JP2014230467A - Induction motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、1台以上の誘導電動機を制御する誘導電動機制御装置に関するものである。 The present invention relates to an induction motor control device that controls one or more induction motors.
一般的に列車等の車両においては、複数台の誘導電動機のトルクを一括制御し、台車制御や1車両制御を行っている。 In general, in vehicles such as trains, the torque of a plurality of induction motors is collectively controlled to perform cart control or single vehicle control.
図2は、このような制御を行う従来の誘導電動機制御装置の構成例を示すブロック図である。なお、図2には4台の誘導電動機101〜104を示しているが、誘導電動機は何台であっても良い。以下、誘導電動機は4台とし、 また各誘導電動機101〜104のモータ定数が同じであるものとして説明するが、その他の構成をとることもできる。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a conventional induction motor control apparatus that performs such control. In FIG. 2, four
図2に示す誘導電動機制御装置では、特許文献1等に記載されるように、小型化等の観点から、誘導電動機には回転速度検出器が取り付けられていない。そして、誘導電動機の総和電流iと電力変換部2に入力される電圧指令vとから、誘導電動機の回転速度ωmを演算する。以下にその手順を示す。
In the induction motor control apparatus shown in FIG. 2, as described in Patent Document 1 and the like, a rotation speed detector is not attached to the induction motor from the viewpoint of miniaturization and the like. Then, the rotational speed ωm of the induction motor is calculated from the total current i of the induction motor and the voltage command v input to the
総和電流検出部200は、電力変換部2から個々の誘導電動機101〜104に流れる三相電流の総和である総和電流iを検出する。
The total
電圧系磁束演算部3は、総和電流iと、電力変換部2に入力される電圧指令vとから、誘導電動機磁束φを式(1)で演算する。
The voltage system magnetic
ここで、R1は全誘導電動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。なお漏れインダクタンス合成値Lekは、下記の式(2)で与えられる。 Here, R1 is a primary resistance composite value of all induction motors, L2 is a secondary self-inductance composite value, M is a mutual inductance composite value, and Lek is a leakage inductance composite value. The leakage inductance composite value Lek is given by the following equation (2).
ここで、L1は全誘導電動機の一次自己インダクタンス合成値である。 Here, L1 is a primary self-inductance composite value of the all induction motor.
回転速度演算部4は、総和電流iと誘導電動機磁束φとから、式(3)〜式(5)を用いて誘導電動機回転速度ωmを演算する。 The rotation speed calculation unit 4 calculates the induction motor rotation speed ωm from the total current i and the induction motor magnetic flux φ using the equations (3) to (5).
ここで、R2は全誘導電動機の二次抵抗合成値、FA及びFBは誘導電動機磁束φの各成分である。 Here, R2 is a secondary resistance composite value of all induction motors, and FA and FB are each component of induction motor magnetic flux φ.
式(5)で演算される誘導電動機回転速度ωmは、式(6)のように、各誘導電動機101〜104の回転速度ωm1〜ωm4の平均値となる。
The induction motor rotational speed ωm calculated by Expression (5) is an average value of the rotational speeds ωm1 to ωm4 of the
ここで、ωm1〜ωm4はそれぞれ、誘導電動機101〜104の回転速度である。
Here, ωm1 to ωm4 are rotational speeds of the
次にトルク制御部1は、誘導電動機回転速度ωmと総和電流iとに基づいて、誘導電動機磁束φが磁束指令φ*に、全誘導電動機の総トルクがトルク指令τ*になるような電圧指令vを出力する。 Next, based on the induction motor rotational speed ωm and the total current i, the torque control unit 1 determines a voltage command such that the induction motor magnetic flux φ becomes the magnetic flux command φ * and the total torque of all the induction motors becomes the torque command τ *. Output v.
電力変換部2は電圧指令vを増幅し、負荷である誘導電動機101〜104に電力を供給する。
The
以上の構成とすることにより、全誘導電動機の総トルクをトルク指令τ*に追従させる制御ができる。ここで示す例では、各誘導電動機のモータ定数が同じであるため、各誘導電動機は、トルク指令τ*の1/4ずつのトルク(τ*/4)を出力する。 With the above configuration, it is possible to control the total torque of all the induction motors to follow the torque command τ *. In the example shown here, since each induction motor has the same motor constant, each induction motor outputs a torque (τ * / 4) that is 1/4 of the torque command τ *.
上述したような従来の誘導電動機制御装置には、以下に示す問題点がある。 The conventional induction motor control apparatus as described above has the following problems.
誘導電動機制御装置は、既知の誘導電動機のモータ定数に基づいて、上述した制御を行う。 The induction motor control device performs the above-described control based on a known motor constant of the induction motor.
ここで、誘導電動機のいずれかが誤配線されている場合、具体的には、誘導電動機101のV相、W相がそれぞれ、電力変換部2のW相、V相に接続されている場合を考える。
Here, when one of the induction motors is miswired, specifically, the case where the V phase and the W phase of the
この場合には、正常に配線されている場合と比較して、誘導電動機101は、同一の電圧入力に対して異なるモータ定数を持つように振る舞う。その結果、誘導電動機のモータ定数が、誘導電動機制御装置が想定しているものとは異なるものとなるため、誘導電動機が正しく制御されないおそれがあり、また過電流が発生するおそれがある。
In this case, the
このような場合、誘導電動機の誤配線を速やかに検知して対処する必要がある。しかしながら、電車との車両は通常、1台の誘導電動機制御装置で制御されているわけではなく、例えばそれぞれが誘導電動機制御装置を有する複数台の車両を連結して運行している。そのため、いずれかの誘導電動機が誤配線されている場合でも、車両全体の動作は保たれ、過電流等の大きな異常が発生するまで気付かない場合があり、最悪の場合、誘導電動機の破壊や、電力変換器素子の破壊へとつながるおそれがあった。 In such a case, it is necessary to quickly detect and deal with erroneous wiring of the induction motor. However, a vehicle with a train is usually not controlled by one induction motor control device, and for example, a plurality of vehicles each having an induction motor control device are connected and operated. Therefore, even if one of the induction motors is miswired, the operation of the entire vehicle is maintained and may not be noticed until a major abnormality such as overcurrent occurs.In the worst case, There was a risk of destruction of the power converter element.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、誘導電動機の誤配線等の異常を検知することを課題とするものである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to detect an abnormality such as an incorrect wiring of an induction motor.
この発明の誘導電動機制御装置は、1台以上の誘導電動機と、試験指令に応答して前記各誘導電動機のトルク制御を停止し、前記各誘導電動機に一定の正弦波状の電圧を印加して電流を流すトルク制御部と、各誘導電動機に入力される前記電流を検出する電流検出部と、前記各誘導電動機に入力される前記電流の電流ベクトルの回転方向を求める電流ベクトル演算部と、前記電流ベクトルの回転方向のいずれかが異常であることを検知する回転方向異常検知部と、を備えることを特徴とする。 The induction motor control device according to the present invention stops torque control of each induction motor in response to a test command with one or more induction motors, applies a constant sine wave voltage to each induction motor, A torque control unit for supplying current, a current detection unit for detecting the current input to each induction motor, a current vector calculation unit for obtaining a rotation direction of a current vector of the current input to each induction motor, and the current A rotation direction abnormality detection unit that detects that any of the rotation directions of the vector is abnormal.
そして好ましくは、前記電流ベクトル演算部は、前記電流ベクトル演算部は、前記電流ベクトルの微分と、前記電流ベクトルとの外積から前記電流ベクトルの回転方向を求め、前記回転方向異常検知部は、前記外積の、前記電流ベクトルに直交する成分の符号に基づいて、前記電流ベクトルの回転方向の異常を検知する。 And preferably, the current vector calculation unit obtains the rotation direction of the current vector from the outer product of the differentiation of the current vector and the current vector, and the rotation direction abnormality detection unit An abnormality in the rotation direction of the current vector is detected based on the sign of the component of the outer product that is orthogonal to the current vector.
この発明に係る誘導電動機制御装置によれば、誘導電動機の誤配線等の異常を検知することができる。 According to the induction motor control device of the present invention, it is possible to detect an abnormality such as an incorrect wiring of the induction motor.
本発明の一実施形態の誘導電動機制御装置は、図1に示すように、回転方向異常検知部6と、電流ベクトル演算部5とを新たに設けることにより、誘導電動機101〜104のいずれかが誤配線されていること等の異常を検知することができる。そして運転台7は、回転方向異常検知部6が出力する検知信号Kを受け取って、例えば誤配線されていることを運転台表示部に表示することができる。
As shown in FIG. 1, the induction motor control device according to the embodiment of the present invention is provided with a rotation direction abnormality detection unit 6 and a current vector calculation unit 5, so that any one of the
図1は、本発明の一構成例を示すブロック図である。なお、上述した図2と同様の構成要素については、図2と同じ符号を付して説明を省略する。また上述したように、誘導電動機は4台とし、各誘導電動機101〜104のモータ定数は同じであるものとして説明するが、それ以外の構成をとることもできる。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the present invention. In addition, about the component similar to FIG. 2 mentioned above, the same code | symbol as FIG. 2 is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. Further, as described above, it is assumed that there are four induction motors and the motor constants of the
電流検出部201〜204はそれぞれ、誘導機101〜104に入力される電流を検出する。本実施形態では、電流ベクトル演算部5で、電流検出部201〜204が検出した、各誘導機101〜104に入力される三相電流を、αβ座標系の二相電流に変換している。ここでα軸は各誘導機のU相軸と一致し、β軸はα軸と直交している。
電流ベクトル演算部5は、電流ベクトルi1〜i4を用いて、式(7)〜(10)のように、電流ベクトルi1〜i4の微分と、当該電流ベクトルとの外積を求める。 The current vector calculation unit 5 uses the current vectors i1 to i4 to obtain the outer product of the differentiation of the current vectors i1 to i4 and the current vector as in the equations (7) to (10).
ここで、記号「p」は微分演算子を示す。またベクトルRot1〜Rot4の要素はそれぞれ、(0,0,rot1)、(0,0,rot2)、(0,0,rot3)、(0,0,rot4)として表され、電流ベクトルi1〜i4にそれぞれ直交する成分であるrot1〜rot4の符号は、電流ベクトルi1〜i4の回転方向を示す。 Here, the symbol “p” indicates a differential operator. The elements of the vectors Rot1 to Rot4 are represented as (0, 0, rot 1), (0, 0, rot 2), (0, 0, rot 3), (0, 0, rot 4), and current vectors i1 to i4. The symbols rot1 to rot4, which are components orthogonal to each other, indicate the rotation direction of the current vectors i1 to i4.
なおこの実施形態では、電流ベクトルi1〜i4の微分を、所定のサンプリング周期で取得した電流ベクトルi1〜i4の変化量に基づいて演算しているが、他の方法で電流ベクトルi1〜i4の微分を求めることもできる。 In this embodiment, the differentiation of the current vectors i1 to i4 is calculated based on the amount of change of the current vectors i1 to i4 acquired at a predetermined sampling period. However, the differentiation of the current vectors i1 to i4 is performed by other methods. Can also be requested.
回転方向異常検知部6は、電流ベクトル演算部5が求めた値rot1〜rot4を入力とし、rot1〜rot4の符号に基づいて検知信号Kを出力する。検知信号Kは、各誘導電動機101〜104に入力される電流の電流ベクトルi1〜i4の回転方向のいずれかが異常であることを示す。
The rotation direction abnormality detection unit 6 receives the values rot1 to rot4 obtained by the current vector calculation unit 5 and outputs a detection signal K based on the signs of rot1 to rot4. The detection signal K indicates that one of the rotation directions of the current vectors i1 to i4 of the currents input to the
検知信号Kの算出方法をより詳細に示す。まず、各誘導電動機101〜104の回転方向情報K1〜K4を、下記の式(11)〜(14)によって求める。式(11)〜(14)に示すrotX(この実施形態では、X=1〜4)と、KXとの関係を図示すると、図3のようになる。
A method for calculating the detection signal K will be described in more detail. First, rotation direction information K1 to K4 of each
そして、式(15)のように、K1、K2、K3、K4の積をとって検知信号Kを求め、出力する。なお、式(15)における記号「×」は単なる積を示す。 Then, the detection signal K is obtained by taking the product of K1, K2, K3, and K4 as shown in the equation (15) and output. Note that the symbol “x” in Equation (15) indicates a simple product.
すなわち、検知信号Kは、K1、K2、K3、K4が全て正の値であれば1となり、一つでも0以下の値であれば0となる。 That is, the detection signal K is 1 if all of K1, K2, K3, and K4 are positive values, and 0 if any of them is 0 or less.
また運転台7は、検知信号Kに基づいて、誘導電動機の誤配線の有無を、図示しない運転台表示台に表示する。なお、どの誘導電動機が誤配線されているかを表示することもできる。
Based on the detection signal K, the
テスト指令作成部を構成する運転台7は、回転方向異常検知部6が求めた検知信号Kと、試験指令tとを入力とし、Kとtとの論理積をとってテスト指令Tを求め、出力する。
The
試験指令tは、誘導機101から104の誤配線を検知する場合に1とし、その他の場合には0とする。試験指令tを1にする場合とは、例えば車両製造後や電動誘導機交換後である。
The test command t is set to 1 when an erroneous wiring of the
トルク制御部1は、テスト指令Tがオン(1)のときには、各誘導電動機101〜104のトルク制御を停止して、誘導電動機101〜104が正しく配線されている場合に、上述したrot1、rot2、rot3、rot4がそれぞれ正の値となるような電流が、誘導電動機101〜104に流れるように、一定の正弦波状の電圧指令vを出力する。
When the test command T is on (1), the torque control unit 1 stops the torque control of the
一方、トルク制御部1は、テスト指令Tがオフ(1)のときには、誘導電動機回転速度ωmと総和電流iを基に、全誘導電動機の磁束及び総トルクが、磁束指令φ*及びトルク指令τ*となるような電圧指令vを出力し、各誘導電動機101〜104のトルク制御を行う。
On the other hand, when the test command T is off (1), the torque control unit 1 determines that the magnetic flux and total torque of all the induction motors are the magnetic flux command φ * and the torque command τ based on the induction motor rotational speed ωm and the total current i. A voltage command v such that * is output, and torque control of each of the
電力変換部2は電圧指令vを増幅し、負荷である誘導電動機101〜104に電力を供給する。電力の供給は、PWM制御等で行うことができる。
The
以上の構成とすることにより、運転台7に対して外部信号である試験指令tを入力することで、列車運用を開始する前に、各誘導電動機のいずれかが誤配線されたことを検知することができる。
With the above configuration, by inputting a test command t that is an external signal to the
なお、図1に示す実施形態では、誘導電動機回転速度ωmを回転速度演算部4で演算しているが、代わりに誘導電動機回転速度を計測するように構成することもできる。 In the embodiment shown in FIG. 1, the induction motor rotation speed ωm is calculated by the rotation speed calculation unit 4, but the induction motor rotation speed can be measured instead.
この発明に係る誘導電動機制御装置は、列車等の車両に用いて、複数台の誘導電動機を制御するのに好適である。 The induction motor control device according to the present invention is suitable for controlling a plurality of induction motors when used in a vehicle such as a train.
101、102、103、104 誘導電動機
201、202、203、204 電流検出部
200 総和電流検出部
1 トルク制御部
2 電力変換部
3 磁束演算部
4 回転速度演算部
5 電流ベクトル演算部
6 回転方向異常検知部
7 運転台
101, 102, 103, 104
Claims (2)
試験指令に応答して前記各誘導電動機のトルク制御を停止し、前記各誘導電動機に一定の正弦波状の電圧を印加して電流を流すトルク制御部と、
各誘導電動機に入力される前記電流を検出する電流検出部と、
前記各誘導電動機に入力される前記電流の電流ベクトルの回転方向を求める電流ベクトル演算部と、
前記電流ベクトルの回転方向のいずれかが異常であることを検知する回転方向異常検知部と、
を備えることを特徴とする誘導電動機制御装置。 One or more induction motors,
A torque control unit that stops torque control of each induction motor in response to a test command, applies a constant sinusoidal voltage to each induction motor, and flows current;
A current detector for detecting the current input to each induction motor;
A current vector calculation unit for obtaining a rotation direction of a current vector of the current input to each induction motor;
A rotation direction abnormality detection unit for detecting that any of the rotation directions of the current vector is abnormal;
An induction motor control device comprising:
前記回転方向異常検知部は、前記外積の、前記電流ベクトルに直交する成分の符号に基づいて、前記電流ベクトルの回転方向の異常を検知する、請求項1に記載の誘導電動機制御装置。
The current vector computing unit obtains the rotation direction of the current vector from the outer product of the differentiation of the current vector and the current vector,
The induction motor control device according to claim 1, wherein the rotation direction abnormality detection unit detects an abnormality in the rotation direction of the current vector based on a sign of a component of the outer product that is orthogonal to the current vector.
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- 2013-05-27 JP JP2013111159A patent/JP6082316B2/en active Active
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