JP2002095111A - 電気車の制御装置 - Google Patents

電気車の制御装置

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JP2002095111A
JP2002095111A JP2000280826A JP2000280826A JP2002095111A JP 2002095111 A JP2002095111 A JP 2002095111A JP 2000280826 A JP2000280826 A JP 2000280826A JP 2000280826 A JP2000280826 A JP 2000280826A JP 2002095111 A JP2002095111 A JP 2002095111A
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JP
Japan
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acceleration
motor
electric vehicle
inverter
motor current
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JP2000280826A
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English (en)
Inventor
Tomohito Noda
智史 野田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

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  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】車両が急に勾配に差掛かったとき等の加速度の
急変時でも加速度を一定に制御することにある。 【解決手段】架線からパンタグラフを介して供給される
直流をインバータにより交流に変換して得られる電流を
車上1次のリニア誘導電動機に与え、このリニア誘導電
動機より発生する推進力により車輪を回転させて走行す
る電気車において、車両に設けられた速度センサの回転
数を微分して得られる加速度と基準加速度との偏差に基
いて目的とする加速度になるようなモータ電流を求める
演算手段と、前記インバータの主回路素子の許容温度か
ら制限されるモータ電流の制限値を考慮して複数の異な
るパワー制限値が設定された電気車のパワー制限手段
と、前記演算手段により求められたモータ電流と前記パ
ワー制限手段のパワー制限値とによって決定されるモー
タ電流指令値にて前記インバータを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車上一次方式のリ
ニアモータで駆動する電気車の制御装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、電気車の制御装置としては、回転
型誘導電動のようにモータ電流を一定に制御する電流フ
ィードバック回路を有するものと、軌道に対して車両側
に推進力を発生させる車上一次方式のリニアモータのよ
うに電流フィードバック回路を持たないものがある。
【0003】図1は車上一次方式のリニアモータで駆動
する電気車の主回路構成を示すものである。図1におい
て、パンタグラフPTを通して給電される直流を高速度
遮断器HB、フィルタリアクトルFL及び単位スイッチ
L1,L2を直列に介してVVVFインバータINVに
入力し、このVVVFインバータINVで直流を交流に
変換してリニアモータLIM1,LIM2に電流を供給
し、軌道に対して車両側に推進力を発生させることで電
気車を駆動している。
【0004】上記単位スイッチL2には、充電抵抗器C
HRが並列に設けられている。また、一つの軸には速度
センサTGが取付けられている。さらに、VVVFイン
バータINVの他方の入力端は接地スイッチGSを介し
て接地されている。
【0005】また、CONTは速度センサTGで検出さ
れた車軸の回転数fr、架線電圧及び電流、すべり周波
数等のリニアモータの制御に必要な電気信号を取込んで
VVVFインバータINVの主回路素子を制御する制御
回路である。
【0006】このような構成の電気車において、主回路
動作としては回転形誘導電動機の電気車とは殆ど変わら
ない。しかし、回転形誘導電動機の電気車の場合は、モ
ータ電流を一定にすると、牽引力はほぼ一定となるの
で、限流値を一定にして起動から速度を上げて行けばよ
いが、リニアモータの場合にはモータ電流を一定にして
もリニアモータの端効果のため、一定牽引力とはならな
い。
【0007】従って、一定牽引力とするには、速度と共
にモータ電流を増加させて行く必要がある。
【0008】この様子を図4に回転形誘導電動機とリニ
アモータの速度−モータ電流特性を比較して示す。図4
において、RIMは回転形誘導電動機のモータ電流、L
Mはリニアモータのモータ電流である。なお、vは速
度を示す。
【0009】このときのリニアモータの電流制御を図5
に示す制御系にて説明する。
【0010】図5において、frは車軸の回転数であ
り、この回転数frは微分回路1により微分されて加速
度が求められる。この加速度は比較器2にて加速度基準
(dfr/dt)・raと比較され、その偏差が固定の
制限値を有するリミッタ回路3により制限がかけられ、
さらにゲインKの一次遅れの時定数回路4を通してすべ
り周波数fSAとし、これを加算器5によりすべり周波数
のパターンfSPと加算してその時点のすべり周波数fSB
とする。そして、このすべり周波数fSBは補正回路6に
て補正され、モータ電流指令値IM *を出力する。これに
より、リニアモータはT0=KΦIM *(KΦはモータの
磁束)のトルクを発生し、このトルクT0により車軸の
回転数frが変化する。
【0011】ここで、T0を車輪の半径で割算すること
で牽引力(踏面トルク)となる。
【0012】このような制御系において、リニアモータ
の回転数frは加速度の基準値に一致するように、すべ
り周波数→モータ電流→牽引力→frというループによ
りフィードバックをかけている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような制
御系においては、電気車の加速度と加速度基準値との偏
差に対して固定の制限値を有するリミッタ回路により制
限がかけらるため、車両が急に勾配等に差し掛かり、加
速度と基準値との偏差が大きくなってもこの偏差がリミ
ッタ回路の制限値に固定されてしまう。従って、モータ
電流指令値SM *が大きく変化できないため、加速度を一
定に制御することができないという問題があった。
【0014】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、車両が急に勾配に差し掛かったとき等の加速
度の急変時でも加速度を一定に制御することができる電
気車の制御装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により電気車の制御装置を
構成する。
【0016】請求項1に対応する発明は、架線からパン
タグラフを介して供給される直流をインバータにより交
流に変換して得られる電流を車上1次のリニア誘導電動
機に与え、このリニア誘導電動機より発生する推進力に
より車輪を回転させて走行する電気車において、車両に
設けられた速度センサの回転数を微分して得られる加速
度と基準加速度との偏差に基いて目的とする加速度にな
るようなモータ電流を求める演算手段と、前記インバー
タの主回路素子の許容温度から制限されるモータ電流の
制限値を考慮して複数の異なるパワー制限値が設定され
た電気車のパワー制限手段とを備え、前記演算手段によ
り求められたモータ電流と前記パワー制限手段のパワー
制限値とによって決定されるモータ電流指令値にて前記
インバータを制御する。
【0017】請求項2に対応する発明は、架線からパン
タグラフを介して供給される直流をインバータにより交
流に変換して得られる電流を回転型誘導電動機に与え、
この回転型誘導電動機より車輪を駆動させて走行する電
気車において、前記電気車の車両に取付けられた遊輪の
回転数を検出する速度センサと、この速度センサで検出
された回転数を微分して得られる加速度と基準加速度と
の偏差に基いて目的とする加速度になるようなモータ電
流を求める演算手段と、前記インバータの主回路素子の
許容温度から制限されるモータ電流の制限値を考慮して
複数の異なるパワー制限値が設定された電気車のパワー
制限手段とを備え、前記演算手段により求められたモー
タ電流と前記パワー制限手段のパワー制限値とによって
決定されるモータ電流指令値にて前記インバータを制御
する。
【0018】請求項3に対応する発明は、請求項1又は
請求項2記載の電気車の制御装置において、演算手段は
比例ゲインに加えて加速度の偏差を小さくする積分ゲイ
ンを有する。
【0019】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
【0020】図1は本発明が適用される電気車の主回路
を示すもので、その構成は従来例で説明したのと同様な
ので、ここではその説明を省略する。
【0021】図2は本発明による電気車の制御装置の構
成例を示すブロック図である。
【0022】図2において、frは図1の速度センサに
より検出された一つの車軸の回転数であり、この回転数
frは微分回路21により微分されて加速度が求められ
る。この加速度は比較器22により加速度基準値(df
r/dt)・raと比較され、その偏差がゲイン(K
p)を有する比例回路23と積分ゲイン(Ki)を有す
る積分回路24をそれぞれ通して加算器25により加算
し、これを一次遅れの時定数回路26を通してすべり周
波数fSAを求める。
【0023】このすべり周波数fSAは加算器27にてす
べり周波数パターンfSPと加算することで補正されたす
べり周波数fSBを得て補正回路28に与える。この補正
回路28では、補正されたすべり周波数fSBに応じてモ
ータ電流指令値IM *を発生し、これをパワー制限回路2
9に与える。
【0024】ここで、微分回路21、比較器22、比例
回路23、積分回路24、1次遅れの時定数回路26及
び加算器27は演算手段により構成される。
【0025】上記パワー制限回路29は詳細を後述する
が、インバータの主回路素子の温度許容値から制限され
るモータ電流の制限値を考慮して電気車のパワー制限を
行うものである。
【0026】このパワー制限回路29で決定されたモー
タ電流指令値IM1 *に基いてモータ電流を供給すること
によりモータにトルクT0が発生し、車軸の回転数が変
化する。
【0027】ここで、パワー制限回路29の詳細を図3
により説明する。
【0028】このパワー制限回路29は、図3に示すよ
うに基準加速度と現在の車両の加速度との偏差によって
決定されるモータ電流指令値IM *と架線電圧Esが入力
され、このモータ電流指令値IM *と架線電圧Esを定格
架線電圧ESRの比で表される定数k1に基いて決定され
るモータ電流指令値IM *を出力する。
【0029】即ち、Es/ESR=k1が1より大きいか
小さいかによってリミッタ値を変える。k1>1ではリ
ミッタ値を下げ、k1<1ではリミッタ値を大きくし、
インバータ1次側の電力を一定とするように制御する。
【0030】但し、インバータの素子に流す電流が素子
の許容温度を超えないようなリミッタの設定を行う。実
際には架線電圧の線区での走行の場合に架線電圧に応じ
たリミッタの制限が必要であるが、通常の線区ではk1
=1のみとし、その設定値も素子の許容温度から決まる
値となる。
【0031】このような制御系とすることにより、リミ
ッタの値を大きくでき、且つKpの比例ゲインとKiの
積分ゲインによりすべり周波数fSAを高速に且つ精度よ
く計算できる。従って、少しの勾配の変化に対しても短
時間であれば、大きな電流を流すことができるので、回
転型誘導電動機の低トルク領域に相当する速度領域で、
車両の加速度を一定にすることができる。また、すべり
周波数fSAに対してもKpの比例ゲインとKiの積分ゲ
インによりある不感帯を持たせることができるので、制
御系に発生するハンチングを防止することができる。
【0032】上記実施の形態では、リニアモータを制御
する制御系の場合について述べたが、通常の回転型誘導
電動機の電気車の場合にも前述同様の機能を持たせるこ
とで、同様の効果を得ることができる。
【0033】この場合、回転型誘導電動機の電気車に遊
輪を取付け、この遊輪の車軸に速度センサを取付ける必
要がある。これは車輪に空転や滑走が生じると、正確な
速度信号が得られないためである。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、車両
が急に勾配に差し掛かったとき等の加速度の急変時でも
加速度を一定に制御することができる電気車の制御装置
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来及び本発明の説明に共通な車上一次方式の
リニアモータで駆動する電気車の主回路構成図。
【図2】本発明による電気車の制御装置の実施の形態を
示す制御系のブロック図。
【図3】同実施の形態におけるパワー制限回路の詳細説
明図。
【図4】回転形誘導電動機とリニアモータの速度−モー
タ電流特性を比較して示す図。
【図5】従来のリニアモータの電流制御系を示すブロッ
ク図。
【符号の説明】
21…微分回路 22…比較器 23…比例回路 24…積分回路 25…加算器 26…一次遅れの時定数回路 27…加算器 28…補正回路 29…パワー制限回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H113 CC03 CC07 GG08 GG13 GG30 HH03 HH13 HH14 HH15 HH18 JJ03 JJ05 JJ07 5H115 PA01 PC02 PG01 PI03 PI29 PU09 PV09 QE08 QE10 QI04 QN04 QN22 QN23 QN24 QN27 RB24 TB04 TO02 TO13 TR16 TU04 5H540 AA02 BA02 BB08 EE04 EE09 EE14 EE15 EE16 EE19 FB01 FC03 FC10 GG03 GG05 GG06 5H576 BB10 CC01 DD02 DD04 EE03 FF02 FF04 GG02 GG10 HB01 JJ05 JJ23 JJ24 JJ25 JJ26 JJ28 LL03 LL24 LL38 MM04 MM06 MM14

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 架線からパンタグラフを介して供給され
    る直流をインバータにより交流に変換して得られる電流
    を車上1次のリニア誘導電動機に与え、このリニア誘導
    電動機より発生する推進力により車輪を回転させて走行
    する電気車において、 車両に設けられた速度センサの回転数を微分して得られ
    る加速度と基準加速度との偏差に基いて目的とする加速
    度になるようなモータ電流を求める演算手段と、前記イ
    ンバータの主回路素子の許容温度から制限されるモータ
    電流の制限値を考慮して複数の異なるパワー制限値が設
    定された電気車のパワー制限手段とを備え、 前記演算手段により求められたモータ電流と前記パワー
    制限手段のパワー制限値とによって決定されるモータ電
    流指令値にて前記インバータを制御することを特徴とす
    る電気車の制御装置。
  2. 【請求項2】 架線からパンタグラフを介して供給され
    る直流をインバータにより交流に変換して得られる電流
    を回転型誘導電動機に与え、この回転型誘導電動機より
    車輪を駆動させて走行する電気車において、 前記電気車の車両に取付けられた遊輪の回転数を検出す
    る速度センサと、この速度センサで検出された回転数を
    微分して得られる加速度と基準加速度との偏差に基いて
    目的とする加速度になるようなモータ電流を求める演算
    手段と、前記インバータの主回路素子の許容温度から制
    限されるモータ電流の制限値を考慮して複数の異なるパ
    ワー制限値が設定された電気車のパワー制限手段とを備
    え、 前記演算手段により求められたモータ電流と前記パワー
    制限手段のパワー制限値とによって決定されるモータ電
    流指令値にて前記インバータを制御することを特徴とす
    る電気車の制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の電気車の制
    御装置において、演算手段は比例ゲインに加えて加速度
    の偏差を小さくする積分ゲインを有することを特徴とす
    る電気車の制御装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012205495A (ja) * 2011-03-23 2012-10-22 General Electric Co <Ge> 補助駆動部から推進エネルギーを供給するためのシステムおよびその製造方法
JP2012255353A (ja) * 2011-06-08 2012-12-27 Nidec Tosok Corp オイルポンプの制御装置
EP3346604A1 (de) * 2017-01-06 2018-07-11 Grzegorz Skarpetowski Verfahren zum betrieb einer elektrischen asynchronmaschine
CN113992107A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 歌尔股份有限公司 马达控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质

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