JPS61116903A - 電気車用走行制御装置 - Google Patents

電気車用走行制御装置

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JPS61116903A
JPS61116903A JP59236440A JP23644084A JPS61116903A JP S61116903 A JPS61116903 A JP S61116903A JP 59236440 A JP59236440 A JP 59236440A JP 23644084 A JP23644084 A JP 23644084A JP S61116903 A JPS61116903 A JP S61116903A
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vibration
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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
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    • 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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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】 〔発明の技術分野〕 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。
〔従来技術〕
電気車輌の駆動は車輪とレールとの間の摩擦力によって
行われるため、この摩擦力を最大限に利用することが車
輌技術の基本である。第8図は車輪とレー〜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1摩擦係数
の値自体はレールの表面状態、天候1走行速度等によっ
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点以上をスリップ領域と称す。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。それぞれ動圧比較方式、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。
(以下空白) 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の電気車の制御装置は以上のように構成されている
ので、空転検知方式によってその検出感度に若干の差異
は認められるが、いずれも空転発生後即ちスリップ領域
での検出であるため第8図の8点近傍で空転を検知し、
8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
のような問題点があった。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側荷重が小さくなる。
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1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1電動機によって駆
動される輪軸の自励振動奢こおける固有振 ′動量波数
成分を検出して振動検出信号を出力する振動検出装置、
上記振動検出信号と上記固有振動周波数成分の電動機誘
起電圧に比例した許容最大振巾基準とを比較し上記固有
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〕
この発明における電気車の制御装置は、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における固有振
動周波数成分を検出し、この固有振動周波数成分を電動
機誘起電圧に比例した許容最大振巾基準と比較し上記固
有振動周波数成分が一定になるように電動機の引張力を
制御する。
〔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ック図である。図において、(Pa
n)はパンタグラフ、(OH)はパンタグラフ (Pa
n)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
るチョッパ回路、(T8)は台車(BG)の輪軸の自励
振動を検出するトルクセンサ、(VD)は主電機の誘起
電圧を検出する検出器で、車輌の速度に比例した信号を
出力する。  (DF、)はトルクセンサ(’I’S)
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ィジタルフィルタ回路で
ある。ディジタル的イ′μり回v!r(DF)はその入
力部に増巾器(図示せず)を設は所定の範囲の周波数帯
を通過せしめ1その中から固有振動周波数をマイクロプ
ロセッサを使ってディ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(T8)とディ
ジタルフィルタ回路(DF)とにより振動検出装置(v
8)を構成する・、(OPB)は上記固有振動周波数成
分の許容最大振巾基準(As)と電圧検出器(VD)が
検出した主電動機誘起電圧とを加算した車輌速度に比例
した許容最大振巾基準(REF)と、ディジタルフィル
タ回路(DF)からの出力とを比較する比較器、(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)    9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)とを入力してチョッパ
回路(an)にゲート信号を出力する増巾器である。そ
して、チョッパ回路((H)、主電動機の誘起電圧に比
例した許容最大振巾基準(RBF)、比較器(CPR)
、クリープ制御器(S C)及び増巾器(AMP)によ
り電動機制御装置としてチョッパ制御装置(TMO)を
構成する。
ここで、主電動機の誘起電圧(Ea)は1車輌速度(主
電動機回転数)Nと次式に示すとおり比例関係にある。
Ea=KIilN  K :比例定数 (I:磁束なお
、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
の定数によって決まり第6図はこの一例を示す。即ち、
第2図(a)はすべり速度Xのときのシミュレーション
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FIH2となっている。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っていることが判る。なお1上
記振巾は車輌速度に比例することが明らかになっている
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(Be)の輪軸装置に組み込まれた主電動機(TM
 )によっ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6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
振動の固有振動周波数成分は、第7図に示すように、車
輌速度にほぼ比例して増加する。さらに6主電動機の誘
起電圧は車輌速度にほぼ比例して変化する。従って、ド
・ルクセンサ(T8)により上記自励振動を検出し、こ
れからディジタルフィルタ回路(DF)によりその固有
振動周波数成分のみを取り出し、第8図のQ点に対応す
る振動成分の主電動機の誘起電圧1こ比例した許容最大
振巾基準(REF)と比較器(OPB)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(AM
P)に入力される。そして、加速電流指令(IP)を受
けた増巾器(・αP)はチョッパ回路(an)のゲート
制御回路を制御し、上記振動成分が第1図のQ点近傍に
対応する値を維持するように圧電動機電流指令(I P
)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、この発明の一実施例においては、上記制
御によって電気車は第8図のQ点におけるすべり速度v
s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っ
ては動輪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
によって効率向上による省エネルギー化を図ることがで
きろ。更に、電車の場合には粘着係数の−改善によって
一編成列車における電動車比率を低槽 +1 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施施例における電気車
の制御装置の制御ブロック図で、第1図のチョッパ回路
(OH)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ッジ回路(THE)が採用され
ており、主電動機の誘起電圧に比例した許容最大振巾基
準(REF) 、比較器(OPR)、クリープ制御器(
S C)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6図は第1図のディジタルフィルタ回路(DF)をア
ナログフィルタ回路(AF)と検波回路(DET)とで
構成した実施例でトルクセンナ(T8)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図のディジタルフィルタ回路(DF)をア
ナログフィルタ回路(ムF)と検波回路(DET)とで
構成した実施例で、トルクセンサ(T8)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1上記固有
振動周波数成分の振巾を主電動機の誘起電圧に比例した
許容最大振巾基準(REF)と比較し上記固有振動周波
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
最大限をζ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(TMO)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a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
る〇 〔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主電動機の誘起電
圧に比例した許容最大振巾基準と比較し上記固有振動周
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1車輪とレールとの最大摩擦係数にほぼ
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
の制御ブロック図、第2図は自励振動の振巾の周波数特
性を示す特性図1第8図は車輌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ック図、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1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、(v
8)は振動検出装置、(REF)は主電動機の誘起電圧
に比例した許容最大振巾基準、  (TMC)は電動機
制御装置である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電動機によつ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、上記振動検出信号と上記固有振動周波
    数成分の電動機誘起電圧に比例した許容最大振巾基準と
    を比較し上記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. (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ィルタ回路とか
    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. (3)フィルタ回路はディジタルフィルタ回路であるこ
    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. (4)フィルタ回路はアナログフィルタ回路と検波回路
    とから構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の電気車の制御装置。
  5. (5)電動機制御装置はチョッ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
    するチョッ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. (6)電動機制御装置はサイリスタブリッジ回路を使用
    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. (7)電動機制御装置は8相かご形誘動電動機の引張力
    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。
JP59236440A 1984-11-07 1984-11-07 電気車用走行制御装置 Expired - Lifetime JPH0618445B2 (ja)

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JPH0618445B2 JPH0618445B2 (ja) 1994-03-09

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7027897B2 (en) 2004-01-27 2006-04-11 Bombardier Transportation Gmbh Apparatus and method for suppressing mechanical resonance in a mass transit vehicle
JP2009041910A (ja) * 2008-11-28 2009-02-26 Panasonic Corp 組込式調理器
CN104627026A (zh) * 2014-12-08 2015-05-20 无锡富迪电动车有限公司 一种电动车适时智能驱动联动系统及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

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ELEKTRISCHE BAHKEN HEFT=1968 *

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