JP2014023282A

JP2014023282A - 電気車制御装置

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Publication number: JP2014023282A
Application number: JP2012159948A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Takao; 剛広高尾; Tomoyoshi Makino; 友由牧野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: JP5959349B2

Abstract

【課題】複数台のモータの同時駆動時に、モータとインバータ間の誤配線を検知することができる電気車制御装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の電気車制御装置は、モータを駆動するインバータと、モータへ入力する入力電流を検出する電流センサと、電流センサと前記インバータと接続され、入力電流または運転指令をもとに演算される実際値と指令値を比較し、その比較結果がある一定値以上となる場合に、前記複数台のモータと前記インバータ間に誤配線が生じていることを検知する制御部とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。

電気車に搭載されるモータと、そのモータを駆動するインバータは、製造場所が異なることが多く、さらに上記モータとインバータを接続する配線作業場も製造場所と異なることが多く、モータとインバータが間違って接続されることが起こっていた。

このような問題に対処するため、従来、誤配線によりモータが逆方向に回転することで発生する電流を検出することでモータとインバータ間の誤配線を検知していた。

特開２０１０−２１３５５７号公報

しかしながら、上述のような従来の方法では、モータが逆回転していることを利用してモータの誤配線を検出しているため、モータの回転方向が正常な場合、モータの誤配線を検出することは困難であった。

例えば、複数台のモータが同時に回転するような場合、本来であれば誤配線により逆回転するモータが、他の正常に接続されているモータの回転方向に引っ張られて、誤配線モータも他の正常に接続されているモータのように回転してしまう。そのため、モータの誤配線を検出することができず、誤配線が原因による過剰電流がモータに流れ、モータの損傷につながる恐れがあった。
本発明が解決しようとする課題は、複数台のモータの同時駆動時に、モータとインバータ間の誤配線を検知することができる電気車制御装置を提供することである。

実施形態の電気車制御装置は、モータを駆動するインバータと、モータへ入力する入力電流を検出する電流センサと、電流センサと前記インバータと接続され、入力電流または運転指令をもとに演算される実際値と指令値を比較し、その比較結果がある一定値以上となる場合に、前記複数台のモータと前記インバータ間に誤配線が生じていることを検知する制御部とを有している。

第１の実施形態の電気車制御装置の交流システム時の全体構成を示す図。第１の実施形態の電気車制御装置の制御部の全体構成を示す図。第１の実施形態の電気車制御装置の誤配線検知部の動作を示す図。第２の実施形態の電気車制御装置の誤配線検知部の説明図。第３の実施形態の電気車制御装置の誤配線検知の説明図。第１乃至第３の実施形態に適用する検知精度向上モードを示す図。第１乃至第３の実施形態の電気車制御装置の直流システム時の全体構成を示す図。

以下、実施形態の制御装置を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する図１は、第１の実施形態の電気車制御装置の交流システム時の全体構成を示す図である。図２は、第１の実施形態の電気車制御装置の制御部の全体構成を示す図である。図３は、第１の実施形態の電気車制御装置の誤配線検知部の動作を示す図である。以下、図を用いて本実施形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、車両全体の構成としては電力供給線１、パンタグラフ２、主遮断器３、接地４、変圧器１０、充電抵抗器１１、充電抵抗用接触器１２、接触器１３、コンバータ１４、インバータ１５、電流センサ１６、第１モータ１８ａ、第２モータ１８ｂ、制御部１００を有している。

電力供給線１より供給される交流電流はパンタグラフ２で収電され、主遮断器３が閉じている状態のとき、この遮断器３を通って変圧器１０に送電され、変圧器１０を介して主回路側に送電される。なお、変圧器１０の主遮断器３が接続される側であって、主遮断器３と反対側にある端子は、接地４と接続されている。主回路側で、交流電流は通常閉じられている第２接触器１３を通り、コンバータ１４へ送電される。コンバータ１４は、交流電流を直流電流に変換する。変換された直流電流はインバータ１５へ送電され、インバータ１５で直流電流から交流電流へ変換される。変換された交流電流は３相線を介して第１モータ１８ａ及び第２モータ１８ｂに送電される。またインバータ１５と第１モータ１８ａ間の３相それぞれには電流センサ１６が設けられている。またインバータ１５と電流センサ１６は制御部１００と接続している。

次に制御部１００について説明する。図２は制御部１００の全体構成を示す図で、３相／２相変換部１１０、ＦＢ電圧演算部１１１、第１加算部１１２、第２加算部１１３、駆動制御部１１４、電流指令演算部１２０、出夏指令演算部１２１、誤配線検知部１２２、差分演算部１３０、比較部１３１が示されている。

電流センサ１６より検出されたＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗは３相／２相変換部１１０へ入力される。３相／２相変換部では入力されたＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗを用いて実際値であるｄ軸電流（Ｉｄ）とｑ軸電流（Ｉｑ）を算出する。算出したＩｄとＩｑはＦＢ電圧算出部１１１に入力される。また、電圧算出部１１１には、電流指令値であるｄ軸電流指令値（Ｉｄ＊）とｑ軸電流指令値（Ｉｑ＊）が入力される。Ｉｄ＊とＩｑ＊は、電流指令演算部１２０にて、運転指令である磁束指令値（Φ＊）とトルク指令値（Ｔ＊）をもとに算出される。

ＦＢ電圧演算部１１１では、ＩｄとＩｑ及びＩｄ＊とＩｑ＊をもとに実際値であるｄ軸電圧（ＶｄＦＢ）とｑ軸電圧（ＶｑＦＢ）が算出される。また、電流指令演算部１２０にて演算された電流指令値Ｉｄ＊、（Ｉｑ＊はＦＦ電圧指令部１２１に入力される。ＦＦ電圧指令部１２１では、電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊をもとに、電圧の指令値であるｄ軸電圧指令値（ＶｄＦＦ）とｑ軸電圧指令値（ＶｑＦＦ）が算出される。

算出されたＶｄＦＢとＶｄＦＦは第１加算部１１２で加算され、インバータの制御信号となる制御用ｄ軸電圧指令値（Ｖｄ＊）が算出される。また、ＶｑＦＢとＶｑＦＦは第２加算部１１３で加算され、インバータの制御信号となる制御用ｑ軸電圧指令値（Ｖｑ＊）が算出される。算出されたＶｄ＊、Ｖｑ＊は駆動制御部１１４へ入力される。駆動制御部１１４は実際にインバータを制御するゲート信号が出力される。

このとき、Ｖｑ＊とＶｑＦＦを誤配線検知部１２２に入力する。入力されたＶｑ＊とＶｑＦＦは誤配線検知部１２２内に備わる差分演算部１３０にて、ＶｑＦＦ―Ｖｑ＊にて誤配線検出用電圧値ＶＶ＊が算出される。算出されたＶＶ＊は、比較部１３１に入力される。比較部１３１は予めセット値αを有しており、ＶＶ＊とαを比較し、ＶＶ＊≧αの場合に、誤配線信号を外部へと出力する。外部とは、他の制御部や、運転室に設けられている表示部、運転手や保守者が有する表示部を有する操作機等である。

上記のＶｑＦＦ、Ｖｑ＊、ＶＶ＊のそれぞれの関係性をまとめたものが図３である。

図３について横軸は速度、縦軸はそれぞれの電圧値である。各モータがインバータと正常に接続されている（誤配線がない）場合には、ＶｑＦＦ、Ｖｑ＊はほぼ同じ傾斜を有するように逓増していく。複数台のモータの中に、誤配線モータが存在する場合、ＶｑＦＦに対して異常時のＶｑ＊は下方方向に位置することになる。そのため、ＶｑＦＦ―Ｖｑ＊＞０となる。ＶＶ＊をセット値αと比較することで、複数台のモータの中に電流の流れが異常でトルクが低下しているモータがあることを検出することができる。

そのため、インバータとモータ間が誤った配線により接続されながらも、回転方向は正常状態である場合に、モータの誤配線を検出することができる。

（効果）
以上述べた実施形態の制御装置によれば、通常の指令値よりモータが誤配線時に起こる状態を検出することにより、複数台のモータの同時駆動時に、モータとインバータ間の誤配線を検知することが可能となる。

また、本実施形態では簡易的にモータの誤配線を検知することが可能となる。

本実施形態で説明した図１では充電抵抗器１１、充電抵抗用接触器１２、接触器１３、コンバータ１４、インバータ１５、電流センサ１６、第１モータ１８ａ、第２モータ１８ｂ、制御部１００を有する回路は１つしか設けられていないが、変圧器１０に複数回路、設けることが可能である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図４は、第２の実施形態の電気車制御装置の誤配線検知部の全体構成を示す図である。尚、図１乃至３と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態とは、誤配線検知部が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
本実施形態の誤配線検知部２２２において、３相／２相変換部１１０から出力されるＩｄとＩｑは変調率演算部２３１へ入力される。変調率演算部２３１では、ＩｄとＩｑより変調率（ＡＬ）が算出される。電流指令演算部１２０から出力されるＩｄ＊とＩｑ＊は変調率指令値演算部２３２へ入力される。変調率指令値演算部２３２では、Ｉｄ＊とＩｑ＊より変調率指令値（ＡＬ＊）が算出される。

ＡＬとＡＬ＊は差分演算部２３３へ入力される。差分演算部２３３では、ＡＬ−ＡＬ＊より変調率の誤差範囲（ＡＡ＊）が算出される。ＡＡ＊は差分演算部２３３より、比較部２３４へ入力される。比較部２３４は予めセット値（β）を有している。セット値βとＡＡ＊を比較し、その差異が一定以上である場合、誤配線検出信号が外部へと送信される。

上述においては、変調率を取り上げて説明したが、ＩｄとＩｑ及びＩｄ＊とＩｑ＊より
電力やインピーダンス、無効電力を算出し、同様に差分を演算することによりモータの誤配線を検出することができる。このとき、変調率、電力、インピーダンス、無効電力の算出方法は従来からの演算式を利用するものとする。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、通常の指令値よりモータが誤配線時に起こる状態を検出することにより、複数台のモータの同時駆動時に、モータとインバータ間の誤配線を検知することが可能となる。

また、本実施形態では誤配線検出値の演算するための値を制御部内の初期段階で抽出しているため、より早くに誤配線検出を行うことができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図５は、第３の実施形態の電気車制御装置の誤配線検知部の全体構成を示す図である。尚、図１乃至４と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

（構成）
図５に示すように本実施形態の誤配線検知部３２２には、３相／２相変換部から出力されるＩｑ及び、運転指令であるＴ＊が入力する。Ｉｑはトルク算出部３３１に入力し、トルク（Ｔ）が演算される。Ｔ＊とＴは差分演算部３３２に入力する。差分演算部３３２ではＴ−Ｔ＊より誤差範囲（ＴＴ＊）が算出される。算出されたＴＴ＊は比較部３３３へ入力する。比較部３３３は予めセット値（γ）を有している。セット値γとＴＴ＊を比較し、その差異が一定以上である場合、誤配線検出信号が外部へと送信される。

また、本実施形態は第１実施形態や第２実施形態よりも、誤配線検出値の演算するための値を制御部内の初期段階で抽出しているため、より早くに誤配線検出を行うことができる。

次に、第１実施形態乃至第３実施形態に適用可能な検知制度向上モードについて図６を用いて説明する。図６は検知制度向上モード時の制御部合内を表したものである。図６に示すように、制御部１００に入力される磁束指令値（Φ＊）とトルク指令値（Ｔ＊）が電流指令演算部１２０に入力する前に、以下の式に示されるように任意の定数（Ｋ１、Ｋ２）を用いて積算され、電流指令演算部１２０へ出力する。

このとき、Ｋ１＝Ｋ、Ｋ２＝１／Ｋである。

このような演算を行うことにより誤配線検出部の比較部にて比較する値の差異が大きくなる。そのため、検知精度を向上することが可能となる。

また第１実施形態乃至第３実施形態の構成は、図７で示すような直流電源システムに適用することも可能である。図７を第１実施形態乃至第３実施形態に適用した場合、第１実施形態乃至第３実施形態のいずれかの作用効果を得ることが可能である。

上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。そのため、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１電力供給線
２パンタグラフ
３主遮断器
４接地
１０変圧器
１１充電抵抗器
１２充電抵抗用接触器
１３接触器
１４コンバータ
１５インバータ
１６電流センサ
１８ａ第１モータ
１８ｂ第２モータ
３１充電抵抗器
３２充電抵抗用接触器
３３接触器
３５コンバータ
３６電流センサ
３８ａ第１モータ
３８ｂ第２モータ
１００制御部
１１０３相／２相変換部
１１１ＦＢ電圧演算部
１１２第１加算部
１１３第２加算部
１１４駆動制御部
１２０電流指令演算部
１２１出夏指令演算部
１２２誤配線検知部
１３０差分演算部
１３１比較部
１５０制御部
２２２誤配線検知部
２３１各実際値演算部
２３２各指令値演算部
２３３差分演算部
２３４比較部
４００第１積算部
４０１第２積算部

Claims

モータを駆動するインバータと、
前記モータへ入力する入力電流を検出する電流センサと、
前記電流センサと前記インバータと接続され、前記入力電流または運転指令をもとに演算される実際値と指令値を比較し、その比較結果がある一定値以上となる場合に、前記複数台のモータと前記インバータ間に誤配線が生じていることを検知する制御部と
を有することを特徴とする電気車制御装置。
複数台のモータと、
前記複数台のモータを制御するインバータ、前記モータへ入力する入力電流を検出する電流センサ、および前記モータへの入力電流または運連指令をもとに演算される実際値と指令値を比較し、その比較結果がある一定値以上となる場合に、前記複数台のモータと前記インバータ間に誤配線が生じていることを検知する制御部とを有する電気車制御装置と
を有することを特徴とする車両駆動システム。