JPS6331403A - インバ−タ制御電気車の空転時再粘着制御方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は可変電圧可変周波数インバータにより制御され
る誘導電動機で駆動される電気車において、動輪がレー
ルとの間で全軸空転を起こした時の電気車制御方法に関
する。

（従来の技術） 近年パワーエレクトロエックスの発達により電気車の主
電動機として可変電圧可変周波数インバータ（以下、Ｖ
ＶＶＦインバータと称する）により制御される誘導電動
機が用いられている。

第１図はＶＶＶＦインバータ車両の代表的主回路構成例
で、パンタグラフ１からしゃ断器２゜フィルタリアクト
ル３及びフィルタコンデンサ４を介して入力電流をイン
バータ５に加え、後述するインバータ制御部からの信号
に基づいてインバータ５を運転することにより車両用誘
導電動機７゜８、　９．　１０を駆動する。なお、第１
図の１１゜１２．１３．１４は誘導電動機？、　　８．
　９．　１０の回転数を検出するパルスジェネレータで
あり。

１５は電動機電流検出器、１６は電動８Ｍ電圧検出器、
６はインバータ５を構成するＧＴＯ（ゲートターンオフ
）サイリスタである。従来このようなＶＶＶＦインバー
タ車両の制御部としては第２図の回路構成が採用されて
いる。すなわち、第２図において１７はパルスジェネレ
ータ１１．１２゜１３．１４（第１図に示す）の出力Ｐ
ＧＩ〜ＰＧ４が入力されると、これらの信号から各？Ｉ
ｌ！動機の回転周波数ｆ１．　　ｆＲ２、ｆＲｌ　　、
　　ｆＦｔ牛及び基準回転周波数ｆＲを算出する周波数
演算部である。カ行時には回転周波数ｆＲ（、ｆｆ２　
　、　　ｆＲ３、ｆＨ４のうちの最小値を２回生時には
最大値を選択して出力する。１８はノツチ指令ＭＣを出
力するマスコン、１９はマスコン指令ＭＣに応じて電流
指令値ＩＩ−Ｉｆ’と基楚ずべり周波数ｆｓＦを算出す
る電流・すべり周波数パターン発生部、２０は電流・す
べり周波数パターン発生部１９から出力される電流指令
値ＩＩＰと電動機電流検出部１５から出力される電動機
電流Ｉ、に応じて補正ずべり周波数Ａｆ　ｓを演算する
補正すべり周波数演算部。

２１は回転周波数ｆＲの急激な変化を１ｈ１［限する変
化率リミッタである。電動機電流検出部１５の出力はイ
ンバータ出力電流であるので、同一インバータで駆動さ
れる誘導電動機の個数で電流値を割った値を電動機電流
ｌｌ−１とする。インバータ周波数ｆｌＮＶ　　はカ行
時、変化率リミッタ２１の出力ｆＰ。

に電流・すべり周波数パターン発生部１９の出力である
基準すべり周波数ｆＳＰと補正ずべり周波数演算部の出
力であるΔｆｓを加算して得る。２２はインバータ周波
数ｆｌＮＶに対応する変調率を求める変調率演算部で、
２３はインバータ周波数ｆ　ＩＮＶ及び変調率演算部の
出力Ｔからインバータ５のサイリスタゲート信号を発生
するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うＰＷＭ変調部で
ある。

２４は周波数演算部１７から誘導電動機７．８゜９．１
０の回転周波数ｆＨ、ｆへ２　　、　　ｆｌ’（３。

ｆＦ？＋を得て、それら回転周波数の時間変化率（微分
値）及び回転周波数差から車輪の空転を検知し空転検知
信号を出力する空転検知部である。

インバータ制御電気車は前述したようにパルスジェネレ
ータ１１，１２．１３．１４の出力信号ＰＧＩ〜ＰＧ４
から基準となる回転周波数ｆｆ？を求めるが、同一のイ
ンバータで駆動される誘導電動機７〜１０に対応するす
べての動輪が空転する全軸空転が起こると１回転周波数
ｆへは列車速度に対応しなくなり大空転に発展する。し
たがって。

全軸空転が発生した場合すみやかに再粘着させる必要が
ある。従来、カ行中に全軸空転が発生した場合、第３図
に示すように空転検知部２４の全軸空転検知信号Ｓｐを
受けて電流・すべり周波数パターン発生部１９が電流指
令値ＩＭＦ’を定められた割合だけしぼりその結果電動
機電流Ｉｓが減少し空転中の動輪が再粘着する。全軸空
転が終了し全軸空転検知信号がなくなると電流・すべり
周波数パターン発生部１９の電流指令値ＩＮＦが徐々に
復帰し、それとともに電動機電流ＩＮ　も復帰する。

（発明が解決しようとする問題点） 全軸空転が発生すると、車輪・レール間の粘着係数がわ
ずかに低下して全軸空転が発生した場合も、大きく粘着
係数が低下した場合も常に予め定められた一定の割合で
電動機電流ＩＭを減少させる結果、車輪・レール間の粘
着係数の最低値に合わせた制御となり、駆動力の低下が
大きい。

（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、インバータ制御電気車がカ行中に全軸
空転を起こし、インバータ：ｂ’制御のための電動機回
転周波数ｆＦ？が列車速度に対応しなくなることのない
ようにすみやかに空転軸の再粘着を促し、全軸空転が連
続して多発する場合はその場の粘着係数を考慮した電動
機トルクに引き下げて再空転を起こしにくくするととも
に、粘着力を最大限に利用するだめの電気車ｉ１ｒ制御
方法を提案することにある。

（作用） 本発明はＶＶＶＦインバータによる誘導電動機駆動電気
車において、カ行中に動輪が全軸空転を起こした場合、
全軸空転を検知すると、車輪の全顎速度から粘着係数を
算出し電動機電圧ｖ、１とインバータ周波数ｆｌＮＶの
比ＶＭ　／　ｆ　ＩＮＶを小さくすることによって粘着
係数以下に電動機トルクを下げ、全軸空転が終了後電動
機電圧ｖｌ−１とインバータ周波数ｆ＋ＮＶの比ＶＭ　
／　ｆ　ＩＮｙを徐々に復帰する制御方式において、上
記全軸空転が予め定められた時間内に予め定められた回
数続けて全軸空転が発生した場合には電動機電圧Ｖｌ／
ｌとインバータ周波数５ＮＶの比ＶＭ　／　ｆ　＋ｌＪ
Ｖを小さくすることによって電動機トルクを粘着係数に
対応する値に下げるとともに、予め定められた時間上記
の値を保持し、上記時間経過後徐々に電動機電圧ｖｍと
’Ｉ’　：’バーＩ’Ｊｌ数ｆ　ＩＮＶ　（７）比Ｖｔ
７１　／　ｆ　ＩＮ”／を復帰させる電気車の制御方法
である。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第４図は本発明による電気車制御装置におけるインバー
タ制御部の構成例を示すもので第２図と同一のものは同
一の記号で示す、第４図で、１７はパルスジェネレータ
１１〜１４（第１図に示す）の出力信号ＰＧＩ〜ＰＧ４
が入力されると、これらの入力信号から各電動機の回転
周波数ｆＲ１〜ｆｌ（４及び基準回転周波数ｆｌ’（を
算出する周波数演算部であり１回転周波数蝕は、カ行時
には電動機の回転周波数ｆＩｔｌ〜ｒ艮斗のうちの最小
値ｆＢを選択し出力する。１８はノツチ指令ＭＣを出力
するマスコン、１９はマスコン指令ＭＣと回転周波数ｆ
ｆｉに応じて電流指令値ＩＭＦ’及び基準すべり周波数
ｆＳＰを算出する電流・ずべり周波数パターン発生部、
２０は電流指令値１口ｅと電動機電流　Ｉ、との電流偏
差６１口に応じて補正ずべり周波数Δｆｓを算出する補
正すべり周波数演算部、２１は周波数演算部１７の出力
ｆｆｉの時間変化率を制限する変化率ＩＪ　ミッタであ
り、２２はインバータ周波数ｆｌＮＶに対応する基準変
調率γｐを算出する変調率演算部、２３はインバータ周
波数ｆｌＮＶ及び変調率Ｔを入力しＰＷＭ制御を行うＰ
ＷＭ変調部で第１図のインバータ５にゲート信号を与え
る。２５は電動機の回転周波数ｆＲ１〜１斗、電動機電
圧検出器１６の出力である電動機電圧Ｖｔ、ｌ、インバ
ータ周波数ｆｌＮＶを受けて全軸空転の場合にレール・
車輪間の粘着係数を考慮し粘着係数以下の適切な値に電
動機トルクを設定する変調率減少率ＫＲを算出する空転
検知演算部である０次に上記のように構成されたインバ
ータ制御部に基づき全軸空転時のＶＶＶＦインバータ車
両の制御とその作用について第５図に基づいてのべる。

カ行中にレール・車輪間の粘着係数μ（ｌ相当たりのけ
ん引力Ｆと軸重Ｗの比Ｆ／Ｗ）が低下し全動輪の空転が
発生すると、空転検知演算部２５によって全軸空転が検
知されその場合の粘着係数μが次式によって計算される
。

−（（ＳＭ−Ｒ１＋Ｒ２）　　＋、Ｓ、２・（Ｘ、＋Ｘ
２）２）Ｓｈ＝　Ｉｆ＋Ｎｖ　　−ｆＲＭ　　ｌ／ｆ＋
Ｎｙη　　：歯車装置の伝達効率 Ｇ　　：歯車の歯数比 Ｐ　　：誘導電動機の極、数 Ｔ閃　：最大軸加速度を示す電動機のトルク（Ｎ−ｍ） Ｉｗ　：車輪軸の慣性モーメント（Ｋｇ−ｍ　）ｆ＠ｏ
ｈ　：最大軸加速度を示す車軸に対する電動機の回転周
波数の微分値 ＷＭ　　：最大軸加速度を示す車軸の軸重（１）ＤＨ：
最大軸加速度を示す車φ＋ｈの車輪径（ｍ）Ｓ門　：最
大軸加速度を示す車軸に対する電！ＩＩ機のすべり ＶＨ：電動機相電圧（Ｖ） 「Ｉ）ＪＶ’インバータ周波数（Ｈｚ）ｆ３Ｍ’最大軸
加速度を示す車軸に対する電動機の回転周波数（Ｈｚ） Ｒ（、ｘ、：Ｔ型等価回路による誘導電動機の一次側の
抵抗とりアクタンス（Ω） （第６図に示す） Ｒ２，Ｘ２：Ｔ型等価回路による誘導電動機の二次側の
一次換算抵抗とりアクタン ス（Ω）（第６図に示す） 次に電動機トルクＴ−を粘着係数に換算した設定粘着係
数μｅを（４）式から求め、粘着係数μと設定粘着係数
μｅの比μ／μｅを求める。このμ／μｅから変」３！
１率低減率ＫＦ＜を（５）式より求め空転検知演算部２
５から出力する。

９．８Ｘ１０００ＸＷＭ・ＤＨ 第７図は粘着係数・設定粘着係数比μ／μｅに対する変
調率低減率ににを示す、変調率演算部２２の出力である
基準変調率γｐと低減率ににとの積により変調率Ｔを得
る。その結果、電動機トルクは粘着係数を考慮した適切
な値に低減され動輪は再粘着する。全軸空転が終了し全
軸空転検知信号がなくなると変調率γを徐々に復帰させ
る。

全軸空転が繰り返されると上記制御を繰り返すが、予め
定められた回数予め定められた時間内に続けて全軸空転
が発生ずると、変調率低減率に＾か演算され、変調率演
算部２２の出力である基準変調率ＴＰとの積をとり変調
率γを得るとともに。

予め定められた時間その変調率γを保ち、その後基準変
調率γｐに徐々に復帰させる。なお、全軸空転中は常時
粘着係数μを計算し、その粘着係数μがさらに下がった
場合にはその下がった値によって変Ｊ、Ｊ率低減率に４
求める。

第８図は全軸空転時の各部の動作を時間に対して示した
ものである。車輪・レール間の粘着係数μが低下し全軸
が空転すると、全軸空転を検知し電動機電圧とインバー
タ周波数の比ＶＭ　／　［ＩＮＶを低減し電動機トルク
を下げ、それによって全軸空転が終了する。第８図の例
では全軸空転が続けて発生し４回目になった時間で電動
機電圧とインバータ周波数の比ＶＭ／ｆｌＮ’／を低減
するとともに、その値を予め定められた時間Ｔｐの間保
持しその後Ｖｌ、１／ｆｌＮ■の値を徐々に復帰させる
。

（発明の効果） 以上説明したように本発明を適用することにより。

インバータ制御電気車がカ行中に車輪・レール間の粘着
係数の低下のため全軸空転を起こした場合でもインバー
タ周波数をつくる基阜回転周波数ｆ＾を列車速度に対応
する値に保ち、かつ車輪・レール間の利用粘着力を最大
に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＶＶＶＦインバータ制御電気車の主回路概略図
、第２図は従来のＶＶＶＦインバータ制御電気車の制御
部のブロック図、第３図は従来のＶＶＶＦインバータ電
気車の空転時の再粘着制御の状態図、第４図は本発明に
よるインバータ制御部のブロック図、第５図は本発明に
よる空転検知演算部の演算フローチャート、第６図は誘
導電動機のＴ型等価回路、第７図は粘着係数・設定粘着
係数比μ／μｅに対する変調率低減率に尺特性。 第８図は本発明による空転時の再粘着制御の状態図であ
る。 ｌ・・・パンタグラフ ２・・・しゃ断器 ３・・・フィルタリアクトル ４・・◆フィルタコンデンサ ５・・・インバータ ６・・・ＧＴＯサイリスタ ７、　８．　９．　１０・・・誘導電動機１１．１２，
１３．１４・・・パルスジェネレータ１５・・・電動機
電流検出器 １６・・・電動機電圧検出器 １７・・・回転周波数演算部 １８・・・マスコン １９・・・電流・すべり周波数パターン発生部２０・・
・補正すべり周波数演算部 ２１・・・変化率リミッタ ２２・・・変調率演算部 ２３・・・ＰＷＭ変調部 ２４・・・空転検知部 ２５・・・空転検知演算部 ２６・・・−次側の抵抗 ２７・・・−次側のりアクタンス ２８・・・二次側の抵抗（−次側換算値）２９・・・二
次側のりアクタンス（−次側換算値）３０・・・励磁リ
アクタンス 指定代理人　日本国有鉄道総裁室法務課長小野澤糸藏 ＋Ｉ″１　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １台の可変電圧可変周波数インバータで複数台の誘導電
   動機を駆動する電気車において、全軸空転が発生した場
   合に車輪軸加速度から粘着係数を算出し、電動機電圧と
   インバータ周波数の比を小さくすることによって粘着係
   数以下に電動機トルクを下げ、全軸空転が終了後、上記
   の電動機電圧とインバータ周波数の比を徐々に復帰させ
   る制御をとるものにおいて、予め定められた時間内に予
   め定められた回数続けて全軸空転が発生した場合には電
   動機電圧とインバータ周波数の比を小さくすることによ
   って粘着係数に対応した電動機トルクに下げるとともに
   、予め定められた時間上記電動機トルクを保った後、電
   動機電圧とインバータ周波数の比を徐々に復帰させる制
   御を行う電気車の制御方法