WO2008053675A1 - Appareil de commande pour véhicule à moteur électrique - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an electric vehicle using an AC motor driven by a variable voltage variable frequency inverter (hereinafter also referred to as a VWF inverter) without using a speed detector, and in particular.
  • the present invention relates to a technique for detecting an abnormality in a speed estimation value required for the control.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3732784 (Fig. 6, Formula (28))
  • Patent Document 2 JP 2004-64905 A (Fig. 1)
  • the current reference IL * is calculated using the active power reference P * and the DC voltage Vdc, and the value IL obtained by detecting the overhead line current The deviation of the current reference IL * is calculated, and when this deviation is between the lower limit value ⁇ and the upper limit value (in this case, it is determined that the speed estimation value is abnormal.
  • the current reference IL * is obtained by dividing the active power reference ⁇ * by the DC voltage Vdc. Strictly speaking, the current reference IL * is the input current of the inverter that is not the overhead line current. As a result, it is relatively easy to determine the lower limit ⁇ and the upper limit / 3 when calculating the deviation from the overhead wire current and the overhead current reference. Since the current deviation is calculated, it is very difficult to determine the setting constant for the lower limit ⁇ and the upper limit ().
  • the active power standard ⁇ * must be changed when the AC motor or WVF inverter changes, so the lower limit ⁇ and upper limit / 3 must be changed each time.
  • the inverter input current will flow for a short time, but the input current that has flowed and the operation command signal turned off will be discriminated, and abnormal operation will occur. There is a high possibility that it will be judged.
  • the inverter input current becomes transient by stopping the inverter suddenly. Therefore, a current in a direction different from the operation command signal flows, and this causes the anomaly detection system to work and false detection. Such a false detection reduces the reliability of the system.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and detects a speed estimation abnormality with a simple configuration by detecting a sign of an overhead line current or a sign of an inverter current.
  • the system can be configured to easily determine the constants to be set, and even if the AC motor or variable voltage variable frequency inverter is changed, it is possible to detect abnormalities in the estimated speed value without changing the set constants.
  • An object is to provide a control device.
  • Another object of the present invention is to provide an electric vehicle control device that can accurately and reliably detect an abnormality in a speed estimation value without erroneously detecting it.
  • An electric vehicle control apparatus includes a VWF inverter (variable voltage variable frequency inverter) that converts direct current to alternating current of any frequency based on a power line command or a brake command, and an alternating current side of the WVF inverter.
  • VWF inverter variable voltage variable frequency inverter
  • An electric vehicle control device comprising speed sensorless vector control means for estimating a rotation speed of an electric motor and controlling the WVF inverter based on the estimated value, wherein the overhead wire current detection means detects an overhead wire current or One of the DC current detection means for detecting the inverter current of the WVF inverter and the power of either the power command or the brake command when the WVF inverter is in operation, one command and the DC current detection means DC detected by either the detected overhead wire current or the inverter current and the predetermined current setting ⁇ I And detecting the abnormal sign of the speed sensorless vector control means based on the sign of the direct current, and stopping the VWF invert
  • An electric vehicle control apparatus includes a WVF inverter (variable voltage variable frequency inverter) for converting a direct current to an alternating current of an arbitrary frequency based on a power line command or a brake command, and the WVF inverter.
  • a WVF inverter variable voltage variable frequency inverter
  • An AC motor connected to the AC side of the VWF, a filter capacitor connected in parallel to the DC side of the VWF inverter, current detection means for detecting current information on the AC side of the WVF inverter, and a filter capacitor
  • the rotational speed of the AC motor is estimated from voltage detection means for detecting DC voltage information, the output voltage command of the WVF inverter and the output current of the WVF inverter, and based on the estimated value, the An electric vehicle control device equipped with a speed sensor-less solid-state control means for controlling a WVF inverter, wherein the overhead wire current estimation means for Any one of the DC current estimation means for estimating the inverter current of the WVF inverter, and any one of the command of the bank command or the brake command and the DC current estimation means when the WVF inverter is in operation.
  • the sign of the DC current estimated value is calculated from the estimated current of the overhead wire or the estimated value of the inverter current, one DC current estimated value and a predetermined current setting value, and the sign of the DC current estimated value Speed sensorless vector control means is abnormal And a gate stop means for stopping the VWF inverter when the abnormal operation detection means detects an abnormality.
  • control apparatus for an electric vehicle of the present invention it is possible to detect an abnormality in the speed estimation direction, that is, an abnormality in the speed sensorless vector control means with a simple and low-cost configuration. It is possible to prevent the breakdown of parts.
  • setting constants for abnormality determination can be easily set, and even if the AC motor or variable voltage variable frequency inverter is changed, it is possible to detect an abnormality in the speed estimation value without changing the setting constant. it can.
  • a highly reliable electric vehicle control device can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a control device for an electric vehicle according to a first embodiment. [0013] FIG.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of unauthorized operation detection means in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of gate stop means in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of each parameter of the illegal operation detecting means during the wake-up in the first embodiment.
  • FIG. 5 is an operation explanatory diagram of each parameter of the unauthorized operation detection means during regeneration in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an electric vehicle control device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of overhead wire current estimation means in the second embodiment.
  • FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a VWF inverter used in the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a control device for an electric vehicle according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of unauthorized operation detection means in the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of gate stop means in the third embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of overhead wire current condition setting means during regeneration in the third embodiment.
  • FIG. 13 A diagram showing a configuration of the regeneration time element means in the third embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram showing control mode switching in the electric vehicle control device according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration of the electric vehicle control device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17 A diagram showing a configuration of the control device for an electric vehicle according to the fifth embodiment.
  • VWF inverter VWF inverter
  • Means for detecting illegal frauds Means for detecting illegal regeneration
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the electric vehicle control device according to the first embodiment.
  • a brake command B * which will be described later, as an example of a control device for an electric vehicle that operates in response to the power command P *.
  • Noletako Connected to the positive potential of SA5. Further, the negative side potential of the direct sensor 5 is grounded to the rail 9 via the wheel 8.
  • a variable voltage variable frequency inverter (hereinafter also referred to as a WVF inverter) 6 for converting a direct current into an alternating current of an arbitrary frequency is connected in parallel with the direct current filter capacitor 5, and this WVF inverter 6 is an induction motor.
  • a three-phase voltage is applied to an AC motor 7.
  • AC-side current detection means 10 detects the phase currents iu and iv generated in the AC motor 7.
  • the force S is used to determine the w-phase current from the detected currents for the u and v2 phases.
  • the AC motor 7 and the wheel 8 are independent forces. This is illustrated for the sake of convenience, and actually the AC motor 7 is connected to the wheel 8 via a gear. The wheel 8 is connected to the rail 9.
  • an overhead line current detection means 4 for detecting a current Is flowing from the overhead line 1 to the DC filter rear tutor 3 is provided, and the overhead line current value Is detected by the overhead line current detection means 4 is detected as an illegal operation. Means (details will be described later).
  • the overhead wire current value detected by the overhead wire current detection means 4 Is force When the current flows from the overhead wire 1 through the VWF inverter 6 to the AC motor 7 (flowing in the direction of the arrow in FIG. 1) is defined as the positive direction,
  • the overhead wire current Is during the caulking operation flows in the positive direction (the current value is positive).
  • the overhead wire current Is during regenerative operation flows in the negative direction (current value is negative) flowing from the AC motor 7 through the WVF inverter 6 to the overhead wire 1. That is, it flows in the direction opposite to the arrow in FIG.
  • the speed sensorless vector control means 11 estimates the rotational speed of the AC motor 7 from the output voltage command of the WVF inverter 6 and the output current of the VV VF inverter 6, and controls the VWF inverter 6 based on this estimated value.
  • the AC motor 7 is driven and controlled.
  • the control system in the speed sensorless vector control means 11 is a speed sensorless vector control system that controls the current, voltage, and magnetic flux of the AC motor 7 on the dq axis rotation coordinate system. Since the speed sensorless vector control means 11 is an existing technology, its detailed description is omitted here.
  • Fig. 2 shows an example of the configuration of the unauthorized operation detection means 12.
  • It is an unauthorized regeneration detection means that detects abnormalities during operation.It uses the overhead wire current detection value Is detected by the overhead wire current detection means 4 and the first current setting value that is set to determine that the regeneration is unauthorized.
  • 15 is an unauthorized power line detection means for detecting an abnormality during regenerative operation, and it is determined that the overhead line current detection value Is detected by the overhead line current detection means 4 and the overhead line current detection value Is!
  • the comparison means 20 during regeneration for comparing the second current setting value set to the overhead current condition EPDBLVL22 during regeneration, and the detection result of this comparison means 20 for a certain period of time. It is equipped with a means for detecting illegal power lines (regenerative time) 17 to output (with delay).
  • a power regeneration detection selection means that selects either the unauthorized regeneration detection means 14 or the unauthorized power detection means 15 depending on whether the operation is in a coasting operation or a regenerative operation based on the power command P *. is there.
  • the power command P * can be obtained directly according to the position of the command, which is a transmission on the cab of the electric vehicle.
  • the principle of the unauthorized operation detecting means 12 configured as described above is that the overhead wire current Is is in the positive direction (immediately when the speed sensorless vector control means 11 is in the normal caulking operation. That is, plus).
  • the speed sensorless vector control means 11 when the speed sensorless vector control means 11 is in a normal regenerative operation, the fact that the overhead wire current Is is in the negative direction (that is, minus) is used.
  • the unauthorized operation detection means 12 determines that the speed sensorless vector control means 11 is abnormal when the overhead current Is flows in the negative direction instead of the positive direction when the speed sensorless vector control means 11 is operating in the negative direction, and the WV F inverter 6 Is stopped by the gate stop means 13.
  • the unauthorized operation detection means 12 judges that the speed sensorless vector control means 11 is abnormal when the overhead wire current Is flows in the positive direction instead of the negative direction during the regenerative operation, and the WVF inverter 6 is gate-stopped. Stop by means 13.
  • the running command P * is input to the illegal operation detecting means 12 and the speed sensorless beta control means 11, so the running regeneration detection selecting means 18 has the A contact and the C contact. Will be connected.
  • the overhead line current Is flows in the negative (minus) direction, so the overhead line current condition EPDPLVL21, which is the first current setting value, is compared with the overhead line comparison means 19 To do.
  • the overhead line current condition EPDPLVL21 is set to 10A, and the overhead line current Is is -1 OA (the overhead line current condition during
  • EPDPLVL21 is detected to be smaller.
  • the unauthorized regeneration detection time element means 16 has a detection time element (delay) for a certain period of time in order to prevent false detection due to a transient response, etc., and the time of the time element (delay) If the state where the overhead line current Is is smaller than the overhead line current condition EPDPLVL21 continues even after elapse of time, the unauthorized operation detection means 12 outputs the unauthorized operation detection signal EPD to the goat stop means 13.
  • the set time of the element is good if the time above the resonance frequency of the DC filter rear tuttle 3 and DC filter capacitor 5 is set in consideration of the response of the overhead wire current Is.
  • each parameter of the unauthorized operation detection means 12 during regeneration is shown in FIG. 5, and the operation will be described below with reference to FIGS.
  • the feed command P * is not input, so the feed regeneration detection / selection means 18 has a contact B and a contact C connected.
  • the overhead wire current Is flows in the negative (minus) direction.
  • the overhead wire current Is flows in the positive (positive) direction. Therefore, the overhead wire current Is and the second current set value, the overhead wire current condition EPDBLVL22 during regeneration, are compared by the comparison means 20 during regeneration. .
  • the overhead wire current condition EPDBLVL22 during regeneration is set to + 10A, and the comparison means 20 during regeneration detects that the overhead wire current Is is greater than + 10A (overhead current condition EPDBLVL22 during regeneration).
  • the illegal cash detection time element means 17 has a detection time element (delay) for a certain period of time in order to prevent false detection due to a transient response, etc., and the time element (delay) If the state where the overhead wire current Is is larger than the overhead wire current condition EPDBLVL22 during regeneration continues even if time elapses, the unauthorized operation detection means 12 outputs the EPD of the unauthorized operation detection signal to the gate stop means 13.
  • the set time of the element is good if the time above the resonance frequency of the DC filter rear tuttle 3 and DC filter capacitor 5 is set in consideration of the response of the overhead wire current Is.
  • FIG. 3 shows an example of the configuration of the gate stop means 13.
  • the gate stop unit 13 generates a gate signal by the gate signal command generation circuit 26 based on the voltage command calculated by the speed sensorless vector control unit 11.
  • the signal EPD becomes 1, and the signal is inverted by an inverting (NOT) circuit 25 to be zero, and this is input to the multiplier 27 to be input to the VWF inverter 6
  • the gate signals to all switching elements are turned off (zero).
  • the control device for an electric vehicle is capable of executing the line command P *.
  • V VVF inverter variable voltage variable frequency inverter
  • AC motor 7 connected to the AC side of VWF inverter 6
  • WVF Filter capacitor 5 connected in parallel to the DC side of inverter 6
  • current detection means 10 for detecting current information on the AC side of WVF inverter 6
  • voltage detection means for detecting DC voltage information on filter capacitor 5 24
  • a speed sensorless vector control means 11 that estimates the rotational speed of the AC motor 7 from the output voltage command of the V VVF inverter 6 and the output current of the VWF inverter 6 and controls the WVF inverter 6 based on the estimated value.
  • a control device for an electric vehicle that has an overhead line current detection means (DC current detection means) 4 that detects the current of the overhead line 1 and a VWF inverter 6 that is operated during operation. Is the brake command B *! Or deviation.
  • DC current detection means One command and the overhead wire current detection means (DC current detection means) 4
  • the overhead wire current (DC current) detected by 4 and the predetermined current set value are used to sign the overhead wire current.
  • Top means 13 are provided.
  • the unauthorized operation detection means 12 in the present embodiment illegally regenerates the value of the overhead wire current (DC current) detected by the overhead wire current detection means 4 when the VWF inverter 6 is in the caulking operation.
  • the illegal regenerative detection means 14 that compares the first current set value that is set to determine that there is a current, and the overhead wire current (DC current) detected by the overhead wire current detection means 4 when the WVF inverter 6 is in regenerative operation
  • the illegal power detection means 15 that compares the current value with the second current setting value that is set to determine that the power is illegally operated and the power command P * (or brake command B *)
  • a power regeneration detection selection means 15 selects the unauthorized regeneration detection means 14 during the coasting operation and selects the unauthorized regeneration detection means 15 during the regeneration operation.
  • the unauthorized regeneration detection means 14 in the present embodiment takes a certain time from when the current value of the overhead line 1 detected by the overhead line current detection means 4 becomes smaller than the first current set value. It has illegal regeneration detection time element 16 that can be passed, and illegal fraud detection means 15 is configured such that the current value of overhead line 1 detected by overhead line current detection means 4 is the second current set value. There is a fraudulent detection means 17 that can allow a certain period of time to elapse from the time when it becomes larger.
  • the VWF inverter is speed sensorless depending on the sign of the overhead wire current detected by the overhead wire current detection means during operation based on the steering command P * or the brake command B *. It is equipped with an abnormal motion detection means that detects that the vector control means is abnormal, and is configured to stop the VWF inverter when the abnormal operation detection means detects an abnormality. Therefore, it is possible to easily detect an abnormality in the speed sensorless vector control means, and it is possible to prevent failure of the inverter device parts due to overcurrent.
  • setting constants for abnormality determination can be easily set, and even if the AC motor or variable voltage variable frequency inverter is changed, it is possible to detect an abnormality in the speed estimation value without changing the setting constant. it can.
  • the value of the current of the overhead wire detected by the overhead wire current detection means is constant for a certain period of time from when it becomes smaller than the first current set value set for judging that the regeneration is illegal. From the second current set value set to determine that the illegal power is detected and the power value of the overhead line current detected by the overhead line current detection means Since it is equipped with an improper detection means that can allow a certain amount of time to elapse after it becomes large, incorrect detection of improper regeneration detection means and improper fraud detection means due to transient responses, etc. Can be prevented.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an electric vehicle control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. Note that the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different parts are described here.
  • the second embodiment it is also possible to operate with a force brake command B *, which will be described by taking as an example the case of a control device for an electric vehicle that operates in response to the power command P *.
  • a force brake command B * which will be described by taking as an example the case of a control device for an electric vehicle that operates in response to the power command P *.
  • the overhead wire current estimating means 23 is provided, and its output is provided. Is input to the unauthorized operation detection means 12.
  • the overhead wire current estimated value estimated (calculated) by the overhead wire current estimating means 23 is input to the unauthorized operation detecting means 12 instead of the overhead wire current detected value.
  • the overhead wire current value Is detected by the overhead wire current detection means 4 is input to the unauthorized operation detection means 12, and the abnormality of the speed sensorless vector control means 11 is determined.
  • the first embodiment requires the overhead wire current detection means 4 for detecting the current of the overhead wire 1, and there is a problem that the manufacturing cost of the device increases and the reliability of the device decreases due to an increase in the number of parts. .
  • the current value of the overhead wire 1 is estimated by the overhead wire current estimating means 23, thereby eliminating the overhead wire current detecting means 4 used in the first embodiment.
  • the speed sensorless vector control means 11 it is possible to determine abnormality of the speed sensorless vector control means 11 without lowering the manufacturing cost and lowering the reliability of the apparatus.
  • FIG. 7 shows the configuration of the overhead wire current estimating means 23.
  • the overhead wire current estimating means 23 includes a capacitor input current estimating means 28 for estimating the capacitor input current Ic, and an inverter DC input.
  • the capacitor input current estimation means 28 for estimating the capacitor input current Ic of the overhead wire current estimation means 23 is a voltage detection that detects the DC voltage information of the filter capacitor 5 connected in parallel to the DC side of the VWF inverter 6. By differentiating the capacitor voltage Vc detected by the means 24 with time and multiplying by the filter capacitor capacity C, the capacitor input estimated current Ic-s is calculated by the following equation (1).
  • equation (1) uses differentiation, it can be realized by software such as a microcomputer. Therefore, the following formula (2) may be used practically because the calculation result may be difficult or the calculation result may diverge.
  • the time constant T may be set to a value similar to the maximum operating frequency of the WVF inverter 6.
  • the time constant T in equation (2) can be calculated by the following equation (3) and should be set to about 80 msec.
  • the configuration of the WVF inverter 6 is configured by six switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) as shown in FIG. 8, for example. Yes.
  • the actual WVF inverter 6 has a vertical short-circuit prevention time (or dead time) Td to prevent the two switching elements of each phase from turning on at the same time.
  • the inverter DC input current estimation means 29 for estimating the inverter DC input current Idc of the overhead wire current estimation means 23 is the state of the switching elements Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz of the WVF inverter 6 shown in FIG. And, using the detection value of the current detection means 10 for detecting the current information on the AC side of the WVF inverter 6, the inverter DC input estimated current Idc-s is calculated by the following equation (4).
  • Su, Sv, and Sw are functions indicating the state of the switching element, they can be defined as ON (indicated by +1) and OFF (indicated by 0) in the following states.
  • Switching elements 311, Sv, Sw are ON, or when Td and motor currents Iu, Iv, Iw are 0.
  • the inverter DC input current estimation method using Equation (4) has been described.
  • the inverter DC input current estimation method also calculates the inverter power and sets the capacitor voltage. It can also be calculated by dividing by Vc, and the inverter DC input current can also be calculated using other estimation methods other than Equation (4)! /
  • the operation and action after the unauthorized operation detecting means 12 which is an operation for detecting an abnormality of the speed sensorless vector control means 11 using the overhead wire current estimated value Is-s calculated by the overhead wire current estimating means 23 is as follows. Since it is the same as that of the first embodiment, the description is omitted.
  • the control apparatus for an electric vehicle converts a direct current into an alternating current of an arbitrary frequency based on the power command P * or the brake command B * ( Variable voltage variable frequency inverter) 6, AC motor 7 connected to the AC side of WVF inverter 6, filter capacitor 7 connected in parallel to the DC side of WVF inverter 6, and current on the AC side of WVF inverter 6
  • Current detection means 10 for detecting information
  • voltage detection means 24 for detecting DC voltage information of the filter capacitor 5
  • An electric vehicle control device comprising speed sensorless vector control means 11 for estimating the speed and controlling the VWF inverter 6 based on the estimated value, and the overhead wire current for estimating the current of the overhead wire 1 Estimated Stage (DC current estimation means) 23, and the estimated current of the overhead wire (DC current estimated by the power command P * or brake command B * and the overhead wire current estimation means (DC
  • the overhead wire current estimation means 23 in the present embodiment is based on the current information detected by the current detection means 10 and the switching state of the WVF inverter 6, and the inverter DC input input from the overhead line 1 to the WVF inverter.
  • Inverter DC input current estimation means 29 for estimating current capacitor input current estimation means 28 for estimating the capacitor input current input from the overhead wire 1 to the filter capacitor 5, inverter DC input current estimation means 29, and capacitor input current
  • An adder 30 is provided for adding the estimated current values of the estimating means 28 and inputting them to the illegal operation detecting means 12.
  • the unauthorized operation detection means 12 in the present embodiment is configured such that the overhead current estimation value (DC current estimation value) estimated by the overhead wire current estimation means (DC current estimation means) 23 when the VWF inverter 6 is operating in a cauldron. ) And the first current setting value set to determine that the regeneration is illegal, and the WVF inverter 6 is connected to the overhead current estimation means (DC current estimation means) during regenerative operation.
  • Unauthorized power line detection means that compares the estimated current value (DC current estimated value) of the overhead line estimated by 23 with the second current setting value set to determine that the power line is illegally operated Based on 15 and the command for braking or braking, select the unauthorized regeneration detection means 14 during the coasting operation and select the unauthorized regeneration detection selection means 18 during the regeneration operation. I have.
  • the unauthorized regeneration detection means 14 in the present embodiment has a certain amount of time since the estimated current value of the overhead line 1 estimated by the overhead line current estimation means 23 becomes smaller than the first current set value.
  • the unauthorized regeneration detection means 15 has a power line estimated value estimated by the overhead wire current estimation means 23 larger than the second current set value.
  • the speed sensorless vector control is detected based on the sign of the estimated current value of the overhead wire, and the WVF inverter is stopped.
  • the same effect as in the case of 1 is achieved, and compared with the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an electric vehicle control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • 1 is an overhead wire
  • 2 is a pantograph
  • 3 is a DC filter rear tutor
  • 4 is an overhead wire current detection means
  • 5 is a filter capacitor
  • 6 is a WVF inverter
  • 7 is an AC motor that is an induction motor.
  • Reference numeral 10 denotes AC-side current detection means.
  • the current detection means 10 detects phase currents iu, iv, and iw generated in the AC motor (induction conductive motive) 7.
  • the AC-side current detection means 10 the current flowing through the connection connecting the VWF inverter 6 and the AC motor 7 that is an induction motor is detected by CT or the like. It is also possible to detect the phase current using the current flowing inside the VWF inverter 6 such as bus current using other known methods.
  • the VV VF inverter 6 that converts direct current into alternating current at an arbitrary frequency applies a three-phase voltage to the alternating current motor 7 (induction motor).
  • the offset compensation means 44 is a function for compensating for the offset of the overhead wire current Is using the brake command B * as an input.
  • the illegal operation detection means 31 provided with the and the gate stop means 32 having the brake command B * as an input are provided!
  • the rotational speed estimation abnormality of AC electric motor 7 is detected only during braking.
  • this embodiment detects a speed estimation abnormality only during braking is that, in the case of an electric vehicle, an AC motor that is an AC motor in the same direction as the command from the driver's cab during driving. This is because the direction of rotation is determined so that the induction motor rotates. When braking, it is necessary to determine the direction of rotation so that the voltage command output by the WVF inverter 6 matches the direction of rotation of the AC motor 7 in order to perform braking safely and securely. There is.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the unauthorized operation detection means 31 in the present embodiment.
  • the illegal operation detection means 31 receives the overhead line current detection value Is detected by the overhead line current detection means 4 and the brake command B * as input, and is greater than the comparison means 33 and sets the overhead current condition during regeneration.
  • 11 is a diagram showing a configuration of the gate stop means 32 in the present embodiment.
  • the overhead current condition setting means 34 at the time of regeneration of the unauthorized operation detection means 31 is composed of a switching means 39, a time element (ONTD) means 40a, and a time element (ONTD) means 40b. .
  • the time element (ONTD) means 40a sets a delay time of 400 msec.
  • ONTD means ON Time Delay.
  • the time element (ONTD) means 40b sets a delay time of 1400 msec.
  • the regenerative time element means 35 of the unauthorized operation detection means 31 includes a time element (ONTD) means 41, a switching means 42, and a variable time element (ONTD) means 43.
  • ONTD time element
  • ONTD variable time element
  • the time element (ONTD) means 41 sets a delay time of 400 msec, and the output of the time element (ONTD) means 41 outputs an ON instruction to the switching means 42 400 msec after the brake command B * is turned ON. To do.
  • the switching means 42 can switch from 10 ms ec to 100 msec in response to the ON command output from the time element (ONTD) means 41.
  • the variable time element (ONTD) means 43 can delay the output of the switching means 42 (that is, the time of 10 msec or 100 msec) until the EPD signal is outputted after the EPDB signal is inputted.
  • the offset compensation unit 44 includes an offset amount calculation unit 51 and a subtraction unit 49.
  • the offset amount calculation means 51 includes an integration means 45, a time element (ONTD) means 46, a switching means 47, a division means 48, a switching means 50, and a switching means 52, and a subtraction means 49 is inputted.
  • the offset amount calculated by the offset amount calculation means 51 is subtracted from the overhead wire current detection value Is.
  • the overhead current detection means 4 is affected by an offset of an unnecessary DC component, the force that makes it impossible to accurately determine illegal power line or unauthorized regeneration is detected by the offset compensation means 44.
  • the drift of the DC component that is unnecessary for the detected overhead line current can be removed, and it is possible to accurately determine whether or not the illegal operation is performed.
  • the offset compensation means 44 in the present embodiment is characterized in that the offset amount is calculated only during a certain time (100 msec) after the brake command B * is input.
  • the method of attenuating the DC component of the current detection value with a high-pass filter in the current detection value or the current detection of the AC machine described in Japanese Patent Publication No. 06-68503 In the “method”, a method of calculating a low-frequency attenuation signal of the detected current detection value was taken.
  • the conventional methods have a problem in that the calculation of the offset amount is complicated and it takes time to calculate the offset amount.
  • the offset compensation unit 44 can calculate the offset amount in a short time by the offset amount calculation unit 51.
  • the offset amount calculation means 51 uses the fact that there is a certain time delay (time lag) from when the brake command B * is input to when the WVF inverter is started. The offset amount is detected for a certain period of time (in this embodiment, 100 msec) after * is entered.
  • the switching means 50 switches to the overhead wire current detection value Is side.
  • the overhead wire current detection value Is is input to the integrating means 45.
  • the VWF inverter 6 is not activated, so the wire current detection value Is should be zero.
  • the overhead wire current detection means 4 has an offset drift, the overhead wire current detection value Is is not zero even when the WVF inverter 6 is stopped.
  • the integration means 45 detects the value that is not zero and accumulates it for 100 msec after the brake command B * is input.
  • the switching means 47 After 100 msec from the input of the brake command B *, the switching means 47 is switched to the ON side. At the same time, the switching means 52 is switched to the ON side, and the input of the integrating means 45 is zero. Therefore, the integration means 45 stops at the amount calculated in 100msec from the input of the brake command B *.
  • the amount calculated in 100msec from the brake command B * input by the integrating means 45 is input to the dividing means 48 through the switching means 47, and the dividing means 48 divides by a predetermined constant of 0.1 (100m). Do.
  • the subtracting means 49 subtracts the average value of the offset amount calculated by the dividing means 48 from the overhead line current detection value Is detected by the overhead line current detecting means 4.
  • the offset amount (or drift amount) of the overhead wire current can be subtracted, and the influence of the offset amount can be eliminated. Therefore, the influence of the offset of the overhead wire current detection means 4 can be removed.
  • the overhead line current detection value Is detected by the overhead line current detection means 4 is a value Is-of obtained by removing the influence of the offset of the overhead line current detection means 4 by the offset compensation means 44, and is input to the comparison means 33. To do.
  • the greater than comparison means 33 compares the value Is—of output from the offset compensation means 44 with the value EPDBLV output from the overhead wire current condition setting means 34 during regeneration.
  • Output value EP of the overhead wire current condition setting means 34 during regeneration input to the greater than comparison means 33 DBLV has three fixed constants (ie, 5A, 10A, 50A), as shown in Fig. 12. These three constants change depending on the time after the brake command B * is input. Is done.
  • the WVF inverter 6 does not operate, or even if the VWF inverter 6 operates, it is a control mode in which only a minute current flows.
  • EPDBLV needs to be set to a small value, and this method is used.
  • (d) in FIG. 15 is a time when the torque of the AC motor 7 is raised, and is a period during which the current increases.
  • EPDBLV value output from the overhead wire current condition setting means 34 at the time of regeneration
  • the torque of the AC motor rises and becomes stable after 1400 msec after the brake command B * is input, so that the current is stable and the speed sensorless vector control means 11 operates stably. Become.
  • EPDBLV output from the overhead wire current condition setting means 34 during regeneration by the greater than comparison means 33 and the value Is—of from which the offset effect of the overhead wire current detection means 4 is removed by the offset compensation means 44 are compared, and from EPDBLV If Is—of is large, EPDB is output from greater than comparison means 33 and input to regenerative element means 35.
  • the regeneration time element means 35 makes the time of the time element of the variable time element (ONTD) means 43 variable by the brake command B * as shown in Fig. 13. It is.
  • the EPD signal is output with the time determined by the variable time element means 43 delayed in order to prevent erroneous detection.
  • the time element on the OFF side of the switching means 42 is selected 10 msec before 400 msec after the brake command B * is input.
  • This value is the state where the inverter is not operating and the initial speed is estimated as shown in (b) and (c) of Fig. 15 until the brake command B * is input up to 400 msec. Therefore, in order to detect an abnormality of the speed sensorless vector control means 11 at the time of initial speed estimation, the time element of the variable time element means 43 must be a time sufficiently shorter than 300 msec. Select 10msec.
  • the EPD signal that is the output of the regeneration time element means 35 is input to the gate stop means 32.
  • the gate stop means 32 operates to stop the VWF inverter 6.
  • the gate stop means 32 in the present embodiment is different from the above-described gate stop means 13 in the first or second embodiment in that a latch means 38 is provided as shown in FIG. This is a feature of Form 3.
  • the gate stop means 32 When an EPD signal (in this case, 1 (ON level signal)) indicating a control operation abnormality of the electric vehicle is input, the gate stop means 32 is inverted to “zero” by the inversion means 37b. Then, the gate signal supplied to the VWF inverter 6 is stopped by inputting the voltage signal to zero through the latch means 38 and multiplying the voltage signal by zero.
  • EPD signal in this case, 1 (ON level signal)
  • gate stop means 32 is the same as that of the gate stop means 13 of the first or second embodiment.
  • the gate stop means 32 in the present embodiment detects an abnormality by the EPD signal once using the latch means 38, the gate stop means 32 outputs the output from the inversion means 37b by the latch means until the brake command B * is turned OFF. Continue to hold zero.
  • the inverter stops until the brake command B * is turned off.
  • the electric brake can be operated by the mechanical braking system, so there is no problem in the operation of the electric car.
  • the method of releasing the holding of the latch means 38 when the brake command B * is turned off is that when the brake command B * is turned off, 'zero' is input and converted to 1 by the reversing means 37a. Turns 38 switches and can quickly remove the latch.
  • the control apparatus for an electric vehicle is based on the brake command B *! /, And converts the direct current into alternating current with an arbitrary frequency based on the VWF inverter (variable voltage variable frequency).
  • Inverter) 6 AC motor 7 connected to the AC side of WVF inverter 6, filter capacitor 5 connected in parallel to the DC side of WVF inverter 6, and current information on the AC side of WVF inverter 6
  • the rotational speed of the AC motor 7 is estimated from the current detection means 10, the voltage detection means 24 for detecting the DC voltage information of the filter capacitor 5, the output voltage command of the VWF inverter 6 and the output current of the VWF inverter 6, and Based on the estimated value!
  • the brake command B * When the WVF inverter 6 is running, the brake command B *, the overhead wire current detection means (DC current detection means) 4 and the overhead wire current (DC current) detected by the current setting value , And detecting the malfunction of speed sensorless vector control means 11 based on the sign of the DC current, and stopping WVF inverter 6 when this malfunction detection means 31 detects an abnormality.
  • the unauthorized operation detection means 31 determines whether the current of the overhead wire 1 (DC current) detected by the overhead wire current detection means (DC current detection means) 4 during the regenerative operation of the WVF inverter 6 and the brake command B *. Based on the current setting value that is set to determine that the overhead current condition setting means 34 during regeneration is illegally performed, and the current setting that is set to determine that this is illegally performed A greater-than-comparison means 33 is provided for comparing the value and the current in overhead line 1.
  • the unauthorized operation detection means 31 in the present embodiment further includes an offset compensation means 44 that compensates for an offset component of the current detected by the overhead wire current detection means (DC current detection means) 4.
  • the offset compensation means can remove the drift of the unnecessary DC component of the overhead line current detected by the overhead line current detection means 4, and can accurately determine whether the illegal power line or unauthorized regeneration is detected.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration of an electric vehicle control device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • An electric vehicle control device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
  • the present embodiment is based on the configuration of the electric vehicle control device according to the above-described third embodiment, and includes an overhead wire current estimation means 23 and a voltage detection means 24 for estimating the current of the overhead wire 1.
  • the overhead wire current estimation means 23 and the voltage detection means 24 are equivalent to those described in the second embodiment, and the configuration and operation of the overhead wire current estimation means 23 have been described in detail in the second embodiment. It is.
  • the present embodiment is a combination of the third embodiment and the second embodiment.
  • the force for controlling the operation of the electric vehicle based on the power command P * is as shown in FIG. Based on the brake command B * !, the operation of the electric car is controlled.
  • the control apparatus for an electric vehicle is a VWF inverter (variable voltage variable variable) that converts direct current to alternating current of any frequency based on the brake command B *! Frequency inverter) 6, AC motor 7 connected to the AC side of WVF inverter 6, filter capacitor 5 connected in parallel to the DC side of WVF inverter 6, and current information on the AC side of WVF inverter 6
  • Current detection means 10 to detect, voltage detection means 24 to detect DC voltage information of the filter capacitor 5, and the rotational speed of the AC motor 7 is estimated from the output voltage command of the VWF inverter 6 and the output current of the VWF inverter 6, Based on the estimated value!
  • DC current estimation means for estimating the current of the overhead wire 1.
  • Stage) 23 and when the WVF inverter 6 is operated, the brake command and the overhead wire current estimation means (DC current estimation means) 23 are estimated by the current estimated value of the overhead wire 1 (DC current estimation value) 23 and the predetermined current setting value.
  • Illegal operation detection means that detects the sign of the current estimated value (DC current estimated value) of the current line and detects that the speed sensor-less beta control means 11 is abnormal by the sign of the estimated current value (DC current estimated value) of the overhead wire 1 31 and a gate stop means 32 for stopping the VWF inverter when the unauthorized operation detecting means 31 detects an abnormality.
  • the overhead wire current estimation means 23 is connected to the VWF inverter 6 from the overhead wire 1 based on the current information detected by the current detection means 10 and the switching state of the VWF inverter 6.
  • Inverter DC input current estimation means 29 for estimating the input inverter DC input current
  • capacitor input current estimation means 28 for estimating the capacitor input current input from the overhead wire 1 to the filter capacitor 5, and inverter DC input current
  • An adder 30 is provided that adds the current estimates of the estimation means 29 and the capacitor input current estimation means 28 and inputs them to the unauthorized operation detection means 31.
  • the speed sensorless vector control means is abnormal due to the sign of the overhead line current estimated by the overhead line current estimation means when the WVF inverter is operated based on the brake command. It is configured to stop the WVF inverter when the abnormal operation detection means detects an abnormality, so it is easy and accurate with an extremely simple and inexpensive configuration. In addition, it is possible to detect abnormalities in the speed sensor-less beta control means.
  • FIG. 17 is a diagram showing a configuration of an electric vehicle control device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • An electric vehicle control device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
  • the present embodiment is characterized in that, in the configuration of the third embodiment shown in FIG. 9, inverter current detection means 53 is provided instead of the overhead wire current detection means 4.
  • the present embodiment is characterized by detecting an inverter current Idc and detecting an abnormality of the speed sensorless vector control means 11.
  • the control apparatus for an electric vehicle is a variable voltage variable frequency inverter (VWF) that converts direct current into alternating current at an arbitrary frequency based on a brake command B *.
  • VWF variable voltage variable frequency inverter
  • Inverter 6 AC motor 7 connected to the AC side of WVF inverter 6, filter capacitor 5 connected in parallel to the DC side of WVF inverter 6, and current information on the AC side of VV VF inverter 6
  • An electric vehicle control device provided with a speed sensorless vector control means 11 for controlling the WVF inverter 6 based on the estimated value, wherein the inverter detects the inverter current of the VWF inverter 6 Current detection means (DC current detection means) 53 and the brake command B * and inverter current detection means (DC current detection means) 53 when the VWF inverter 6 is in operation.
  • the sign of the inverter current (DC current) is obtained from the output inverter current (DC current) and the predetermined current setting value, and the speed sensorless vector control means 11 is detected to be abnormal by the sign of the inverter current (DC current).
  • the illegal stop detecting means 31 and the gate stop means 32 for stopping the VWF inverter 6 when the abnormal action detecting means 31 detects an abnormality.
  • the inverter current detection means 53 can be installed in the inverter device in advance, so that the overhead current detection means is attached as in the third embodiment.
  • the installation work can be simplified.
  • the unauthorized operation detection means for detecting that the speed sensorless vector control means is abnormal based on the sign of the inverter current detected by the inverter current detection means during operation of the WVF inverter. It is configured to stop the inverter when this unauthorized operation detection means detects an abnormality, so it can detect the abnormality of the speed sensorless vector control means easily and accurately with a very simple and inexpensive configuration. Touch with force S.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration of an electric vehicle control device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • An electric vehicle control device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
  • the present embodiment includes an inverter current estimating means 54 instead of the overhead wire current estimating means 23.
  • Other configurations are the same as those of the fourth embodiment, and are denoted by the same reference numerals.
  • the present embodiment is characterized in that the inverter current is estimated and Idc-s (inverter DC input estimated current) is calculated to detect an abnormality in the speed sensorless vector control means 11. It is.
  • inverter current estimation direct Idc-s (inverter DC input estimated current) is calculated by equation (4) in the second embodiment.
  • the electric vehicle control apparatus is based on the brake command B *! /, And converts a direct current to an alternating current of an arbitrary frequency. 6), AC motor 7 connected to the AC side of WVF inverter 6, filter capacitor 5 connected in parallel to the DC side of WVF inverter 6, and AC side of VV VF inverter 6 Current detection means 10 for detecting current information, voltage detection means 24 for detecting DC voltage information of the filter capacitor 5, rotation of the AC motor 7 from the output voltage command of the WVF inverter 6 and the output current of the WVF inverter 6 An electric vehicle control device including a speed sensorless vector control unit 11 that estimates a speed and controls the WVF inverter 6 based on the estimated value, and an inverter that estimates an inverter current of the VWF inverter 6 Current estimation means (DC current estimation means) 54 and the inverter current estimation value (DC current estimation value) estimated by the brake command B * and DC current estimation means (DC current estimation means) 54 when the VW
  • the sign of the inverter current estimated value (DC current estimated value) is obtained from the predetermined current set value and the sign of the inverter current estimated value (DC current estimated value) is detected to detect that the speed sensorless vector control means 11 is abnormal. And the gate stop means 32 for stopping the VWF inverter 6 when the malfunction detection means 31 detects an abnormality.
  • the speed sensorless vector control method is the same as in the second and fourth embodiments. It is possible to detect stage 11 anomalies.
  • the inverter current Idc is estimated by the inverter current estimating means 54, the above formula (1) or formula (2) is calculated as compared with the case of the second and fourth embodiments. Since there is no need to do this, the load factor and calculation amount of the microcomputer can be reduced.
  • the inverter is provided with the unauthorized operation detecting means for detecting that the speed sensorless vector control means is abnormal based on the sign of the inverter current estimated by the inverter current estimating means during operation. Since the inverter is stopped when it is detected, an abnormality of the speed sensorless vector control means can be detected easily and accurately with a very simple and inexpensive configuration.
  • the present invention is applied to a control device for an electric vehicle that uses an AC motor as a drive source and controls the AC motor by a VWF inverter using a speed sensorless vector control means.

Landscapes

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Description

明 細 書
電気車の制御装置
技術分野
[0001] この発明は、速度検出器を用いずに可変電圧可変周波数インバータ（以下、 VW Fインバータとも称す。 )により駆動される交流電動機を駆動源とする電気車の制御装 置に係り、特に、その制御で必要となる速度推定値の異常を検知する技術に関する ものである。
背景技術
[0002] 近年、速度検出器を使用せずに、 VWFインバータを用いて、高精度で交流電動 機の制御を行う方式が提案されている。 （例えば、特許文献 1、特許文献 2を参照。 ) このような、速度検出器を使用しないで交流電動機の制御を行う方式では、電流検 出値等に基づき速度推定値を演算で求め WVFインバータの制御を行うが、電流検 出器の故障や配線の断線等のために、速度推定値が正しく演算されてレ、なレ、場合 には、これを放置すると過電流が多発し、 VWFインバータの部品などを破壊する状 態ともなりうるので、この速度推定値の異常を速やかに検知する必要がある。
特許文献 1：特許第 3732784号公報（図 6、式 (28) )
特許文献 2：特開 2004-64905号公報（図 1)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しかしながら、特許文献 1の電気車の駆動制御方法及び制御装置では、有効電力 基準 P *と直流電圧 Vdcとを用いて電流基準 IL *を演算し、架線の電流を検出した 値 ILと電流基準 IL *の偏差を演算し、この偏差が下限値 αと上限値 ( との間になレ、 場合には、速度推定値異常と判定するよう構成されている。
そして、電流基準 IL *は、有効電力基準 Ρ *を直流電圧 Vdcで割ることによって求 めており、厳密には電流基準 IL *は架線の電流でなぐインバータの入力電流となる 。その結果、架線の電流と架線の電流の基準とから偏差を求める場合には、下限値 α及び上限値 /3を決めるのは比較的簡単である力 架線の電流とインバータの入力 電流の偏差を演算することから下限値 α及び上限値 ( の設定定数を決めることは非 常に困難である。
また、有効電力基準 Ρ *は交流電動機や WVFインバータが変わると変更する必 要があり、よって、下限値 α及び上限値 /3はその都度変更する必要がある。
[0004] また、特許文献 2の電気車制御装置では、電流検出器で検出したインバータの入 力電流の方向を判別器で判別し、運転指令信号と比較して異常を検知して!/、るため 、異常な動作を誤検知する可能性が高い。
例えば、ノッチオフなどで運転指令信号がオフされた直後、インバータの入力電流 は短い時間であるが若干流れることになり、その流れた入力電流とオフとなった運転 指令信号を判別し、異常な動作であると判断する可能性が高い。
また、この異常検知システムでインバータが停止するのでなぐ過電流や過電圧な どの他の保護手段による保護によって急にインバータが停止する場合は、インバータ を急に停止させることによってインバータの入力電流は過渡的に動作するため、運転 指令信号と異なる方向の電流が流れることになり、これによつて異常検知システムが 働き、誤検知することになる。このように誤検知することは、システムの信頼性を低下 させることになる。
[0005] この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、架線の電流の符号もし くはインバータ電流の符号を検知することにより、簡単な構成で速度推定 の異常を 検知する制御系を構成し、設定する定数を簡単に決定でき、交流電動機や可変電 圧可変周波数インバータが変更になっても設定定数を変更することなぐ速度推定 値の異常を検知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。
[0006] また、速度推定値の異常を誤検知することなぐ正確 ·確実に検知することができる 電気車の制御装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] この発明に係わる電気車の制御装置は、カ行指令もしくはブレーキ指令に基づい て直流を任意の周波数の交流に変換する VWFインバータ（可変電圧可変周波数 インバータ）と、前記 WVFインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記 V VVFインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記 VWFイン バータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの 直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記 WVFインバータの出力電圧指 令と前記 WVFインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、 該推定値に基づいて前記 WVFインバータを制御する速度センサレスベクトル制御 手段を備えた電気車の制御装置であって、架線の電流を検出する架線電流検出手 段もしくは前記 WVFインバータのインバータ電流を検出するインバータ電流検出手 段のいずれか 1つの直流電流検出手段と、前記 WVFインバータが運転時にカ行 指令もしくはブレーキ指令のいずれ力、 1つの指令と前記直流電流検出手段により検 出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれかの直流電流と所定の電流設 定^ Iにより直流電流の符号を求め、その直流電流の符号によって前記速度センサレ スベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、この不正動作 検知手段が異常を検知した時に前記 VWFインバータを停止させるゲートストップ手 段とを備えたものである。
また、この発明に係わる電気車の制御装置は、カ行指令もしくはブレーキ指令に基 づレ、て直流を任意の周波数の交流に変換する WVFインバータ（可変電圧可変周 波数インバータ）と、前記 WVFインバータの交流側に接続される交流電動機と、前 記 VWFインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記 WVF インバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデン サの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記 WVFインバータの出力電 圧指令と前記 WVFインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推 定し、該推定値に基づレ、て前記 WVFインバータを制御する速度センサレスべタト ル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、架線の電流を推定する架線電流 推定手段もしくは前記 WVFインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流 推定手段のいずれか 1つの直流電流推定手段と、前記 WVFインバータが運転時 にカ行指令もしくはブレーキ指令のいずれか 1つの指令と前記直流電流推定手段に より推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推定値のいずれ力、 1つの直 流電流推定値と所定の電流設定値により直流電流推定値の符号を求め、その直流 電流推定値の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であること を検知する不正動作検知手段と、この不正動作検知手段が異常を検知した時に前 記 VWFインバータを停止させるゲートストップ手段とを備えたものである。
発明の効果
[0009] この発明の電気車の制御装置によれば、簡単且つ低コストの構成で、速度推定ィ直 の異常即ち、速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができ、過電流 によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。
[0010] また、異常判定のための設定定数を簡単に設定でき、交流電動機や可変電圧可 変周波数インバータが変更になっても設定定数を変更することなぐ速度推定値の 異常を検知することができる。
[0011] さらに、速度推定値の異常を誤検知することなぐ正確 ·確実に検知することができ
、信頼性の高レ、電気車の制御装置を得ることができる。
[0012] 上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態にお ける詳細な説明及び図面の記載からより明らかとなるであろう。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]実施の形態 1に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
[図 2]実施の形態 1における不正動作検知手段の構成を示すブ図である。
[図 3]実施の形態 1におけるゲートストップ手段の構成を示す図である。
[図 4]実施の形態 1におけるカ行時の不正動作検知手段の各パラメータの動作説明 図である。
[図 5]実施の形態 1における回生時の不正動作検知手段の各パラメータの動作説明 図である。
[図 6]実施の形態 2に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
[図 7]実施の形態 2における架線電流推定手段の構成を示す図である。
[図 8]本発明に使用される VWFインバータの回路構成図である。
[図 9]実施の形態 3に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
[図 10]実施の形態 3における不正動作検知手段の構成を示す図である。
[図 11]実施の形態 3におけるゲートストップ手段の構成を示す図である。
[図 12]実施の形態 3における回生時の架線電流条件設定手段の構成を示す図であ る
園 13]実施の形態 3における回生時素手段の構成を示す図である。
園 14]実施の形態 3におけるオフセット補償手段の構成を示す図である。
園 15]実施の形態 3に係る電気車の制御装置における制御モード切替を示す図であ 園 16]実施の形態 4に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
園 17]実施の形態 5に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
園 18]実施の形態 6に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
符号の説明
1 架架線線 3 直流：
4 架線電流検出手段 5 フイノレタコンデンサ
6 可変電圧可変周波数 ；ータ（VWFインバータ）
7 8 車輪
9 レーノレ 10 電流検出手段
11 速度センサレスベクトル制御手段 12 不正動作検知手段
13 ゲートストップ手段 14 不正回生検知手段
15 不正カ行検知手段 16 不正回生検知時素手段
17 不正カ行検知時素手段 18 カ行回生検知選択手段
19 カ行時の比較手段 20 回生時の比較手段
21 カ行時の架線電流条件 EPDPLVL (第 1の電流設定値）
22 回生時の架線電流条件 EPDBLVL (第 2の電流設定値）
23 架線電流推定手段 24 電圧検出手段
25 反転 (NOT)回路 26 ゲート信号生成回路
27 掛け算器 28 コンデンサ入力電流推定手段
29 インバータ直流入力電流推定手段 30 加算器
31 不正動作検知手段 32 ゲートストップ手段
33 大なり比較手段 34 回生時の架線電流条件設定手段 35 回生時素手段 36 掛算手段 37a, 37b 反転（NOT)手段 38 ラッチ手段
39 切り替え手段 40 時素（ONTD)手段
41 時素（ONTD)手段 42 切り替え手段
43 可変時素（ONTD)手段 44 オフセット補償手段
45 積分手段 46 時素（ONTD)手段
47 切り替え手段 48 除算手段
49 減算手段 50 切り替え手段
51 オフセット量演算手段 52 切り替え手段
53 インバータ電流検出手段 54 インバータ電流推定手段
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。 実施の形態 1.
以下、この発明の実施の形態 1に係る電気車の制御装置について、図 1〜図 5を参 照して説明する。
図 1は、実施の形態 1に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
なお、実施の形態 1においては、一例として交流電動機を誘導電動機として制御し た場合について説明するが、交流電動機は同期電動機であっても同様の効果が期 待できることは勿論である。
また、実施の形態 1においては、カ行指令 P *に応じて動作する電気車の制御装 置の場合を例にして説明する力 後述するブレーキ指令 B *で動作することも可能で める。 ノレタコ: サ 5の正側電位と接続している。また、直: ンサ 5の負側 電位は、車輪 8を介して、レール 9に接地している。さらに、直流フィルタコンデンサ 5 に並列に、直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ（ 以下、 WVFインバータともいう。）6が接続されており、この WVFインバータ 6は、 誘導電動機である交流電動機 7に三相の電圧を印加する。交流側の電流検出手段 10は、交流電動機 7に発生する相電流 iu、 ivを検出する。
図 1では、交流側の電流検出手段 10として、 VWFインバータ 6と交流電動機 7と を接続する回路を流れる電流を CT等により検出するものを記載している力 S、他の公 知の手法を用いて、母線電流など WVFインバータ 6内部に流れる電流を用いて相 電流を検出しても良い。
iu + iv + iw=0の関係が成立するので、 u、 v2相分の検出電流から w相の電流を 求めること力 Sでさる。
[0017] なお、交流電動機 7と車輪 8とは、独立した構成としている力 これは便宜的に図示 しているものであり、実際には、交流電動機 7がギアを介して車輪 8に接続され、車輪 8はレール 9に接続されている。
[0018] 一方、架線 1から直流フィルタリアタトル 3に流れる電流 Isを検出する架線電流検出 手段 4が設けられており、この架線電流検出手段 4によって検出された架線電流値 Is を、不正動作検知手段（詳細は後述する。） 12に入力するようにしている。
[0019] 架線電流検出手段 4により検出された架線電流値 Is力 架線 1から VWFインバー タ 6を通って交流電動機 7に流れる（図 1の矢印の方向に流れる）時を正方向と定義 すると、カ行運転時の架線電流 Isは正方向（電流値はプラスとなる）に流れる。
逆に回生運転時の架線電流 Isは、交流電動機 7から WVFインバータ 6を通って 架線 1に流れる負方向（電流値はマイナスとなる）の流れとなる。即ち、図 1の矢印の 逆方向に流れることになる。
[0020] 速度センサレスベクトル制御手段 11は、 WVFインバータ 6の出力電圧指令と VV VFインバータ 6の出力電流とから交流電動機 7の回転速度を推定し、この推定値に 基づいて VWFインバータ 6を制御し、交流電動機 7を駆動制御する。この速度セン サレスベクトル制御手段 11における制御系は、 dq軸回転座標系上において、交流 電動機 7の電流、電圧、磁束を制御する速度センサレスベクトル制御方式である。 当該速度センサレスベクトル制御手段 11に関しては、既存の技術であるので、ここ ではその詳細説明は省略する。
[0021] 次に、不正動作検知手段 12について説明する。
図 2は不正動作検知手段 12の構成の一例を示すもので、図 2において、 14はカ行 運転時における異常を検知する不正回生検知手段であり、架線電流検出手段 4で 検出した架線電流検出値 Isと、不正に回生していると判断するために設定された第 1 の電流設定値であるカ行時の架線電流条件 EPDPLVL21とを比較するカ行時の 比較手段 19と、この比較手段 19の検出結果をある時間だけ検知時素を持たせて（ 遅延させて）出力する不正回生検知時素手段（カ行時素） 16を備えている。
また、 15は回生運転時における異常を検知する不正カ行検知手段であり、架線電 流検出手段 4で検出した架線電流検出値 Isと、不正にカ行して!/、ると判断するため に設定された第 2の電流設定値である回生時の架線電流条件 EPDBLVL22とを比 較する回生時の比較手段 20と、この比較手段 20の検出結果をある時間だけ検知時 素を持たせて (遅延させて）出力する不正カ行検知時素手段（回生時素） 17を備え ている。
18は、カ行指令 P *に基づいて、カ行運転時か回生運転時かによつて、不正回生 検知手段 14か不正カ行検知手段 15のいずれかを選択するカ行回生検知選択手段 である。
なお、カ行指令 P *は、電気車の運転台上の変速装置である指令の位置に応じた ィ直カゝら得られるものである。
[0022] このように構成された不正動作検知手段 12の原理は、上述したように、速度センサ レスベクトル制御手段 11が正常のカ行運転時の場合には、架線電流 Isが正方向（即 ち、プラス）になることを利用する。
また、速度センサレスベクトル制御手段 11が正常の回生運転時の場合には、架線 電流 Isが負方向（即ち、マイナス）になることを利用する。
[0023] 即ち、不正動作検知手段 12は、速度センサレスベクトル制御手段 11がカ行運転 時に、架線電流 Isが正方向でなく負方向に流れた時に、異常であると判断し、 WV Fインバータ 6をゲートストップ手段 13で停止させる。
また、不正動作検知手段 12は、速度センサレスベクトル制御手段 11が回生運転時 に、架線電流 Isが負方向でなく正方向に流れた時に、異常であると判断し、 WVFィ ンバータ 6をゲートストップ手段 13で停止させる。
[0024] 次に、以上のように構成された実施の形態 1による電気車の制御装置の動作につ いて説明する。
[0025] まず、カ行時の速度センサレスベクトル制御手段の異常の判別方法について説明 する。図 1に示す架線電流検出手段 4により検出された架線電流値 Isを不正動作検 知手段 12に入力する。
[0026] カ行時の不正動作検知手段 12の各パラメータの動作については図 4に示しており
、以下、図 2と図 4を用いて動作説明を行う。
まず、カ行時は、カ行指令 P *が不正動作検知手段 12及び速度センサレスべタト ル制御手段 11に入力されているため、カ行回生検知選択手段 18は、 Aの接点と C の接点が接続されていることになる。
[0027] 図 4に示すように、正常時は、架線電流 Isが正（プラス）方向に流れている。
異常が発生すると架線電流 Isが負（マイナス）方向に流れるため、この架線電流 Isと 第 1の電流設定値であるカ行時の架線電流条件 EPDPLVL21とを、カ行時の比較 手段 19で比較する。例えば、カ行時の架線電流条件 EPDPLVL21は、 10Aと設 定し、カ行時の比較手段 19によって架線電流 Isがー 1 OA (カ行時の架線電流条件
EPDPLVL21)より小さくなつたことを検出する。
その検出した結果から、不正回生検知時素手段 16によって、過渡的な応答などに よる誤検知を防止するためにある時間だけ検知時素（遅延）を持たして、その時素（ 遅延）の時間が経過しても架線電流 Isがカ行時の架線電流条件 EPDPLVL21より 小さい状態を継続したら、不正動作検知手段 12から不正動作検知信号 EPDをグー トストップ手段 13に出力する。
なお、時素の設定時間は、架線電流 Isの応答を考慮して直流フィルタリアタトル 3と 直流フィルタコンデンサ 5の共振周波数以上の時間を設定すれば良レ、。
[0028] 次に、回生時の速度センサレスベクトル制御手段の異常の判別方法について説明 する。
回生時の不正動作検知手段 12の各パラメータの動作については図 5に示しており、 以下、図 2と図 5を用いて動作説明を行う。
まず、回生時はカ行指令 P *が入力されていないため、カ行回生検知選択手段 18 は、 Bの接点と Cの接点が接続されていることになる。 [0029] 図 5に示すように、正常時は、架線電流 Isが負（マイナス）方向に流れている。異常 が発生すると架線電流 Isが正 (プラス）方向に流れるため、この架線電流 Isと第 2の電 流設定値である回生時の架線電流条件 EPDBLVL22とを、回生時の比較手段 20 で比較する。
例えば、回生時の架線電流条件 EPDBLVL22は、 + 10Aと設定し、回生時の比 較手段 20によって架線電流 Isが + 10A (回生時の架線電流条件 EPDBLVL22)よ り大きくなつたことを検出する。
その検出した結果から、不正カ行検知時素手段 17によって、過渡的な応答などに よる誤検知を防止するためにある時間だけ検知時素（遅延）を持たして、その時素（ 遅延）の時間が経過しても架線電流 Isが回生時の架線電流条件 EPDBLVL22より 大きい状態を継続したら、不正動作検知手段 12から不正動作検知信号の EPDをゲ 一トストップ手段 13に出力する。
なお、時素の設定時間は、架線電流 Isの応答を考慮して直流フィルタリアタトル 3と 直流フィルタコンデンサ 5の共振周波数以上の時間を設定すれば良レ、。
[0030] 架線電流 Isの正または負の符号によって不正動作検知手段 12で異常を判定した 場合 (EPD = 1)には、保護動作と判断してゲートストップ手段 13の作用により WV Fインバータ 6の全スイッチング素子へのゲート信号をオフとする。
[0031] 図 3は、ゲートストップ手段 13の構成の一例を示すものである。
図 3において、ゲートストップ手段 13は、速度センサレスベクトル制御手段 11によつ て演算された電圧指令を基に、ゲート信号指令生成回路 26によってゲート信号を生 成する。
また、不正動作検知手段 12によって異常を判断した場合は、信号 EPDが 1となり、 その信号を反転 (NOT)回路 25によって反転させて零とし、これを掛け算器 27に入 力して VWFインバータ 6の全スイッチング素子へのゲート信号がオフ（零）になるよう 構成されている。
なお、ゲート信号生成回路 26に関しては、既存の技術であるので、ここではその説 明を省略する。
[0032] 以上説明したように、本実施の形態による電気車の制御装置は、カ行指令 P *もし くは後述するブレーキ指令 B *に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換する V VVFインバータ（可変電圧可変周波数インバータ） 6と、 VWFインバータ 6の交流 側に接続される交流電動機 7と、 WVFインバータ 6の直流側に並列に接続されるフ ィルタコンデンサ 5と、 WVFインバータ 6の交流側の電流情報を検出する電流検出 手段 10と、フィルタコンデンサ 5の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段 24と、 V VVFインバータ 6の出力電圧指令と VWFインバータ 6の出力電流とから交流電動 機 7の回転速度を推定し、該推定値に基づいて WVFインバータ 6を制御する速度 センサレスベクトル制御手段 11を備えた電気車の制御装置であって、架線 1の電流 を検出する架線電流検出手段（直流電流検出手段） 4と、 VWFインバータ 6が運転 時にカ行指令 P *もしくはブレーキ指令 B *の!/、ずれか 1つの指令と架線電流検出 手段（直流電流検出手段） 4により検出される架線の電流（直流電流）と所定の電流 設定値により架線の電流の符号を求め、その直流電流の符号によって速度センサレ スベクトル制御手段 11が異常であることを検知する不正動作検知手段 12と、この不 正動作検知手段 12が異常を検知した時に VWFインバータ 6を停止させるゲートス トップ手段 13を備えている。
[0033] また、本実施の形態における不正動作検知手段 12は、 VWFインバータ 6がカ行 運転時に架線電流検出手段 4により検出される架線の電流（直流電流）の値と、不正 に回生していると判断するために設定された第 1の電流設定値とを比較する不正回 生検知手段 14と、 WVFインバータ 6が回生運転時に架線電流検出手段 4により検 出される架線の電流（直流電流）の値と不正にカ行していると判断するために設定さ れた第 2の電流設定値とを比較する不正カ行検知手段 15と、カ行指令 P * (もしくは ブレーキ指令 B * )に基づいてカ行運転時は不正回生検知手段 14を選択し、回生 運転時は不正カ行検知手段 15を選択するカ行回生検知選択手段 15を備えている
[0034] また、本実施の形態における不正回生検知手段 14は、架線電流検出手段 4により 検出される架線 1の電流の値が第 1の電流設定値より小さくなつた時からある一定の 時間を経過させることができる不正回生検知時素手段 16を有し、不正カ行検知手段 15は、架線電流検出手段 4により検出される架線 1の電流の値が第 2の電流設定値 より大きくなつた時からある一定の時間を経過させることができる不正カ行検知時素 手段 17を有する。
[0035] 以上のように、本実施の形態によれば、 VWFインバータがカ行指令 P *もしくは ブレーキ指令 B *に基づいて運転時に架線電流検出手段により検出される架線の 電流の符号によって速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不 正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段が異常を検知した時に VWFイン バータを停止させるよう構成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、簡単に速 度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができ、過電流によるインバー タ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。
[0036] また、異常判定のための設定定数を簡単に設定でき、交流電動機や可変電圧可 変周波数インバータが変更になっても設定定数を変更することなぐ速度推定値の 異常を検知することができる。
[0037] また、カ行時と回生時の処理をわけることにより、カ行時と回生時で別々の条件を 設定でき、カ行時と回生時各々で速度推定値の異常を検知することができる。
[0038] さらに、架線電流検出手段により検出される架線の電流の値力 不正に回生してい ると判断するために設定された第 1の電流設定値より小さくなつた時から、ある一定の 時間を経過させることができる不正回生検知時素手段と、架線電流検出手段により 検出される架線の電流の値力 不正にカ行していると判断するために設定された第 2の電流設定値より大きくなつた時から、ある一定の時間を経過させることができる不 正カ行検知時素手段を備えてレ、るので、過渡応答などによる不正回生検知手段及 び不正カ行検知手段の誤検知を防止することができる。
[0039] 実施の形態 2.
図 6は、この発明の実施の形態 2に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。 なお、前述の実施の形態 1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、こ こでは異なる部分につ!/、てのみ述べる。
なお、実施の形態 2においても、カ行指令 P *に応じて動作する電気車の制御装 置の場合を例にして説明する力 ブレーキ指令 B *で動作することも可能である。 この実施の形態 2では、図 6に示すように架線電流推定手段 23を備えて、その出力 を不正動作検知手段 12に入力していることが特徴である。
従って、本実施の形態では、不正動作検知手段 12には架線電流検出値に代えて 架線電流推定手段 23で推定 (演算）された架線電流推定値が入力される。
[0040] 実施の形態 1では、架線電流検出手段 4によって検出された架線電流値 Isを不正 動作検知手段 12に入力し、速度センサレスベクトル制御手段 11の異常を判別して いた。
従って、実施の形態 1では架線 1の電流を検出する架線電流検出手段 4が必要で あり、装置の製作コストが高くなることや、部品点数増加による装置の信頼性を低下さ せる課題があった。
[0041] 実施の形態 2では、図 6に示すように、架線電流推定手段 23によって架線 1の電流 値を推定することにより、実施の形態 1で用いたような架線電流検出手段 4を不要とし 、より製作コストを下げ、装置の信頼性を低下させることなぐ速度センサレスベクトル 制御手段 11の異常を判別することができるようにしたものである。
[0042] 図 7は架線電流推定手段 23の構成を示しており、図 7に示すように、架線電流推定 手段 23は、コンデンサ入力電流 Icを推定するコンデンサ入力電流推定手段 28、イン バータ直流入力電流 Idcを推定するインバータ直流入力電流推定手段 29、コンデン サ入力電流推定手段 28で推定されたコンデンサ入力推定電流 Ic—sとインバータ直 流入力電流推定手段 29で推定されたインバータ直流推定電流 Idc— sを加算する加 算器 30で構成されている。
[0043] 架線電流推定手段 23のコンデンサ入力電流 Icを推定するコンデンサ入力電流推 定手段 28は、 VWFインバータ 6の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ 5 の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段 24によって検出されたコンデンサ電圧 Vcを時間で微分してフィルタコンデンサ容量 Cを掛けることによって、以下の式（1) によりコンデンサ入力推定電流 Ic—sを算出する。
[0044] 國 (1)
[0045] また、式（1)は、微分を用いていることから、マイコンなどのソフトウェアで実現するこ とが困難であることや演算結果が発散することなどがあるため、実用的には以下の式 (2)を用いてもよい。
[0046] [数 2]
Ic_s = C T Vc (2) ここで、 s = ：ラプラス演算子、 T ： 時定数。
[0047] なお、時定数 Tについては、 WVFインバータ 6の最大運転周波数と同じような値 にすれば良い。
例えば、 WVFインバータ 6の最大運転周波数力 200Hzであるとしたら、式（2) の時定数 Tは、以下の式（3)で算出でき、約 80msecを設定すれば良い。
[0048] 園
T = 2 X π X 200 = 79· 6mse c (3)
[0049] WVFインバータ 6の構成は、例えば図 8に示すように、 IGBT (insulated gate bip olar transistor)などのスイッチング素子 6個（Su、 Sv、 Sw、 Sx、 Sy、 Sz)によって構 成されている。
WVFインバータ 6では、各相の 2つのスイッチング素子が同時にオンすると直流 電圧が短絡され、短絡電流によってスイッチング素子が破壊される。
そのため、実際の WVFインバータ 6では、各相の 2つのスイッチング素子が同時 にオンすることを防止するために上下短絡防止時間（もしくは、デットタイムという） Td が設けられる。
[0050] 架線電流推定手段 23のインバータ直流入力電流 Idcを推定するインバータ直流入 力電流推定手段 29は、図 8に示す WVFインバータ 6のスイッチング素子 Su、 Sv、 Sw、 Sx、 Sy、 Szの状態及び、 WVFインバータ 6の交流側の電流情報を検出する 電流検出手段 10の検出値を用いて、以下の式 (4)によりインバータ直流入力推定電 流 Idc— sを演算する。
[0051] [数 4] Idc_s = Iu · Su + Iv · Sv + Iw · Sw
= Iu · Su + Iv · Sv + (-Iu-Iv) · Sw ― { ,
= Iu · (Su- Sw) + Iv · (Sv- Sw) {4J
[0052] なお、 Su、 Sv、 Swはスイッチング素子の状態を示す関数であるため、以下のような 状態時に ON ( + 1で示す）、 OFF (0で示す）で定義することができる。
Su、 Sv、 3 = + 1 :正側 ）のスィッチング素子311、 Sv、 Swが ONの場合又は 、 Tdの期間且つモータ電流 Iu、 Iv、 Iwく 0の場合。
Su、 Sv、 Sv= 0 :正側（P)のスイッチング素子 Su、 Sv、 Swが OFFの場合又は、 Tdの期間且つモータ電流 Iu、 Iv、 lw〉0の場合。
[0053] なお、実施の形態 2では、式 (4)を用いたインバータ直流入力電流の推定方法に ついて説明したが、インバータ直流入力電流の推定方法は、他にインバータ電力を 算出してコンデンサ電圧 Vcで割ることによつても算出でき、インバータ直流入力電流 を式 (4)以外の他の推定方法を用いて算出してもよ!/、ことは!/、うまでもな!/、。
[0054] また、架線電流推定手段 23で演算した架線電流推定値 Is— sを用いて、速度セン サレスベクトル制御手段 11の異常を検知する動作である不正動作検知手段 12以降 の動作及び作用は、実施の形態 1と同様であるため、説明は省略する。
[0055] 以上説明したように、本実施の形態による電気車の制御装置は、カ行指令 P *もし くはブレーキ指令 B *に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換する WVFイン バータ（可変電圧可変周波数インバータ） 6と、 WVFインバータ 6の交流側に接続さ れる交流電動機 7と、 WVFインバータ 6の直流側に並列に接続されるフィルタコン デンサ 7と、 WVFインバータ 6の交流側の電流情報を検出する電流検出手段 10と 、フィルタコンデンサ 5の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段 24と、 WVFイン バータ 6の出力電圧指令と VWFインバータ 6の出力電流とから交流電動機 6の回 転速度を推定し、該推定値に基づ!/、て VWFインバータ 6を制御する速度センサレ スベクトル制御手段 11を備えた電気車の制御装置であって、架線 1の電流を推定す る架線電流推定手段（直流電流推定手段） 23と、 VWFインバータ 6が運転時に力 行指令 P *もしくはブレーキ指令 B *と架線電流推定手段（直流電流推定手段） 23 により推定される架線の電流推定値（直流電流推定値）と所定の電流設定値により直 流電流推定値の符号を求め、その架線の電流推定値（直流電流推定値）の符号によ つて速度センサレスベクトル制御手段 11が異常であることを検知する不正動作検知 手段 12と、この不正動作検知手段 12が異常を検知した時に WVFインバータ 6を停 止させるゲートストップ手段 13を備えている。
[0056] また、本実施の形態における架線電流推定手段 23は、電流検出手段 10により検 出された電流情報と WVFインバータ 6のスイッチング状態に基づき WVFインバー タに架線 1から入力されるインバータ直流入力電流を推定するインバータ直流入力 電流推定手段 29と、フィルタコンデンサ 5に架線 1から入力されるコンデンサ入力電 流を推定するコンデンサ入力電流推定手段 28と、インバータ直流入力電流推定手 段 29及びコンデンサ入力電流推定手段 28それぞれの電流推定値を加算して、不正 動作検知手段 12に入力する加算器 30を備えて!/、る。
[0057] また、本実施の形態における不正動作検知手段 12は、 VWFインバータ 6がカ行 運転時に架線電流推定手段（直流電流推定手段） 23により推定される架線の電流 推定値（直流電流推定値）と、不正に回生していると判断するために設定された第 1 の電流設定値とを比較する不正回生検知手段 14と、 WVFインバータ 6が回生運転 時に架線電流推定手段（直流電流推定手段） 23により推定される架線の電流推定 値（直流電流推定値）と、不正にカ行していると判断するために設定された第 2の電 流設定値とを比較する不正カ行検知手段 15と、カ行指令もしくはブレーキ指令に基 づいて、カ行運転時は不正回生検知手段 14を選択し、回生運転時は不正カ行検 知手段 15を選択するカ行回生検知選択手段 18を備えている。
[0058] また、本実施の形態における不正回生検知手段 14は、架線電流推定手段 23によ り推定される架線 1の電流推定値が第 1の電流設定値より小さくなつた時からある一 定の時間を経過させることができる不正回生検知時素手段 16を有し、不正カ行検知 手段 15は、架線電流推定手段 23により推定される架線の電流推定値が第 2の電流 設定値より大きくなつた時からある一定の時間を経過させることができる不正カ行検 知時素手段 17を有する。
[0059] 従って、本実施の形態によれば、架線の電流推定値の符号によって速度センサレ スベクトル制御が異常であることを検知し、 WVFインバータを停止させるよう構成し ているので、実施の形態 1の場合と同様の効果を奏すると共に、実施の形態 1に比し て、架線の電流を検出するセンサ（即ち、架線電流検出手段）が不要となり、部品点 数の削減によるコスト低減の効果及びシステムの信頼性の向上を図ることができる。
[0060] 実施の形態 3.
前述の実施の形態 1及び実施の形態 2では、カ行指令 P *に基づいて電気車の運 転が制御される場合について説明した力 実施の形態 3〜実施の形態 6では、ブレ ーキ指令 B *に基づレ、て電気車の運転が制御される場合につ!/、て説明する。
図 9は、この発明の実施の形態 3に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。 図 9において、 1は架線、 2はパンタグラフ、 3は直流フィルタリアタトル、 4は架線電 流検出手段、 5はフィルタコンデンサ、 6は WVFインバータ、 7は誘導電動機機であ る交流電動機である。
また、 10は交流側の電流検出手段であって、電流検出手段 10は交流電動機 (誘 導電動機） 7に発生する相電流 iu、 iv、 iwを検出する。
[0061] なお、図 9では、交流側の電流検出手段 10として、 VWFインバータ 6と誘導電動 機である交流電動機 7とを接続する結線を流れる電流を CT等により検出するものを 示しているが、他の公知の手法を用いて、母線電流など VWFインバータ 6の内部 に流れる電流を用いて相電流を検出しても良レ、。
11は、速度センサレスベクトル制御手段、 24は電圧検出手段、 31は不正動作検 知手段、 32はゲートストップ手段である。直流を任意の周波数の交流に変換する VV VFインバータ 6は、交流電動機 7 (誘導電動機）に三相の電圧を印加する。
[0062] 前述の実施の形態 1または 2の場合と比較すると、本実施の形態においては、ブレ ーキ指令 B *を入力とし、架線電流 Isのオフセットを補償する機能であるオフセット補 償手段 44を備えた不正動作検知手段 31とブレーキ指令 B *を入力としたゲートスト ップ手段 32を設けて!/、る点が異なる。
なお、本実施の形態は、ブレーキ時のみ交流電動機 7の回転速度推定異常を検知 する。
[0063] 本実施の形態が、ブレーキ時のみ速度推定異常を検知する理由は、電気車の場 合、カ行時は運転台から指令であるカ行指令と同方向に交流電動機である交流電 動機である誘導電動機が回転するように回転方向を決めるためである。 し力、し、ブレーキ時は、確実に安全にブレーキ動作を行うために、 WVFインバー タ 6が出力する電圧指令が交流電動機 7の回転している方向と一致するように回転方 向を決める必要がある。
WVFインバータ 6が停止中には交流電動機 7の回転速度を得ることができない。 そこで、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御では、 VWFインバータ 6 が動作時に、その電圧及び電流から交流電動機 7の回転速度を推定できるように、 V VVFインバータ 6が再動作すると、まず既に公知である特開 2003— 309996号公報 ゃ特開 2004— 350459号公報に示されている方法により、フリーラン状態を検出す るための初期速度推定を行う。
[0064] 図 10は、本実施の形態における不正動作検知手段 31の構成を示す図である。
不正動作検知手段 31は、図 10に示すように、架線電流検出手段 4により検出され た架線電流検出値 Is、ブレーキ指令 B *を入力とし、大なり比較手段 33、回生時の 架線電流条件設定手段 34、回生時素手段 35、オフセット補正手段 44で構成される また、図 11は、本実施の形態におけるゲートストップ手段 32の構成を示す図であり
、ゲートストップ手段 32の構成と動作につ!/、ては後述する。
[0065] 不正動作検知手段 31の回生時の架線電流条件設定手段 34は、図 12に示すよう に、切り替え手段 39、時素（ONTD)手段 40a、時素（ONTD)手段 40bで構成され る。時素（ONTD)手段 40aは、遅延時間 400msecを設定する。
なお、 "ONTD"とは、 ON Time Delayのことである。
また、時素（ONTD)手段 40bは、遅延時間 1400msecを設定する。
不正動作検知手段 31の回生時素手段 35は、図 13に示すように時素（ONTD)手 段 41、切り替え手段 42、可変時素（ONTD)手段 43で構成される。
[0066] 時素（ONTD)手段 41は、遅延時間 400msecを設定し、時素（ONTD)手段 41の 出力は、ブレーキ指令 B *が ONされてから 400msec後に切り替え手段 42に ON指 令を出力する。
切り替え手段 42は、時素（ONTD)手段 41から出力する ON指令を受けて、 10ms ecから 100msecに切り替えを行うことができる。 可変時素（ONTD)手段 43は、切り替え手段 42の出力（即ち、 10msecもしくは 10 0msecの時間）を EPDB信号が入力されてから EPD信号を出力するまで遅らすこと ができる。
[0067] オフセット補償手段 44は、図 14に示すように、オフセット量演算手段 51及び減算 手段 49とで構成される。
オフセット量演算手段 51は、積分手段 45、時素（ONTD)手段 46、切り替え手段 4 7、除算手段 48、切り替え手段 50、切り替え手段 52によって構成されており、減算手 段 49は、入力される架線電流検出値 Isからオフセット量演算手段 51で演算されたォ フセット量を減算する。
本実施の形態では、架線電流検出手段 4が検出する架線電流検出値 Isの符号に よって不正カ行あるいは不正回生であることを判断して!/、る。
そのため、架線電流検出手段 4に不要な直流成分のオフセットゃドリフトの影響が ある場合、正確に不正カ行、不正回生を判断することができなくなる力 オフセット補 償手段 44によって架線電流検出手段 4が検出する架線電流の不要な直流成分のォ フセットゃドリフトを除去でき、正確に不正カ行、不正回生を判断することができる。
[0068] また、本実施の形態におけるオフセット補償手段 44は、ブレーキ指令 B *が投入さ れてからある一定の時間（100msec)の間のみでオフセット量を算出することが特徴 である。
例えば、電流のオフセットを補償するために、「電流検出値にハイパスフィルタで電 流検出値の直流成分を減衰させる方法」や「特公平 06— 68503号公報に示されて いる交流機の電流検出方式」では、検出した電流検出値の低周波減衰信号を算出 する方法などが取られてレヽた。
しかし、これまでの方法では、オフセット量を算出するのに計算が複雑であることと、 算出するまでに時間が掛カ、る課題があった。
それらの課題を解決するために、オフセット補償手段 44では、オフセット量演算手 段 51により短い時間でオフセット量を算出することができる。
[0069] オフセット量演算手段 51は、ブレーキ指令 B *が投入されてから WVFインバータ が起動するまで一定時間の遅れ (タイムラグ）があることを利用して、ブレーキ指令 B *が投入されて一定時間（本実施の形態では、 100msecとする）の間でオフセット量 を検出するようにしている。
まず、ブレーキ指令 B *が入力されると、切り替え手段 50は、架線電流検出値 Is側 にスィッチがかわる。その結果、架線電流検出値 Isが積分手段 45に入力される。 通常、ブレーキ指令 B *投入時は、 VWFインバータ 6が起動していないため、架 線電流検出値 Isは零であるはずである。
しかし、架線電流検出手段 4にオフセットゃドリフトがあると、 WVFインバータ 6が 停止中も架線電流検出値 Isは零でなくなる。その零でなレ、値を積分手段 45は検出し て、ブレーキ指令 B *投入から 100msec間で貯めていくことになる。
[0070] ブレーキ指令 B *の投入から 100msec後に、切り替え手段 47は ON側に切り替わ ることになり、それと同時に切り替え手段 52は、 ON側に切り替わることになり、積分 手段 45の入力は零になり、積分手段 45はブレーキ指令 B *投入から 100msec間で 演算した量で停止する。
積分手段 45においてブレーキ指令 B *投入から 100msec間で演算された量は、 切り替え手段 47を通過して除算手段 48に入力され、除算手段 48で所定の定数であ る 0.1 (100m)で割り算を行う。
これにより、オフセット量 (もしくはドリフト量）の平均値を算出することができる。 減算手段 49は、架線電流検出手段 4により検出された架線電流検出値 Isから除算 手段 48により算出したオフセット量の平均値を減算する。
その結果、架線電流のオフセット量 (もしくはドリフト量)分を減算でき、オフセット量 の影響を除去することができる。そのため、架線電流検出手段 4のオフセットの影響 を除去できる。
[0071] 架線電流検出手段 4により検出された架線電流検出値 Isは、オフセット補償手段 4 4により架線電流検出手段 4のオフセットの影響を除去した値 Is— ofを大なり比較手 段 33に入力する。
大なり比較手段 33は、オフセット補償手段 44から出力される値 Is— ofと回生時の 架線電流条件設定手段 34から出力される値 EPDBLVを比較する。
大なり比較手段 33に入力される回生時の架線電流条件設定手段 34の出力値 EP DBLVは、図 12に示すように、 3種類の決まった定数（即ち、 5A、 10A、 50A)があ その決まった 3種類の定数は、ブレーキ指令 B *が投入された後の時間によって、 変更される。
[0072] まず、ブレーキ指令 B *が投入されていない時（即ち、電気車で言う惰行時）は、切 り替え手段 39a、 39bは OFF側を選択し、 EPDBLVは、決まった定数である「5A」を 選択する。
この「5A」を選択する期間は、 WVFインバータ 6が動作して!/、な!/、惰行中 [図 15 の（a) ]と、ブレーキ指令が投入されて!/、るが WVFインバータ 6が動作して!/、ない 1 00msec間 [図 15の（b) ]と、 WVFインバータ 6が再動作するとまず既に公知である 特開 2003— 309996号公幸やや特開 2004— 350459号公幸 こ示された方法 ίこよ りフリーラン状態を検出するための初期速度推定を行う期間の 300msec間 [図 15の (c) ]のみである。
なお、図 15の（b)は"架線電流 =0"の期間であり、図 15の（c)は小さい電流が流 れる"初期速度推定時"の期間である。
[0073] これらの期間は、 WVFインバータ 6が動作しないか、もしくは VWFインバータ 6 が動作しても微小な電流のみを流す制御モードである。
そのため、この不正カ行を正確に検知するためには、 EPDBLVを小さい値にする 必要があり、このような方法を取っている。
次に、初期速度推定を行う期間後（即ち、ブレーキ指令 B *が投入されてから 400 msec後）の交流電動機 7のトルクを立上げる時は、図 13に示すように切り替え手段 3 9aは ON側にスィッチが切り替わり、切り替え手段 39bは OFF側のままであるため、 E PDBLVは、決まった定数である「10A」を選択することになる。
なお、図 15の（d)は、交流電動機 7のトルクを立上げる時であり、電流が増加する 期間である。
制御としては、この時 (即ち、図 15 (d)の期間）が過渡動作中であるトルクを立上げ る時であるため、速度センサレスベクトル制御手段 11が異常になる可能性が大きくな そのため、 EPDBLV (回生時の架線電流条件設定手段 34から出力される値）は小 さレヽ値にし、検知しゃすレヽ状態にする必要がある。
[0074] 次に、図 12が示すように、ブレーキ指令 B *が投入されてから 1400msec後は、切 り替え手段 39bが ON側に切り替わり、「50A」が選択される。
制御としては、ブレーキ指令 B *が投入された後、 1400msec後は交流電動機のト ルクも立ち上がって安定した状態になるため、電流も安定し、速度センサレスベクトル 制御手段 11も安定に動作することになる。
そのため、この状態で速度センサレスベクトル制御手段が異常になる場合は、電流 検出手段 10の故障などにより、突然大きな電流で架線電流検出値がマイナス側から プラス側に変化することが考えられるので、 EPDBLVは、図 15の（a)〜（d)の状態に 比べて大きな値である「50A」を選択することができる。
大なり比較手段 33によって回生時の架線電流条件設定手段 34から出力される値 EPDBLVとオフセット補償手段 44により架線電流検出手段 4のオフセットの影響を 除去した値 Is— ofを比較して、 EPDBLVより Is— ofが大きければ、大なり比較手段 3 3より EPDBが出力されて回生時素手段 35に入力される。
[0075] 回生時素手段 35は、図 13に示すようにブレーキ指令 B *により可変時素（ONTD )手段 43の時素の時間をブレーキ指令 B *の投入時間により可変にしていることが 特徴である。
大なり比較手段 33より EPDBが出力されて回生時素手段 35に入力された後、誤検 知を防止するために可変時素手段 43により決まった時間分を遅らせて EPD信号を 出力する。
可変時素手段 43の時素は、ブレーキ指令 B *が入力され 400msecを経過する前 は、切り替え手段 42の OFF側の時素である 10msecを選択する。
この値は、ブレーキ指令 B *が入力され 400msecまでは、図 15の（b)、（c)に示す ように、インバータが動作していない状態力、、初期速度推定を行なっている状態であ そのため、初期速度推定の時に速度センサレスベクトル制御手段 11の異常を検知 するためには、可変時素手段 43の時素は、 300msecより十分に短い時間である必 要があり、 10msecを選択する。
[0076] ブレーキ指令 B *が投入されてから 400msec経過後は、時素手段 41から ON信号 が出力されて、切り替え手段 42は ON側が選択されることになり、 100msecが可変 時素手段 43の時素となる。
ブレーキ指令 B *が投入されてから 400msec経過後は、図 15の（d)、（e)に示すよ うに交流電動機のトルクを立ち上げる時になり、制御状態は lsecの時間の単位で実 施されるため、初期速度推定時の時間の時素と比較して 100msecとしての長い時間 を選択する。従って、更に誤検知を防止することができる。
[0077] 回生時素手段 35の出力である EPD信号は、ゲートストップ手段 32に入力される。
速度センサレスベクトル制御手段 11の異常を示す EPD信号を受けて、ゲートストツ プ手段 32は、 VWFインバータ 6を停止するように動作する。
これにより、インバータ装置の拡大故障を防止している。
本実施の形態におけるゲートストップ手段 32が前述の実施の形態 1または 2のグー トストップ手段 13と異なる点は、図 11に示すように、ラッチ手段 38を備えていることで あり、これが本実施の形態 3の特徴である。
ゲートストップ手段 32は、電気車の制御動作異常を示す信号である EPD信号 (こ の場合、 1 (ONレベルの信号)である）が入力されると、反転手段 37bにより"零"に反 転して、ラッチ手段 38を通して、掛算器 36に入力されて電圧信号に零を掛けること により、 VWFインバータ 6に供給されるゲート信号を停止することになる。
[0078] なお、このゲートストップ手段 32の基本的な動作は、実施の形態 1あるいは実施の 形態 2のゲートストップ手段 13と同様である。
ただ、本実施の形態におけるゲートストップ手段 32は、ラッチ手段 38を用いて、一 度、 EPDの信号により異常を検知したら、ブレーキ指令 B *が OFFされるまでラッチ 手段により反転手段 37bにより出力された零を保持しつづける。
その結果、ブレーキ指令 B *が OFFされるまでインバータは停止した状態になる。 ブレーキの場合、インバータが停止しても機械による空制ブレーキが動作すること により電気車はブレーキ動作を行うことができ、電気車の運行上問題はなレ、。
そのため、異常を検知したら、電気車の安定な運行を考えると、 WVFインバータ をブレーキ指令 B *が OFFされるまで停止させていたほうが効果的である。
なお、ブレーキ指令 B *が OFFされた時のラッチ手段 38の保持を解除する方法は 、ブレーキ指令 B *が OFFされるど'零"が入力され反転手段 37aにより 1に変換され て、ラッチ手段 38のスィッチを切り、ラッチを角早除すること力 Sできる。
[0079] 以上説明したように、本実施の形態による電気車の制御装置は、ブレーキ指令 B * に基づ!/、て直流を任意の周波数の交流に変換する VWFインバータ（可変電圧可 変周波数インバータ） 6と、 WVFインバータ 6の交流側に接続される交流電動機 7と 、 WVFインバータ 6の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ 5と、 WVFィ ンバータ 6の交流側の電流情報を検出する電流検出手段 10と、フィルタコンデンサ 5 の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段 24と、 VWFインバータ 6の出力電圧 指令と VWFインバータ 6の出力電流とから交流電動機 7の回転速度を推定し、該推 定値に基づ!/、て WVFインバータ 6を制御する速度センサレスベクトル制御手段 11 を備えた電気車の制御装置であって、架線 1の電流を検出する架線電流検出手段（ 直流電流検出手段） 4と、 WVFインバータ 6が運転時に、ブレーキ指令 B *と架線 電流検出手段（直流電流検出手段） 4により検出される架線の電流（直流電流）と所 定の電流設定値により架線の電流の符号を求め、その直流電流の符号によって速 度センサレスベクトル制御手段 11が異常であることを検知する不正動作検知手段 31 と、この不正動作検知手段 31が異常を検知した時に WVFインバータ 6を停止させ るゲートストップ手段 32を備えて!/、る。
そして、不正動作検知手段 31は、 WVFインバータ 6が回生運転時に架線電流検 出手段（直流電流検出手段） 4により検出される架線 1の電流（直流電流）の値と、ブ レーキ指令 B *に基づいた回生時の架線電流条件設定手段 34に不正にカ行して いると判断するために設定された電流設定値と、この不正にカ行していると判断する ために設定された電流設定値と架線 1の電流を比較する大なり比較手段 33を備えて いる。
[0080] 従って、本実施の形態によれば、 VWFインバータが運転時に、架線電流検出手 段により検出される架線の電流の符号によって速度センサレスベクトル制御手段が異 常であることを検知する不正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段は、 WV Fインバータが回生運転時に架線電流検出手段（直流電流検出手段）により検出さ れる架線の電流（直流電流）の値と、ブレーキ指令 B *に基づいた回生時の架線電 流条件設定手段に不正にカ行していると判断するために設定された電流設定値と、 この不正にカ行していると判断するために設定された電流設定値と架線の電流を比 較する大なり比較手段 33を設け、不正動作検知手段が異常を検知した時に WVF インバータを停止させるように構成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、正 確に速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができる。
そのため、過電流によるインバータ装置の部品の故障をより未然に確実に防ぐこと ができる。
[0081] また、本実施の形態における不正動作検知手段 31は、架線電流検出手段（直流 電流検出手段） 4によって検出された電流のオフセット成分を補償するオフセット補償 手段 44を更に備えている。
従って、オフセット補償手段によって架線電流検出手段 4が検出する架線電流の不 要な直流成分のオフセットゃドリフトを除去でき、正確に不正カ行、不正回生を判断 すること力 Sでさる。
[0082] 実施の形態 4.
図 16は、この発明の実施の形態 4に係る電気車の制御装置の構成を示す図である 図 16を参照して本実施形態による電気車の制御装置について説明する。 本実施の形態は、前述の実施形態 3による電気車の制御装置の構成をベースとし 、架線 1の電流を推定するための架線電流推定手段 23と電圧検出手段 24とを備え ていることを特徴とする。
なお、架線電流推定手段 23及び電圧検出手段 24は、実施の形態 2で説明したも のと同等のものであり、架線電流推定手段 23の構成と動作については、実施の形態 2で詳細説明済みである。
また、不正動作検知手段 31及びゲートストップ手段 32の構成と動作は、実施の形 態 3で詳細説明済みである。
つまり、本実施の形態は、実施の形態 3と実施の形態 2を組み合わせたものである。 ただし、実施の形態 2は、図 2に示すように、カ行指令 P *に基づいて電気車の運 転が制御されるものであった力 本実施の形態では、図 16に示すように、ブレーキ指 令 B *に基づ!/、て電気車の運転が制御される。
[0083] 本実施の形態による電気車の制御装置は、図 16に示すように、ブレーキ指令 B * に基づ!/、て直流を任意の周波数の交流に変換する VWFインバータ（可変電圧可 変周波数インバータ） 6と、 WVFインバータ 6の交流側に接続される交流電動機 7と 、 WVFインバータ 6の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ 5と、 WVFィ ンバータ 6の交流側の電流情報を検出する電流検出手段 10と、フィルタコンデンサ 5 の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段 24と、 VWFインバータ 6の出力電圧 指令と VWFインバータ 6の出力電流とから交流電動機 7の回転速度を推定し、該推 定値に基づ!/、て WVFインバータ 6を制御する速度センサレスベクトル制御手段 11 を備えた電気車の制御装置であって、架線 1の電流を推定する架線電流推定手段（ 直流電流推定手段） 23と、 WVFインバータ 6が運転時にブレーキ指令と架線電流 推定手段（直流電流推定手段） 23により推定される架線 1の電流推定値（直流電流 推定値）と所定の電流設定値により架線 1の電流推定値（直流電流推定値）の符号を 求め、架線 1の電流推定値（直流電流推定値）の符号によって速度センサレスべタト ル制御手段 11が異常であることを検知する不正動作検知手段 31と、この不正動作 検知手段 31が異常を検知した時に VWFインバータを停止させるゲートストップ手 段 32とを備えている。
[0084] また、前述した実施の形態 2の場合と同様に、架線電流推定手段 23は、電流検出 手段 10により検出された電流情報と VWFインバータ 6のスイッチング状態に基づき VWFインバータ 6に架線 1から入力されるインバータ直流入力電流を推定するイン バータ直流入力電流推定手段 29と、フィルタコンデンサ 5に架線 1から入力されるコ ンデンサ入力電流を推定するコンデンサ入力電流推定手段 28と、インバータ直流入 力電流推定手段 29及びコンデンサ入力電流推定手段 28それぞれの電流推定 を 加算して、不正動作検知手段 31に入力する加算器 30を備えている。
また、不正動作検知手段 31及びゲートストップ手段 32等の構成と動作は、前述し た実施の形態 3の場合と同様である。 [0085] 以上のように、本実施の形態によれば、ブレーキ指令に基づいて WVFインバータ が運転時に架線電流推定手段により推定される架線の電流の符号によって、速度セ ンサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段を備え、こ の不正動作検知手段が異常を検知した時に WVFインバータを停止させるように構 成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、簡単 ·正確に速度センサレスべタト ル制御手段の異常を検出することができる。
そのため、過電流によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。
[0086] 実施の形態 5.
図 17は、この発明の実施の形態 5に係る電気車の制御装置の構成を示す図である 図 17を参照して本実施形態による電気車の制御装置について説明する。 本実施の形態は、図 9に示した実施の形態 3の構成において、架線電流検出手段 4に代えてインバータ電流検出手段 53を備えていることを特徴とする。
なお、他の構成は、実施の形態 3と同様であり、同一符号で示している。 実施の形態 3と同一符号を付したものについては、説明を省略する。
本実施の形態は、実施の形態 3と比べると、インバータ電流 Idcを検出して速度セン サレスベクトル制御手段 11の異常を検知することが特徴である。
[0087] つまり、本実施の形態による電気車の制御装置は、図 17に示すように、ブレーキ指 令 B *に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数イン バータ（VWFインバータ） 6と、 WVFインバータ 6の交流側に接続される交流電動 機 7と、 WVFインバータ 6の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ 5と、 VV VFインバータ 6の交流側の電流情報を検出する電流検出手段 10と、フィルタコンデ ンサ 5の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段 24と、 WVFインバータ 6の出力 電圧指令と WVFインバータ 6の出力電流とから交流電動機 7の回転速度を推定し、 該推定値に基づいて WVFインバータ 6を制御する速度センサレスベクトル制御手 段 11を備えた電気車の制御装置であって、 VWFインバータ 6のインバータ電流を 検出するインバータ電流検出手段（直流電流検出手段） 53と、 VWFインバータ 6が 運転時にブレーキ指令 B *とインバータ電流検出手段（直流電流検出手段） 53で検 出されるインバータ電流（直流電流）と所定の電流設定値によりインバータ電流（直流 電流）の符号を求め、そのインバータ電流（直流電流）の符号によって速度センサレ スベクトル制御手段 11が異常であることを検知する不正動作検知手段 31と、この不 正動作検知手段 31が異常を検知した時に VWFインバータ 6を停止させるゲートス トップ手段 32とを備えて!/、る。
[0088] 本実施の形態のように、架線電流 Isでなくインバータ電流 Idcを検出しても、実施の 形態 3の場合と同様に、速度センサレスベクトル制御手段 11の異常を検知することが 可能である。
インバータ電流検出手段 53によりインバータ電流を検出する構成の場合、インバー タ電流検出手段 53をインバータ装置内部に予め組み込んで取り付けることができる そのため、実施の形態 3のように架線電流検出手段を取り付ける場合よりも、取り付 け作業を簡略化できる。
また、インバータ装置内部に取り付けることにより、電気車の振動などに対して安定 に検出手段を取り付けることができる。
[0089] 以上のように、本実施の形態では、 WVFインバータが運転時にインバータ電流検 出手段により検出されるインバータ電流の符号によって速度センサレスベクトル制御 手段が異常であることを検知する不正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段 が異常を検知した時にインバータを停止させるように構成しているので、極めて簡単 且つ安価な構成で、簡単 ·正確に速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出す ること力 Sでさる。
そのため、過電流によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。
[0090] 実施の形態 6.
図 18は、この発明の実施の形態 6に係る電気車の制御装置の構成を示す図である 図 18を参照して本実施形態による電気車の制御装置について説明する。 本実施の形態は、実施の形態 4と比べると、架線電流推定手段 23に代えてインバ ータ電流推定手段 54を備えて!/、る。 なお、他の構成は実施の形態 4と同様であり、同一符号で示している。 本実施の形態は、実施の形態 4に比べ、インバータ電流を推定し、 Idc— s (インバ ータ直流入力推定電流）を演算して速度センサレスベクトル制御手段 11の異常を検 知することが特徴である。
なお、インバータ電流推定ィ直 Idc— s (インバータ直流入力推定電流）は、実施の形 態 2の式 (4)によって演算する。
[0091] つまり、本実施の形態による電気車の制御装置は、図 18に示すように、ブレーキ指 令 B *に基づ!/、て直流を任意の周波数の交流に変換する WVFインバータ（可変電 圧可変周波数インバータ） 6と、 WVFインバータ 6の交流側に接続される交流電動 機 7と、 WVFインバータ 6の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ 5と、 VV VFインバータ 6の交流側の電流情報を検出する電流検出手段 10と、フィルタコンデ ンサ 5の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段 24と、 WVFインバータ 6の出力 電圧指令と WVFインバータ 6の出力電流とから交流電動機 7の回転速度を推定し、 該推定値に基づいて WVFインバータ 6を制御する速度センサレスベクトル制御手 段 11を備えた電気車の制御装置であって、 VWFインバータ 6のインバータ電流を 推定するインバータ電流推定手段（直流電流推定手段） 54と、 VWFインバータ 6が 運転時にブレーキ指令 B *と直流電流推定手段（直流電流推定手段） 54により推定 されるインバータ電流推定値（直流電流推定値）と所定の電流設定値によりインバー タ電流推定値（直流電流推定値）の符号を求め、そのインバータ電流推定値（直流 電流推定値）の符号によって速度センサレスベクトル制御手段 11が異常であることを 検知する不正動作検知手段 31と、この不正動作検知手段 31が異常を検知した時に VWFインバータ 6を停止させるゲートストップ手段 32とを備えている。
[0092] 本実施の形態のように、架線電流推定値 Is— sでなくインバータ電流推定値 Idc— s を推定しても、実施の形態 2、実施の形態 4と同様に速度センサレスベクトル制御手 段 11の異常を検知することが可能である。
特に、本実施の形態では、インバータ電流推定手段 54によりインバータ電流 Idcを 推定するので、実施の形態 2、実施の形態 4の場合と比べて、前掲の式（1)もしくは 式（2)を演算する必要がなくなるため、マイコンの負荷率及び演算量を低減できる。 以上より、インバータが運転時にインバータ電流推定手段により推定されるインバ ータ電流の符号によって、速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知 する不正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段が異常を検知した時にイン バータを停止させるように構成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、簡単- 正確に速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができる。
そのため、過電流によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。 産業上の利用可能性
この発明は、交流電動機を駆動源とし、特に速度センサレスベクトル制御手段を利 用して交流電動機を VWFインバータにより制御する電気車の制御装置に適用する こと力 Sでさる。

Claims

請求の範囲
[1] カ行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換する VWFインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）と、前記 WVFインバータの交 流側に接続される交流電動機と、前記 WVFインバータの直流側に並列に接続され るフィルタコンデンサと、前記 WVFインバータの交流側の電流情報を検出する電流 検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と 、前記 WVFインバータの出力電圧指令と前記 WVFインバータの出力電流とから 前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づ!/、て前記 WVFインバータ を制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、 架線の電流を検出する架線電流検出手段もしくは前記 WVFインバータのインバ ータ電流を検出するインバータ電流検出手段のいずれか 1つの直流電流検出手段と 、前記 WVFインバータが運転時にカ行指令もしくはブレーキ指令のいずれ力、 1つ の指令と前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電 流のいずれかの直流電流と所定の電流設定値により直流電流の符号を求め、その 直流電流の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを 検知する不正動作検知手段と、この不正動作検知手段が異常を検知した時に前記 VWFインバータを停止させるゲートストップ手段とを備えたことを特徴とする電気車 の制御装置。
[2] 前記不正動作検知手段は、前記 VWFインバータがカ行運転時に前記架線電流 検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか 1つの前記直流電流検出 手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれ力、 1つの直流電流 の値と不正に回生していると判断するために設定された第 1の電流設定値とを比較 する不正回生検知手段と、前記 VWFインバータが回生運転時に前記架線電流検 出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれ力、 1つの前記直流検出手段に より検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれ力、 1つの直流電流の値と 不正にカ行していると判断するために設定された第 2の電流設定値とを比較する不 正カ行検知手段と、カ行指令もしくはブレーキ指令のいずれ力、 1つの指令に基づい てカ行運転時は前記不正回生検知手段を選択し、回生運転時は前記不正カ行検 知手段を選択するカ行回生検知選択手段とを備えたことを特徴とする請求項 1に記 載の電気車の制御装置。
[3] 前記不正回生検知手段は、前記架線電流検出手段により検出される架線の電流 の値が前記第 1の電流設定値より小さくなつた時からある一定の時間を経過させるこ とができる不正回生検知時素手段を有し、前記不正カ行検知手段は、前記架線電 流検出手段により検出される架線の電流の値が前記第 2の電流設定値より大きくなつ た時からある一定の時間を経過させることができる不正カ行検知時素手段を有する ことを特徴とする請求項 2に記載の電気車の制御装置。
[4] 前記不正動作検知手段は、前記 VWFインバータが回生運転時に前記架線電流 検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか 1つの前記直流電流検出 手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれ力、 1つの直流電流 の値と、ブレーキ指令に基づいた回生時の架線電流条件設定手段に不正にカ行し ていると判断するために設定された電流設定値と、前記不正にカ行していると判断 するために設定された電流設定値と架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか 1 つの直流電流を比較する大なり比較手段とを備えたことを特徴とする請求項 1に記載 の電気車の制御装置。
[5] 前記不正動作検知手段は、前記直流電流検出手段によって検出された電流のォ フセット成分を補償するオフセット補償手段を備えたことを特徴とする請求項 4に記載 の電気車の制御装置。
[6] カ行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換する VWFインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）と、前記 WVFインバータの交 流側に接続される交流電動機と、前記 WVFインバータの直流側に並列に接続され るフィルタコンデンサと、前記 WVFインバータの交流側の電流情報を検出する電流 検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と 、前記 WVFインバータの出力電圧指令と前記 WVFインバータの出力電流とから 前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づ!/、て前記 WVFインバータ を制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、 架線の電流を推定する架線電流推定手段もしくは前記 WVFインバータのインバ ータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか 1つの直流電流推定手段と 、前記 WVFインバータが運転時にカ行指令もしくはブレーキ指令のいずれ力、 1つ の指令と前記直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバ ータ電流推定値のいずれ力、 1つの直流電流推定値と所定の電流設定値により直流 電流推定 の符号を求め、その直流電流推定 の符号によって前記速度センサレ スベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、この不正動作 検知手段が異常を検知した時に前記 VWFインバータを停止させるゲートストップ手 段とを備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
[7] 前記架線電流推定手段は、前記電流検出手段により検出された電流情報と前記 V VVFインバータのスイッチング状態に基づき前記 VWFインバータに架線から入力 されるインバータ直流入力電流を推定するインバータ直流入力電流推定手段と、前 記フィルタコンデンサに架線から入力されるコンデンサ入力電流を推定するコンデン サ入力電流推定手段と、前記インバータ直流入力電流推定手段及びコンデンサ入 力電流推定手段それぞれの電流推定直を加算して前記不正動作検知手段に入力 する加算器とを備えたことを特徴とする請求項 6に記載の電気車の制御装置。
[8] 前記不正動作検知手段は、前記 VWFインバータがカ行運転時に前記架線電流 推定手段もしくは前記 WVFインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流 推定手段のいずれか 1つの直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値 もしくはインバータ電流推定値のいずれ力、 1つの直流電流推定値と、不正に回生して いると判断するために設定された第 1の電流設定直とを比較する不正回生検知手段 と、前記 WVFインバータが回生運転時に前記架線電流推定手段もしくは前記 W VFインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか 1つ の直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推 定値のいずれか 1つの直流電流推定値と、不正にカ行していると判断するために設 定された第 2の電流設定値とを比較する不正カ行検知手段と、カ行指令もしくはブレ ーキ指令のいずれか 1つの指令に基づいて、カ行運転時は前記不正回生検知手段 を選択し、回生運転時は前記不正カ行検知手段を選択するカ行回生検知選択手段 とを備えたことを特徴とする請求項 6に記載の電気車の制御装置。 前記不正回生検知手段は、前記架線電流推定手段により推定される架線の電流 推定値が前記第 1の電流設定値より小さくなつた時からある一定の時間を経過させる ことができる不正回生検知時素手段を有し、前記不正カ行検知手段は、前記架線電 流推定手段により推定される架線の電流推定値が前記第 2の電流設定値より大きく なった時からある一定の時間を経過させることができる不正カ行検知時素手段を有 することを特徴とする請求項 8に記載の電気車の制御装置。
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