JPS63202203A - 電気車制御装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、電気車制御装置に係り、特に可変電圧・可変
周波数（以下、ＶＶＶＦと称する。）インバータ電気車
の弱ブレーキ力指令時の制御に好適な電気車制御装置に
関する。

（従来の技術） 第５図は、従来のＶＶＶＦインバータ電気車システムの
概略ブロック図を示すものである。同図に示すように、
パンタグラフ１によって電源から取入れられた直流電流
は、断流器２、高速度遮断機３、フィルタリアクトル４
を通ってインバータ６に入力され、ここで３相交流に変
換された後誘導電動機７−１〜７−４に供給される。イ
ンバータ６の入力側には、並列にフィルタコンデンサ５
が接続されている。インバータ６によって得られた３相
交流は、１個あるいは複数個並列に接続される誘導電動
機７−１〜７−４に供給されるが、各相の電流は、電流
検出器８−１〜８−３によって検出電流として検出され
、それらの検出電流はトルク制御のために用いられる。

かかる構成において、電流検出器８−１〜８−３によっ
て検出された各相の検出電流は、実効値演算されフィル
タコンデンサ電圧Ｅｃやインバータ周波数Ｆ等と共に制
御上のデータとして演算に用いられる。

一般に、トルクＴは、 Ｔ−ｋ　　　　−１−Ｖ／Ｆ　　　　　　　　　−・−
・−・（１）■ で表わされる。但し、ｋｌは定数である。そして、トル
ク制御は、電圧周波数比Ｖ／Ｆおよびモーター次電流実
効値Ｉを一定にするように実施される。

ところが、モーター次電流実効値ｌの値は励磁電流■。

と二次電流１２のベクトル和ｉのスカラ量であり、その
ため、弱ブレーキ時のようにすべり周波数が小さく、二
次電流１２が小さい場合にはＩ〜ＩＯとなってしまい、
モーター次電流実効値Ｉの値はほとんど励磁分のみとな
って（１）式％式％ 第６図は、誘導電動機の簡易等価回路図である。

同図において、−次抵抗１０は、ｒｌ、−次リアクタン
スと二次リアクタンスの和リアクタンス１１はｘ　１＋
　Ｘ　２　、二次抵抗と出力抵抗の和抵抗１２はｒ　２
　／　８で表わされている。また、抵抗ｇとリアクタン
スｂの並列回路によって励磁アドミタンス１３が成り立
っている。ちなみに、Ｓは誘導電動機のすべりである。

第６図において、入力電圧をｖ１励磁アドミタアクタン
スｂの電流をｌφ、−次抵抗１０．和リアクタンス１１
及び和抵抗１２からなる直列回路の電流をＩ２とした場
合のベクトル図を第７図に示す。第６図において、抵抗
（ｒ１＋ｒ２／ｓ）は和リアクタンス（Ｘｌ＋Ｘ２）に
対して大きく、そのため角度θ２は小さい。また、磁化
電流Ｉφは、ギャップが大きいために非常に大きく■ｏ
ζ■　となっており、励磁電流ＩＯはほぼ９０″遅φ れの電流となる。

弱ブレーキ力制御時のように、すべりＳを下げた制御を
行なう場合には、 の値は０２〜０となり、モーター次電流実効値Ｉの大き
さも小さくなる。しかも、従来のように、電圧周波数比
Ｖ／Ｆを定常ブレーキ力制御時と同じように制御した場
合にはＩｏの量は変らない。

このような場合のベクトル図を第８図に示す。

同図からも明らかなように、かかる状態では角度θが大
きくなって角度θ０に近付いてしまい、力率が非常に悪
くなってしまう。このため、有効分の割合が小さくなり
、きめ細かなトルク制御を行なうことが極めて困難とな
ってしまう。

しかも、電動機の回路定数は基本設計が同じであっても
、製作の条件、つまり製作者や製造ロット等によって多
少のばらつきがあるのが普通である。特に、上述の弱ブ
レーキ力制御時の場合等は、励磁分の定数がわずかに違
っても、２次電流が大きく変って来るため、各電動機に
よってトルクも大きく左右されることになる。このよう
な場合、電気車車両の一編成中にばらつきのある電動機
が混在することとなり、各電動機毎に対応して設けられ
る制御器がほぼ同一の性能を有する物であることから、
異なったトルクの電動機が混在することとなる。このた
め、編成としての車両性能を満足することができなくな
ってしまい、規定の回生ブレーキ力が得られなくなって
しまうという聞届点があった。

第４図は、従来の電気車制御装置のブロック図で、特に
電圧周波数比Ｖ／Ｆとすべり周波数Ｆｓの演算を行なう
構成を例示するものである。

同図に示すように、フィルタコンデンサ電圧検出器２０
からの検出電圧Ｅｃとインバータ周波数検出器２１から
の検出周波数Ｆは基準電圧周波数比演算器２２に入力さ
れ、ここで計算されたＶ／Ｆは変化率リミッタ２３によ
って急激な変化を抑制され、制御電圧周波数比２４とし
て送出される。

一方、ブレーキ力指令設定器２５からのブレーキ力指令
は基準すべり周波数演算器２６に入力され、ブレーキ力
指令に応じたすべり周波数Ｆｓ’の値が計算され、変化
率リミッタ２７によって急激な変化を抑制された上で基
準すべり周波数Ｆｓとして送出される。

かかる構成において、次にその作用を第３図の制御特性
図に示す。基準すべり周波数Ｆｓはブレーキ力に比例し
て変化させられるが、制御電圧周波数比２４は一定であ
り、Ｆｓ〜０付近でもこれは変らない。

このため、先にも述べたように電動機のきめ細かなトル
ク制御が極めて困難となり、特に弱ブレーキ力制御時の
制御性を著しく損ねてしまうという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の制御装置には、弱ブレーキ力制御時
の制御性が著しく悪いという問題点があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決しようとするも
ので、その目的は、弱ブレーキ力制御時においてもブレ
ーキ力指令値どおりの回生ブレーキ力を得る事を可能と
し、制御性を高めた電気車制御装置を提供することにあ
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の電気車制御装置は、可変電圧・可変周波数イン
バータによって駆動される誘導電動機を備える電気車の
制御装置であって、インバータ電圧とインバータ出力周
波数とから基準電圧周波数比を演算し、ブレーキ力指令
値からその指令値に応じた基準すべり周波数を演算する
ようにした電気車制御装置において２弱ブレーキ力指令
が出力され且つ前記基準すべり周波数が予め定めたリミ
ット値よりも小さい弱ブレーキ力制御時に、前記基準電
圧周波数比に、その指令時におけるインバータ電圧とイ
ンバータ出力周波数とに応じたものとして演算した補正
係数を掛け合わせる掛算手段と；前記弱ブレーキ力制御
時に、前記基準すべり周波数に代えて前記リミット値を
送出する切換手段と；を備えたものとして構成される。

（作　用） 定常ブレーキ力指令時には、従来の制御装置と同様に、
インバータ電圧とインバータ出力周波数とから演算され
た基準電圧周波数比と、定常ブレーキ力指令値からその
指令値に応じたものとして演算された基準すべり周波数
とに基づいて制御される。

弱ブレーキ力指令が出力され且つ前記基準すべり周波数
が予め定めたリミット値よりも小さい時には、前記基準
電圧周波数比に補正係数が掛算された信号と、前記リミ
ット値とに基づいて制御される。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る電気車制御装置のブ
ロック図である。

先ず、そのブロック図の各部の機能を簡単に説明する。

同図に示すように、弱ブレーキ力指令判定器２９は、ブ
レーキ力指令設定器２５からブレーキ力指令を受けて弱
ブレーキ力指令を判定し、この判定信号を論理和回路２
８に送出する。一方、比較器３１は、基準すべり周波数
演算器２６からの基準すべり周波数Ｆｇ’　と、周波数
設定器３０からのリミット値、例えば０．７１１ｚに対
応する信号がそれぞれ人力され、基準すべり周波数Ｆｓ
’＜リミット値のときに判定信号“１”を出力する。

弱ブレーキ時電圧周波数比補正係数演算器３５は、ブレ
ーキ力指令設定器２５からのブレーキ力指令と、インバ
ータ周波数検出器２１からのインバータ周波数Ｆと、フ
ィルタコンデンサ電圧検出器２０からのフィルタコンデ
ンサ電圧Ｅｃと、周波数設定器３０からのリミット値を
それぞれ受けて、１，０以下の補正係数Ｋを送出する。

スイッチ３４は、論理和回路２８からの信号によって切
り換わり、弱ブレーキ時電圧周波数比補正係数演算器３
５からの係数にと、定数設定器３７からの定数１．０と
を選択して掛算器３６に送出する機能を有する。

一方、スイッチ３３は、論理和回路２８からの信号によ
って切り換わり、基準すべり周波数演算器２６からの基
準すべり周波数Ｆｓ’　と、周波数設定器３０からの０
．７Ｈｚに対応する信号とを選択して変化率リミッタ２
７に送出する。

掛算器３６は、基準電圧周波数比演算器２２からの基準
電圧周波数比信号に、スイッチ３４からの係数を掛け算
して変化率リミッタ２３に送出する。

上述のような構成を通じて、変化率リミッタ２３の出力
として制御電圧周波数比２４が得られ、変化率リミッタ
２７の出力として基準すべり周波数Ｆｓが得られる。

かかる構成において、次にその装置全体の作用を第２図
の特性図を参照して説明する。

先ず、定常ブレーキ力制御時においては、ブレーキ力指
令判定器２９からは、弱ブレーキ力指令判定信号が出力
されていない。このため、論理和回路２８からは“０”
信号が送出され、従ってスイッチ３４は図示の切換位置
を採り、定数設定器３７からの１．０信号を選択して掛
算器３６に送出し、一方スイッチ３３も図示の切換位置
を採り、基準すべり周波数演算器２６からの基準すべり
周波数信号Ｆｓ’を選択して変化率リミッタ２７に送出
している。この場合の信号の流れは第４図に示した従来
の構成とまったく同じである。

一方、弱ブレーキ力指令時においては、ブレーキ力指令
設定器２５からのブレーキ力指令値を弱ブレーキ力指令
判定器２９で判定することにより弱ブレーキ力制御を検
出し、論理回路に対して“１″信号を送出する。

また、基準すべり周波数演算器２６によって計算された
基準すべり周波数Ｆｇ’が、周波数設定器３０からの０
．　７１１ｚに対応する信号以下になると、比較器３１
の出力は“１”となり、論理回路２８に対してこれを送
出する。

上の２つの条件が満足されると、論理回路２８は″１°
信号をスイッチ３４．３３−、に送出して、これらを図
示の位置から他の位置に切り換える。

スイッチ３４の切り換えに伴い、掛算器３６１；対して
は、弱ブレーキ時電圧周波数比補正係数演算器３５から
１．０以下の補正係数Ｋが入力され、基準電圧周波数比
演算器２２からの基準電圧周波数比Ｖ／Ｆに掛算される
。その結果、基準電圧周波数比Ｖ／Ｆは制限され、更に
変化率リミッタ２３によって一定以上の変化を抑制され
た上で制御電圧周波数比２４として送出される。

また、スイッチ３３の切り換えに伴い、基準すべり周波
数演算器２６からの基準すべり周波数Ｆｓ’に代えて、
周波数設定器３０からの０，７１１ｚに対応する信号が
変化率リミッタ２７に加えられ、そこで一定量上の変化
を抑制された上で基準すべり周波数Ｆｓとして送出され
る。このため、誘導電動機の電流を制御する最終のすべ
り周波数Ｆｓは０．７Ｈｚを中心に変化することになる
。

上述のような制御を行なうことにより、誘導電動機の１
次電流に対する励磁電流の比率を下げることが可能とな
り、力率も高まって基準すべり周波数Ｆｓによる有効な
トルク制御を行なうことができる。

以上述べたように、従来は電動機毎のわずかな回路定数
のばらつきによって、弱ブレーキ力指令時の回生ブレー
キ力が計算値と大きく異なってくることがあったのに対
して、上記実施例によれば、負荷に応じて励磁を変化さ
せて力率をあるレベル以下には下げないようにしている
ために力率が向上し、弱ブレーキ力指令時のような負荷
の小さい場合においてもすべり周波数によるトクル制御
を充分に行なうことが可能となり、更に電動機電流フィ
ードバックによるすべり周波数補正を有効に働かせるこ
とのできる電気車制御装置を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明の電気車制御装置によれば、弱ブレーキ力指令時
に、すべり周波数は予め設定されたリミット値に固定さ
れ、電圧周波数比は基準電圧周波数比に補正係数が掛け
られた値となり、これにより誘導電動機の二次側の電流
の比率を高め、すべり周波数の制御能力を拡大すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電気車制御装置のブロ
ック図、第２図は第１図の電気車制御装置の動作を説明
するための特性図、第３図は従来の制御装置の動作を説
明するための特性図、第４図は従来の電気車制御装置の
ブロック図、第５図は従来のＶＶＶＦインバータ電気車
システムの概略ブロック図、第６図は誘導電動機の簡易
等価回路図、第７図及び第８図は誘導電動機の動作を説
明するためのベクトル図である。 ６・・・インバータ、７−１〜７−４・・・誘導電動機
、２０・・・フィルタコンデンサ電圧検出器、２１・・
・インバータ周波数検出器、２２・・・基準電圧／周波
数比演算器、２３．２７・・・変化率リミッタ、２４・
・・制御電圧／周波数比、２５・・・ブレーキ力指令設
定器、２６・・・基準すべり周波数演算器、２９・・・
ブレーキ力指令判定器、３０・・・基準設定器、３１・
・・比較器、３３．３４・・・スイッチ、３５・・・弱
ブレーキ時電圧周波数比補正係数演算器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 可変電圧・可変周波数インバータによって駆動される誘
   導電動機を備える電気車の制御装置であって、インバー
   タ電圧とインバータ出力周波数とから基準電圧周波数比
   を演算し、ブレーキ力指令値からその指令値に応じた基
   準すベり周波数を演算するようにした電気車制御装置に
   おいて；弱ブレーキ力指令が出力され且つ前記基準すべ
   り周波数が予め定めたリミット値よりも小さい弱ブレー
   キ力制御時に、前記基準電圧周波数比に、その指令時に
   おけるインバータ電圧とインバータ出力周波数とに応じ
   たものとして演算した補正係数を掛け合わせる掛算手段
   と； 前記弱ブレーキ力制御時に、前記基準すべり周波数に代
   えて前記リミット値を送出する切換手段と； を備えたことを特徴とする電気車制御装置。