JP2010035373A - Railway-vehicle drive control device - Google Patents
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Abstract
【課題】鉄道車両が惰性で走行している状態から電力変換手段を起動させる場合に、過渡電流や永久磁石形同期電動機のトルクショックを防止しながら起動することが可能な鉄道車両駆動制御装置を提供する。
【解決手段】本発明装置は、電力変換手段10が動作を開始する場合に、第1の電力変換回路12のスイッチング素子のON・OFF動作を開始させる第1の電力変換回路起動指令と、第2の電力変換回路22のスイッチング素子のON・OFF動作を開始させる第2の電力変換回路起動指令と、直流電圧検出手段の出力を入力し、第1の電力変換回路の出力電圧の目標値である直流電圧指令値を演算し、に第1の電力変換回路起動指令と第2の電力変換回路起動指令と直流電圧検出手段の出力と直流電圧指令値を入力し、第1の電力変換回路、第2の電力変換回路それぞれのスイッチング素子をON・OFF制御する。
【選択図】図2A railway vehicle drive control device capable of starting while preventing a transient current and a torque shock of a permanent magnet type synchronous motor when a power conversion means is started from a state where the railway vehicle is running inertially. provide.
An apparatus according to the present invention includes a first power conversion circuit start command for starting an ON / OFF operation of a switching element of a first power conversion circuit, and a first power conversion circuit start command when the power conversion means starts operation. The second power conversion circuit start command for starting the ON / OFF operation of the switching element of the second power conversion circuit 22 and the output of the DC voltage detection means are inputted, and the target value of the output voltage of the first power conversion circuit is inputted. A certain DC voltage command value is calculated, and the first power conversion circuit start command, the second power conversion circuit start command, the output of the DC voltage detection means, and the DC voltage command value are input to the first power conversion circuit, ON / OFF control of each switching element of the second power conversion circuit is performed.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、電動機を駆動源とした鉄道車両の駆動を制御するための鉄道車両駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a railway vehicle drive control device for controlling the driving of a railway vehicle using an electric motor as a drive source.
従来、車両を駆動する永久磁石形同期電動機と、直流又は交流の電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧(nは交流の相数を表す任意の数)に変換して永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変換手段とを備えた鉄道車両駆動制御装置であって、電力変換手段には、直流または交流の電源電圧を任意の直流電圧に変換する第1の電力変換回路と、第1の電力変換回路が供給する直流電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧に変換して出力する第2の電力変換回路を具備した構成の鉄道車両駆動制御装置が知られている。このような鉄道車両駆動制御装置では、その運転を開始する場合や、走行中に保護機能が保護検知したために一旦鉄道車両駆動制御装置を停止した後に再度運転を開始する手順は次の通りである。まず、充電用開閉器を投入して電力変換手段の第1の電力変換回路と第2の電力変換回路との間の中間直流回路に設けた平滑コンデンサを充電する。充電用開閉器を投入すると、第1の電力変換回路に内蔵されているスイッチング素子の逆並列ダイオードを経由して充電回路抵抗器で制限された電流によって平滑コンデンサが充電される。そして平滑コンデンサの充電が完了した後に回路開閉器を投入するとともに、充電用開閉器を開放する。 Conventionally, a permanent magnet type synchronous motor for driving a vehicle and a DC or AC power supply voltage is converted into an n-phase AC voltage having an arbitrary voltage and an arbitrary frequency (n is an arbitrary number representing the number of AC phases) and is permanent. A railway vehicle drive control device comprising power conversion means for supplying AC power to a magnet synchronous motor, wherein the power conversion means includes first power for converting a DC or AC power supply voltage into an arbitrary DC voltage. Railway vehicle drive control device comprising a conversion circuit and a second power conversion circuit that converts a DC voltage supplied by the first power conversion circuit into an n-phase AC voltage having an arbitrary voltage and an arbitrary frequency and outputs the converted voltage It has been known. In such a railway vehicle drive control device, the procedure for starting the operation again or after stopping the rail vehicle drive control device once because the protection function has detected protection during traveling is as follows. . First, a charging switch is turned on to charge a smoothing capacitor provided in an intermediate DC circuit between the first power conversion circuit and the second power conversion circuit of the power conversion means. When the charging switch is turned on, the smoothing capacitor is charged by the current limited by the charging circuit resistor via the antiparallel diode of the switching element built in the first power conversion circuit. After the charging of the smoothing capacitor is completed, the circuit switch is turned on and the charging switch is opened.
上記の回路開閉器を投入するタイミングについては、充電回路抵抗器の抵抗値と平滑コンデンサの静電容量から予め求められる充電時間を考慮して、充電用開閉器を投入した後に前述の充電時間が経過したことで、回路開閉器を投入するとともに充電用開閉器を開放する。または別の方式として、直流電圧検出手段の出力信号である電圧検出値を監視して平滑コンデンサの電圧が予め設定された閾値を超えたときに回路開閉器を投入するとともに充電用開閉器を開放する構成とすることもある。 Regarding the timing of turning on the circuit switch, the charging time described above after turning on the charging switch in consideration of the charging time determined in advance from the resistance value of the charging circuit resistor and the capacitance of the smoothing capacitor. When it has elapsed, the circuit switch is turned on and the charging switch is opened. Or, as another method, the voltage detection value that is the output signal of the DC voltage detection means is monitored, and when the voltage of the smoothing capacitor exceeds a preset threshold value, the circuit switch is turned on and the charging switch is opened. It may be configured to.
回路遮断器と回路開閉器が投入されて鉄道車両駆動制御装置の回路が構成された後、第1の電力変換回路と第2の電力変換回路はそれぞれが内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始して起動する。 After the circuit breaker and the circuit switch are put in and the circuit of the railway vehicle drive control device is configured, the first power conversion circuit and the second power conversion circuit perform ON / OFF operations of the switching elements incorporated therein. Start and start.
ところで、鉄道車両の場合、加速する場合と制動する場合には車両駆動用電動機に電力変換手段から電力を供給するが、惰性で走行する場合には電力変換手段を停止する(車両駆動用電動機に電流を流さない)という鉄道車両特有の運転方法が一般的に行われている。また、永久磁石形同期電動機は、回転子の回転にともなってその端子に永久磁石の磁束による誘起電圧を発生する。したがって、鉄道車両の走行中には永久磁石形同期電動機の端子には誘起電圧(永久磁石誘起電圧)が発生している。 By the way, in the case of a railway vehicle, when accelerating and braking, electric power is supplied to the vehicle drive motor from the power conversion means. However, when traveling by inertia, the power conversion means is stopped (for the vehicle drive motor). A driving method peculiar to railway vehicles is generally performed in which no current is passed. In addition, the permanent magnet type synchronous motor generates an induced voltage due to the magnetic flux of the permanent magnet at its terminal as the rotor rotates. Therefore, an induced voltage (permanent magnet induced voltage) is generated at the terminal of the permanent magnet type synchronous motor during travel of the railway vehicle.
鉄道車両が惰性で走行している状態(電力変換手段が停止状態)から電力変換手段を起動する場合、過渡電流や永久磁石形同期電動機のトルクショックを防止しながら円滑に起動することが望ましい。このためには、第2の電力変換回路の電源である直流電圧を、第1の電力変換回路による電力変換によって永久磁石誘起電圧よりも大きい電圧に調整した状態で、第2の電力変換回路のスイッチング素子のON・OFF動作によって第2の電力変換回路の出力電圧(永久磁石形同期電動機への印加電圧)を調整しながら起動する必要がある。 When starting the power conversion means from a state in which the railway vehicle is running inertial (the power conversion means is stopped), it is desirable to start it smoothly while preventing transient currents and torque shocks of the permanent magnet type synchronous motor. For this purpose, the DC voltage that is the power source of the second power conversion circuit is adjusted to a voltage larger than the permanent magnet induced voltage by power conversion by the first power conversion circuit, and the second power conversion circuit It is necessary to start up while adjusting the output voltage of the second power conversion circuit (voltage applied to the permanent magnet type synchronous motor) by the ON / OFF operation of the switching element.
この動作を実現するために、従来は、起動指令が入力されると電力変換手段が停止状態での直流電圧検出値を初期値とし、永久磁石形同期電動機の回転に伴う永久磁石誘起電圧の大きさを考慮した直流電圧指令値へステップ状に引き上げる。そして直流電圧指令値は、永久磁石型同期電動機の回転角検出器により検出した回転角検出値に基づいて算出した値を用いている。 In order to realize this operation, conventionally, when a start command is input, a DC voltage detection value when the power conversion means is stopped is set as an initial value, and the permanent magnet induced voltage associated with the rotation of the permanent magnet synchronous motor is increased. Stepwise to a DC voltage command value that takes this into account. The DC voltage command value uses a value calculated based on the rotation angle detection value detected by the rotation angle detector of the permanent magnet type synchronous motor.
永久磁石形同期電動機を駆動制御(電動機電流を制御または発生トルクを制御)するためには、永久磁石形同期電動機の回転子(ロータ)の回転角と回転方向および回転周波数を認識する必要がある。このために、従来の鉄道車両駆動制御装置では、永久磁石形同期電動機に回転角検出手段を設けていた。 In order to control the drive of the permanent magnet type synchronous motor (control the motor current or control the generated torque), it is necessary to recognize the rotation angle, rotation direction and rotation frequency of the rotor (rotor) of the permanent magnet type synchronous motor. . For this reason, in the conventional railway vehicle drive control device, the rotation angle detecting means is provided in the permanent magnet type synchronous motor.
しかしながら、従来の鉄道車両駆動制御装置では、次のような問題点があった。前述の回転角検出手段を永久磁石形同期電動機に設ける方法は、車両駆動用電動機が車軸や台車に取り付けられる鉄道車両特有の形態を考えると、回転角検出手段も、汚損が激しい場所、また走行に伴なう車軸からの振動を受ける場所に取り付けられることになり、回転角検出手段自体、および回転角検出手段への配線の、強度、耐久性、信頼性を十分に考慮しなくてはならないという問題点がある。 However, the conventional railway vehicle drive control device has the following problems. The method of providing the rotation angle detection means in the permanent magnet type synchronous motor described above is based on the specific form of a railway vehicle in which the motor for driving the vehicle is mounted on an axle or a carriage. It will be installed in a place where it receives vibration from the axle caused by this, and the strength, durability, and reliability of the rotation angle detection means itself and the wiring to the rotation angle detection means must be fully considered. There is a problem.
この問題点を解決する方法として、回転角検出手段を設けずに、電力変換手段から永久磁石形同期電動機へ供給される電流と電圧から、回転子の回転方向と回転周波数および回転角を推定する方法がある。そして、電力変換手段から永久磁石形同期電動機へ供給される電流と電圧から回転方向と回転周波数および回転角を推定する方法の主要例としては、永久磁石形同期電動機の誘起電圧を利用する方法と、高周波電圧重畳方法とがある。 As a method for solving this problem, the rotation direction, rotation frequency and rotation angle of the rotor are estimated from the current and voltage supplied from the power conversion means to the permanent magnet synchronous motor without providing the rotation angle detection means. There is a way. And, as a main example of the method for estimating the rotation direction, the rotation frequency and the rotation angle from the current and voltage supplied from the power conversion means to the permanent magnet type synchronous motor, a method using the induced voltage of the permanent magnet type synchronous motor, And a high-frequency voltage superposition method.
永久磁石形同期電動機の誘起電圧を利用する方法は、例えば、特許第3692085号公報(特許文献1)に記載されているように、永久磁石形同期電動機が駆動制御される状態において、回転子の回転に伴って誘起される誘起電圧成分が制御回転座標軸の磁束方向と直交する方向に現れることを利用して、回転子回転角を推定するとともに回転方向と回転周波数を推定する方法である。 For example, as described in Japanese Patent No. 3692085 (Patent Document 1), the method of using the induced voltage of the permanent magnet type synchronous motor is such that the permanent magnet type synchronous motor is driven and controlled. This is a method for estimating the rotor rotation angle and the rotation direction and the rotation frequency by utilizing the fact that an induced voltage component induced with rotation appears in a direction orthogonal to the magnetic flux direction of the control rotation coordinate axis.
また、高周波電圧重畳方法としては、例えば、特許第3719910号公報(特許文献2)に記載されているように、永久磁石形同期電動機を駆動制御する電圧指令に高周波成分を重畳して、その高周波成分に応答する電流を検出することにより永久磁石形同期電動機のインピーダンスを推定、または評価関数を演算することにより回転子回転角を推定するとともに回転方向と回転周波数を推定する方法である。 Moreover, as a high frequency voltage superimposing method, for example, as described in Japanese Patent No. 3719910 (Patent Document 2), a high frequency component is superimposed on a voltage command for driving and controlling a permanent magnet type synchronous motor, and the high frequency voltage is superimposed. In this method, the impedance of the permanent magnet synchronous motor is estimated by detecting a current responding to the component, or the rotor rotation angle is estimated by calculating the evaluation function, and the rotation direction and the rotation frequency are estimated.
ところが、前述の、電力変換手段から永久磁石形同期電動機へ供給される電流と電圧から回転子の回転方向と回転周波数および回転角を推定する方法は、電力変換手段が動作して永久磁石同期電動機に電力を供給している状態の時のみ可能な方法であり、電力変換手段が停止している場合、つまり鉄道車両が惰性で走行している場合には回転子の回転方向と回転周波数および回転角を推定することが不可能である。これは、鉄道車両が惰性で走行している場合には、回転角検出値および回転角周波数が認識できないことになり、第2の電力変換回路を円滑に起動するために十分な直流電圧の大きさを指令する直流電圧指令値を電力変換手段を起動する前に演算できない問題点があった。 However, the method of estimating the rotation direction, rotation frequency and rotation angle of the rotor from the current and voltage supplied from the power conversion means to the permanent magnet synchronous motor is the same as that of the permanent magnet synchronous motor when the power conversion means operates. This is possible only when power is being supplied to the motor. When the power conversion means is stopped, that is, when the railway vehicle is traveling in inertia, the rotation direction, rotation frequency and rotation of the rotor It is impossible to estimate the angle. This is because when the railway vehicle is traveling inertia, the rotation angle detection value and the rotation angle frequency cannot be recognized, and the DC voltage is large enough to smoothly start the second power conversion circuit. There is a problem that the DC voltage command value for commanding the length cannot be calculated before starting the power conversion means.
また、前述の電力変換手段から永久磁石形同期電動機へ供給される電流と電圧から回転子の回転方向と回転周波数および回転角を推定する方法では、電力変換手段を起動する場合に、起動してから短時間(例えば数10ms)のうちに、電動機電流の安定した制御と、回転子の回転方向と回転周波数および回転角の安定した推定演算が同時に行えるようにする必要がある。このためには、電力変換手段が起動してから前記推定演算が安定するまでの期間は前述の第2の電力変換回路の出力電圧の調整(可変)余裕が十分に必要で、第2の電力変換回路の電源である直流電圧を、永久磁石誘起電圧に対して十分大きい値にしておく必要があった。
本発明は、これらの従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、車両を駆動する永久磁石形同期電動機に回転角検出手段を設ける必要がなく、かつ、鉄道車両が惰性で走行している状態から電力変換手段を起動させる場合に、過渡電流や永久磁石形同期電動機のトルクショックを防止しながら起動することが可能な鉄道車両駆動制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these conventional technical problems, and it is not necessary to provide a rotation angle detecting means in a permanent magnet type synchronous motor for driving a vehicle, and a railway vehicle is traveling with inertia. An object of the present invention is to provide a railway vehicle drive control device that can be activated while preventing a transient current and a torque shock of a permanent magnet synchronous motor when the power conversion means is activated from the state.
本発明の1つの特徴は、車両を駆動する永久磁石形同期電動機と、電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧(nは交流の相数を表す任意の数)に変換して前記永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変換手段を有し、前記電力変換手段には、直流または交流の電源電圧を任意の直流電圧に変換する第1の電力変換回路と、前記第1の電力変換回路が供給する直流電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧に変換して出力する第2の電力変換回路が内蔵されており、さらに、前記電力変換手段が動作を開始する場合に、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第1の電力変換回路起動指令と、前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第2の電力変換回路起動指令を出力する起動指令出力手段と、前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路の間の直流回路の電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記第1の電力変換回路起動指令と第2の電力変換回路起動指令、および前記直流電圧検出手段の出力を入力として、前記第1の電力変換回路が電力変換して出力する直流電圧の目標値である直流電圧指令値を演算して出力する直流電圧指令演算手段と、前記第1の電力変換回路起動指令と前記第2の電力変換回路起動指令と前記直流電圧検出手段の出力と前記直流電圧指令値を入力として、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子と、前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子の、それぞれのON・OFF動作のためのゲート信号を出力する制御手段を有する鉄道車両駆動制御装置である。 One aspect of the present invention is a permanent magnet synchronous motor that drives a vehicle, and converts a power supply voltage into an arbitrary voltage and an n-phase AC voltage having an arbitrary frequency (where n is an arbitrary number that represents the number of AC phases). Power conversion means for supplying AC power to the permanent magnet synchronous motor, and the power conversion means includes a first power conversion circuit that converts a DC or AC power supply voltage into an arbitrary DC voltage, and A second power conversion circuit for converting a DC voltage supplied by the first power conversion circuit into an n-phase AC voltage having an arbitrary voltage and an arbitrary frequency and outputting the same is further incorporated, and the power conversion means operates. When starting the first power conversion circuit start command, which is a command to start the ON / OFF operation of the switching element built in the first power conversion circuit, and the switching built in the second power conversion circuit Element ON / OF Start command output means for outputting a second power conversion circuit start command that is a command to start operation, and DC for detecting a voltage of a DC circuit between the first power conversion circuit and the second power conversion circuit Using the voltage detection means, the first power conversion circuit start command and the second power conversion circuit start command, and the output of the DC voltage detection means as inputs, the first power conversion circuit converts the power and outputs it. DC voltage command calculation means for calculating and outputting a DC voltage command value which is a target value of DC voltage, the first power conversion circuit start command, the second power conversion circuit start command, and the DC voltage detection means For ON / OFF operation of the switching element built in the first power conversion circuit and the switching element built in the second power conversion circuit, using the output and the DC voltage command value as input A railway vehicle drive control apparatus having a control means for outputting a gate signal.
本発明の別の特徴は、車両を駆動する永久磁石形同期電動機と、電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧(nは交流の相数を表す任意の数)に変換して前記永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変換手段を有し、前記電力変換手段には、直流または交流の電源電圧を任意の直流電圧に変換する第1の電力変換回路と、前記第1の電力変換回路が供給する直流電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧に変換して出力する第2の電力変換回路が内蔵されており、さらに、前記電力変換手段が動作を開始する場合に、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第1の電力変換回路起動指令と、前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第2の電力変換回路起動指令を出力する起動指令出力手段と、前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路の間の直流回路の電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記電力変換手段と前記永久磁石形同期電動機との間のn相回路のうちの2つの相の間に生じる線間電圧のうち、少なくとも1つの線間電圧を検出するための電動機電圧検出手段と、前記電動機電圧検出手段の出力を入力として、前記永久磁石形同期電動機の回転に伴う永久磁石誘起電圧の線間電圧の振幅値を演算して出力する振幅値演算手段と、前記直流電圧検出手段の出力と、前記振幅値演算手段の出力および、前記第1の電力変換回路起動指令と第2の電力変換回路起動指令を入力として、前記第1の電力変換回路が電力変換して出力する直流電圧の目標値である直流電圧指令値を演算して出力する直流電圧指令演算手段と、前記第1の電力変換回路起動指令と前記第2の電力変換回路起動指令と前記直流電圧検出手段の出力と前記直流電圧指令値を入力として、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子と、前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子の、それぞれのON・OFF動作のためのゲート信号を出力する制御手段を有する鉄道車両駆動制御装置である。 Another feature of the present invention is a permanent magnet synchronous motor that drives a vehicle, and converts a power supply voltage into an arbitrary voltage and an n-phase AC voltage having an arbitrary frequency (where n is an arbitrary number representing the number of AC phases). Power conversion means for supplying AC power to the permanent magnet synchronous motor, and the power conversion means includes a first power conversion circuit that converts a DC or AC power supply voltage into an arbitrary DC voltage, and A second power conversion circuit for converting a DC voltage supplied by the first power conversion circuit into an n-phase AC voltage having an arbitrary voltage and an arbitrary frequency and outputting the same is further incorporated, and the power conversion means operates. When starting the first power conversion circuit start command, which is a command to start the ON / OFF operation of the switching element built in the first power conversion circuit, and the switching built in the second power conversion circuit Element ON / OFF A start command output means for outputting a second power conversion circuit start command that is a command to start operation, and a direct current for detecting a voltage of a direct current circuit between the first power conversion circuit and the second power conversion circuit Voltage detection means, and for detecting at least one line voltage among line voltages generated between two phases of an n-phase circuit between the power conversion means and the permanent magnet synchronous motor A motor voltage detection means, an amplitude value calculation means for calculating and outputting the amplitude value of the line voltage of the permanent magnet induced voltage accompanying the rotation of the permanent magnet type synchronous motor, with the output of the motor voltage detection means as an input, The first power conversion circuit performs power conversion using the output of the DC voltage detection means, the output of the amplitude value calculation means, and the first power conversion circuit start command and the second power conversion circuit start command as inputs. And output DC voltage command calculation means for calculating and outputting a DC voltage command value that is a target value of the current voltage, the first power conversion circuit start command, the second power conversion circuit start command, and the DC voltage detection means Gate signals for ON / OFF operations of the switching element built in the first power conversion circuit and the switching element built in the second power conversion circuit using the output and the DC voltage command value as inputs Is a railway vehicle drive control device having control means for outputting.
また、本発明の別の特徴は、車両を駆動する永久磁石形同期電動機と、電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧(nは交流の相数を表す任意の数)に変換して前記永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変換手段を有し、前記電力変換手段には、直流または交流の電源電圧を任意の直流電圧に変換する第1の電力変換回路と、前記第1の電力変換回路が供給する直流電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧に変換して出力する第2の電力変換回路が内蔵されており、さらに、前記電力変換手段が動作を開始する場合に、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第1の電力変換回路起動指令と、前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第2の電力変換回路起動指令を出力する起動指令出力手段と、前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路の間の直流回路の電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記電力変換手段と前記永久磁石形同期電動機との間のn相回路のうちの2つの相の間に生じる線間電圧のうち、少なくとも1つの線間電圧を検出するための電動機電圧検出手段と、前記電動機電圧検出手段の出力を入力として、前記永久磁石形同期電動機の回転に伴う永久磁石誘起電圧の線間電圧の周波数を演算して出力する回転周波数演算手段と、前記直流電圧検出手段の出力と、前記回転周波数演算手段の出力および、前記第1の電力変換回路起動指令と第2の電力変換回路起動指令を入力として、前記第1の電力変換回路が電力変換して出力する直流電圧の目標値である直流電圧指令値を演算して出力する直流電圧指令演算手段と、前記第1の電力変換回路起動指令と前記第2の電力変換回路起動指令と前記直流電圧検出手段の出力と前記直流電圧指令値を入力として、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子と、前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子の、それぞれのON・OFF動作のためのゲート信号を出力する制御手段を有する鉄道車両駆動制御装置である。 Another feature of the present invention is that a permanent magnet type synchronous motor that drives a vehicle and an n-phase AC voltage having an arbitrary voltage and an arbitrary frequency (n is an arbitrary number that represents the number of AC phases). Power conversion means for converting and supplying AC power to the permanent magnet type synchronous motor, the power conversion means including a first power conversion circuit for converting a DC or AC power supply voltage into an arbitrary DC voltage; A second power conversion circuit for converting the DC voltage supplied by the first power conversion circuit into an n-phase AC voltage having an arbitrary voltage and an arbitrary frequency and outputting the built-in second power conversion circuit; Includes a first power conversion circuit start command that is a command to start an ON / OFF operation of a switching element built in the first power conversion circuit, and the second power conversion circuit. ON / OFF of switching element A start command output means for outputting a second power conversion circuit start command that is a command for starting an FF operation, and a voltage of a DC circuit between the first power conversion circuit and the second power conversion circuit are detected. To detect at least one line voltage among line voltages generated between two phases of a DC voltage detection means and an n-phase circuit between the power conversion means and the permanent magnet synchronous motor. Motor frequency detection means, and the output of the motor voltage detection means as an input, rotation frequency calculation means for calculating and outputting the frequency of the line voltage of the permanent magnet induced voltage accompanying the rotation of the permanent magnet type synchronous motor, The first power conversion circuit receives the output of the DC voltage detection means, the output of the rotation frequency calculation means, and the first power conversion circuit start command and the second power conversion circuit start command as inputs. DC voltage command calculation means for calculating and outputting a DC voltage command value that is a target value of the DC voltage to be output, the first power conversion circuit start command, the second power conversion circuit start command, and the DC Using the output of the voltage detection means and the DC voltage command value as input, each of the ON / OFF operations of the switching element built in the first power conversion circuit and the switching element built in the second power conversion circuit It is a railway vehicle drive control apparatus which has a control means which outputs the gate signal for this.
本発明の鉄道車両駆動制御装置によれば、車両を駆動する永久磁石形同期電動機に回転角検出手段を設ける必要がなく、かつ、鉄道車両が惰性で走行している状態から電力変換手段を起動させる場合に、過渡電流や永久磁石形同期電動機のトルクショックを防止しながら起動することが可能である。 According to the railway vehicle drive control device of the present invention, there is no need to provide a rotation angle detection means in the permanent magnet type synchronous motor that drives the vehicle, and the power conversion means is activated from a state where the railway vehicle is running inertially. In this case, it is possible to start up while preventing a transient current and a torque shock of the permanent magnet type synchronous motor.
また、本発明の鉄道車両駆動制御装置によれば、電力変換手段から永久磁石形同期電動機へ供給される電流と電圧から回転子の回転方向と回転周波数および回転角を推定する方法において、電力変換手段が起動してから前記推定演算が安定するまでの期間の電力変換手段の出力電圧の調整(可変)余裕が十分に確保できるため、電力変換手段を起動してから短時間のうちに、電動機電流の制御を安定化させることと、回転子の回転方向と回転周波数および回転角の推定演算を安定化させることを同時に行うことができる。 According to the railway vehicle drive control device of the present invention, in the method for estimating the rotation direction, rotation frequency and rotation angle of the rotor from the current and voltage supplied from the power conversion means to the permanent magnet type synchronous motor, Since the adjustment (variable) margin of the output voltage of the power conversion means during the period from the start of the means until the estimation calculation is stabilized can be sufficiently secured, the electric motor can be used within a short time after the power conversion means is started. It is possible to simultaneously stabilize the current control and stabilize the estimation calculation of the rotation direction, rotation frequency, and rotation angle of the rotor.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成を示している。図1において、1は直流電源である架線、2は集電器、3は回路遮断器、4は回路開閉器、5は充電用開閉器、6は充電回路抵抗器、7は平滑リアクトル、8は車輪、9は帰線であるレール、10は電力変換手段、12はチョッパ回路で成る第1の電力変換回路、13A,13Bは第1の電力変換回路12のスイッチング素子、14は電源電圧検出手段、15は平滑コンデンサ、16は直流電圧検出手段、21は車両を駆動する永久磁石形同期電動機、22はインバータ回路で成る第2の電力変換回路、23U〜23Zは第2の電力変換回路22のスイッチング素子、24U〜24Wは電動機電流検出手段、201は制御部である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows the configuration of a railway vehicle drive control apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a DC power supply overhead line, 2 is a current collector, 3 is a circuit breaker, 4 is a circuit switch, 5 is a charging switch, 6 is a charging circuit resistor, 7 is a smoothing reactor, and 8 is a smoothing reactor. Wheel, 9 is a return rail, 10 is power conversion means, 12 is a first power conversion circuit comprising a chopper circuit, 13A and 13B are switching elements of the first
第1の電力変換回路12はチョッパ回路であり、2個のスイッチング素子13A,13Bを内蔵しており、このスイッチング素子13A,13Bを任意にON・OFF動作させることによって、直流電源(架線1)から供給される直流電圧を任意の大きさの電圧の直流電圧に昇圧して変換する。第1の電力変換回路12で昇圧された直流電圧は、第2の電力変換回路22の電源として供給される。
The first
図1では、第1の電力変換回路12が内蔵するスイッチング素子13Aと13Bは、適用例として、逆並列に接続されたダイオードを内蔵したIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)としているが、電流を導通(ON)・阻止(OFF)する機能を有した素子であれば種類はIGBTに限定されない。また、ダイオードを内蔵しないIGBTを適用してこれと逆並列に別構成要素のダイオードを接続した回路構成としてもよい。
In FIG. 1, the
第2の電力変換回路22はインバータ回路であり、スイッチング素子23U〜23Zを内蔵しており、この6個のスイッチング素子23U〜23Zを任意にON・OFF動作させることによって、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の3相交流電圧に変換する。
The second
図1では、第2の電力変換回路22が内蔵するスイッチング素子23U〜23Zは、適用例として、逆並列に接続されたダイオードを内蔵したIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)としているが、電流を導通(ON)・阻止(OFF)する機能を有した素子であれば種類はIGBTに限定されない。また、ダイオードを内蔵しないIGBTを適用してこれと逆並列に別構成要素のダイオードを接続した回路構成としてもよい。
In FIG. 1, the switching
第1の電力変換回路12のスイッチング素子のON・OFF動作の方法および第2の電力変換回路22のスイッチング素子のON・OFF動作の方法については、一般的な方式としてパルス幅変調(PWM)方式があり、他の方式もあるが、周知の技術であるとともにどの方式を適用しても本発明の鉄道車両駆動制御装置の実施の形態には影響しないため説明を省略する。
Regarding a method of ON / OFF operation of the switching element of the first
平滑コンデンサ15は、第1の電力変換回路12から出力されて第2の電力変換回路22に供給される直流電圧を安定させる作用を持つ。
The smoothing
永久磁石形同期電動機21は、その回転子が歯車などを介して駆動用車輪の車軸と接続されるか、または回転子が駆動用車輪の車軸と直接接続されて鉄道車両を駆動するためのもので、例えば永久磁石同期電動機や永久磁石補助形リラクタンス電動機などであり、永久磁石を利用し、それ故にその回転子(ロータ)の回転により誘起電圧を発生する方式の電動機である。永久磁石形同期電動機21には電力変換手段10からU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwの3相交流電力が供給される。またこのとき、永久磁石形同期電動機21のそれぞれの端子には電力変換手段10から線間電圧Vuv、Vvw、Vwuが印加される。
The permanent magnet type
回路遮断器3は、機能的には開閉器の一種であり、直流電源である架線と電力変換手段10との回路の接続・切り離しを行う。充電用開閉器5と充電回路抵抗器6は、電力変換手段10を起動する前に第1の電力変換回路12と第2の電力変換回路22の間の中間直流回路に設けた平滑コンデンサ15を充電するためのものである。平滑リアクトル7は、架線1から電力変換手段10への電流を平滑する機能を有する。
The
電力変換手段10を起動する前に回路遮断器3と充電用開閉器5が投入され、第1の電力変換回路12が内蔵しているスイッチング素子13Aの逆並列ダイオードを経由して充電回路抵抗器6で制限された電流によって平滑コンデンサ15を充電する。平滑コンデンサ15の充電が完了した後に回路開閉器4が投入され架線1と電力変換手段10が接続される。架線1と電力変換手段10の間の回路が接続されるとともに充電用開閉器5が開放される。回路開閉器4を投入するタイミングについては、例えば、充電回路抵抗器6の抵抗値と平滑コンデンサ15の静電容量から求められる充電時間を考慮して、充電用開閉器5を投入した後に前記充電時間が経過したことで回路開閉器4を投入する。
Before starting the power conversion means 10, the
図2は、図1に示した本発明の第1の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の制御部201の内部構成を示している。図2では、本実施の形態の動作を理解しやすくするために、構成要素と、各構成要素への入力および各構成要素から出力される信号として、本実施の形態の動作の説明に関係する信号のみを記載しており、例えば、回路遮断器3の投入指令信号、回路開閉器4の投入指令信号、充電用開閉器5の投入指令信号などは、記載を省略している。
FIG. 2 shows an internal configuration of the
図2の制御部201において、202はスイッチング制御手段、203は起動指令出力手段、204は第1の電力変換回路起動指令、205は第2の電力変換回路起動指令、206は直流電圧指令演算手段、207は直流電圧指令値である。また、111は電流検出手段11の出力信号であり電流検出値に相当する。114は電源電圧検出手段14の出力信号であり電源電圧検出値に相当する。116は直流電圧検出手段16の出力信号で直流電圧検出値に相当する。124U〜124Wは電動機電流検出手段24U〜24Wの出力信号であり、電動機電流検出値に相当する。
In the
スイッチング制御手段202は、第1の電力変換回路12の各スイッチング素子13A,13BをON・OFF動作させるためのゲート信号113A,113Bと、第2の電力変換回路22の各スイッチング素子23U〜23ZをON・OFF動作させるためのゲート信号123U〜123Zを出力する。第1の電力変換回路起動信号204が入力されると、第1の電力変換回路12の各スイッチング素子13A,13BをON・OFF動作させるためのゲート信号113A,113Bの出力を開始し、直流電圧指令値207を目標値として第1の電力変換回路12で電力変換を行うようにゲート信号113A,113Bを出力する。また、第2の電力変換回路起動信号205が入力されると、第2の電力変換回路22の各スイッチング素子23U〜23ZをON・OFF動作させるためのゲート信号123U〜123Zの出力を開始する。
The switching
起動指令出力手段203は、電力変換手段10が動作を開始する場合に、第1の電力変換回路12が内蔵する各スイッチング素子13A,13BのON・OFF動作を開始する指令である第1の電力変換回路起動指令204と、第2の電力変換回路22が内蔵する各スイッチング素子23U〜23ZのON・OFF動作を開始する指令である第2の電力変換回路起動指令205を出力する。
The start
この起動指令出力手段203は、図3に示したように、先ず第1の電力変換回路起動指令204を出力し、電力変換手段10の第1の電力変換回路12が起動した後に、第2の電力変換回路起動指令205を出力することを特徴とする。ここで、図3における時素Tdは、第1の電力変換回路12が起動してからその出力である直流電圧が安定するまでの時間を考慮した値に設定してある。
As shown in FIG. 3, the start command output means 203 first outputs a first power conversion
この順序の動作によって、電力変換手段10が動作を開始する場合に、チョッパ回路である第1の電力変換回路12が起動して直流電圧の供給を開始した後に、インバータ回路である第2の電力変換回路22を起動すること可能になる。
When the power conversion means 10 starts operating by this sequence of operations, the second power that is the inverter circuit is started after the first
直流電圧指令演算手段206は、第1の電力変換回路起動指令204と、第2の電力変換回路起動指令205と、直流電圧検出手段16の検出値である出力信号116を入力として、第1の電力変換回路12が電力変換して出力する直流電圧の目標値としての直流電圧指令値207を、スイッチング制御手段202に対して出力する。
The DC voltage
図4は直流電圧指令演算手段206の内部構成を示している。図5は直流電圧指令演算手段206が出力する直流電圧指令値207を表している。直流電圧指令演算手段206に第1の電力変換回路起動指令204と第2の電力変換回路起動指令205がともに入力されていないとき(起動指令が0のとき)、選択1と選択2によって直流電圧検出値Vdc(116)が直流電圧指令値VRef(207)として出力される。
FIG. 4 shows the internal configuration of the DC voltage command calculation means 206. FIG. 5 shows the DC
第1の電力回路起動指令204が入力されると(起動指令が1のとき)、選択1が第1の直流電圧指令値VRef1を選択し、直流電圧指令値VRef(207)が初期値の直流電圧検出値Vdcから第1の直流電圧指令値VRef1へ切り替わって出力される。
第2の電力回路起動指令205が入力されると(起動指令が1のとき)、オンディレイ時素T1を経過してから選択2が第2の直流電圧指令値VRef2を選択し、第2の直流電圧指令値VRef2が直流電圧指令値VRef(207)として出力される。
ここで、第1の電力変換回路起動指令204が入力される前(図5における時間軸のT0の範囲)における直流電圧指令値207は、図4と図5では直流電圧検出値116と同じ値を出力する例で記載しているが、第1の電力変換回路12が停止状態における直流電圧の目標値であるから実質的に意味を持たないので、直流電圧指令値207はゼロを出力することにしてもよいし、直流電圧検出値116の値を出力することにしてもよい。また、時素T1は、例えばインバータ回路である第2の電力変換回路22が起動してから永久磁石形同期電動機21の電動機電流の制御が安定するまでの時間を考慮して決定される。このことにより、第2の電力変換回路22が起動してから永久磁石形同期電動機21の電動機電流の制御が安定するまでの時素を経過してから直流電圧指令値207の推移を開始することができる。
Here, the DC
図6は直流電圧指令演算手段206Aの別の構成例を示している。図7は直流電圧指令演算手段206が出力する直流電圧指令値207を表している。図6の直流電圧指令演算手段206Aは、図4の直流電圧指令演算手段206の構成に加えて、直流電圧指令値207の演算に一次遅れ関数の演算器2061を追加したものである。この構成により、図5に示したような直流電圧指令値207の推移のステップ状の急変化を防止することができる。
FIG. 6 shows another configuration example of the DC voltage command calculation means 206A. FIG. 7 shows the DC
図8は直流電圧指令演算手段206Bの別の構成例を示している。図9は直流電圧指令演算手段206Bが出力する直流電圧指令値207を表している。図8の直流電圧指令演算手段206Bは、図4の直流電圧指令演算手段206の構成に加えて、直流電圧指令値207の演算に変化率制限の関数の演算器2062を追加したものである。この構成にすることでも、直流電圧指令値207の推移のステップ状の急変化を防止することができる。
FIG. 8 shows another configuration example of the DC voltage command calculation means 206B. FIG. 9 shows the DC
図10は直流電圧指令演算手段206Cの別の構成例を示している。図10の直流電圧指令演算手段206Cは、図8の直流電圧指令演算手段206Bと比較して、第1の直流電圧指令値VRef1の値の設定の方法が異なる。第1の直流電圧指令値VRef1は次式を満たす値に設定される。 FIG. 10 shows another configuration example of the DC voltage command calculation means 206C. The DC voltage command calculation means 206C in FIG. 10 differs from the DC voltage command calculation means 206B in FIG. 8 in the method of setting the value of the first DC voltage command value VRef1. The first DC voltage command value VRef1 is set to a value that satisfies the following equation.
VRef1>VmMax (式3)
VmMax=Φf×ωrMax (式4)
ここで、VRef1は第1の直流電圧指令値、VmMaxは永久磁石形同期電動機の最高運転回転数での誘起電圧振幅、Φfは永久磁石形同期電動機の永久磁石磁束の大きさ、ωrMaxは永久磁石形同期電動機の最高運転回転数のロータ角周波数である。
VRef1> VMMax (Formula 3)
VmMax = Φf × ωrMax (Formula 4)
Here, VRef1 is the first DC voltage command value, VMMax is the induced voltage amplitude at the maximum operating rotational speed of the permanent magnet type synchronous motor, Φf is the magnitude of the permanent magnet magnetic flux of the permanent magnet type synchronous motor, and ωrMax is the permanent magnet. This is the rotor angular frequency of the maximum operating rotational speed of the synchronous motor.
または第1の直流電圧指令値VRef1の値の設定の別の方法として、次式の値に設定することもできる。 Alternatively, as another method of setting the value of the first DC voltage command value VRef1, it can be set to the value of the following equation.
VRef1=VmMax+VL (式5)
VmMax=Φf×ωrMax (式6)
ここで、VRef1は第1の直流電圧指令値、VLは電圧余裕、VmMaxは永久磁石形同期電動機の最高運転回転数での誘起電圧振幅、Φfは永久磁石形同期電動機の永久磁石磁束の大きさ、ωrMaxは永久磁石形同期電動機の最高運転回転数のロータ角周波数である。
VRef1 = VMMax + VL (Formula 5)
VmMax = Φf × ωrMax (Formula 6)
Here, VRef1 is the first DC voltage command value, VL is the voltage margin, VMMax is the induced voltage amplitude at the maximum operating rotational speed of the permanent magnet type synchronous motor, and Φf is the magnitude of the permanent magnet magnetic flux of the permanent magnet type synchronous motor. , ΩrMax is the rotor angular frequency of the maximum operating rotational speed of the permanent magnet type synchronous motor.
図10に示した直流電圧指令演算手段206Cの構成により、第2の電力変換回路22が起動するタイミングにおいて、スイッチング制御手段202が永久磁石形同期電動機21の回転数(ロータ周波数)を演算できない状態であっても、第2の電力変換回路22は、永久磁石形同期電動機21の回転に伴う永久磁石誘起電圧に対して十分な大きさの電圧を出力することができる。
With the configuration of the DC voltage command calculation means 206C shown in FIG. 10, the switching control means 202 cannot calculate the rotation speed (rotor frequency) of the permanent magnet type
尚、図4に示した直流電圧指令演算手段206、図6に示した直流電圧指令演算手段206A、図8に示した直流電圧指令演算手段206Bのいずれにおいて、第1の電圧指令値VRef1を図10の直流電圧指令演算手段206Cと同様に設定する構成にすることもできる。 The DC voltage command calculation means 206 shown in FIG. 4, the DC voltage command calculation means 206A shown in FIG. 6, and the DC voltage command calculation means 206B shown in FIG. It is also possible to adopt a configuration that is set in the same manner as the 10 DC voltage command calculation means 206C.
(第2の実施の形態)図11〜図14を用いて、本発明の第2の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本実施の形態の回路構成は、第1の実施の形態と同様に図1に示したものである。本実施の形態の特徴は、図11に示す制御部201Aにあり、この制御部201Aの構成と動作が第1の実施の形態とは異なる。
(Second Embodiment) A railcar drive control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The circuit configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The feature of this embodiment resides in the
図11に示した本実施の形態における制御部201Aは、図2に示した第1の実施の形態における制御部201と比較して、スイッチング制御手段202から出力されて直流電圧指令演算手段206Dに入力されるロータ周波数208が追加された構成である。尚、第1の実施の形態の制御部201と共通する構成要素には共通の符号を用いる。
Compared with the
ロータ周波数208は、スイッチング制御手段202で電力変換手段10から永久磁石形同期電動機21へ供給される電流と電圧から推定した回転子の回転周波数である。
The
図12は直流電圧指令演算手段206Dの構成を示している。第2の直流電圧指令値VRef2は、スイッチング制御手段202で演算されたロータ周波数fr(208)を入力として次式で演算される。この第2の直流電圧指令値VRef2を図13に示す。 FIG. 12 shows the configuration of the DC voltage command calculation means 206D. The second DC voltage command value VRef2 is calculated by the following equation using the rotor frequency fr (208) calculated by the switching control means 202 as an input. The second DC voltage command value VRef2 is shown in FIG.
VRef2=K1×frABS+C1 (式7)
frABS=|fr| (式8)
ここで、VRef2は第2の直流電圧指令値、frABSはロータ周波数frの絶対値、frはロータ周波数、K1は係数1、C1は定数1である。
VRef2 = K1 × frABS + C1 (Formula 7)
frABS = | fr | (Formula 8)
Here, VRef2 is the second DC voltage command value, frABS is the absolute value of the rotor frequency fr, fr is the rotor frequency, K1 is a
また、第2の直流電圧指令値VRef2の別の演算方法として、次式で演算したものを用いることもできる。この第2の直流電圧指令値VRef2を図14に示す。
第2の直流電圧指令値VRef2は、上記式7または式9の値をロータ周波数frに対応するテーブルとして構成することもできる。
The second DC voltage command value VRef2 can also be configured as a table corresponding to the rotor frequency fr with the value of the
ここで、直流電圧指令演算手段206Dに入力されるロータ周波数208は、永久磁石形同期電動機21のロータ(回転子)の回転数を表す信号であるから、ロータ周波数の代わりに回転数や回転角周波数また回転角速度などの信号であっても、同様な機能が得られる。
Here, since the
また、図12に示した直流電圧指令値VRefの演算には変化率制限の演算器2062を設けているが、これを図6と同様に一次遅れ関数の演算器2061に代えることもできる。
12 is provided with a rate-of-change
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第1の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置と同様である。 Other components and operations are the same as those of the railway vehicle drive control device according to the first embodiment of the present invention described above.
(第3の実施の形態)本発明の第3の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成を図15に示す。本実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、図1に示した第1の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置に加えて、電力変換手段10と永久磁石形同期電動機21との間の回路の線間電圧を検出するための、電動機電圧検出手段25を備え、制御部201Bがこの電動機電圧検出手段25の信号125を入力して用いることを特徴としている。尚、本実施の形態にあっても、他の実施の形態と共通する構成要素については共通する符号を用いて説明する。
(Third Embodiment) FIG. 15 shows the configuration of a railway vehicle drive control apparatus according to a third embodiment of the present invention. The railway vehicle drive control apparatus according to the present embodiment is a circuit between the power conversion means 10 and the permanent
図16は、本実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の制御部201Bの構成を示している。図16において、125は電動機電圧検出手段25の出力信号であり、電動機電圧検出値に相当する。209は振幅値演算手段、210は振幅値である。
FIG. 16 shows the configuration of the
振幅値演算手段209は、電動機電圧検出手段25の出力信号125を入力として、第2の電力変換回路22が停止している場合の、永久磁石形同期電動機の回転子(ロータ)の回転に伴う永久磁石誘起電圧の線間電圧の振幅値を演算して出力する。振幅値演算手段209の動作を図17で説明する。電動機電圧検出手段25の出力信号125は電動機電圧検出値に相当するから、この電動機電圧検出値がゼロを横切るゼロクロス毎(半周期毎)の電動機電圧検出値の絶対値の最大値を検出することで、振幅値Vmを演算する。
The amplitude value calculating means 209 receives the
また振幅値Vmの別の演算方法を図18で説明する。電動機電圧検出値がゼロを横切るゼロクロス毎(半周期毎)の時間T2を検出することで、次式によって回転周波数(電気角周波数)の絶対値FmABSから振幅値Vmを演算することもできる。 Another method of calculating the amplitude value Vm will be described with reference to FIG. The amplitude value Vm can also be calculated from the absolute value FmABS of the rotation frequency (electrical angular frequency) by the following equation by detecting the time T2 at every zero cross (every half cycle) in which the motor voltage detection value crosses zero.
Vm=Φf×2×π×FmABS (式11)
FmABS=0.5/T2 (式12)
ここで、Vmは振幅値、Φfは永久磁石形同期電動機の永久磁石磁束の大きさ、FmABSは回転周波数の絶対値、T2はゼロクロス毎の時間である。
Vm = Φf × 2 × π × FmABS (Formula 11)
FmABS = 0.5 / T2 (Formula 12)
Here, Vm is the amplitude value, Φf is the magnitude of the permanent magnet magnetic flux of the permanent magnet type synchronous motor, FmABS is the absolute value of the rotation frequency, and T2 is the time for each zero cross.
また、本実施の形態の制御部201Bにおける特徴部である直流電圧指令演算手段206Eの構成を図19に示す。第1の直流電圧指令値VRef1は次式を満たす値に設定される。
Further, FIG. 19 shows the configuration of DC voltage command calculation means 206E which is a characteristic part in
VRef1>Vm (式13)
ここで、VRef1は第1の直流電圧指令値、Vmは振幅値である。
VRef1> Vm (Formula 13)
Here, VRef1 is a first DC voltage command value, and Vm is an amplitude value.
または、第1の直流電圧指令値VRef1の値の設定の別の方法として、次式の値に設定することもできる。 Alternatively, as another method of setting the value of the first DC voltage command value VRef1, it can be set to the value of the following equation.
VRef1=Vm+VL (式14)
ここで、VRef1は第1の直流電圧指令値、Vmは振幅値、VLは電圧余裕である。
VRef1 = Vm + VL (Formula 14)
Here, VRef1 is a first DC voltage command value, Vm is an amplitude value, and VL is a voltage margin.
また、直流電圧指令演算手段206Eは、図19に示した構成に加えて、図6に示した構成例と同様に直流電圧指令値VRefに一次遅れ関数の演算器2061を設けたり、図8に示した構成例と同様に直流電圧指令値VRefに変化率制限の関数の演算器2062を設けたりすることもできる。
Further, in addition to the configuration shown in FIG. 19, the DC voltage command calculation means 206E is provided with a first-order
図15から図19に示した第3の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成により、第2の電力変換回路22が起動するタイミングにおいて、スイッチング制御手段202が永久磁石形同期電動機21の回転数(ロータ周波数)を演算できない状態であっても、第2の電力変換回路22は、永久磁石形同期電動機21の回転に伴う永久磁石誘起電圧に対して十分な大きさの電圧を出力することができる。
With the configuration of the railway vehicle drive control device according to the third embodiment shown in FIGS. 15 to 19, the switching
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第1の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置と同様である。 Other components and operations are the same as those of the railway vehicle drive control device according to the first embodiment of the present invention described above.
(第4の実施の形態)本発明の第4の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について、図20を用いて説明する。本発明の第4の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の特徴は、図20に示した制御部201Cの構成にある。その他の構成は、第3の実施の形態と共通であるので、共通する符号を用いて説明する。 (Fourth Embodiment) A railcar drive control apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of the railway vehicle drive control device of the fourth embodiment of the present invention is the configuration of the control unit 201C shown in FIG. Other configurations are the same as those in the third embodiment, and therefore description will be made using common reference numerals.
図20に示した制御部201Cは、図16に示した第3の実施の形態の制御部201Bと比較して、スイッチング制御手段202から出力されて直流電圧指令演算手段206Fに入力されるロータ周波数208が追加された構成である。
The control unit 201C shown in FIG. 20 is compared with the
この直流電圧指令演算手段206Fの構成を示している。第2の直流電圧指令値VRef2は、スイッチング制御手段202で演算されたロータ周波数fr(208)を入力として、前述の式7と式8の関数で演算される。この第2の直流電圧指令値VRef2は前述の図13と同様である。また、第2の直流電圧指令値VRef2の別の例の演算方法として、前述の式9と式10で演算される。この第2の直流電圧指令値VRef2は前述の図14と同様である。第2の直流電圧指令値VRef2は、前記式7または式9の値をロータ周波数frに対応するテーブルとして構成することもできる。
The configuration of the DC voltage command calculation means 206F is shown. The second DC voltage command value VRef2 is calculated by the functions of
また、直流電圧指令演算手段206Fは、図21に示した構成に加えて、図6に示した構成例と同様に直流電圧指令値VRefに一次遅れ関数の演算器2061を設けた構成や、図8に示した構成例と同様に直流電圧指令値VRefに変化率制限の関数の演算器2062を設けた構成にすることもできる。
In addition to the configuration shown in FIG. 21, the DC voltage command calculation means 206F has a configuration in which a first-order
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第3の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置と同様であり、本発明の効果を同様に得ることができる。 Other components and operations are the same as those of the railway vehicle drive control device according to the third embodiment of the present invention described above, and the effects of the present invention can be obtained in the same manner.
(第5の実施の形態)本発明の第5の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について、図22、図23を用いて説明する。本発明の第5の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第3の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置に比較して、制御部201Dの構成と動作が異なる。 (Fifth Embodiment) A railcar drive control apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The railway vehicle drive control device according to the fifth embodiment of the present invention is different in configuration and operation of the control unit 201D from the above-described rail vehicle drive control device according to the third embodiment of the present invention.
図22は、本実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の制御部201Dの構成を示している。図22において、211は回転周波数演算手段、212は回転周波数絶対値である。回転周波数演算手段211は、電動機電圧検出手段25の出力信号125を入力として、第2の電力変換回路22が停止している場合の、永久磁石形同期電動機の回転子(ロータ)の回転に伴う永久磁石誘起電圧の線間電圧の周波数を演算して出力する。回転周波数演算手段211の動作は前述の図18および式12と同様であり、電動機電圧検出値がゼロを横切るゼロクロス毎(半周期毎)の時間T2を検出することで、回転周波数(電気角周波数)の絶対値FmABSを演算して出力する。
FIG. 22 shows the configuration of the control unit 201D of the railway vehicle drive control device of the present embodiment. In FIG. 22, 211 is a rotation frequency calculating means, and 212 is a rotation frequency absolute value. The rotation frequency calculation means 211 receives the
直流電圧指令演算手段206Gの構成を図23に示す。直流電圧指令演算手段206Gでは、回転周波数絶対値FmABS(212)の値を設定値Cf1と比較して選択3によって第1の直流電圧指令値VRef1の値を切り替える。
また、設定値VRef11とVRef12は、それぞれ、次式を満たす値に設定される。
また、直流電圧指令演算手段206Gは、図23に示した構成に加えて、図6に示した構成例と同様に直流電圧指令値VRefに一次遅れ関数の演算器2061を設けた構成や、図8に示した構成例と同様に直流電圧指令値VRefに変化率制限の関数の演算器2062を設けた構成にすることもできる。
Further, in addition to the configuration shown in FIG. 23, the DC voltage command calculation means 206G has a configuration in which a first-order
本実施の形態によれば、図22と図23に示した鉄道車両駆動制御装置の構成により、第2の電力変換回路22が起動するタイミングにおいて、スイッチング制御手段202が永久磁石形同期電動機21の回転数(ロータ周波数)を演算できない状態であっても、第2の電力変換回路22は、永久磁石形同期電動機21の回転に伴う永久磁石誘起電圧に対して十分な大きさの電圧を出力することができる。
According to the present embodiment, with the configuration of the railway vehicle drive control device shown in FIG. 22 and FIG. 23, the switching control means 202 of the permanent magnet type
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第3の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置と同様である。 Other components and operations are the same as those of the railway vehicle drive control device according to the third embodiment of the present invention described above.
(第6の実施の形態)本発明の第6の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置を図24、図25を用いて説明する。本実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の第5の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置に比較して、制御部201Eの構成と動作が異なる。
(Sixth Embodiment) A railcar drive control apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The railway vehicle drive control device of the present embodiment is different in configuration and operation of the
図24に示した制御部201Eは、図22に示した制御部201Dの構成と比較して、スイッチング制御手段202から出力されて直流電圧指令演算手段206Hに入力されるロータ周波数208が追加された構成を特徴としている。
Compared with the configuration of the control unit 201D shown in FIG. 22, the
図25は直流電圧指令演算手段206Hの構成を示している。第2の直流電圧指令値VRef2は、スイッチング制御手段202で演算されたロータ周波数fr(208)を入力として、前述の式7と式8の関数で演算される。この第2の直流電圧指令値VRef2は前述の図13と同様である。また、第2の直流電圧指令値VRef2の別の例の演算方法として、前述の式9と式10で演算される。この第2の直流電圧指令値VRef2は前述の図14と同様である。
FIG. 25 shows the configuration of the DC voltage command calculation means 206H. The second DC voltage command value VRef2 is calculated by the functions of
第2の直流電圧指令値VRef2は、前記式7または式9の値をロータ周波数frに対応するテーブルとして構成することもできる。
The second DC voltage command value VRef2 may be configured as a table corresponding to the rotor frequency fr with the value of the
また、直流電圧指令演算手段206Hは、図25に示した構成に加えて、図6に示した構成例と同様に直流電圧指令値VRefに一次遅れ関数の演算器2061を設けた構成や、図8に示した構成例と同様に直流電圧指令値VRefに変化率制限の関数の演算器2062を設けた構成にすることもできる。
In addition to the configuration shown in FIG. 25, the DC voltage command calculation means 206H has a configuration in which a first-order
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第5の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置と同様であり、本発明の効果を同様に得ることができる。 About another component and operation | movement, it is the same as that of the railroad vehicle drive control apparatus of the above-mentioned 5th Embodiment of this invention, The effect of this invention can be acquired similarly.
(第7の実施の形態)図26は、本発明の第7の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の回路構成を示している。前述の第1から第6の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置において、図1や図15に示した構成の回路開閉器4と充電用開閉器5と充電回路抵抗器6の構成について、図26に示したように回路開閉器4と充電用開閉器5を直列接続した回路構成としてもよい。この回路構成の場合は、電力変換手段10を起動する場合に回路遮断器3と回路開閉器4と充電用開閉器5を全て投入した状態とする。
(Seventh Embodiment) FIG. 26 shows a circuit configuration of a railway vehicle drive control apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. In the railway vehicle drive control apparatus of the first to sixth embodiments described above, the configuration of the
図26に示した本実施の形態の構成は、回路開閉器4と充電用開閉器5と充電回路抵抗器6の構成と動作が異なるのみで、その他の構成要素と動作については、本発明の第1から第6の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置と同様であり、制御部201についても制御部201A〜201Eの構成をとることができ、また同様の効果を奏する。
The configuration of the present embodiment shown in FIG. 26 is different only in the configuration and operation of the
(第8の実施の形態)図27は、本発明の第8の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成を示している。本発明の第1から第7の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置において、図1や図15に示した構成に加えて、図27に示した本実施の形態のように、電力変換手段10と永久磁石形同期電動機21との間の回路に、電動機回路開閉器26を設けてもよい。この構成の場合には、電力変換手段10を起動する時に、制御部201Fは回路遮断器3と回路開閉器4の投入に加えて電動機回路開閉器26を投入することになる。
(Eighth Embodiment) FIG. 27 shows the configuration of a railway vehicle drive control apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. In the railway vehicle drive control apparatus according to the first to seventh embodiments of the present invention, in addition to the configuration shown in FIG. 1 and FIG. 15, the power conversion means 10 as in the present embodiment shown in FIG. A
尚、図27に示した本実施の形態の構成は、電動機回路開閉器26が追加されたのみで、その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第1から第6の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置と同様であり、制御部201Fについても電動機回路開閉器26の投入制御機能と共に制御部201A〜201Eの構成をとることができ、また同様の効果を奏する。
The configuration of the present embodiment shown in FIG. 27 is only that the
(第9の実施の形態)本発明の第9の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置を、図28と図29を用いて説明する。前述の本発明の第1から第8の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の図1や図15に示した構成では、永久磁石形同期電動機21と第2の電力変換回路22をそれぞれ1台ずつ備えた構成としているが、1台の鉄道車両駆動制御装置が複数の永久磁石形同期電動機を駆動制御する場合には、複数の永久磁石形同期電動機と、これに対応する複数の第2の電力変換回路を備えることになる。
(Ninth Embodiment) A railcar drive control apparatus according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the configuration shown in FIGS. 1 and 15 of the railway vehicle drive control device according to the first to eighth embodiments of the present invention described above, one permanent magnet type
図28に示した構成は、永久磁石形同期電動機と電力変換手段10A内の第2の電力変換回路をそれぞれ2台ずつ備える場合の構成例であり、永久磁石形同期電動機と第2の電力変換回路と電動機電流検出手段を組み合わせて1単位の駆動群として構成しており、この駆動群を2組有した構成であり、以下それぞれを第1駆動群と第2駆動群と呼称して説明する。 The configuration shown in FIG. 28 is a configuration example in the case where two permanent magnet type synchronous motors and two second power conversion circuits in the power conversion means 10A are provided, and the permanent magnet type synchronous motor and the second power conversion circuit are provided. The circuit and the motor current detection means are combined to form a unit drive group, and this drive group has two sets. Hereinafter, the first drive group and the second drive group will be referred to as a description. .
図28の各構成要素を以下に説明する。10Aは電力変換手段、31は第1駆動群の永久磁石形同期電動機、32は第1駆動群の第2の電力変換回路、33U〜33Zは第1駆動群の第2の電力変換回路のスイッチング素子、34U〜34Wは第1駆動群の電動機電流検出手段である。41は第2駆動群の永久磁石形同期電動機、42は第2駆動群の第2の電力変換回路、43U〜43Zは第2駆動群の第2の電力変換回路のスイッチング素子、44U〜44Wは第2駆動群の電動機電流検出手段である。
Each component of FIG. 28 is demonstrated below. 10A is power conversion means, 31 is a permanent magnet synchronous motor of the first drive group, 32 is a second power conversion circuit of the first drive group, and 33U to 33Z are switching circuits of the second power conversion circuit of the first drive group.
図29は、図28に示した鉄道車両駆動制御装置の制御部201Gの構成例を示した図である。この図29では、本実施の形態の動作を理解しやすくするために、各構成要素への入力および各構成要素から出力される信号、および構成要素として、本発明の実施の形態の動作の説明に関係する信号と構成要素のみを記載しており、例えば、回路遮断器3の投入指令信号、回路開閉器4の投入指令信号、充電用開閉器5の投入指令信号などは、記載を省略している。
FIG. 29 is a diagram illustrating a configuration example of the
134U〜134Wは第1駆動群の電動機電流検出手段34U〜34Wの検出値にあたる出力信号であり、また144U〜144Wは第2駆動群の電動機電流検出手段44U〜44Wの検出値にあたる出力信号である。 134U to 134W are output signals corresponding to detection values of the motor current detection means 34U to 34W of the first drive group, and 144U to 144W are output signals corresponding to detection values of the motor current detection means 44U to 44W of the second drive group. .
133U〜133Zは、第1駆動群の第2の電力変換回路32の各スイッチング素子をON・OFF動作させるためのゲート信号であり、また、143U〜143Zは、第2駆動群の第2の電力変換回路42の各スイッチング素子をON・OFF動作させるためのゲート信号である。
133U to 133Z are gate signals for turning on / off the switching elements of the second
その他の構成要素と動作については、本発明の第1から第8の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成と同様である。 About another component and operation | movement, it is the same as that of the structure of the rail vehicle drive control apparatus of the 1st-8th embodiment of this invention.
図28、図29に示した本実施の形態の鉄道車両駆動制御装置では、電力変換手段10A内に駆動群を第1駆動群と第2駆動群との2組を備え、1台の鉄道車両駆動制御装置が駆動制御を行う永久磁石形同期電動機の数を2台の構成としており、これは駆動群の数が増加したのみで、本実施の形態における各構成要素の動作は第1から第8の実施の形態と同様であり、本発明の効果を同様に得ることができる。 In the railway vehicle drive control apparatus of the present embodiment shown in FIGS. 28 and 29, the power conversion means 10A includes two sets of drive groups, a first drive group and a second drive group, and one railway vehicle. The number of permanent magnet type synchronous motors that the drive control device performs drive control is configured to be two. This is only an increase in the number of drive groups, and the operation of each component in the present embodiment is from the first to the first. This is similar to the eighth embodiment, and the effects of the present invention can be obtained similarly.
また、前述の本発明の第2から第8の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成例においても、鉄道車両駆動制御装置が駆動制御する永久磁石形同期電動機を複数とする場合には、同様に複数の駆動群を備えて構成することができる。また制御部201Gについても、複数の駆動群を制御する機能と共に制御部201A〜201Eの構成をとることができる。
Also, in the configuration examples of the railway vehicle drive control device according to the second to eighth embodiments of the present invention described above, when a plurality of permanent magnet type synchronous motors are driven and controlled by the rail vehicle drive control device, Similarly, a plurality of drive groups can be provided. Also, the
(第10の実施の形態)本発明の第10の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成を図30に示す。前述の本発明の第1から第9の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成は、鉄道車両駆動制御装置の電源(架線)が直流電圧の場合であったが、本実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成は、電源(架線)が交流電圧の場合である。図31は本実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の制御部201Fの構成を示している。
(Tenth Embodiment) FIG. 30 shows the configuration of a railway vehicle drive control apparatus according to a tenth embodiment of the present invention. The configuration of the railway vehicle drive control device according to the first to ninth embodiments of the present invention described above is a case where the power source (overhead wire) of the rail vehicle drive control device is a DC voltage. The configuration of the vehicle drive control device is when the power source (overhead wire) is an AC voltage. FIG. 31 shows the configuration of the
図30において、61は交流電源である架線、62は変圧器の1次巻線、63は変圧器の2次巻線、64は変圧器の3次巻線、10Bは電力変換手段であり、12Aはコンバータ回路である第1の電力変換回路、13U〜13Yはコンバータ回路のスイッチング素子である。尚、その他の構成用については、第1から第9の実施の形態と共通する構成要素には共通の符号を用いて説明する。 In FIG. 30, 61 is an overhead line which is an AC power source, 62 is a primary winding of a transformer, 63 is a secondary winding of the transformer, 64 is a tertiary winding of the transformer, 10B is a power conversion means, 12A is a first power conversion circuit that is a converter circuit, and 13U to 13Y are switching elements of the converter circuit. The other components will be described using common reference numerals for components common to the first to ninth embodiments.
コンバータ回路である第1の電力変換回路12Aは、スイッチング素子13U〜13Yを内蔵しており、この4個のスイッチング素子をゲート信号113U〜113Yによって任意にON・OFF動作させることによって、変圧器2次巻線63から供給される電力変換手段10の電源である交流電圧を任意の大きさの電圧の直流電圧に変換する機能を有している。図30では、スイッチング素子13U〜13Yは、適用例として、逆並列に接続されたダイオードを内蔵したIGBTとして記載しているが、電流を導通(ON)・阻止(OFF)する機能を有した素子であれば種類はIGBTに限定されない。また、ダイオードを内蔵しないIGBTを適用してこれと逆並列に別構成要素のダイオードを接続した回路構成としてもよい。
The first
インバータ回路である第2の電力変換回路22の電源である直流電圧は第1の電力変換回路12Aによって供給される。
A DC voltage that is a power source of the second
コンバータ回路である第1の電力変換回路12Aのスイッチング素子のON・OFF動作の方法については、例えばパルス幅変調(PWM)方式などがあるが、周知の技術であるとともにどの方式を適用しても本発明の鉄道車両駆動制御装置の実施の形態には影響しないため説明を省略する。
As a method of ON / OFF operation of the switching element of the first
充電用開閉器5と充電回路抵抗器6は、電力変換手段10Bを起動する前に中間直流回路の平滑コンデンサ15を充電するためのものある。電力変換手段10Bを起動する前に充電用開閉器5が投入され、第1の電力変換回路12Aが内蔵しているスイッチング素子13U〜13Yの逆並列ダイオードを経由して充電回路抵抗器6で制限された電流によって平滑コンデンサ15を充電する。平滑コンデンサ15の充電が完了した後に回路開閉器4が投入され変圧器2次巻線63と第1の電力変換回路12Aとの間の交流回路が接続されるとともに充電用開閉器5が開放される。回路開閉器4を投入するタイミングについては、充電回路抵抗器6の抵抗値と平滑コンデンサ15の静電容量から求められる充電時間を考慮して、充電用開閉器5を投入した後に前記充電時間が経過したことで回路開閉器4を投入する。または別の方式として、直流電圧検出手段16の検出値を監視して平滑コンデンサ15の電圧が予め設定された閾値を超えたときに回路開閉器4を投入する方式としてもよい。
The charging
その他の構成要素およびその動作については、本発明の第1の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の制御部201とスイッチング制御手段206の構成と同様であり、本発明の効果を同様に得ることができる。また、制御部201Fは第1から第9の実施の形態のように制御部201A〜201Eのいずれかの構成をとることができ、また直流電圧指令演算手段206についても、他の実施の形態のように直流電圧指令演算手段206A〜206Hのいずれかの構成をとることができる。
Other components and their operations are the same as those of the
また、前述の第1から第9の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成例においても、鉄道車両駆動制御装置の電源(架線)が交流電圧である場合には、図30と図31に示した構成例と同様に、1次巻線62と2次巻線63および3次巻線64を有する変圧器などを設けて構成し、第1の電力変換回路12Aをコンバータ回路とすることで、鉄道車両駆動制御装置を構成することができる。
Also in the configuration examples of the railway vehicle drive control devices of the first to ninth embodiments described above, when the power supply (overhead wire) of the railway vehicle drive control device is an AC voltage, the configuration shown in FIGS. Similarly to the configuration example shown, a transformer having a primary winding 62, a secondary winding 63, and a tertiary winding 64 is provided, and the first
(第11の実施の形態)図32を用いて、本発明の第11の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本発明の第1の実施の形態から第9の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置では、それぞれの実施の形態を示した図におけるインバータ回路である第2の電力変換回路22と、第1駆動群の第2の電力変換回路32、第2駆動群の第2の電力変換回路42、および、図30の構成におけるコンバータ回路である第1の電力変換回路12Aの内部回路について、それぞれ2レベル回路で構成した例で示したが、図32に示す鉄道車両駆動制御装置のように、電力変換手段10Cにおけるコンバータ回路である第1の電力変換回路12Bを中性点クランプ形の3レベル回路で構成した場合においても本発明の効果を同様に得ることができる。ただし、制御回路201Fは、電力変換手段10Cにおける第1の電力変換回路12Bのスイッチング素子13U1,13U2,13V1,13V2,13X1,13X2,13Y1,13Y2を制御することになる。
(Eleventh Embodiment) A railway vehicle drive control apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the railway vehicle drive control apparatus according to the first to ninth embodiments of the present invention, the second
また、インバータ回路である第2の電力変換回路22を中性点クランプ形の3レベル回路で構成しても、またコンバータ回路とインバータ回路の両方を中性点クランプ形の3レベル回路で構成してもよい。つまり、本発明の実施の形態として示した図におけるコンバータ回路である第1の電力変換回路12Bは、交流電圧を任意の大きさの直流電圧に変換するコンバータ回路であれば、その内部回路の構成によらず適用可能であり、本発明の効果を同様に得ることができる。また同様に、本発明の実施の形態として示した各図におけるインバータ回路である第2の電力変換回路22と第1駆動群の第2の電力変換回路32と第2駆動群の第2の電力変換回路42は、直流電圧を任意の大きさの電圧と任意の周波数の交流電圧に変換するインバータ回路であれば、その内部回路の構成によらず適用可能であり、本発明の効果を同様に得ることができる。
Further, even if the second
1 直流電源(架線)
2 集電器
3 回路遮断器
4 回路開閉器
5 充電用開閉器
6 充電回路抵抗器
7 平滑リアクトル
8 車輪
9 レール(帰線)
10,10A,10B 電力変換手段
11 電流検出手段
12,12A,12B 第1の電力変換回路
13A,13B チョッパ回路スイッチング素子
13U〜13Y コンバータ回路スイッチング素子
14 電源電圧検出手段
15 平滑コンデンサ
16 直流電圧検出手段
21 永久磁石形同期電動機
22 第2の電力変換回路(インバータ回路)
23U〜23Z 第2の電力変換回路スイッチング素子
24U〜24W 電動機電流検出手段
25 電動機電圧検出手段
26 電動機回路開閉器
27 回転角検出手段
31 第1駆動群の永久磁石形同期電動機
32 第1駆動群の第2の電力変換回路
33U〜33Z 第1駆動群の第2の電力変換回路スイッチング素子
34U〜34W 第1駆動群の電動機電流検出手段
41 第2駆動群の永久磁石形同期電動機
42 第2駆動群の第2の電力変換回路
43U〜43Z 第2駆動群の第2の電力変換回路スイッチング素子
44U〜44W 第2駆動群の電動機電流検出手段
61 交流電源(架線)
62 変圧器1次巻線
63 変圧器2次巻線
64 変圧器3次巻線
111 電流検出手段の出力信号
113A,113B チョッパ回路ゲート信号
113U〜113Y コンバータ回路ゲート信号
114 電源電圧検出手段の出力信号
116 直流電圧検出手段の出力信号
123U〜123Z 第2の電力変換回路ゲート信号
124U〜124W 電動機電流検出手段の出力信号
125 電動機電圧検出手段の出力信号
127 回転角検出手段の出力信号
133U〜133Z 第1駆動群の第2の電力変換回路ゲート信号
134U〜134W 第1駆動群の電動機電流検出手段の出力信号
143U〜143Z 第2駆動群の第2の電力変換回路ゲート信号
144U〜144W 第2駆動群の電動機電流検出手段の出力信号
201,201A〜201F 制御部
202 制御手段
203 起動指令出力手段
204 第1の電力変換回路起動指令
205 第2の電力変換回路起動指令
206,206A〜206H 直流電圧指令演算手段
207 直流電圧指令値
208 ロータ周波数
209 振幅値演算手段
210 振幅値
211 回転周波数演算手段
212 回転周波数絶対値
213 起動指令
1 DC power supply (overhead wire)
2
10, 10A, 10B Power conversion means 11 Current detection means 12, 12A, 12B First
23U to 23Z Second power conversion
62 Transformer primary winding 63 Transformer secondary winding 64 Transformer tertiary winding 111
Claims (8)
直流又は交流の電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧(nは交流の相数を表す任意の数)に変換して前記永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変換手段とを備えた鉄道車両駆動制御装置であって、
前記電力変換手段には、前記直流または交流の電源電圧を任意の直流電圧に変換する第1の電力変換回路と、前記第1の電力変換回路が供給する直流電圧を前記任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧に変換して出力する第2の電力変換回路を具備し、
前記鉄道車両駆動制御装置は、さらに、
前記電力変換手段が動作を開始する場合に、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第1の電力変換回路起動指令と前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第2の電力変換回路起動指令とを出力する起動指令出力手段と、
前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路との間の直流回路の電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記第1の電力変換回路起動指令、第2の電力変換回路起動指令、および前記直流電圧検出手段の出力を入力として、前記第1の電力変換回路が電力変換して出力する直流電圧の目標値である直流電圧指令値を演算して出力する直流電圧指令演算手段と、
前記第1の電力変換回路起動指令、前記第2の電力変換回路起動指令、前記直流電圧検出手段の出力、および前記直流電圧指令値を入力として、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子と前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のそれぞれのON・OFF動作のためのゲート信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両駆動制御装置。 A permanent magnet synchronous motor for driving the vehicle;
Power conversion for converting a DC or AC power supply voltage into an arbitrary voltage and an n-phase AC voltage of an arbitrary frequency (n is an arbitrary number representing the number of AC phases) and supplying AC power to the permanent magnet synchronous motor A railway vehicle drive control device comprising:
The power conversion means includes: a first power conversion circuit that converts the DC or AC power supply voltage into an arbitrary DC voltage; and a DC voltage supplied by the first power conversion circuit as the arbitrary voltage and an arbitrary voltage. A second power conversion circuit that converts the frequency into an n-phase AC voltage and outputs the same,
The railway vehicle drive control device further includes:
When the power conversion means starts operation, the first power conversion circuit start command and the second power conversion which are commands to start the ON / OFF operation of the switching element built in the first power conversion circuit A start command output means for outputting a second power conversion circuit start command that is a command for starting ON / OFF operation of a switching element incorporated in the circuit;
DC voltage detecting means for detecting a voltage of a DC circuit between the first power conversion circuit and the second power conversion circuit;
Using the first power conversion circuit start command, the second power conversion circuit start command, and the output of the DC voltage detection means as inputs, a target value of a DC voltage output by the first power conversion circuit by converting power DC voltage command calculation means for calculating and outputting a DC voltage command value,
The first power conversion circuit has a built-in switching element with the first power conversion circuit start command, the second power conversion circuit start command, the output of the DC voltage detection means, and the DC voltage command value as inputs. And a control means for outputting a gate signal for each ON / OFF operation of the switching element incorporated in the second power conversion circuit.
直流又は交流の電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧(nは交流の相数を表す任意の数)に変換して前記永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変換手段とを備えた鉄道車両駆動制御装置であって、
前記電力変換手段には、前記直流または交流の電源電圧を任意の直流電圧に変換する第1の電力変換回路と、前記第1の電力変換回路が供給する直流電圧を前記任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧に変換して出力する第2の電力変換回路を具備し、
前記鉄道車両駆動制御装置は、さらに、
前記電力変換手段が動作を開始する場合に、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第1の電力変換回路起動指令と前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第2の電力変換回路起動指令とを出力する起動指令出力手段と、
前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路との間の直流回路の電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記電力変換手段と前記永久磁石形同期電動機との間のn相回路のうちの2つの相の間に生じる線間電圧のうち、少なくとも1つの線間電圧を検出するための電動機電圧検出手段と、
前記電動機電圧検出手段の出力を入力として、前記永久磁石形同期電動機の回転に伴う永久磁石誘起電圧の線間電圧の振幅値を演算して出力する振幅値演算手段と、
前記直流電圧検出手段の出力、前記振幅値演算手段の出力、前記第1の電力変換回路起動指令、および前記第2の電力変換回路起動指令を入力として、前記第1の電力変換回路が電力変換して出力する直流電圧の目標値である直流電圧指令値を演算して出力する直流電圧指令演算手段と、
前記第1の電力変換回路起動指令、前記第2の電力変換回路起動指令、前記直流電圧検出手段の出力、および前記直流電圧指令値を入力として、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子と前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子とのそれぞれのON・OFF動作のためのゲート信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両駆動制御装置。 A permanent magnet synchronous motor for driving the vehicle;
Power conversion for converting a DC or AC power supply voltage into an arbitrary voltage and an n-phase AC voltage of an arbitrary frequency (n is an arbitrary number representing the number of AC phases) and supplying AC power to the permanent magnet synchronous motor A railway vehicle drive control device comprising:
The power conversion means includes: a first power conversion circuit that converts the DC or AC power supply voltage into an arbitrary DC voltage; and a DC voltage supplied by the first power conversion circuit as the arbitrary voltage and an arbitrary voltage. A second power conversion circuit that converts the frequency into an n-phase AC voltage and outputs the same,
The railway vehicle drive control device further includes:
When the power conversion means starts operation, the first power conversion circuit start command and the second power conversion which are commands to start the ON / OFF operation of the switching element built in the first power conversion circuit A start command output means for outputting a second power conversion circuit start command that is a command for starting ON / OFF operation of a switching element incorporated in the circuit;
DC voltage detecting means for detecting a voltage of a DC circuit between the first power conversion circuit and the second power conversion circuit;
A motor voltage detecting means for detecting at least one line voltage among line voltages generated between two phases of an n-phase circuit between the power conversion means and the permanent magnet type synchronous motor; ,
Amplitude value calculating means for calculating and outputting the amplitude value of the line voltage of the permanent magnet induced voltage accompanying the rotation of the permanent magnet type synchronous motor, with the output of the motor voltage detecting means as input,
The first power conversion circuit performs power conversion using the output of the DC voltage detection means, the output of the amplitude value calculation means, the first power conversion circuit start command, and the second power conversion circuit start command as inputs. DC voltage command calculation means for calculating and outputting a DC voltage command value that is a target value of the DC voltage to be output,
The first power conversion circuit has a built-in switching element with the first power conversion circuit start command, the second power conversion circuit start command, the output of the DC voltage detection means, and the DC voltage command value as inputs. And a control means for outputting a gate signal for each ON / OFF operation of the switching element incorporated in the second power conversion circuit.
直流又は交流の電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧(nは交流の相数を表す任意の数)に変換して前記永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変換手段とを備えた鉄道車両駆動制御装置であって、
前記電力変換手段には、前記直流または交流の電源電圧を任意の直流電圧に変換する第1の電力変換回路と、前記第1の電力変換回路が供給する直流電圧を前記任意の電圧と任意の周波数のn相交流電圧に変換して出力する第2の電力変換回路を具備し、
前記鉄道車両駆動制御装置は、さらに、
前記電力変換手段が動作を開始する場合に、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第1の電力変換回路起動指令と前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子のON・OFF動作を開始する指令である第2の電力変換回路起動指令とを出力する起動指令出力手段と、
前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路との間の直流回路の電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記電力変換手段と前記永久磁石形同期電動機との間のn相回路のうちの2つの相の間に生じる線間電圧のうち、少なくとも1つの線間電圧を検出するための電動機電圧検出手段と、
前記電動機電圧検出手段の出力を入力として、前記永久磁石形同期電動機の回転に伴う永久磁石誘起電圧の線間電圧の周波数を演算して出力する回転周波数演算手段と、
前記直流電圧検出手段の出力、前記回転周波数演算手段の出力、前記第1の電力変換回路起動指令、および前記第2の電力変換回路起動指令を入力として、前記第1の電力変換回路が電力変換して出力する直流電圧の目標値である直流電圧指令値を演算して出力する直流電圧指令演算手段と、
前記第1の電力変換回路起動指令、前記第2の電力変換回路起動指令、前記直流電圧検出手段の出力、および前記直流電圧指令値を入力として、前記第1の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子と前記第2の電力変換回路が内蔵するスイッチング素子とのそれぞれのON・OFF動作のためのゲート信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両駆動制御装置。 A permanent magnet synchronous motor for driving the vehicle;
Power conversion for converting a DC or AC power supply voltage into an arbitrary voltage and an n-phase AC voltage of an arbitrary frequency (n is an arbitrary number representing the number of AC phases) and supplying AC power to the permanent magnet synchronous motor A railway vehicle drive control device comprising:
The power conversion means includes: a first power conversion circuit that converts the DC or AC power supply voltage into an arbitrary DC voltage; and a DC voltage supplied by the first power conversion circuit as the arbitrary voltage and an arbitrary voltage. A second power conversion circuit that converts the frequency into an n-phase AC voltage and outputs the same,
The railway vehicle drive control device further includes:
When the power conversion means starts operation, the first power conversion circuit start command and the second power conversion which are commands to start the ON / OFF operation of the switching element built in the first power conversion circuit A start command output means for outputting a second power conversion circuit start command that is a command for starting ON / OFF operation of a switching element incorporated in the circuit;
DC voltage detecting means for detecting a voltage of a DC circuit between the first power conversion circuit and the second power conversion circuit;
A motor voltage detecting means for detecting at least one line voltage among line voltages generated between two phases of an n-phase circuit between the power conversion means and the permanent magnet type synchronous motor; ,
Rotational frequency calculation means for calculating and outputting the frequency of the line voltage of the permanent magnet induced voltage accompanying the rotation of the permanent magnet type synchronous motor, with the output of the motor voltage detection means as input,
Using the output of the DC voltage detection means, the output of the rotation frequency calculation means, the first power conversion circuit start command, and the second power conversion circuit start command as input, the first power conversion circuit converts power. DC voltage command calculation means for calculating and outputting a DC voltage command value that is a target value of the DC voltage to be output,
The first power conversion circuit has a built-in switching element with the first power conversion circuit start command, the second power conversion circuit start command, the output of the DC voltage detection means, and the DC voltage command value as inputs. And a control means for outputting a gate signal for each ON / OFF operation of the switching element incorporated in the second power conversion circuit.
前記直流電圧指令演算手段は、大きさの異なる複数の直流電圧指令値を切り替えて出力することが可能であり、前記第1の電力変換回路起動指令が入力されると先ず前記直流電圧検出手段の出力である直流電圧検出値を初期値として第1の直流電圧指令値へ推移する前記直流電圧指令値を出力し、前記第2の電力変換回路起動指令が入力された後に第2の直流電圧指令値を前記直流電圧指令値として出力することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鉄道車両駆動制御装置。 The start command output means first outputs a first power conversion circuit start command when the power conversion means starts operation, and then outputs a second power conversion circuit start command after a delay,
The DC voltage command calculation means can switch and output a plurality of DC voltage command values having different magnitudes. When the first power conversion circuit start command is input, first, the DC voltage command calculation means The DC voltage command value that transitions to the first DC voltage command value is output with the detected DC voltage value as an initial value, and the second DC voltage command is input after the second power conversion circuit start command is input. The railway vehicle drive control device according to any one of claims 1 to 3, wherein a value is output as the DC voltage command value.
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