JPH0755004B2 - 電気車の制御装置 - Google Patents

電気車の制御装置

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JPH0755004B2
JPH0755004B2 JP59247660A JP24766084A JPH0755004B2 JP H0755004 B2 JPH0755004 B2 JP H0755004B2 JP 59247660 A JP59247660 A JP 59247660A JP 24766084 A JP24766084 A JP 24766084A JP H0755004 B2 JPH0755004 B2 JP H0755004B2
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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
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/10Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
    • 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
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電気車の制御装置に係り、とくに粘着性能を
最大限に発揮することができるものの構成に関するもの
である。
〔従来の技術〕
電気車輌の駆動は車軸とフレームとの間の摩擦力によつ
て行われるため、この摩擦力を最大限に利用することが
車両技術の基本である。第8図は車輪とレールとの間の
摩擦係数とすべり速度との関係を示す特性図で、摩擦係
数の値自体はレールの表面状態、天候、走行速度等によ
つて大巾に変動する。(車輪の引張力/軸重)が第8図
P点の摩擦係数(粘着係数と呼ばれる)を越えると大空
転が発生し、主電動機、歯車装置等の回転部分、レール
表面、車輪踏面に機械的損傷が発生するとともに引張力
も低下するためこれを防止し、しかもできるだけP点に
近い状態で運転を行うのが大きな課題である。一般にす
べり速度がP点以下の領域を微小空転、即ちクリープ領
域、P点以上をスリツプ領域と称す。ところで、従来は
空転の発生を検知してから引張力を低減するいわゆる空
転発生後の事後処理制御システムが採用されていた。第
9図ないし第11図は従来の電気車の制御装置における空
転検知方式である。それぞれ電圧比較方式、電流比較方
式及び速度発電機方式を示す説明図で、各方式の検出感
度、原理、問題点の比較を下表に示す。
〔発明が解決しようとする問題点〕 しかるに、上記のような従来の電気車の制御装置におい
ては、空転検知方式によつてその検出感度に若干の差異
は認められるが、いずれも空転発生即ちスリツプ領域で
の検出であるため第8図R点近傍で空転を検知し、S点
まで引張力を下げて再粘着させる方式であり、実用粘着
係数が比較的低い領域で使用されることになり以下のよ
うな欠点があつた。即ち、電気機関車においては、動軸
を増す必要から製作コストが高くなり、また動軸数を一
定とするとけん引荷重が小さくなる。そして、電車にお
いては一編成中の(電動車/付随車)即ち電動車比率が
大きくなり製作コスト及び保守コストが高くなる。
この発明はこのような従来のものの欠点を解消するため
になされたもので、粘着性能を最大限に発揮することが
できる電気車の制御装置を提供することを目的とするも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る電気車の制御装置は空転前駆現象として
の輪軸の自励振動における固有振動周波数成分を検出し
て振動検出信号を出力する振動検出装置、上記振動検出
信号を車両速度で除してユニツト化した信号と上記固有
振動周波数成分のユニツト化した許容最大振巾基準とを
比較しユニツト化した固有振動周波数成分が一定になる
ように上記電動機の引張力を制御する電動機制御装置を
備えたものである。
〔作用〕
この発明においては、空転前駆現象の段階で、ユニツト
化した輪軸の固有振動周波数成分を許容範囲で一定にな
るように電動機の引張力を制御するので、空転を生じる
ことなくかつ車両速度にかかわらず高い粘着性能が得ら
れる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の実施例を図面について説明する。
第1図はこの発明を適用した一実施例における電気車の
制御装置の制御ブロツク図である。図において、(Pa
n)はパンタグラフ、(CH)はパタグラフ(Pan)からの
直流入力を制御して台車(BG)内に組み込まれた主電動
機(TM)に直流電流を供給するチヨツパ回路、(TS)は
台車(BG)の輪軸の自励振動を検出するトルクセンサ、
(TG)は台車(BG)内に組み込まれた速度発電機で車両
の速度に比例した信号を出力する。(DF)はトルクセン
サ(TS)で検出した自励振動のうち空転前駆現象として
の固有振動周波数成分のみを取り出すデイジタルフイル
タ回路である。デイジタルフイルタ回路(DF)はその入
力部に増巾器(図示せず)を設け所定の範囲の周波数帯
を通過せしめ、その中から固有振動周波数をマイクロプ
ロセツサを使つてデイジタル的に処理して抽出するもの
で、信号処理時間は数ms程度と極めて早い信号処理を行
うことができる。そしてトルクセンサ(TS)とデイジタ
ルフイルタ回路(DF)ににより振動検出装置(VS)を構
成する。(RA)はデイジタルフイルタ回路(DF)からの
出力を速度発電機(TG)からの出力で除してユニツト化
し、このユニツト化振動検出信号を出力する割算回路、
(CPR)は上記固有振動周波数成分のユニツト化した許
容最大振巾基準(AS)と割算回路(RA)からの出力を比
較する比較器、(SC)は比較器(CPR)からの出力を受
けてクリープ量を制御する制御信号を出力するクリープ
制御器、(AMP)はクリープ制御器(SC)からの制御信
号と加速電流指令(IP)と直流変成器(DCCT)により検
出した主電動機電流(IM)とを入力してチヨツパ回路
(CH)にゲート信号を出力する増巾器である。そして、
チヨツパ回路(CH)、割算回路(RA)、許容最大振巾基
準(AS)、比較器(CPR)、クリープ制御器(SC)及び
増巾器(AMP)により電動機制御装置としてチヨツパ制
御装置(TMC)を構成する。
なお、上記の輪軸の自励振動における固有振動周波数は
駆動系のねじりバネ、車軸のねじりバネ系のねじりバネ
剛性の定数によつて決まり第2図はこの一例を示す。即
ち、第2図(a)はすべり速度xのときのシミユレーシ
ヨン結果に基づく自励振動の振巾の周波数特性を示し、
この例では固有振動周波数はF1H2となつている。そして
クリープ領域においてすべり速度がxからyに増大する
と同図(b)に示すように、上記振巾はすべり速度の大
きさに比例して大きくなつていることが判る。また、自
励振動の固有振動周波数成分振巾は、実験の結果により
第3図に示すように、車両速度にほぼ比例して増加する
ことが判明した。
次に、上記のように構成されたこの発明の一実施例とし
ての電気車の制御装置の動作を説明する。台車(BG)の
輪軸装置に組み込まれた主電動機(TM)によつて車軸が
駆動されるが、車輪に微小空転が発生すると車軸にねじ
りの自励振動が発生する。そして、この自励振動の固有
振動周波数成分は第2図に示すようにすべり速度の上昇
とともに増加する。また、上記自励振動の固有周波数成
分は第3図に示すように、車両速度にほぼ比例して増加
するので、車両速度の影響を除去するための振動の出力
を車両速度で割算するいわゆるユニツト化処理が必要と
なる。従つて、トルクセンサ(TS)により上記自励振動
を検出し、これからデイジタルフイルタ回路(DF)によ
りその固有振動周波数成分のみを取り出し、更に、その
出力を割算回路(KA)でユニツト化し、第8図のQ点に
対応する振動成分でユニツト化した許容最大振巾基準
(AS)と比較器(CPR)により比較しその結果がクリー
プ制御器(SC)を介して増巾器(AMP)に入力される。
そして、加速電流指令(IP)を受けた増巾器(AMP)は
チヨツパ回路(CH)のゲート制御回路を制御し、上記振
動成分が第8図のQ点近傍に対応する値を維持するよう
に主電動機電流(IM)を制御して主電動機(TM)の引張
力を制御する。
上記のように、この発明の一実意例においては、上記制
御によつて電気車は第8図のQ点におけるすべり速度VS
で運転することになり、レールの表面状態や天候等の条
件に関係なく、車輪とレールとの間の最大摩擦係数にほ
ぼ近い値を利用できるので、電気機関車の場合にあつて
は動軸数を減少させることができ(例えば6動軸から4
動軸に減少可能)電気機関車の製作コストの大巾な低
減、省資源が図られ、また主電動機等の単機容量の増大
によつて効率向上による省エネルギー化を図ることがで
きる。更に、電車の場合には粘着係数の改善によつて一
編成列車における電動車比率を低減することができ、初
期投資の大巾な節減と省資源、また列車重量の低減によ
る省エネルギー化と保守費の低減を図ることができる。
第4図はこの発明を適用した他の例の実施例における電
気車の制御装置の制御ブロツク図で、第1図のチヨツパ
回路(CH)に代わり主変圧器(MTR)とその2次側に接
続されたサイリスタブリツジ回路(THB)が採用されて
おり、割算回路(RA)、許容最大振巾基準(AS)、比較
器(CPR)、クリープ制御器(SC)及び増巾器(AMP)を
含めて電動機制御装置としてのサイリスタ位相制御装置
(TMC)を構成している。この場合、交流電気車とし
て、上記一実施例の場合と同様の効果を達成することが
できる。
第5図は第1図のデイジタルフイルタ回路(DF)をアナ
ログフイルタ回路(AF)と検波回路(DET)とで構成し
た実施例でトルクセンサ(TS)による輪軸の自励振動の
うち固有振動周波数成分を検出する方式である。
第6図は第4図のデイジタルフイルタ回路(DF)をアナ
ログフイルタ回路(AF)と検波回路(DET)とで構成し
た実施例で、トルクセンサ(TS)による輪軸の自励振動
のうち、固有振動周波数成分を検出する方式である。
第5図および第6図に示す実施例においても、ユニツト
化した固有振動周波数成分の振巾をユニツト化した許容
最大振巾基準(AS)と比較しユニツト化した固有振動周
波数成分が一定になるよう主電動機(TM)の引張力を制
御することにより、微小空転を許容しながら粘着性能を
最大限に発揮することができる電気車の制御装置を提供
する。
第7図は電動機制御装置として可変電圧可変周波数制御
回路(VVVF)を使用したサイリスタ可変電圧可変周波数
制御装置(TMC)を適用した場合のこの発明の他の実施
例を示し、この場合主電動機(TM)として3相かご形誘
導電動機を使用する電気車の制御装置を提供する。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように、大空転が発生する前の
前駆現象における輪軸の自励振動の固有振動周波数成分
を検出し、この固有振動周波数成分を車両速度で除して
ユニツト化することにより検出信号の速度依存性をなく
した上で、同じくユニツト化した許容最大振巾基準と比
較しユニツト化した固有振動周波数成分が一定となるよ
うに電動機の引張力を制御する構成としたので、車輪と
レールとの最大摩擦係数はほぼ近い摩擦係数を利用する
ことができ粘着性能を最大限に発揮することができると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例における電気車の制御装置
の制御ブロツク図、第2図は自励振動の振巾の周波数特
性を示す特性図、第3図は車両速度と固有振動周波数成
分の振巾との関係を示す特性図、第4図ないし第7図は
この発明のそれぞれ異なる他の実施例における電気車の
制御装置の制御ブロツク図、第8図は車輪とレールとの
間の摩擦係数とすべり速度との関係を示す特性図、第9
図ないし第11図は従来の電気車の制御装置における空転
検知方式であるそれぞれ電圧比較方式、電流比較方式及
び速度発電機方式を示す説明図である。 図において、(TM)は電動機としての主電動機、(VS)
は振動検出装置、(RA)は割算回路、(AS)はユニツト
化した許容最大振巾基準、(TMC)は電動機制御装置で
ある。 なお各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機によって駆動される輪軸の自励振動
    における固有振動周波数成分を検出して振動検出信号を
    出力する振動検出装置、車両速度を検出して上記振動検
    出信号を上記車両速度で除してユニット化し、ユニット
    化振動検出信号を出力する割算回路、上記ユニット化振
    動検出信号と上記固有振動周波数成分のユニット化した
    許容最大振巾基準とを比較する比較回路、この比較回路
    からの出力により車輪のレールに対するすべり速度の量
    を制御する制御信号を出力するクリープ制御器、上記制
    御信号によりユニット化した固有振動周波数成分が一定
    になるように上記電動機の引張力を制御する電動機制御
    装置を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
  2. 【請求項2】振動検出装置は輪軸に取り付けられ上記輪
    軸の自励振動を検出して検出信号を出力するトルクセン
    サと上記検出信号を入力して上記自励振動の固有振動周
    波数成分を取り出し振動検出信号を出力するフイルタ回
    路とから構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の電気車の制御装置。
  3. 【請求項3】フイルタ回路はデイジタルフイルタ回路で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の電気
    車の制御装置。
  4. 【請求項4】フイルタ回路はアナログフイルタ回路と検
    波回路とで構成し、輪軸の自励振動のうち固有振動周波
    数成分を検出することを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の電気車の制御装置。
  5. 【請求項5】電動機制御装置はチヨツパ回路を使用して
    電動機の電流を制御することにより上記電動機の引張力
    を制御するチヨツパ制御装置であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の電
    気車の制御装置。
  6. 【請求項6】電動機制御装置はサイリスタブリツジ回路
    を使用して電動機の電流を制御することにより上記電動
    機の引張力を制御するサイリスタ位相制御装置であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のい
    ずれかに記載の電気車の制御装置。
  7. 【請求項7】電動機制御装置は3相かご形誘導電動機の
    引張力を制御するサイリスタ可変電圧可変周波数制御装
    置であることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
    第4項のいずれかに記載の電気車の制御装置。
JP59247660A 1984-11-22 1984-11-22 電気車の制御装置 Expired - Lifetime JPH0755004B2 (ja)

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JPS61128708A JPS61128708A (ja) 1986-06-16
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5813382B2 (ja) 2011-06-09 2015-11-17 富士通株式会社 電子装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5813382B2 (ja) 2011-06-09 2015-11-17 富士通株式会社 電子装置

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