JPS5826501A - 誘導電動機式電気車の制御装置 - Google Patents

誘導電動機式電気車の制御装置

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JPS5826501A
JPS5826501A JP56124477A JP12447781A JPS5826501A JP S5826501 A JPS5826501 A JP S5826501A JP 56124477 A JP56124477 A JP 56124477A JP 12447781 A JP12447781 A JP 12447781A JP S5826501 A JPS5826501 A JP S5826501A
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JP
Japan
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speed
vehicle
frequency
induction motor
electric vehicle
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JP56124477A
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English (en)
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Yoshiji Jinbo
神保 佳司
Takashi Tsuboi
坪井 孝
Shigetoshi Okamatsu
茂俊 岡松
Masahiko Ibamoto
正彦 射場本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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
    • 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
    • B60L15/2009Methods, 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 for braking
    • 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
    • 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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    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
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  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘導電動機式電気車の制御装置の改良に係り、
特に勾配での起動特性を改善した制御装置に関する。
誘導%動機式電気率の場合、後述のように後退した時の
トルクが小さくなるため、勾配の急な場合には勾配によ
る俊退加運度と、起動加速就の大小が入れかわシ、起動
できず後退を続けることが判明した。従来、一般の直流
直巻電動機式の電気車において、停止時に、後退検知ブ
レーキラυ為けるものがあるが、後退そのものが運転手
が倒れた等の異常事態を想定したものであるため、検知
すると、あとは運転手がリセットするまでブレーキがか
かったままとなるものである。以下誘4’lt動機式電
気車のa+i Ill装置から説明するが、この方式は
1後述する刊行物に述べられた公知のものと同一である
電車用主電動機に要求される特性は、起動時に大きなト
ルクを発生し、速度制御が容易で、かつ広い速度域で効
率よく便えることが必要である。
誘導電動機は本質的に電源周波数と極数とで決まる同期
速度を中心に回転する定速度特性を待っている。そこで
同波数金変え、速度を連続的に制御することが必要とな
る。またトルクは固足子が空隙につくる磁束と回転子に
流れるa=によって発生するため、di未および回転子
に流れる電流を制 〜御してトルク制御を行ゲ必要があ
る。誘導電動機を車両の駆動用として用いる場合には、
トルク一定制御の要求から、すべり周波数を一定に保ち
、かつ電圧を一定に制御する方式が一般的に行なわれて
いる。誘導電動機ではすペシ周波数を一定にしておいて
、電源の出力周波数を上昇させると等価インピーダンス
が増大するため、電流を一定に制御するためには、周波
数に比例して電圧も上昇させる必要がある。
第1図に誘導電動機の特性曲線を示す。曲線は周波数f
に対するトルクT1電fiIを示している。
インバータ周波数fxwvは誘導電動機の同期周波数で
あシ、f =f I NVでは、トルクTは0となり、
電流工は励磁電流■。のみとなる。誘導電動機はインバ
ータ周波数/!NVよシすベシ周波数f、だけ低い周波
数fXMで回転する。その時の出力トルクはTIMであ
シ、誘導電動機電流且IIMである。
誘導電動機が速度をあげるとインバータ周波数flNV
一定では、だんだんすべり周波数fsが小さくなシ、出
力トルクTXMが小さくなシ一定トルクが得られなくな
ってしまう。そのた、め、インバー2周、波数fxNv
は誘導電動機の速度周波数fxwに一足のすべり周波数
fsを加えた周波数となるように制御される。
しかしインバータ周波数を高めると、誘導電動機の等価
インピーダンスが増大するため、前述の如く、インバー
タ周波数frNVに比例して誘導電動機にかかる電圧=
インバータ出力電圧VINVを上昇させるようインバー
ターを制御する。この方式には種々の方式が考えられて
いるが、電気車用としては、出力電圧のパルス幅を変調
させて誘導電動機にかかる平均電圧を制御するパルス幅
変調(PWM)インバータ方式を用いるのが一般的であ
る。
第2図にインバータ周波数fINVとインバータ出力電
圧Vr*vの関係を示す。インノ(−夕周波数fxwv
とインバータ出力電圧vxwvは常に比例することが望
ましいが、第2図のA部においては、インバータ周波数
を小さくすると、インバ−タ出力−ggの基本渡分をと
シだすためのパントノ(スフイルタの応答遅れによる制
御応答性の問題、およびインバータの出力電圧・電流を
測定するためのACPT、ACCTの容量増の問題があ
る。そのためインバータ周波数の最小値fOは1〜5H
z程度に選定されζインバータ出力電圧VINVが増加
し誘導電動機がある程度回転した後、イ/〕(−夕周波
数flNVは第2図に示すように徐々にインノ(−タ出
力電圧に比例して増加する。尚、インノ(−タ出力電圧
は、電車線電圧あるいは運転手の]、ツチ指令によって
決まる値vx*v+ MAXを最大とし、第2図B部に
示すように、以後イン/く一夕周波数に無関係に一定と
なる。
今、仮に、起動周波数fOを3H2すべり周波数f8を
2H2とすると、電気車が走行を始め誘導電動機の速度
周波数fryが0〜IHzの間はインバータの出力周波
数flNt/は、frNv=io=3H2で動作し、そ
の後、電気車の速度が高くなるとともにインバータの出
力周波数も増加する。
しかし、勾配での起動時、もし電気車が後退している状
態で起動しようとする場合、誘導電動機の速度周波数が
その極性を持たないため、マイナスとしてでなくプラス
の方向へ数Hz出力される。
このため、インバータの出力周波数は起動周波数f、よ
シ大きな周波数となる。電気車の後退速度を21Cm/
hとすると、その時の速度周波数は、車輪径・歯車比に
よって異なるがおよそ速度の1:5倍〜2倍となるため
、3H2〜4H1となる。速度周波数を3H2とすれば
、インIく一夕の出力周波数f rtvvはfrwv=
fxy+fs=3H2+2H1=5H2となる。誘導電
動機の速度−を検知する速度セ/すは、前述のように速
度の絶対値を検知し、その方向は検知できないため、イ
ンバータの出力周波数は増加してしまう。しかも実際に
は誘導電動機は逆転しているため、真のすベシ周波数は
5H2+3H2=8H2となシ、トルクが非常に小さく
なる。
一般に電気車では一定のトルクが出力されることが望ま
れるが、そのためにインバータの出力電流を一定とする
制御が行われている。インバータの出力電流IIMを一
定とした場合、すべり周波数とトルクの関係は一例をあ
げると第3図の如くなる。すなわち正規のすべり7!5
波e2H1でのトルクを100%とすると、8H2では
約30%に低下することを第3図は示している。この事
は勾配で電気車が後退しつつある状態で起動しようとす
ると、勾配の角度によっては、勾配による後退加速度と
勾配をのぼる加速度の大小が入れかわシ、起動できなく
なることを意味している。第4図に速度周波数fXMと
インバータ周波数fxwvの関係を示す。電気車が後退
して速度がマイナスになっても速度周波数fIMにすベ
シ周波数が加えられインバータ周波数は後退速度ととも
に増加してしまう。つま・シインバータ制御電気車が勾
配で後退しつつある時、もし起動トルクが小さく起動で
きない場合には、そのままどんどん後退しつづけること
になる。
電気車には後退したことを検知して自動的に空気プレー
−キをかける後退検知装置がつく場合がある。このよう
な場合後退検知装置が働き空気ブレーキが付加されるが
、電気車が後退をやめても、空気ブレーキはかかったま
まであるため、カ行できない状態にある。これをそのま
ま誘導電動機式電車に適用すると、誘導機の2次導体に
は過大な電流が流れ、場合によっては2次導体の溶損と
いった大事故を併発しかねない。
第5図に従来の後退検知時の制御方式のブロック図を示
す。後退検知回路1で後退を検知するとその出力はメモ
リー回路2に伝えられ信号は記憶され、ブレーキ装置3
に伝えられて電気車にブレーキがかかる。く電車がとま
ったあともブレーキはかかシつづけ、運転手がリセット
回路4を作動させてはじめて、ブレーキはゆるむ。これ
をそのまま、誘導電動機式電気車に適用することはでき
ない。
本発明は従来の制御方式の欠点を改善するためになされ
たものであシ、誘導電動機式電気車の勾配での起動が円
滑に行える制御装置を提供することにある。
本発明は、勾配起動時に後退を検知してブレーキをかけ
、車速の低下、または一定時間経過を検知してブレーキ
をゆるめるようにして、勾配での起動を円滑に行える誘
導電動機式電気車の制御装置を提供するものである。
第6図に本発明の一実施例の制御ブロック図を示す。な
お、誘導電動機式電気車の主回路や制御回路は、日立評
論VOL、61.45(1979−=5)第27頁〜第
32頁に述べられたものをそのまま採用でき、第6図は
これらの主回路や制御回路とは完全に独立した形で構成
するものとする。勾配で起動するためにブレーキをゆる
め、マスコンを引いて運転しようとした場合回路が構成
されて、インバータが動作しはじめるまでに電車が後退
を開始したとする。もちろん、その後すぐに、誘導電動
機によるカ行トルクが発生するが、前述したような理由
で、直流直巻電動機式電気車のような大きなカ行トルク
は生じ得す、するすると後退しようとする。
そこで、本発明においてはこれを後退検知回路1が検知
し、メモリ回路2、ブレーキ装置3によって電気車にブ
レーキをかけて電気車が止まったシまたは、あらかじめ
定められた速度よシ低くなったことを速度照査回lll
85によって検知し、リセット回路4に信号を送シ、メ
モリを解除し、ブレーキをゆるめるようにしたものであ
る。このようにすれば、車速か低くなることにより、誘
導電動機のトルクが増大するので、勾配による後退トル
クに比べて起動トルクが大きくなシ、尚かつブレーキも
自動的にゆるまるため電気車は円滑に起動することがで
きる。
第7図は第6図に代る本発明の他の実施例を示したもの
で、この場合はメモリ回路2、リセット回路4がなく、
速度照査回路5が直接後退検知回路1に作用しブレーキ
装置3に“こめ”1ゆるめ”の信号をおぐるようにした
ものであり、本方式においても、速度照査回路5の検知
速度を適当に選べば、第6図の実施例同様の効果が得ら
れる。
さらに第8図は本発明のもう1つ別の実施例を示すもの
で、本方式の場合には、メモリ回路2のかわシに限時回
路6が設けられている。後退検知回路1で後退を検知し
た信号は限時回路6に伝えられる。限時回路6では、信
号が入力してからあらかじめ定められた一定時間だけブ
レーキ装置3に1こめ”指令をだし、ブレーキを作動さ
せる。
ブレーキを作用させてから一定時間後には電気車は、此
まったシ、低速になっているはずであり、勾配による後
退トルクよシも誘導電動機の起動トルクが大きくなシ、
第6図の場合と同様電気車は円滑に起動する。
本発明によれば、仮に勾配で電気車が後退しても自動的
にブレーキがかかりまたゆるまるため、誘導電動機式電
気車を安全にかつ円滑に起動することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は誘導電動機の特性図、第2図はPWMインバー
タの出力周波数と出力電圧の関係を示す特性図、第3図
は誘′導電動機のすベシ周波数とトルクの関係を示す特
性図、第4図は速度とインバータ周波数の関係を表わす
特性図を示す。第5図は従来の後退検知ブレーキの制御
ブロック図、第6図〜第8図は本発明の実施例の制御ブ
ロック図を示す。 1・・・後退検知回路、2・・・メモリ回路、3・・・
ブレーキ装置、4・・・リセット回路、5・・・速度照
査回路、第1世 第2図 fD          弘V 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、車両駆動用誘導電動機と、この電動機に可変電圧可
    変周波数の父流を供給する電力変換器と、車両の速者を
    検出する手段と、すベシ周波数設定手段と、上記車両の
    速度とすベシ周波数を加算して上記電力変換器の出力周
    波数を制御する手段とを備えたものにおいて、起動時に
    車両の後退を検出する手段と、この後退検出手段の出力
    に応動して車両にブレーキをかける手段と、上記後退速
    度が低下したとき上記ブレーキをゆるめる手段とを設け
    て成る誘導・−動機式電気率の制御装置。 2、特許請求の範囲第1項において、上記後退速度が1
    戊下したときブレーキをゆるめる手段は、上記後退検出
    手段の出力が消滅したことに応動してブレーキをゆるめ
    る手段から成る誘導電動機式電気車の制御装置。 3、特許請求の範囲第1項・において、上記後退速度が
    低下したときブレーキをゆるめる手段は、上記ブレーキ
    の動作後所足時限をおいてブレーキをゆるめる手段から
    成る誘導電動機式電気車の制御装置。
JP56124477A 1981-08-07 1981-08-07 誘導電動機式電気車の制御装置 Pending JPS5826501A (ja)

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