent circuit diagram of IM, Figure 2 is a voltage/current vector diagram of each part in Figure 1, Figure 3 is a diagram showing an example of the circuit configuration of an inverter and IM, and Figure 4 is a diagram of a conventional inverter. FIG. 5 is a block diagram showing a control circuit, FIG. 5 is a block diagram showing an inverter control circuit embodying the present invention, and FIG. 6 is a current pattern squeeze diagram in the present invention. 5 is an inverter, 6 is an induction motor, 9A is an inverter control circuit, 10' is a current pattern circuit, 1
1 is a slip frequency pattern circuit, 17 is a deviation calculation circuit, and 18 is a subtracter. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 インバータ制御回路9Aを有する電気車用制
動制御装置であつて、 電気車は、誘導電動機6と、インバータ制御回
路9Aにより制御されるインバータ5とにより力
行、および回生制動を含む制動が制御され、フイ
ルタリアクトル3とフイルタコンデンサ4からな
る逆L型フイルタがインバータ5の前段に接続さ
れたものであり、 インバータ制御回路9Aは、電圧/周波数イン
バータ制御とすべり周波数制御を併用して誘導電
動機6のトルク制御を行うための制御信号をイン
バータ5に出力するものであつて、電流パターン
回路10′と、偏差演算回路17と、減算器18
と、すべり周波数パターン回路11とを有し、 電流パターン回路10′は、トルク指令(T)を入
力して制御指令値である電流パターンを発生し、 偏差演算回路17は、予め定められたセツト値
を有し、インバータ5の電源側電圧検出値(VE)
を入力し、制動時において、VEがこのセツト値
を超えた時には、その偏差をK2/(1+T1S)し
て出力するものであり、 減算器18は、電流パターン回路10′の出力
から偏差演算回路17の出力を減算した出力
(IP)を発生し、 すべり周波数パターン回路11は、減算器18
の出力を入力して制御指令値であるすべり周波数
パターンを発生するものである 電気車用制動制御装置。
[Claims] 1. A braking control device for an electric vehicle having an inverter control circuit 9A, wherein the electric vehicle performs power running and regenerative braking by an induction motor 6 and an inverter 5 controlled by the inverter control circuit 9A. The inverter control circuit 9A combines voltage/frequency inverter control and slip frequency control. It outputs a control signal to the inverter 5 for controlling the torque of the induction motor 6, and includes a current pattern circuit 10', a deviation calculation circuit 17, and a subtracter 18.
and a slip frequency pattern circuit 11, the current pattern circuit 10' receives a torque command (T) and generates a current pattern that is a control command value, and the deviation calculation circuit 17 generates a current pattern that is a control command value. The detected value of the power supply side voltage of inverter 5 (VE)
is input, and when VE exceeds this set value during braking, the deviation is K 2 / (1 + T 1S ) and output. The slip frequency pattern circuit 11 generates an output (IP) by subtracting the output of the arithmetic circuit 17.
A braking control device for electric vehicles that inputs the output of and generates a slip frequency pattern that is a control command value.
JP895183A 1983-01-21 1983-01-21 Controlling method for electric rolling stock Granted JPS59136005A (en)

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JPS59136005A JPS59136005A (en) 1984-08-04
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