JP2002095299A - 電車の駆動制御装置 - Google Patents

電車の駆動制御装置

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JP2002095299A
JP2002095299A JP2000273478A JP2000273478A JP2002095299A JP 2002095299 A JP2002095299 A JP 2002095299A JP 2000273478 A JP2000273478 A JP 2000273478A JP 2000273478 A JP2000273478 A JP 2000273478A JP 2002095299 A JP2002095299 A JP 2002095299A
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JP2000273478A
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Kazuaki Yuki
和明 結城
Akihiko Ujiie
昭彦 氏家
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Toshiba Corp
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  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力側の負荷が軽負荷となった場合でも、簡
易な構成でより大きな電気的制動トルクを得る。 【解決手段】 電圧検出器１４でフィルタコンデンサ２
の電圧を検出することにより架線１の負荷状態を検出す
る。モード選択器２３により、回生動作中の負荷が軽負
荷と判断された場合に、電流比率指令値出力部２０は、
インダクションモータ４の励磁電流の大きさに対するト
ルク電流の大きさの比率を示す比率指令値を切り替え
る。この比率指令値に基づいて、励磁電流トルク電流指
令値演算部１９では、励磁電流指令値ＩｄＲｅｆとトル
ク電流指令値ＩｑＲｅｆとを出力する。ベクトル制御部
１８では、実際の励磁電流とトルク電流とが、それぞれ
励磁電流指令値とトルク電流指令値とに一致するように
調整し、インダクションモータ４の２次抵抗での損失が
増大するようにＶＶＶＦインバータ３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、インダクションモ
ータ（ＩＭ）を駆動源とし、インダクションモータをイ
ンバータにより制御する電車の駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、ブレーキ中の電車は、車両の慣性
エネルギーを電気エネルギーに変換し、これを架線すな
わち電源側に回生している。この場合、電源側に回生能
力があるか、電源側に回生負荷となる加速中の他の電車
がいることが不可欠である。
【０００３】ここで、加速中の電車での消費するパワー
よりも回生中の電車の回生パワーの方が大きい場合に
は、架線電圧やインバータの前段に設けたフィルタコン
デンサの電圧が増加し、過電圧により保護機能が作動す
る場合がある。この場合、トルクが急峻に変化するた
め、ジャークが生じ、乗り心地が劣化する。また、再起
動までに平均減速度が低下する可能性もある。この問題
を改善する方式としては、回生パワーを絞り込み、電気
ブレーキによる制動力を低下させることが通例である。
【０００４】図１０は、従来の電車の駆動制御装置の構
成を示すブロック図であり、直流電車における構成例を
示している。パンタグラフ１７は、架線１から直流電力
を集電する。パンタグラフ１７には、入力フィルタ回路
として、フィルタリアクトル１２とフィルタコンデンサ
２が接続される。フィルタコンデンサ２には、３相のＶ
ＶＶＦインバータ３が接続される。ＶＶＶＦインバータ
３には、電流検出器１５を介してインダクションモータ
４が接続される。また、ＶＶＶＦインバータ３には車輪
１３が接続される。以上により主回路が構成される。
【０００５】ＶＶＶＦインバータ３の制御部として、ベ
クトル制御部１８がある。ベクトル制御部１８には、ト
ルク電流指令ＩｑＲｅｆと励磁電流指令ＩｄＲｅｆ、お
よび電流検出器１５により検出されたＵ相電流ＩｕとＷ
相電流Ｉｗが入力され、このＵ相電流ＩｕとＷ相電流Ｉ
ｗから生成したトルク電流Ｉｑと励磁電流Ｉｄがそれぞ
れトルク電流指令値、励磁電流指令値と一致するよう
に、ＶＶＶＦインバータ３を制御する。
【０００６】また、フィルタコンデンサ２の電圧を検出
する電圧検出器１４が備えられており、このフィルタコ
ンデンサ２の電圧Ｖｄは、ＶＶＶＦインバータ３の入力
側負荷の状態に相応して変化する。検出されたフィルタ
コンデンサ電圧Ｖｄｃは、軽負荷回生制御部３９に入力
される。
【０００７】軽負荷回生制御部３９では、回生動作中
に、軽負荷回生制御部３９、ベクトル制御部１８、ＶＶ
Ｆインバータ３により形成されるループ制御によりフィ
ルタコンデンサ電圧Ｖｄｃが所定値以下となるように、
トルク電流指令ＩｑＲｅｆを補正するトルク電流指令補
正値ＩｑＣｍｐを出力する。加算器４０において、トル
ク電流指令補正値ＩｑＣｍｐとトルク基準電流指令値Ｉ
ｑＲｅｆ＊が加算され、トルク電流指令値ＩｑＲｅｆを
出力する。
【０００８】ＶＶＶＦインバータ３の入力側負荷が軽負
荷であり、ＶＶＶＦインバータ３からの回生パワーが大
きいと、フィルタコンデンサ２の電圧Ｖｄｃが増加する
が、このフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃが所定値以下と
なるように、トルク電流指令ＩｑＲｅｆを補正する。誘
導電動機の出力トルクはトルク電流Ｉｑにほぼ比例する
ため、トルク電流指令値ＩｑＲｅｆを絞り込むことは、
出力トルクを絞り込むことと等価である。
【０００９】すなわち、軽負荷回生制御部３９、ベクト
ル制御部１８は、ＶＶＶＦインバータ３からの回生パワ
ーと、他の加速中の電車の負荷パワーとをバランスさ
せ、フィルタコンデンサ電圧や架線電圧が過電圧になら
ないように制御するものである。
【００１０】しかしながら、電車の減速力を維持するた
め、電気ブレーキ力を補うように、機械ブレーキが作用
する。このため、機械ブレーキの利用率が増加し、保守
点検や交換などが不可欠となる。また、一般に、機械ブ
レーキの応答は電気ブレーキに比較して遅いため、定常
的に電気ブレーキの変化分を補うように機械ブレーキが
作用していても、電気ブレーキが変化した直後はトルク
変化が生じる。これにより、ジャークが発生し、乗り心
地が劣化することがある。
【００１１】図１１は、この点を改善した従来の電車の
駆動制御装置の別の構成を示すブロック図である。図１
０と比較して、軽負荷回生制御部３９に代えてブレーキ
用チョッパ４２と電圧制御部４１とが付加されたもので
ある。その他、図１０と同一物には同一の符号を付し、
ここでは説明を省略する。
【００１２】同図の電車の駆動制御装置では、ブレーキ
中に動作するブレーキチョッパ４２が主回路に付加され
る。ブレーキチョッパ４２は、直列接続されたブレーキ
抵抗４３およびスイッチング素子４４がフィルタコンデ
ンサ２に並列接続され、電圧制御部４１が電圧検出器１
４に接続された構成である。
【００１３】電圧検出器１４により検出されたフィルタ
コンデンサ電圧Ｖｄｃとフィルタコンデンサ電圧の指令
値ＶｄｃＲｅｆとが、電圧制御部４１に入力される。電
圧制御部４１では、検出されたフィルタコンデンサ電圧
Ｖｄｃとフィルタコンデンサ電圧の指令値ＶｄｃＲｅｆ
とが一致するように、ブレーキチョッパ４２の中のスイ
ッチング素子４４を駆動制御する。
【００１４】この場合、ブレーキチョッパ４２でＶＶＶ
Ｆインバータ３の回生エネルギーが消費されるので、ブ
レーキ中に入力側が軽負荷となった場合でも負荷の状態
に依存せず所定の電気ブレーキ力、すなわち電気的制動
トルクを得ることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電車の駆動制御装置にあっては、ブレーキチョッパ
装置が付加されるため、装置全体の大型化、重量増加、
コスト増加、システム信頼性の低下などの問題があっ
た。
【００１６】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、入力側の負荷が軽負荷と
なった場合でも、簡易な構成でより大きな電気的制動ト
ルクを得ることのできる電車の駆動制御装置を提供する
ことにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、架線を介して電力の供給を受けるとともにブレーキ
動作中にはこの架線を介して電力を回生するインバータ
と、このインバータにより駆動されるインダクションモ
ータとを備えた電車の駆動制御装置において、架線側の
負荷状態を検出する検出手段と、回生動作中における架
線側の負荷が軽負荷である場合に、前記インダクション
モータの２次抵抗での損失が増大するように前記インダ
クションモータの励磁電流の大きさに対するトルク電流
の大きさの比率を調整する電流比率調整手段と、を有す
ることを特徴とする。
【００１８】本発明にあっては、インバータの架線側
（入力側）の負荷状態を検出し、回生動作中における負
荷が軽負荷である場合に、インダクションモータの励磁
電流の大きさに対するトルク電流の大きさの比率を調整
してインダクションモータの２次抵抗での損失を増大さ
せるようにしたことで、通常の回生ブレーキ時と比較し
てより大きなパワーが２次抵抗で消費されるようにな
り、インバータから架線へと回生されるパワーを低減す
ることができ、従来の回生方式よりも簡易な構成で大き
な電気的制動トルクを得ることができる。
【００１９】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
電車の駆動制御装置において、前記電流比率調整手段
は、励磁電流指令値の大きさに対するトルク電流指令値
の大きさの比率を調整する調整手段と、前記インダクシ
ョンモータの励磁電流とトルク電流とが、それぞれこの
励磁電流指令値とトルク電流指令値とに一致するように
制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００２０】本発明にあっては、既存のいわゆるベクト
ル制御を利用した構成としたことで、既存のアルゴリズ
ムに容易に組み込むことが可能である。開発期間の短縮
が図れ、開発コストを低減できるとともに、ソフト的バ
グの潜伏率を抑えることが可能で、システム信頼性の劣
化を抑制できる。また、既存電車の駆動制御装置への組
み込みが容易になる。
【００２１】請求項３記載の本発明は、請求項１又は２
記載の電車の駆動制御装置において、前記電流比率調整
手段は、架線側の負荷状態に応じてすべり基準周波数を
調整するすべり基準周波数調整手段と、前記インダクシ
ョンモータのローター回転速度を検出する速度検出手段
と、この検出されたローター回転速度を角周波数に変換
する変換手段と、前記すべり基準周波数調整手段により
調整されたすべり基準周波数と前記変換手段により求め
られた角周波数とを加算してインバータの出力周波数を
求める出力周波数演算手段と、このインバータ出力周波
数を用いて前記インダクションモータの電流実行値が電
流実行値指令値に一致するように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。
【００２２】本発明にあっては、架線側の負荷状態に応
じてすべり基準周波数を調整し、このすべり基準周波数
とローターの角周波数とを加算することによりインバー
タの出力周波数を求め、このインバータの出力周波数を
用いてインダクションモータの電流実行値が電流実行値
指令値に一致するように制御するようにしたことで、ベ
クトル制御など高度で複雑な処理演算を行う必要がない
ので、高度な演算は行わない安価な演算プロセッサにて
実現することができる。
【００２３】請求項４記載の本発明は、請求項１又は２
記載の電車の駆動制御装置において、前記電流比率調整
手段は、前記インダクションモータの励磁電流とトルク
電流とに基づいて誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段
と、この誘起電圧に基づいてインバータの出力周波数を
演算する出力周波数演算手段と、を有し、このインバー
タ出力周波数を用いて調整することを特徴とする。
【００２４】本発明にあっては、インダクションモータ
の励磁電流とトルク電流とから算出した誘起電圧に基づ
いてインバータの出力周波数を求めるようにしたこと
で、ローターの回転速度を検出する速度検出器やこのロ
ーター回転速度を周波数に変換するローター周波数演算
部を用いることなく構成できるので、コスト低減、保守
性の向上を図ることができ、さらに速度検出系に重畳す
るノイズ等の影響による制御系への影響を低減すること
ができる。
【００２５】請求項５記載の本発明は、請求項１乃至４
のいずれかに記載の電車の駆動制御装置において、前記
電流比率調整手段は、回生動作中の前記架線と前記イン
バータとの間の入力電圧の向きが通常時における向きに
向かうように調整することを特徴とする。
【００２６】本発明にあっては、回生動作中の架線とイ
ンバータとの間の入力電圧の向きが通常時の向きに向か
うように調整するようにしたことで、回生動作中の入力
電圧の向きが通常時の向きとなった場合には、電源側の
いかなる負荷状態にもよらず、ある程度の電気制動トル
クを維持しつつ、運転を継続することができる。また、
架線電圧やインバータ前段に設けたフィルタコンデンサ
の電圧を低下させることができるので、過電圧による保
護機能の作動を確実に回避することができる。
【００２７】請求項６記載の本発明は、請求項１乃至５
のいずれかに記載の電車の駆動制御装置において、前記
検出手段は、前記架線の電圧又は前記インバータの前段
に設けられたフィルタコンデンサの電圧の少なくとも一
方を検出するものであって、前記電流比率調整手段は、
架線電圧又はフィルタコンデンサ電圧が所定値以下とな
るように調整する電圧調整手段を有することを特徴とす
る。
【００２８】本発明にあっては、架線電圧又はフィルタ
コンデンサの電圧が所定値以下となるように調整するよ
うにしたことで、インダクションモータの２次抵抗での
損失をインバータの入力側負荷に応じて最小限にとどめ
ることができる。これにより、２次抵抗の熱損失に起因
するモータの温度上昇を抑えることが可能である。この
結果、保護機能の作動を防止し、運転継続性が向上する
ことが期待できる。また、過電圧とならない範囲で、イ
ンバータから回生するパワーを最大に維持でき、エネル
ギーを有効に利用することができる。
【００２９】請求項７記載の本発明は、請求項１乃至６
のいずれかに記載の電車の駆動制御装置において、前記
電流比率調整手段は、前記インダクションモータの出力
トルクの変動を抑えるトルク調整手段を有することを特
徴とする。
【００３０】本発明にあっては、出力トルクの変動を抑
えるようにしたことで、出力トルクが変動することによ
るジャークの発生、乗り心地の劣化を抑制することがで
きる。また、出力トルクの変動を抑えることで、空気ブ
レーキなど他の機械ブレーキ装置の利用率を低減するこ
とができる。これにより、機械ブレーキ装置の故障率が
低下し、保守点検や交換の時期を延長することができ
る。
【００３１】請求項８記載の本発明は、請求項１乃至７
のいずれかに記載の電車の駆動制御装置において、前記
電流比率調整手段は、架線側の負荷が軽負荷であり、イ
ンダクションモーターでの２次抵抗の損失を増大させて
も回生パワーの方が大である場合に、励磁電流とトルク
電流とを合成した電流の大きさを減少させる合成電流調
整手段を有することを特徴とする。
【００３２】本発明にあっては、インバータの入力側の
負荷が軽負荷であり、インダクションモーターでの２次
抵抗の損失を増大させるように励磁電流の大きさに対す
るトルク電流の大きさの比率を調整した場合に、なお回
生パワーの方が大である場合には、さらに励磁電流とト
ルク電流とを合成した電流、すなわち１次電流の大きさ
を減少させるようにしたことで、従来の電車の駆動制御
装置よりも大きな電気制動トルクを維持しつつ、過電圧
によって保護機能が作動することを回避することがで
き、運転継続性を向上させることができる。
【００３３】請求項９記載の本発明は、請求項１乃至８
のいずれかに記載の電車の駆動制御装置において、前記
インダクションモータとして、リニアインダクションモ
ータを備えたことを特徴とする。
【００３４】本発明にあっては、回転型インダクション
モータを用いた場合には、２次抵抗での損失を増大させ
た場合に、モータの温度上昇が起こり、保護機能が作動
することが懸念されるが、リニアインダクションモータ
を用いるようにしたことで、２次回路はリアクションプ
レートであり、走行と同時に励磁位置が推移するので局
所的な温度上昇を防止することができる。これにより、
モータの温度上昇によって保護機能が作動することを防
止し、運転継続性を向上させることができる。
【００３５】請求項１０記載の本発明は、請求項１乃至
９のいずれかに記載の電車の駆動制御装置において、前
記前記検出手段により検出された負荷状態に基づいて電
車がデッドセクションを通過中であるか否かを検知する
検知手段を有し、前記電流比率調整手段は、前記検知手
段によりデッドセクションを通過中であることが検知さ
れた場合に調整を行い、デッドセクションを通過した後
はその調整を直ちに停止することを特徴とする。
【００３６】本発明にあっては、デッドセクション通過
など一時的に無負荷となる場合に、一時的に励磁電流の
大きさに対するトルク電流の大きさの比率を調整するこ
とで、インダクションモータの２次抵抗での損失を増大
させ大きな電気的制動トルクを得ることができる。ま
た、デッドセクションを通過した場合には、直ちにその
調整を停止して通常の動作に戻すようにしたことで、エ
ネルギーの有効利用を図るとともに、インダクションモ
ータの２次抵抗での損失の増加によりモータ温度が上昇
して保護機能が作動することを防止し、運転を継続する
ことができる。
【００３７】請求項１１記載の本発明は、請求項１乃至
１０のいずれかに記載の電車の駆動制御装置において、
前記インダクションモータとして、すべり周波数を大き
くすると２次抵抗値が増加する特性を有するものを備え
たことを特徴とする。
【００３８】本発明にあっては、インダクションモータ
として、すべり周波数を大きくすると２次抵抗値が増加
する特性を有するものを用いるようにしたことで、２次
抵抗での損失を増加させることが可能となり、架線側が
軽負荷の場合でも、より一層大きな電気制動トルクを得
ることができる。
【００３９】なお、このような特性のインダクションモ
ータとしては、表皮効果の大きい深みぞかご形インダク
ションモータや二重かご形インダクションモータ等を用
いることが望ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
【００４１】[第１の実施の形態]図１は、第１実施の形
態における電車の駆動制御装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。同図は、一例として直流電車に適用したと
きの構成を示している。
【００４２】パンタグラフ１７は架線１から直流電力を
集電する。パンタグラフ１７には、入力フィルタ回路と
して、フィルタリアクトル１２とフィルタコンデンサ２
が接続される。フィルタコンデンサ２には、３相のＶＶ
ＶＦインバータ３が接続される。ＶＶＶＦインバータ３
には、インダクションモータ４が接続される。このイン
ダクションモータとしては、表皮効果の大きい深みぞか
ご形インダクションモータや二重かご形インダクション
モータを用いることが望ましい。また、ＶＶＶＦインバ
ータ３には車輪１３が接続される。以上により主回路が
構成されている。
【００４３】ＶＶＶＦインバータ３の制御部として、ベ
クトル制御部１８がある。ベクトル制御は周知の技術で
あり、本実施例ではすべり周波数型ベクトル制御の一例
を示している。
【００４４】本実施の形態にて用いる座標系を図８に示
す。図８には、ＵＶＷ相静止座標系、ａｂ軸静止座標
系、ｄｑ軸回転座標系と出力電圧の関係を示している。
理想的なベクトル制御状態では、ｄ軸と２次磁束とが一
致する。静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ軸までの位相
角がθｄｑであり、静止座表敬ａ軸から出力電圧までの
位相角がθである。
【００４５】ベクトル制御部１８への入力は、励磁電流
指令値ＩｄＲｅｆとトルク電流指令値ＩｑＲｅｆであ
る。インダクションモータ４のＵ相電流ＩｕとＷ相電流
Ｉｗは、電流検出器１５により検出され、励磁電流トル
ク電流演算部８において、次式に基づいて励磁電流Ｉｄ
とトルク電流Ｉｑとに分離演算される。
【００４６】
【数１】 電流制御部５では、励磁電流指令値ＩｄＲｅｆと励磁電
流Ｉｄが一致し、トルク電流指令値ＩｑＲｅｆとトルク
電流Ｉｑが一致するように、ｄｑ軸電圧指令値ＶｄＲｅ
ｆ，ＶｑＲｅｆを出力する。ｄｑ／３相変換部６にて、
ｄｑ軸電圧指令値ＶｄＲｅｆ，ＶｑＲｅｆは、次式に基
づいて３相電圧指令値ＶｕＲｅｆ，ＶｖＲｅｆ，ＶｗＲ
ｅｆへと変換される。
【００４７】
【数２】 ＰＷＭ制御部７では、３相電圧指令値ＶｕＲｅｆ，Ｖｖ
Ｒｅｆ，ＶｗＲｅｆを入力とし、ＶＶＶＦインバータ３
内のスイッチング素子へのゲート指令を生成出力する。
ＰＷＭ制御は周知の技術であるので、ここでは詳細な説
明は省略する。
【００４８】すべり基準周波数演算部９では、励磁電流
指令値ＩｄＲｅｆとトルク電流指令値ＩｑＲｅｆを入力
とし、次式に基づいてすべり基準周波数ωｓ＊を出力す
る。
【００４９】
【数３】 ここに、Ｒ２は２次抵抗、Ｌ２は２次自己インダクタン
スを表す。
【００５０】インダクションモータ４には、ローター回
転速度Ｎを検出する速度検出器１６が備えられる。速度
検出器１６の出力Ｎは、ローター周波数演算部１１にお
いて、電気角周波数に相当するローター角周波数ωＲに
変換出力される。すべり基準周波数ωｓ＊とローター角
周波数ωＲとは、加算器２１にて加算出力され、インバ
ータの出力周波数ω１となる。インバータの出力周波数
ω１は、積分器１０で積分され、回転座標系ｄ軸の静止
座標系のａ軸に対する位相角θｄｑとなる。この位相角
θｄｑは、励磁電流トルク電流演算部８やｄｑ／３相変
換部６にて用いられる。
【００５１】フィルタコンデンサの電圧Ｖｄｃは、電圧
検出器１４により検出される。検出されたフィルタコン
デンサ電圧Ｖｄｃは、電流指令値比率調整部２２へ入力
される。
【００５２】この電流指令値比率調整部２２とベクトル
制御部１８は、請求項１，２，５記載の電流比率調整手
段に相当する。電流指令値比率調整部２２は、請求項２
記載の調整手段に相当し、ベクトル制御部１８は、請求
項２記載の制御手段に相当する。
【００５３】電流指令値比率調整部２２は、モード選択
器２３と電流比率指令値出力部２０と励磁電流トルク電
流指令値演算部１９を有する構成である。モード選択器
２３には、フィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃが入力され、
フィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃが所定値より高い場合
に、ＶＶＶＦインバータ３の入力側負荷、すなわち、電
源側の負荷が軽負荷であると判断し、軽負荷フラグＬＬ
ｍｏｄｅ＝１を設定する。
【００５４】電流比率指令値出力部２０では、軽負荷フ
ラグＬＬｍｏｄｅが０である場合には、励磁電流の大き
さに対するトルク電流の大きさの比率の指令値を表すＫ
ＩｄｑＲｅｆを第１の所定値ＫＩｄｑ１に設定出力す
る。また、軽負荷フラグＬＬｍｏｄｅが１である場合に
は、電流比率の指令値ＫＩｄｑＲｅｆを第２の所定値Ｋ
Ｉｄｑ２に設定して出力する。第２の所定値ＫＩｄｑ２
の設定は、インダクションモータ４の２次抵抗での損失
が増大する方向に設定することが必要である。これに
は、トルク電流Ｉｑの大きさを増加させることが必要で
あり、ＫＩｄｑ２＞ＫＩｄｑ１＞０となることが不可欠
である。
【００５５】特に、ＫＩｄｑ２を十分に大きく設定し、
ＶＶＶＦインバータ３への入力電力が正（正とは、パワ
ーが架線側からＶＶＶＦインバータへ供給される状態で
あると定義する。通常、ＶＶＶＦインバータが回生動作
中には、入力電圧は負である）となるように調整する。
【００５６】ここで、「励磁電流の大きさに対するトル
ク電流の大きさの比率」に関して説明を加える。制御量
の符号に関しては、磁束あるいは励磁電流は常に正、ト
ルクあるいはトルク電流は、前進かつ回生時には負とし
て定義する。「励磁電流の大きさに対するトルク電流の
大きさの比率」とは、各電流の大きさ（絶対値）の比率
として定義するため、前進かつ回生時でも正となる。よ
って、「励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさ
の比率を増加する」という表現は、前進かつ回生中であ
れば、励磁電流が減少する、あるいは、トルク電流が減
少（トルク電流の大きさ（絶対値）は増加）することを
表している。
【００５７】図９は、ｄｑ軸座標系上の１次電流を表す
ものである。前進かつ回生時に、励磁電流の大きさに対
するトルク電流の大きさの比率を増加することは、図９
の１次電流Ｉ１＿１がＩ１＿２に推移することに相当す
る。前進回生であるため、トルク電流は負であるが、励
磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさの比率は、
Ｉ１＿１の状態に比べＩ１＿２の状態の方が増加してい
る。なお、同図においては、Ｉ１＿１とＩ１＿２が同一
円周上にあることとしたが、これに限られるものではな
い。
【００５８】励磁電流トルク電流指令演算ｂ１９では、
励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさの比率の
指令値ＫＩｄｑＲｅｆと、励磁電流とトルク電流とを合
成した１次電流の指令値Ｉｒｅｆを入力として、次式に
基づき励磁電流指令値ＩｄＲｅｆとトルク電流指令値Ｉ
ｑＲｅｆとを算出する。
【００５９】
【数４】 以上の構成により、以下の作用効果を得る。
【００６０】電車が減速する場合、通常は電気ブレーキ
を用いる。この時、ＶＶＶＦインバータ３は回生動作に
より、車両の慣性エネルギーを電気エネルギーに変換
し、架線すなわち電源側にパワーを回生する。この場
合、他の電車（負荷車）が加速中で、パワー授受のバラ
ンスがとれた場合に限り、架線電圧Ｅｓやフィルタコン
デンサ電圧Ｖｄｃは一定値を維持する。負荷車が軽負荷
である場合、回生パワーの方が勝り、架線電圧Ｅｓやフ
ィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃが上昇する。よってフィル
タコンデンサ電圧Ｖｄｃは、ＶＶＶＦインバータ３の入
力側負荷状態に相応する状態量と言える。
【００６１】モード選択器２３において、フィルタコン
デンサ電圧Ｖｄｃが所定値を超過すると、ＶＶＶＦイン
バータ３の入力側負荷が軽負荷であると判断し、軽負荷
フラグＬＬｍｏｄｅが１となる。
【００６２】ＶＶＶＦインバータ３の入力側負荷が軽負
荷であると判断され、軽負荷フラグＬＬｍｏｄｅが１と
なると、励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさ
の比率の指令値ＫＩｄｑＲｅｆが、通常時の設定値ＫＩ
ｄｑ１から軽負荷時の設定値ＫＩｄｑ２へと切り替わ
る。励磁電流トルク電流指令値演算部１９では、ｄｑ軸
電流比率指令値ＫＩｄｑＲｅｆに応じた励磁電流指令値
ＩｄＲｅｆとトルク電流指令値ＩｑＲｅｆとを出力す
る。電流の大きさの指令値Ｉｒｅｆが一定であり、ＫＩ
ｄｑ２＞ＫＩｄｑ１＞０と設定した場合、励磁電流指令
値ＩｄＲｅｆは減少し、トルク電流指令値ＩｑＲｅｆも
減少する（前進回生中なので、トルク電流指令値が減少
するとは、トルク電流指令値ＩｑＲｅｆの大きさ（絶対
値）が増加することを意味する）。ベクトル制御部１８
では、励磁電流指令値ＩｄＲｅｆと励磁電流Ｉｄとが一
致し、トルク電流指令値ＩｑＲｅｆとトルク電流Ｉｑと
が一致するようにＶＶＶＦインバータ３を制御するの
で、実際の励磁電流の大きさに対するトルク電流の大き
さの比率がＫＩｄｑ１からＫＩｄｑ２へと増加すること
と等価となる。
【００６３】インダクションモータ４の一次電流値が一
定であると仮定すれば、インダクションモータの１次抵
抗Ｒ１による損失は変わらないが、トルク電流Ｉｑが増
加するので２次抵抗Ｒ２による損失が増大する。
【００６４】したがって、本実施の形態によれば、架線
側（入力側）の負荷状態を検出し、回生動作中に他の電
車（負荷車）が軽負荷である場合に、インダクションモ
ータ４の励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさ
の比率を調整してインダクションモータ４の２次抵抗で
の損失を増大させるようにしたことで、通常回生時と比
較して、より大きなパワーが２次抵抗Ｒ２で消費される
ので、ＶＶＶＦインバータ３からフィルタ回路あるいは
架線へと回生されるパワーを低減でき、従来の回生方式
と比較して、より大きな電気ブレーキ力を得ることがで
きる。
【００６５】よって、他の電車（負荷車）が軽負荷であ
る場合に、より大きなブレーキ力を維持しながら、架線
電圧やフィルタコンデンサ電圧の増加を抑制することが
できる。これにより、過電圧による保護機能の作動を回
避し、運転を継続することができるとともに、保護機能
の作動時に生じるトルクの急峻な変化を抑制することが
でき、乗り心地の劣化を抑制する効果が期待できる。
【００６６】また、従来の方式に比較して、電気ブレー
キ力をより大きい値に維持することができるので、他の
機械ブレーキ装置の利用率を低減できる。これにより、
機械ブレーキ装置の故障率が低下し、保守点検や交換の
時期を延長できるなどの効果が期待できる。
【００６７】さらに、従来のブレーキチョッパを備えた
場合と比較して、ブレーキチョッパの容量を低減あるい
はブレーキチョッパ自体を不要にでき、小型化・軽量化
・低コスト化・システム信頼性の向上が期待できる。
【００６８】また、本実施の形態によれば、既存のベク
トル制御部１８を利用した構成としたことにより、既存
のアルゴリズムを容易に組み込むことが可能である。こ
れにより、開発期間が短縮され、開発コストを低減でき
るとともに、ソフト的バグの潜伏率を抑えることが可能
で、システム信頼性の劣化を抑制できる。また、既存電
車の駆動制御装置への組み込みが容易になる。
【００６９】さらに、本実施の形態によれば、回生動作
中のＶＶＶＦインバータ３への入力電圧の向きが通常時
の向き（正）となるように調整するようにしたことで、
入力電圧の向きが正となれば、いかなる電源側の負荷状
態によらず、ある程度の電気制動トルクを維持しつつ、
運転を継続することができる。また、フィルタコンデン
サ電圧や架線電圧を低下させる効果があるため、過電圧
による保護機能の作動を確実に回避することができる。
【００７０】また、本実施の形態によれば、インダクシ
ョンモータとしてすべり周波数の増加に伴って２次抵抗
が増加する特性を有する深みぞかご形インダクションモ
ータや二重かご形インダクションモータを用いるように
したことで、電源側が軽負荷時でも、２次抵抗での損失
を増加させることが可能となり、より一層大きな電気制
動トルクを得ることができる。これは、以下の理由によ
る。
【００７１】ＶＶＶＦインバータ３の入力側負荷が軽負
荷となったことを判断し、励磁電流の大きさに対するト
ルク電流の大きさの比率を増加することは、すべり周波
数を増加することに相当する。インダクションモータの
実際の２次側回路に生じる電気状態量の周波数は、すべ
り周波数に一致する。一方、表皮効果の大きい深みぞか
ご形インダクションモータや二重かご形インダクション
モータ等については、すべり周波数が大きい場合に２次
抵抗が増加することは、周知の事実である。よって、２
次抵抗が増加するので損失も増加し、、電源側が軽負荷
であってもより一層大きな電気制動トルクを得ることが
できる。
【００７２】[第２の実施の形態]図２は、第２の実施の
形態における電車の駆動制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。図１の電流指令値比率調整部２２とベク
トル制御部１８に代えてすべり基準周波数調整部６９と
制御部６８とを設けた構成である。その他、図１と同一
物には同一の符号を付すこととし、ここでは詳細な説明
は省略する。このすべり基準周波数調整部６９は、請求
項３記載のすべり基準周波数調整手段に相当し、制御部
６８は、請求項３記載の出力周波数演算手段、制御手段
に相当する。
【００７３】インダクションモータ４のＵ相電流Ｉｕと
Ｗ相電流Ｉｗは、電流検出器１５により検出され、電流
実効値演算部２８に入力される。電流実効値演算部２８
では、相電流の実効値Ｉ１を演算出力する。電流制御部
３０には、相電流実効値指令値Ｉ１Ｒｅｆと電流実効値
演算部２８の出力である相電流実効値Ｉ１が入力され、
相電流実効値Ｉ１が相電流実効値指令値Ｉ１Ｒｅｆに一
致するように、出力電圧指令値の大きさＶ１Ｒｅｆを調
整する。３相変換部２７では、出力電圧指令値の大きさ
Ｖ１Ｒｅｆと出力電圧位相角θとを用いて次式により３
相電圧指令値ＶｕＲｅｆ，ＶｖＲｅｆ，ＶｗＲｅｆを演
算出力する。出力電圧位相角θと座標系の関係は、図８
に示される。
【００７４】
【数５】 加算器２１では、すべり基準周波数調整部６９の出力で
あるすべり周波数ωｓ ＊とローター周波数演算部１１の
出力であるローター周波数ωＲとを加算出力し、インバ
ータの出力周波数ω１とする。積分器１０において、イ
ンバータ出力周波数ω１は積分され、出力電圧位相角θ
となる。
【００７５】すべり基準周波数調整部６９は、モード選
択器２３とすべり基準周波数出力部２９とを有する構成
である。モード選択器２３には、入力側負荷状態に相応
するフィルタコンデンサ２の電圧Ｖｄｃが入力される。
モード選択器２３の動作は、第１の実施の形態と同様で
あり、ＶＶＶＦインバータ３の入力側負荷が軽負荷と判
断された場合には、軽負荷フラグＬＬｍｏｄｅを１とす
る。すべり基準周波数出力部２９では、軽負荷フラグＬ
Ｌｍｏｄｅが０である場合に第１の所定値ωｓ ＊１を、
ＬＬｍｏｄｅが１である場合には第２の所定値ｗｓ＊２
をすべり基準周波数ωｓ＊として出力する。
【００７６】以上の構成により、以下の作用効果を得
る。
【００７７】第１の実施の形態と同様に、ＶＶＶＦイン
バータ３の入力側負荷が軽負荷であることが判断され、
軽負荷フラグＬＬｍｏｄｅ＝１となると、すべり基準周
波数ωｓ＊が、通常時の設定値ωｓ＊１から軽負荷時の
設定値ｗｓ＊２へと切り替わる。誘導電動機における励
磁電流とトルク電流の比率は、すべり周波数に依存す
る。よって、軽負荷時にすべり周波数を切り替えること
は、励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさの比
率を切り替えることと等価であると考えられる。
【００７８】したがって、本実施の形態によれば、架線
側の負荷状態に応じてすべり基準周波数ωｓ＊を切り替
え、このすべり基準周波数ωｓ＊を用いてインダクショ
ンモータ４の相電流実効値Ｉ１が相電流実効値指令値Ｉ
１Ｒｅｆに一致するように制御するようにしたことで、
ベクトル制御など高度で複雑な処理演算を行う必要がな
く、高度な演算プロセッサを用いずに安価な演算プロセ
ッサにて容易に実現することができる。
【００７９】[第３の実施の形態]図３は、第３実施の形
態における電流指令値比率調整部の概略構成を示すブロ
ック図である。同図の電流指令値比率調整部７２は、図
１の電流指令値比率調整部２２に代えて用いられるもの
である。電車の駆動制御装置の全体的な構成については
図１と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略す
る。
【００８０】電流指令値比率調整部７２は、減算器２６
とリミッタ２４とＰＩ制御器２５と励磁電流トルク電流
指令値演算部１９とを有する構成である。この減算器２
６、リミッタ２４、ＰＩ制御器２５は、請求項６記載の
電圧調整手段に相当する。
【００８１】減算器２６には、フィルタコンデンサ電圧
の検出値Ｖｄｃが入力され、所定値Ｖｄｃ１を減算後、
偏差ｅＶｄｃを出力する。リミッタ２４では、減算器２
６の出力ｅＶｄｃを入力し、次式に基づいて、ｅＶｄｃ
が零以下である場合には出力ｅＶｄｃＬｍｔを零にリミ
ットする。
【００８２】
【数６】 リミットされた出力ｅＶｄｃＬｍｔは、ＰＩ制御器２５
に入力される。ＰＩ制御器２５では、ｅＶｄｃＬｍｔが
零となるように、励磁電流の大きさに対するトルク電流
の大きさの比率の指令値ＫＩｄｑＲｅｆを演算出力す
る。
【００８３】以上の構成により、以下の作用効果を得
る。
【００８４】フィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃが所定値Ｖ
ｄｃ１を超過した場合、ＰＩ制御器２５により励磁電流
の大きさに対するトルク電流の大きさの比率指令値ＫＩ
ｄｑＲｅｆを調整する。電流比率指令値ＫＩｄｑＲｅｆ
に基づき、励磁電流トルク電流指令値演算部１９で励磁
電流指令値ＩｄＲｅｆとトルク電流指令値ＩｑＲｅｆが
生成される。ベクトル制御部１８における作用により、
実際の各電流値は、各電流指令値に一致するように制御
される。よって、実際の電流比率についても電流比率指
令値ＫＩｄｑＲｅｆと一致するようになる。
【００８５】すなわち、ＶＶＶＦインバータ３の入力側
負荷状態に相応するフィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃに応
じて、同フィルタコンデンサ電圧が過電圧とならないよ
うに、励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさの
比率が調整されるので、過電圧による保護機能が作動す
ることなく運転が継続される。
【００８６】したがって、本実施の形態によれば、フィ
ルタコンデンサの電圧が所定値以下となるように調整す
るようにしたことで、インダクションモータ４の２次抵
抗での損失を入力側負荷に応じて最小限にとどめること
ができ、２次抵抗での熱損失に起因するモータの温度上
昇を抑えることができる。
【００８７】これにより、保護機能が作動することなく
運転継続性が向上することが期待できる。また、過電圧
とならない範囲で、ＶＶＶＦインバータ３から回生する
パワーを最大に維持するので、エネルギーの有効利用を
図ることができる。
【００８８】なお、本実施の形態においては、ＶＶＶＦ
インバータ３への入力側負荷状態に相応する状態量とし
て、入力フィルタコンデンサ電圧を検出することとした
が、架線電圧を検出する構成としてもよい。かかる場合
も同様な効果を得ることができる。
【００８９】[第４の実施の形態]図４は、第４の実施の
形態における電車の駆動制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。同図の電車の駆動制御装置は、図１のベ
クトル制御部１８に代えて、誘起電圧演算部３５と出力
周波数演算部３４とを有するベクトル制御部７８を設け
た構成である。その他、図１と同一物には同一の符号を
付すこととし、ここでは詳細な説明は省略する。この誘
起電圧演算部３５は、請求項４記載の誘起電圧演算手段
に相当し、出力周波数演算部３４は、請求項４記載の出
力周波数演算手段に相当する。
【００９０】電流制御部５の出力であるｄｑ軸電圧指令
値ＶｄＲｅｆ，ＶｑＲｅｆと、励磁電流トルク電流演算
部８の出力である励磁電流Ｉｄとトルク電流Ｉｑとが誘
起電圧演算部３５へ入力される。誘起電圧演算部３５で
は、例えば、次式のようにｄｑ軸の誘起電圧Ｅｄ，Ｅｑ
を推定演算する。
【００９１】
【数７】 ここに、Ｌ２は２次自己インダクタンス、Ｍは相互イン
ダクタンス、Ｌ１は１次自己インダクタンス、Ｒ１は１
次抵抗、σは漏れ係数（＝１−Ｍ×Ｍ／Ｌ１／Ｌ２）、
ω１はインバータ出力周波数、ｓはラプラス演算子を表
す。
【００９２】誘起電圧演算部３５の出力であるｄｑ軸誘
起電圧Ｅｄ，Ｅｑは、出力周波数演算部３４に入力され
る。出力周波数演算部３４では、例えば、次式のように
インバータの出力周波数ω１を調整制御する。
【００９３】
【数８】 ここに、ＦｌｘＲｅｆは２次磁束指令値、Ｋｐは比例ゲ
イン、Ｋｉは積分ゲイン、ｓはラプラス演算子を表す。
右辺第１項は基準項、右辺第２項は安定化補償項であ
る。
【００９４】出力周波数演算部３４の出力ω１は、積分
器１０に入力される。積分器１０では、インバータ出力
周波数ω１を積分して、回転座標系ｄ軸の静止座標系の
基準軸に対する位相角θｄｑを生成出力する。
【００９５】以上の構成により、以下の作用効果を得
る。
【００９６】ベクトル制御では、回転座標系ｄ軸が２次
磁束に一致する動作点が望ましい。一般に、定常状態に
おいて、誘起電圧は２次磁束に直交する。この誘起電圧
を誘起電圧演算部３５にて推定する。理想的な動作点で
動作する場合、ｑ軸誘起電圧Ｅｑのみが発生し、その大
きさは出力周波数と２次磁束の積で表される。同関係に
基づき出力周波数演算部３４にて、基準項（右辺第１
項）を生成する。
【００９７】また、理想状態にない場合、元来発生しな
いｄ軸誘起電圧Ｅｄが生じるが、補正項（右辺第２項）
がｄ軸誘起電圧Ｅｄを零にするように出力周波数ω１を
補正する。よって、定常的にはｄ軸と２次磁束軸が一致
するようになり、理想的な動作点での動作に至るように
なる。
【００９８】したがって、本実施の形態によれば、イン
ダクションモータ４の励磁電流とトルク電流とを用いて
誘起電圧を求め、この誘起電圧に基づいてインバータの
出力周波数を演算するようにしたことで、ローターの回
転速度を検出する速度検出器やローター角周波数演算部
を用いることなく、簡易な構成で第１の実施の形態と同
様の効果を得ることができる。これにより、コスト低減
や、保守性の向上、あるいは、速度検出系に重畳するノ
イズ等の影響による制御系への影響を低減することが期
待できる。
【００９９】なお、本実施の形態は、速度センサを用い
ないベクトル制御の一例を示したものである。同種の方
式には数々の方式が提案されており、本実施例にて示し
た構成に限定されるものではない。
【０１００】[第５の実施の形態]図５は、第５の実施の
形態における電車の駆動制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。同図の電車の駆動制御装置は、図１のイ
ンダクションモータ４に代えてリニアインダクションモ
ータ（ＬＩＭ）を設けた構成である。その他、図１と同
一物には同一の符号を付すこととし、ここでは詳細な説
明は省略する。なお、リニアインダクションモータ（Ｌ
ＩＭ）を駆動源とする電車のことを、ここではＬＩＭ電
車と呼ぶことにする。
【０１０１】リニアインダクションモータ（ＬＩＭ）
は、車両側のリニアコイル３６と地上側のリアクション
プレート３７によって構成される。通常、リアクション
プレート３７は、２本のレール３８の間に敷設される。
リニアコイル３６は、回転型インダクションモータの１
次コイルに相当するものであり、ＶＶＶＦインバータ３
に接続される。リアクションプレート３７は、回転型イ
ンダクションモータの２次コイルに相当する。速度検出
器１６は、車輪１３の回転速度Ｎを検出するものであ
る。ローター周波数演算部１１では、車輪１３の回転速
度Ｎを、ＶＶＶＦインバータ３の電気角周波数に変換出
力するものであり、次式により演算する。
【０１０２】
【数９】 ここに、τ：ポールピッチ［ｍ］、Ｄ：車輪直径
［ｍ］、Ｎ：車輪回転周波数［ｒｐｍ］、ωＲ：インバ
ータの電気角周波数に換算されたローター周波数［ｒａ
ｄ／ｓ］である。
【０１０３】以上の構成により、以下の作用効果を得
る。
【０１０４】回転型インダクションモータの場合、２次
抵抗の損失が増大するとモータの温度上昇が起こり、保
護機能の作動に至ることが懸念される。これに対し、リ
ニアインダクションモータの場合、２次回路はリアクシ
ョンプレートであり、走行と同時にその励磁位置が推移
する。このため、局所的な温度上昇には至らず、特に、
車両側には、一切の影響を与えないものである。
【０１０５】したがって、本実施の形態によれば、リニ
アインダクションモータを用いるようにしたことで、２
次回路はリアクションプレートであり、走行と同時に励
磁位置が推移するので、局所的な温度上昇を防止するこ
とができる。これにより、第１の実施の形態と同様に大
きな電気ブレーキ力を得るとともに、この効果を維持し
たまま、モータの温度上昇による保護機能の作動に至る
ことなく、運転を継続することができる。
【０１０６】また、リニアインダクションモータの場
合、回転形インダクションモータに比べ、表皮効果も大
きい。表皮効果により等価的に２次抵抗値が増加するこ
とは周知の事実である。これにより２次抵抗での損失が
増加するので、より一層の電気制動トルクを得ることが
可能である。
【０１０７】[第６の実施の形態]図６は、第６の実施の
形態における電車の駆動制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。同図では、一例として交流電車に適用し
たときの構成を示している。その主回路および制御方式
の一部は、第１の実施の形態と同様であり、異なる部分
のみを説明する。
【０１０８】パンタグラフ１７は架線１から交流電力を
集電する。パンタグラフ１７は、単相の主変圧器４５の
１次側に接続される。主変圧器４５の２次側は、遮断器
５２を介して、ＰＷＭコンバータ４６に接続される。Ｐ
ＷＭコンバータ４６では、交流を直流に変換する。その
直流出力側にはフィルタコンデンサ２が接続される。他
の主回路構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０９】ＰＷＭコンバータ４６の制御部として、コ
ンバータ制御部５１がある。コンバータ制御部５１は、
ＰＷＭコンバータ４６の直流出力側の電圧が所定値とな
るように、交流入力側の電流を制御するものである。Ｐ
ＷＭコンバータ制御に関しては、周知の技術であり、詳
細な説明は省略する。
【０１１０】主変圧器４５の１次側電圧、すなわち架線
電圧Ｅｓを検出する電圧検出器４７がある。検出された
架線電圧Ｅｓは、デッドセクション検知部５３へ入力さ
れる。デッドセクション検知部５３は、架線電圧Ｅｓが
第１の所定値Ｅｓ１を超過した場合に、電源のデッドセ
クションを通過中と判断し、デッドセクション通過中フ
ラグＤＳｍｏｄｅを１に設定する。コンバータ制御部５
１は、デッドセクション通過中であると判断された場
合、ＰＷＭコンバータ４６の動作を停止する。デッドセ
クション検知部５３は、デッドセクションを通過中に、
架線電圧Ｅｓが第２の所定値Ｅｓ２を超過し、復電した
ことを検知した場合に、電源のデッドセクションを完全
に通過したと判断し、デッドセクション通過中フラグＤ
Ｓｍｏｄｅを０に設定する。
【０１１１】デッドセクション検知部５３の出力である
デッドセクション通過中フラグＤＳｍｏｄｅは、電流指
令値比率調整部２２へ入力される。電流制御調整部２２
は、電流比率指令値出力部２０と励磁電流トルク電流指
令値演算部１９より構成される。
【０１１２】電流比率指令値出力部２０では、デッドセ
クション通過中フラグＤＳｍｏｄｅが０である場合に
は、励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさの比
率の指令値を表すＫＩｄｑＲｅｆを、通常設定の第３の
所定値ＫＩｄｑ３に設定出力する。また、デッドセクシ
ョン通過中フラグＤＳｍｏｄｅが１である場合には、電
流比率の指令値ＫＩｄｑＲｅｆを、デッドセクション通
過用の設定である第４の所定値ＫＩｄｑ４に設定して出
力する。デッドセクション通過用の第４の所定値ＫＩｄ
ｑ４は、インダクションモータ４の２次抵抗における損
失を増加させる設定であり、一般には、通常時の第３の
所定値ＫＩｄｑ３に対し、大きく設定する。
【０１１３】励磁電流トルク電流指令値演算部１９の動
作は、第１の実施の形態と同様である。
【０１１４】以上の構成により、以下の作用効果を得
る。
【０１１５】ＶＶＶＦインバータ３が回生動作中である
場合、ＰＷＭコンバータ４６は回生パワーを架線１を介
して電源側に回生する。新幹線など電源設備に回生能力
がある場合には、パワーの授受がバランスし、架線電圧
は平衡状態を維持する。しかしながら、電源側はセクシ
ョンに分かれ、あるセクションと別のセクションとの間
には、給電されないデッドセクションがある。このデッ
ドセクションを通過する場合、一時的に電源側と車両側
が電気的に切り離された状態となる。この場合、回生パ
ワーの充電により、フィルタコンデンサ２の電圧や車両
側で検知される架線電圧Ｅｓは上昇する。
【０１１６】デッドセクション検知部５３では、検知し
た架線電圧Ｅｓに基づき、架線電圧が第１の所定値Ｅｓ
１を超過した場合に、デッドセクションへ進入したと判
断し、ＤＳｍｏｄｅを１に設定する。デッドセクション
を通過中であると判断された場合、コンバータ制御部５
１がＰＷＭコンバータ４６の動作を停止する。ＰＷＭコ
ンバータ４６の動作が停止した場合、車両側で検出され
る架線電圧Ｅｓは、実際の架線電圧を検出することがで
きる（ＰＷＭコンバータは、それ自体が電圧を出力する
ため、ＰＷＭコンバータが動作中は、実際の架線の状態
を判断できない）。この時、架線電圧Ｅｓが第２の所定
値を超過したこと、すなわち、架線に電圧が印加された
ことを検知することで、デッドセクションを完全に通過
したと判断し、直ちにＤＳｍｏｄｅを０に戻す。
【０１１７】電流比率指令値出力部２０では、デッドセ
クション通過中すなわちＤＳｍｏｄｅ＝１である場合に
限り、励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさの
比率を、通常状態の第３の所定値ＫＩｄｑ３からデッド
セクション通過用の第４の所定値ＫＩｄｑ４に設定す
る。
【０１１８】したがって、本実施の形態によれば、デッ
ドセクション通過など一時的に無負荷となる場合に、一
時的に励磁電流の大きさに対するトルク電流の大きさの
比率を調整することで、インダクションモータの２次抵
抗での損失を増大させ、大きな電気的制動トルクを得る
ことができる。また、デッドセクションを通過した後
は、直ちにその調整を停止して通常の動作に戻すように
したことで、エネルギーの有効利用を図るとともに、イ
ンダクションモータの２次抵抗での損失の増加によりモ
ータ温度が上昇して保護機能が作動することを防止し、
運転を継続することができる。
【０１１９】なお、本実施の形態においては、架線電圧
Ｅｓを検出することによりデッドセクションを検知する
こととしたが、これに限定されるものではない。例え
ば、フィルタコンデンサ電圧Ｖｄｃが所定値より増加し
たときにデッドセクションへ進入したと判断するように
してもよい。
【０１２０】また、デッドセクションを通過中であると
判断された場合、ＰＷＭコンバータ４６の動作を停止す
るのではなく、遮断器５２を開放することで、復電すな
わちデッドセクションを通過したことを架線電圧に基づ
いて判断するようにしてもよい。
【０１２１】なお、本実施の形態においては、交流電車
に適用することとしたが、直流電車にも同様に適用する
ことができることはいうまでもない。
【０１２２】[第７の実施の形態]図７は、第７の実施の
形態における電車の駆動制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。同図の電車の駆動制御装置は、図１の電
流指令値比率調整部２２に代えて、磁束指令値出力部５
０を備えた電流指令値比率調整部９２とトルク指令値演
算部４９とを設けた構成である。その他、図１と同一物
には同一の符号を付すこととし、ここでは詳細な説明を
省略する。
【０１２３】トルク指令値演算部４９は、トルク指令基
準ＴｍＲｅｆ＊と軽負荷回生制御部３９と加算器４８か
ら構成される。軽負荷回生制御部３９には、ＶＶＶＦイ
ンバータ３の入力側負荷状態に相応するフィルタコンデ
ンサ電圧Ｖｄｃが入力され、次式に基づき、フィルタコ
ンデンサ電圧が所定値Ｖｄｃ２より大きい場合には、所
定値以下となるように、トルク指令を絞る補正値ＴｍＣ
ｍｐを生成出力する。
【０１２４】
【数１０】 ここに、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、ｓはラ
プラス演算子である。
【０１２５】トルク指令補正値ＴｍＣｍｐは、加算器４
８にて、トルク指令基準ＴｍＲｅｆ ＊と加算され、トル
ク指令値ＴｍＲｅｆとなる。
【０１２６】電流指令値比率調整部９２は、モード選択
器２３と、磁束指令値出力部５０と、励磁電流トルク電
流指令値演算部７９とを有する構成である。モード選択
器２３の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【０１２７】磁束指令値出力部５０には、モード選択器
２３の出力である軽負荷フラグＬＬｍｏｄｅが入力され
る。磁束指令値出力部５０は、軽負荷フラグＬＬｍｏｄ
ｅが０，すなわち、通常の負荷状態にある場合には、第
１の所定値ＦｌｘＲｅｆ１を磁束指令値ＦｌｘＲｅｆと
して出力する。一方、軽負荷フラグＬＬｍｏｄｅが１、
すなわち、軽負荷状態にある場合には、第２の所定値Ｆ
ｌｘＲｅｆ２を磁束指令値ＦｌｘＲｅｆとして出力す
る。ここにＦｌｘＲｅｆとは、２次磁束の指令値を表
す。
【０１２８】励磁電流トルク電流指令値演算部７９に
は、磁束指令値出力部５０の出力である磁束指令値Ｆｌ
ｘＲｅｆと、トルク指令値ＴｍＲｅｆが入力される。励
磁電流トルク電流指令値演算部７９では、トルク指令値
ＴｍＲｅｆに応じて、次式に基づきトルク電流指令値Ｉ
ｑＲｅｆと励磁電流指令値ＩｄＲｅｆとを生成出力す
る。
【０１２９】
【数１１】 ここに、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次自己イン
ダクタンスである。
【０１３０】トルク指令値演算部４９および励磁電流ト
ルク電流指令値演算部７９は、出力トルクＴｍがトルク
指令値ＴｍＲｅｆに一致するようにトルク電流指令値Ｉ
ｑＲｅｆと励磁電流指令値ＩｄＲｅｆとを生成出力する
部分が請求項７記載のトルク調整手段に相当する。ま
た、フィルタコンデンサ電圧が所定値Ｖｄｃ２よりも大
きい場合に、トルク指令値を減少させるように補正し、
この補正後のトルク指令値を用いてトルク電流指令値Ｉ
ｑＲｅｆと励磁電流指令値ＩｄＲｅｆとを生成出力する
部分が請求項８記載の合成電流調整手段に相当する。
【０１３１】以上の構成により、以下の作用効果を得
る。
【０１３２】電流指令値比率調整部９２は、ＶＶＶＦイ
ンバータ３の入力側負荷状態に相応するフィルタコンデ
ンサ電圧Ｖｄｃに応じて、磁束指令値ＦｌｘＲｅｆを切
り替え、磁束指令値ＦｌｘＲｅｆに基づき励磁電流指令
値ＩｄＲｅｆとトルク電流指令値ＩｑＲｅｆとを生成出
力する。（１２）式より、トルク指令値ＴｍＲｅｆが一
定であれば、磁束指令値ＦｌｘＲｅｆに応じて、励磁電
流の大きさに対するトルク電流の大きさの比率を調整で
きることが分かる。よって、第１の実施の形態と同様に
大きな電気的制動トルクが得られる。
【０１３３】励磁電流の大きさとトルク電流の大きさの
比率を制御する場合、励磁電流とトルク電流とを合成し
た１次電流の大きさを一定とすると、インダクションモ
ータの出力トルクＴｍが変化する。本実施の形態では、
励磁電流トルク電流指令値演算部７９でトルク指令値Ｔ
ｍＲｅｆに基づき、励磁電流指令値ＩｄＲｅｆとトルク
電流指令値ＩｑＲｅｆとを生成するようにしたことで、
出力トルクＴｍをトルク指令値ＴｍＲｅｆに維持しなが
ら、電流比率だけを調整することができる。これは、励
磁電流とトルク電流を合成した１次電流の大きさを、出
力トルクＴｍが変化しないように調整することと等価で
ある。
【０１３４】また、電流指令値比率調整部９２で電源側
が軽負荷であると判断し、軽負荷時の電流比率に設定し
た場合に、なお回生エネルギーの方が大きく、フィルタ
コンデンサ電圧が上昇する場合には、トルク指令値演算
部４９でフィルタコンデンサ電圧と所定値Ｖｄｃ２とを
比較することによりこれを検出し、トルク指令値を減少
させる方向に補正値ＴｍＣｍｐを生成出力する。これは
（１２）式からも、励磁電流とトルク電流とを合成した
１次電流を減少させる方向に作用することと等価であ
る。
【０１３５】したがって、本実施の形態によれば、出力
トルクＴｍをトルク指令値ＴｍＲｅｆに維持しながら電
流比率だけを調整することにより出力トルクの変動を抑
えるようにしたことで、出力トルクが変動することによ
るジャークの発生、乗り心地の劣化を抑制することがで
きる。
【０１３６】また、一般に、電気ブレーキによる出力ト
ルクの変動分は、機械的ブレーキにより補われる場合も
あるが、出力トルクの変動を抑えるようにしたことで、
空気ブレーキなど他の機械ブレーキ装置の利用率を低減
できる。これにより、機械ブレーキ装置の故障率が低下
し、保守点検や交換の時期を延長できるなどの効果が期
待できる。
【０１３７】また、一般に、機械ブレーキの応答は電気
ブレーキに比較して遅いため、定常的に電気ブレーキの
変化分を補うように機械ブレーキが作用していても、電
気ブレーキが変化した直後はトルク変化が生じる。これ
により、ジャークが発生し、乗り心地が劣化することが
あるが、電気ブレーキを一定に維持できるので、このよ
うな問題を回避することができる。
【０１３８】また、本実施の形態によれば、入力側の負
荷が軽負荷と判断され、インダクションモーターでの２
次抵抗の損失を増大させるように励磁電流の大きさに対
するトルク電流の大きさの比率を調整した場合に、なお
回生パワーの方が大きい場合には、さらに励磁電流とト
ルク電流とを合成した電流、すなわち１次電流の大きさ
を減少させるようにしたことで、従来の電車の駆動制御
装置よりも大きな電気制動トルクを維持しつつ、過電圧
によって保護機能が作動することを回避することがで
き、運転継続性を向上させることができる。
【０１３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電車
の駆動制御装置によれば、インバータの架線側（入力
側）の負荷状態を検出し、軽負荷である場合に、インダ
クションモータの励磁電流の大きさに対するトルク電流
の大きさの比率を調整してインダクションモータの２次
抵抗での損失を増大させるようにしたことで、通常の回
生ブレーキ時と比較してより大きなパワーが２次抵抗で
消費されるようになり、インバータから架線へと回生さ
れるパワーを低減することができ、従来の回生方式より
も簡易な構成で大きな電気ブレーキ力を得ることができ
る。
【０１４０】よって、入力側の負荷が軽負荷である場合
に、より大きな電気ブレーキ力を維持しながら、架線電
圧やフィルタコンデンサ電圧の増加を抑制することがで
きる。これにより、過電圧による保護機能の作動が回避
され、運転継続性が向上するとともに、保護機能の作動
時に生じるトルクの急峻な変化を抑制することができ、
乗り心地の劣化を防止することができる。
【０１４１】また、従来方式に比較して、電気ブレーキ
をより大きい値に維持することが可能であるので、他の
機械ブレーキ装置の利用率を低減できる。これにより、
機械ブレーキ装置の故障率が低下し、保守点検や交換の
時期を延長できるなどの効果が期待できる。
【０１４２】また、従来のブレーキチョッパを備えた場
合と比較して、ブレーキチョッパの容量を低減あるいは
ブレーキチョッパ自体を不要にでき、小型化・軽量化・
低コスト化・システム信頼性の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における電車の駆動制御装置
の構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施の形態における電車の駆動制御装置
の構成を示すブロック図である。
【図３】第３の実施の形態における電流指令値比率調整
部の構成を示すブロック図である。
【図４】第４の実施の形態における電車の駆動制御装置
の構成を示すブロック図である。
【図５】第５の実施の形態における電車の駆動制御装置
の構成を示すブロック図である。
【図６】第６の実施の形態における電車の駆動制御装置
の構成を示すブロック図である。
【図７】第７の実施の形態における電車の駆動制御装置
の構成を示すブロック図である。
【図８】ＵＶＷ相静止座標系と、ａｂ軸静止座標系と、
ｄｑ軸回転座標系と、出力電圧との関係を示す図であ
る。
【図９】ｄｑ座標系上の１次電流を示す図である。
【図１０】従来の電車の駆動制御装置の構成を示すブロ
ック図である。
【図１１】従来の電車の駆動制御装置の別の構成を示す
ブロック図である。
【符号の説明】 １ 架線 ２ フィルタコンデンサ ３ ＶＶＶＦインバータ ４ インダクションモータ ５ 電流制御部 ６ ｄｑ／３相変換部 ７ ＰＷＭ制御部 ８ 励磁電流トルク電流演算部 ９ すべり基準周波数演算部 １０ 積分器 １１ ローター周波数演算部 １２ フィルタリアクトル １３ 車輪 １４ 電圧検出器 １５ 電流検出器 １６ 速度検出器 １７ パンタグラフ １８ ベクトル制御部 １９ 励磁電流トルク電流指令値演算部 ２０ 電流比率指令値出力部 ２１ 加算器 ２２ 電流指令値比率調整部 ２３ モード選択器 ２４ リミッタ ２５ ＰＩ制御器 ２６ 減算器 ２７ ３相変換部 ２８ 電流実行値演算部 ２９ すべり基準周波数出力部 ３０ 電流制御部 ３２ 電流指令値比率調整部 ３４ 出力周波数演算部 ３５ 誘起電圧制御部 ３６ リニアコイル ３７ リアクションプレート ３８ レール ３９ 軽負荷回生制御部 ４０ 加算器 ４１ 電圧制御部 ４２ ブレーキチョッパ ４３ ブレーキ抵抗 ４４ スイッチング素子 ４５ 主変圧器 ４６ ＰＷＭコンバータ ４７ 電圧検出器 ４８ 加算器 ４９ トルク指令値演算部 ５０ 磁束指令値出力部 ５１ コンバータ制御部 ５２ 遮断器 ５３ デッドセクション検知部 ６２，７２，８２，９２ 電流指令値比率調整部 ６８ 制御部 ６９ すべり基準周波数調整部 ７８，８８ ベクトル制御部 ７９ 励磁電流トルク電流指令値演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H113 CC03 EE02 FF06 GG08 GG12 GG13 HH08 5H115 PG01 PI03 PI29 PU09 PU15 PV09 QI04 QN09 RB22 RB26 SE04 TB01 TO12 TO13 TR04 TR14 TU05 TU12 5H576 AA01 BB03 BB06 CC01 CC05 DD02 DD04 EE01 EE03 EE09 EE11 EE18 FF04 GG02 GG04 GG05 HB01 HB02 JJ03 JJ05 JJ22 JJ24 JJ28 LL01 LL16 LL22 LL24 LL25 LL30 LL39 LL52 MM03 MM06 MM13

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 架線を介して電力の供給を受けるととも
    にブレーキ動作中にはこの架線を介して電力を回生する
    インバータと、このインバータにより駆動されるインダ
    クションモータとを備えた電車の駆動制御装置におい
    て、 架線側の負荷状態を検出する検出手段と、 回生動作中における架線側の負荷が軽負荷である場合
    に、前記インダクションモータの２次抵抗での損失が増
    大するように前記インダクションモータの励磁電流の大
    きさに対するトルク電流の大きさの比率を調整する電流
    比率調整手段と、 を有することを特徴とする電車の駆動制御装置。
  2. 【請求項２】 前記電流比率調整手段は、励磁電流指令
    値の大きさに対するトルク電流指令値の大きさの比率を
    調整する調整手段と、 前記インダクションモータの励磁電流とトルク電流と
    が、それぞれこの励磁電流指令値とトルク電流指令値と
    に一致するように制御する制御手段と、 を有することを特徴とする請求項１記載の電車の駆動制
    御装置。
  3. 【請求項３】 前記電流比率調整手段は、架線側の負荷
    状態に応じてすべり基準周波数を調整するすべり基準周
    波数調整手段と、 前記インダクションモータのローター回転速度を検出す
    る速度検出手段と、 この検出されたローター回転速度を角周波数に変換する
    変換手段と、 前記すべり基準周波数調整手段により調整されたすべり
    基準周波数と前記変換手段により求められた角周波数と
    を加算してインバータの出力周波数を求める出力周波数
    演算手段と、 このインバータ出力周波数を用いて前記インダクション
    モータの電流実行値が電流実行値指令値に一致するよう
    に制御する制御手段と、 を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電車の
    駆動制御装置。
  4. 【請求項４】 前記電流比率調整手段は、前記インダク
    ションモータの励磁電流とトルク電流とに基づいて誘起
    電圧を演算する誘起電圧演算手段と、 この誘起電圧に基づいてインバータの出力周波数を演算
    する出力周波数演算手段と、を有し、 このインバータ出力周波数を用いて調整することを特徴
    とする請求項１又は２記載の電車の駆動制御装置。
  5. 【請求項５】 前記電流比率調整手段は、回生動作時の
    前記架線と前記インバータとの間の入力電圧の向きが通
    常時における向きに向かうように調整することを特徴と
    する請求項１乃至４のいずれかに記載の電車の駆動制御
    装置。
  6. 【請求項６】 前記検出手段は、前記架線の電圧又は前
    記インバータの前段に設けられたフィルタコンデンサの
    電圧の少なくとも一方を検出するものであって、 前記電流比率調整手段は、架線電圧又はフィルタコンデ
    ンサ電圧を所定値以下に調整する電圧調整手段を有する
    ことを特徴とする１乃至５のいずれかに記載の電車の駆
    動制御装置。
  7. 【請求項７】 前記電流比率調整手段は、前記インダク
    ションモータの出力トルクの変動を抑えるトルク調整手
    段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
    に記載の電車の駆動制御装置。
  8. 【請求項８】 前記電流比率調整手段は、架線側の負荷
    が軽負荷であり、インダクションモーターでの２次抵抗
    の損失を増大させてもなお回生パワーの方が大である場
    合に、励磁電流とトルク電流とを合成した電流の大きさ
    を減少させる合成電流調整手段を有することを特徴とす
    る請求項１乃至７のいずれかに記載の電車の駆動制御装
    置。
  9. 【請求項９】 前記インダクションモータとして、リニ
    アインダクションモータを備えたことを特徴とする請求
    項１乃至８のいずれかに記載の電車の駆動制御装置。
  10. 【請求項１０】 前記前記検出手段により検出された負
    荷状態に基づいて電車がデッドセクションを通過中であ
    るか否かを検知する検知手段を有し、 前記電流比率調整手段は、前記検知手段によりデッドセ
    クションを通過中であることが検知された場合に調整を
    行い、デッドセクションを通過した後はその調整を直ち
    に停止することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか
    に記載の電車の駆動制御装置。
  11. 【請求項１１】 前記インダクションモータとして、す
    べり周波数を大きくすると２次抵抗値が増加する特性を
    有するものを備えたことを特徴とする請求項１乃至１０
    のいずれかに記載の電車の駆動制御装置。
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