JP2010239806A - 電気車制御装置および抑速ブレーキ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抑速ブレーキ制御の信頼性を向上させる。
【解決手段】インバータ制御部１０は、電動機８から検出された回転数に基づいて、列車速度に応じたモータ周波数２０を生成するモータ周波数演算部１１と、応荷重信号２２および運転指令２３に基づいて、各車両の荷重および走行抵抗の変動に対してモータ周波数２０を一定の周波数に維持させる抑速ブレーキ力パタンを演算し、抑速ブレーキ力パタンおよびモータ周波数２０に対応したブレーキトルク３０を演算するブレーキトルク演算部１２と、ブレーキトルク３０に基づいて、インバータ主回路部７を制御するＰＷＭパルス生成部１３とを備え、各車両に搭載された駆動制御装置６は、ブレーキトルク３０を個々に制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、交流電動機を制御する電気車制御装置および抑速ブレーキ制御方法に関し、特に、下り勾配区間において列車の抑速制御を行う電気車制御装置および抑速ブレーキ制御方法に関するものである。

一般的に、電気車が長距離の下り勾配を走行する際、空気ブレーキなどの機械ブレーキを長時間使用した場合、ブレーキシュー等の摩耗・異常加熱が発生するため、電気車には、発電ブレーキや回生ブレーキなどの抑速ブレーキを使用する事が必要である。誘導電動機を用いたインバータ制御装置（以下単に「制御装置」と称する）は、電動機の回転数情報を取り込み、目標とする速度を検知してインバータ周波数を固定することによって抑速ブレーキ運転を行っていた。ただし、電気車の速度は、路線の勾配、走行抵抗、および乗車人数の変動による荷重などによって刻々と変化する。そのため、このような要因による速度の変動が、運行ダイヤに影響を及ぼすことがないように、精度の良い抑速ブレーキ制御が求められていた。

このようなニーズを満たす手段として、下記特許文献１に示される従来技術は、乗車人数で変動する荷重、路線の勾配、および走行抵抗などの条件を取り込み、速度偏差対ブレーキ力特性パタンを発生させた後に、前述した各条件で当該特性パタンを補正することによって、目標とする速度と実際の速度との偏差が零となるように抑速ブレーキを制御している。

特開平０６−２７６６０６号公報

しかしながら、上記特許文献１に代表される従来技術では、先頭車両に搭載された一の制御装置が目標速度の検出を行い、検出された目標速度が車両内の引き通し線を介して先頭車両以外の車両に搭載された他の制御装置に送出され、各制御装置が当該目標速度に基づいて抑速ブレーキを行う構成であった。そのため、当該一の制御装置において何らかの異常が発生した場合、各制御装置は、抑速ブレーキ制御を行うことができない場合があるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、抑速ブレーキ制御の信頼性を向上させることが可能な電気車制御装置および抑速ブレーキ制御方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明は、各車両に搭載され、交流電動機と架線から入力された電圧を任意の周波数の交流電圧に変換して前記交流電動機を駆動する駆動制御装置とを有する列車に適用され、前記各車両の交流電動機のブレーキトルクを制御する電気車制御装置において、前記駆動制御装置は、外部からの抑速指令、前記各車両の交流電動機から個々に検出された車両速度、および前記各車両から個々に検出された車両荷重に基づいて、前記各車両の前記ブレーキトルクを個々に制御すること、を特徴とする。

本発明によれば、各車両に搭載された電気車制御装置が、モータ周波数、応荷重信号、および走行抵抗に基づいて抑速ブレーキ力パタンを個々に演算し、ブレーキするようにしたので、抑速ブレーキ制御の信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電気車制御装置の構成を示す図である。 図２は、ブレーキトルク演算部の構成を示す図である。 図３は、車輪径によるモータ周波数の補正を説明するための図である。 図４は、荷重および走行抵抗によって変動する抑速ブレーキ力パタンを説明するための図である。

以下に、本発明にかかる電気車制御装置および抑速ブレーキ制御方法の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係る電気車制御装置の構成を示す図であり、図２は、ブレーキトルク演算部の構成を示す図である。

図１において、電気車制御装置は、主たる構成として、電動機８および駆動制御装置６を有して構成され、駆動制御装置６は、インバータ主回路部（以下単に「主回路部」と称する）７およびインバータ制御部（以下単に「制御部」と称する）１０を有して構成されている。主回路部７の入力端の一方は、集電装置に接続され、他方は、レール上を転動する車輪に接続され、主回路部７には集電装置から集電した直流電力が入力される。

制御部１０は、ブレーキトルク演算部１２、ＰＷＭパルス生成部１３、およびモータ周波数演算部１１を有して構成されている。モータ周波数演算部１１は、電動機回転数検出器９にて検出され電動機８の回転数情報を取り込み、列車速度に応じたモータ周波数２０を生成し、ブレーキトルク演算部１２に送出する。なお、本実施の形態では、電動機回転数検出器９を使用して回転数情報を取得しているが、これに限定されるものではなく、電動機回転数検出器９を用いないセンサレス方式を用いてもよい。

ブレーキトルク演算部１２には、モータ周波数演算部１１から出力されたモータ周波数２０、車輪径信号２１、車両毎に重量を検出する図示しない応荷重部からの応荷重信号２２、および外部からの運転指令２３が取り込まれる。ブレーキトルク演算部１２は、電動機８の制御に必要なブレーキトルク３０を演算し、演算されたブレーキトルク３０をＰＷＭパルス生成部１３に送出する。なお、上述した運転指令２３には、一般的に、力行指令およびブレーキ指令の他に抑速指令などが含まれ、本実施の形態にかかる駆動制御装置６は、当該抑速指令に基づいて、電動機８に対する抑速ブレーキ制御を実行する。

ＰＷＭパルス生成部１３は、ブレーキトルク演算部１２からのブレーキトルク３０に基づき、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）が施されたＰＷＭパルスパタンを発生し、主回路部７に送出する。主回路部７では、このＰＷＭパルスパタンに従って半導体スイッチのオンオフ制御が行われＰＷＭ電圧が生成され、電動機８に供給される。

（ブレーキトルク演算部の構成）
図２において、ブレーキトルク演算部１２は、主たる構成として、モータ周波数補正回路１および抑速ブレーキ力パタン演算回路２を有して構成されている。モータ周波数補正回路１は、車輪径信号２１およびモータ周波数２０に基づいて、モータ周波数演算部１１から出力されたモータ周波数２０を補正し、各車両の車輪径の大きさに対応したモータ周波数２４に変換する。

抑速ブレーキ力パタン演算回路２には、応荷重信号２２とモータ周波数補正回路１からのモータ周波数２４とが入力され、抑速ブレーキ力パタン演算回路２は、モータ周波数２４および応荷重信号２２に基づいて抑速ブレーキ力パタンを演算する。

図３は、車輪径によるモータ周波数の補正を説明するための図である。実線で示される１つの直線は、モータ周波数２０と補正後のモータ周波数とが１対１の関係となる所定の車輪径を示す。

当該実線の下側に点線で示される直線は、車輪径が小さい場合におけるモータ周波数２０の補正に用いられ、実線の上側に点線で示される直線は、車輪径が大きい場合におけるモータ周波数２０の補正に用いられる。車輪径とモータ周波数の関係は、以下の式で表わすことができる。
車輪径補正後のモータ周波数＝車輪径／基準車輪径×モータ周波数

図４は、荷重および走行抵抗によって変動する抑速ブレーキ力パタンを説明するための図である。グラフの横軸は、補正後のモータ周波数であり、グラフの縦軸は、抑速ブレーキ力である。以下、グラフの横軸上に示されたＡ点のモータ周波数を維持させる場合を例にして、抑速ブレーキ力パタン演算回路２の動作を説明する。

図４には、当該抑速ブレーキ力パタンの一例として、二つの抑速ブレーキ力パタンと走行抵抗曲線が示されている。例えば、実線の抑速ブレーキ力パタンのみ使用して抑速ブレーキ力を演算した場合には、走行抵抗の変化に対する正確な抑速ブレーキ力を求めることは困難である。そのため、走行抵抗が大きい場合、Ａ点におけるモータ周波数を維持させるように、点線で示されるような走行抵抗に対応する点線の抑速ブレーキ力パタンを演算する。なお、抑速ブレーキ力パタンは、所定のモータ周波数に達したところで抑速ブレーキ力が増加しないが、これはモータ性能限界値を示している。

抑速ブレーキ力パタンとＡ点から垂直方向に伸ばされた破線との交点における抑速ブレーキ力が、電気車を一定の速度で運行するために必要な抑速ブレーキ力である。ブレーキトルク演算部１２は、図示しないブレーキトルク生成手段によって、各抑速ブレーキ力パタンに対応したブレーキトルク３０を生成し、ＰＷＭパルス生成部１３に出力する。このように、抑速ブレーキ力パタン演算回路２は、応荷重信号２２およびモータ周波数に基づいて最適な抑速ブレーキ力パタンを演算するようにしたので、荷重の大きさに応じて抑速ブレーキカを強めることによって、荷重の変動に関わりなく一定速度で電気車を運行させることが可能である。

なお、本実施の形態にかかる抑速ブレーキ力パタン演算回路２は、補正後のモータ周波数に基づいて抑速ブレーキ力パタンを演算しているが、これに限定されるものではなく、補正前のモータ周波数２０によって抑速ブレーキ力パタンを演算する構成であってもよい。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる電気車制御装置は、モータ周波数、応荷重信号、および走行抵抗に基づいて抑速ブレーキ力パタンを演算し、最適やブレーキトルクを生成するように構成され、かつ、当該電気車制御装置が複数の車両に搭載されるようにしたので、例えば、先頭車両に搭載された一の電気車制御装置に何らかの異常が発生した場合であっても、先頭車両以外の車両に搭載された他の電気車制御装置における抑速ブレーキ機能は、損なわれることがない。また、本実施の形態にかかる電気車制御装置は、従来技術で使用されていた引き通し線、すなわち、目標速度を各電気車制御装置間で共用するための引き通し線が不要である。そのため、従来技術に比して、抑速ブレーキ制御の信頼性を向上させることが可能である。また、本実施の形態にかかる電気車制御装置は、各車両のブレーキトルクを適切に制御できるため、抑速ブレーキ時に車両同士が接近と離反とを繰り返す、いわゆる玉突き状態を低減され、乗り心地を改善することが可能である。

なお、本実施の形態にかかる駆動制御装置６は、全ての車両に搭載されている必要はなく、少なくとも２台以上の車両に搭載されていれば、同様の効果を奏する。

また、本実施の形態に示した電気車制御装置の構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明に係る電気車制御装置および抑速ブレーキ制御方法は、駆動用交流電動機を制御する電気車制御装置および抑速ブレーキ制御方法に適用可能であり、特に、下り勾配区間において、信頼性の高い抑速ブレーキ制御を行うことが可能な発明として有用である。

１ モータ周波数補正回路
２ 抑速ブレーキ力パタン演算回路
６ 駆動制御装置
７ インバータ主回路部
８ 電動機
９ 電動機回転数検出器
１０ インバータ制御部
１１ モータ周波数演算部
１２ ブレーキトルク演算部
１３ ＰＷＭパルス生成部
２０ モータ周波数
２１ 車輪径信号
２２ 応荷重信号
２３ 運転指令
２４ 補正後のモータ周波数
３０ ブレーキトルク

Claims (4)

1. 各車両に搭載され、交流電動機と架線から入力された電圧を任意の周波数の交流電圧に変換して前記交流電動機を駆動する駆動制御装置とを有する列車に適用され、前記各車両の交流電動機のブレーキトルクを制御する電気車制御装置において、
   前記駆動制御装置は、
   外部からの抑速指令、前記各車両の交流電動機から個々に検出された車両速度、および前記各車両から個々に検出された車両荷重に基づいて、前記各車両の前記ブレーキトルクを個々に制御すること、
   を特徴とする電気車制御装置。
2. 前記駆動制御装置は、
   前記抑速指令および前記車両荷重に基づいて、抑速ブレーキ力と前記車両速度とを関連づけた抑速ブレーキ力パタンに基づいて、前記各車両の前記ブレーキトルクを個々に制御すること特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
3. 前記駆動制御装置は、前記各車両の交流電動機から個々に検出され車輪径の大きさに応じて補正された電動機周波数に基づいて、前記各車両の前記ブレーキトルクを個々に制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電気車制御装置。
4. 各車両に搭載され、交流電動機と架線から入力された電圧を任意の周波数の交流電圧に変換して前記交流電動機を駆動する駆動制御装置とを有する列車に適用され、前記各車両の交流電動機のブレーキトルクを制御する電気車制御装置に適用可能な抑速ブレーキ制御方法において、
   前記駆動制御装置は、
   前記各車両の交流電動機から個々に検出された車両速度、前記各車両から個々に検出された車両荷重、および外部からの抑速指令を受信するステップと、
   前記抑速指令および前記車両荷重に基づいて、抑速ブレーキ力と前記車両速度とを関連づけた抑速ブレーキ力パタンを演算する演算ステップと、
   前記演算ステップからの抑速ブレーキ力パタンに基づいて、前記各車両の前記ブレーキトルクを個々に制御するステップと、
   を含むこと特徴とする抑速ブレーキ制御方法。

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