JP2013169095A

JP2013169095A - 誘導機制御装置

Info

Publication number: JP2013169095A
Application number: JP2012031490A
Authority: JP
Inventors: Kenji Miyata; 賢司宮田
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: JP5921031B2

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】各誘導機に入力される電流と電力変換器に入力される電圧指令から各誘導機の二次磁束を演算する二次磁束演算器と、各誘導機の電流と二次磁束からトルクを演算するトルク演算器と、各誘導機のトルクを入力し検知信号を出力するトルク差検知手段と、運転指令と検知信号から制御指令を作成する運転論理器を新たに追加し、運転指令の代わりに制御指令をトルク制御手段に入力することを特徴とする。
【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、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は速度演算器である。
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, 誘導機101、102、103、104のモータ定数は同じ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。各誘導機入力電流をｉ1、ｉ2、ｉ3、ｉ4とする。

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。

速度演算器６は、総和電流ｉと誘導機磁束φから、式(3)〜式(5)を用いて誘導機速度ωｍを演算する。

ここで、Ｒ２は全誘導機の二次抵抗合成値、ＦＡとＦＢは誘導機磁束φの成分である。

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。

トルク制御手段４は、運転指令NがONのときは、誘導機速度ωｍ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＊、トルク指令τ＊となるような電圧指令ｖを出力する。運転指令NがOFFのときは、電圧指令ｖを０として、誘導機を無制御状態とする。
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。

運転指令Ｎは、トルク制御手段４へ入力する代わりに電力変換器３へ入力し、運転指令ＮがONで電圧指令ｖに相当する電力を誘導機101〜104に供給し、運転指令ＮがOFFで電力供給停止としても、同等の機能を得ることができる。

以上の構成とすることにより、運転指令ONのときは、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。また、各誘導機はモータ定数が同じであるため、トルク指令τ＊の１／４ずつのトルクを出す。運転指令OFFにすれば、複数台誘導機を無制御状態にすることができる。

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号公報

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。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。

複数台誘導機を持ち、前記全誘導機の総和電流と電圧指令から誘導機磁束を演算する磁束演算器と、前記誘導機磁束と前記総和電流から誘導機速度を演算する速度演算器を有し、前記総和電流と前記誘導機速度と磁束指令とトルク指令と運転指令を基に前記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、
前記各誘導機に入力される電流と前記電圧指令から前記各誘導機の二次磁束を演算する二次磁束演算器と、前記各誘導機に入力される電流と前記各誘導機の二次磁束から前記各誘導機のトルクを演算するトルク演算器と、前記各誘導機のトルクを入力し検知信号を出力するトルク差検知手段と、前記運転指令と前記検知信号から制御指令を作成する運転論理器を新たに追加し、前記運転指令の代わりに前記制御指令を前記トルク制御手段に入力する。

本発明によれば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、誘導機のトルク制御を停止させることができる。

本発明の請求項１の一実施例を示すブロック図である。一従来例を示すブロック図である。本発明の請求項１のトルク差検知手段の一実施例を示す図である。

二次磁束演算器１０とトルク演算器７とトルク差検知手段８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。検知した信号を運転論理器９にて処理して制御指令を作成し、トルク制御手段４に入力することにより、誘導機のトルク制御を停止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は二次磁束演算器、７はトルク演算器、８はトルク差検知手段、９は運転論理器である。

二次磁束演算器１０は誘導機101の場合、誘導機101に入力される電流i1と電力変換器３に入力される電圧指令ｖを入力し、式(7),式(8)から誘導機101の二次磁束φ2v1を演算する。

ここで、Ｒ11は誘導機101の一次抵抗値、Ｌ11は誘導機101の一次自己インダクタンス値、Ｌ21は誘導機101の二次自己インダクタンス値、Ｍ1は誘導機101の相互インダクタンス値である。

他の誘導機も同様に式(9),式(10),式(11),式(12),式(13),式(14)から誘導機102、103、104の二次磁束φ2v2、φ2v3、φ2v4を演算する。

ここで、Ｒ12は誘導機102の一次抵抗値、Ｌ12は誘導機102の一次自己インダクタンス値、Ｌ22は誘導機102の二次自己インダクタンス値、Ｍ2は誘導機102の相互インダクタンス値、Ｒ13は誘導機103の一次抵抗値、Ｌ13は誘導機103の一次自己インダクタンス値、Ｌ23は誘導機103の二次自己インダクタンス値、Ｍ3は誘導機103の相互インダクタンス値、Ｒ14は誘導機104の一次抵抗値、Ｌ14は誘導機104の一次自己インダクタンス値、Ｌ24は誘導機104の二次自己インダクタンス値、Ｍ4は誘導機104の相互インダクタンス値である。

トルク演算器７は各誘導機のトルクを演算する。誘導機101の場合、二次磁束演算器10で演算したφ2v1と誘導機101に入力される電流i1を入力し、式(15)から演算トルクTrq1を演算する。他の誘導機も同様に式(16),式(17),式(18)から演算トルクTrq2、Trq3、Trq4を演算する。

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。TrqLと空転あるいは滑走の度合いは連動しており、TrqLが小さいと、少しの空転、滑走で検知信号ＫがOFFとなる。逆に、TrqLが大きいと、少しの空転、滑走では、検知信号ＫがOFF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*から予定されるすべり指令ωｓ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、個々のトルクの大きさは異なり、誘導機103のトルクは、誘導機101、102、104のトルクより小さくなりトルク差が生じる。誘導機103のトルクの大きさは、空転の度合いによるが、空転が大きければ他の誘導機より小さくなり、トルク差が大きくなる。上記経緯で各誘導機間のトルク差が大きくなることを利用し、トルク差検知手段８は検知信号Ｋを作成している。ここでは空転を例としたが、滑走の場合も同様である。

運転論理器９は、運転指令Ｎと検知信号Ｋの論理積を行い、制御指令NNを出力する。運転指令Ｎと検知信号ＫのどちらかがOFFであれば、制御指令NNはOFFとなる。

トルク制御手段４は、制御指令NNがONのときは、誘導機速度ωｍ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＊、トルク指令τ＊となるような電圧指令ｖを出力する。制御指令NNがOFFのときは、電圧指令ｖを０として、誘導機を無制御状態とする。

制御指令NNは、トルク制御手段４へ入力する代わりに電力変換器３へ入力し、制御指令NNがONで電圧指令ｖに相当する電力を誘導機101〜104に供給し、制御指令NNがOFFで電力供給停止としても、同等の機能を得ることができる。

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、誘導機のトルク制御を停止させることができる。ここで、図３のTrqL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。

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停止させることができる。

車両制御の一部車輪軸の空転、滑走による演算トルク差に限らず、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トルクに差ができた場合であっても、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停止させることができる。

誘導機制御を停止することにより、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３の素子破壊を防止することができる。

101、102、103、104 誘導機
200、201、202、203、204 電流検出器
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速度演算器
７トルク演算器
８トルク差検知手段
９運転論理器
１０二次磁束演算器

ｉ・・・・総和電流
ｖ・・・・電圧指令
τ*・・・・トルク指令
φ*・・・・磁束指令
ωｍ・・・・誘導機速度
φ・・・・誘導機磁束
Ｎ・・・・運転指令
i1、i2、i3、i4・・・・各誘導機の入力電流
φ2v1、φ2v2、φ2v3、φ2v4・・・・各誘導機の二次磁束
Trq1、Trq2、Trq3、Trq4・・・・各誘導機の演算トルク
Ｋ・・・・検知信号
NN・・・・制御指令

Claims

複数台誘導機を持ち、前記全誘導機の総和電流と電圧指令から誘導機磁束を演算する磁束演算器と、前記誘導機磁束と前記総和電流から誘導機速度を演算する速度演算器を有し、前記総和電流と前記誘導機速度と磁束指令とトルク指令と運転指令を基に前記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、
前記各誘導機に入力される電流と前記電圧指令から前記各誘導機の二次磁束を演算する二次磁束演算器と、前記各誘導機に入力される電流と前記各誘導機の二次磁束から前記各誘導機のトルクを演算するトルク演算器と、前記各誘導機のトルクを入力し検知信号を出力するトルク差検知手段と、前記運転指令と前記検知信号から制御指令を作成する運転論理器を新たに追加し、前記運転指令の代わりに前記制御指令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。