JPH0454801A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気車制御装置、特に可変電圧可変周波数イ
ンバータで複数個の誘導電動機に交流電力を付勢して走
行する電気車の粘着性能を向上させるのに好適な電気車
制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に電気車では、特開昭５４−３７１１号公報に記載
されているように、乗り心地の上から一定トルク制御が
要求されている。誘導電動機を駆動電動機として用いる
電気車において一定トルク制御を実現するには、誘導電
動機の電圧Ｖと周波数ｆが比例するように制御しＣＶ／
ｆ＝一定）電流Ｉが一定となるように誘導電動機のすべ
り周波数を制御している。

第４図は、従来の電気車制御装置の構成を示しており、
電気車の速度に対応してインバータの出力周波数を制御
する周波数制御手段と電流工が一定となるようなすベリ
周波数調整による電流制御手段とで構成されている。

架！ｌの直流電源はパンタグラフ２．フィルタリアクト
ル３．フィルタコンデンサ４を介してインバータ５の入
力電源となっている。インバータ５では直交変換されて
可変電圧可変周波数の三相交流電源が出力され、回合の
誘導電動機６Ａ〜６Ｄに供給され、電動機駆動を行う。

周波数制御手段は、パルスジェネレータ７Ａ〜７Ｄによ
り検出された誘導電動機６Ａ〜６Ｄの回転パルスを周波
数演算部８に入力して各回転周波数を演算し、力行時は
最小値、回生時は最大値が出力され基準回転周波数ｆ　
ｒｏとなる。また、パターン発生器１４からトルク制御
に必要なすベリ周波数パターンｆｓＰが出力され、加算
器１３で基準回転周波数ｆ　ｒｏに加算（減算）され、
インバータ周波数ｆ　ＩＮＶとなり、インバータ５に入
力されて出力周波数が制御される。

一方、電流制御手段は、インバータ５の出力電流を変流
器９で検出し、電流検出部１０で実効値演算された出力
値ＩＭが比較器１１に入力され、パターン発生器１４か
ら出力された電流パターンＩｐと比較され、その偏差Δ
Ｉｓが出力される。

ΔＩＭはすべり周波数演算部１２に入力され、すべり周
波数偏差値Δｆｓとなり、加減算器１３に入力されすべ
り周波数を調整して電流が一定になるように制御される
。

このような従来の制御方法では、空転等を生じない正常
状態では、周波数制御手段と電流制御手段との作用によ
り、すべり周波数と電流工が一定に制御され、一定トル
ク制御が行われる。しかし、誘導電動機で駆動される車
軸のいずれかが空転ないし滑走したときには、誘導電動
機のすべり周波数の減少に伴って電流ＩＭも減少するが
、電流制御手段の作用により出力電流ＩＭの減少をすべ
り周波数偏差値Δｆｓにより、電流パターンＩｐに近づ
けるように制御するため、空転（滑走）軸のトルクが減
少せず大空転（大滑走）を起こしやすい、また、粘着軸
のトルクも増大させるため、次々に空転（滑走）を誘発
し、全軸が空転ないし滑走する機会が多いなどの問題が
ある。

なお、上記従来技術の欠点を解決するため、各誘導電動
機の一相の電流をそれぞれ検出し、これらの最大電流値
が一定になるように制御する電流制御手段を設ける提案
もある（例えば特開昭５４−３７１１号公報）が、イン
バータの周波数が低い領域では、電流の検出に時間を要
し、安定な制御が難しい。また、第４図に示したように
三相の電流すべてを検出することも考えられるが経済性
の面から好ましくない。

［発明が解決しようとする課題〕 以上のように上記従来技術は、誘導電動機の持つ自己再
粘着性を十分有効に利用し、かつ、安定な定トルク制御
を行う点について考慮されておらず、空転ないし滑走を
抑制するために一時的にトルクを減少させる再粘着制御
系を設ける必要があり、制御系の構成が複雑になるばか
りでなく、乗心地に悪影響を及ぼす等の問題があった。

本発明の目的は、一つのインバータから複数の誘導電動
機に給電する電気車において、誘導電動機の持つ自己再
粘着特性を利用して粘着性能を高めるようにした電気車
制御装置を提供することにある。

〔課題が解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明はすべての誘導電動
機の動きを回転周波数により監視し、この監視結果に基
づいて粘着状態にある誘導電動機のすべり周波数を検出
して、すべり周波数に対応するモータ電流信号を求め、
この電流信号と電流パターンとを比較して定電流制御を
行ない複数個の誘導電動機のすべり周波数の最大値が一
定値以下になるようにインバータの出力周波数を制御す
る。

〔作用〕

すなわち、一つのインバータに並列接続された複数の誘
導電動機から検出される各回転周波数は周波数演算部で
力行時は最小値１回生時は最大値が選定され基準回転周
波数ｆ　ｒｏが出力される。この基準回転周波数Ｊｒｏ
はすべての車軸が空転ないし潤走しない限り、粘着状態
にある誘導電動機の回転周波数を示し、インバータの出
力周波数ｆ　ｒＮｖとの偏差値は粘着状態にある誘導電
動機のすべり周波数を示すことになる。

一方、誘導電動機の一般的特性は、第５図に示すように
、すべり周波数と電流はすべり周波数が比較的小さい範
囲では一対一に対応する。すなわち、インバータの８力
周波数と回転周波数を検出すれば電流ＩＮを検出するの
と同じことになる。

本発明はこの点を利用したもので、当該インバータによ
って付勢される誘導電動機のすべり周波数と電流との関
係を記憶させたモータ電流演算部を設け、インバータの
周波数制御手段から得られるインバータの出力周波数ｊ
ＩＮνと基準回転周波数ｆ　ｒｏを入力して、これに対
応したモータ電流信号ＩＭＯを出力させる。このモータ
電流信号ＩＭＯは。

全軸が空転、ないし、滑走しない限り、常に、粘着状態
にある誘導電動機の電流値を示すのでＩＭ。

と電流パターンＩｐとを比較し、その偏差値からすべり
周波数偏差値Δｆｓを求め、すベリ周波数を調整し、電
流が一定になるように制御すれば任意の車軸の空転によ
って、この空転軸を駆動する誘導電動機の回転数が高く
なったとしても、基準回転周波数ｆ、、ｃ力行時は各誘
導電動機の最小回転数）は変化しない。従って、モータ
電流信号ＩＭｏも変化せず、各誘導電動機のトルクは全
軸が粘着状態にあるときのトルクのままである。このた
め、空転軸を駆動する誘導電動機のトルクは空転に伴う
回転数の上昇によって急激に減少し、再粘着に至る。他
の粘着軸のトルクも増大することはなく、空転を誘発す
ることがない。

この現象から、回生時の滑走が生じた際のブレーキトル
クについても、同様に再粘着特性を持つことが理解でき
る。

このように、空転や滑走が生じたとき、−軸でも粘着軸
があれば、自動的に再粘着に向うという制御装置を得る
ことができ、全軸空転、あるいは。

全軸滑走でない限り、空転や滑走の検出及び抑制という
強制的な再粘着制御を行う必要もない。

また、誘導電動機によって駆動される電動車と駆動設備
を持たない付随車とを連結し、付随車から速度信号が得
られる電気車では、周波数演算部に付随車からの速度信
号（従輪速度信号）を加え、力行時には全ての速度信号
の最小値を、回生時には全ての速度信号の最大値を出力
し、基準回転周波数ｆ　ｒｏとすることにより、電動車
の全軸が空転、ないし、滑走しても、それぞれの誘導電
動機が自己再粘着特性を持つので、車輪レール間の粘着
状態が改善されれば、自動的に再粘着に向うことが可能
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例により説明する。

第１図は本発明の電気車制御装置の一実施例を示す制御
ブロック図である０本実施例が第４図の従来の方法と異
なる点は、インバータ５によって付勢される誘導電動機
６Ａ〜６Ｄのすべり周波数と電流の関係を記憶したモー
タ電流演算部１５を設け、インバータ５に入力された出
力周波数信号ｆＩｎｖと周波数演算部８がら出力された
基準回転周波数信号ｆ　ｒｏとを入力してその差から粘
着状態にある誘導電動機のすべり周波数を求め、これに
対応したモータ電流信号１肋を出力し、これを比較器１
１の入力信号とした点にある。

すなわち、周波数演算部８の出力である基準回転周波数
信号ｆ　ｒｏは、力行時には各誘導電動機６Ａ〜７Ｄに
組込まれたパルスジェネレータ７Ａ〜７Ｄによって検出
される回転数信号の最小値が選定され、回生時には最大
値が選定される。従って誘導電動機によって駆動される
車輪軸の全部が空転ないし滑走しない限り、選定され出
力された基準回転周波数信号ｆ　ｒｏは粘着状態にある
誘導電動機の回転周波数を示すため、インバータの出力
周波数ｆｌＮｖとの差で表わされるすべり周波数は各誘
導電動機の最大すべり周波数となり、これに基づいて演
算されたモータ電流信号ＩＭＯも粘着状態にある誘導電
動機の電流（すなわち最大電流）となる、また、モータ
電流信号ＩＭＯは比較器１１に入力され、電流パターン
Ｉｐと比較し、その偏差値ΔＩＮを出力し、すべり周波
数演算部１２を介してすべり周波数偏差値Δｆｓとなり
、加減算器１３に入力されてモータ電流が一定になるよ
うにすべり周波数を調整する。

いま、誘導電動＠６Ａ〜６Ｄで駆動される車輪軸のいず
れかが空転した場合、空転軸のパルスジェネレータ７Ａ
〜７Ｄから検出される回転数信号が高くなるが、最大値
を選定している基準回転周波数信号ｆ　ｒｏは変化せず
、モータ電流信号ＩＭＯも変化しないため、空転軸の誘
導電動機のトルクは空転に伴う回転数の上昇により急激
に減少し、自動的に再粘着に至る。また、他の粘着軸の
トルクは電流変化がないので変化せず、空転を誘発する
ことがない。

この様に本実施例によれば、それぞれの車軸に結合され
た誘導電動機が並列に接続されているとき、いずれかの
車軸軸が空転しても一つでも粘着している車輪軸があれ
ば空転した車輪軸はすぐに再粘着するので、高加減速高
粘着運転が可能になる。また、電車では電動車数の減少
が期待できるので経済的効果が大きく、従曲の方法に比
べ空転・滑走時のトルク変化が少なくなるため乗心地が
格段に向上するなどの効果がある。

第２図は本発明の他の実施例を示す。第１図と異なるの
は、インバータ５の出力電流を変流器９で検出し、電流
検出器１０で実効値演算及びモータ電流信号ＩＭＯと比
較できる出力値ＩＭに変換され、高位値選定器１６でモ
ータ電流信号ＩＭＯとインバータ５の出力電圧ＩＮの高
位値ＩＭＭを選定し出力する点である。本実施例の場合
には第１図の一実施例の効果のほかに、何らかの現象に
より、誘導電動機のすべり周波数・電流特性に合致しな
い大きな電流が出力された場合にもインバータ５の出力
電流値ＩＭを所定の値以上にあげないように制御され、
インバータ５や誘導電動機６Ａ〜６Ｄを保護するので信
頼性が向上する。

第３図は本発明の別の実施例を示す。本実施例の場合に
は、周波数演算部１８に図示しない付随車の車軸軸に設
けた従輪速度検出器１７の出力を加えており、各誘導電
動機６Ａ〜６Ｄの回転数信号と従輪速度検出器１７から
得られた回転数信号との中から最小値（力行時）、また
は、最大値（回生時）を選定し基準回転周波数信号ｆ　
ｒｏを得るので、各誘導電動機により駆動される全ての
車輪軸が空転、ないし、滑走しても第１図をもとに詳述
したように自動的に再粘着させる効果がある。

なお、各実施例では各誘導電動機に組込んだパルスジェ
ネレータにより回転数横比を行ったが、他の回転数検出
手段により誘導電動機の回転数を検出しても同様の効果
がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、粘着性能の優れた誘導電動機の電気車
制御装置を提供することができ高加速高減速運転が可能
になる。また、電車では電動車数の減少が期待できるの
で経済的な効果も大きい。

さらに空転・滑走時のトルク変化が小さいので乗心地が
よくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す制御ブロック図、第２
図、第３図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す制御ブ
ロック図、第４図は従来例を示す制御ブロック図、第５
図は誘導電動機の一般的特性図である。 ５・・・インバータ、６Ａ〜６Ｄ・・・誘導電動機、７
Ａ〜７Ｄ・・・パルスジェネレータ、８．１８・・・周
波数第 図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の誘導電動機を一台のインバータで付勢する電
   気車制御装置において、 周波数制御手段により制御された前記インバータの出力
   周波数と、前記複数の誘導電動機の回転速度から各走行
   パターンに応じた基準回転周波数とを検出し、その偏差
   値に対応した前記誘導電動機のモータ電流信号を演算し
   、前記モータ電流信号と電流パターンとの偏差値からす
   べり周波数偏差値を求め、これによつて前記周波数制御
   手段のすべり周波数を調整することにより前記インバー
   タの出力電流を制御することを特徴とする電気車制御装
   置。 ２、複数の誘導電動機を一台のインバータで付勢する電
   気車制御装置において、 周波数制御手段により制御された前記インバータの出力
   周波数と、前記複数の誘導電動機の回転速度から各走行
   パターンに応じた基準回転周波数とを検出し、その偏差
   値に対応した前記誘導電動機のモータ電流信号を演算・
   出力する第一の電流検出手段と前記インバータの出力電
   流を交流器により検出する第二の電流検出手段とを設け
   、前記第一の電流検出手段出力と前記第二の電流検出手
   段出力との高位値を電流パターンと比較し、その偏差値
   からすべり周波数偏差値を求め、これによつて前記周波
   数制御手段のすべり周波数を調整して前記インバータの
   出力電流を制御することを特徴とする電気車制御装置。 ３、請求項１または２において、前記基準回転周波数は
   、前記複数個の誘導電動機の回転周波数と付随車から検
   出された従輪速度をもとにして演算した回転周波数とに
   より選択し、力行時には最小値、回生時には最大値を選
   定して出力する電気車制御装置。