JP2574893B2 - 交流電気車制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、推進用電動機として交流電動機を用い、こ
れを可変周波数可変電圧インバータ装置により駆動する
ようにした交流電気車に係り、特に誘導電動機を推進用
に使用した電気車に好適な交流電気車制御装置に関す
る。

［従来の技術］ インバータ装置により可変周波数可変電圧の交流電力
の供給が容易になるにつれ、近年、推進用の電動機とし
て、誘導電動機などの交流電動機を用いた電気車が広く
実用化されているが、このような交流電気車の制御装置
では、従来から、例えば、特開昭55−17230号公報など
に開示のように、複数の電気推進用交流電動機の回転速
度（回転数）のうちの最小値を用いてインバータの周波
数を制御するようにしていた。

これは、電気車が力行中に、或る駆動輪の回転速度だ
けが、空転などにより増加した場合でも、なるべくその
影響を受けないで制御が行えるようにするためである。

このような従来技術による交流電気車制御装置の一例
を第３図により説明すると、この従来例は、４台の誘導
電動機11ないし14を推進用の交流電動機として用い、こ
れらを可変周波数可変電圧インバータ装置（VVVFインバ
ータ装置とも呼ばれる）２の出力で駆動して、例えば、
電車や電気機関車などの電気車を推進させるようにした
もので、それぞれの誘導電動機11〜14の回転速度、つま
り駆動用の車輪の回転速度f_r1〜f_r4を各回転検出器31〜
34で検出し、これらを比較器５に入力し、ここで、それ
らを内の最小値を示しているものを選択して取り出し、
それを制御用の回転速度f_rとするようになつているもの
である。つまり、この比較器６によって取り出された制
御用の回転速度f_rを加算器４に供給し、これを電流制御
系１で演算された滑り周波数f_sに加算してインバータ周
波数f_INVを得、これをインバータ装置２に供給して、所
定の周波数と電圧を有する多相交流電力に変換し、各誘
導電動機11〜14に供給して電気車を推進駆動するのであ
る。

なお、交流電流車の制御に関する技術ではないが、複
数の電動機を制御する従来技術として、関連するものと
しては、例えば特開昭59−59090号公報の開示を挙げる
ことができる。

［発明の解決しようとする課題］ 上記従来技術は、交流電動機の回転速度検出系故障時
での制御の連続性について配慮がされておらず、故障に
より回転速度の検出値が異常に低下したときなどに、電
動機の制御が異常になるという問題があった。

この従来技術の問題を、上記第３図と、さらに第４図
により説明すると、この第３図の交流電気車制御装置に
おいて、電気車走行中、回転検出器34からの回転速度信
号f_r4が最低値を示していたとすると、この結果、この
回転速度信号f_r4がインバータ制御用の信号f_rとして取
り出され、制御が遂行されている。

しかして、いま、時刻t₀において、回転速度検出系に
何等かの故障が発生し、第４図に示すように、回転検出
器34からの回転速度信号f_r4が異常に低下したとする。

そうすると、第３図には示されていないが、制御系に
付与されている異常保護機能により、異常検知後、信号
f_r4を制御から切り離す処理が行われる。

この結果、信号f_r4の切り離しにより、いまや最小値
信号となつた回転速度信号f_r3が比較器６から取り出さ
れることになり、以後の制御は、この回転速度信号f_r3
に引き継がれる。

ここで、この第４図を見れば明らかなように、時刻t₀
で故障が発生し、以後、この故障が検知され、さらに比
較器６により取り出されている信号f_rが、それまで最小
値を示していた回転速度信号f_r4から、ここで最小値と
なつた回転速度信号f_r3に切換わり、これによる制御に
引き継がれるまでには、所定の時間が必要であり、この
ため、上記従来技術では、電動機の制御が異常になるの
である。

本発明の目的は、複数の駆動用電動機を備えた交流電
気車において、回転速度検出系に故障などを生じたとき
でも、充分に制御の連続性を保ことができ、電気車の走
行を常にスムースに維持することができる交流電気車制
御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、複数の交流電動
機から検出した回転速度のうちの最低値側から第２番目
に大きな検出値を示す回転速度信号を選択する手段を設
け、この手段により選択された回転速度信号により、イ
ンバータの制御が行われるようにしたものである。

［作用］ 複数回転速度検出系を有する場合、２以上の検出系が
同時に故障する確率は、一般に、かなり低く、ほとんど
の故障は１系統にだけ現れる。他方、故障した検出系に
よる回転速度信号は、当然のこととして、複数の回転速
度検出系のなかで最低値となる。

従つて、複数の交流電動機の回転速度検出系による回
転速度検出値のうち、最低回転速度検出値を示すものか
ら第２番目の検出値により制御を行なうようにすれば、
いずれの回転速度検出系が故障して、その検出値が最低
値となつても、この第２番目の検出信号による制御への
移行は、信号を選択する手段による動作だけで済むの
で、ほとんど時間を要せず、制御に異常が現れることが
なく、スムースに制御の移行を行なうことができる。

［実施例］ 以下、本発明による交流電気車制御装置について、図
示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、第３図の従来例と同じ
く、走行駆動用の電動機として４台の誘導電動機11,12,
13、それに14を用い、これらを可変周波数可変電圧イン
バータ装置２により駆動制御するように構成したもの
で、図において、３は信号選択回路で、４個の回転速度
検出器31,32,33、それに34からの回転速度検出信号f_r1,
f_r2,f_r3,f_r4を入力とし、これらの検出値の大小比較を
行ない、それらの中で最低値から第２番目の検出値を示
す信号を選択し、それを回転速度信号f_rとして出力する
働きをする。

そして、この信号選択回路３によつて取り出された回
転速度信号f_rを加算器４に供給し、これを電流制御系１
で演算された滑り周波数f_sに加算してインバータ周波数
f_INVを得、これをインバータ装置２に供給して、所定の
周波数と電圧を有する多相交流電力を変換し、各誘導電
動機11〜14に供給し、所定の回転速度のもとで所定のト
ルクが得られるように制御し、電気車を推進駆動するの
である。

さらに詳しくは説明すると、電流制御系１は、図示し
ていない主幹制御器からの指令信号や各種のセンサなど
の信号に応じて、現在、電気車の走行のために、誘導電
動機11〜14に要求されているトルクの発生に必要なモー
タ電流を演算し、さらにモータ電流を流すのに必要とす
る滑り周波数f_sを演算して出力し、加算器４では、この
滑り周波数f_sを回転速度信号f_rに加算してインバータ周
波数f_INVを得るのである。従つて、このとき、これらの
信号f_sとf_rとは、予め周波数としてデイメンシヨンを合
わせておく処理を施しておく必要があるのはいうまでも
ない。

また、第１図には示されていないが、この実施例で
も、前述した従来例と同様に、制御系には異常保護機能
が付与されているのはいうまでもない。

次に、この実施例の動作について説明する。

上記したように、この実施例における信号選択回路３
は、入力された複数の信号の大小を判別し、所定の順位
にある信号だけを出力する、一種の比較器であり、回転
速度検出器31,32,33、それに34からの回転速度検出信号
f_r1,f_r2,f_r3,f_r4を入力とし、これらの検出値を比較
し、それらの中で最低値から第２番目の検出値を示す信
号を選択し、それを回転速度信号f_rとして出力する働き
をするものである。

そこで、第２図に示すように、いま、電気車走行中、
時刻t₀以前において、各回転速度検出信号が f_r1＞f_r2＞f_r3＞f_r4 という状態にあつたとする。

そうすると、このときには、回転速度検出器33からの
回転速度検出信号f_r3が低位２番目の信号となるから、
信号選択回路３により、 f_r3＝f_r となり、これによりインバータ装置２が制御され、誘導
電動機11〜14は、所定の回転速度のもとで、所定のトル
クを発生するように駆動制御されていることになる。

次に時刻t₀に到り、ここで誘導電動機13の駆動軸（第
３軸）からの回転速度検出系に故障が発生し、この結
果、この時刻t₀以降、回転速度検出信号f_r3が急速に低
下し始めたとする。

そうすると、信号選択回路３は、 f_r4＞f_r3 になつた時点から、その出力として、それまでの信号f
_r3に代わつて信号f_r4を発生し、この結果、制御に使用
される回転速度信号f_rは、 f_r＝f_r4 となる。

こうして、さらに時間が経過して時刻t₁になると、前
述の制御系に付与されている異常保護機能により、この
第３軸の回転速度検出系での故障発生が検知され、これ
により、この第３軸の回転速度検出系からの信号、つま
り回転速度検出器33からの信号f_r3は制御系から切り離
されるので、この時点t₁以後、回転速度検出信号の関係
は、 f_r1＞f_r2＞f_r3 となるので、ここで、信号選択回路３の出力は自然に回
転速度検出信号f_r2に切換わり、以後、この信号f_r2が回
転速度信号f_rに、つまり、 f_r＝f_r2 となつてインバータ装置２の制御が続行されることにな
る。

従つて、この実施例によれば、回転速度検出系での故
障に際しての、回転速度信号f_rの切換えは、全て信号選
択回路３内での処理だけで進行して行き、この間、回転
速度信号f_rは複数の正常な回転速度検出信号の間での移
行だけとなるので、誘導電動機11〜14の制御が異常な状
態になることはなく、充分にスムースな走行状態を保こ
とができる。すなわち、この実施例によれば、４台の誘
導電動機11〜14の回転速度のうちの、低位側から２番目
に大きな検出値のものが制御にしようされるようにして
いるので、いずれか１台の、どの誘導電動機の回転速度
検出系に故障が発生しても、上記した制御系により、そ
の故障が検出され、所定の切り離しが行われるまでの時
間も含めて、常に正常な回転速度検出信号による連続的
なインバータ制御が続行され、瞬時といえども制御が異
常になることはなく、スムースな運行状態を確実に保持
することができるのである。

なお、以上の実施例では、４台の誘導電動機を駆動用
の交流電動機として使用した場合について説明したが、
本発明は、少なくとも３台以上の交流電動機を用いた電
気車なら、どのような場合にも適用可能なことはいうま
でもない。

［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明によれば、複数の走行
駆動用交流電動機を備え、これらの電動機を可変周波数
可変電圧インバータ装置で制御する方式の電気車におい
て、複数の回転速度検出系の検出信号のうちの、低位側
から第２番目の検出信号により回転速度を決定して制御
を行ない、故障が発生した回転速度検出系を切り離すと
いう簡単な構成により、回転速度検出系での故障に際し
ての、制御の異常発生を確実に抑えることができるか
ら、電気車の走行を常に充分にスムースな状態に保持
し、乗り心地の悪化や、車両及び積載物の損傷などの虞
れのない交流電気車制御装置を容易に提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による交流電気車制御装置の一実施例を
示すブロツク図、第２図は実施例の動作を説明する特性
図、第３図は交流電気車制御装置の従来例を示すブロツ
ク図、第４図は従来例の動作を説明する特性図である。 １……電流制御系、２……可変周波数可変電圧インバー
タ装置、３……信号選択回路、４……加算器、11〜14…
…電気車推進用の誘導電動機、31〜34……回転速度検出
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 瑛一 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社日 立製作所水戸工場内 (56)参考文献 特開 平１−278202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−59090（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変周波数可変電圧インバータ装置で駆動
   される複数の車両推進用交流電動機と、これら複数の交
   流電動機の回転速度をそれぞれ独立に検出する回転速度
   検知手段とを備え、上記複数の交流電動機を、それらの
   回転速度に対応した周波数と電圧を有する交流電力で駆
   動する方式の交流電気車において、 上記複数の回転速度検知手段からの回転速度検知信号の
   うちの低位側から２番目の大きさの信号を選択して出力
   する信号選択手段と、 上記複数の回転速度検知手段の信号を監視し、異常が検
   出された回転速度検知手段からの信号を制御から切り離
   す制御手段とを設け、 上記信号選択手段の出力信号により上記可変周波数可変
   電圧インバータ装置の出力周波数と出力電圧を制御する
   ように構成したことを特徴とする交流電気車制御装置。
2. 【請求項２】請求項１の発明において、 上記交流電動機が誘導電動機であり、上記可変周波数可
   変電圧インバータ装置が、上記信号選択手段の出力信号
   により与えられる回転速度周波数と、上記誘導電動機の
   滑り周波数とを加算した周波数に基づいて制御されるよ
   うに構成されていることを特徴とする交流電気車制御装
   置。