JP2001169403A - 直流電気車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流電気車のブレーキ時に直流架線電圧が上
昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に
制御し、回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値
を制御し、フィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくし回
生ブレーキを有効に活用する。 【解決手段】 フィルタコンデンサ電流を検出して、回
生負荷の変化量に相当したトルク指令値の減少量を演算
器２５でフィルタコンデンサ電流と基準回転速度検出値
とフィルタコンデンサ電圧から求め、この値をフィルタ
コンデンサ電圧基準値とフィルタコンデンサ電圧との偏
差の比例積分補償に用いている積分器２６の初期値に設
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流電気車の制
御装置に関し、特に、直流電気車のブレーキ動作時に直
流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動
させずに安定に制御し、また回生負荷の変動に対して応
答よくトルク指令値を制御できる直流電気車の制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な電気鉄道システムの例として
は、例えば、特開平９−２３５０６号に記載されたもの
がある。以下その内容を転記する。図６は上記公報に記
載された従来の電気鉄道システムの例を示す。同図に示
すように、従来の電気鉄道システムは交流電源を変電所
１において、変圧器１ａで降圧した後に、ダイオード整
流器１ｂで整流して直流架線２００用の電源としてい
る。車両では直流電源を直流架線２００からパンタグラ
フ２によって受電し、駆動用制御装置４００および補助
電源７へ給電する。駆動用制御装置４００はパンタグラ
フ２から受電した直流電源を、フィルタ回路５００を介
して電力変換装置５に入力する。電力変換装置５では、
運転士からの指令などに応じたトルクが電動機６１、６
２、６３、６４で発生するよう電力の変換を行う。

【０００３】このような鉄道システムの場合、変電所１
のダイオード整流器１ｂでは車両から交流電源への電力
回生ができないため、駆動用制御装置４００が回生運転
するとき、回生電力を吸収するものは他の力行車３００
や自車の補助電源装置７または他車３００の補助電源装
置３００ｂだけである。このため、同一き電内に他の力
行車３００がいない場合には、駆動用制御装置４００が
発生する全回生電力を補助電源装置７で吸収しきれなく
なり、直流架線電圧が上昇する。

【０００４】次に、ブレーキ動作時の制御について説明
する。各電動機６１〜６４につながる速度検出器９１〜
９４の出力を基準回転速度演算回路１５に入力し、電動
機の基準回転速度検出値ωｒを演算する。ブレーキ中に
は、基準回転速度演算回路１５は各電動機６１〜６４の
基準回転速度ω１、ω２、ω３、ω４を用い、次式によ
る演算を行って基準回転速度検出値ωｒを求めている。

【０００５】 ωｒ＝ＭＡＸ（ω１、ω２、ω３、ω４） ・・・（１）

【０００６】トルク指令発生回路１８では、運転士から
の運転指令に応じたブレーキ力指令と基準回転速度検出
値ωｒから、電動機６１〜６４のトルク指令を発生し、
トルク制限回路１９を介して電動機制御回路１６に入力
する。電動機制御回路１６では、電動機６１〜６４のト
ルク指令、フィルタコンデンサ電圧と電動機基準回転速
度検出値ωｒから、電動機６１〜６４に指令されたトル
クが発生するように電力変換装置５にスイッチングパル
スを発生する。

【０００７】従来、回生負荷がなくなり直流架線電圧が
上昇したときの対策としては、以下のようなことを実施
している。すなわち、直流架線電圧が上昇したことを、
パンタグラフ２と直流リアクトル３を介してつながるフ
ィルタコンデンサ４の電圧を検出器１０で読み取って検
出する。検出されたフィルタコンデンサ電圧ＶＣをトル
ク制限値演算回路１１に入力する。

【０００８】トルク制限値演算回路１１では図７に示す
ように、フィルタコンデンサ電圧が過電圧を抑制するレ
ベルＶ０に至ったら、フィルタコンデンサ電圧ＶＣに合
わせて一律にトルクを絞るトルク制限値を演算してトル
ク制限回路１９に入力する。トルク制限回路１９はトル
ク指令発生回路１８が指令したトルク指令をトルク制限
値にしたがって絞ることにより、回生電力を絞ってフィ
ルタコンデンサ電圧の上昇を抑制し、直流架線電圧（Ｖ
Ｐ）の上昇を抑制している。

【０００９】つまり、図７は従来方式のフィルタコンデ
ンサ電圧と電動機トルクとの関係を示しており、図６の
トルク制限値演算回路１１で用いる調節器としては比例
調節器の動作をとる。そして、フィルタコンデンサ電圧
の上昇を抑制するための電動機トルク指令絞り込み開始
電圧Ｖ０と、直流架線２００につながる電気機器を過電
圧から保護するための最大の電圧ＶＭＡＸが図７のよう
に決ると、上記比例調節器の比例ゲインＫは次の（２）
式のように決定される。

【００１０】 Ｋ＝Ｔ１００％／（ＶＭＡＸーＶ０） ・・・（２）

【００１１】図８は、図７のトルク制限値演算回路１１
の具体例を示す構成図である。ここでは、フィルタコン
デンサ電圧（実際値）ＶＣを入力してフィルタコンデン
サ電圧目標値ＶＣ＊との差を演算し、その結果を掛算器
によってゲインＫを掛けたものをトルク制限値演算回路
１１の出力ＴＣとして、図７のトルク制限回路１９に入
力するようにしている。なお、掛算器の代わりに比例調
節器を用いることができるのはもちろんである。

【００１２】フィルタコンデンサ電圧目標値をＶＣ＊と
すると、トルク制限値演算回路１１は次の（３）式の演
算をしてトルク制限値ＴＣを出力することになる。

【００１３】 ＴＣ＝Ｋ×｛ＶＣ＊ーＶＣ｝ ・・・（３）

【００１４】なお、回生電力を絞るために図６ではトル
クを絞るようにしているが、トルク制限値演算回路１１
の代わりに電動機６１〜６４のトルク電流または電動機
６１〜６４の電流を絞る回路を用いてトルクを絞る場合
もある。

【００１５】そして、図６の駆動用制御装置４００に指
令されたトルク指令Ｔが、フィルタコンデンサ電圧を制
限するためのトルクＴＣより小さいときは指令値をその
まま出力し、トルク指令Ｔが制限トルクＴＣ以上になっ
たときは、トルクを制限トルクＴＣにリミットすること
で、回生負荷がなくなって直流架線電圧が上昇したとき
のみにトルクに制限が掛かることになる。よって、電動
機６１〜６４に指令するためのトルクＴＭは、トルク制
限回路１９で次式（４）の演算を行うすることによって
求められる。

【００１６】 ＴＭ＝ＭＩＮ（Ｔ，ＴＣ） ・・・（４）

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な構成の従来装置の場合、以下のような問題点があっ
た。即ち、従来のブレーキ制御は、上記（３）式のよう
にフィルタコンデンサ電圧の偏差に比例ゲインＫを掛け
た値にトルク指令値を制限するようになっている。この
場合、回生を有効に働かせるために比例ゲインＫを大き
な値に設定すると、制御系が不安定になりやすくトルク
振動が発生する場合があり乗り心地が悪くなるという問
題点があった。

【００１８】一方、回生負荷が急に減少した場合には、
素早くトルク指令を絞り直流架線電圧の上昇を抑制する
必要があるので制御ゲインを大きく設定したいが、上記
の問題点があるため、あまり大きな設定はできない。従
って、回生負荷が急に減少した場合、フィルタコンデン
サ電圧が過電圧になり回生失効に至り電気ブレーキを有
効に活用できないという問題点があった。

【００１９】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、ブレーキ動作時に直流架線電
圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに
安定に制御し、しかも回生負荷の変動に対して応答よく
トルク指令値を制御してフィルタコンデンサ電圧の過電
圧をなくすことで回生ブレーキを有効に活用できる直流
電気車の制御装置を得ることを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る直
流電気車の制御装置は、直流リアクトルとフィルタコン
デンサを含み、整流出力を平滑して直流電力を出力する
フィルタ回路と、上記直流電力を入力し、トルク指令に
応じたトルクが電動機に発生するように電力変換する電
力変換器と、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基
準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例
積分補償してトルク絞り込み量を演算するトルク絞り込
み量演算手段と、第一のトルク指令値と基準回転速度検
出値と上記フィルタコンデンサ電圧の基準値に基づいて
予測回生電流を演算する予測回生電流演算手段と、上記
フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を発生
するヒステリシスコンパレータと、実際の回生電流と上
記予測回生電流から求まるフィルタコンデンサ電流と上
記フィルタコンデンサ電圧基準値と上記基準回転速度検
出値と上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報と
に基づいてトルク指令減少量を演算するトルク指令減少
量演算手段と、上記トルク絞り込み量演算手段からのト
ルク絞り込み量に制限をかけるリミッタとを備え、上記
第一のトルク指令値から上記リミッタの出力を減算して
第二のトルク指令値を得るものである。

【００２１】請求項２の発明に係る直流電気車の制御装
置は、直流リアクトルとフィルタコンデンサを含み、整
流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ回路と、
上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電
動機に発生するように電力変換する電力変換器と、予め
設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコ
ンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償してトル
ク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段と、
上記フィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ容量
からフィルタコンデンサ電流を演算するフィルタコンデ
ンサ電流演算手段と上記フィルタコンデンサ電圧の偏差
に応じて制御情報を発生するヒステリシスコンパレータ
と、上記フィルタコンデンサ電流と上記フィルタコンデ
ンサ電圧基準値と上記基準回転速度検出値と上記ヒステ
リシスコンパレータからの制御情報とに基づいてトルク
指令減少量を演算するトルク指令減少量演算手段と、上
記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量に
制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指令
値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指令
値を得るものである。

【００２２】請求項３の発明に係る直流電気車の制御装
置は、請求項１または２の発明において、上記トルク絞
り込み量演算手段は積分器を含み、該積分器は上下限値
制限を有し、上記ヒステリシスコンパレータからの制御
情報の値が変化したときに、その出力をリセットされる
ものである。

【００２３】請求項４の発明に係る直流電気車の制御装
置は、請求項１〜３の発明において、調整された第二の
トルク指令値を電動機制御手段を通して上記電力変換器
に出力させるトルク指令出力手段を備えたものである。

【００２４】請求項５の発明に係る直流電気車の制御装
置は、請求項１〜４の発明において、上記トルク指令値
の代わりにトルク電流指令値または電動機電流指令値を
用いたものである。

【００２５】請求項６の発明に係る直流電気車の制御装
置は、請求項１〜５のいずれかの発明において、上記基
準回転速度検出値としてその最大値または平均値を用い
たものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
直流電気車の制御装置を示す構成図である。図中、図７
と同一符号は同一または相当部分を示す。図において、
２０Ａは本実施の形態におけるトルク指令制御回路であ
る。このトルク指令制御回路２０Ａはフィルタコンデン
サ電圧基準値Ｅｆｃ＊、実際のフィルタコンデンサ電圧
Ｅｆｃ、回生電流Ｉｄｃ（これは直流リアクトル３を流
れる電流で、図示しない電流検出器で検出されてトルク
指令制御回路２０Ａに入力される）、基準回転速度検出
値ωｒおよびトルク指令発生回路１８から第一のトルク
指令値Ｔｑ＊を入力し、フィルタコンデンサ電圧の偏差
ΔＥｆｃを比例積分したトルク補正値を用いて補正され
た第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊を電動機制御回路１６に
出力する。

【００２７】なお、トルク指令発生回路１８は上記
（１）式で説明したように、基準回転速度演算回路１５
で演算した各電動機６１〜６４の基準回転速度ω１、ω
２、ω３、ω４中の最大値より求めた基準回転速度検出
値ωｒに基づき電動機６１〜６４のトルク指令値をトル
ク指令制御回路２０Ａに出力する。

【００２８】図２にトルク指令制御回路２０Ａの具体的
な構成を示す。図において、２１は第一の減算器であ
り、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊と実際のフ
ィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの減算を行い、フィルタコ
ンデンサ電圧の偏差ΔＥｆｃを求める。２２は予測回生
電流演算器であり、第一のトルク指令値Ｔｑ＊と基準回
転速度検出値ωｒおよびコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊
によって予測回生電流Ｉｄｃ＊を演算する。２３は第二
の減算器であり、回生電流Ｉｄｃと予測回生電流Ｉｄｃ
＊の減算を行い、フィルタコンデンサ電流Ｉｃを求め
る。

【００２９】２４はヒステリシスコンパレータであり、
フィルタコンデンサ電圧の偏差ΔＥｆｃに応じて、Ｋま
たは０なる出力Ｋoutを制御情報として出力する。２５
はトルク指令減少量演算器であり、フィルタコンデンサ
電流Ｉｃ，基準回転速度検出値ωｒ、フィルタコンデン
サ電圧基準値Ｅｆｃ＊およびヒステリシスコンパレータ
２４の出力Ｋoutを用いて回生負荷の減少量に相当した
トルク指令減少量ΔＴｑを演算する。２６は積分器であ
り、フィルタコンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃを入力し積分
結果を出力する。積分器２６は、出力値の上限下限制限
値を設定でき、また積分出力にヒステリシスコンパレー
タ２４の出力が０からＫ（設定値）に変わったときのト
ルク指令減少量演算器２５の出力ΔＴｑを初期値として
設定できる機能を有するものである。

【００３０】２７は比例演算器であり、フィルタコンデ
ンサ電圧偏差ΔＥｆｃをゲイン倍した値を出力する。２
８は加算器であり、積分器２６の出力と比例演算器２７
の出力を加算する。２９はリミッタであり、加算器２８
の出力を入力し、その値が負値の場合はそのまま出力
し、正値の場合はゼロを出力する。３０は第三の減算器
であり、第一のトルク指令値Ｔｑ＊とリミッタ２９の出
力の減算を行い、第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊を出力す
る。

【００３１】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。回生負荷が十分あり、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆ
ｃがフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊より小さい
状態では、第一の減算器２１で演算されるフィルタコン
デンサ電圧偏差ΔＥｆｃは正の値になる。積分器２６お
よび比例演算器２７はそれぞれフィルタコンデンサ電圧
偏差ΔＥｆｃを積分およびゲイン倍して出力し、加算器
２８でそれぞれの出力を加算してリミッタ２９に入力す
るが、リミッタ２９は、入力が負値の場合はそのまま出
力し、正値の場合はゼロを出力する機能を有しているの
で、リミッタ２９の出力はゼロとなる。

【００３２】従って、第三の減算器３０から出力される
第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊は第一のトルク指令値Ｔｑ
＊と同じ値になり、トルク制限は行われない。このと
き、ヒステリシスコンパレータ２４は、入力のΔＥｆｃ
が正であるのでゼロを出力している。ヒステリシスコン
パレータ２４の機能は、つぎの通りである。

【００３３】 ΔＥｆｃ＞ΔＥｃのとき 出力は０ ΔＥｆｃ＜０ のとき 出力はＫ ０≦ΔＥｆｃ≦ΔＥｃのとき ΔＥｆｃが増加中なら 出力はＫ ΔＥｆｃが減少中なら 出力は０ ここで、ΔＥｃはヒステリシス幅である。

【００３４】この状態から、回生負荷が減少するとフィ
ルタコンデンサ電圧Ｅｆｃは増加し始めてフィルタコン
デンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊を越える。このときブレーキ
指令に基づく第一のトルク指令値Ｔｑ＊で基準回転速度
検出値ωｒで運転中のとき直流電源に回生される電力Ｐ
ｒはＰｒ＝ωｒ・Ｔｑ＊であるので、これを基にフィル
タコンデンサ電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧基準
値Ｅｆｃ＊のときの予測回生電流Ｉｄｃ＊は、Ｐｒ＝ω
ｒ・Ｔｑ＊＝Ｅｆｃ＊・Ｉｄｃ＊の関係から

【００３５】 Ｉｄｃ＊＝ωｒ・Ｔｑ＊／Ｅｆｃ＊ …（５）

【００３６】となることが分かる。フィルタコンデンサ
電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊か
ら増加しないためには予測回生電流Ｉｄｃ＊が回生電流
Ｉdcに等しくフィルタコンデンサ電流Ｉｃがゼロでなけ
ればならない。すなわち、もし、回生負荷が減少してＩ
ｃ＝Ｉｄｃ＊−Ｉdcが正になるとフィルタコンデンサ４
はフィルタコンデンサ電流Ｉｃで充電され、フィルタコ
ンデンサ電圧Ｅｆｃは増加する。

【００３７】回生負荷が減少してフィルタコンデンサ電
圧Ｅｆｃが増加してフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆ
ｃ＊になったときのフィルタコンデンサ電流Ｉｃがわか
れば、この値が回生負荷の減少量に相当することにな
る。つまり、このフィルタコンデンサ電流Ｉｃに相当し
た回生電力に対応したトルクを求めて第一のトルク指令
値Ｔｑ＊からこのトルク分を絞り込んでインバータを運
転すれば充電電流をゼロにすることができ、フィルタコ
ンデンサ電圧Ｅｆｃを基準値Ｅｆｃ＊に保つことができ
る。

【００３８】このトルクΔＴｑは、 ΔＴｑ＝Ｅｆｃ＊・Ｉｃ／ωｒ …（６）

【００３９】として演算できる。これを実現するため、
予測回生電流演算器２２は第一のトルク指令値Ｔｑ＊、
基準回転速度検出値ωｒとフィルタコンデンサ電圧基準
値Ｅｆｃ＊に基づいて上記（５）式の演算をおこない、
予測回生電流Ｉｄｃ＊を求める。次に第二の減算器２３
で予測回生電流Ｉｄｃ＊と回生電流Ｉdcの減算を行う
と、フィルタコンデンサ電流Ｉｃが求まる。このフィル
タコンデンサ電流Ｉｃがわかると、フィルタコンデンサ
電流Ｉｃとフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊と基
準回転速度検出値ωｒを用いてトルク指令減少量演算器
２５で下記の（７）式の演算を行い、トルク指令減少量
ΔＴｑを得る。

【００４０】 ΔＴｑ＝−１．０・Ｅｆｃ＊・Ｉｃ・Ｋout／ωｒ …（７）

【００４１】ここで、Ｋoutはヒステリシスコンパレー
タ２４の出力であり、１．０が基準であるが検出誤差な
どを調整するため変数としている。また、−１．０はブ
レーキ時のトルク指令との符号の整合性をとるためのも
のである。トルク指令減少量ΔＴｑは、このようにして
求めることができ、第一のトルク指令値Ｔｑ＊をこれだ
け絞り込んでインバータを運転すると理想的にはコンデ
ンサ電流Ｉｃをゼロにできるが、実際にはほぼゼロにで
きるだけである。

【００４２】また、回生負荷がこの値から増加した場合
は絞り込み量は減らさなければならない。これらのこと
を考慮するとトルク指令減少量ΔＴｑは、フィルタコン
デンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊にフィルタコンデンサ電圧Ｅ
ｆｃを保つように調整される必要がある。これは、フィ
ルタコンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃの比例積分補償を積分
器２６、比例演算器２７で実施しトルク指令値の絞り込
み量を調整するようにすることで実現できる。このとき
積分器２６の出力の初期値に上記のΔＴｑを設定すれば
よい。なお、積分器２６は上限値、下限値を設定できる
機能を有し、積分器２６の出力範囲を制限する。

【００４３】また、トルク指令減少量ΔＴｑの初期設定
は、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊とフィルタ
コンデンサ電圧Ｅｆｃの偏差ΔＥｆｃをヒステリシスコ
ンパレータ２４に入力し、ヒステリシスコンパレータ２
４の出力がゼロからＫに変化したタイミングで、トルク
指令減少量演算器２５で演算されたトルク指令減少量Δ
Ｔｑを設定する。

【００４４】このように、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆ
ｃが、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊を越える
と、そのときのトルク指令減少量ΔＴｑが積分器２６の
初期値に設定され、加算器２８で比例演算器２７の出力
と加算されたトルク指令絞り込み量がリミッタ２９に入
力される。この絞り込み量は負の値であり、リミッタ２
９からはそのまま入力されたトルク絞り込み量が出力さ
れ、第三の減算器３０で第一のトルク指令値Ｔｑ＊との
減算結果としてその出力側に第二のトルク指令値Ｔｑ＊
＊が得られる。この第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊でイン
バータを駆動すればそのときの回生負荷に応じた運転状
態に保つことができる。

【００４５】このように、本実施の形態では、回生負荷
が減少するとその減少量に合致したトルク指令値の減少
量を演算し、トルク指令値からトルク指令値減少量を減
算すると共に、フィルタコンデンサ電圧基準値とフィル
タコンデンサ電圧の偏差を比例積分補償するようにした
ので、ブレーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィ
ルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に制御し、しか
も回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値を制御
してフィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくすことで回
生ブレーキを有効に活用できる。つまり、回生負荷が急
激に減少しても高速にトルク指令を絞り込み回生負荷に
応じ、安定した回生運転が実現できる。

【００４６】実施の形態２．本実施の形態は、実施の形
態１で説明したコンデンサ電流Ｉｃは次のようにして求
める場合である。フィルタコンデンサ電流Ｉｃは、フィ
ルタコンデンサ電圧Ｅｆｃとフィルタコンデンサ容量Ｃ
がわかれば下記の（８）式の関係を用いて求めることが
できる。

【００４７】 Ｉｃ＝Ｃ・ｄＥｆｃ／ｄｔ …（８）

【００４８】図３は、このようにしてフィルタコンデン
サ電流Ｉｃを求める場合のトルク指令制御回路２０Ｂの
構成を示したものである。図において、３１はフィルタ
コンデンサ電流演算器であり、フィルタコンデンサ電圧
Ｅｆｃとフィルタコンデンサ容量Ｃを用いて上記（８）
式の演算を行いフィルタコンデンサ電流Ｉｃを求める。
これ以外の構成および機能は、上記実施の形態１と同様
である。

【００４９】本実施の形態では、回生電流Ｉdcの検出が
不要になるという利点がある。また、本実施の形態でも
上記実施の形態１と同様に回生負荷が減少するとその減
少量に合致したトルク指令値の減少量を演算し、トルク
指令値からトルク指令値減少量を減算すると共に、フィ
ルタコンデンサ電圧基準値とフィルタコンデンサ電圧の
偏差を比例積分補償するようにしたので、ブレーキ動作
時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧
を振動させずに安定に制御し、しかも回生負荷の変動に
対して応答よくトルク指令値を制御してフィルタコンデ
ンサ電圧の過電圧をなくすことで回生ブレーキを有効に
活用できる。つまり、回生負荷が急激に減少しても高速
にトルク指令を絞り込み回生負荷に応じ、安定した回生
運転が実現できる。

【００５０】実施の形態３．上記実施の形態１、２は、
電力変換装置５で４個の電動機６１〜６４を駆動するシ
ステムに適用した場合の説明であったが、図４に示すよ
うに電力変換装置５で２個の電動機６１、６２を駆動す
るシステムにも同様に適用できる。この場合、基準回転
速度検出値ωｒは下記の（９）式で求まる。

【００５１】 ωｒ＝ＭＡＸ（ω１、ω２） ・・・（９）

【００５２】本実施の形態の場合も、上記実施の形態
１、２と同様の効果を得ることができる。

【００５３】実施の形態４．上記実施の形態１、２は、
電力変換装置５で４個の電動機６１〜６４を駆動するシ
ステムに適用した場合の説明であったが、図５に示すよ
うに電力変換装置５で１個の電動機６１を駆動するシス
テムにも同様に適用できる。この場合、基準回転速度検
出値ωｒは下記の（１０）式で求まる。

【００５４】 ωｒ＝ω１ ・・・（１０）

【００５５】本実施の形態の場合も、上記実施の形態
１、２と同様の効果を得ることができる。

【００５６】実施の形態５．上記各実施の形態では、ト
ルク指令制御回路で第一のトルク指令値Ｔｑ＊を入力し
フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの動きに合わせて制御さ
れた第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊を出力するものとした
が、電動機の制御によってはトルク指令値の代わりにト
ルク電流指令値や電動機電流指令値を用いてもよい。こ
れらの場合にも、トルクをトルク電流または電動機電流
と置き換えることで同様の構成で実現でき、同様の効果
が得られる。

【００５７】実施の形態６．上記各実施の形態では、基
準回転速度検出値ωｒは複数の電動機を駆動する場合に
はそれらの回転数の内の最大値としているが、最大値の
代わりに平均値を用いる場合にも同様に適用可能であ
り、同様の効果が得られる。なお、この発明のトルク指
令制御回路は、マイクロコンピュータやデジタルシグナ
ルプロセッサなどで実現されることを前提としているた
め、制御演算は所定の制御周期で実施されるいわゆるサ
ンプル値制御になる。

【００５８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、直流リアクト
ルとフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直
流電力を出力するフィルタ回路と、上記直流電力を入力
し、トルク指令に応じたトルクが電動機に発生するよう
に電力変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコ
ンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際
値との偏差を比例積分補償してトルク絞り込み量を演算
するトルク絞り込み量演算手段と、第一のトルク指令値
と基準回転速度検出値と上記フィルタコンデンサ電圧の
基準値に基づいて予測回生電流を演算する予測回生電流
演算手段と、上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じ
て制御情報を発生するヒステリシスコンパレータと、実
際の回生電流と上記予測回生電流から求まるフィルタコ
ンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と上
記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレータ
からの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算す
るトルク指令減少量演算手段と、上記トルク絞り込み量
演算手段からのトルク絞り込み量に制限をかけるリミッ
タとを備え、上記第一のトルク指令値から上記リミッタ
の出力を減算して第二のトルク指令値を得るので、ブレ
ーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデ
ンサ電圧を振動させずに安定に制御し、しかも回生負荷
の変動に対して応答よくトルク指令値を制御してフィル
タコンデンサ電圧の過電圧をなくすことで回生ブレーキ
を有効に活用できるという効果がある。

【００５９】請求項２の発明によれば、直流リアクトル
とフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直流
電力を出力するフィルタ回路と、上記直流電力を入力
し、トルク指令に応じたトルクが電動機に発生するよう
に電力変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコ
ンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際
値との偏差を比例積分補償してトルク絞り込み量を演算
するトルク絞り込み量演算手段と、上記フィルタコンデ
ンサ電圧とフィルタコンデンサ容量からフィルタコンデ
ンサ電流を演算するフィルタコンデンサ電流演算手段と
上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を
発生するヒステリシスコンパレータと、上記フィルタコ
ンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と上
記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレータ
からの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算す
るトルク指令減少量演算手段と、上記トルク絞り込み量
演算手段からのトルク絞り込み量に制限をかけるリミッ
タとを備え、上記第一のトルク指令値から上記リミッタ
の出力を減算して第二のトルク指令値を得るので、ブレ
ーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデ
ンサ電圧を振動させずに安定に制御し、しかも回生負荷
の変動に対して応答よくトルク指令値を制御してフィル
タコンデンサ電圧の過電圧をなくすことで回生ブレーキ
を有効に活用でき、更に回生電流の検出が不要になると
いう効果がある。

【００６０】請求項３の発明によれば、上記トルク絞り
込み量演算手段は積分器を含み、該積分器は上下限値制
限を有し、上記ヒステリシスコンパレータからの制御情
報の値が変化したときに、その出力をリセットされるの
で、トルク絞り込み量を確実に得ることが出来るという
効果がある。

【００６１】請求項４の発明によれば、調整された第二
のトルク指令値を電動機制御手段を通して上記電力変換
器に出力させるトルク指令出力手段を備えたので、安定
した制御と、回生ブレーキの有効な活用化に寄与できる
という効果がある。

【００６２】請求項５の発明によれば、上記トルク指令
値の代わりにトルク電流指令値または電動機電流指令値
を用いたので、装置の汎用化に寄与できるという効果あ
る。

【００６３】請求項６の発明によれば、上記基準回転速
度検出値としてその最大値または平均値を用いたので、
トルク指令減少量を効率よく算出できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【図２】 この発明の実施の形態１におけるトルク指令
制御回路を示す構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態２におけるトルク指令
制御回路を示す構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態３を示す構成図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態４を示す構成図であ
る。

【図６】 従来の直流電気車の制御装置を示す構成図で
ある。

【図７】 図６におけるフィルタコンデンサ電圧と電動
機トルクの関係を説明するための図である。

【図８】 図６で用いられるトルク制限値演算回路の一
例を示す構成図である。

【符号の説明】

３ 直流リアクトル、４ フィルタコンデンサ、５ 電
力変換器、１６ 電動機制御回路、１８ トルク指令発
生回路、２０Ａ、２０Ｂ トルク指令制御回路、２１
第一の減算器、２２ 予測回生電流演算器、２３ 第二
の減算器、２４ヒステリシスコンパレータ、２５ トル
ク指令減少量演算器、２６ 積分器、２７ 比例演算
器、２８ 加算器、２９ リミッタ、３０ 第三の減算
器、３１フィルタコンデンサ電流演算器、６１〜６４
電動機。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流リアクトルとフィルタコンデンサを
   含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ
   回路と、 上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電
   動機に発生するように電力変換する電力変換器と、 予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィル
   タコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償して
   トルク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段
   と、 第一のトルク指令値と基準回転速度検出値と上記フィル
   タコンデンサ電圧の基準値に基づいて予測回生電流を演
   算する予測回生電流演算手段と、 上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を
   発生するヒステリシスコンパレータと、 実際の回生電流と上記予測回生電流から求まるフィルタ
   コンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と
   上記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレー
   タからの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算
   するトルク指令減少量演算手段と、 上記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量
   に制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指
   令値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指
   令値を得るようにしたことを特徴とする直流電気車の制
   御装置。
2. 【請求項２】 直流リアクトルとフィルタコンデンサを
   含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ
   回路と、 上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電
   動機に発生するように電力変換する電力変換器と、 予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィル
   タコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償して
   トルク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段
   と、 上記フィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ容量
   からフィルタコンデンサ電流を演算するフィルタコンデ
   ンサ電流演算手段と上記フィルタコンデンサ電圧の偏差
   に応じて制御情報を発生するヒステリシスコンパレータ
   と、 上記フィルタコンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ
   電圧基準値と上記基準回転速度検出値と上記ヒステリシ
   スコンパレータからの制御情報とに基づいてトルク指令
   減少量を演算するトルク指令減少量演算手段と、 上記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量
   に制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指
   令値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指
   令値を得るようにしたことを特徴とする直流電気車の制
   御装置。
3. 【請求項３】 上記トルク絞り込み量演算手段は積分器
   を含み、該積分器は上下限値制限を有し、上記ヒステリ
   シスコンパレータからの制御情報の値が変化したとき
   に、その出力をリセットされることを特徴ことを特徴と
   する請求項１または２記載の直流電気車の制御装置。
4. 【請求項４】 調整された第二のトルク指令値を電動機
   制御手段を通して上記電力変換器に出力させるトルク指
   令出力手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれかに記載の直流電気車の制御装置。
5. 【請求項５】 上記トルク指令値の代わりにトルク電流
   指令値または電動機電流指令値を用いたことを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれかに記載の直流電気車の制御装
   置。
6. 【請求項６】 上記基準回転速度検出値としてその最大
   値または平均値を用いたことを特徴とする請求項１〜５
   のいずれかに記載の直流電気車の制御装置。