JP3160169B2 - 電気車主回路システム - Google Patents

電気車主回路システム

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JP3160169B2
JP3160169B2 JP29260794A JP29260794A JP3160169B2 JP 3160169 B2 JP3160169 B2 JP 3160169B2 JP 29260794 A JP29260794 A JP 29260794A JP 29260794 A JP29260794 A JP 29260794A JP 3160169 B2 JP3160169 B2 JP 3160169B2
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朝紀 渡邉
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電車線から変圧器と交流
−直流変換器を介して或いは直接直流電力を取り込み、
PWM制御インバータにより交流電力に変換して誘導主
電動機に給電する電気車主回路システムに関し、特に空
転・滑走再粘着特性の良好な電気車主回路システムに関
する。
【0002】
【従来の技術】電車線から変圧器と交流−直流変換器を
介して、或いは、電車線から直接に直流電力の供給を受
けて運転される電気車において、車両駆動に誘導主電動
機を用いた電力変換システム(以下、「主回路システ
ム」という。)では、次のような方式により誘導主電動
機の駆動が行われる。すなわち、電車線から交流電力が
供給される場合には、その交流電力を交流−直流変換器
により直流電力に一旦変換し、或いは、電車線から直流
電力を供給される場合には直接これを取り込み、これら
の直流電力をPWM制御インバータによりVVVF(可
変電圧可変周波数)の交流電力に再び変換して誘導主電
動機を駆動する。
【0003】図3は従来の技術にかかる誘導主電動機に
給電する電気車主回路システムの構成図である。ここ
で、1はパンタグラフ、2は平滑リアクトル、3は平滑
コンデンサ、4はPWMインバータ、5a〜5dは誘導
主電動機、6a〜6dは回転周波数センサ、7は最大最
小値選択回路、8はインバータ制御部であり、またR2
は二次抵抗である。
【0004】各誘導主電動機5a〜5dには回転周波数
センサ6a〜6dが装着されており、最大最小値選択回
路7により力行時には誘導主電動機回転周波数の最小値
が、制動時には最大値が求められ、基準周波数としてイ
ンバータ制御部8へ入力され、基準周波数に誘導主電動
機トルク指令値に見合ったすべり周波数を加えた周波数
でPWM制御インバータ4が制御される。なお最大最小
値選択回路7の機能は、ロジック回路などハードウエア
で実現されるほか、ソフトウエアで実現されることもあ
る。また、力行時は誘導主電動機5a〜5dの回転周波
数の最小値のかわりに最小値の次位の値が用いられるこ
ともあり、制動時は誘導主電動機5a〜5dの回転周波
数の最大値の次位の値が用いられることもある。図3に
示すように従来の技術の電気車主回路システムにおいて
は、各誘導主電動機5a〜5dの特性は同一に設計され
ており、その二次抵抗R2 も同一となっている。
【0005】従来の技術の電気車主回路システムにおい
ては、力行時に、各誘導主電動機の特性が同一であり、
同一のPWM制御インバータより各誘導主電動機に電力
が供給されるため、各車軸とも空転のしやすさは軸重移
動を無視すれば同一であり、一つの車軸が空転するとす
ぐに全車軸空転に到りやすい。また、速度が変化しても
誘導主電動機の電流を一定に保つための、PWM制御イ
ンバータの定電流制御回路が、全車軸空転を助長するこ
とも知られている。全車軸が空転すると、誘導主電動機
回転周波数の最小値はもはや列車速度に対応した値では
なく、これが基準周波数としてインバータ制御部に入力
されてインバータ出力周波数が必要以上に高まり、さら
に空転が拡大する。
【0006】一方、制動時には同様に、各誘導主電動機
の特性が同一であり、同一のPWM制御インバータより
各誘導主電動機に電力が供給されるため、各車軸とも滑
走のしやすさは軸重移動を無視すれば同一であり、一つ
の車軸が滑走するとすぐに全車軸滑走に到りやすい。ま
た、速度が変化しても誘導主電動機の電流を一定に保つ
ための、PWM制御インバータの定電流制御回路が、全
車軸滑走を助長することも知られている。全車軸が滑走
すると、誘導主電動機回転周波数の最大値はもはや列車
速度に対応した値ではなく、これが基準周波数としてイ
ンバータ制御部に入力されてインバータ出力周波数が必
要以上に低くなり、さらに滑走が拡大する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来の技術の
電気車主回路システムでは、各誘導主電動機の特性が同
一であり、同一のPWM制御インバータより各誘導主電
動機に電力が供給されるため、各車軸とも空転・滑走の
しやすさは軸重移動を無視すれば同一であり、一つの車
軸が空転・滑走するとすぐに全車軸空転・滑走を起こし
やすいという問題点があった。
【0008】前記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、空転・滑走再粘着制御が改良された電気車
主回路システムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の電気車主回路シ
ステムは、電車線から変圧器と交流−直流変換器を介し
て、或いは直接直流電力を取り込み、PWM制御インバ
ータにより交流電力に変換して複数の誘導主電動機に給
電する電気車主回路システムにおいて、前記複数の誘導
主電動機に接続される回転周波数センサと、この回転周
波数センサに接続される最大最小値選択回路と、この最
大最小値選択回路に接続されるとともに、前記PWM制
御インバータに出力するインバータ制御部とを備え、
記複数の誘導主電動機のうち少なくとも一つについて、
該誘導主電動機の二次抵抗を、車軸−レール間の利用粘
着係数が低く、ほとんど空転滑走が生じず、他の誘導主
電動機の二次抵抗より高くなるように設定し、前記他の
誘導主電動機の二次抵抗より高くなるように設定された
誘導主電動機の車軸の回転周波数を基準として、前記他
の誘導主電動機の車軸の大きな空転・滑走を抑えること
を特徴とする。
【0010】
【作用】本発明によれば、複数の誘導主電動機の少なく
とも1個について二次抵抗を他より大きな値とすること
により、同一すべり周波数で発生トルクがより小さくな
り、この二次抵抗の大きな誘導主電動機に対応する車軸
では空転・滑走が殆ど生じない。従って全車軸が空転・
滑走することは殆どありえず、常に列車速度に対応した
基準周波数を得ることができる。
【0011】
【実施例】本発明の実施例について図に基づき説明す
る。
【0012】図1は本発明の実施例にかかる誘導主電動
機に給電する電気車主回路システムの構成図であり、図
2は誘導主電動機のトルク周波数特性を示す図である。
ここで、1はパンタグラフ、2は平滑リアクトル、3は
平滑コンデンサ、4はPWMインバータ、5a〜5cは
誘導主電動機、5d’は二次抵抗を大きくした誘導主電
動機、6a〜6dは回転周波数センサ、7は最大最小値
選択回路、8はインバータ制御部であり、またR2 ,R
2 ’は二次抵抗である。図1は従来の技術にかかる誘導
主電動機に給電する電気車主回路システムと比較した場
合に、第4車軸の誘導主電動機5d’の二次抵抗R2
を他の誘導主電動機5a〜5cの二次抵抗R2 より大き
くしたものである。
【0013】図2は誘導主電動機5a〜5dのトルク周
波数特性曲線と誘導主電動機5d’のトルク周波数特性
曲線を示したもので、横軸fは誘導主電動機に印加され
る交流電圧の周波数で、縦軸Tは誘導主電動機のトルク
である。
【0014】誘導主電動機では一般に二次抵抗を大きく
すると、同一すべりでトルクが小さくなることが知られ
ている。例えば力行時に、通常は車軸−レール間の利用
粘着係数が18%となるように誘導主電動機トルクを定
め、誘導主電動機トルクに対応したすべり周波数を基準
周波数に加えて交流電圧の周波数とし、PWM制御イン
バータを運転させる。
【0015】本実施例においては図2に示すように、第
1軸〜第3軸の誘導主電動機(二次抵抗R2 )は利用粘
着係数が19%となるように誘導主電動機トルクT0
定め、これに対応したすべり周波数を基準周波数に加え
て交流電圧の周波数f0 を設定する。そして二次抵抗が
大きくされ、その結果トルクを小さくされた第4軸の誘
導主電動機においては、同一のすべり周波数において利
用粘着係数が15%となる主電動機トルクT0 ’が得ら
れるように二次抵抗R2 ’を定める(R2 ’>R2 )。
従来より主電動機にて駆動する場合、利用粘着係数が1
5%程度であれば、ほとんど空転滑走が発生しないこと
が知られている。従って第1軸〜第3軸のいずれかが空
転滑走するような場合でも、第4軸は空転滑走しない。
【0016】このようにすれば図1において、各誘導主
電動機5a〜5c,5d’に装着された回転周波数セン
サ6a〜6dの回転周波数信号が、最大最小値選択回路
7に入力され、力行時には誘導主電動機回転周波数の最
小値が、制動時には最大値が求められる。
【0017】力行時で、非空転時には第1軸〜第4軸の
いずれも列車の速度に対応しているので、明らかに列車
の速度に対応した基準周波数が得られる。さらに第1軸
〜第3軸のいずれが空転しても、第4軸は空転していな
いので、第4軸の回転周波数は空転している軸の回転周
波数より必ず小さな値となり、最大最小値選択回路7の
出力は第4軸の回転周波数信号に基づいて作成される。
従ってこの場合にも非空転時と同様に、列車の速度に対
応した基準周波数が得られる。
【0018】制動時で、非滑走時には第1軸〜第4軸の
いずれも列車の速度に対応しているので、明らかに列車
の速度に対応した基準周波数が得られる。さらに第1軸
〜第3軸のいずれが滑走しても、第4軸は滑走していな
いので、第4軸の回転周波数は滑走している軸の回転周
波数より必ず大きな値となり、最大最小値選択回路7の
出力は第4軸の回転周波数信号に基づいて作成される。
従ってこの場合にも非滑走時と同様に、列車の速度に対
応した基準周波数が得られる。
【0019】本実施例によれば、非空転・滑走時には従
来技術を用いた電気車とほぼ同一の引張力、電気ブレー
キ力が得られ、かつ第4軸については誘導主電動機トル
クを小さくしてあるので空転が発生せず、常に基準周波
数が得られているので、雨天の時等粘着条件の悪い時で
も他の車軸に大きな空転・滑走の生じることはない。微
小な空転・滑走に対しては、引張力や空気ブレーキ力を
少し引き下げるだけでよく、平均加速度或いは減速度向
上の可能性が大である。また、空転・滑走時のすべり速
度は微小値にとどまるので、これを対象とした空転・滑
走検知再粘着制御を行えば十分である。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、一部
誘導主電動機の二次抵抗を変更するのみで、他に何ら付
加することなく大空転・滑走を抑制し、列車の加速ある
いは減速性能を向上させることができる。更に微小空転
・滑走しか生じないので、空転・滑走再粘着制御を簡略
にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる誘導主電動機に給電す
る電気車主回路システムの構成図である。
【図2】誘導主電動機のトルク周波数特性を示す図であ
る。
【図3】従来の技術にかかる誘導主電動機に給電する電
気車主回路システムの構成図である。
【符号の説明】
1 パンタグラフ 2 平滑リアクトル 3 平滑コンデンサ 4 PWMインバータ 5a〜5d 誘導主電動機 5d’二次抵抗を大きくした誘導主電動機 6a〜6d 回転周波数センサ 7 最大最小値選択回路 8 インバータ制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60L 9/00 - 9/24 H02P 5/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電車線から変圧器と交流−直流変換器を
    介して、或いは直接直流電力を取り込み、PWM制御イ
    ンバータにより交流電力に変換して複数の誘導主電動機
    に給電する電気車主回路システムにおいて、(a)前記複数の誘導主電動機に接続される回転周波数
    センサと、 (b)該回転周波数センサに接続される最大最小値選択
    回路と、 (c)該最大最小値選択回路に接続されるとともに、前
    記PWM制御インバータに出力するインバータ制御部と
    を備え、 (d) 前記複数の誘導主電動機のうち少なくとも一つに
    ついて、該誘導主電動機の二次抵抗を、車軸−レール間
    の利用粘着係数が低く、ほとんど空転滑走が生じず、
    の誘導主電動機の二次抵抗より高くなるように設定し、
    前記他の誘導主電動機の二次抵抗より高くなるように設
    定された誘導主電動機の車軸の回転周波数を基準とし
    て、前記他の誘導主電動機の車軸の大きな空転・滑走を
    抑えることを特徴とする電気車主回路システム。
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