JPH0956005A - 電気車の制御装置 - Google Patents

電気車の制御装置

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JPH0956005A
JPH0956005A JP7210426A JP21042695A JPH0956005A JP H0956005 A JPH0956005 A JP H0956005A JP 7210426 A JP7210426 A JP 7210426A JP 21042695 A JP21042695 A JP 21042695A JP H0956005 A JPH0956005 A JP H0956005A
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Tokunosuke Tanamachi
棚町　　徳之助
Kiyoshi Nakamura
中村　　清
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、電気車の制御装置に係り、インバー
タの出力周波数指令を作る際に基本的には誘導電動機の
回転周波数を用いず、しかも電流指令相当のトルクで車
両を加速／減速でき、さらに空転／滑走が発生する条件
のもとでは、車輪とレールの粘着限界近傍相当のトルク
で車両を加速／減速できる制御装置を提供することにあ
る。 【構成】インバータ出力周波数指令を周波数時間変化率
指令に基づいて増加／減少させ、その周波数時間変化率
指令を電流制御系により制御するように構成し、また、
再粘着制御系により、周波数時間変化率指令を調整及び
電流指令を変更するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気車の制御装置に係
り、特にインバータによる誘導電動機の制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】インバータ制御車両では、周知のよう
に、インバータの出力周波数指令は誘導電動機の回転周
波数にすべり周波数指令を加減算して与えられ、またイ
ンバータの出力電圧は電圧Ｖと周波数Ｆの比Ｖ／Ｆが一
定となるように、インバータ出力周波数指令に比例して
制御され、さらにすべり周波数制御による電動機電流の
定電流制御が行われるのが一般的である。その定電流制
御系は、空転／滑走が発生すると、電動機回転周波数が
増加／減少して、すべり周波数つまり電動機電流が減少
するのを抑制するため、トルクが減少せず、空転／滑走
を助長させ、大空転／大滑酸に至らしめることはよく知
られている。
【０００３】この空転／滑走の再粘着制御法として、空
転／滑走を検知すると、ある一定のパターンですべり周
波数若しくは電流指令を制御する方法等が「インバータ
車両の空転滑走制御」（平成２年電気学会産業応用部門
全国大会の講演論文集）（以下、文献と称す）に示さ
れている。
【０００４】また、上記のような定電流制御に対して、
「ＶＶＶＦインバータ制御における新しい高粘着制御
法」（電気車の科学１９９２年２月号)(以下、文献と
称す)に周波数変化率制御という考え方が提起されてい
る。この制御法では、インバータ出力周波数指令は、周
波数変化率（加速度）パターンから積分演算して与えら
れる。その結果、空転が発生しても自己再粘着が期待で
きるが、空転を検知して、周波数変化率を変えることに
より、容易に再粘着できることが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、インバ
ータ出力周波数指令が回転周波数に依存（インバータ周
波数指令は回転周波数とすべり周波数とから得られるの
で）し、定電流制御が空転／滑走中も行われるインバー
タの制御方式では、空転／滑走が発生すると、空転／滑
走が助長し、大空転／大滑走になりやすい。また、イン
バータ出力周波数の制御には常時、誘導電動機の回転周
波数が必要不可欠である。
【０００６】文献に示されたような空転／滑走検知に
より、ある一定パターンですべり周波数若しくは電流指
令を制御する再粘着制御法では、誘導電動機のトルクは
そのすべり周波数若しくは電流指令の制御パターンで決
まり、また空転／滑走の誤検知を避けるために、空転／
滑走の検知レベルが高く設定されるため、再粘着制御中
の誘導電動機の平均トルクを車輪とレール間の粘着限界
付近まで高めることは困難である。
【０００７】一方、文献に示されたようなインバータ
の制御法では、回転周波数を用いていないが、文献に
示されたような定電流制御系がないため、線路勾配や車
両重量の変化等に対応すべく、電流の上限・下限リミッ
タによって周波数変化率を可変制御する記載があるもの
の、過電流になりやすく現実的ではない。
【０００８】本発明の目的は、インバータの出力周波数
指令を作る際に基本的には誘導電動機の回転周波数を用
いずに、電流指令相当のトルクで車両を加速（力行）／
減速（回生）でき、さらに空転／滑走が発生する条件の
もとでは、車輪とレール間の粘着限界近傍相当のトルク
で車両を加速／減速できる電気車の制御装置を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、車両駆
動用誘導電動機と、この誘導電動機を駆動するインバー
タと、このインバータが出力する電流の電流指令を発生
する手段と、前記インバータの出力電流を検出する手段
と、車両の加速度／減速度に相当する前記インバータの
出力周波数の時間変化率より大きい基準周波数時間変化
率指令を発生する手段と、前記誘導電動機により駆動さ
れる駆動輪の空転量／滑走量を検出する手段と、前記出
力電流の検出値が前記電流指令を上回るときのこの偏差
及び前記空転量／滑走量の検出値に応じて前記基準周波
数時間変化率指令を調整して、周波数時間変化率指令を
発生する手段と、この周波数時間変化率指令に基づいて
前記インバータの出力周波数指令を発生する手段と、前
記出力電流の検出値が前記電流指令を下回る時間が所定
時間より大きくなったとき、このときの前記出力電流の
検出値に基づいて前記電流指令を変更する再粘着手段と
を備えることにより達成される。
【００１０】
【作用】本発明の構成によれば、空転／滑走が発生しな
い通常時では、インバータの出力周波数の時間変化率指
令はインバータ出力電流が電流指令となるように制御さ
れ、この周波数時間変化率指令に基づいて、インバータ
出力周波数指令は力行時には増加し、回生時には減少す
るよう作られる。このため、インバータ出力周波数指令
を作るために基本的な誘導電動機の回転周波数が不要と
なる。また、周波数時間変化率指令は電流指令に対応し
たものとなるので、車両は電流指令相当のトルクで加速
（力行）／減速（回生）される。
【００１１】さらに、空転／滑走が発生する条件のもと
では、空転量／滑走量に応じて周波数時間変化率指令が
調整されるので、空転／滑走が抑制される。そして、空
転／滑走してから、空転／滑走が車輪とレール間の粘着
限界近傍となるような所定時間後に、このときのインバ
ータの出力電流に基づいて、電流指令が変更されるの
で、空転／滑走は収まりつまり再粘着して、車両は粘着
限界近傍相当のトルクで加速／減速される。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す回路構成で
あって、１は架線から直流を受電するパンタグラフ、２
は直流を３相交流に変換するＰＷＭ（パルス幅変調）イ
ンバータ、３はインバータ２で駆動される車両駆動用誘
導電動機、４はインバータ２の出力電流の電流指令Ｉｐ
を発生する手段、５はインバータ２の出力電流Ｉｍを検
出する手段、１２は誘導電動機３の回転周波数Ｆｒを検
出する手段、２００は主幹制御器である。
【００１３】主幹制御器２００は、運転手によって操作
されるハンドルから指令されるノッチ指令を電流指令発
生手段４及び後述する電圧制御手段１０に出力するもの
である。電流指令発生手段４では、このノッチ指令，誘
導電動機３の回転周波数Ｆｒ及び応荷重装置（図示せ
ず）からの荷重信号を入力して、誘導電動機３の回転周
波数Ｆｒ及びノッチ信号に対応した電流指令Ｉｐを出力
する。なお、ノッチ指令は、電車の場合には最高速度を
規定するものであり、電気機関車の場合には電流値（ト
ルク指令となる）そのものを規定するものである。この
実施例の場合は電車の例であるため、最高速度を規定す
る誘導電動機３の回転周波数Ｆｒ−電流指令Ｉｐ曲線を
示した。また、応荷重装置は、電車に乗車した乗客の重
量を検出するもので、この出力に応じて、いつもほぼ同
じ引張力が得られるように、電流指令Ｉｐを満車の場合
には増す方向に、空車の場合には減らす方向に調整す
る。
【００１４】６は、インバータ２の出力周波数の時間変
化率（時間変化に対する出力周波数変化(Ｈｚ／ｓ)）の
指令αを発生する手段である。以下、インバータ２の出
力周波数の時間変化率を周波数時間変化率と称する。
【００１５】７は、車両速度つまり付随車の輪軸に取り
付けられた検出器により検出される非駆動輪の回転数
（検出器は図示していない）を誘導電動機３と等価な回
転周波数に換算した回転周波数Ｆｔから、車両の加速度
／減速度相当の周波数時間変化率を加減速度演算器７１
で演算し、これに所定値Δαを加算器７２で加算して、
基準周波数時間変化率指令α＊を発生する手段である。
なお、この手段７には、加減速度演算器７１は微分要素
であるので、図示していないが、レール継ぎ目等による
回転周波数Ｆｔの振動成分を除去するための平均値処理
（平滑手段）を設けることが望ましい。
【００１６】８は、空転量／滑走量として、非駆動輪の
回転周波数Ｆｔと誘導電動機３の回転周波数Ｆｒとの回
転周波数差ΔＦを、力行時はＦｒからＦｔを減算器８１
で減算し、回生時はＦｔからＦｒを減算器８１で減算し
て検出する手段である。
【００１７】周波数時間変化率指令発生手段６では、電
流指令Ｉｐからインバータ出力電流の検出値Ｉｍを減算
器６１で減算して、その偏差を電流制御器６２に与え
る。電流制御器６２はインバータ出力電流Ｉｍが電流指
令Ｉｐより大きくなると、その電流偏差に応じて負のΔ
αｉを出力し、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐ
より小さくなると、出力Δαｉが０となるようなもので
ある。そして、この電流制御器６２の出力Δαｉ及び空
転量／滑走量検出手段８の出力ΔＦを倍率器６３でＫａ
倍したΔαｆを基準周波数時間変化率指令発生手段７の
出力α＊に加減算器６４で加減算して、周波数時間変化
率指令α(＝α＊＋Δαｉ−Δαｆ)を出力する。
【００１８】一般に電気車は平坦な路線を走行するとき
の加速度が決められ、この加速度で走行しうるトルクが
設定される。このトルクに基づいて、インバータや誘導
電動機の能力つまり使用電流値等が決定される。このイ
ンバータ２は、図示しないが、複数の自己消弧型半導体
スイッチング素子により構成されている。これら素子は
誘導電動機に対して大電流を供給するので、過電流が発
生すると素子破壊につながる危険性がある。従って、イ
ンバータはその能力に応じた制御を行わなければならな
い。つまり、インバータの出力電流（電動機電流）を管
理する必要があるため、本実施例では電流制御系を設け
ることとした。前述の文献では、電流についてオープ
ンループであるので管理されてなく、素子破壊につなが
る危険性をはらんでおり、電気車の制御系を構成する上
で現実的ではない。
【００１９】９は、インバータ２の出力周波数指令Ｆｉ
ｎを発生する手段である。この手段では、まずインバー
タ２の運転開始時に、誘導電動機３の回転周波数Ｆｒに
基づいて、インバータ出力周波数指令Ｆｉｎの初期値Ｆ
ｉｎｏを初期値設定器９２で設定する。これは、電気車
の再力行時や回生ブレーキ時のために設けたもので、そ
の時点の車両速度（誘導電動機３の回転周波数）から再
力行または回生ブレーキを円滑に行うようにするもので
ある。もしこの構成がないと、車両は思わぬ加減速が発
生する。次に積分演算器９１により、その初期値Ｆｉｎ
ｏに周波数時間変化率指令αを積分演算した値を加減算
（加算は力行時、減算は回生時）して、インバータ出力
周波数指令Ｆｉｎを出力する。
【００２０】１０は、インバータ２の出力電圧をインバ
ータ出力周波数指令Ｆｉｎにほぼ比例させる可変電圧可
変周波数制御（ＶＶＶＦ制御領域）、及びインバータ２
の出力電圧をほぼ一定値に固定する定電圧可変周波数制
御（ＣＶＶＦ制御領域）を行う電圧制御手段である。さ
らに、この得られた電圧の指令を、主幹制御器２００の
ノッチ指令によりリミットするいわゆるノッチ止めも行
う。このノッチ止めは、電流指令発生手段４においても
ノッチに対応した最高速度になるような電流指令を出力
するのであるが、その効果を早めるため設けられたもの
である。
【００２１】１１は、インバータ出力周波数指令Ｆｉｎ
と電圧制御手段１０からの電圧指令Ｖｉｎとを受けて、
インバータ２が所定の動作を行うように、インバータ２
を構成するスイッチング素子（図示していない）に与え
るゲート信号を発生する手段である。
【００２２】１３は、インバータ出力電流Ｉｍと電流指
令Ｉｐを比較して、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令
Ｉｐを下回る時間が所定時間より大きくなったとき、こ
のときのインバータ出力電流Ｉｍに基づいて、電流指令
発生手段４の電流指令Ｉｐを変更する再粘着手段であ
る。なお、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐを下
回る時間は、インバータ出力電流Ｉｍと電流指令Ｉｐを
比較しなくても、電流制御器６２の出力Δαｉが０であ
る時間でもよい。
【００２３】以上のような回路構成において、空転／滑
走が発生しない通常の基本動作について説明する。
【００２４】図１において、インバータ出力電流Ｉｍが
電流指令Ｉｐより小さい場合、電流制御器６２の出力Δ
αｉは０であり、周波数時間変化率指令αは車両の加速
度／減速度相当の周波数時間変化率（誘導電動機３の回
転周波数の時間変化率）に所定値Δαを加えた基準周波
数時間変化率指令α＊となる。このため、誘導電動機３
のすべり周波数はその所定値Δαにより増加し、電動機
電流つまりインバータ出力電流Ｉｍは電流指令Ｉｐとな
るように増加する。そして、インバータ出力電流Ｉｍが
電流指令Ｉｐより大きくなると、電流制御器６２が出力
Δαｉ(負の値)を発生する。この電流制御器６２の出力
Δαｉにより、所定値Δαが補正されて、周波数時間変
化率指令αは車両の加速度／減速度相当の周波数時間変
化率と等しくなる。すなわち、周波数時間変化率指令α
に基づくインバータ出力周波数指令Ｆｉｎの増加（力行
時）／減少（回生時）は誘導電動機３の回転周波数Ｆｒ
の増加／減少と等しく、つまりすべり周波数は一定とな
り、またインバータ出力電流Ｉｍは電流指令ＩｐよりΔ
αｉ相当分だけ僅かに大きくなる。従って、周波数時間
変化率指令αは電流指令Ｉｐ（≒インバータ出力電流Ｉ
ｍ）に対応したものとなり、車両は電流指令Ｉｐ相当の
トルクで加速（力行）／減速（回生）される。
【００２５】次に、力行・加速モードで、空転が発生す
る条件での基本動作について、図２により説明する。な
お、図２は、空転量（回転周波数Ｆｒと非駆動輪の回転
周波数（車両速度）Ｆｔとの回転周波数差）ΔＦに対す
る誘導電動機３のトルクＴｍ（すべり周波数Ｆｓ）及び
レールと車輪の間の粘着力相当のトルクＴμを示したも
ので、図２（Ａ）はΔＦの変化に対するＴｍの変化（点
線のｄＴｍ／ｄΔＦ）がΔＦの変化に対するＴμの変化
（太線のｄＴμ／ｄΔＦ）より大きい場合で、図２
（Ｂ）は点線のｄＴｍ／ｄΔＦが太線のｄＴμ／ｄΔＦ
より小さい場合である。
【００２６】図１において、レールと車輪の間の粘着限
界相当のトルクＴμが低下して、図２（Ａ）及び図２
（Ｂ）のｂ点のように、ａ点の誘導電動機３のトルクＴ
ｍより小さくなると、誘導電動機３が空転し始める。誘
導電動機３が空転すると、その回転周波数Ｆｒの増加が
インバータ出力周波数指令Ｆｉｎの増加より大きくなっ
て、すべり周波数つまりインバータ出力電流（電動機電
流）Ｉｍが電流指令Ｉｐより小さくなり、電流制御器６
２の出力Δαｉは０となる。そして、空転量ΔＦをＫａ
倍したΔαｆにより、車両の加速度相当の周波数時間変
化率に所定値Δαを加えた基準周波数時間変化率指令α
＊が調整されて、周波数時間変化率指令αが得られる。
【００２７】図２（Ａ）において、空転量ΔＦをＫａ倍
したΔαｆ＜車両の加速度相当の周波数時間変化率に加
える所定値Δα（ΔＦ＜Δα／Ｋａ）では、周波数時間
変化率指令α＞車両の加速度相当の周波数時間変化率
で、すべり周波数Ｆｓは、Δα−Δαｆにより増加（点
線のトルクＴｍ（Ｆｓ）線が上方向に向かう）、ΔＦに
より減少、結果的には減少し、Ｔｍは実線矢印のように
減少する。このとき、ΔＦの変化に対するＴｍの変化
（点線のｄＴｍ／ｄΔＦ）＞ΔＦの変化に対するレール
と車輪の間の粘着力相当のトルクＴμの変化（太線のｄ
Ｔμ／ｄΔＦ）のため、ΔＦの増加と共に、空転を増加
させる力（Ｔｍ−Ｔμ）は減少する。ΔＦが増加して、
Δαｆ＞Δα（ΔＦ＞Δα／Ｋａ）になると、周波数時
間変化率指令α＜車両の加速度相当の周波数時間変化率
で、すべり周波数Ｆｓは、Δαｆ−Δαにより減少（点
線のＴｍ(Ｆｓ)線が下方に向かう）、ΔＦにより減少、
結果的には減少度合が増し、Ｔｍは実線矢印のように減
少する。やがて、Ｔｍ＜Ｔμとなり、ΔＦは増加から減
少に転じ、このΔＦの減少により、ＦｓつまりＴｍは減
少から実線矢印のように増加に転じる。そして、再びΔ
αｆ＜Δα（ΔＦ＜Δα／Ｋａ）になろうとするが、点
線のｄＴｍ／ｄΔＦ＞太線のｄＴμ／ｄΔＦのため、空
転はＴｍ＝ＴμつまりΔαｆ＝Δα（周波数時間変化率
指令α＝車両の加速度相当の周波数時間変化率）となる
ｃ点で平衡する。そこで、空転つまり電流指令Ｉｐ＞イ
ンバータ出力電流（電動機電流）Ｉｍとなってからｃ点
近傍となるような所定時間後に、ＩｐをこのときのＩｐ
より小さい値Ｉｐ′に変更する。その結果、Ｉｐ′＜Ｉ
ｍとなるが、前述のように、Ｉｍ≒Ｉｐ′となるよう
に、電流制御器６２により、周波数時間変化率指令αが
制御され、Ｔｍ＜Ｔμ状態で、Ｔｍ（Ｆｓ）は点線矢印
のように移動つまりΔＦは減少し、ｄ点に再粘着する。
このとき、Ｋａが大きい程、ｃ点のΔＦは小さくなり、
ｃ点のインバータ出力電流（電動機電流）Ｉｍつまりト
ルクＴｍは粘着限界相当の値（ｂ点）に近づく。従っ
て、電流指令Ｉｐを変更する所定時間を適切に設定すれ
ば、粘着限界近傍に対応した電流指令Ｉｐ′相当のトル
クで車両を加速することができる。
【００２８】図２（Ｂ）において、空転量ΔＦをＫａ倍
したΔαｆ＜車両の加速度相当の周波数時間変化率に加
える所定値Δα（ΔＦ＜Δα／Ｋａ）では、図２（Ａ）
と同様に、トルクＴｍ（すべり周波数Ｆｓ）は実線矢印
のように減少する。このとき、ΔＦの変化に対するＴｍ
の変化（点線のｄＴｍ／ｄΔＦ）＜ΔＦの変化に対する
レールと車輪の間の粘着力相当のトルクＴμの変化（太
線のｄＴμ／ｄΔＦ）のため、ΔＦの増加と共に、空転
を増加させる力（Ｔｍ−Ｔμ）は増加する。ΔＦが増加
して、Δαｆ＞Δα（ΔＦ＞Δα／Ｋａ）になると、図
２（Ａ）と同様に、Ｔｍ（Ｆｓ）は実線矢印のように、
点線のｄＴｍ／ｄΔＦ＞太線のｄＴμ／ｄΔＦとなる領
域まで減少する。やがて、Ｔｍ＜Ｔμとなり、ΔＦは増
加から減少に転じ、このΔＦの減少により、Ｆｓつまり
Ｔｍは減少から実線矢印のように増加に転じる。そし
て、再びΔαｆ＜Δα（ΔＦ＜Δα／Ｋａ）になって
も、点線のｄＴｍ／ｄΔＦ＜太線のｄＴμ／ｄΔＦのた
め、Ｔｍ＜Ｔμの状態でｅ点に達して、再粘着し、車両
の加速度相当の周波数時間変化率に加える所定値Δαに
より、ＦｓつまりＴｍは増加つまりａ点に向かう。そこ
で、このままでは再び空転するので、空転つまり電流指
令Ｉｐ＞インバータ出力電流（電動機電流）Ｉｍとなっ
てから、ＦｓつまりＴｍがｅ点からａ点に向かう途中つ
まりｂ点より小さいｆ点に達するような所定時間後に、
ＩｐをこのときのＩｍより小さい値Ｉｐ′に変更する。
その結果、Ｉｐ′＜Ｉｍとなるが、前述のように、Ｉｍ
≒Ｉｐ′となるように、電流制御器６２により周波数時
間変化率指令αが制御される。従って、電流指令Ｉｐを
変更する所定時間を適切に設定すれば、ｆ点のインバー
タ出力電流（電動機電流）Ｉｍつまりトルクは粘着限界
相当の値（ｂ点）に近づき、粘着限界近傍に対応した電
流指令Ｉｐ′相当のトルクで車両を加速することができ
る。
【００２９】なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）におい
て、ｂ点のレールと車輪の間の粘着力相当のトルクＴμ
がａ点の誘導電動機３のトルクＴｍ以上に回復する場合
を考えると、再粘着手段１３には、インバータ出力電流
（電動機電流）Ｉｍが変更後の電流指令Ｉｐ′を上回る
時間が所定時間より大きくなると、変更後の電流指令Ｉ
ｐ′を変更前の電流指令Ｉｐに緩やかに戻す機能が必要
である。
【００３０】以上の基本動作は、回生・減速モードで滑
走した場合も同様である。
【００３１】以上のように、本実施例によれば、インバ
ータ出力周波数指令は周波数時間変化率指令に基づいて
作られるので、インバータ出力周波数指令を作るために
は基本的には誘導電動機の回転周波数が不要である。ま
た、空転／滑走が発生しない通常時は、周波数時間変化
率指令はインバータ出力電流が電流指令となるように制
御されるので、過電流になりにくくて、電流指令相当の
トルクで車両を加速／減速できるという効果がある。さ
らに、空転／滑走が発生する条件のもとでは、周波数時
間変化率指令は空転量／滑走量に応じて調整され、これ
により空転／滑走が抑制される。そして、空転／滑走し
てから、空転／滑走が粘着限界近傍となるような所定時
間後に、このときのインバータ出力電流に基づいて、電
流指令が変更されるので、空転／滑走は収まりつまり再
粘着して、車両は粘着限界近傍相当のトルクで加速／減
速されるという効果がある。
【００３２】以上の効果に加えて、本実施例によれば、
空転／滑走が発生しない通常時において、空転量／滑走
量検出手段８の出力ΔＦに誤差が生じても、この誤差成
分が、車両の加速度／減速度相当の周波数時間変化率に
加える所定値Δαより大きくならない限り、何ら問題は
ない。また、仮に誤差成分が所定値Δαより大きくなっ
たとしても、一時的なものであれば、誤差成分と所定値
Δαとの差を積分したものがすべり周波数の変化となる
ので、この変化の影響（電流およびトルクの変化）は小
さいという効果がある。
【００３３】なお、図１に示す実施例において、空転量
／滑走量検出手段８の出力ΔＦの定常的な誤差の影響を
なくすには、空転／滑走が発生しない通常時、つまり電
流指令Ｉｐ＜インバータ出力電流Ｉｍの状態（ΔＦ＝０
となる状態）において、ΔＦを定期的にチェックして、
ΔＦの定常的誤差を補正するような手段を設ければよ
い。
【００３４】また、定速運転を行う場合、定速運転指令
により周波数時間変化率指令αを０にする手段を設けれ
ば、その指令が出たときの速度が基本的には維持され
る。
【００３５】さらに、インバータ出力周波数指令発生手
段９には、誘導電動機３のすべり周波数が所定値Ｆｓｍ
より大きくならないように、つまりインバータ出力周波
数指令Ｆｉｎが、力行時は回転周波数にＦｓｍを加算し
た周波数がより大きくならないように、回生時は回転周
波数からＦｓｍを減算した周波数がより小さくならない
ようにする手段が必要である。
【００３６】図３は本発明の第２の実施例を示す回路構
成であって、図１に示す第１の実施例と異なるところ
は、インバータ出力周波数指令発生手段９と再粘着手段
１３である。すなわち、インバータ出力周波数指令発生
手段９では、倍率器９３，９４及び加減算器９５，９６
を付加して、電流制御器６２の出力Δαｉ，空転量／滑
走量検出手段８の出力ΔＦ及び再粘着手段１３の出力Δ
Ｆｆ（一定量）によりインバータ出力周波数指令Ｆｉｎ
を調整するようにしたことである。また、再粘着手段１
３では、空転／滑走つまり電流指令Ｉｐ＞インバータ出
力電流Ｉｍとなってから、所定時間Ｔｓ１後に、周波
数時間変化率指令発生手段６の倍率器６３の倍率Ｋａを
変更し、所定時間Ｔｓ２（＞Ｔｓ１）後に、Ｋａを元
に戻し、Ｔｓ２後のインバータ出力電流Ｉｍに基づい
て、前述のように、電流指令Ｉｐを変更し、Ｔｓ２後
の空転量／滑走量検出手段８の出力ΔＦに基づいて、
一定量の周波数調整量ΔＦｆを出力するようにしたこと
である。これらについて以下説明する。
【００３７】図３の第２の実施例において、インバータ
出力周波数指令発生手段９では、電流制御器６２の出力
Δαｉを倍率器９３でＫｉ倍し、これを積分演算器９１
の出力Ｆｉｎ′に加減算器９５で加減算（加算は力行
時、減算は回生時）して、インバータ出力周波数指令Ｆ
ｉｎを調整する。これにより、インバータ出力電流Ｉｍ
が電流指令Ｉｐより大きくなろうとする場合、インバー
タ出力電流Ｉｍの制御応答性を高めることができる。
【００３８】また、インバータ出力周波数指令発生手段
９では、空転量／滑走量検出手段８の出力ΔＦを倍率器
９４でＫｆ倍し、これを積分演算器９１の出力Ｆｉｎ′
に加減算器９５で加減算（減算は力行時、加算は回生
時）して、インバータ出力周波数指令Ｆｉｎを調整す
る。これにより、誘導電動機３が空転／滑走した場合、
空転／滑走の制御応答性を高めることができる。
【００３９】ところで、周波数時間変化率指令発生手段
６の倍率器６３の倍率Ｋａは、前述のように、大きい方
が良いが、余り大きくしたのでは、空転／滑走が発生し
ない通常時において、空転量／滑走量検出手段８の出力
ΔＦに誤差が生じた場合、ΔＦをＫａ倍したΔαｆが車
両の加速度／減速度相当の周波数時間変化率に加える所
定値Δαより大きくなるようなことが生じる。その結
果、周波数時間変化率指令α＜車両の加速度／減速度相
当の周波数時間変化率（インバータ出力電流Ｉｍ＜電流
指令Ｉｐ）となり、所望の加速度／減速度が得られなく
なる。
【００４０】そこで、再粘着手段１３では、空転／滑走
が発生しない通常時においては、周波数時間変化率指令
発生手段６の倍率器６３の倍率Ｋａを小さめに設定して
おいて、空転／滑走つまり電流指令Ｉｐ＞インバータ出
力電流Ｉｍとなってから、第１の所定時間Ｔｓ１後に、
Ｋａを大きめに変更し、第２の所定時間Ｔｓ２（＞Ｔｓ
１）後に、Ｋａを元に戻す。これにより、空転／滑走が
発生しない通常時において、空転量／滑走量検出手段８
の出力ΔＦの誤差による影響を軽減できる。これに加え
て、前述のように、ΔＦの定常的誤差を補正する手段を
設けることが望ましい。また、Ｔｓ２後に、このときの
インバータ出力電流Ｉｍに基づいて、前述のように電流
指令Ｉｐを変更する。さらに、Ｔｓ２後に、このときの
空転量／滑走量検出手段８の出力ΔＦに基づく一定量Δ
Ｆｆを、積分演算器９１の出力Ｆｉｎ′に加減算器９６
で加減算（減算は力行時、加算は回生時）して、インバ
ータ出力周波数指令Ｆｉｎを調整する。これにより、Δ
Ｆに対応してすべり周波数が絞られ、再粘着が確実にな
る。なお、ΔＦｆは空転／滑走と再粘着が繰り返される
度に積算される。
【００４１】以上のように、図３に示す第２の実施例に
よれば、前述の図１に示す第１の実施例の効果に加え
て、インバータ出力電流Ｉｍの制御応答性及び空転／滑
走の制御応答性を高めることができる。また、空転量／
滑走量検出手段８の出力ΔＦの誤差による影響を軽減で
き、さらには再粘着を確実に行うことができる。
【００４２】図４は本発明の第３の実施例を示す回路構
成であって、図３に示す第２の実施例と異なるところ
は、周波数時間変化率指令発生手段６とインバータ出力
周波数指令発生手段９である。すなわち、周波数時間変
化率指令発生手段６では、電流指令Ｉｐからインバータ
出力電流Ｉｍを減算器６１で減算し、この偏差に応じ
て、電流制御器６５は周波数時間変化率指令α′を出力
する。このα′の上限はリミッタ６６で基準周波数時間
変化率指令α＊に制限される。そして、α′から空転量
／滑走量ΔＦに応じたΔαｆを減算器６７を減算して、
周波数時間変化率指令αを出力する。また、これに伴
い、インバータ出力周波数指令発生手段９では、図３の
倍率器９３を増幅器９７に置き換えて、電流制御器６５
の出力α′が負になると（電流指令Ｉｐ＜インバータ出
力電流Ｉｍ）、前述のように、積分演算器９１の出力Ｆ
ｉｎ′を調整するようにした。
【００４３】以上のような回路構成において、空転／滑
走が発生しない通常時では、周波数時間変化率指令α
は、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐとなるよう
に制御される。また、空転／滑走が発生する条件では、
インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐより小さくなる
と、電流制御器６５の出力α′は基準周波数時間変化率
α＊となり、このα＊が空転量／滑走量ΔＦに応じたΔ
αｆにより調整される。すなわち、基本的には図３に示
す実施例と同様の動作である。
【００４４】従って、図４の実施例によれば、前述の図
３の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】なお、周波数時間変化率指令発生手段６
は、図５のように、所定の周波数時間変化率指令αｐを
発生する手段６８を設け、このαｐに、電流指令Ｉｐと
インバータ出力電流Ｉｍの偏差に応じた電流制御器６５
の出力を加算器６９で加算して、周波数時間変化率指令
α′を発生するように構成しても、前述と同様の作用効
果が得られるということはいうまでもない。
【００４６】なお、図１，図３及び図４の実施例におい
て、車両の加速度／減速度相当の周波数時間変化率より
大きい基準周波数時間変化率指令α＊を発生する手段７
は、付随車の非駆動輪の回転周波数Ｆｔから、車両の加
速度／減速度相当の周波数時間変化率を演算し、これに
所定値Δαを加える構成であったが、次のように構成し
てもよい。
【００４７】（１）…車両は電車を例にとると、一般に
図６のように、４個の誘導電動機３１〜３４で駆動され
る。図６（Ａ）は１台のインバータ２１（２２，２３，
２４）で１個の誘導電動機３１（３２，３３，３４）を
制御する場合、図６(Ｂ)は１台のインバータ２１（２
２）で２個の誘導電動機３１，３２（３３，３４）を制
御する場合、図６（Ｃ）は１台のインバータ２で４個の
誘導電動機３１〜３４を制御する場合である。なお、図
１，図３及び図４の実施例は、図６（Ａ）のインバータ
１台で誘導電動機１個を制御する場合である。そこで、
これらの誘導電動機３１〜３４の回転周波数Ｆｒ１〜Ｆ
ｒ４を検出器１２１〜１２４で検出して、これらから車
両の加速度／減速度相当の周波数時間変化率をそれぞれ
演算する。そして、その中から適切なものを選択若しく
はそれらを平均し、これに所定値Δαを加えて、基準周
波数時間変化率指令α＊を発生するように構成する。そ
の一例を図７に示す。図７では、誘導電動機３１〜３４
の回転周波数Ｆｒ１〜Ｆｒ４から、加減速度演算器７１
１〜７１４で周波数時間変化率をそれぞれ演算し、この
中から選択器７１５で、力行時は最小値（最小値ではレ
ール継ぎ目による振動を検出してしまう場合は２番目に
小さい値を選択する）、回生時は最大値（最大値ではレ
ール継ぎ目による振動を検出してしまう場合は２番目に
大きな値を選択する）を選択して、これに所定値Δαを
加算器７２で加算して基準周波数時間変化率指令α＊を
出力する。また、図示していないが、４個の誘導電動機
３１〜３４の周波数時間変化率の中から最小値と最大値
を除いた平均値に所定値Δαを加算するようにしてもよ
い。また、電気車は一般に複数の駆動車で駆動されるの
で、これらの駆動車の誘導電動機の周波数時間変化率に
基づいて、上述と同様にして、基準周波数時間変化率指
令α＊を発生するようにしてもよい。
【００４８】（２）…電流指令Ｉｐ若しくはインバータ
出力電流（電動機電流）Ｉｍから車両の加速度／減速度
相当の周波数時間変化率を推定し、これに基づいて、車
両の加速度／減速度相当の周波数時間変化率より大きい
基準周波数時間変化率指令α＊を発生するように構成す
る（図示しない）。この場合、車両の加速度／減速度相
当の周波数時間変化率とα＊の差分の大きさは、前述の
ように、図１及び図３の実施例では電流制御器６２の出
力Δαｉから、図４の実施例では電流制御器６５の出力
α′とα＊の差から推定できるので、車両の加速度／減
速度相当の周波数時間変化率が、乗車率や勾配などの負
荷により変化することを考慮すると、Δαｉ若しくは
α′とα＊の差を定期的にチェックして、Δαｉ若しく
はα′とα＊の差が必要以上に大きい場合や小さい場合
には、α＊を変更する手段を設けることが望ましい。
【００４９】以上のことは、図１，図３及び図４の実施
例で、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）のように、インバータ
１台で複数個の誘導電動機を制御する場合においても同
様である。
【００５０】また、図１，図３及び図４の実施例におい
て、空転量／滑走量ΔＦを検出する手段８は、駆動輪の
回転周波数Ｆｒと非駆動輪の回転周波数Ｆｔとの差を検
出する構成であったが、次のように構成してもよい。
【００５１】（１）…図６（Ａ）のインバータ１台で誘
導電動機１個を制御する場合は、図８（Ａ）のように構
成する。すなわち、インバータ２１で制御される誘導電
動機３１の回転周波数Ｆｒ１と、他のインバータ２２〜
２４で制御される誘導電動機３２〜３４の回転周波数Ｆ
ｒ２〜Ｆｒ４の中から選択器８２で選択したもの、例え
ば力行時は最小値Ｆｒｐｏ（最小値ではレール継ぎ目に
よる振動を検出してしまう場合は２番目に小さい値を選
択する)、回生時は最大値Ｆｒｇｏ(最大値ではレール継
ぎ目による振動を検出してしまう場合は２番目に大きな
値を選択する）との回転周波数差ΔＦを、力行時はＦｒ
１からＦｒｇｏを減算器８１で減算し、回生時はＦｒｇ
ｏからＦｒ１を減算器８１で減算して検出する。
【００５２】（２）…図６（Ｂ）のインバータ１台で誘
導電動機２個を制御する場合は、図８（Ｂ）のように構
成する。すなわち、図８（Ｂ−１）のように、インバー
タ２１で制御される誘導電動機３１と３２の回転周波数
Ｆｒ１とＦｒ２の力行時は大きい方Ｆｒｍ、回生時は小
さい方Ｆｒｓを選択器８３で選択し、これと非駆動輪の
回転周波数Ｆｔとの回転周波数差ΔＦを、力行時はＦｒ
ｍからＦｔを減算器８１で減算し、回生時はＦｔからＦ
ｒｓを減算器８１で減算して検出する。または、図８
（Ｂ−２）のように、インバータ２１で制御される誘導
電動機３１と３２の回転周波数Ｆｒ１とＦｒ２の力行時
は大きい方Ｆｒｍ、回生時は小さい方Ｆｒｓを選択器８
３で選択したものと、他のインバータ２２で制御される
誘導電動機３３と３４の回転周波数Ｆｒ３とＦｒ４及び
Ｆｒ１とＦｒ２の中から選択器８４で選択したもの、例
えば力行時は最小値Ｆｒｐｏ（最小値ではレール継ぎ目
による振動を検出してしまう場合は２番目に小さい値を
選択する）、回生時は最大値Ｆｒｇｏ（最大値ではレー
ル継ぎ目による振動を検出してしまう場合は２番目に大
きな値を選択する）との回転周波数差ΔＦを、力行時は
ＦｒｍからＦrpoを減算器８１で減算し、回生時はＦｒ
ｇｏからＦｒｓを減算器８１で減算して検出する。
【００５３】（３）…図６（Ｃ）のインバータ１台で誘
導電動機４個を制御する場合は、図８（Ｃ）のように構
成する。すなわち、図８（Ｃ−１）のように、インバー
タ２で制御される誘導電動機３１〜３４の回転周波数Ｆ
ｒ１〜Ｆｒ４の中から、力行時は最大値Ｆｒmax、回生
時は最小値Ｆｒminを選択器８３で選択し、これと非駆
動輪の回転周波数Ｆｔとの回転周波数差ΔＦを、力行時
はＦｒmax からＦｔを減算器８１で減算し、回生時はＦ
ｔからＦｒmin を減算器８１で減算して検出する。また
は、図８（Ｃ−２）のように、インバータ２で制御され
る誘導電動機３１〜３４の回転周波数Ｆｒ１〜Ｆｒ４の
中から、力行時は最大値Ｆｒmax 、回生時は最小値Ｆｒ
min を選択器８３で選択したものと、Ｆｒ１〜Ｆｒ４か
ら例えば力行時は最小値Ｆｒｐｏ（最小値ではレール継
ぎ目による振動を検出してしまう場合は２番目に小さい
値を選択する）、回生時は最大値Ｆｒｇｏ（最大値では
レール継ぎ目による振動を検出してしまう場合は２番目
に大きな値を選択する）との回転周波数差ΔＦを、力行
時はＦｒmax からＦｒｐｏを減算器８１で減算し、回生
時はＦｒｇｏからＦｒmin を減算器８１で減算して検出
する。
【００５４】また、電気車は一般に複数の駆動車で駆動
されるので、これらの駆動車の誘導電動機の回転周波数
から、前述の（１)〜(３）と同様にして、空転量／滑走
量を検出するようにしてもよい。
【００５５】次に、シミュレーション例について述べ
る。
【００５６】図９と図１０は誘導電動機３が空転するよ
うな条件でシミュレーションを行った例である。図９は
図３の実施例による再粘着制御の場合で、図１０は空転
検知により、一定のパターンですべり周波数を制御する
（空転を検知すると一定速度で絞り、再粘着すると一定
速度で緩やかに回復させる）従来の再粘着制御の場合で
ある。図９より、図３の実施例によれば、誘導電動機３
のトルクＴｍが粘着限界に達するまでは、トルクＴｍは
電流指令Ｉｐに従って制御されていることが分かる。図
９と図１０より、図３の実施例（図９）によれば、従来
方法（図１０）と比べて、空転頻度が少なくなり、また
トルクＴｍは粘着限界まで高められていることが分か
る。
【００５７】図１１と図１２は空転を誤検出するよう
に、誘導電動機３の回転周波数Ｆｒを振動的に変化させ
た場合のシミュレーション例である。図１１は図３の実
施例による再粘着制御の場合で、図１２は空転検知によ
り、一定のパターンですべり周波数を制御する（空転を
検知すると一定速度で絞り、再粘着すると一定速度で緩
やかに回復させる）従来の再粘着制御の場合である。図
１１と図１２より、空転を誤検出すると、図３の実施例
（図１１）では誘導電動機３のトルクＴｍの変化は僅か
であるが、従来方法（図１２）ではトルクＴｍは大きく
低下していることが分かる。従って、従来の再粘着制御
法では、空転の検出レベルを大きくしなければならず、
そうすると、先の図１０より空転が大きくなって、トル
クＴｍの低下が大きくなり、加速特性は悪化する。
【００５８】以上の実施例では、電流指令をトルクを制
御する操作量として説明したが、例えば、交流電動機の
ベクトル制御のように、トルクを制御する操作量がトル
ク指令或いはトルク電流指令であるものにおいては、こ
れら指令に対して、本発明を適用しても同様の効果があ
り、これらも本発明の範囲である。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、インバータの出力周波
数指令は周波数時間変化率指令に基づいて作られるの
で、インバータの出力周波数指令を作るためには、基本
的には誘導電動機の回転周波数が不要である。また、空
転／滑走が発生しない通常時は、周波数時間変化率指令
はインバータの出力電流が電流指令となるように制御さ
れるので、過電流になりにくくて、電流指令相当のトル
クで車両を加速／減速できるという効果がある。さら
に、空転／滑走が発生する条件のもとでは、周波数時間
変化率指令は空転量／滑走量に応じて調整され、これに
より空転／滑走が抑制される。そして、空転／滑走して
から、空転／滑走が粘着限界近傍となるような所定時間
後に、このときのインバータの出力電流に基づいて、電
流指令が変更されるので、空転／滑走は収まりつまり再
粘着して、車両は粘着限界近傍相当のトルクで加速／減
速されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図。
【図２】図１における空転時の基本動作の説明図。
【図３】本発明の第２の実施例を示す回路構成図。
【図４】本発明の第３の実施例を示す回路構成図。
【図５】図４の周波数時間変化率指令発生手段６の他の
構成図。
【図６】車両の駆動形態。
【図７】図１，図３及び図４の基準周波数時間変化率指
令発生手段７の他の構成図。
【図８】図１，図３及び図４の空転量／滑走量検出手段
８の他の構成図。
【図９】図３による再粘着制御のシミュレーション例。
【図１０】従来方法による再粘着制御のシミュレーショ
ン例。
【図１１】図３による空転誤検出のシミュレーション
例。
【図１２】従来方法による空転誤検出のシミュレーショ
ン例。
【符号の説明】
１…パンタグラフ、２…ＰＷＭインバータ、３…誘導電
動機、４…電流指令発生手段、５…インバータ出力電流
検出手段、６…周波数時間変化率指令発生手段、７…基
準周波数時間変化率指令発生手段、８…空転量／滑走量
検出手段、９…インバータ出力周波数指令発生手段、１
３…再粘着手段。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車両駆動用誘導電動機と、この誘導電動機
    を駆動するインバータと、このインバータが出力する電
    流の電流指令を発生する手段と、前記インバータの出力
    電流を検出する手段と、車両の加速度／減速度に相当す
    る前記インバータの出力周波数の時間変化率より大きい
    基準周波数時間変化率指令を発生する手段と、前記誘導
    電動機により駆動される駆動輪の空転量／滑走量を検出
    する手段と、前記出力電流の検出値が前記電流指令を上
    回るときのこの偏差及び前記空転量／滑走量の検出値に
    応じて前記基準周波数時間変化率指令を調整して、周波
    数時間変化率指令を発生する手段と、この周波数時間変
    化率指令に基づいて前記インバータの出力周波数指令を
    発生する手段と、前記出力電流の検出値が前記電流指令
    を下回る時間が所定時間より大きくなったとき、このと
    きの前記出力電流の検出値に基づいて前記電流指令を変
    更する再粘着手段とを備えた電気車の制御装置。
  2. 【請求項２】車両駆動用誘導電動機と、この誘導電動機
    を駆動するインバータと、このインバータが出力する電
    流の電流指令を発生する手段と、前記インバータの出力
    電流を検出する手段と、車両の加速度／減速度に相当す
    る前記インバータの出力周波数の時間変化率より大きい
    基準周波数時間変化率指令を発生する手段と、前記誘導
    電動機により駆動される駆動輪の空転量／滑走量を検出
    する手段と、前記電流指令と前記出力電流の検出値の偏
    差に基づいて、前記基準周波数時間変化率指令を越えな
    いように制限された第１の周波数時間変化率指令を発生
    する手段と、この第１の周波数時間変化率指令を前記空
    転量／滑走量の検出値に応じて調整して、第２の周波数
    時間変化率指令を発生する手段と、この第２の周波数時
    間変化率指令に基づいて前記インバータの出力周波数指
    令を発生する手段と、前記出力電流の検出値が前記電流
    指令を下回る時間が所定時間より大きくなったとき、こ
    のときの前記出力電流の検出値に基づいて前記電流指令
    を変更する再粘着手段とを備えた電気車の制御装置。
  3. 【請求項３】請求項１または２において、前記出力電流
    の検出値が前記電流指令を上回るときのこの偏差に応じ
    て前記出力周波数指令を調整する手段を有する電気車の
    制御装置。
  4. 【請求項４】請求項１または２において、前記空転量／
    滑走量の検出値に応じて前記出力周波数指令を調整する
    手段を有する電気車の制御装置。
  5. 【請求項５】請求項１または２において、前記再粘着手
    段は、前記電流指令を変更するとき、このときの前記空
    転量／滑走量の検出値に基づいて前記出力周波数指令を
    一定量変化させる手段を有する電気車の制御装置。
  6. 【請求項６】請求項１において、前記再粘着手段は、前
    記電流指令を変更する以前に、前記空転量／滑走量の検
    出値に応じて前記基準周波数時間変化率指令を調整する
    利得を変更し、前記電流指令を変更するときに、前記変
    更された利得を変更前に戻す手段を有する電気車の制御
    装置。
  7. 【請求項７】請求項２において、前記再粘着手段は、前
    記電流指令を変更する以前に、前記空転量／滑走量の検
    出値に応じて前記第１の周波数時間変化率指令を調整す
    る利得を変更し、前記電流指令を変更するときに、前記
    変更された利得を変更前に戻す手段を有する電気車の制
    御装置。
  8. 【請求項８】請求項１または２において、前記再粘着手
    段は、前記変更された電流指令を、前記出力電流の検出
    値が前記変更後の電流指令を上回る時間が所定時間より
    大きくなったとき、変更前に緩やかに戻す手段を有する
    電気車の制御装置。
  9. 【請求項９】請求項１または２において、前記基準周波
    数時間変化率指令は、車両の非駆動輪の回転数の時間変
    化率に基づいて得られるものである電気車の制御装置。
  10. 【請求項１０】請求項１または２において、前記基準周
    波数時間変化率指令は、前記誘導電動機を問わず、複数
    個の車両駆動用誘導電動機の回転周波数の時間変化率に
    基づいて得られるものである電気車の制御装置。
  11. 【請求項１１】請求項１または２において、前記基準周
    波数時間変化率指令は、前記電流指令から求めるもので
    ある電気車の制御装置。
  12. 【請求項１２】請求項１または２において、前記空転量
    ／滑走量を検出する手段は、前記誘導電動機が１個の場
    合にはその回転周波数、前記誘導電動機が複数個の場合
    にはそれらの回転周波数から選択されたものと車両の非
    駆動輪の回転数とを比較することにより検出するもので
    ある電気車の制御装置。
  13. 【請求項１３】請求項１または２において、前記空転量
    ／滑走量を検出する手段は、前記誘導電動機が１個の場
    合には、その回転周波数と他の複数個の車両駆動用誘導
    電動機の回転周波数から選択されたものとを比較、前記
    誘導電動機が複数個の場合には、それらの回転周波数か
    ら選択されたものと、前記誘導電動機を問わず、他の複
    数個の車両駆動用誘導電動機の回転周波数から選択され
    たものとを比較することにより検出するものである電気
    車の制御装置。
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