JP2634856B2

JP2634856B2 - 電気車のインバータ制御装置

Info

Publication number: JP2634856B2
Application number: JP11700888A
Authority: JP
Inventors: 金吾阿部; 啓喜来栖; 四郎栗原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPH01291603A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、可変電圧可変周波数インバータを用いて推
進用の複数個の誘導電動機を駆動する方式の電気車に係
り、特に、複数個の速度センサを備え、異常が発生した
速度センサを自動的に切り離して運転の継続が可能な電
気車に好適なインバータ制御装置に関する。

［従来の技術］近年、可変電圧可変周波数インバータを用い、推進用
の誘導電動機を駆動する方式の電気車が注目されてお
り、その可変電圧可変周波数インバータの制御の一例を
第２図により説明する。

図において、１は可変電圧可変周波数インバータ、２
は電気車推進用の４台の誘導電動機、３は速度センサ
で、４台の誘導電動機２のそれぞれの回転速度を検出す
るもの、４は周波数カウンタ、５は周波数最大値選択
部、６は周波数最大値判別部、７は周波数比較部、８は
センサ故障出力部、９は周波数選択切替部、10は周波数
最小値選択部、11は周波数最大値選択部、12は力行・ブ
レーキ切替部、13は加算部、14はPWM変調部、15はすべ
り周波数発生部、16は運転指令部、そして17はゲート駆
動部である。

この第２図の従来例は、１台のインバータ１で４台の
電気車推進用３相誘導電動機２を駆動する方式のもの
で、誘導電動機２の実際の回転速度を検出し、それに所
定のすべり周波数を加算した同期速度に対応した周波数
を有する３相交流電力がインバータ１から出力されるよ
うに制御するものであり、このため、まず、４個の速度
センサ３で検出した信号を周波数カウンタ４で処理する
ことにより、各誘導電動機２の回転数に対応した周波数
を有する信号、いわゆる回転子周波数f₁〜f₄を取り出
す。

これらの回転子周波数f₁〜f₄は周波数選択切替部９を
介して周波数最小値選択部10と周波数最大値選択部11に
並列に入力され、この結果、周波数最小値選択部10から
は、４種の回転子周波数f₁〜f₄のうち、そのときどきで
最低周波数値を示している１の信号が、最小値周波数f_r
（min）として出力され、他方、周波数最大値選択部11
からは、同じく最高周波数値を示している１の信号が、
最大周波数f_r（max）として出力されることになる。

なお、周波数選択切替部９は異常が検出されたときだ
け動作し、通常は全ての接点が閉じた状態を保つもので
ある。

力行・ブレーキ切替部12は運転指令部16からの信号に
より動作し、力行指令時には周波数最小値選択部10から
の最小周波数f_r（min）を選択し、ブレーキ指令時には
周波数最大値選択部11からの最大周波数f_r（max）を選
択し、それぞれ基準周波数f_rとして出力する働きをす
る。

一方、すべり周波数発生部15は運転指令部16からの指
令に応じて所定のすべり周波数f_sを発生し、それを加算
部13に供給して基準周波数f_rに加算させるように動作し
ており、この結果、この加算部13からは、f_r＋f_s＝f_INV
という周波数値をもつた信号f_INVが出力され、この信号
f_INVがPWM変調部14に入力され、ゲート駆動部17を働か
せることになり、インバータ１からは周波数f_INVを有す
る３相交流電力が発生され、誘導電動機２が所定の推進
力を発生して電気車が走行することになる。

そして、このとき、すべり周波数発生部15から発生さ
れるすべり周波数f_sの値により誘導電動機２が発生すべ
き推進力（トルク）が決められることになり、結局、運
転指令部16からの指令により電気車の加速度（ブレーキ
指令時には減速度）が制御されることになる。

また、ブレーキ時には運転指令部16からのブレーキ指
令により力行・ブレーキ切替部12は最大周波数f_r（ma
x）が選択され、他方、すべり周波数発生部15からの所
定の周波数値のすべり周波数f_sはマイナス値とされ、こ
の結果、f_r−f_s＝f_INVで表わされる周波数の３相交流電
力がインバータ１から出力され、すべり周波数f_sに相当
するブレーキ力が電気車に与えられることになる。

ところで、以上のことから明らかなように、このよう
なシステムでは、速度センサ３が正常か否かの監視が重
要である。

そこで、周波数カウンタ４の出力f₁〜f₄を第２の周波
数最大値選択部５に入力し、これらの周波数f₁〜f₄のう
ちで最大値を示すものを周波数ｆ（max）として選択さ
せ、それを周波数最大値判別部６に入力し、ｆ（max）
10Hzが満足しているときに所定の信号が周波数比較部
７の入力ａに供給されるようにする。

一方、この周波数比較部７は、その入力ａに所定の信
号が入力されることにより能動化され、４種の周波数f₁
〜f₄のうちの最大値を有するものと最小値を有するもの
との比較動作を行ない、それらの差が10Hz以上になつた
とき、すなわち、（周波数の最大値）−（周波数の最小
値）10Hzという条件が満たされたとき判定処理を行な
い、そのときに最小値を出力している速度センサに対応
して、異常検出信号F₁〜F₄の１種を出力する。

こうして４個の速度センサ３のそれぞれに対応してい
る異常検出信号F₁〜F₄のいずれかが出力されると、これ
に応じて一方では周波数選択切替部９が動作して対応す
る接点を開き、速度センサ３のうちの異常と判定された
センサの出力を周波数最小値選択部10及び周波数最大値
選択部11から切り離すように働く。

他方、このような異常検出信号F₁〜F₄の発生によりセ
ンサ出力部８が応動し、所定の異常表示信号Ｆが出力さ
れることになり、運転手に表示が行なわれるなど、一連
の、所定の異常検出処理が実行される。

従つて、この従来技術によれば、４個の速度センサ３
のいずれかに断線などの異常を生じた場合には、その異
常を生じた速度センサだけが周波数選択切替部９により
切り離され、残りの異常を生じていない速度センサ３か
らの信号によるインバータ１の制御が、正常に継続で
き、センサ故障時でのバツクアツプ運転を可能にするこ
とができる。

なお、上記した回転子周波数の実例値としては、車両
の許容最高速度で200Hz程度に選ばれるのが通例であ
り、また、このように同一のインバータで複数台の誘導
電動機を駆動する方式では、各誘導電動機ごとの車輪径
の差の最大値が約1.5％に管理されるのが一般的であ
る。

このとき、車輪径の差は、各誘導電動機ごとのトルク
の差になつて現われるため、上記したような、或る管理
された範囲（約1.5％）にあることが必要であるが、上
記の方式のように、回転子周波数の差で異常を検出する
方式では、車輪径の差が所定範囲を超えたときにも検出
できるから、車輪径の管理にも利用できる。

なお、上記した回転子周波数とは、制御に用いる制御
周波数に換算した周波数を意味することは言うまでもな
い。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術では、車両が停止状態にあるときでの速
度センサの異常発生について配慮がされておらず、この
ような場合には車両を加速させることができず、極めて
低速で走行させ得るだけで、このため異常を生じた速度
センサの切り離しができないという問題があつた。

すなわち、第２図の例で説明すると、４個の速度セン
サ３のうちの断線などの異常を生じたものがあると、車
両が走行しはじめても、そのセンサの出力はゼロのまま
で全く上昇しない。しかして、加速時には、当然のこと
として力行制御であり、このため、周波数最小値選択部
10で異常を生じた速度センサの信号が選ばれ、この結
果、基準周波数f_rはゼロになつたままとなり、インバー
タ周波数f_INVはすべり周波数f_sに等しく保たれたままと
なるので、車両は極めて低速のまま全く加速しないので
ある。

しかして、このときでも、異常を生じた速度センサが
周波数選択部９によつて切り離されれば、以後、車両の
走行が可能になるが、上記したように、このときには車
両が極めて低速で走行するだけなので、ｆ（max）10H
zが満足されず、従つて周波数最大値判定部６が出力を
発生せず、周波数比較部７が動作しないので、異常を生
じた速度センサの切り離し動作が得られず、結局、上記
したように、加速が得られないのである。

本発明の目的は、車両が停止時に速度センサに異常を
生じたときでも、常に自動的に切り離しが得られ、バツ
クアツプ運転による走行が可能な電気車のインバータ制
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］上記目的は、速度センサの出力が、力行時に、そのと
き指令されているすべり周波数に相当する車両速度を表
わす信号状態になつたか否かにより、速度センサの異常
を判定する手段を設けることにより達成される。

［作用］力行時には、たとえ全ての速度センサが異常であつて
も、車両は、少なくとも、そのとき指令されているすべ
り周波数に相当する速度にまでは加速する筈である。

従つて、正常な速度センサから、少なくとも、このす
べり周波数に相当する速度を検出する筈であり、そうで
ない速度センサは異常であると判断することができるこ
とになる。

［実施例］以下、本発明による電気車のインバータ制御装置につ
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、この第１図の実施例も
１台のインバータ１で電気車推進用の４台の３相誘導電
動機２を駆動しており、各々の電動機２には回転子の回
転周波数を検知する速度センサ３が設けてある。

これらの速度センサ３の出力は周波数カウンタ４でカ
ウントされ、周波数選択切替部９を経て周波数最小値選
択部10,周波数最大値選択部11に入力され、ついで、力
行・ブレーキ切替部12で、力行時は複数の回転子周波数
の中から最小値を選択する周波数最小選択部10の出力f_r
（min）を基準の回転子周波数f_rとしている。

一方、運転指令部16からの指令ですべり周波数発生部
15の出力f_sが、加算器13を介して基準の回転子周波数f_r
に加算され、インバータ出力周波数f_INVを出力する。

また、周波数カウンタ４の出力は周波数最大値選択部
５と周波数検出部19にも入力される。

まず、周波数最大値選択部５の出力は周波数最大値判
別部６で（f₁,f₂,f₃,f₄の最大値）xHzが判別され、そ
の条件で周波数比較部７が複数個の回転子周波数を互い
に比較する。そして、周波数比較部７は回転子周波数の
（最大値）−（最小値）yHzとなつたとき、最小値を
出力している速度センサを故障と検知する。故障を検知
すると周波数選択切替部９を動作させ、故障した速度セ
ンサの出力を切り離す動作を行なうと共にセンサ故障出
力部８によつてインバータ１を一時停止させる。故障し
た回転子周波数センサの出力を切り離した後は、残りの
センサの出力で制御される。なお、異常の動作は第２図
の従来例と同じである。

次に、周波数検出部19では、複数個の回転子周波数
f₁,f₂,f₃,f₄の中でいずれがzHz以下であるかを検知す
る。ここで、緩動タイマ18は、運転指令部16が力行指令
を出力してから、一定時間後に出力を発生するもので、
周波数検出部19の検出動作タイミングを制御するもので
ある。つまり、力行指令が出力されても、車両はすぐに
は動かず、この間は正常なセンサでも出力はゼロになつ
ているから、このときに検知動作を行なうと誤検出の虞
れを生じる。そこで、車両が実際に走行し始めたタイミ
ングを与えるために緩動タイマ18が設けてある。

周波数比較部７に入力ａが与えられ、この周波数比較
部７が検出動作を開始するための条件である、ｆ（ma
x）xHzは、車両の速度が遅くて速度センサ３からの出
力周波数があまり低い周波数領域で、複数個の回転子周
波数を互いに比較すると誤検知をする虞れがあるため、
これを防止するために設けてあるもので、周波数比較部
７の設定値yHzとはｘｙの関係がある。また、この周
波数比較部７の設定値yHzは、各々の３相誘導電動機２
で駆動される車輪の車輪径差の許容値が約1.5％である
こと、及びインバータ周波数が最大約200Hzであること
から約5Hz以上となり、上記実施例では、従来例と同じ
く10Hzにしてある。

一方、周波数検出部19のセツト値zHzは、力行列のす
べり周波数より充分に低い４値で、力行起動時のすべり
周波数は一般に１〜2Hzに設定されることから、0.5Hz以
下に設定される。なお、このとき、この周波数検出部19
に検出動作が一定時間以上継続したときだけ出力を発生
する機能を持たせてもよく、こうすることにより、さら
に安定した検出を行なうことが出来る。

従つて、この実施例によれば、速度センサ回路の断
線，故障などで力行時の基準回転子周波数が零であつて
も、正常な速度センサからは、少なくとも力行時のすべ
り周波数と同じ周波数の信号が得られる筈であることか
ら、すべり周波数より低い出力周波数を出力している速
度センサを故障と判断することができ、電気車が加速し
なくても確実に異常を検知することが出来る。

そして、このようにして故障と検知された速度センサ
は、周波数選択切替部９によりインバータ周波数制御系
から切り離され、残りの正常な速度センサによる制御に
移行されるので、電気車の運行を継続させることができ
る。

［発明の効果］本発明によれば、とにかく電気車が動きさえすれば、
かなり低速であつても確実に速度センサの故障検出が可
能になるため、異常が発生した速度センサを切り離し、
残りの速度センサによる電気車の走行を続行できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気車のインバータ制御装置の一
実施例を示すブロツク図、第２図は従来例のブロツク図
である。１……可変電圧可変周波数インバータ、２……３相誘導
電動機、３……速度センサ、４……周波数カウンタ、５
……周波数最大値選択部、６……周波数最大値判別部、
７……周波数比較部、８……センサ故障出力部、９……
周波数選択切替部、10……周波数最小値選択部、11……
周波数最大値選択部、12……力行・ブレーキ切替部、13
……加算部、14……PWM変調部、15……すべり周波数発
生部、16……運転指令部、17……ゲート駆動部、18……
緩動タイマ、19……周波数検出部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可変電圧可変周波数インバータと、該イン
バータで駆動される複数個の誘導電動機と、これらの誘
導電動機で駆動される複数個の車輪の回転速度を検出す
る速度センサとを備え、これら速度センサからの検出信
号のうちの最小値に基づいて力行加速時での上記インバ
ータの出力周波数を制御する方式の電気車用インバータ
制御装置において、上記速度センサの検出値が上記誘導電動機の供給されて
いるすべり周波数に対応する速度に達しているか否かを
判断する判定手段と、電気車が力行指令を与えられたとき動作を開始し、所定
時間経過後に所定の信号を発生するタイマ手段とを設
け、電気車が力行加速状態にあり、且つ、上記所定の信号が
存在することを条件として、このときに上記すべり周波
数に対応する速度以下の検出値を示す速度センサを異常
と判定するように構成したことを特徴とする電気車のイ
ンバータ制御装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記複数個の速度センサのうちの任意のセンサの検出信
号を切り離し、残りの速度センサからの検出信号だけで
上記インバータの制御を行なう制御手段を設け、異常と判定された速度センサを切り離してインバータ制
御が継続されるように構成したことを特徴とする電気車
のインバータ制御装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、上記複数個の速度センサの検出信号を相互に比較して、
それらの中で最小値を示す速度センサを異常と判断する
第２の異常検出手段が併設されていることを特徴とする
電気車のインバータ制御装置。