JP2009005478A - 誘導機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流制御手段を用いた複数台誘導機制御を実施する際、誘導機配線断等の理由により一部誘導機が失われた時、残った側に流れる電流が過大となり、誘導機の熱破壊をもたらす事がある。
【解決手段】運転フラグを入力し切替フラグを出力する切替指令作成手段、試験電圧指令を出力する試験指令作成手段、トルク制御電圧指令と試験電圧指令と切替フラグを入力し切替電圧指令を出力する切替手段、誘導機総電流と切替フラグを入力し不良発生フラグを出力する電動機不良検知手段とを追加し、トルク制御電圧指令の代わりに切替電圧指令を基に複数台の誘導機のトルクを一括制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数台の誘導機のトルク一括制御に関するもので、特に、誘導機不良を検知するものである。

図３は、従来の一例を示すブロック図である。101〜104は誘導機、２は電流検出器、３は電力変換器、４は電流制御手段、５は制御指令作成手段、６は加算器である。
図３において、誘導機は４台しか示されていないが、複数台であれば、何台であっても良い。以下、誘導機は４台であるとして説明する。

電流検出器２は、誘導機101〜104に流れる誘導機総電流ｉを検出する。
制御指令作成手段５は、磁束指令φ＊、トルク指令τ＊から、トルク制御電流指令I1＊とすべり指令ωｓ＊を出力する。

例えば、トルク制御電流指令I1＊を磁束分電流指令IdPとトルク分電流IqPのベクトルで表し、式(1)〜式(3)で、IdPとIqPとωｓ＊を作成する。
IdP＝φ＊／M0 式(1)
IqP＝τ＊／φ＊ 式(2)
ωｓ＊＝R20／L20・IqP／IdP 式(3)
ここで、M0は誘導機4台分の合成相互インダクタンス、L20は誘導機4台分の合成二次自己インダクタンス、R20は誘導機4台分の合成二次抵抗である。

加算器６は、すべり指令ωｓ＊と誘導機速度ωｍの和をとり、トルク制御周波数指令ω11＊とする。

電流制御手段４は、トルク制御周波数指令ω11＊とトルク制御電流指令I1＊と誘導機総電流ｉを基に、誘導機101〜104の磁束と総トルクが磁束指令φ＊、トルク指令τ＊となるようなトルク制御電圧指令ｖを出力する。
電力変換器３は、トルク制御電圧指令ｖを増幅して誘導機101〜104に電力を供給する。

以上の構成とすることにより、誘導機101〜104の総トルクをトルク指令τ＊に制御することができる。

車両においては、台車制御、１車両制御が一般的であるため、複数台誘導機の一括トルク制御が多用されている。

特開平11−069895

従来技術においては、以下に示す問題点がある。
電流制御手段４を用いた誘導機101〜104の制御を実施する際、一部誘導機への配線断や一部誘導機の破損、等の理由により4台の誘導機の一部が失われた時、残った側の誘導機に流れる電流が過大となり、誘導機の熱破壊をもたらす可能性がある。

また、誘導機が出す総トルクは、トルク指令τ＊に正確に制御されない場合がある。

解決案として、誘導機トルク制御を開始するまでに直流を流し、全誘導機の合成一次抵抗値を測定し理論値と比較して、誘導機の一部が失われたかどうか、検査することが考えられる。しかし、全誘導機の合成一次抵抗値を測定するためには、誘導機が定常状態になっている必要がある。誘導機が定常状態になるまでの時間が誘導機トルク制御を開始するまでの遅れとなり、トルク制御応答を悪化させることになる。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものである。

前述の問題点を解決するために以下の構成とする。
請求項１においては、
運転フラグSTを入力し切替フラグCHを出力する切替指令作成手段７、
試験電圧指令ｖ2を出力する試験指令作成手段８、
トルク制御電圧指令ｖと試験電圧指令ｖ2と切替フラグCHを入力し切替電圧指令ｖ3を出力する切替手段９、
誘導機総電流ｉと切替フラグCHを入力し不良発生フラグDTを出力する電動機不良検知手段10、
とを追加し、トルク制御電圧指令ｖの代わりに切替電圧指令ｖ3を基に複数台の誘導機のトルクを一括制御する。

請求項２においては、
電流制御手段４に不良発生フラグDTを新たに入力する。

請求項３においては、
試験指令作成手段８に正転逆転フラグFRを新たに入力する。

請求項４においては、
試験指令作成手段８及び電動機不良検知手段10に電流設定値Ｉsetを新たに入力する。

請求項５においては、
運転フラグSTがONしてから一定時間、切替フラグCHをONするように切替指令作成手段７を構成する。

以上の構成とすることにより、誘導機101〜104のモータ定数合成値を考慮して試験電圧指令ｖ2を選べば、誘導機電流は高くなることは無い。また、誘導機が定常状態となるまでの時間も短縮することができる。その上で、一部誘導機への配線断や一部誘導機の破損、等の理由により一部の誘導機が失われたことを検知可能となり、誘導機101〜104の制御を取りやめることができる。また、請求項５に示す構成にすることにより、誘導機101〜104のトルク制御の開始前に、一部誘導機喪失したことが検知可能となる。

誘導機トルク制御の開始前に、誘導機101〜104のモータ定数合成値を考慮して試験電圧指令ｖ2を選び、電流検出器２の結果である誘導機総電流ｉの妥当性から、一部誘導機喪失を検知し、誘導機101〜104の制御を取りやめる。

図１は、本発明の一実施例を示すブロック図であり、７は切替指令作成手段、８は試験指令作成手段、９は切替手段、10は電動機不良検知手段である。

切替指令作成手段７は、運転フラグSTを入力し、切替フラグCHを出力する。
試験指令作成手段８は、試験電圧指令ｖ2を出力する。試験電圧指令ｖ2の振幅と周波数は、誘導機101〜104のモータ定数合成値を考慮して決定される一定値である。

試験電圧指令ｖ2の周波数は、かなり高めの周波数を設定する。誘導機の最大運転周波数に対して、２倍は必要である。その理由を図2より説明する。誘導機の一次周波数が大きければ、漏れインダクタンスl1及びl2部分のインピーダンスが高くなり、W1／WSも１〜２程度まで小さくなるため、抵抗分R1とR2部も短絡と等価となる。また、M部分のインピーダンスが高いため、M部分は開放と等価となる。その結果、誘導機１の等価回路は高インピーダンスの漏れインダクタンス成分だけとなり、過大な電圧が入力されても誘導機電流は過大となり難い。

切替手段９は、トルク制御電圧指令ｖと試験電圧指令ｖ2と切替フラグCHを入力し、切替電圧指令ｖ3を出力する。切替フラグCHにより、トルク制御電圧指令ｖと試験電圧指令ｖ2の一方を選択し、切替電圧指令ｖ3として出力する。

電動機不良検知手段10は、誘導機総電流ｉと切替フラグCHを入力し、不良発生フラグDTを出力する。切替フラグCHにより試験電圧指令ｖ2が選択されているとき、誘導機台数が適正であれば、誘導機総電流iが正常値となる。逆に、誘導機台数が異常であれば、誘導機総電流iが少なくなる。よって、誘導機総電流ｉの大きさにより、不良発生フラグDTを作成することができる。

以上の構成とすることにより、誘導機101〜104のトルク制御部分に加えて、誘導機台数の異常を検出する部分が構成され、一部誘導機への配線断や一部誘導機の破損、等の理由により一部誘導機が失われたことが検知可能となる。

一部誘導機が失われたことを検知したとき、電動機不良検知手段10で出力する不良発生フラグDTを電流制御手段４に入力することにより、切替フラグCHによりトルク制御電圧指令ｖが選択された時点でトルク制御電圧指令ｖを０とし、誘導機101〜104の制御を取りやめることができる。

試験指令作成手段８において、正転逆転フラグFRを新たに入力し、以下の式（4）、式（5）で試験周波数指令ω12＊を作成する。ここで、ω1setは試験電圧指令ｖ2の周波数設定値となる。
ω12＊＝−ω1set ＠FR正転 式(4)
ω12＊＝ω1set ＠FR逆転 式(5)
電気車においては、一般的に、誘導機101〜104の回転方向は正転逆転フラグFRに対応する。このとき、式（4）（5）のようにすれば、W1／WSの大きさが、周波数設定値ω1setや誘導機速度ωｍに関わらず、常に1よりも小さくなる。結果、図2のR2部分の影響が小さくなる。これは、誘導機101〜104の特性に関わらず、周波数設定値ω1setを固定できることを示す。

試験指令作成手段８に電流設定値Ｉsetを新たに入力し、式（6）で試験電圧指令ｖ2の振幅v2volを作成する。
V2vol＝ω1set＊（l1＋l2）＊Ｉset 式(6)
これにより、誘導機台数が正常であれば、誘導機総電流ｉの大きさが電流設定値Ｉsetとほぼ一致する。
また、電動機不良検知手段10にも電流設定値Ｉsetを新たに入力し、誘導機総電流ｉの大きさとの比較により、不良発生フラグDTを作成することができる。

切替指令作成手段７において、運転フラグSTがONしてから一定時間、切替フラグCHをONするように構成する。これにより、誘導機101〜104のトルク制御開始前に、試験電流指令I2＊と試験周波数指令ω12＊を誘導機101〜104に与え、一部誘導機が失われかどうかを不良発生フラグDTで判定できる。

一部誘導機への配線断や一部誘導機の破損、等の理由により一部誘導機が失われたことが検知可能となることにより、誘導機101〜104の熱破壊を回避できる。

図1は、本発明の一実施例を示すブロック図である。 図2は、本発明における誘導機等価回路図である。 図3は、一従来例を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ 誘導機
１０２ 誘導機
１０３ 誘導機
１０４ 誘導機
２ 電流検出器
３ 電力変換器
４ 電流制御手段
５ 制御指令作成手段
６ 加算器
７ 切替指令作成手段
８ 試験指令作成手段
９ 切替手段
１０ 電動機不良検知手段

ｉ・・・・誘導機総電流
ｖ・・・・トルク制御電圧指令
τ＊・・・・トルク指令
φ＊・・・・磁束指令
ωｍ・・・・誘導機速度
ωｓ＊・・・・すべり指令
I1＊・・・・トルク制御電流指令
ω11＊・・・・トルク制御周波数指令
ｖ2・・・・試験電圧指令
ｖ3・・・・切替電圧指令
ST・・・・運転フラグ
CH・・・・切替フラグ
DT・・・・不良発生フラグ
FR・・・・正転逆転フラグ
ω12＊・・・・試験周波数指令
ω1set・・・・試験周波数設定値
v2vol・・・・試験電圧振幅値
Ｉset・・・・電流設定値
R1・・・・一次抵抗合成値
R2・・・・二次抵抗合成値
l1・・・・一次漏れインダクタンス合成値
l2・・・・二次漏れインダクタンス合成値
M・・・・相互インダクタンス合成値
W1・・・・一次周波数
WS・・・・すべり周波数

Claims (5)

1. 誘導機総電流を検出する電流検出器、トルク制御電流指令I1＊とトルク制御周波数指令ω11＊と該誘導機総電流を入力し電圧指令を出力する電流制御手段を持ち、該電圧指令を基に複数台の誘導機のトルクを一括制御する誘導機制御装置において、
   運転フラグを入力し切替フラグを出力する切替指令作成手段、試験電流指令I2＊と試験周波数指令ω12＊を出力する試験指令作成手段、該トルク制御電流指令I1＊と該トルク制御周波数指令ω11＊と該試験電流指令I2＊と該試験周波数指令ω12＊と該切替フラグを入力し切替電流指令I＊と切替周波数指令ω1＊を出力する切替手段、前記電圧指令と前記切替フラグを入力し不良発生フラグを出力する電動機不良検知手段とを追加し、前記トルク制御電流指令I1＊と前記トルク制御周波数指令ω11＊の代わりに該切替電流指令I＊と該切替周波数指令ω1＊を該電流制御手段に入力することを特徴とする誘導機制御装置。
2. 前記電流制御手段に前記不良発生フラグを新たに入力することを特徴とする請求項1記載の誘導機制御装置。
3. 前記試験指令作成手段に正転逆転フラグと周波数設定値を新たに入力することを特徴とする請求項1記載の誘導機制御装置。
4. 前記試験指令作成手段及び前記電動機不良検知手段に電圧設定値を新たに入力することを特徴とする請求項１記載の誘導機制御装置。
5. 前記運転フラグがONしてから一定時間、前記切替フラグをONするように前記切替指令作成手段を構成することを特徴とする請求項１記載の誘導機制御装置。

Images