JP2003219504A - 電気車の駆動制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】過電流や温度上昇、車両推力の低下を抑制する
こと。 【解決手段】直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶ
ＶＦインバータ1と、ＶＶＶＦインバータ1の直流側に接
続されたフィルタコンデンサ3と、ＶＶＶＦインバータ1
の交流側に接続された電気車用の電動機2とから主回路
を構成し、ＶＶＶＦインバータ1の出力電圧指令とＶＶ
ＶＦインバータ1の出力電流とから電動機2の回転速度を
推定して速度推定値を得る速度推定手段9を備え、速度
推定手段9により得られた速度推定値に基づいてＶＶＶ
Ｆインバータ1を制御することで、電動機2の駆動制御を
行なう電気車の駆動制御装置において、速度推定手段9
により得られた速度推定値が異常な値に収束したことを
検出する速度異常検出手段10と、速度異常検出手段10に
より速度推定値が異常な値に収束していると判定された
場合に、ＶＶＶＦインバータ1を停止させる保護手段11
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、速度検出器を用い
ずに可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦイ
ンバータと称する）により電動機を駆動する電気車の駆
動制御方法および制御装置に係り、特に過電流や温度上
昇、車両推力の低下を抑制できるようにした電気車の駆
動制御方法および制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電気車の駆動制御装置は、電
気車用の電動機の回転速度を検出する速度検出器が備え
られ、当該速度検出器により検出された速度に基づいて
制御が行なわれている。

【０００３】図１０は、この種の従来の速度検出器を備
えた電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック
図である。

【０００４】なお、図１０は、直流電気車における制御
装置の構成例を示している。

【０００５】図１０において、直流の架線から、パンタ
グラフ４で集電される。

【０００６】パンタグラフ４には、入力フィルタ回路と
して、フィルタリアクトル６およびフィルタコンデンサ
３が接続されている。

【０００７】フィルタコンデンサ３には、３相のＶＶＶ
Ｆインバータ１の直流側が接続されており、またＶＶＶ
Ｆインバータ１の交流側には、電気車用の誘導電動機２
が接続されて駆動される。

【０００８】さらに、ＶＶＶＦインバータ１と誘導電動
機２との間には、誘導電動機２に流れる電流を検出する
電流検出器１９が設けられている。

【０００９】一方、ＶＶＶＦインバータ１は、ＰＷＭ制
御部７、およびベクトル制御部８により制御される。

【００１０】なお、ベクトル制御に関しては、周知の技
術ではあるが、以下に簡単にその概要について説明す
る。

【００１１】図１１は、本例にて用いる各座標系の関係
を示す図である。

【００１２】なお、図１１は、ＵＶＷ相静止座標系、ａ
ｂ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。

【００１３】図１１において、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、静止座標系ａ軸
から出力電圧までの位相角がθである。

【００１４】ベクトル制御の目標とする動作点は、ｄ軸
と２次磁束が一致する状態である。

【００１５】ベクトル制御部８への入力であるトルク指
令TMRefに基づいて、ｄ軸（励磁）電流指令IdRefとｑ軸
（トルク）電流指令IqRefとが算出される。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここに、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ2：
２次側自己インダクタンス、ｐ：極対数、φ2Ref：２次
磁束指令である。

【００１８】誘導電動機２のＵ相電流ＩuとＷ相電流Ｉw
は、電流検出器１９によりそれぞれ検出されて、ベクト
ル制御部８に入力される。

【００１９】後述するａ軸からｄ軸までの位相角θdqに
基づいて、ｄ軸（励磁）電流Ｉdとｑ軸（トルク）電流
Ｉqとが分離生成される。

【００２０】

【数２】

【００２１】ｄ軸電流指令IdRefとｄ軸電流Ｉdとが一致
するように、ＰＩ制御器により、ｄ軸電圧指令VdRefが
補正される。

【００２２】ｑ軸電流指令IqRefとｑ軸電流Ｉqとが一致
するように、ＰＩ制御器により、ｑ軸電圧指令VqRefが
補正される。

【００２３】（３）式の右辺第２項は、誘導電動機２の
誘起電圧を補償するフィードフォワード項である。

【００２４】

【数３】

【００２５】ここに、Ｌ1：１次側自己インダクタン
ス、σ：漏れ係数（＝１−Ｍ・Ｍ／Ｌ1／Ｌ2）、Ｋp：
比例ゲイン、Ki：積分ゲインである。

【００２６】ｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefは、３相電圧
指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefへと変換されて、ベクトル制
御部８から出力される。

【００２７】

【数４】

【００２８】ＰＷＭ制御部７では、３相電圧指令ＶuRe
f,ＶvRef,ＶwRefを入力とし、ＶＶＶＦインバータ１内
のスイッチング素子へのゲート指令が生成出力される。

【００２９】このＰＷＭ制御は周知の技術であるので、
個々ではその詳細な説明については省略する。

【００３０】ＰＷＭ制御部７には、運転指令ＧsTが入力
される。

【００３１】ＧsT＝１である場合には、３相電圧指令に
応じて然るべきゲート指令が出力される。

【００３２】ＧsT＝０である場合には、全ゲート指令を
オフとし、スイッチング素子が閉とされる。

【００３３】誘導電動機２には、速度検出器２２が備え
られ、ロータ回転速度Ｆrが検出される。

【００３４】すべり周波数基準ωs*は、ｄ軸（励磁）電
流指令IdRefとｑ軸（トルク）電流指令IqRefとに基づい
て算出される。

【００３５】

【数５】

【００３６】ここに、Ｒ2：2次抵抗、Ｌ2：2次側自己イ
ンダクタンスである。

【００３７】ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１
は、次式で演算される。

【００３８】

【数６】

【００３９】ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１を
積分することで、静止座標系のａ軸から回転座標系のｄ
軸までの位相角θdqが算出される。

【００４０】

【数７】

【００４１】以上は、すべり周波数形ベクトル制御の一
例であり、良好な過渡応答と高精度な定常特性を得るこ
とができる。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の電気車の駆動制御装置においては、速度検出
器２２は、誘導電動機２の回転軸上に備えられている。

【００４３】従って、この速度検出器２２の存在が、誘
導電動機２の大きさに制約を与えるため、大出力な誘導
電動機２を備えることが困難である。

【００４４】また、速度検出器２２の信号線が、主回路
線と共に機器内を引き回されることで、ノイズ等の重畳
に起因する検出速度の擾乱が生じ、出力トルクに悪影響
を及ぼす。

【００４５】さらに、車両の保守検修時にも、信号線の
取り扱いが作業効率を低下させる等の課題がある。

【００４６】一方、これに対して、速度検出器により検
出された速度を用いずに、速度を推定する電気車の駆動
制御装置の出現が望まれている。

【００４７】しかしながら、このような速度を推定する
電気車の駆動制御装置においては、推定された速度が真
の速度とほぼ一致することが不可欠である。そして、こ
の推定された速度値が真値より大きく異なる値に収束し
ている場合には、すべり周波数が過大となり、主磁束量
の低下が生じる。

【００４８】また、制御方式にもよるが、主磁束量が所
定の値よりも低下した状態で動作継続を行なう場合に
は、過電流やそれに伴なう温度上昇等が生じることがあ
る。

【００４９】さらに、誘導電動機の出力トルクが低下し
て、車両の加減速度が減少することもある。

【００５０】そして、仮に、そのような状態を放置する
場合、目標とする動作点へ引き込まれることもあるが、
この場合、過渡的に大きなトルク変動が生じて乗り心地
が劣化する等、電気車の駆動制御装置としては望ましい
ものではない。

【００５１】本発明の目的は、速度検出器を用いずにＶ
ＶＶＦインバータにより電動機を駆動する電気車の駆動
制御方法および駆動制御装置において、速度推定値が異
常な値に収束した場合に、過電流や温度上昇を抑制し、
計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低
減して車両推力の低下を抑制することで所定の車両加速
性能を確保することが可能な電気車の駆動制御方法およ
び制御装置を提供することにある。

【００５２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に対応する発明では、直流を任意の周波
数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、ＶＶＶＦイ
ンバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、
ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動される電
気車用の電動機とから主回路を構成し、ＶＶＶＦインバ
ータの出力電圧指令とＶＶＶＦインバータの出力電流と
から電動機の回転速度を推定して速度推定値を得、当該
速度推定値に基づいてＶＶＶＦインバータを制御するこ
とにより、電動機の駆動制御を行なう電気車の駆動制御
方法において、速度推定値が異常な値に収束した場合に
は、保護動作によりＶＶＶＦインバータを停止させるよ
うにしている。

【００５３】従って、請求項１に対応する発明の電気車
の駆動制御方法においては、速度推定値が異常な値に収
束した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを
停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。

【００５４】また、請求項２に対応する発明では、直流
を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ
と、ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィルタ
コンデンサと、ＶＶＶＦインバータの交流側に接続され
て駆動される電気車用の電動機とから主回路を構成し、
ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令とＶＶＶＦインバー
タの出力電流とから電動機の回転速度を推定して速度推
定値を得る速度推定手段を備え、速度推定手段により得
られた速度推定値に基づいてＶＶＶＦインバータを制御
することにより、電動機の駆動制御を行なう電気車の駆
動制御装置において、速度推定手段により得られた速度
推定値が異常な値に収束したことを検出する速度異常検
出手段と、速度異常検出手段により速度推定値が異常な
値に収束していると判定された場合に、ＶＶＶＦインバ
ータを停止させる保護手段とを備えている。

【００５５】従って、請求項２に対応する発明の電気車
の駆動制御装置においては、速度推定値が異常な値に収
束していることを判定し、異常な収束を示した場合に、
保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させること
により、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク
急変等の問題を回避することができる。

【００５６】一方、請求項３に対応する発明では、上記
請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置におい
て、速度異常検出手段としては、電気車の一編成中に有
する外部の速度情報に基づいて、速度推定値が異常な値
に収束したことを検出する手段を備えている。

【００５７】従って、請求項３に対応する発明の電気車
の駆動制御装置においては、電気車の駆動制御装置のた
めに備える速度検出器でなく、その他の電気車制御に必
要であり、そのために備える速度情報を取り込んで速度
推定値と比較することで、速度推定値が異常な値に収束
していることを判定し、異常な収束を示した場合に、保
護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることに
より、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急
変等の問題を回避することができる。さらに、電気車編
成中に存在する速度検出器の速度情報と比較することに
より、異常検出精度が向上し、システムの信頼性を向上
することができる。

【００５８】また、請求項４に対応する発明では、上記
請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置におい
て、速度異常検出手段としては、電気車以外の他の電気
車の駆動制御装置により得られた速度推定値に基づい
て、当該速度推定値が異常な値に収束したことを検出す
る手段を備えている。

【００５９】従って、請求項４に対応する発明の電気車
の駆動制御装置においては、他の１つ以上の電気車の駆
動制御装置と速度推定値を比較することで、自身で推定
した速度値が異常な値に収束したことを判定し、異常な
収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバ
ータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電
流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することがで
きる。この場合、通常、同一の制御ユニット内部での実
現が可能であり、特別なハードやソフトを付加すること
なく、容易に実現することができる。

【００６０】さらに、請求項５に対応する発明では、上
記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置にお
いて、速度異常検出手段としては、電動機のインピーダ
ンスを逐次演算するインピーダンス演算手段と、インピ
ーダンス演算手段により演算された電動機のインピーダ
ンスに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したこと
を検出する手段とを備えている。

【００６１】従って、請求項５に対応する発明の電気車
の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機のイ
ンピーダンスを、健全時のインピーダンスである電動機
のインピーダンス基準と比較し、その誤差率が大きい場
合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、
異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦ
インバータを停止させることにより、平均トルクの低下
や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避するこ
とができる。

【００６２】一方、請求項６に対応する発明では、上記
請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置におい
て、速度異常検出手段としては、電動機の有効電力を逐
次演算する有効電力演算手段と、有効電力演算手段によ
り演算された電動機の有効電力に基づいて、速度推定値
が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えてい
る。

【００６３】従って、請求項６に対応する発明の電気車
の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の有
効電力を、健全状態を想定した電動機の有効電力基準と
比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な
値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合
に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させる
ことにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、ト
ルク急変等の問題を回避することができる。

【００６４】また、請求項７に対応する発明では、上記
請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置におい
て、速度異常検出手段としては、電動機の出力トルクを
逐次演算するトルク演算手段と、トルク演算手段により
演算された電動機の出力トルクに基づいて、速度推定値
が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えてい
る。

【００６５】従って、請求項７に対応する発明の電気車
の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の出
力トルクをトルク指令と比較し、その誤差が大きい場合
に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異
常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦイ
ンバータを停止させることにより、平均トルクの低下や
過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避すること
ができる。

【００６６】さらに、請求項８に対応する発明では、上
記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置にお
いて、速度異常検出手段としては、ＶＶＶＦインバータ
への直流入力側の電流値を検出する電流検出手段と、電
流検出手段により検出された電流値に基づいて、速度推
定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備え
ている。

【００６７】従って、請求項８に対応する発明の電気車
の駆動制御装置においては、検出されたＶＶＶＦインバ
ータへの直流入力側の電流値を、健全状態を想定した電
流基準値と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定
値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示
した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停
止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度
上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。

【００６８】一方、請求項９に対応する発明では、上記
請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置におい
て、速度異常検出手段としては、電動機の誘起電圧を演
算する誘起電圧演算手段と、誘起電圧演算手段により演
算された電動機の誘起電圧に基づいて、速度推定値が異
常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。

【００６９】従って、請求項９に対応する発明の電気車
の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の誘
起電圧の大きさを、健全状態を想定した電動機の誘起電
圧基準と比較し、その誤差率が大きい場合に、速度推定
値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示
した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停
止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度
上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。

【００７０】また、請求項１０に対応する発明では、上
記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置にお
いて、速度異常検出手段としては、電動機の磁束量を演
算する磁束演算手段と、磁束演算手段により演算された
電動機の磁束量に基づいて、速度推定値が異常な値に収
束したことを検出する手段とを備えている。

【００７１】従って、請求項１０に対応する発明の電気
車の駆動制御装置においては、逐次演算される２電動機
の次磁束の大きさを２次磁束指令と比較し、その誤差が
大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを
判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によって
ＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トル
クの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回
避することができる。

【００７２】さらに、請求項１１に対応する発明では、
上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置に
おいて、速度異常検出手段としては、電動機の１次イン
ダクタンスを演算する１次インダクタンス演算手段と、
１次インダクタンス演算手段により演算された電動機の
１次インダクタンスに基づいて、速度推定値が異常な値
に収束したことを検出する手段とを備えている。

【００７３】従って、請求項１１に対応する発明の電気
車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の
１次インダクタンスの大きさを１次インダクタンス基準
と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常
な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合
に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させる
ことにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、ト
ルク急変等の問題を回避することができる。

【００７４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００７５】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロ
ック図であり、図１０と同一部分には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。

【００７６】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図１に示すように、前記図１０に、速度
推定部９と、速度異常検出部１０と、保護手段であるア
ンド回路１１とを付加した構成としている。

【００７７】速度推定部９は、前記ＶＶＶＦインバータ
１の出力電圧指令と、前記電流検出器１９により検出さ
れるＶＶＶＦインバータ１の出力電流とから、前記誘導
電動機２の回転速度を推定して速度推定値を得る。

【００７８】速度異常検出部１０は、速度推定部９によ
り得られた速度推定値が異常な値に収束したことを検出
する。

【００７９】この速度異常検出部１０は、電気車の一編
成中に有する外部の速度情報に基づいて、上記速度推定
値が異常な値に収束したことを検出する。

【００８０】アンド回路１１は、速度異常検出部１０に
より速度推定値が異常な値に収束していると判定された
場合に、ＶＶＶＦインバータ１を停止させる。

【００８１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【００８２】なお、本実施の形態にて用いる座標系は、
前記図１１にて説明した従来技術と同一である。

【００８３】図１において、ベクトル制御部８では、ト
ルク指令TMRefに基づき、ｄ軸（励磁）電流指令IdRef、
ｑ軸（トルク）電流指令IqRef、ｄ軸（励磁）電流Ｉd、
ｑ軸（トルク）電流Ｉq、ｄ軸電圧指令VdRef、ｑ軸電圧
指令VqRef、３相電圧指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefを演算
する。

【００８４】速度推定部９では、インバータ出力周波数
ω１の演算、およびロータ速度の推定を行なう。

【００８５】この速度推定部９で、誘導電動機２のロー
タ速度を推定する方式としては、各種の方式があるが、
一例として、ここでは誘起電圧に基づく方式について説
明する。

【００８６】すなわち、誘導電動機２のＵ相電流Ｉuと
Ｗ相電流Ｉwは、電流検出器１９によりそれぞれ検出さ
れ、前記（２）式により、ｄ軸（励磁）電流Ｉdとｑ軸
（トルク）電流Ｉqとが演算される。

【００８７】ｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqと、ベクトル制
御部８からの出力であるｄ軸電圧指令VdRefとｑ軸電圧
指令VqRefに基づき、ｄ軸誘起電圧Ｅdとｑ軸誘起電圧Ｅ
qが算出される。

【００８８】

【数８】

【００８９】ベクトル制御の目標動作点は、ｄ軸と２次
磁束が一致する状態であり、この時、ｄ軸誘起電圧Ｅd
は零となる。

【００９０】よって、ｄ軸誘起電圧が零でないことは、
ｄ軸と２次磁束が一致していない軸ずれ状態を表わして
いる。

【００９１】ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１
は、次式で決定される。

【００９２】右辺第１項は基準項であり、右辺第２項は
軸ずれ補正項である。

【００９３】

【数９】

【００９４】誘導電動機２のロータ速度の推定値ωRh
は、次式で演算される。

【００９５】ただし、すべり周波数基準ωs*は、前記
（５）式で演算される。

【００９６】

【数１０】

【００９７】速度異常検出部１０では、本電気車の駆動
制御装置以外の機器に必要とされる外部の速度信号を速
度基準ωR*として入力し、これを速度推定値ωRhと比較
することで、速度推定値ωRhが異常な値に収束している
ことを検出する。

【００９８】一例として、速度基準ωR*と速度推定値ω
Rhとの偏差の絶対値が所定値αを超過した場合には、速
度推定異常と判定する。

【００９９】この速度推定異常は、フラグFEDとして出
力される。

【０１００】すなわち、正常と判定した場合には、FED
＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。

【０１０１】

【数１１】

【０１０２】異常判定をした場合（FED=0）には、保護
動作となる。

【０１０３】すなわち、アンド回路１１への入力FED＝0
となり、ゲート指令ＧsＴ=0となる。

【０１０４】すると、ＰＷＭ制御部７の作用により、Ｖ
ＶＶＦインバータ１の全スイッチング素子へのゲートが
オフとなる。

【０１０５】以上の作用により、以下のような効果を得
ることができる。

【０１０６】すなわち、推定した速度に基づいてＶＶＶ
Ｆインバータ１の周波数を調整する本実施の形態の構成
では、推定した速度が異常な値に収束する可能性があ
る。

【０１０７】この場合、本来与えるべきすべり周波数に
比べて、過大なすべり周波数を与えることとなり、トル
クの低下や過電流、温度上昇等の問題が生じる。

【０１０８】仮に、その状態を放置する場合には、前記
（９）式の軸ずれ補償項の作用により、目標とする動作
点へ引き込まれる場合もあるが、この場合、過渡的に大
きな推力変動が生じて乗り心地が劣化する等、電気車の
駆動制御装置としては望ましくない。

【０１０９】この点、本実施の形態の構成では、外部の
速度信号を速度基準として取り込み、速度推定値と比較
することで、速度推定値が異常な値に収束していること
を判定することができる。

【０１１０】異常な収束を示した場合には、ＶＶＶＦイ
ンバータ１を保護動作により停止させることで、トルク
の低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避
することが可能である。

【０１１１】速度情報として、精度のよいものは特に必
要とされない。

【０１１２】電気車編成中に存在する速度検出器の速度
信号と比較するため、異常検知精度が向上し、システム
の信頼性を向上することができる。

【０１１３】なお、本実施の形態で挙げる外部の速度情
報とは、本来、電気車の駆動制御装置に使用する目的で
はなく、他の機器で必要とされるために備わる速度情報
の全てを含むものである。

【０１１４】すなわち、例えばブレーキ制御器、運転台
の速度メータやモニタ機器、閉じめ保安装置のために備
えられる速度検出器、あるいは自動列車制御装置ＡＴ
Ｃ、自動列車停止装置ＡＴＳ、自動列車運転装置ＡＴ
Ｏ、速度段リレー回路等から得られる速度情報等により
構成することが可能である。

【０１１５】また、本実施の形態では、誘導電動機の駆
動制御装置を例として示しているが、同様に、他の電動
機に適用した場合も同様の作用効果を得ることができ
る。

【０１１６】ここで、他の電動機としては、例えば永久
磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）、永久磁石リラクタンス電
動機（ＰＲＭ）、シンクロナスリラクタンス電動機（Ｓ
ｙＲＭ）等がある。

【０１１７】なお、速度異常を検出して、保護動作によ
りゲートを停止した場合、電気的な推力は得られないこ
ともある。すなわち、力行中の場合、加速しない。ブレ
ーキ中では、電気ブレーキが出力されない分、機械的ブ
レーキが動作し、所定の減速度は確保されるが、エネル
ギー効率やブレーキシューの磨耗等の点より望ましいも
のとは言い難い。

【０１１８】そこで、保護動作によりゲートを停止した
場合、再度、ＶＶＶＦインバータ１の再起動を行なう方
が望ましい場合も多い。

【０１１９】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置では、速度推定値が異常な値に収束し
ていることを判定し、異常な収束を示した場合に、保護
動作によってＶＶＶＦインバータ１を停止させることに
より、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急
変等の問題を回避することが可能となる。

【０１２０】（第２の実施の形態）図２は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略要部構成例を示す
ブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ
述べる。

【０１２１】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図２に示すように、前記図１における速
度異常検出部１０として、本電気車以外の他の電気車の
駆動制御装置により得られた速度推定値に基づいて、速
度推定値が異常な値に収束したことを検出する構成とし
ている。

【０１２２】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【０１２３】なお、図１と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。

【０１２４】図２において、速度異常検出部１０には、
速度推定部９で推定された誘導電動機２の回転速度ωRh
が入力される。

【０１２５】また、同一電車内の他の電気車の駆動制御
装置から同様に推定される別の誘導電動機の速度推定値
ωRh2、ωRh3、ωRh4が入力される。

【０１２６】速度異常検出部１０では、４つの速度推定
値ωRh、ωRh2、ωRh3、ωRh4に基づき、自身の速度推
定値ωRhが異常であるか否かを判定する。

【０１２７】例えば、４台の平均値を速度基準ωR*とし
て算出する。

【０１２８】

【数１２】

【０１２９】この速度基準ωR*に基づき速度推定値ωRh
の収束値の異常を判定する基準は、前記（１１）式と同
様である。

【０１３０】以上の作用により、他の１つ以上の電気車
の駆動制御装置と速度推定値を比較することで、自身で
推定した速度が、異常な値に収束したことを判定する。
各誘導電動機の回転速度は、車輪径の差や空転・滑走と
いった条件で若干の差異を示すが、概ね車両速度（を各
電動機の回転速度に換算したもの）に一致している。

【０１３１】よって、他の電気車の駆動制御装置で推定
された速度に比べて大きな差異がある場合には、速度推
定値の異常であると判定できる。

【０１３２】これにより、前記第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【０１３３】一般に、電気車の１両には４つの誘導電動
機が備えられており、各誘導電動機を１台のＶＶＶＦイ
ンバータで駆動制御する個別制御方式という駆動方式が
ある。この個別駆動方式の場合、各々の誘導電動機を駆
動する４つの駆動制御装置を合わせて、１つの制御ユニ
ットとして構成することが通例である。

【０１３４】よって、これら４つの駆動制御装置内で、
各々の速度推定値をやりとりすることは、特別なハード
やソフトを付加することなく、容易に実現することが可
能である。

【０１３５】なお、本実施の形態では、個々の電気車の
駆動制御装置が自身の速度推定異常を判定するようにし
ているが、速度異常検出部１０は、複数の電気車の駆動
制御装置で共有し、いずれかの電気車の駆動制御装置が
速度推定異常であることを判定するように構成してもよ
い。

【０１３６】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能とな
る。

【０１３７】（第３の実施の形態）図３は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロ
ック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０１３８】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図３に示すように、前記図１に、インピ
ーダンス演算部１２と、インピーダンス基準演算部１３
とを付加した構成としている。

【０１３９】インピーダンス演算部１２は、誘導電動機
２のインピーダンスを逐次演算する。

【０１４０】インピーダンス基準演算部１３は、速度推
定値が正常に収束している健全状態での誘導電動機２の
インピーダンス基準を演算する。

【０１４１】速度異常検出部１０は、インピーダンス演
算部１２により演算された誘導電動機２のインピーダン
スと、インピーダンス基準演算部１３により演算された
誘導電動機２のインピーダンス基準とに基づいて、前記
速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。

【０１４２】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【０１４３】なお、図１と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。

【０１４４】図３において、インピーダンス演算部１２
には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉw
と、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令
VdRef,VqRefとが入力され、誘導電動機２のインピーダ
ンスＺが算出される。

【０１４５】相電流Ｉu、Ｉwに基づき、ｄｑ軸電流値Ｉ
d,Ｉqは、前記（２）式で演算される。

【０１４６】ｄｑ軸座標系上の電流ベクトルの大きさＩ
1は、次式で演算される。

【０１４７】

【数１３】

【０１４８】同様に、ｄｑ軸座標系上の電圧指令ベクト
ルの大きさＶ1Refは、次式で演算される。

【０１４９】

【数１４】

【０１５０】誘導電動機２のインピーダンスは、ｄｑ軸
座標系上の電流ベクトルの大きさＩ1と電圧指令ベクト
ルの大きさＶ1Refとから、次式で算出される。

【０１５１】

【数１５】

【０１５２】インピーダンス基準演算部１３には、速度
推定値ωRhが入力される。

【０１５３】インピーダンス基準値Ｚ*は、速度推定値
ωRhが正常に収束している健全状態での誘導電動機２の
インピーダンスを表わすものとして、あらかじめ関数化
しておくことが望ましい。

【０１５４】

【数１６】

【０１５５】速度異常検出部１０には、演算されたイン
ピーダンスＺとインピーダンス基準Ｚ*とが入力され、
双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束し
ていることが検出される。

【０１５６】一例として、インピーダンス基準Ｚ*に対
するインピーダンスＺの比率を演算し、この比率が下限
値αと上限βとの間に無い場合には、速度推定値異常と
判定される。

【０１５７】この速度推定値異常は、フラグFEDとして
出力される。

【０１５８】

【数１７】

【０１５９】すなわち、正常と判定した場合には、FED
＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。

【０１６０】速度推定値が真値近傍に収束している健全
状態での誘導電動機２のインピーダンスは、出力トルク
に応じて数倍の変化を示す。

【０１６１】速度推定値の異常収束の保護検知を精度よ
く行なう場合、（１６）式に示したインピーダンス基準
は、速度推定値のみならず、トルク指令TMRef（あるい
はそれに準ずるトルク電流指令IqRefやトルク電流Ｉq）
の関数として与えることが望ましい。

【０１６２】

【数１８】

【０１６３】なお、あらかじめ関数化するのではなく、
モータパラメータと各指令値に基づき、インピーダンス
基準Ｚ*を逐次演算することも可能である。

【０１６４】以上の作用により、逐次演算される誘導電
動機２のインピーダンスを、健全時のインピーダンスで
あるインピーダンス基準と比較し、その誤差率が大きい
場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。

【０１６５】速度推定値が異常であることは、すべりが
過大となっていることと等価である。

【０１６６】誘導電動機２のインピーダンスは、１次周
波数とロータ周波数とが一致している状態で極大とな
る。このため、すべりが過大である状態では、インピー
ダンスが低下する。

【０１６７】よって、上記の作用により、速度推定値が
異常な値に収束したことを判定することができる。

【０１６８】これにより、前記第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【０１６９】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能とな
る。

【０１７０】（第４の実施の形態）図４は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロ
ック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０１７１】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図４に示すように、前記図１に、有効電
力演算部１４と、有効電力基準演算部１５とを付加した
構成としている。

【０１７２】有効電力演算部１４は、誘導電動機２の有
効電力を逐次演算する。

【０１７３】有効電力基準演算部１５は、速度推定値が
正常に収束している健全状態での誘導電動機２の有効電
力基準を演算する。

【０１７４】速度異常検出部１０は、有効電力演算部１
４により演算された誘導電動機２の有効電力と、有効電
力基準演算部１５により演算された誘導電動機２の有効
電力基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収
束したことを検出する。

【０１７５】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【０１７６】なお、図１と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。

【０１７７】図４において、有効電力演算部１４には、
電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベ
クトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,
VqRefとが入力され、ＶＶＶＦインバータ１から出力さ
れる有効電力Ｐが算出される。

【０１７８】相電流Ｉu、Ｉwに基づき、ｄｑ軸電流値Ｉ
d,Ｉqは、前記（２）式により演算される。

【０１７９】有効電力Ｐは、次式により演算される。

【０１８０】

【数１９】

【０１８１】有効電力基準演算部１５には、ＶＶＶＦイ
ンバータ１の1次周波数ω1が入力される。

【０１８２】誘導電動機２のモータ定数を用いて、ｄｑ
軸電圧基準Ｖd*、Ｖq*が、次式により算出される。

【０１８３】

【数２０】

【０１８４】ここに、Ｒ1：1次抵抗、Ｌ1：1次側自己イ
ンダクタンス、σ：漏れ係数（＝１−Ｍ×Ｍ／Ｌ1／Ｌ
2）、だだし、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次側
自己インダクタンスである。

【０１８５】有効電力基準Ｐ*は、次式により演算され
る。

【０１８６】

【数２１】

【０１８７】なお、有効電力基準Ｐ*は、上記（２１）
式により逐次演算するのでなく、あらかじめ１次周波数
ω1とトルク指令TMRef（あるいはそれに準ずるトルク電
流指令IqRefやトルク電流）の関数として、次式により
定義するようにしておいてもよい。

【０１８８】

【数２２】

【０１８９】速度異常検出部１０には、演算された有効
電力Ｐと有効電力基準Ｐ*とが入力され、双方を比較す
ることで、速度推定値が異常な値に収束していることが
検出される。

【０１９０】一例として、有効電力基準Ｐ*と有効電力
Ｐとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの
間にない場合には、速度推定値異常と判定される。

【０１９１】この速度推定値異常は、フラグFEDとして
出力される。

【０１９２】すなわち、正常と判定した場合には、FED
＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。

【０１９３】

【数２３】

【０１９４】以上の作用により、逐次演算される誘導電
動機２の有効電力を、健全状態を想定した有効電力基準
と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常
（FED＝０）と判定する。

【０１９５】速度推定値が異常であることは、すべりが
過大となっていることと等価であるが、この場合、主磁
束が低下した状態となる。このため、所望なトルクが出
力されず、有効電力の低下となって現われる。

【０１９６】よって、上記の作用により、速度推定値が
異常な値に収束したことを判定することができる。

【０１９７】これにより、前記第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【０１９８】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能とな
る。

【０１９９】（第５の実施の形態）図５は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロ
ック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０２００】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図５に示すように、前記図１に、トルク
演算部１６を付加した構成としている。

【０２０１】トルク演算部１６は、誘導電動機２の出力
トルクを逐次演算する。

【０２０２】速度異常検出部１０は、トルク演算部１６
により演算された誘導電動機２の出力トルクとトルク指
令とに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したこと
を検出する。

【０２０３】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【０２０４】なお、図１と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。

【０２０５】図５において、トルク演算部１６には、電
流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベク
トル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,Vq
Refとが入力される。

【０２０６】誘導電動機２の入力端子における有効電力
Ｐは、前記（１９）式により演算される。

【０２０７】誘導電動機２の機械出力ＰＭは、１次抵抗
Ｒ1と２次抵抗Ｒ2で消費される電力を差し引くことで、
その概算を求めることができる。

【０２０８】速度推定値が真の回転速度と一致する場合
には、次式により算出することができる。

【０２０９】

【数２４】

【０２１０】誘導電動機２の出力トルクの推定値ＴＭh
は、速度推定値ωRhを用いて、次式により演算される。

【０２１１】

【数２５】

【０２１２】ただし、ｐ：極対数を表わす。

【０２１３】速度異常検出部１０には、演算された推定
トルクＴＭhとトルク指令TMRefとが入力され、双方を比
較することで、速度推定値が異常な値に収束しているこ
とが検出される。

【０２１４】一例として、トルク指令TMRefと推定トル
クＴＭhとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限
βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定され
る。

【０２１５】この速度推定値異常は、フラグFEDとして
出力される。

【０２１６】すなわち、正常と判定した場合には、FED
＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。

【０２１７】

【数２６】

【０２１８】以上の作用により、逐次演算される推定ト
ルクを、トルク指令と比較し、その偏差が大きい場合
に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。

【０２１９】速度推定値が異常であることは、すべりが
過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した
状態である。このため、所望なトルクが出力されない。

【０２２０】よって、上記の作用により、速度推定値が
異常な値に収束したことを判定することができる。

【０２２１】これにより、前記第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【０２２２】なお、本実施の形態では、トルクを推定す
るようにしているが、トルクメータを誘導電動機２に備
えて、このトルクメータで検出された値に基づいて、速
度推定値の異常を判定するようにしても、同様の作用効
果を得ることができる。

【０２２３】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能とな
る。

【０２２４】（第６の実施の形態）図６は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロ
ック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０２２５】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図６に示すように、前記図１に、ＦＬ電
流基準演算部１７と、電流検出器１８とを付加した構成
としている。

【０２２６】電流検出器１８は、前記ＶＶＶＦインバー
タ１への直流入力側の電流値、すなわちフィルタリアク
トル６の電流値を検出する。

【０２２７】ＦＬ電流基準演算部１７は、定常的なフィ
ルタリアクトル６の電流基準を演算する。

【０２２８】速度異常検出部１０は、電流検出器１８に
より検出された電流値と、ＦＬ電流基準演算部１７によ
り演算されたフィルタリアクトル電流基準とに基づい
て、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出す
る。

【０２２９】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【０２３０】なお、図１と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。

【０２３１】図６において、フィルタリアクトル６を流
れる電流を検出する電流検出器１８が設けられる。

【０２３２】ＦＬ電流基準演算部１７には、ＶＶＶＦイ
ンバータ１の1次周波数ω1が入力される。

【０２３３】例えば、定常的なフィルタリアクトル６の
電流基準ＩＬ*は、前記（２１）式の有効電力基準Ｐ*と
直流電圧Ｖdcとを用いて、次式により演算される。

【０２３４】

【数２７】

【０２３５】速度異常検出部１０には、フィルタリアク
トル６電流基準ＩL*と検出されたフィルタリアクトル６
電流ＩLとが入力され、双方を比較することで、速度推
定値が異常な値に収束していることが検出される。

【０２３６】一例として、フィルタリアクトル６電流基
準ＩL*とフィルタリアクトル６電流ＩLとの偏差を演算
し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合に
は、速度推定値異常と判定される。

【０２３７】この速度推定値異常は、フラグFEDとして
出力される。正常と判定した場合には、FED＝１であ
り、異常と判定した場合には、FED=0とする。

【０２３８】

【数２８】

【０２３９】以上の作用により、検出されたフィルタリ
アクトル電流ＩLを、健全状態を想定したフィルタリア
クトル電流基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速
度推定値異常（FED＝０）と判定する。

【０２４０】速度推定値が異常であることは、すべりが
過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した
状態である。このため、所望なトルクが出力されず、有
効電力の低下、すなわちＶＶＶＦインバータ１への直流
入力電流の低下として現われる。

【０２４１】よって、上記の作用により、速度推定値が
異常な値に収束したことを判定することができる。

【０２４２】これにより、前記第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【０２４３】なお、本実施の形態では、フィルタコンデ
ンサ３より架線側のフィルタリアクトル６の電流を検出
するようにしているが、フィルタコンデンサ３からＶＶ
ＶＦインバータ１への入力直流電流を検出するようにし
ても、同様の作用効果を得ることができる。

【０２４４】すなわち、交流電気車への適用を図る上で
は、ＶＶＶＦインバータ１への入力直流電流を直接検出
する構成が極めて有効である。

【０２４５】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能とな
る。

【０２４６】（第７の実施の形態）図７は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロ
ック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０２４７】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図７に示すように、前記図１に、誘起電
圧演算部２０と、誘起電圧基準演算部２１とを付加した
構成としている。

【０２４８】誘起電圧演算部２０は、誘導電動機２の誘
起電圧を演算する。

【０２４９】誘起電圧基準演算部２１は、速度推定値が
正常に収束している健全状態での誘導電動機２の誘起電
圧基準を演算する。

【０２５０】速度異常検出部１０は、誘起電圧演算部２
０により演算された誘導電動機２の誘起電圧と、誘起電
圧基準演算部２１により演算された誘導電動機２の誘起
電圧基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収
束したことを検出する。

【０２５１】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【０２５２】なお、図１と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。

【０２５３】図７において、誘起電圧演算部２０では、
電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベ
クトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,
VqRefとが入力され、ｄｑ軸座標系上の誘起電圧Ｅ
d,Ｅqが、前記（８）式により演算される。

【０２５４】誘起電圧の大きさＥは、次式により算出さ
れる。

【０２５５】

【数２９】

【０２５６】誘起電圧基準演算部２１では、ＶＶＶＦイ
ンバータ１の周波数ω1に基づき、次式のようにして誘
起電圧基準Ｅ*が演算される。

【０２５７】

【数３０】

【０２５８】速度異常検出部１０には、演算された誘起
電圧の大きさＥと誘起電圧基準Ｅ*とが入力され、双方
を比較することで、速度推定値が異常な値に収束してい
ることが検出される。

【０２５９】一例として、誘起電圧の大きさＥと誘起電
圧基準Ｅ*との偏差を演算し、この偏差が下限値αと上
限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定され
る。

【０２６０】この速度推定値異常は、フラグFEDとして
出力される。

【０２６１】すなわち、正常と判定した場合には、FED
＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。

【０２６２】

【数３１】

【０２６３】以上の作用により、逐次演算される誘起電
圧の大きさを、健全状態を想定した誘起電圧基準と比較
し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝
０）と判定する。

【０２６４】速度推定値が異常であることは、すべりが
過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した
状態である。このため、健全状態で生じる誘起電圧基準
に比べて、小さい誘起電圧しか生じない。

【０２６５】よって、上記の作用により、速度推定値が
異常な値に収束したことを判定することができる。

【０２６６】これにより、前記第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【０２６７】なお、本実施の形態では、誘導電動機２の
誘起電圧の大きさをその基準と比較するようにしている
が、誘導電動機２の誘起電圧は、健全状態でｑ軸方向に
しか生じないため、前記（８）式により演算されたｑ軸
誘起電圧Ｅqと誘起電圧基準Ｅ*とを比較して、速度推定
値の異常を判定するようにしてもよい。

【０２６８】また、誘導電動機２の誘起電圧でなく、Ｖ
ＶＶＦインバータ１の出力電圧の大きさやｑ軸電圧に基
づいて、速度推定値の異常を判定するようにしても、同
様の作用効果を得ることができる。

【０２６９】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能とな
る。

【０２７０】（第８の実施の形態）図８は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロ
ック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０２７１】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図８に示すように、前記図１に、磁束演
算部２３を付加した構成としている。

【０２７２】磁束演算部２３は、誘導電動機２の磁束量
を演算する。

【０２７３】速度異常検出部１０は、磁束演算部２３に
より演算された誘導電動機２の磁束量と磁束指令とに基
づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検
出する。

【０２７４】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【０２７５】なお、図１と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。

【０２７６】図８において、磁束演算部２３には、電流
検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクト
ル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRe
fとが入力され、誘導電動機２の主磁束が演算される。

【０２７７】すなわち、まず、相電流Ｉu,Ｉwに基づい
て、ａｂ軸静止座標系上での電流値Ｉa,Ｉbが演算され
る。

【０２７８】

【数３２】

【０２７９】ａｂ軸静止座標系上での電圧指令ＶaRef、
ＶbRefは、次式により演算される。

【０２８０】

【数３３】

【０２８１】ａｂ軸静止座標系上での２次磁束量φ2a,
φ2bは、次式により推定演算される。

【０２８２】

【数３４】

【０２８３】ただし、ｐ（）：微分演算子である。

【０２８４】ａｂ軸２次磁束φ2a、φ2bは、次式によ
り、ｄｑ軸座標系上の２次磁束φ2d,φ2qに変換され
る。

【０２８５】

【数３５】

【０２８６】２次磁束の大きさφ2は、次式により演算
される。

【０２８７】

【数３６】

【０２８８】速度異常検出部１０には、演算された２次
磁束の大きさφ2と２次磁束指令φ2Refとが入力され、
双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束し
ていることが検出される。

【０２８９】一例として、２次磁束の大きさφ2と２次
磁束指令φ2Refとの偏差を演算し、この偏差が下限値α
と上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定
される。

【０２９０】この速度推定異常は、フラグFEDとして出
力される。

【０２９１】すなわち、正常と判定した場合には、FED
＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。

【０２９２】

【数３７】

【０２９３】以上の作用により、逐次演算される２次磁
束の大きさを、２次磁束指令と比較し、その偏差が大き
い場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。

【０２９４】速度推定値が異常であることは、すべりが
過大となっていることと等価であり、２次磁束が低下し
た状態である。

【０２９５】よって、上記の作用により、速度推定値が
異常な値に収束したことを判定することができる。

【０２９６】これにより、前記第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【０２９７】なお、本実施の形態では、２次磁束の大き
さをその基準と比較するようにしているが、２次磁束
は、健全状態でｄ軸方向にしか生じないため、前記（３
５）式により演算されたｄ軸２次磁束φ2dと２次磁束指
令φ2Refとを比較して、速度推定値の異常を判定するよ
うにしてもよい。

【０２９８】また、誘導電動機２の主磁束として、２次
磁束に基づく構成を示しているが、１次磁束やギャップ
磁束に基づく構成とするようにしても、同様の作用効果
を得ることができる。

【０２９９】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能とな
る。

【０３００】（第９の実施の形態）図９は、本実施の形
態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロ
ック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【０３０１】すなわち、本実施の形態による電気車の駆
動制御装置は、図９に示すように、前記図１に、１次イ
ンダクタンス演算部２４を付加した構成としている。

【０３０２】１次インダクタンス演算部２４は、誘導電
動機２の１次インダクタンスを演算する。

【０３０３】速度異常検出部１０は、１次インダクタン
ス演算部２４により演算された誘導電動機２の１次イン
ダクタンスと１次インダクタンス基準とに基づいて、速
度推定値が異常な値に収束したことを検出する。

【０３０４】次に、以上のように構成した本実施の形態
による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。

【０３０５】なお、図１と同一部分の作用についてはそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についての
み述べる。

【０３０６】図９において、誘導電動機２をベクトル制
御で駆動した場合、定常状態において、ｑ軸電圧Ｖｑ
は、次式により表わされる。

【０３０７】

【数３８】

【０３０８】１次インダクタンス演算部２４では、上記
（３８）式の関係に基づき、次式のように、１次インダ
クタンスＬ1が推定演算される。

【０３０９】ただし、ｄｑ軸電流Ｉd,Ｉqは、前記
（２）式により求める。

【０３１０】

【数３９】

【０３１１】速度異常検出部１０には、演算された１次
インダクタンスＬ1と１次インダクタンス基準Ｌ1*とが
入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な
値に収束していることが検出される。

【０３１２】一例として、１次インダクタンスＬ1とそ
の基準Ｌ1*との偏差を演算し、この偏差が下限値αと上
限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定され
る。

【０３１３】この速度推定値異常は、フラグFEDとして
出力される。

【０３１４】すなわち、正常と判定した場合には、FED
＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。

【０３１５】

【数４０】

【０３１６】以上の作用により、逐次演算される1次イ
ンダクタンスを、１次インダクタンス基準と比較し、そ
の偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と
判定する。

【０３１７】速度推定値が異常であることは、すべりが
過大となっていることと等価であり、２次磁束が低下し
た状態である。この場合、ｑ軸誘起電圧が低下するた
め、ｑ軸電圧自体が小さくなる。この結果、前記（３
９）式により演算される1次インダクタンスは、正確な
値を推定することができない。

【０３１８】よって、上記の作用により、速度推定値が
異常な値に収束したことを判定することができる。

【０３１９】これにより、前記第１の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【０３２０】なお、本実施の形態では、1次インダクタ
ンスを推定する構成を示しているが、ギャップ磁束や2
次磁束を推定する構成とするようにしても、同様の作用
効果を得ることができる。

【０３２１】上述したように、本実施の形態による電気
車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温
度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能とな
る。

【０３２２】（その他の実施の形態）尚、本発明は、上
記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階で
はその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施す
ることが可能である。また、各実施の形態は可能な限り
適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせ
た作用効果を得ることができる。さらに、上記各実施の
形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される
複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の
発明を抽出することができる。例えば、実施の形態に示
される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されて
も、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の
少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べら
れている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合に
は、この構成要件が削除された構成を発明として抽出す
ることができる。

【０３２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、速
度検出器を用いずにＶＶＶＦインバータにより電動機を
駆動する電気車の駆動制御方法および制御装置におい
て、速度推定値が異常な値に収束した場合に、保護動作
によりＶＶＶＦインバータを停止させるようにしている
ので、速度推定値が異常な値に収束した場合に、過電流
や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の
加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制する
ことで所定の車両加速性能を確保することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気車の駆動制御装置の第１の実
施の形態を示すブロック図。

【図２】本発明による電気車の駆動制御装置の第２の実
施の形態を示すブロック図。

【図３】本発明による電気車の駆動制御装置の第３の実
施の形態を示すブロック図。

【図４】本発明による電気車の駆動制御装置の第４の実
施の形態を示すブロック図。

【図５】本発明による電気車の駆動制御装置の第５の実
施の形態を示すブロック図。

【図６】本発明による電気車の駆動制御装置の第６の実
施の形態を示すブロック図。

【図７】本発明による電気車の駆動制御装置の第７の実
施の形態を示すブロック図。

【図８】本発明による電気車の駆動制御装置の第８の実
施の形態を示すブロック図。

【図９】本発明による電気車の駆動制御装置の第９の実
施の形態を示すブロック図。

【図１０】従来の速度検出器を備えた電気車の駆動制御
装置の概略構成例を示すブロック図。

【図１１】各座標系の関係を示す図。

【符号の説明】

１…ＶＶＶＦインバータ ２…誘導電動機 ３…フィルタコンデンサ ４…パンタグラフ ５…車輪 ６…フィルタリアクトル ７…ＰＷＭ制御部 ８…ベクトル制御部 ９…速度推定部 １０…速度異常検出部 １１…アンド回路 １２…インピーダンス演算部 １３…インピーダンス基準演算部 １４…有効電力演算部 １５…有効電力基準演算部 １６…トルク演算部 １７…ＦＬ電流基準演算部 １８…電流検出器 １９…電流検出器 ２０…誘起電圧演算部 ２１…誘起電圧基準演算部 ２２…速度検出器 ２３…磁束演算部 ２４…1次インダクタンス演算部。

フロントページの続き (72)発明者 松岡 孝一 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 結城 和明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 恩田 昇治 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5H115 PA08 PC01 PG01 PI02 PI29 PU09 PV09 PV23 QN06 QN09 RB22 RB25 RB26 TB10 TO02 TO12 TO13 TO16 TU02 TU12 5H576 AA01 CC01 DD02 DD04 EE01 EE11 FF08 GG04 HB02 JJ03 LL13 LL22 LL54 MM02 MM04 MM05 MM06

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流を任意の周波数の交流に変換する可
   変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
   と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
   ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
   接続されて駆動される電気車用の電動機とから主回路を
   構成し、 前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦ
   インバータの出力電流とから前記電動機の回転速度を推
   定して速度推定値を得、当該速度推定値に基づいて前記
   ＶＶＶＦインバータを制御することにより、前記電動機
   の駆動制御を行なう電気車の駆動制御方法において、 前記速度推定値が異常な値に収束した場合には、保護動
   作により前記ＶＶＶＦインバータを停止させるようにし
   たことを特徴とする電気車の駆動制御方法。
2. 【請求項２】 直流を任意の周波数の交流に変換する可
   変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
   と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
   ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
   接続されて駆動される電気車用の電動機とから主回路を
   構成し、 前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦ
   インバータの出力電流とから前記電動機の回転速度を推
   定して速度推定値を得る速度推定手段を備え、 前記速度推定手段により得られた速度推定値に基づいて
   前記ＶＶＶＦインバータを制御することにより、前記電
   動機の駆動制御を行なう電気車の駆動制御装置におい
   て、 前記速度推定手段により得られた速度推定値が異常な値
   に収束したことを検出する速度異常検出手段と、 前記速度異常検出手段により速度推定値が異常な値に収
   束していると判定された場合に、前記ＶＶＶＦインバー
   タを停止させる保護手段と、 を備えて成ることを特徴とする電気車の駆動制御装置。
3. 【請求項３】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御
   装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記電気車の一編成中に有する外部の速度情報に基づい
   て、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出す
   る手段を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装
   置。
4. 【請求項４】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御
   装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記電気車以外の他の電気車の駆動制御装置により得ら
   れた速度推定値に基づいて、当該速度推定値が異常な値
   に収束したことを検出する手段を備えたことを特徴とす
   る電気車の駆動制御装置。
5. 【請求項５】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御
   装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記電動機のインピーダンスを逐次演算するインピーダ
   ンス演算手段と、 前記インピーダンス演算手段により演算された電動機の
   インピーダンスに基づいて、前記速度推定値が異常な値
   に収束したことを検出する手段と、 を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。
6. 【請求項６】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御
   装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記電動機の有効電力を逐次演算する有効電力演算手段
   と、 前記有効電力演算手段により演算された電動機の有効電
   力に基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したこ
   とを検出する手段と、 を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。
7. 【請求項７】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御
   装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記電動機の出力トルクを逐次演算するトルク演算手段
   と、 前記トルク演算手段により演算された電動機の出力トル
   クに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したこ
   とを検出する手段と、 を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。
8. 【請求項８】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御
   装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記ＶＶＶＦインバータへの直流入力側の電流値を検出
   する電流検出手段と、 前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、
   前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手
   段と、 を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。
9. 【請求項９】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御
   装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記電動機の誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段と、 前記誘起電圧演算手段により演算された電動機の誘起電
   圧に基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したこ
   とを検出する手段と、 を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。
10. 【請求項１０】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制
    御装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記電動機の磁束量を演算する磁束演算手段と、 前記磁束演算手段により演算された電動機の磁束量に基
    づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検
    出する手段と、 を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。
11. 【請求項１１】 前記請求項２に記載の電気車の駆動制
    御装置において、 前記速度異常検出手段としては、 前記電動機の１次インダクタンスを演算する１次インダ
    クタンス演算手段と、 前記１次インダクタンス演算手段により演算された電動
    機の１次インダクタンスに基づいて、前記速度推定値が
    異常な値に収束したことを検出する手段と、 を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。