JPH061928B2 - 車両用電動機の制御装置 - Google Patents

車両用電動機の制御装置

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JPH061928B2
JPH061928B2 JP59155901A JP15590184A JPH061928B2 JP H061928 B2 JPH061928 B2 JP H061928B2 JP 59155901 A JP59155901 A JP 59155901A JP 15590184 A JP15590184 A JP 15590184A JP H061928 B2 JPH061928 B2 JP H061928B2
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ratio signal
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昭彦 氏家
信夫 渡辺
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • 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
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/28Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed without contact making and breaking, e.g. using a transductor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は鉄道車両を駆動する直流分巻電動機を、チョッ
パ装置を介して制御する車両用電動機の制御装置に関す
る。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕 第3図はこの種の従来装置の主回路部の構成を示す回路
図である。
この第3図において、き電線に接触するパンタグラフ1
とレール上を転がる車輪2とが入力フイルタを形成する
リアクトル3およびコンデンサ4の直列回路によって電
気的に接続される一方、2台の電動機5の電機子6が電
機子チョッパ8と共にコンデンサ4の両端に直列接続さ
れ、さらに、コンデンサ4の両端には界磁巻線7の電流
を制御する界磁チョッパ10が接続されている。
また、電機子6を直列接続した両端間にフライホール用
のダイオード9と、2個の抵抗12の直列回路とが並列
接続されており、さらに、電機子6の相互接合点および
抵抗12の相互接合点間に計器用変圧器(以下PTと言
う)11が接続されている他、電機子6と直列に計器用
変流器(以下CTと言う)13が挿設されている。
ここで、後述する電機子電流制御装置の通流率信号を電
機子チョッパ8に、図示しない界磁電流制御装置のゲー
ト信号を界磁チョッパ10にそれぞれ加えることによっ
て電動機5が車輪2を回動させる。このとき、コンデン
サ4の両端電圧をEC、電機子回路の総抵抗をR、電機
子回路の逆起電力をEM、電機子チョッパ8の通流率信
号をαとすると次式が成立する。
また界磁束をΦ、電動機の毎分回転数をN、比例定数を
とすると逆起電力EMは次式で表わすことができる EM=K・Φ・N ……………(2) このうち、界磁束Φは界磁電流IFの関数で、界磁電流
IFの増加に連れて単調に増加する。
また、主回路が第3図の如く構成されているとき、上記
電機子電流制御装置および界磁電流制御装置はそれぞれ
界磁電流IFと電機子電流IAとを次式に従う直巻特性
で制御する。
IF∝IA ……………………(3) このことは、電機子電流IAが増えたとき(2)(3)式に従
って逆起電力EMが増えるものの、この逆起電力EMの
増加により(1)式に従って電機子電流IAが抑制される
関係にあり、これによって安定した制御系が得られてい
る。
次に、電動機のトルクTと界磁束Φとの間には比例定数
をK,Kとすると、 T=K・Φ・IA …………(4) Φ=K・IF ………………(5) の関係がある。
かかる直流特性を有する電動機を定電流制御している状
態で車輪に空転すると、上記(3),(4),(5)式から明らか
なようにトルクTが変化しないまま静摩擦係数での粘着
状態から、摩擦係数での滑動状態に移行するため自然に
再粘着することは期待できない。
そこで、この種の制御装置は積極的に再粘着させる、い
わゆる、再粘着制御部を備えている。
第4図はこの再粘着制御部を電流制御部と共に示した電
機子電流制御装置100aの構成を示し、空転時の電機
子電流しぼり値ΔIを設定する電流しぼり値発生器1
4と、電機子6の相互接合点および抵抗12の相互接合
間の電圧をPT11によって検出して得られる差電圧信
号ΔEが所定値を超えたとき論理レベル“H”で、こ
れ以外のとき“L”のフラグFG1を発生する空転検知
回路としてのコンパレータ15と、このコンパレータ1
5のフラグFG1が“H”のとき電流しぼり値発生器1
4の電流しぼり値ΔIを出力するスイッチ18とで再
粘着制御部が構成され、電機子電流設定器としての限流
値発生器16と、この限流値ICOから上記電流しぼり
値ΔIを減算した電流指令値ICおよびCT13の出
力である電機子電流検出値IAの偏差を演算すると共
に、この偏差分を零にするような通流率信号αを発生す
るフィードバック補償回路19とで電流制御部が構成さ
れ、そして、この電流制御部の通流率信号をゲートアン
プ17で増幅した通流率信号α′が電機子チョッパ8に
加えられる。
しかして、電機子6に結合された車輪の粘着時にはコン
パレータ15のフラグFG1が“L”であるため、限流
値ICOが電流指令値ICとなり、この電流指令値IC
と電機子電流検出値IAとの偏差が零になるように電機
子チョッパ8が制御される。
一方、電機子6に結合された車輪が空転すると、コン
パレータ15のフラグFG1が“L”から“H”に変化
し、これによってスイッチ18が閉成することから、電
流指令値ICもICOから(ICO−ΔI)に変化す
る。この結果、電動機発生トルクが減じられて車輪は再
粘着せしめられる。
しかしながら、この従来の制御装置は次に述べられる欠
点があった。
a) 空転検出時に電機子電流を急激にしぼり込む構成
であるため、発生トルクの急激により乗り心地が悪化す
る。
b) 空転の度合によって再粘着させるに必要な電流し
ぼり値ΔIも異るが、上記構成では一定値だけしぼり
込むため電流しぼり値ΔIも自ずと大きい値が選定さ
れ、これによって乗り心地がさらに悪化する。
c) 再粘着時に電流指令値ICが元に戻されて電機子
電流が増大すると再び空転することがあり、限流値IC
Oの大きさによっては空転、粘着を繰返すことがある。
〔発明の目的〕
本発明は上記従来のものの欠点を除去するためになされ
たもので、空転車輪を円滑に再粘着させることによって
乗り心地を改善し得、且つ、空転、粘着の繰返しを確実
に防止し得る車両用電動機の制御装置の提供を目的とす
る。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために本発明は、車輪を駆動する直
流分巻電動機を、チョッパ装置を介して制御する車両用
電動機の制御装置において、 前記直流分巻電動機の電機子電流指令信号および電機子
電流検出信号に基いて、これら両信号の偏差を零にする
前記チョッパ装置の通流率信号を発生する電流制御部
と、 前記車輪の空転を検出して有意信号を発生する空転検知
回路と、 この空転検知回路が有意信号を発生したとき、前記チョ
ッパ装置に加えられている通流率信号をサンプルホール
ドするサンプルホールド回路と このサンプルホールド回路のホールド出力および前記電
流制御部の通流率信号を比較し、ホールド出力よりも通
流率信号が大きいとき有意信号を発生するコンパレータ
と、 前記空転検知回路およびコンパレータの少なくとも一方
が有意信号を発生しない期間前記電流制御回路の通流率
信号を前記チョッパ装置に加え、前記空転検知回路およ
びコンパレータの両方が有意信号を発生している期間前
記サンプルホールド回路のホールド出力を前記チョッパ
装置に加える切換装置とを具備したことを特徴としてい
る。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図で、
第3図と同一の要素には同一の符号を付してその説明を
省略する。
この第1図において、電機子電流制御装置100bは、
PT11(第3図)の差電圧信号ΔEを出力して車輪
の空転を検出したときに“H”の信号を出力する空転検
知回路としてのコンパレータ15と、限流値発生器16
の限流値ICOおよび電機子電流検出値IAを入力し、
両者の偏差分を零にするような通流率信号αをフィー
ドバック補償回路19が出力する構成の電流制御部と、
コンパレータ15のフラグFG1が“H”のときゲート
アンプ入力側の通流率信号αをサンプルホールドするサ
ンプルホールド回路20と、フィードバック補償回路1
9の通流率信号αおよびサンプルホールド回路20の
ホールド出力αを比較して両者の関係がα>α
とき“H”になるフラグFG2を発生するコンパレータ
21と、このコンパレータ21が“H”の信号を発生す
る間サンプルホールド回路20の出力を、“L”の信号
を発生している間フィードバック補償回路19の通流率
信号αをそれぞれ選択し、通流率信号αとして出力
する切換スイッチ22と、コンパレータ15が“L”の
信号を発生している間フィードバック補償回路19の通
流率信号αを“H”の信号を発生している間切換スイ
ッチ22によって選択された通流率信号αをそれぞれ
通流率信号αとして出力する切換スイッチ23と、こ
の切換スイッチ23によって選択された通流率信号α
の時間変化率を制限した通流率信号αをゲートアンプ1
7に加える変化率リミッタ24とを備えている。
上記の如く構成された本実施例の作用を以下に説明す
る。
先ず、PT11で得られた差電圧信号ΔEが車輪の空
転を判定する値以下であるとき、すなわち、車輪が空転
していないときにはコンパレータ15のフラグFG1が
“L”であるため、切換スイッチ23は図示した側に切
換えられている。よって、フィードバック補償回路19
の通流率信号αがそのまま通流率信号αとして変化
率リミッタ24に加えられ、ここで時間変化率を抑制し
た通流率信号αに変換される。この通流率信号αはゲー
トアンプ17によって増幅され、増幅された通流率信号
α′が電機子チョッパ8(第3図)に加えられる。
次に、差電圧信号ΔEが車輪の空転を判定する値を超
えると、コンパレータ15は空転と見做してフラグFG
1を“H”にする。なお、フラグFG1が“H”に立ち
上がる瞬間に、ゲートアンプの入力αがサンプルホール
ド回路20によってサンプルホールドされる。このサン
プルホールド回路20のホールド出力αとフィードバ
ック補償回路19の通流率信号αとがコンパレータ2
1によって比較され、α>αのときフラグFG2は
“H”になる。したがって、切換スイッチ22,23は
いずれも図示した側とは反対側に切換えられ、サンプル
ホールド回路20のホールド出力αがそのまま通流率
信号α,αとなって、ゲートアンプ17の入力は変
化しない。
すなわち、空転が発生したときにフィードバック補償回
路19の通流率信号が大きい側に変化したとしても通流
率信号α′は略一定に保持される。
次にコンパレータ15のフラグFG1が“H”のとき、
サンプルホールド回路20のホールド出力αとフィー
ドバック補償回路19の通流率信号αとがα<α
の関係にあればフラグFG2は“L”である。したがっ
て、切換スイッチ22は図示した側に、切換スイッチ2
3は図示した側とは反対側に接続され、フィードバック
補償回路19の通流率信号αがそのまま通流率信号α
,αとなって、ゲートアンプ17の入力は以前より
小さくなる。
すなわち、空転が発生した場合でもフィードバック補償
回路19の通流率信号が小さい側に変化したときにはこ
れに応じて通流率信号α′も小さくなる。
すなわち、空転が発生したときに界磁電流IFを一定に
保っておくならば、電機子電流IAを一定に保持すれば
車輪は再粘着する。
すなわち、車輪の空転によって電機子の逆起電力は増大
するのでその分だけ電機子電流IAが減少すると共にト
ルクも減少して車輪は再粘着する。
第2図は列車の力行時に車輪が空転した場合の再粘着過
程を示すタイムチャートで、同図(a)は電機子電流I
Aの変化を、同図(b)は列車の速度Vの変化をそれぞ
れ示し、同図(c)は通流率信号αの変化を、同図
(d)は空転検知回路としてのコンパレータ15の出力
の変化をそれぞれ示している。
この第2図において、力行による列車の加速中にあって
は通流率信号αが速度Vに比例して大きくなるが、時刻
t1で空転が発生するとこれに応じてフィードバック補
償回路19から出力される通流率信号αも増大する。
しかしながら、通流率信号αの増大に対しては上述し
た関係から通流率信号αが一定に抑えられる一方、この
間に列車の速度Vも漸増するので逆起電力EMも漸増す
る。また、逆起電力EMの漸増により電機子電流IMが
漸減するのでトルクTも漸減して時刻t2にて再粘着す
る。
この再粘着によってフラグFG1が“L”になると、今
度は通流率信号αは、フィードバック補償回路の通流率
信号αに従うので、電機子電流IAは滑らかに変化す
る。
かくして、空転車輪を円滑に再粘着させ得ると共に乗り
心地を改善し得、また、空転、粘着の繰返しをも防止す
ることができる。
なお、上記実施例では車輪の空転検出時にコンパレータ
15が“H”の信号を出力し、且つ、フィードバック補
償回路19の通流率信号αとサンプルホールド回路2
0のホールド出力αとがα>αの関係にあってコ
ンパレータ21が“H”の信号を出力したとき、サンプ
ルホールド回路20のホールド出力が通流率信号となる
ように2個の切換スイッチを用いているが、要は、空転
検知回路が車輪の空転を検出して有意信号を発生し、コ
ンパレータ21がサンプルホールド回路のホールド出力
および電流制御部の通流率信号を比較して通流率信号の
大きいときに有意信号を発生するように構成すると共
に、空転検知回路およびコンパレータの両方が有意信号
を出力している期間サンプルホールド回路の出力を通流
率信号とする切換装置があれば上述したと同様な作用を
行なわせることができる。
〔発明の効果〕
以上の説明によって明らかな如く、本発明に寄れば、車
輪の空転時に電機子チョッパの通流率の下がることはあ
っても上がることはないという制御を行っているので、
必要最小限の電流しぼり値での円滑な再粘着が可能にな
り、これによって乗り心地を改善し得ると共に、空転、
粘着が繰返されるという事態を確実に防止することがで
きる。
また、本発明では空転中でも電機子チョッパの通流率を
減少させ得るので、例えば、架線の電圧が急上昇した場
合にも対処することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の主要部の構成を示すブロッ
ク図、第2図は同実施例の作用を説明するためのタイム
チャート、第3図は本発明の適用対象の主回路部の構成
を示す回路図、第4図は従来装置の主要部の構成を示す
ブロック図である。 5…直流分巻電動機、6…電機子、7…界磁巻線、8…
電機子チョッパ、15…空転検知回路を構成するコンパ
レータ、16…電流制御部を構成する限流値発生器、1
9…電流制御部を構成するフィードバック補償回路、2
0…サンプルホールド回路、21…コンパレータ、2
2,23…切換装置としての切換スイッチ、100a,
100b…電機子電流制御装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車輪を駆動する直流分巻電動機を、チョッ
    パ装置を介して制御する車両用電動機の制御装置におい
    て、 前記直流分巻電動機の電機子電流指令信号および電機子
    電流検出信号に基いて、これら両信号の偏差を零にする
    前記チョッパ装置の通流率信号を発生する電流制御部
    と、 前記車輪の空転を検出して有意信号を発生する空転検知
    回路と、 この空転検知回路が有意信号を発生したとき、前記チョ
    ッパ装置に加えられている通流率信号をサンプルホール
    ドするサンプルホールド回路と このサンプルホールド回路のホールド出力および前記電
    流制御部の通流率信号を比較し、ホールド出力よりも通
    流率信号が大きいとき有意信号を発生するコンパレータ
    と、 前記空転検知回路およびコンパレータの少なくとも一方
    が有意信号を発生しない期間前記電流制御回路の通流率
    信号を前記チョッパ装置に加え、前記空転検知回路およ
    びコンパレータの両方が有意信号を発生している期間前
    記サンプルホールド回路のホールド出力を前記チョッパ
    装置に加える切換装置とを具備したことを特徴とする車
    両用電動機の制御装置。
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