JP2010124554A

JP2010124554A - 誘導機制御装置

Info

Publication number: JP2010124554A
Application number: JP2008294099A
Authority: JP
Inventors: Masashi Takagi; 正志高木
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】複数台誘導機一括制御において、誘導機間の速度差が大きくなると、誘導機速度に演算誤差が生じ、誘導機実すべりが拡大し、誘導機が脱調状態に陥る。
【解決手段】誘導機に備えた速度検出器の出力を検知速度とし、推定すべりとすべり指令を入力し検知信号を出力するすべり差拡大検知手段と、トルク指令と検知信号から制御トルク指令を作成するトルク指令演算器と、誘導機速度と検知信号と検知速度を入力し制御速度を出力する速度選択器を新たに追加し、トルク指令の代わりに制御トルク指令をトルク制御手段に入力し、誘導機速度の代わりに制御速度をトルク制御手段に入力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導機のトルク制御に関するもので、特に、複数台誘導機の一括トルク制御時の脱調状態を回避するものである。

図２は、一従来例を示すブロック図である。101、102、103、104は誘導機、111は速度検出器、２は電流検出器、３は電力変換器、４はトルク制御手段、５は磁束演算器、６は周波数演算器、７はすべり演算器、８は速度演算器、９はすべり周波数演算器である。
図２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、電力変換器３につながる個々の誘導機に流れる電流の相毎の総和である総和電流ｉを検出する。
電圧系磁束演算器５は、総和電流ｉと電力変換器３に入力される電圧指令ｖから、誘導機磁束φを式(1)で演算する。

ここで、Ｒ１は全誘導機の一次抵抗合成値、Ｌ２は二次自己インダクタンス合成値、Ｍは相互インダクタンス合成値、Lekは漏れインダクタンス合成値である。漏れインダクタンス合成値Lekは、

で与えられる。ここで、Ｌ１は全誘導機の一次自己インダクタンス合成値である。

周波数演算器６は、誘導機磁束φから、式(3)を用いて誘導機周波数ω１を演算する。

ここで、ＦＡとＦＢは誘導機磁束φの成分である。
すべり演算器７は、総和電流ｉと誘導機磁束φから、式(4)を用いて推定すべりωｓｃを演算する。

ここで、Ｒ２は全誘導機の二次抵抗合成値である。
速度演算器８は、誘導機周波数ω１と推定すべりωｓｃから、式(5)を用いて誘導機速度ωｍを演算する。

式(5)で演算される誘導機速度ωｍは、個々の誘導機速度の平均値となり、式(6)で示される値となる。

ここで、ωｍ1は誘導機101の速度、ωｍ2は誘導機102の速度、ωｍ3は誘導機103の速度、ωｍ4は誘導機104の速度である。

すべり指令演算器９は、磁束指令φ＊、トルク指令τ＊から、式(7)を用いてすべり指令ωｓｒを演算する。

トルク制御手段４は、誘導機速度ωｍと総和電流ｉを基に、全誘導機のすべりと磁束とトータルトルクがすべり指令ωｓｒ、磁束指令φ＊、トルク指令τ＊となるような電圧指令ｖを出力する。

電力変換器３は、電圧指令ｖを増幅し、負荷である誘導機101〜104に電力を供給する。

以上の構成とすることにより、複数台誘導機のトータル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公報

従来技術においては、以下に示す問題点がある。
車両において一括制御している一部車輪軸が空転し、例えば誘導機103の速度ωｍ3がωｍ1とωｍ2とωｍ4に比べて大きくなった場合、式(6)によれば、ωｍ1、ωｍ2、ωｍ3、ωｍ4に対する誘導機速度ωｍの演算誤差が発生する。さらに、誘導機の実すべりが大きくなるので、式(1)による誘導機磁束φの大きさは小さくなり、式(3)と式(4)の演算精度が悪化し、誘導機速度ωｍの演算誤差が大きくなる。

誘導機103の空転が大きく、誘導機速度ωｍの演算誤差が大きくなれば、誘導機103が脱調状態となる。さらに、誘導機103の空転が大きくなれば、誘導機103だけでなく、誘導機101や誘導機102や誘導機104も脱調状態となる。
また、一部車輪軸の滑走が大きくなった場合も、空転時と同じく、誘導機が脱調状態になる可能性がある。

誘導機が脱調状態になると、トルク制御不能となり、最悪の場合、過電流や過電圧により、誘導機破壊、電力変換器素子破壊へとつながる。
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、請求項１の発明によれば、速度検出器を備えた誘導機を少なくとも1台を構成要素とした複数台誘導機を持ち、全誘導機の総和電流と電圧から誘導機磁束を演算する磁束演算器と、該誘導機磁束と該総和電流から推定すべりを演算するすべり演算器と、前記誘導機磁束と該推定すべりから誘導機速度を演算する速度演算器と、磁束指令とトルク指令からすべり指令を演算するすべり指令演算器を有し、前記総和電流と該誘導機速度と該すべり指令と該磁束指令と該トルク指令を基に該複数台誘導機のトルクを一括制御するトルク制御手段を有する誘導機制御装置において、速度検出器の出力を検知速度とし、推定すべりとすべり指令を入力し検知信号を出力するすべり差拡大検知手段と、トルク指令と検知信号から制御トルク指令を作成するトルク指令演算器と、誘導機速度と検知信号と検知速度を入力し制御速度を出力する速度選択器を新たに追加し、トルク指令の代わりに制御トルク指令をトルク制御手段に入力し、誘導機速度の代わりに制御速度をトルク制御手段に入力する。

誘導機が脱調状態となる前に、一部車輪軸の空転、滑走が大きくなったことを検知でき、空転滑走状態を収束させ、誘導機のトルク制御状態を安定させることができる。

すべり差拡大検知手段10を新たに追加することにより、全誘導機中の一部車輪軸に空転あるいは滑走が発生していることが検知できる。すべり差拡大検知手段10で検知した信号をトルク指令演算器11にて処理して制御トルク指令を作成し、トルク制御手段４に入力することにより、誘導機の制御トルクを少なくし、空転滑走状態を収束させることができる。また、すべり差拡大検知手段10で検知した信号を速度選択器12にて処理して制御速度を作成し、トルク制御手段４に入力することにより、誘導機のトルク制御を安定させることができる。

図１は、本発明の一実施例を示すブロック図であり、10はすべり差拡大検知手段、11はトルク指令演算器、12は速度選択器である。

すべり差拡大検知手段10は、推定すべりωｓｃとすべり指令ωｓｒを入力し、検知信号Kを出力する。
図3は、すべり差拡大検知手段10の一実施例を示す図であり、｜ωｓｃ−ωｓｒ｜＞αでKをON、｜ωｓｃ−ωｓｒ｜＜αでKをOFFとする。ただし、αは検知閾値であり、０以上の値である。

検知信号Kは、複数台誘導機中の一部車輪軸に空転あるいは滑走が発生していることを示している。αと空転あるいは滑走の度合いは連動しており、αを０に近くすると、少しの空転、滑走で検知信号ＫがONとなる。逆に、αを大きくすると、少しの空転、滑走では、検知信号ＫがONとなり難くなる。

誘導機101〜104の中で誘導機103だけが空転し、ωｍ1、ωｍ2、ωｍ4に対して、ωｍ3が大きくなったとする。式(6)により、速度演算誤差は、ωｍ＞ωｍ1、ωｍ＞ωｍ2、ωｍ＞ωｍ4、ωｍ＜ωｍ3となる。その結果、トルク指令τ*、磁束指令φ*から演算されるすべり指令ωｓｒに対して、誘導機101、102、104の実すべりは大きくなり、誘導機103の実すべりは小さくなる。

この状態で、総和電流ｉを一定となるようにトルク制御手段４でトルク制御を実施すると、トータルトルクはトルク指令τ*に一致するが、式(4)による推定すべりωｓｃは、誘導機101、102、103、104の平均値となり、すべり指令ωｓｒと異なる。｜ωｓｃ−ωｓｒ｜の大きさは、空転の度合いによるが、空転が大きければ、｜ωｓｃ−ωｓｒ｜の大きさは大きくなる。その結果、すべり差拡大検知手段10の検知信号がONとなる。ここでは空転を例としたが、滑走の場合も同様である。

トルク指令演算器11は、トルク指令τ＊と検知信号Ｋを入力し、制御トルク指令τ０＊を出力する。検知信号ＫがOFFであれば、トルク指令τ＊を制御トルク指令τ０＊とする。
検知信号ＫがONであれば、制御トルク指令τ０＊をトルク指令τ＊より少なくする。一般的に、制御トルク指令τ０＊を０とする。

速度検出器111は誘導機101〜104の少なくとも1台に装備されており、速度検出器111は装着された誘導機の速度を検出する。検知速度ωｍｐは速度検出器111による検出値である。速度選択器12は、誘導機速度ωｍと検知速度ωｍｐを検知信号Ｋにより選択し、制御速度ωｍｘを出力する。検知信号ＫがOFFであれば、誘導機速度ωｍを選択し制御速度ωｍｘとする。検知信号ＫがONであれば、検知速度ωｍｐを選択し制御速度ωｍｘとする。

トルク制御手段４は、制御速度ωｍｘと総和電流ｉを基に、全誘導機の磁束とトータルトルクが磁束指令φ＊、制御トルク指令τ０＊となるような電圧指令ｖを出力する。

以上の構成とすることにより、誘導機が脱調状態となる前に、一部車軸の空転、滑走が大きくなったことを検知できる。ここで、図３の検知閾値αを調整することにより、誘導機のトルク制御を停止させる一部車軸の空転、滑走の度合いを調整することができる。

また、一部車軸の空転、滑走が大きくなり検知信号ＫがONしたときに制御トルク指令を小さくすることにより、誘導機101〜104の総トルクは低下し、一部車軸の空転、滑走の度合いは小さくなり、空転滑走状態を収束させることができる。

さらに、一部車軸の空転、滑走が大きくなり検知信号ＫがONしたときときに速度検出器111の検知速度ωｍｐを用いるので、誘導機磁束φの大きさが小さくなることによる誘導機速度ωｍの演算誤差の影響が無くなり、誘導機のトルク制御を従来より安定させることができる。

以上の作用により、安定なトルク制御で空転滑走状態が収束すると、すべり差拡大検知手段10により検知信号ＫがOFFし、制御トルク指令は本来のトルク指令τ＊に復帰する。

車両制御の一部車輪軸の空転、滑走による速度演算誤差に限らず、トルクの一括制御対象となっている複数台誘導機の一部の軸速度に差ができた場合であっても、本発明は有効である。

車両のような複数台誘導機制御において、一部車輪軸の空転、滑走を検知することができる。さらに、一部車輪軸の空転、滑走が大きくなることにより発生する誘導機脱調状態に至る前に、検知信号Ｋにより誘導機制御を安定させることができる。また、制御トルクを低くすることにより、空転滑走状態を収束させることができる。空転滑走状態が収束したら制御トルクは復帰し、車両加速を大きく損なうことはない。

車両制御の一部車輪軸の空転、滑走による速度演算誤差に限らず、トルクの一括制御対象となっている複数台誘導機の一部の軸速度に差ができた場合であっても、同様な効果を期待することができる。

誘導機制御を安定化することにより、誘導機脱調状態が原因である過電流や過電圧による誘導機破壊、電力変換器の素子破壊を防止することができる。

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、一従来例を示すブロック図である。図3は、すべり差拡大検知手段の一実施例を示す図である。

符号の説明

101、102、103、104 誘導機
111 速度検出器
２電流検出器
３電力変換器
４トルク制御手段
５磁束演算器
６周波数演算器
７すべり演算器
８速度演算器
９すべり周波数演算器
10 すべり差拡大検知手段
11 トルク指令演算器
12 速度選択器

ｉ・・・・・総和電流
ｖ・・・・・電圧指令
τ* ・・・・トルク指令
φ* ・・・・磁束指令
ω１・・・・誘導機周波数
ωｍ・・・・誘導機速度
ωｍｐ・・・検知速度
ωｓｃ・・・推定すべり
ωｓｒ・・・すべり指令
φ・・・・・誘導機磁束
Ｋ・・・・・検知信号
τ０＊・・・制御トルク指令
ωｍｘ・・・制御速度

Claims

速度検出器を備えた誘導機を少なくとも1台を構成要素とした複数台誘導機を持ち、全誘導機の総和電流と電圧から誘導機磁束を演算する磁束演算器と、該誘導機磁束と該総和電流から推定すべりを演算するすべり演算器と、前記誘導機磁束と該推定すべりから誘導機速度を演算する速度演算器と、磁束指令とトルク指令からすべり指令を演算するすべり指令演算器を有し、前記総和電流と該誘導機速度と該すべり指令と該磁束指令と該トルク指令を基に該複数台誘導機のトルクを一括制御するトルク制御手段を有する誘導機制御装置において、該速度検出器の出力を検知速度とし、前記推定すべりと前記すべり指令を入力し検知信号を出力するすべり差拡大検知手段と、前記トルク指令と該検知信号から制御トルク指令を作成するトルク指令演算器と、前記誘導機速度と前記検知信号と該検知速度を入力し制御速度を出力する速度選択器を新たに追加し、前記トルク指令の代わりに前記制御トルク指令を該トルク制御手段に入力し、前記誘導機速度の代わりに該制御速度を前記トルク制御手段に入力することを特徴とする誘導機制御装置。