JP3389051B2 - 電気車走行制御装置 - Google Patents
電気車走行制御装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気車の走行制御装
置、特に誘導電動機に速度検出器を装着せずにトルク制
御を可能にする走行制御装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来の電気車の走行制御装置は、誘導電
動機に速度検出器を装着して回転速度を検知し、この信
号をフィードバックしてトルク演算やインバータ周波数
の演算に用いていた。そして車両以外では、速度の制御
領域があまり広くない用途において、後述する図２の制
御ブロック図に示すような速度検出器を用いない制御方
式の実現例もある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インバ
ータ出力周波数（電圧角速度）がゼロのときは、２次の
磁束ベクトルを求めることができない。したがって、速
度演算が不能となる。電気車では勾配線区など、起動状
態によっては、一旦、車両が進行方向とは逆の方向に下
がることがあり、このとき電気ブレーキを作用させた場
合には、車両速度がゼロになる前に、インバータ出力周
波数がゼロを通過する状態があることなどから、電動機
に速度検出器を用いない制御方式が電気車両に適用され
ることはなかった。本発明は上述した点に鑑みて創案さ
れたもので、その目的とするところは、これらの欠点を
解決し、速度検出器を用いないで、インバータ出力周波
数がゼロになる速度域を通過する電気車走行制御装置を
提供するものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、誘導電動機を可変周波数かつ可変電
圧にて駆動し、電気車の走行制御を行う走行制御装置に
おいて、トルクの過不足を修正する誤差増幅部、電圧の
２相３相変換部、３相スイッチング電圧を得るＰＷＭ変
調部、そしてインバータ主回路部を有し、誤差増幅部は
交流電圧ベクトルに対応する電圧２相信号を出力し、２
相信号は２相３相変換部を経て３相電圧のスイッチング
のＰＷＭ変調部に伝わり、この変調信号がインバータ主
回路部を制御し、かつ電流検出器、電流の３相２相変換
部、電圧ベクトルと電流ベクトルとから電動機速度およ
びインバータ出力電圧角速度並びに磁束ベクトルを演算
する速度演算部、磁束ベクトルと電流ベクトルとから実
トルクを演算するトルク演算部を有する第１の手段と、
トルク指令を電流指令に変換する電流指令部と、この電
流指令部の電流指令を入力して電流の過不足を修正する
誤差増幅部と、電圧指令と周波数指令から３相スイッチ
ング電圧を得るＰＷＭ変調部を有し、更に、特定のイン
バータ出力電圧角速度の領域で切り替える手段として、
インバータ出力角速度の角速度検知部、角速度記憶部、
電圧ベクトルのスカラー変換部、電流ベクトルのスカラ
ー変換部、および変調信号の選択部を有する第２の手段
とを備え、前記第１の手段と第２の手段を切り替えて誘
導電動機のトルク制御をすることにある。 【０００５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて詳述する。図１は本発明の一実施例を示すブロ
ック図、図２は速度検出器を用いないベクトル制御のブ
ロック図、図３は特定の速度域を制御するブロック図で
ある。図１において、トルクの過不足を修正する誤差増
幅部１、電圧の２相３相変換部１１、３相スイッチング
電圧を得るＰＷＭ変調部２、そしてインバータ主回路部
１２を有し、誤差増幅部１は交流電圧ベクトルに対応す
る電圧２相信号を出力し、２相信号は２相３相変換部１
１を経て３相電圧のスイッチングのＰＷＭ変調部２に伝
わり、この変調信号がインバータ主回路部１２を制御
し、かつ電流検出器１６、電流の３相２相変換部１５、
電圧ベクトルと電流ベクトルとから電動機速度およびイ
ンバータ出力電圧角速度並びに磁束ベクトルを演算する
速度演算部１４、磁束ベクトルと電流ベクトルとから実
トルクを演算するトルク演算部１３を有する第１の手段
を形成する。 【０００６】トルク指令を電流指令に変換する電流指令
部２０と、この電流指令部の電流指令を入力して電流の
過不足を修正する誤差増幅部３と、電圧指令と周波数指
令から３相スイッチング電圧を得るＰＷＭ変調部４を有
し、更に、特定のインバータ出力電圧角速度の領域で切
り替える手段として、インバータ出力角速度の角速度検
知部２４、角速度記憶部２３、後述する電圧ベクトルの
スカラー変換部、電流ベクトルのスカラー変換部２２、
および変調信号の選択部２５を有する第２の手段とを備
え、第１の手段と第２の手段を切り替えて誘導電動機の
トルク制御をすることにある。 【０００７】次に、その第１の手段並びに第２の手段に
ついて説明する。図２において、この方式は、所定のト
ルク指令値Ｔ＊をトルク指令部１０が出力し、誤差増幅
部１が実トルクＴとの偏差を演算し、出力に電圧ベクト
ルＶｄ，Ｖｑを得る。トルク指令部１０はトルク指令Ｔ
＊の他に電動機特性に応じた所定の磁束指令Φ＊も出力
する。実トルクＴはトルク演算部１３で磁束ベクトルΦ
ｄ，Φｑと電流ベクトルＩｄ，Ｉｑの外積から得られ
る。誤差増幅部１はトルク偏差と磁束偏差をそれぞれ演
算し、電圧ベクトルＶｄ，Ｖｑに補正をかけて出力す
る。磁束指令Φ＊と比較する磁束のスカラー量はブロッ
ク内部で処理するとして省略した。 【０００８】磁束ベクトルΦｄ，Φｑは電圧ベクトルＶ
ｄ，Ｖｑと電流ベクトルＩｄ，Ｉｑから速度演算部１４
で演算する。速度演算部１４は電流ベクトルＩｄ，Ｉｑ
と磁束ベクトルΦｄ，Φｑと電動機定数を用いて、イン
バータ出力電圧角速度ωｉと電動機１７のすべり周波数
に対応するすべり角速度ωｓを演算し、最終的に回転速
度ωｍを得る。この速度信号ωｍは、電圧ベクトルＶ
ｄ，Ｖｑの角速度に作用する信号にもなる。電流ベクト
ルＩｄ，Ｉｑは電流検出器１６からの３相信号を３相２
相変換部１５を通して得る。補正のかかった電圧ベクト
ルＶｄ，Ｖｑは、２相３相変換部１１で３相信号に戻さ
れ、変調部１２でＰＷＭ変調信号になる。このＰＷＭ変
調信号でインバータ主回路部１２を制御して誘導電動機
１７のトルク制御に必要な可変周波数かつ可変電圧を得
る。 【０００９】図３において、電流指令部２０は、トルク
指令Ｔ＊を受けて電流指令Ｉ＊を出力する。誤差増幅部
３は指令値と実電流の過不足を修正するように変調率指
令αを補正して出力する。変調部４は変調率指令αとイ
ンバータ出力電圧周波数（角速度）ωｉとから３相のＰ
ＷＭ変調波形を得る。インバータ主回路部１２、電流検
出器１６、誘導電動機１７、電流の３相２相変換部１５
は図１との比較のために同じものを描いてある。図３で
は、実電流は電流ベクトルのスカラー変換部２２で得て
いる。交流ベクトルのスカラー変換ではあるが、検出値
は電流基本波のピーク値である必要はなく、実効値に換
算した値をフィードバックしてもよい。誤差増幅部３が
変調率指令αを制御している状態に対して電圧ベクトル
のスカラー変換部２１は、作用しない。 【００１０】このスカラー変換部２１は、図２のベクト
ル制御状態から図３の電圧制御状態に切り替わる際に、
誤差増幅部３の積分変数に設定する初期値を演算するも
のであり、二つの制御方式の切り替え時の外乱を防止す
る。インバータ角速度ωｉは図３の制御ブロックが作動
中は変化しない。すなわち、図２の制御ブロックで制御
している車両が、仮に後退したとしてインバータ周波数
がゼロに近づくと、角速度検知部２４は、制御切替え信
号Ｖｃｎｔ＝１を出力する。角速度記憶部２３は、Ｖｃ
ｎｔ＝０の間は入力のインバータ出力電圧角速度ωｉを
そのまま出力ωｉｍに伝えるが、Ｖｃｎｔ＝１になると
ωｉｍは直前のωｉを出力し続ける。そして、制御切替
え信号Ｖｃｎｔ＝１が出力された時点で制御ブロックを
図２から図３へ切り替える。図３で制御をして設定した
領域を通過もしくは正規の領域に戻ると、再びＶｃｎｔ
＝０とし、制御ブロックを図３から図２へ戻す。一旦、
図３の制御方式に切替わった後、角速度検知部２４が図
２の制御方式に戻す条件判定には、あらかじめ設定した
電流指令値と変調率の関係パターンを加味する。 【００１１】以上のようにして構成された車両用走行制
御装置は、図１に示されたように、唯一のインバータ主
回路部１２を制御するために、変調信号の選択部２５を
設ける場所の一例を示したものであり、変調信号の選択
部２５を作用させる信号は、角速度記憶部２３の制御信
号と同じ、角速度検知部２４の出力Ｖｃｎｔを用いる。
なお、選択部２５に使用する機器としては、半導体素子
やリレー接点などが用いられる。 【００１２】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、速
度検出器を用いない可変周波数かつ可変電圧の誘導電動
機駆動の電気車用走行制御装置を実現するものであり、
実用上、極めて有用性の高いものである。
置、特に誘導電動機に速度検出器を装着せずにトルク制
御を可能にする走行制御装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来の電気車の走行制御装置は、誘導電
動機に速度検出器を装着して回転速度を検知し、この信
号をフィードバックしてトルク演算やインバータ周波数
の演算に用いていた。そして車両以外では、速度の制御
領域があまり広くない用途において、後述する図２の制
御ブロック図に示すような速度検出器を用いない制御方
式の実現例もある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インバ
ータ出力周波数（電圧角速度）がゼロのときは、２次の
磁束ベクトルを求めることができない。したがって、速
度演算が不能となる。電気車では勾配線区など、起動状
態によっては、一旦、車両が進行方向とは逆の方向に下
がることがあり、このとき電気ブレーキを作用させた場
合には、車両速度がゼロになる前に、インバータ出力周
波数がゼロを通過する状態があることなどから、電動機
に速度検出器を用いない制御方式が電気車両に適用され
ることはなかった。本発明は上述した点に鑑みて創案さ
れたもので、その目的とするところは、これらの欠点を
解決し、速度検出器を用いないで、インバータ出力周波
数がゼロになる速度域を通過する電気車走行制御装置を
提供するものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、誘導電動機を可変周波数かつ可変電
圧にて駆動し、電気車の走行制御を行う走行制御装置に
おいて、トルクの過不足を修正する誤差増幅部、電圧の
２相３相変換部、３相スイッチング電圧を得るＰＷＭ変
調部、そしてインバータ主回路部を有し、誤差増幅部は
交流電圧ベクトルに対応する電圧２相信号を出力し、２
相信号は２相３相変換部を経て３相電圧のスイッチング
のＰＷＭ変調部に伝わり、この変調信号がインバータ主
回路部を制御し、かつ電流検出器、電流の３相２相変換
部、電圧ベクトルと電流ベクトルとから電動機速度およ
びインバータ出力電圧角速度並びに磁束ベクトルを演算
する速度演算部、磁束ベクトルと電流ベクトルとから実
トルクを演算するトルク演算部を有する第１の手段と、
トルク指令を電流指令に変換する電流指令部と、この電
流指令部の電流指令を入力して電流の過不足を修正する
誤差増幅部と、電圧指令と周波数指令から３相スイッチ
ング電圧を得るＰＷＭ変調部を有し、更に、特定のイン
バータ出力電圧角速度の領域で切り替える手段として、
インバータ出力角速度の角速度検知部、角速度記憶部、
電圧ベクトルのスカラー変換部、電流ベクトルのスカラ
ー変換部、および変調信号の選択部を有する第２の手段
とを備え、前記第１の手段と第２の手段を切り替えて誘
導電動機のトルク制御をすることにある。 【０００５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて詳述する。図１は本発明の一実施例を示すブロ
ック図、図２は速度検出器を用いないベクトル制御のブ
ロック図、図３は特定の速度域を制御するブロック図で
ある。図１において、トルクの過不足を修正する誤差増
幅部１、電圧の２相３相変換部１１、３相スイッチング
電圧を得るＰＷＭ変調部２、そしてインバータ主回路部
１２を有し、誤差増幅部１は交流電圧ベクトルに対応す
る電圧２相信号を出力し、２相信号は２相３相変換部１
１を経て３相電圧のスイッチングのＰＷＭ変調部２に伝
わり、この変調信号がインバータ主回路部１２を制御
し、かつ電流検出器１６、電流の３相２相変換部１５、
電圧ベクトルと電流ベクトルとから電動機速度およびイ
ンバータ出力電圧角速度並びに磁束ベクトルを演算する
速度演算部１４、磁束ベクトルと電流ベクトルとから実
トルクを演算するトルク演算部１３を有する第１の手段
を形成する。 【０００６】トルク指令を電流指令に変換する電流指令
部２０と、この電流指令部の電流指令を入力して電流の
過不足を修正する誤差増幅部３と、電圧指令と周波数指
令から３相スイッチング電圧を得るＰＷＭ変調部４を有
し、更に、特定のインバータ出力電圧角速度の領域で切
り替える手段として、インバータ出力角速度の角速度検
知部２４、角速度記憶部２３、後述する電圧ベクトルの
スカラー変換部、電流ベクトルのスカラー変換部２２、
および変調信号の選択部２５を有する第２の手段とを備
え、第１の手段と第２の手段を切り替えて誘導電動機の
トルク制御をすることにある。 【０００７】次に、その第１の手段並びに第２の手段に
ついて説明する。図２において、この方式は、所定のト
ルク指令値Ｔ＊をトルク指令部１０が出力し、誤差増幅
部１が実トルクＴとの偏差を演算し、出力に電圧ベクト
ルＶｄ，Ｖｑを得る。トルク指令部１０はトルク指令Ｔ
＊の他に電動機特性に応じた所定の磁束指令Φ＊も出力
する。実トルクＴはトルク演算部１３で磁束ベクトルΦ
ｄ，Φｑと電流ベクトルＩｄ，Ｉｑの外積から得られ
る。誤差増幅部１はトルク偏差と磁束偏差をそれぞれ演
算し、電圧ベクトルＶｄ，Ｖｑに補正をかけて出力す
る。磁束指令Φ＊と比較する磁束のスカラー量はブロッ
ク内部で処理するとして省略した。 【０００８】磁束ベクトルΦｄ，Φｑは電圧ベクトルＶ
ｄ，Ｖｑと電流ベクトルＩｄ，Ｉｑから速度演算部１４
で演算する。速度演算部１４は電流ベクトルＩｄ，Ｉｑ
と磁束ベクトルΦｄ，Φｑと電動機定数を用いて、イン
バータ出力電圧角速度ωｉと電動機１７のすべり周波数
に対応するすべり角速度ωｓを演算し、最終的に回転速
度ωｍを得る。この速度信号ωｍは、電圧ベクトルＶ
ｄ，Ｖｑの角速度に作用する信号にもなる。電流ベクト
ルＩｄ，Ｉｑは電流検出器１６からの３相信号を３相２
相変換部１５を通して得る。補正のかかった電圧ベクト
ルＶｄ，Ｖｑは、２相３相変換部１１で３相信号に戻さ
れ、変調部１２でＰＷＭ変調信号になる。このＰＷＭ変
調信号でインバータ主回路部１２を制御して誘導電動機
１７のトルク制御に必要な可変周波数かつ可変電圧を得
る。 【０００９】図３において、電流指令部２０は、トルク
指令Ｔ＊を受けて電流指令Ｉ＊を出力する。誤差増幅部
３は指令値と実電流の過不足を修正するように変調率指
令αを補正して出力する。変調部４は変調率指令αとイ
ンバータ出力電圧周波数（角速度）ωｉとから３相のＰ
ＷＭ変調波形を得る。インバータ主回路部１２、電流検
出器１６、誘導電動機１７、電流の３相２相変換部１５
は図１との比較のために同じものを描いてある。図３で
は、実電流は電流ベクトルのスカラー変換部２２で得て
いる。交流ベクトルのスカラー変換ではあるが、検出値
は電流基本波のピーク値である必要はなく、実効値に換
算した値をフィードバックしてもよい。誤差増幅部３が
変調率指令αを制御している状態に対して電圧ベクトル
のスカラー変換部２１は、作用しない。 【００１０】このスカラー変換部２１は、図２のベクト
ル制御状態から図３の電圧制御状態に切り替わる際に、
誤差増幅部３の積分変数に設定する初期値を演算するも
のであり、二つの制御方式の切り替え時の外乱を防止す
る。インバータ角速度ωｉは図３の制御ブロックが作動
中は変化しない。すなわち、図２の制御ブロックで制御
している車両が、仮に後退したとしてインバータ周波数
がゼロに近づくと、角速度検知部２４は、制御切替え信
号Ｖｃｎｔ＝１を出力する。角速度記憶部２３は、Ｖｃ
ｎｔ＝０の間は入力のインバータ出力電圧角速度ωｉを
そのまま出力ωｉｍに伝えるが、Ｖｃｎｔ＝１になると
ωｉｍは直前のωｉを出力し続ける。そして、制御切替
え信号Ｖｃｎｔ＝１が出力された時点で制御ブロックを
図２から図３へ切り替える。図３で制御をして設定した
領域を通過もしくは正規の領域に戻ると、再びＶｃｎｔ
＝０とし、制御ブロックを図３から図２へ戻す。一旦、
図３の制御方式に切替わった後、角速度検知部２４が図
２の制御方式に戻す条件判定には、あらかじめ設定した
電流指令値と変調率の関係パターンを加味する。 【００１１】以上のようにして構成された車両用走行制
御装置は、図１に示されたように、唯一のインバータ主
回路部１２を制御するために、変調信号の選択部２５を
設ける場所の一例を示したものであり、変調信号の選択
部２５を作用させる信号は、角速度記憶部２３の制御信
号と同じ、角速度検知部２４の出力Ｖｃｎｔを用いる。
なお、選択部２５に使用する機器としては、半導体素子
やリレー接点などが用いられる。 【００１２】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、速
度検出器を用いない可変周波数かつ可変電圧の誘導電動
機駆動の電気車用走行制御装置を実現するものであり、
実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す制御ブロックずであ
る。 【図２】速度検出器を用いないベクトル制御のブロック
図である。 【図３】特定の速度域を制御する制御ブロック図であ
る。 【符号の説明】 １ 誤差増幅器 ２ ＰＷＭ変調器 ３ 誤差増幅器 ４ ＰＷＭ変調器 １０ トルク指令部 １１ ２相／３相変換部 １２ インバータ主回路 １３ トルク演算部 １４ 速度演算部 １５ ３相／２相変換部 １６ 速度検出器 １７ 誘導電動機 ２０ 電流指令部 ２１ スカラー変換部 ２２ スカラー変換部 ２３ 角速度記憶部 ２４ 角速度検知部 ２５ 選択部
る。 【図２】速度検出器を用いないベクトル制御のブロック
図である。 【図３】特定の速度域を制御する制御ブロック図であ
る。 【符号の説明】 １ 誤差増幅器 ２ ＰＷＭ変調器 ３ 誤差増幅器 ４ ＰＷＭ変調器 １０ トルク指令部 １１ ２相／３相変換部 １２ インバータ主回路 １３ トルク演算部 １４ 速度演算部 １５ ３相／２相変換部 １６ 速度検出器 １７ 誘導電動機 ２０ 電流指令部 ２１ スカラー変換部 ２２ スカラー変換部 ２３ 角速度記憶部 ２４ 角速度検知部 ２５ 選択部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 5/408 - 5/412
H02P 7/628 - 7/632
H02P 21/00
B60L 1/00 - 3/12
B60L 7/00 - 13/00
B60L 15/00 - 15/42
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 誘導電動機を可変周波数かつ可変電圧に
て駆動し、電気車の走行制御を行う走行制御装置におい
て、トルクの過不足を修正する誤差増幅部、電圧の２相
３相変換部、３相スイッチング電圧を得るＰＷＭ変調
部、そしてインバータ主回路部を有し、 誤差増幅部は交流電圧ベクトルに対応する電圧２相信号
を出力し、２相信号は２相３相変換部を経て３相電圧の
スイッチングのＰＷＭ変調部に伝わり、この変調信号が
インバータ主回路部を制御し、かつ電流検出器、電流の
３相２相変換部、電圧ベクトルと電流ベクトルとから電
動機速度およびインバータ出力電圧角速度並びに磁束ベ
クトルを演算する速度演算部、磁束ベクトルと電流ベク
トルとから実トルクを演算するトルク演算部を有する第
１の手段と、 トルク指令を電流指令に変換する電流指令部と、この電
流指令部の電流指令を入力して電流の過不足を修正する
誤差増幅部と、電圧指令と周波数指令から３相スイッチ
ング電圧を得るＰＷＭ変調部を有し、更に、特定のイン
バータ出力電圧角速度の領域で切り替える手段として、
インバータ出力角速度の角速度検知部、角速度記憶部、
電圧ベクトルのスカラー変換部、電流ベクトルのスカラ
ー変換部、および変調信号の選択部を有する第２の手段
とを備え、 前記第１の手段と第２の手段を切り替えて誘導電動機の
トルク制御をすることを特徴とする電気車走行制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11045597A JP3389051B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 電気車走行制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11045597A JP3389051B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 電気車走行制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10290600A JPH10290600A (ja) | 1998-10-27 |
| JP3389051B2 true JP3389051B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=14536156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11045597A Expired - Lifetime JP3389051B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 電気車走行制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3389051B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003009600A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-01-10 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 電気車制御装置 |
| AU2013404555B2 (en) * | 2013-10-28 | 2017-02-16 | Jaguar Precision Industry Co., Ltd. | Control apparatus for DC variable frequency motor |
-
1997
- 1997-04-11 JP JP11045597A patent/JP3389051B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10290600A (ja) | 1998-10-27 |
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