JP2008228540A - 車両駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高誘起電圧形同期電動機においてもセクションの通過をしている時に発生する同期電動機からの誘起電圧を抑制し、負荷接触器の開閉を行わないことができる車両駆動制御装置を提供する。
【解決手段】セクション通過により検出される停電検知信号により駆動側電力変換回路４の制御方式を通常の力行又は回生ブレーキモードから弱め磁束制御に切替えることで、高速運転中に同期電動機６から発生する誘起電圧を電力変換装置の定格仕様内に収めるように駆動側電力変換回路を制御し、負荷接触器５の開閉を行わずにセクション通過することを可能とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両駆動制御装置に関する。

図７に示すように、従来の交流電気車の車両駆動制御装置は、主回路を構成する交流架線から集電する集電装置１、トランス２、架線側電力変換回路３、駆動側電力変換回路４、負荷接触器５、同期電動機６を備えている。また、架線側電力変換回路３、駆動側電力変換回路４を制御する電力変換制御装置７を備えている。

電力変換制御装置７には、架線電圧の低下によって停電を検知する停電検知回路１０、停電検知回路１０が停電を検知したとき負荷接触器５を開放する負荷接触器制御回路１１、運転席からの運転指令／ブレーキ指令に基づいて力行回生指令を出力する運転指令入力回路１２、そして両電力変換回路３，４を制御する制御回路９が含まれている。架線側電力変換回路３、駆動側電力変換回路４とこの電力変換制御装置７とを含めて電力変換装置８としている。

この従来の交流電気車の車両駆動制御装置では、交流架線から集電装置１にて交流を集電し、架線側電力変換回路３にて単相交流を直流電力に変換し、さらに駆動側電力変換回路４にて直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力にて同期電動機６を駆動する。効率の良い力行運転や回生ブレーキ運転はこの電力変換装置８にて行なっている。

一方、電力を供給する変電設備側には、あるき電距離毎に交流き電区分所（「セクション」と称する。）を設けて変電側からのき電区分を分けている。このセクションにおいては、切替え用遮断器等による切替えセクション等の方式があるが、切替えのタイミングでは数百ｍｓ程度の電力の中断が発生する。例えば回生ブレーキ運転中にセクションを通過する場合には、セクションでの電力中断期間により、回生エネルギーがき電側へ返還できないために、電力変換装置８内での直流電圧の上昇や架線側電力変換回路３の入力側電圧の上昇となり、電力変換装置８の過電圧による損傷を招く可能性がある。これとは逆に力行運転中は、セクションでの電力中断期間によりき電側からの電力供給がなくなるため、電力変換装置８内での直流電圧が下降し、電力変換装置８の低電圧を招く可能性がある。

そのために、従来、セクション切替え時に電力中断を速やかに検知し、電力変換装置８の動作を停止させる停電検知回路１０が設けられている。すなわち、セクション進入時の電力中断時には、この停電検知回路１０の機能により電力変換装置８を停止させ、セクション通過後の電力復帰時には、停電検知による動作停止を自動的に解除して再度運転を行なっている。

しかしながら、同期電動機６を使用した車両駆動制御装置では、図８のタイミングチャートに破線で示すように電力変換装置８が停止した状態においても、回転速度に応じた誘起直流電圧が同期電動機６から発生する。しかも、高誘起電圧特性の同期電動機では、電力変換装置８の最大出力電圧より大きな電圧を発生するものもあり、セクション通過による停電検知で電力変換装置８を停止する時は、過電圧による損傷を招く可能性がある。

そのため、従来から負荷接触器５を電力変換装置８の出力と同期電動機６との間に設置し、停電検知回路１０が停電を検知したとき負荷接触器制御回路１１によってこれを開閉している。ところが、セクションはき電区間毎に存在するため、き電区間を通過する毎にこの負荷接触器５の開閉が必要となり、接触器の動作寿命を著しく下げる要因があった。
特開２０００−５０４１０号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高誘起電圧形同期電動機であっても、車両がセクションの通過をしている時に発生するその同期電動機からの誘起電圧を抑制して負荷接触器の開閉を行わなくても済むようし、それにより負荷接触器の寿命年数を長くできる車両駆動制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、交流架線から単相交流電力を一次側へ入力し降圧させる主変圧器と、前記主変圧器にて降圧された単相二次電圧を直流電圧に変換する架線側電力変換回路と、前記架線側電力変換回路により変換された直流電圧を三相交流に変換する駆動側電力変換回路と、前記駆動側電力変換回路により変換された三相交流により負荷接触器を介して駆動される同期電動機と、当該車両が交流き電区分所を通過するときに発生する停電を検知する停電検知回路と、前記両電力変換回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記停電検知回路による停電検知により前記同期電動機の駆動制御を弱め磁束制御に切替える制御をすることを特徴とする車両駆動装置を要旨とする。

また、本発明は、交流架線から単相交流電力を一次側へ入力し降圧させる主変圧器と、前記主変圧器により降圧された単相二次電圧を直流電圧に変換する架線側電力変換回路と、前記架線側電力変換回路により変換された直流電圧を三相交流に変換する駆動側電力変換回路と、前記駆動側電力変換回路により変換された三相交流により負荷接触器を介して駆動される同期電動機と、当該車両が交流き電区分所を通過するときに発生する停電を検知する停電検知回路と、前記電力変換回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記停電検知回路による停電検知により前記同期電動機の制御を弱め磁束制御へ切替え、かつ、直流電圧を一定に維持する制御をすることを特徴とする車両駆動装置を要旨とする。

本発明によれば、高誘起電圧形同期電動機であっても、車両がセクションを通過している時に発生するその同期電動機からの誘起電圧を抑制して負荷接触器の開閉を行わなくても済むようにし、それにより負荷接触器の無駄な動作回数を低減し、ひいては寿命年数を長くできる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の車両駆動制御装置を示している。本実施の形態の車両駆動制御装置は、図７に示した従来例に対して停電検知回路１０からの停電検知信号で負荷接触器制御回路１１を介した負荷接触器５の開閉を行わないようにしたことを特徴としている。

したがって、本実施の形態の車両駆動制御装置は、主回路を構成する交流架線から集電する集電装置１、トランス２、架線側電力変換回路３、駆動側電力変換回路４、負荷接触器５、同期電動機６を備えている。そして電力変換制御装置７には、架線電圧の低下によって停電を検知する停電検知回路１０、運転席からの運転指令／ブレーキ指令に基づいて力行回生指令を出力する運転指令入力回路１２、架線側、駆動側の電力変換回路３，４を制御する制御回路９が含まれている。本実施の形態の電力変換制御装置７には、従来例の負荷接触器制御回路１１は含まれていない。尚、本実施の形態では、前述の架線側電力変換装置３、駆動側電力変換装置４とこの電力変換制御装置７とを含めて電力変換装置８としている。

制御回路９は、図２のブロック図に示す制御演算部２０を有している。この制御演算部２０は、基本トルク電流指令とゼロ電流指令とを停電検知信号で切替える電流指令切替スイッチ１３、回転速度と直流電圧とこの電流指令切替スイッチ１３の出力とを入力し、トルク電流指令、磁束電流指令を演算する弱め磁束制御演算回路１４から構成されている。

ここでセクション通過時の動作を図３、図４に示すタイミングチャートを参照して説明する。タイミングＴ１にセクション進入すれば、これにより架線電圧はゼロとなり、力行モードではタイミングＴ２の停電検知までの間、駆動側電力変換装置４の負荷が低減するまで直流電圧は低下する。

力行指令時には、停電検知により、電流指令切替スイッチ１３を基本トルク電流指令からゼロ電流指令に切替えることで弱め磁束制御演算部１４に入力する電流指令値を切替え、弱め磁束制御演算部１４では直流電圧の上昇を抑える電流指令値を演算して出力する。

またブレーキ指令時には、図４に示したように、力行モードとは逆に回生エネルギーの放出ができないために直流電圧が上昇するが、力行モードと同様に停電検知で電流指令を切替えることで同様の制御を行う。

従来例では、図８に示すようにタイミングＴ２での停電検知により架線側電力変換装置ゲート信号（以下、「コンバータゲート」と称する。）、駆動側電力変換装置ゲート信号（以下、「インバータゲート」と称する。）を停止し、直流電圧の低下を抑制しているが、高誘起電圧形の同期電動機では、ゲート停止により、負荷接触器５を切らなければ破線のように誘起電圧による直流電圧の上昇が発生していた。

これに対し、本実施の形態では、タイミングＴ２での停電検知によりインバータゲートオフを行わずトルク電流指令を絞り込み、直流電圧の低下を抑えると共に、インバータゲート動作を継続することで弱め磁束制御を行う。これにより、本実施の形態では、車両のセクション通過による停電発生時に、同期電動機６からの誘起電圧の上昇を抑えることができる。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の車両駆動制御装置について、図５を用いて説明する。本実施の形態の車両駆動制御装置の回路構成は、第１の実施の形態と同様に図１に示すものである。そして本実施の形態は、制御回路９の内部の制御演算部２０が図５に示した構成であり、第１の実施の形態の車両駆動制御装置とは弱め磁束制御演算回路１４に入力する情報が異なっている。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と共通である。

本実施の形態の車両駆動制御装置では、制御演算部２０が、直流電圧指令値と直流電圧との偏差を演算する直流電圧偏差演算部１５、基本トルク電流指令とゼロ電流指令とを停電検知信号で切替える電流指令切替スイッチ１３、そして、回転速度と直流電圧と直流電圧偏差演算部１５の出力と電流指令切替スイッチ１３の出力とを入力し、トルク電流指令と磁束電流指令とを演算する弱め磁束制御演算回路１４を備えている。尚、その他の構成、すなわち、電力変換制御装置７と電力変換装置８の構成は第１の実施の形態の車両駆動制御装置と同じである。

本実施の形態によるセクション通過時の動作を図６に示すタイミングチャートにより説明する。タイミングＴ１のセクション進入からタイミングＴ２の停電検知までの動作は第１の実施の形態と同じ動作となるが、タイミングＴ２からの動作では、電流指令切替スイッチ１３を基本トルク電流指令からゼロ電流指令に切替えると共に直流電圧偏差演算部１５により直流電圧指令値と直流電圧との偏差を求めて弱め磁束制御演算１４に入力することで直流電圧を一定に保つためのトルク電流指令、磁束電流指令を演算し、弱め磁束制御を行う。尚、ブレーキ指令時には、力行モードとは逆に回生エネルギーの放出ができないために直流電圧が上昇するが、図６の力行モードと同様に停電検知で電流指令を切替えることで同様の制御を行う。

本実施の形態の車両駆動制御装置では、直流電圧と直流電圧指令値との偏差を演算することで、セクション通過時の直流電圧を弱め磁束制御演算により一定値に保つことができる。

本発明の第１の実施の形態の車両駆動制御装置の回路ブロック図。 本発明の第１の実施の形態における制御回路のブロック図。 本発明の第１の実施の形態による力行モードでのセクション通過時の制御タイミングチャート。 本発明の第１の実施の形態によるブレーキモードでのセクション通過時の制御タイミングチャート。 本発明の第２の実施の形態における制御回路のブロック図。 本発明の第２の実施の形態の車両駆動制御装置によるセクション通過時の制御タイミングチャート。 従来例の車両駆動制御装置の回路ブロック図。 従来例によるセクション通過時の制御タイミングチャート。

符号の説明

１ 集電装置
２ トランス
３ 架線側電力変換回路
４ 駆動側電力変換回路
５ 負荷接触器
６ 同期電動機
７ 電力変換制御装置
８ 電力変換装置
９ 制御回路
１０ 停電検知回路
１２ 運転指令入力回路
１３ 電流指令切替えスイッチ
１４ 弱め磁束制御演算部
１５ 直流電圧偏差演算部
２０ 制御演算部

Claims (2)

1. 交流架線から単相交流電力を一次側へ入力し降圧させる主変圧器と、
   前記主変圧器にて降圧された単相二次電圧を直流電圧に変換する架線側電力変換回路と、
   前記架線側電力変換回路により変換された直流電圧を三相交流に変換する駆動側電力変換回路と、
   前記駆動側電力変換回路により変換された三相交流により負荷接触器を介して駆動される同期電動機と、
   当該車両が交流き電区分所を通過するときに発生する停電を検知する停電検知回路と、
   前記両電力変換回路を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路は、前記停電検知回路による停電検知により前記同期電動機の駆動制御を弱め磁束制御に切替える制御をすることを特徴とする車両駆動装置。
2. 交流架線から単相交流電力を一次側へ入力し降圧させる主変圧器と、
   前記主変圧器により降圧された単相二次電圧を直流電圧に変換する架線側電力変換回路と、
   前記架線側電力変換回路により変換された直流電圧を三相交流に変換する駆動側電力変換回路と、
   前記駆動側電力変換回路により変換された三相交流により負荷接触器を介して駆動される同期電動機と、
   当該車両が交流き電区分所を通過するときに発生する停電を検知する停電検知回路と、
   前記電力変換回路を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路は、前記停電検知回路による停電検知により前記同期電動機の制御を弱め磁束制御へ切替え、かつ、直流電圧を一定に維持する制御をすることを特徴とする車両駆動装置。

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