JPS6036717B2 - 電気車の速度制御装置 - Google Patents

電気車の速度制御装置

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JPS6036717B2
JPS6036717B2 JP55105004A JP10500480A JPS6036717B2 JP S6036717 B2 JPS6036717 B2 JP S6036717B2 JP 55105004 A JP55105004 A JP 55105004A JP 10500480 A JP10500480 A JP 10500480A JP S6036717 B2 JPS6036717 B2 JP S6036717B2
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JP
Japan
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speed
signal
frequency
slip frequency
motor
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JP55105004A
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English (en)
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JPS5731393A (en
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英博 森
吉雄 野崎
孝 坪井
信義 今野
正彦 射場本
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Nippon Kokan Koji KK
Hitachi Ltd
Original Assignee
Nippon Kokan Koji KK
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/045Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、速度制御装置に係り、特に複数の三相誘導電
動機の制御に好適な複数の直流−交流静止形変換装置(
ィンバータ)を備えた電気車の速度制御装置に関する。
従来より直流電源から供給される直流電力を静止形変換
装置において三相交流に変換して三相誘導電動機に供給
し、この交流の周波数等を可変して速度制御する装置で
あって、特に定速度制御機能を備えた装置が提案されて
いる。第1図には、従来例に係る速度制御装置のブロッ
ク図が示されている。
この第1図において、1は直流定電圧電源であって、例
えば電気鉄道の場合においては、直流架線又は交流架線
から供給されるものであって、これら架線から直接に得
るか或いは変圧器及び整流装置を経由して得た直流定電
圧電源が一般的である。この直流電源1の一方の出力端
はフィルタリアクトル2を介してフィルタコンデンサ3
に接続されると共に、静止形変換装置4の直流入力端子
に接続されている。又直流電源1の他方の出力端子はフ
ィルタコンデンサ3に接続されると共に、静止形変換装
置4の他方の入力端子に接続されている。5は変流器で
あり、三相誘導電動機6の交流入力電流を検出するもの
である。
この図では変流器5は、U相だけにしか接続されていな
いが、当然、V相、W相にも挿入してこれらの電流値の
平均値をとって制御するようにしても良い。前記三相誘
導電動機6の回転軸には、パルス発生器7が設けられて
おり、回転子周波数(車速に比例する。)を検出できる
ようになっていて、その出力信号を加算器8に入力する
ように接続されている。又、この加算器8には、力行・
ブレーキ指令9及びすべり周波数指令10が符号反転器
11を介して入力するように構成されている。加算器8
の出力信号は、低位優先回路12の一方の入力端子に供
給されるようにしてある。この低位優先回路12は、加
算器8の出力信号にリミッタとしての作用を及ぼすよう
に構成してあり、その他方の入力端子には速度指令14
が供給されるように接続してある。そして、この低位優
先回路12の出力信号は、パルス幅変調器13の入力端
子fに供給されるように接続してある。一方、限流指令
15は、比較回路16に供給されて変流器5からの電流
値と比較されて、その比較出力を増幅回路17に供給さ
れるようになっている。
この増幅回路17の出力信号は、低位優先回路18を介
してパルス幅変調器13のv入力端子に接続されている
。前記低位優先回路18には、低位優先回路12の出力
信号が、電圧リミツ夕19を介して供給されるようにな
っている。そして、これら入力端子f,vに入力される
周波数制御指令、電圧制御指令の両信号に基づいてパル
ス幅変調器13はパルス幅変調を行ない可変電圧可変周
波数の制御パルス信号を形成するように構成してある。
このパルス幅変調器13の出力信号は、静止形変換装置
4に供給されて直流電源1からの直流を三相交流に変換
して三相誘導電動機6に供給できるようにしてある。以
上の構成になる従来例は、次のように動作する。
まず、電動機6の回転軸に取り付けたパルス発生器7は
、回転子周波数を検出する。この検出信号は、加算器8
に供給されて、ここでその周波数にすべり周波数を加算
する。すべり周波数は、すべり周波数指令10から通常
一定値で与えられ力行・ブレーキ指令9の信号を受けて
符号反転器11にて力行ならば正符号、ブレーキならば
負符号にて加算器8に送出される。すなわち、力行なら
ば(回転子周波数十すべり周波数)、ブレーキならば(
回転子周波数−すべり周波数)の信号がパルス幅変調部
13に送られて、静止形変換装置4を経て三相誘導電動
機6の固定子巻線の周波数したがって回転磁界周波数を
制御する。力行・ブレーキ指令9は、従来では運転手の
意志が入力される。又一定速度運転を行う場合には運転
手の指示する速度指令14の信号が低位優先回路12に
送信され加算器8の出力にリミッタとしての作用を及ぼ
す。すなわち、低位優先回路12の働きにより三相誘導
電動機6の回転磁界周波数は、速度指令14で与えられ
たある一定の速度に対応した回転磁界周波数以上にはな
らない。このため車速が指令速度に接近すると等価的に
すべり周波数が急減することになり三相誘導電動機の電
流及び引張力が急減し、ある走行抵抗とバランスした速
度で一定速度運転に入ることができる。一方、三相誘導
電動機6のトルク制御には前記のすべり周波数及び回転
磁界周波数の他に電動機電流を制御する必要があること
は周知の通りである。電動機電流の制御指令15は、変
流器5を介して得られる実際の電動機電流と比較回路1
6で比較され、その偏差は増幅回路17を介して低位優
先回路18に送られ、さらにパルス幅変調部13へ電動
機電圧の大きさを制御する変調度信号として送出される
。電圧リミツタ19は、回転磁界周波数の大きさに応じ
た電動機電圧以上の電圧指令が出るのを抑制するために
設けられる。電圧リミッタ19は前記の一定速度運転時
、回転磁界周波数を一定に固定することにより速度の増
加とともに等価的にすべり周波数が小さくなり、電動機
電流が小さくなった時に定電流制御系15,16,17
から、電圧増加という制御信号が出て、電動機電圧の増
加、ひいては引張力が増加しようとするのを抑制してい
る。パルス幅変調部13は周波数制御信号f及び電圧制
御信号vを入力としてパルス幅変調を行い可変電圧可変
周波の制御パルス信号を作り、静止形変換装置4に送信
さる。静止形変換装置4では直流電源を入力として可変
周波数のパルス列でなる三相電圧を出力し、三相談導電
動機6に電力が供給される。このように動作するが、こ
の従来列は次に述べる如くの欠点を有している。これを
第2図を参照して説明する。第2図には、従来の電気車
の速度制御装置における引張力と速度との関係を説明す
るための特性図が示されていて、その横軸に速度が、縦
軸に引張力がそれぞれ示されている。
この図において、実線aは第一の三相談導電動機の所定
の回転磁界周波数における特性であり、破線bは第二の
静止形変換装置で制御される他の三相議導電動機の特性
を示している。実線cは走行抵抗特性である。この図か
らも理解できるように二つの特性a及びbには差がある
。このように実線aと破線bとの特性の差は、周波数制
御系の誤差、車輪径の誤差、譲導電動機の特性誤差など
によるものである。同一車両又は同一列車内でこのよう
な特性差があった場合において、一定速度運転に入った
とすると実線aの特性をもつ電動機はB点に向って電流
が小さくなり同時に引張力が小となるが、破線bの特性
の電動機はC点のような引張力の領域で長時間運転を強
いられることが考えられる。すなわち負荷分担の不平衡
という問題が発生する。殊に高効率を目ざしたすべりの
小さな誘導電動機は“引張力−速度”特性の勾配が立っ
ているため負荷分担は非常に悪くなり、重負荷となる電
動機及び静止形変換装置の焼損が発生する虜れがあった
。本発明の目的は、複数の静止形変換装置から夫々給電
される複数の三相誘導電動機を備えた電気車において、
各誘導電動機の負荷分坦のとれた速度制御を行ないうる
電気車の速度制御装置を提供するにある。
本発明は、車両又は電動機の速度を検出して目標速度と
比較し、その偏差信号が予定値以上の間は一定のすべり
周波数信号を出力するとともに上記偏差信号が上記予定
値を下廻るに応じて減少するすべり周波数信号を発生す
る関数発生手段を、各静止形変換装置に夫々対応して設
け、かつこれらの関数発生手段のもつ偏差信号対すべり
周波数特性を夫々独立に調整する手段を設けたことを特
徴とする。
以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第3図には、本発明に係る一実施例のブロック図を示し
、複数の静止形変換装置によって夫々給電される複数の
誘導電動機のうち、単一の静止形変換装置によって給電
される単一の誘導電動機の主回路および制御回路のみを
示しているが、他も同様に構成されているものとする。
この図において第1図と同一要素には同一符号を付して
説明すると、21は速度比較器であり、速度指令14と
、パルス発生器7の出力信号とがそれぞれ供給されるよ
うに接続されている。この速度指令14の値とパルス発
生器7の実速度信号とが前記比較器21において比較さ
れるように構成されている。この比較器21の比較出力
信号は、すべり周波数関数発生部22に供給されると共
に、力行・ブレーキ判別回路23にも供給されるように
それぞれ接続されている。前記すべり関数発生部22は
、その特性の一例として第4図に示す如くのものである
ことが望ましい。さらに、力行・ブレーキ判別回路23
は、速度偏差がプラスの場合は力行と判断し、マイナス
の場合にはブレーキと判断して図示しない制御回路に力
行又はブレーキの状態を指令する機能を備えている。こ
の判別回路23には、その特性に不感帯を設け惰行状態
を指令できるようにしても良い。以上の如く構成した本
発明の動作を説明する。
第4図には、本発明におけるすべり周波数関数発生部が
有する速度偏差信号対一すべり周波数特性が示されてい
る。この第4図において、縦軸にはすべり周波数fsが
示され、横軸には速度偏差、すなわち(目標速度−実速
度)をとっている。この図において、まず起動時には、
起動時目標速度が高く且つ美速度が低いため、すべり周
波数は最大のfsPにて起動されることになる。次いで
徐々に速度が大きくなり差速度が△N,十△N2(予定
値)より4・さくなると図の特性からも理解できるよう
に、すべり周波数が小さくなって電動機電流及び引張力
を小さくして一定速度運転に入ることができるものであ
る。さらに、下り勾配等において車両が加速されて実速
度が目標速度を超えると自動的にすべり周波数はマイナ
スの値をとって回生ブレーキが作用するようにしてある
尚、この図において、fsP/△N2の勾配、fsB/
△N4の勾配は任意に設定が可能であるものである。こ
のことは前記第2図の電動機特性における曲線ABの勾
配を等価的に任意に設定できることを意味している。従
って、前述のことから負荷分担の不平衡を最小にするこ
とが可能である。又、図中、△N,及び△N2の値も零
から任意に設定することができる。すなわち、各々の静
止形変換装置に対応して設けられ複数の関数発生器22
等は、夫々独立して任意に、偏差信号対すべり周波数特
性を調整できるため、第2図の曲線ABを任意に変更で
きる。これを第5図を参照して説明する。第5図におい
て、目標速度と実速度fo,〜fo3との偏差が、予定
値(△N,十△N2)よりも4・さくなるに伴って、関
数発生器22の出力であるすべり周波数fsは、fs,
→fs2→fs3と減少する。
従って、静止形変換装置の動作周波数(fo十fs)は
、夫々(fo,十fs,)→(f。2十fs2)→(f
o3十fs3)という順に、その増加傾向が鈍化する。
夫々の動作周波数での議導電動機6のトルク特性はa,
.a2,a3の如くなる。従って、夫々の速度fo,、
fo2、fo3での引張力は、AI,B1,CIと変化
し、これによって得られる誘導電動機6の実際の引張力
特性は太線Tで示すように、本来の譲導電動機6のトル
ク特性よりも傾斜が緩やかとなる。しかも、関数発生器
22等は、各静止形変換装置毎に独立して、その偏差信
号(△N,十△N2)対すべり周波数(fs)特性を任
意に調整できるので、仮に第2図のaとbのような特性
差をもつものであったとしても、実際に得られる各誘導
電動機の張力特性を第5図の太線Tに一致統一させるこ
とが可能である。この結果、引張力特性の傾斜が緩やか
となり、しかも異る変換装置から給電される複数の誘導
電動機の引張力特性を揃えることが可能となるので、各
誘導電動機間のトルクバランスを図ることができる。
なお、前述した△N,(および△N3)の値を零から任
意に設定することにより、例えば、線路勾配の起状が甚
しく、力行とブレーキとの切換わり頻度が多い走行区間
の場合は、△N,及び△N3を設けて実質的に俺行(ト
ルク=0)をとらせることにより、力行・ブレーキの転
換頻度を抑制することができるものである。
このようにしたので定速度運転時のトルク−速度特性を
任意に設定できるので電動機に対する負荷分担を平均化
することができる利点がある。
尚、回転子周波数は、車両速度又は列車速度を使用して
もよい。これは電動機の回転子周波数が車両速度と等価
であるからである。以上述べたように本発明によれば、
速度偏差に応じてすべり周波数の大きさを各静止形変換
装置毎に任意に指定できるようにしたので、電気車に用
いられる電動機の負荷負担の平均化が図れるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従釆例を示したブロック図、第2図は第1図の
従来例の特性図、第3図は本発明に係る一実施例を示し
たブロック図、第4図は第3図の動作を説明するための
特性図、第5図は本発明の動作を説明するための速度対
引張力および速度偏差信号対すべり周波数特性図である
。 4・・・・・・静止形変換装置、6・・・・・・三相誘
導電動機、13・・・・・・パルス幅変調部、22・・
・・・・すべり周波数関数発生部。 第2図 弟ー図 第4図 ※J図 弟外幻

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 複数の直流−交流静止形変換装置と、これらの静止
    形変換装置によつて夫々給電される複数の誘導電流機と
    、車両速度に対応する速度信号を検出する手段と、この
    検出手段の出力信号とすべり周波数とを加減算する手段
    と、この加減算手段の出力に基づいて上記各静止形変換
    装置の動作周波数を制御する手段と、上記各静止形変換
    装置の出力電圧をその動作周波数あるいは電流制御系に
    基づいて制御する手段とを備えた電気車において、上記
    各静止形変換装置に夫々対応して設けられた目標速度と
    実速度との偏差信号が予定値より大きいとき一定の上記
    すべり周波数信号を出力するとともに上記偏差信号が上
    記予定値を下廻るに応じて減少する上記すべり周波数信
    号を発生する関数発生手段と、これらの関数発生手段の
    上記偏差信号対すべり周波数特性を夫々独立に調整する
    手段とを設けたことを特徴とする電気車の速度制御装置
JP55105004A 1980-08-01 1980-08-01 電気車の速度制御装置 Expired JPS6036717B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04128001U (ja) * 1991-05-08 1992-11-20 日野自動車工業株式会社 トレーラの電気制動補助駆動装置

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JPS5731393A (en) 1982-02-19

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