JPS6281904A

JPS6281904A - 電気車の制御装置

Info

Publication number: JPS6281904A
Application number: JP60220124A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mizobuchi; 哲也溝渕; Tsutomu Ozawa; 小澤　勉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1987-04-15
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: EP0217411B1; DE3684853D1; US4757240A; EP0217411A2; JP2515730B2; EP0217411A3

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】〔発明の利用分野〕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、定速度運転を行う電気車の制御装置に関する。

〔発明の背景〕

誘導車ｖＪ機式電気車の定速運転については、まず、特
開昭４８−１２４１８号公報に、道路走行用の電気自動
車を意図したものが開示されている。

なすわち、指令された速度と誘導電動機速度との偏差に
比例して直線的に変化し、正負とも制限値を有する関数
発生器により、すべり周波数を決定する方式である。そ
の他の制御系は一般のものと変りはなく、インバータに
与える周波数指令に応じて、その出力電圧を制御するよ
うに構成されている。

また、特開昭５４−２２６０７号公報には、鉄道電気車
において、例えば、１ノツチは１０Ｋｍ／ｈ。

２ノツチで３０Ｋｍ／ｈ、３ノツチで６０Ｋｍ／ｈ、４
ノツチで１００　Ｋ　ｍ　／　ｈといった具合いに。

各ノツチ指令に対応じて速度指令を定めて、インバータ
の出力周波数を制御する方式が開示されている。

更、雑誌「電気車の科学Ｊ　１９８５　Ｖｏｌ、　３８
　Ｎｕ　２第１５頁〜第２４頁の特に第２０頁には、電
気車の速度が制限速度に近づいたときすべり周波数を絞
り込むことによって、定速度制御を行うことが開示され
ている。

しかしながら、上記前２者の方法は、いずれも、従来の
鉄道電気車の運転扱いとの違いが大き過ぎ、また、後者
の方法は、定速運転の自由度に欠けるという欠点がある
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の電気車に近い運転手の操作扱い
を残しつつ、かつ自由な速度で定速度運転が可能な誘導
電動機式電気車の制御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、主幹制御器のノツチ位置
に応じて誘導電動機に印加される電圧を制限する手段と
、定速運転を指令する操作手段と、この定速運転指令に
応じた速度指令信号を発生する手段と、この速度指令信
号と電気車の速度に相当する信号とを比較する手段と、
その出力に応じて正負に変化する第２のすべり周波数指
令を発生する手段と、上記定速運転指令が与えられとき
、周波数制御系に与えるすべり周波数信号を上記第２の
すべり周波数信号に切換える手段を設けることである。

このように構成することによって、従来の電気車と大差
のない運転扱いを残しつつ、任意の速度での定速運転を
可能とすることができる。

〔発明の実施例〕

以下、図示する本発明の望ましい実施例について詳しく
説明する。

第１図において、直流電車線１より集電した直流は、イ
ンバータ２によって可変電圧・可変周波数の交流に変換
され、誘導型！ＰＩＪ機３１．３２に給電される。

車両速度相当信号ｆ、を得ろために、パルス発生器４．
１．４２が設けられ、それらの出力パルス数Ｎを周波数
信号ｆｒに変換するＮ／ｆ変換器５が設けられる。

主幹制御器６は、切位置、力行１および２ノツチの外に
、定速ノツチ位置を備えている。

まず、力行１あるいは２ノツチでは、ｊ、パターン発生
器７により一定のすべり周波数パターンｆ　ｓｐｌ　を
発生させ、ＩＨパターン発生器８により、電動機電流指
令ＩＭＰＩ　を発生させる。切換スイッチ９および１０
は、力行ノツチでは図示の状態にある。従って、すべり
周波数指令ｆ　ｓｐｌはそのまま加算器１１の１人力と
なる。一方、電動機電流ＩＮが電流検出器１２によって
検出され、比較器１３にて、電動機電流指令ＩＭＦと比
較されろ。この比較器１３は、電動機電流エバが変動し
たとき、すべり周波数指令ｆ　ｓｐを補正するためのｆ
、補正信号を発生して、加算器１１の他の１人力となる
。

この加算器１１の出力は、す入り周波数信号ｆＳとなり
、加算器１４によって前述の車両速度相当（電動機の回
転子速度でもよい）信号！、に加算（カ行）あるいは減
算（回生）される。この加算器１４の出力ｆＩＮｖはイ
ンバータ周波数指令としてＰＷＭ変調部１５へ入力され
る。

インバータ周波数指令ｆ　ｒＮｖは、電圧Ｖ対周波数ｆ
の比（Ｖ／（）が一定となるような制御電圧ＶＣＩを発
生するＶ／ｆ変換器１６に入力される。

カ行１あるいは２ノツチでは、ノツチ止め電圧発生器１
７により、図示するように各ノツチ毎に設定されたノツ
チ止め電圧Ｖｃｚを発生する。低位優先回路１８は、上
記の制御電圧Ｖｅ１とノツチ止め電圧ＶＣ２の低位を選
択してインバータ出力電圧指令ＶｃとしてＰＷＭ変調部
１５へ出力する。

ＰＷＭ変調部１５は、これらのインバータ周波数指令ｆ
　ｒＮｖおよびインバータ出力電圧指令Ｖｃに応じて、
インバータ２の動作周波数及び変調度を制御する。

さて、ＩＮパターン発生器８は、カ行２ノツチでは、一
定値であるが、カ行１ノツチでは、ｆ　ｒｓｖの上昇に
伴い、図示するように制限を加える。この理由は、カ行
１ノツチで、すべり周波数ｆｓが大きいままで制御電圧
Ｖｃのみがノツチ止め電圧Ｖｃｚに抑制されていとする
と、次に２ノツチに投入された際、電圧の制限が解けて
いきなり大トルクを発生してしまう。そこで、電流制御
系によるｆｓ補正信号によって、すべり周波数信号ｆｓ
も絞り込んでおくのである。

また、この実施例では、カ行ノツチは２つのみとされ、
２ノツチにおいては、ノツチ止め電圧発生器１７中にＶ
　ｃ　ａ口と図示したように、インバータの最大出力電
圧に対応する電圧を出力でき、事実上、電圧制限をして
いない、これは、以下に述べる定速運転指令を併用する
ため、これ以上のカ行ノツチ数を必要としないと考えら
れろためである。

なお、以上の制御系のうち、Ｖ／ｆ＝一定による制御電
圧Ｖｃ制御系に代えて１次の如き制御系であってもよい
。すなわち、電流指令ＩＭＦと電流帰還値ＩＩ４との偏
差を増幅する比較増幅器１３の出力に応じて、低位優先
回路１８に人力される制御電圧ｖｃ１を得るようにする
ことである。これは、ｆ■Ｎｖ＝ｆｒ±ｆｓの周波数制
御系の下では、Ｖ／ｆ＝一定とすれば、ｌ’Ｈ＝＝一定
となり、一方、ｌ５＝一定とすれば、ｖ／ｆ＝一定とな
ることから、そのいずれを選択した制限系とすることも
可能ということである。

以上によるカ行あるいは回生時の制御は、例えば前述の
「電気車の科学」第２０頁のノツチ曲線で示されたよう
に、よく知られた誘導ｆ１ｉ！ｌ！ＩＪ機式電気車の制
御と同様にして実行される。

さて、ここで、主幹制御器６が、定速運転位置に投入さ
れたとする。するとまず、定速指令線１９は、切換スイ
ッチ９および１０を図示とは逆の開閉位置に切換える。

一方、定速指令が目標速度設定器２０へ与えられると、
そのときの車両速度相当（電動機回転速度でよい）信号
！、をラッチし、その後の速度指令信号ｆ、とする。ま
た、定速指令が与えられたとき、直前ノツチがカ行２ノ
ツチであったことを記憶する信号が存在した場合には、
（ラッチした車両速度相当信号ｆ、）＋（５Ｋｍ／ｈ相
当信号）＝速度指令信号ｆ２と設定する。

比較増幅器２１は、上記速度指令信号ｆ、と、車両速度
相当信号ｆ、とを比較し、その偏差Δｆに対して第２図
に示す如き第２のすべり周波数信号ｆｓｐｚおよび第２
の電流指令信号ｌｌ４ｐｚを発生する。これらの第２の
指令信号ｆ　ｓｐｚおよびＩＨＰｚは、夫々切換スイッ
チ９および１０を介して、新たなすべり周波数指令’ｆ
ｓｐおよび電動機電流指令ＩＭＦとなる。

従って、車両速度が望ましい速度付近（２ノツチで）ま
で加速したとき定速ノツチを投入すれば、車両はその速
度から５　Ｋ　ｍ　／　ｈだけ高い速度まで滑らかに上
昇したのち、その速度を維持するように、カ行あるいは
回生を行いながら定速運転する。

また、惰行（切ノツチ）あるいはカ行１ノツチから定速
ノツチが指令されると、そのときの車両速度相当信号ｆ
、をそのまま以後の速度指令ｆｐとし、同様の定速運転
を行う。

ここで、比較増幅器２１の特性を第２図に例示したよう
に、若干の不感帯（±０．８Ｋｍ／ｈ相当）を設けるこ
とにより、滑らかな力行〜回生の切換えが行われる。ま
た、±５　Ｋ　ｍ　／　ｈ相当にて飽和する特性とする
ことにより、定速度指令±５Ｋ　ｍ　／　ｈ以内の定速
特性が得られる。

第３図は、上記、実施例において、（ａ）、２ノツチか
ら定速ノツチが指令された場合および。

（ｂ）、切ノツチ（惰行）から定速ノツチが指令された
場合の、速度ｆ、と速度指令ｆｐの変化例を示す。

この図から明らかなように、力行２ノツチで加速中に定
速ノツチが指令されると、（そのときの車両速度相当信
号ｆｒｚ）＋　（５Ｋｍ／ｈ相当値）＝（その後の定速
度指令ｆｐ）となり、急激にトルクを減少させることな
く、滑らかに定速運転へ移行できる。

また、切ノツチ（惰行）状態から定速ノツチへ切換えら
れると、（そのときの車両速度相当信号ｆｒｓ）　＝　
（その後の定速度指令ｉｐ）となり、やはり、滑らかな
惰行〜定速運転への切換りが実現できる。

当実施例においては、主幹制御器に定速指令を発生する
ための操作手段を設けたが、主幹制御器と別体として設
置することもできる。また、力行ノツチ数を２段のみと
したが、３段以上とすることも容易である。更に、現実
の車両速度相当信号に応じて定速運転用の速度指定を決
定することなく、キーボード等による定速時の速度指令
の指定の後に、定速運転を指令するなどの手法によって
定速運転に移行させる等の変形は容易である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の鉄道電気車のノツチ扱いの感覚
を残しつつ、任意の速度での定速運転を可能とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による誘導電動機式電気車の制御装置の
一実施例ブロック図、第２図は速度偏差に対する引張力
指令特性の一例図、第３図は定速運転への移行時の速度
特性を示す図である。２・・・電力変換器（インバータ）、６・・・主幹制御
器（定速ノツチ含む）、９〜１０・・・切換手段（スイ
ッチ）、１４・・・加（減）算器、１５・・・ＰＷＭ変
調部、１６・・・Ｖ／ｆ変換器、１７・・・ノツチ止め
電圧発生器、１８・・・低位優先回路１．２０・・・目
標速度設定器、２１・・・速度比較増幅器（第２のすべ
り周波数指令を発生）、３１〜３２・・・誘導電動機、
４１〜４２・・速度検出手段（パルス発生器）、！。・・・速度信号、ｆｓ・・・すべり周波数信号。

Claims

【特許請求の範囲】１、可変電圧・可変周波数を出力する電力変換器と、こ
の電力変換器によつて給電される誘導電動機と、車両の
速度に相当する速度信号を得る速度検出手段と、この速
度信号にすべり周波数信号を加減算して上記電力変換器
の出力周波数を制御する周波数制御手段と、上記周波数
制御指令に比例するように上記電力変換器の出力電圧を
制御するかあるいは電動機電流指令と電動機電流信号と
の偏差に応じて上記電力変換器の出力電圧を制御する電
圧制御手段とを備えたものにおいて、上記電圧制御手段
の電圧指令を主幹制御器のノッチ位置に応じて制限する
手段と、定速運転を指令する操作手段と、この定速指令
に応じた速度指令信号を発生する手段と、この速度指令
信号と上記速度信号とを比較する手段と、その出力に応
じて正負に変化する第２のすべり周波数指令を発生する
手段と、上記定速指令が与えられたとき上記すべり周波
数信号として上記第２のすべり周波数指令を用いるよう
に切換える手段とを設けたことを特徴とする電気車の制
御装置。２、上記定速指令に応じた速度指令信号発生手段は、上
記操作手段が操作されたときの車速相当信号に応じて速
度指令信号を決定するように構成した第１項記載の電気
車の制御装置。３、上記速度指令信号は、惰行中に上記操作手段が操作
されたとき、車速相当信号となるよう構成した第２項記
載の電気車の制御装置。４、上記速度指令信号は、力行最終ノッチから上記操作
手段が操作されたとき、車速相当信号より所定値だけ高
い値となるように構成した第２項または第３項記載の電
気車の制御装置。５、上記操作手段は、主幹制御器で構成され、そのハン
ドルが特定位置に操作されたとき、上記定速運転指令を
発生するように構成した第２項、第３項または第４項記
載の電気車の制御装置。６、上記第２のすべり周波数指令発生手段は、電動機電
流指令として与えられ、電動機電流信号と比較し、その
偏差に応じてすべり周波数信号を調整する手段を備えた
第１項記載の電気車の制御装置。