JP2000078744A - 車両用主電動機の保護装置 - Google Patents
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Abstract
モータの温度上昇の演算を行ない、モータの焼損を防止
することにある。 【解決手段】 モータ4に流れる電流を入力するトルク
分電流検出手段7の出力信号を入力して電流の二乗の値
を得る掛算手段22と、モータの回転周波数により変化
するモータの放熱時定数に見合う放熱テーブルを有する
函数発生手段27と、掛算手段と函数発生手段の出力信
号の両者を加算して積分する積分手段26と、前記両者
の出力信号をパルスにより所定間隔でオンオフするパル
ス発生手段21と、積分手段の出力信号と予め設定され
た温度設定値とを比較して警報出力29を発生するコン
パレータ28を具備する。ここで、コンパレータは、温
度上昇の所定の限度値を高、低の2段階設け、低い限度
値に達した時は回生モードをカットし、高い限度値に達
した時はVVVFインバータの運転を停止させる。
Description
保護装置に係り、特に、鉄道車両用の主電動機を熱的に
保護する技術に関する。
9−294329号公報に記載の保護装置が挙げられ
る。この公報によれば、誘導電動機に流れるトルク分電
流から演算した温度上昇データと、誘導電動機の放熱時
定数に見合う放熱テーブルを有する函数発生器からの放
熱データを加算して、誘導電動機の温度上昇値を得る。
VVVFインバータ制御の場合、モータ電流はその指令
値に合うように制御されるから、(1)式の計算式でモ
ータ電流の指令値を基準に計算しても温度上昇値はほぼ
実際の値になる。
温度上昇限度値そのものの第2の限度値と、計算によっ
て算出された値とを比較し、第1の限度値を越えた場
合、回生打ち切りとし、第2の限度値を越えた場合、イ
ンバータを停止させる。以上のような内容から、前記公
報に記載の保護装置は、次のように構成される。直流を
交流に変換するVVVFインバータ2によって駆動する
誘導電動機4と、この誘導電動機4に流れる電流を検出
する電流検出器3と、この電流検出器3からの信号を入
力するトルク分電流検出器7と、誘導電動機4の回転周
波数FMを検出する回転検出器5と、運転指令a及び他
の制御信号指令bを入力するトルク演算器6と、トルク
分電流検出器7の出力信号とトルク演算器の出力信号を
入力する加算器8と、回転検出器5の出力信号と加算器
8の出力信号をアンプ9を介して入力する周波数加算器
10と、この周波数加算器10の出力するインバータ周
波数指令信号fiを入力してインバータ2の電圧変調率
Aを算出する函数発生器11と、インバータ周波数指令
信号fiと電圧変調率Aの両者を入力し、その出力信号
をインバータ2とトルク分電流検出器7に与えるゲート
信号発生器12からなり、誘導電動機の制御を行う車両
用主電動機において、トルク分電流検出器7の出力信号
とパルス発生器21の出力信号の両者を入力して電流の
二乗の値を得る掛算器22と、この掛算器22の出力信
号及び誘導電動機の放熱時定数に見合う放熱テーブルを
有する函数発生器27の出力信号の両者を加算する加算
器25と、その偏差を積分する積分器26と、掛算器2
2の出力信号と放熱用の函数発生器27の出力信号をパ
ルスにより所定間隔でスイッチ23,24を用いてオン
オフするパルス発生器21と、積分器26の出力信号と
予め設定された温度設定値cとを比較して警報出力29
を発生せしめるコンパレータ28とを設け、また、コン
パレータ28においては、温度上昇の所定の限度値を
高、低の2段階設け、低い限度値に達した時は回生モー
ドをカットしてカ行モードのみの運転とすると共に、ブ
レーキ時は機械ブレーキとし、高い限度値に達した時は
VVVFインバータの運転を停止させる。
護装置では、誘導電動機の放熱データを発生する函数発
生器27には、誘導電動機の回転周波数の情報は入力さ
れておらず、函数発生器27が出力する放熱データは、
誘導電動機の回転周波数と無関係なものとなっている。
しかし、実際の誘導電動機の放熱時定数は回転周波数と
共に変化し、例えば図3に示すように、回転周波数の
0.4乗程度に反比例した特性を示すのが一般的であ
る。このことから、放熱データを発生する函数発生器2
7に回転周波数が考慮されていないと、誘導発電機の回
転周波数が変化したときに、実際の誘導発電機の放熱時
定数の変化が函数発生器の出力する放熱データに反映さ
れず、精度の高い誘導発電機の温度上昇値の演算が望め
ない、という問題点がある。また、従来、鉄道車両用の
主電動機は、走行する路線、駅間距離、速度制限、車両
重量などから走行シミュレーションを行ない、熱容量を
決定していたが、編成中の他の機器の故障等が原因で、
等価的に電流が増加するケースを想定するため、熱容量
は広い範囲の温度の余裕をとることになり、主電動機全
体が大きくなる、という欠点がある。
発電機の回転周波数をとり入れて精度の高い誘導電動機
の温度上昇の演算を行ない、温度上昇の限度値を越える
前に回生モードを停止し、また、VVVFインバータの
運転を停止させ、誘導電動機の焼損を防止することにあ
る。
に流れる電流を入力するトルク分電流検出手段の出力信
号を入力して電流の二乗の値を得る掛算手段と、前記電
動機の回転周波数を入力し、前記電動機の回転周波数に
より変化する前記電動機の放熱時定数に見合う放熱テー
ブルを有する函数発生手段と、掛算手段と函数発生手段
の出力信号の両者を加算して、その偏差を積分する積分
手段と、前記両者の出力信号をパルスにより所定間隔で
オンオフするパルス発生手段と、積分手段の出力信号と
予め設定された温度設定値とを比較して警報出力を発生
するコンパレータを具備することによって、解決され
る。ここで、コンパレータは、温度上昇の所定の限度値
を高、低の2段階設け、低い限度値に達した時は回生モ
ードをカットしてカ行モードのみの運転とすると共に、
ブレーキ時は機械ブレーキとし、高い限度値に達した時
はVVVFインバータの運転を停止させる。
基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態を示す
全体構成のブロック図である。図1において、VVVF
インバータ制御は、直流主電源1を電源とし、インバー
タ2で誘導電動機4を制御する。本実施形態は、誘導電
動機4に流れる電流を検出する電流検出器3と、この電
流検出器3からの信号を入力するトルク分電流検出器7
と、誘導電動機4の回転周波数FMを検出する回転検出
器5と、運転指令a及び他の制御信号指令bを入力する
トルク演算器6と、トルク分電流検出器7の出力信号と
トルク演算器6の出力信号を入力する加算器8と、回転
検出器5の出力信号と加算器8の出力信号をアンプ9を
介して入力する周波数加算器10と、この周波数加算器
10の出力するインバータ周波数指令信号fiを入力し
てインバータ2の電圧変調率Aを算出する函数発生器1
1と、インバータ周波数指令信号fiと電圧変調率Aの
両者を入力し、その出力信号をインバータ2とトルク分
電流検出器7に与えるゲート信号発生器12と、トルク
分電流検出器7の出力信号とパルス発生器21の出力信
号の両者を入力して電流の二乗の値を得る掛算器22
と、回転検出器5の出力信号が入力され、誘導電動機4
の回転周波数に見合う放熱テーブルを有し、積分器26
の出力を入力し、それに見合う放熱値を出力する放熱用
の函数発生器27と、掛算器22の出力信号及び放熱用
の函数発生器27の出力信号との両者を加算してその偏
差を積分する積分器26と、掛算器22の出力信号と放
熱用の函数発生器27の出力信号をパルスにより所定間
隔でスイッチ23,24を用いてオンオフするパルス発
生器21と、積分器26の出力信号と予め設定された温
度設定値cとを比較して警報出力29を発生せしめるコ
ンパレータ28とから構成される。
ルク指令としてトルク分電流指令Ipをトルク演算器6
から出力する。トルク分電流指令Ipとトルク分電流検
出器7の出力であるトルク分電流Iiを加算器8で加算
し、その和をアンプ9で利得位相補償し、スベリ周波数
fsを出力する。一方、誘導電動機4の回転周波数FM
を回転検出器5で検出し、回転周波数FMとスベリ周波
数fsを加算器10で加算し、インバータ周波数指令f
iを出力する。そして、このインバータ周波数指令fi
を函数発生器11とゲート信号発生器12に与える。函
数発生器11は入力信号のインバータ周波数指令fiに
基づいてインバータ2の電圧変調率Aをゲート信号発生
器12へ出力する。インバータ2は電力スイッチング素
子によって構成した周知の2レベルのインバータである
が、本発明の要旨とするところではないので、その説明
を省略する。ゲート信号発生器12は、入力信号のイン
バータ周波数指令fiと電圧変調率Aとから、直流主電
源1の直流電源から誘導電動機4へ励磁用交流電力をイ
ンバータ2で発生すべくその構成素子である電力スイッ
チング素子を制御する。従って、インバータ2の交流出
力位相はゲート信号発生器12の管理下にある。また、
ゲート信号発生器12では3相2相変換手法による位相
信号Sinφd,−Cosφdを求めており、この位相
信号をトルク分電流検出器7に出力する。トルク分電流
検出器7では、前記位相信号と電流検出器3で検出する
交流電流の瞬時値とからトルク分電流−Iiを出力す
る。トルク分電流−Iiは電流検出器3で検出したU,
V相電流の瞬時値Iu,Iv値から、3相・2相変換し
た電流Id,Iqを求め、この電流Id,Iqと、前記
位相信号Sinφdと、3相2相変換時の等電力に換算
する係数Kとから、
で出力される。上述により、VVVF制御により誘導電
動機は速度制御される。
するサンプリング時間毎にパルス発生器21よりパルス
を発生し、スイッチ23,24をオンする。掛算器22
は、トルク分電流Iiを掛算し、Ii2値を得る。この
出力はスイッチ23がオンする毎に加算器25に加わ
る。加算器25の出力は積分器26に与えられ、この積
分器26の出力上昇の時定数は誘導電動機4の熱時定数
に合わせる。函数発生器27は、回転検出器5の出力信
号が入力され、誘導電動機4の回転周波数に見合う放熱
テーブルに基づいて積分器26の出力に見合う放熱値を
出力する。この放熱データをスイッチ24を介して加算
器25に与える。これにより、積分器26には、トルク
分電流Iiによる上昇データと、函数発生器27よりの
放熱データとが加わり、誘導電動機4の温度上昇値と等
価な信号が積分器26より出力される。この出力をコン
パレータ28により温度設定値cと比較し、警報出力2
9を出力する。この場合、コンパレータ28において
は、温度上昇の所定の限度値を高、低の2段階設け、低
い限度値に達した時は回生モードをカットしてカ行モー
ドのみの運転とすると共に、ブレーキ時は機械ブレーキ
とし、高い限度値に達した時はVVVFインバータ2の
運転を停止させる。なお、この警報出力29は、トルク
演算器6に与え、トルク分電流指令出力Ipを引き下げ
ても良いし、また、運転士に警報を出力しても良い。
ブルを有する放熱用の函数発生器27において、誘導電
動機4の放熱時定数に誘導電動機4の回転周波数を考慮
した計算式を(4)式に示す。ここでは、巻線の放熱時
定数は回転周波数と共に変化し、例えば図3に示すよう
に、回転周波数の0.4乗程度に反比例する特性を用い
た。なお、ロータに流れる電流は、一般に、入力電圧に
対して位相差(Φ)をもつが、入力電流に力率をかけた
ものに比例する。この入力電流に力率をかけたものをト
ルク分電流と称している。したがって、このトルク分電
流をもとに温度を演算すると、ロータの温度上昇を想定
することができる。
の回転が高速になると、飽和温度が下がり(それ程高温
にならない)、温度変化が早くなる、という現象があ
る。については、飽和温度を決める要素「Tf×(I
/IO)2」の項に、また、については、熱時定数の要
素「−Δt/T1」の項に、それぞれ誘導電動機の回転
周波数情報すなわち「(F/FO)0・4」を加味するこ
とが必要になる。(4)式は、このような観点から成立
する計算式である。
電気車のモータを運転する際、モータの回転周波数をと
り入れ、モータの温度上昇を高い精度でモニターできる
ので、モータの焼損等の事故を防止することができる。
また、精度の高いモータの温度上昇のモニターにより、
事故となりそうな場合は、回生ブレーキをカットし、ま
たは、VVVFインバータの運転を停止させ、未然に事
故を防ぐことができる。また、モータの温度上昇の演算
をモータの回転周波数をとり入れて行なうので、できる
ので、精度の高いモータの温度上昇の演算が可能にな
り、広い範囲の温度の余裕をとる必要がなくなり、車両
用主電動機全体を小型化することができる。
態を示す全体ブロック図
示したグラフ
出器、4…誘導電動機、5…回転検出器、6…トルク演
算器、7…トルク分電流検出器、8…加算器、9…増巾
器、10…周波数加算器、11…関数発生器、12…ゲ
ート信号発生器、21…パルス発生器、22…掛算器、
23…スイッチ、24…スイッチ、25…加算器、26
…積分器、27…函数発生器、28…コンパレータ、2
9…警報出力
Claims (2)
- 【請求項1】 直流を交流に変換するVVVFインバー
タによって駆動する誘導電動機と、前記電動機に流れる
電流を入力するトルク分電流検出手段と、トルク分電流
指令を入力して求めたインバータ周波数指令に基づいて
前記インバータを制御するゲート信号発生手段を有し、
前記電動機の制御を行う車両用主電動機において、 前記トルク分電流検出手段の出力信号を入力して電流の
二乗の値を得る掛算手段と、前記電動機の回転周波数を
入力し、前記電動機の回転周波数により変化する前記電
動機の放熱時定数に見合う放熱テーブルを有する函数発
生手段と、前記掛算手段と前記函数発生手段の出力信号
の両者を加算して、その偏差を積分する積分手段と、前
記両者の出力信号をパルスにより所定間隔でオンオフす
るパルス発生手段と、前記積分手段の出力信号と予め設
定された温度設定値とを比較して警報出力を発生するコ
ンパレータを具備することを特徴とする車両用主電動機
の保護装置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記コンパレータ
は、温度上昇の所定の限度値を高、低の2段階設け、低
い限度値に達した時は回生モードをカットしてカ行モー
ドのみの運転とすると共に、ブレーキ時は機械ブレーキ
とし、高い限度値に達した時はVVVFインバータの運
転を停止させることを特徴とする車両用主電動機の保護
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26240098A JP3840627B2 (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 車両用主電動機の保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26240098A JP3840627B2 (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 車両用主電動機の保護装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000078744A true JP2000078744A (ja) | 2000-03-14 |
JP3840627B2 JP3840627B2 (ja) | 2006-11-01 |
Family
ID=17375257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26240098A Expired - Lifetime JP3840627B2 (ja) | 1998-09-01 | 1998-09-01 | 車両用主電動機の保護装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3840627B2 (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-09-01 JP JP26240098A patent/JP3840627B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP3840627B2 (ja) | 2006-11-01 |
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