JP2017127074A - 電気車制御装置及び電気車制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一編成中に含まれる全ての車両の合計を編成質量として演算する編成質量演算部4と、力行ノッチ指令と編成質量とに基づき第1編成トルクを演算する第1編成トルク演算部2と、最大ノッチと編成質量とに基づき第2編成トルクを演算する第2編成トルク演算部5と、第2編成トルクに基づき運転させる電力変換装置の台数を決定し、決定された台数分の電力変換装置122を選択する運転/停止選択部6と、運転/停止選択部6で選択された台数分の電力変換装置122によって第1編成トルクを発するために必要な電力変換装置122一台当たりの発生トルクを演算し、演算結果をトルク指令として対応する電力変換装置122に出力するトルク分配部3と、を備える。
【選択図】 図1
Description
この特許文献1に記載の電気車制御装置では、その図1に示されるように運転士が操作するマスコンからの力行ノッチ指令と、各車両の質量検出値に相当する応荷重信号から求めた編成質量とから、編成としての必要トルク(引張力)を必要トルク演算部で求め、求めた必要トルクに応じて、編成内の稼動させる電動機を選択すると共に、各電動機への出力トルク指令を決定する制御装置を備えている。このような構成とすることによって、電力変換装置と電動機との効率を積算した総合効率が高い動作点での運転が可能となり、編成としての省エネルギー化を図るようになっている。
特許文献2に記載の制御装置では、その図1、図2に示されるように、主幹制御器からのマスコンの力行ノッチ指令によって、演算装置内の第2の論理回路で編成として必要な駆動力を演算している。そして、この演算結果に応じて、各電力変換装置(パワーユニット)のユニットカットとそのリセットの指令や駆動力指令値を第1の論理回路で演算している。
このように、従来の制御装置では、少なくとも運転士が実際に扱っているマスコンの力行ノッチ指令に基づいて、編成として必要なトルク指令を演算し、この演算結果に基づいて編成内で稼動する電力変換装置や必要な電動機の選択を行っている。
また、通勤電車においては、運転士が扱う力行ノッチの大きさによって、速度に対する編成として必要なトルク指令の特性に全速度領域で変化を持たせることが行われる場合がある。その一例として、乗客の乗車率が最大である最大荷重時に最大力行ノッチである5ノッチが扱われた場合と、力行ノッチとしてそれより低い3ノッチが扱われた場合の、速度に対する編成として必要なトルクの特性例を図6に示す。
なお、図6及び図7において、横軸は速度、縦軸は編成としてのトルク指令であり、乗客の乗車率が最大荷重時(図6)及び最小荷重時(図7)ともに、トルク指令は、5ノッチよりも3ノッチである方が小さく、最大荷重時及び最小荷重時ともに、速度が40%程度となるまでは略一定値を維持し、速度が40%程度を超えると速度の増加に伴い減少している。
ここで、駅間の間隔が比較的短い通勤電車においては、運転士は、通常時には、例えば図6や図7に5ノッチと記載した最大力行ノッチで加速し、所定の速度に達した時点で力行ノッチをオフして惰行状態に移行し、到着する駅に接近するとブレーキをかけて減速するという一連の操作をすることが多い。
1つの編成内に6台の電力変換装置を有し、各電力変換装置で4台の電動機を駆動する電気車を考え、各電力変換装置が搭載された車両のそれぞれの質量は、全て同じという条件とする。そして、編成の合計質量が最大荷重時より17%程度小さく、最大力行ノッチである5ノッチで加速する際には、1台の電力変換装置とそれが駆動する4台の電動機を停止し、5台の電力変換装置とそれが駆動する合計20台の電動機を運転して、高効率運転を実現する場合を考える。
この際、従来の制御方法では、編成として必要なトルクが20%低下した分、運転させる電力変換装置を5台から4台に減少させ、電力変換装置を1台減らしている。この時、運転させる電力変換装置や電動機の台数は、5ノッチで駆動する場合の4/5(80%)であるから、各電動機の出力トルク指令は5ノッチの場合と全く同じになる。このため、各電動機が駆動する車輪の空転頻度は5ノッチの場合と変わらず、運転士がわざわざ力行ノッチを下げて空転発生頻度を抑えようとしても、各電動機が駆動する車輪の空転発生頻度は低減しない。なお、この際には、空転した車輪を再粘着させるために、電動機の出力トルクを絞りこむ制御を実施することになり、この繰り返しによって高効率な動作点での運転も実現できない。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、第1実施形態における電気車制御装置の一例を示す構成図である。
第1実施形態における電気車制御装置100を適用した電気車は、電動機が搭載されていない付随車11が2両と、電動機が搭載された電動車12が3両との合計5両で編成を構成している。付随車11それぞれには、付随車11の質量を検出する質量検出部111が搭載されている。また、電動車12それぞれには、電動車12の質量を検出する質量検出部121と電力変換装置122(122−1〜122−3)と4台の電動機123が搭載されている。電力変換装置122は、入力される運転/停止指令により運転が指定されるとき、入力されるトルク指令相当のトルクを発生するように4台の電動機(電気車駆動用電動機)123を駆動する。
第1編成トルク演算部2では、例えば図5〜図7に示すような、編成質量と、力行ノッチ指令と、速度と、編成として必要なトルク指令との対応を表す特性を記憶しておき、この特性と、編成質量演算部4で演算される編成質量と、図示しない速度センサの出力等に基づき検出される電気車の速度と、マスコン1から入力される力行ノッチ指令と、に対応する編成として必要なトルク指令を決定し、これを第1編成トルクとする。
第2編成トルク演算部5は、マスコン1で設定可能な最大ノッチと、編成質量演算部4で演算された編成質量とに基づき、最大ノッチに対応する加速を実現するために必要なトルクを演算し、演算したトルクを第2編成トルク指令として運転/停止選択部6に出力する。例えば、第2編成トルク演算部5では、例えば第1編成トルク演算部2と同様に図5〜図7に示す、予め設定された編成として必要なトルク指令の特性に基づき、最大ノッチ、編成質量及び図示しない速度センサの出力等に基づき検出される電気車の速度に対応するトルク指令を決定し、これを第2編成トルクとする。
次に、上記第1実施形態の動作を説明する。
例えば、駅間の距離が比較的短い通勤電車においては、レール条件が良好な環境下では、運転士は発車時、最大ノッチで加速する。
また、第2編成トルク演算部5では、編成質量演算部4からの編成質量と最大ノッチとに基づき、最大ノッチ相当の加速を実現するために編成として必要な第2編成トルクを演算する。このとき編成質量が比較的大きく、演算された第2編成トルクが最大荷重時に最大ノッチに対応する加速度を実現するために必要なトルクの2/3以上であるならば、運転/停止選択部6において、3台の電力変換装置122が運転させる電力変換装置として選択され、トルク分配部3では、第1編成トルクを1/3倍した値を、各電力変換装置122のへのトルク指令として出力する。
図2に示す、第2実施形態における電気車制御装置200は、第1実施形態における電気車制御装置100において、第2編成トルク演算部5及び運転/停止選択部6に代えて、運転/停止選択部6aを設けたものである。第1実施形態における電気車制御装置100と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
ここで、第1実施形態における電気車制御装置100においては、運転/停止選択部6では、第2編成トルク演算部5で演算された第2編成トルクに基づいて、各電力変換装置122について運転させるか否かを選択している。第2編成トルク演算部5では、マスコン1で設定可能な最大ノッチと、編成質量演算部4で演算された編成質量とに基づき、第2編成トルクを演算しており、最大ノッチは固定値である。したがって、第2編成トルクは、編成質量と略比例関係にあるとみなすことができる。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
トルク分配部3aでは、第1編成トルクを、運転/停止選択部6で運転させる電力変換装置として選択された電力変換装置122に分配してトルク指令を演算するが、このとき第1編成トルクを、運転させる電力変換装置として選択された電力変換装置122を有する車両の質量に応じて重み付けして配分する。
第1編成トルク×100%/(100%+110%)
=第1編成トルク×47.6% …(3)
第1編成トルク×110%/(100%+110%)
=第1編成トルク×52.4% …(4)
このように、第3実施形態における電気車制御装置300では、電力変換装置122を有する電動車12の質量を考慮して第1編成トルクを配分している。そのため、上記第1実施形態と同等の作用効果を得ることができると共に、さらに、質量の大きい車両に搭載された電力変換装置に対しては、質量が大きい分だけ大きなトルク指令を行うことができるため、運転させる電力変換装置に対して均等にトルク指令を配分する場合に比較して、空転の発生頻度をより的確に低減することができる。
図4に示す、第4実施形態における電気車制御装置400は、第2実施形態における電気車制御装置200においてトルク分配部3に代えてトルク分配部3aを設け、トルク分配部3aでは、各質量検出部121それぞれで検出した各電動車12の質量も利用して、トルク指令を演算するようにしたものである。第2実施形態における電気車制御装置200と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
なお、上記実施形態においては、電動機が搭載されていない付随車11が2両と、電動機が搭載された電動車12が3両との合計5両で編成される電気車に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく電動機が搭載された電動車12を複数備える電気車であれば適用することができる。
2 第1編成トルク演算部
3、3a トルク分配部
4 編成質量演算部
5 第2編成トルク演算部
6、6a 運転/停止選択部
11 付随車
12 電動車
100、200、300、400 電気車制御装置
111、121 質量検出部
122 電力変換装置
123 電動機
Claims (5)
- 複数の電気車駆動用電動機と前記複数の電気車駆動用電動機を制御する電力変換装置とを備えた車両を一編成中に複数含む電気車を制御する電気車制御装置であって、
一編成中に含まれる全ての車両の合計質量を検出する合計質量検出部と、
入力される力行ノッチ指令と前記合計質量とに基づき第1編成トルクを演算する第1編成トルク演算部と、
最大ノッチと前記合計質量とに基づき第2編成トルクを演算する第2編成トルク演算部と、
前記第2編成トルクに基づき運転させる電力変換装置の台数を決定し、決定された台数分の電力変換装置を、複数の前記電力変換装置の中から選択する運転/停止選択部と、
当該運転/停止選択部で選択された前記台数分の電力変換装置によって前記第1編成トルクを発するために必要な電力変換装置一台当たりの発生トルクを演算し、演算結果をトルク指令として対応する電力変換装置に出力するトルク分配部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。 - 複数の電気車駆動用電動機と前記複数の電気車駆動用電動機を制御する電力変換装置とを備えた車両を一編成中に複数含む電気車を制御する電気車制御装置であって、
一編成中に含まれる全ての車両の合計質量を検出する合計質量検出部と、
入力される力行ノッチ指令と前記合計質量とに基づき第1編成トルクを演算する第1編成トルク演算部と、
前記合計質量のみに基づき運転させる電力変換装置の台数を決定し、決定された台数分の電力変換装置を、複数の前記電力変換装置の中から選択する運転/停止選択部と、
当該運転/停止選択部で選択された前記台数分の電力変換装置によって前記第1編成トルクを発するために必要な電力変換装置一台当たりの発生トルクを演算し、演算結果をトルク指令として対応する電力変換装置に出力するトルク分配部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。 - 前記車両それぞれは当該車両の質量を検出する質量検出部を搭載しており、
前記合計質量検出部は、前記車両それぞれに搭載された前記質量検出部の検出結果から前記合計質量を演算し、
前記トルク分配部は、選択した前記台数分の電力変換装置を有する車両それぞれの質量に応じて重み付けをして前記発生トルクを演算することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電気車制御装置。 - 複数の電気車駆動用電動機と前記複数の電気車駆動用電動機を制御する電力変換装置とを備えた車両を一編成中に複数含む電気車の制御方法であって、
入力される力行ノッチ指令と一編成中に含まれる全ての車両の合計質量とに基づき第1編成トルクを演算するステップと、
最大ノッチと前記合計質量とに基づき第2編成トルクを演算するステップと、
前記第2編成トルクに基づき運転させる電力変換装置の台数を決定し、決定された台数分の電力変換装置を、複数の前記電力変換装置の中から選択するステップと、
選択された前記台数分の電力変換装置によって前記第1編成トルクを発するために必要な電力変換装置一台当たりの発生トルクを演算し、演算結果をトルク指令として対応する電力変換装置に出力するステップと、を備えることを特徴とする電気車制御方法。 - 複数の電気車駆動用電動機と前記複数の電気車駆動用電動機を制御する電力変換装置とを備えた車両を一編成中に複数含む電気車の制御方法であって、
入力される力行ノッチ指令と一編成中に含まれる全ての車両の合計質量とに基づき第1編成トルクを演算するステップと、
前記合計質量のみに基づき運転させる電力変換装置の台数を決定し、決定された台数分の電力変換装置を、複数の前記電力変換装置の中から選択するステップと、
選択された前記台数分の電力変換装置によって前記第1編成トルクを発するために必要な電力変換装置一台当たりの発生トルクを演算し、演算結果をトルク指令として対応する電力変換装置に出力するステップと、を備えることを特徴とする電気車制御方法。
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