JP3438796B2 - 直流電気車の駆動制御方法 - Google Patents
直流電気車の駆動制御方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、直流電気車の駆
動制御方法、特にそのブレーキ時の制御方法に関する。
動制御方法、特にそのブレーキ時の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０に一般的な電気鉄道システムの例
を示す。同図に示すように、変電所１で交流電源を変圧
器１ａとダイオード整流器１ｂを介して整流し、直流架
線２００用の電源としている。車両では直流架線２００
からパンタグラフ２によって受電し、駆動用制御装置４
００および補助電源７へ給電する。駆動用制御装置４０
０はパンタグラフ２から受電した直流電源を、フィルタ
回路５００を介して電力変換装置５に入力する。電力変
換装置５では、運転士からの指令などに応じたトルクが
電動機６１，６２，６３，６４で発生するよう電力の変
換を行なう。
を示す。同図に示すように、変電所１で交流電源を変圧
器１ａとダイオード整流器１ｂを介して整流し、直流架
線２００用の電源としている。車両では直流架線２００
からパンタグラフ２によって受電し、駆動用制御装置４
００および補助電源７へ給電する。駆動用制御装置４０
０はパンタグラフ２から受電した直流電源を、フィルタ
回路５００を介して電力変換装置５に入力する。電力変
換装置５では、運転士からの指令などに応じたトルクが
電動機６１，６２，６３，６４で発生するよう電力の変
換を行なう。
【０００３】その場合、変電所１のダイオード整流器１
ｂでは交流電源への電力回生ができないため、駆動用制
御装置４００が回生運転するときは、回生電力を吸収す
るものは他の力行車３００や自車の補助電源装置７また
は他車３００の補助電源装置３００ｂだけである。この
ため、同一き電内に他の力行車３００がいない場合に
は、駆動用制御装置４００が発生する全回生電力を補助
電源装置７および３００で吸収できなくなり、直流架線
電圧が上昇する。
ｂでは交流電源への電力回生ができないため、駆動用制
御装置４００が回生運転するときは、回生電力を吸収す
るものは他の力行車３００や自車の補助電源装置７また
は他車３００の補助電源装置３００ｂだけである。この
ため、同一き電内に他の力行車３００がいない場合に
は、駆動用制御装置４００が発生する全回生電力を補助
電源装置７および３００で吸収できなくなり、直流架線
電圧が上昇する。
【０００４】以下、ブレーキ時の制御について説明す
る。各電動機６１〜６４につながる速度検出器９１〜９
４の出力を基準回転速度演算回路１５に入力し、電動機
の基準回転速度検出値ωｒを演算する。ブレーキ中に
は、基準回転速度演算回路１５は次式による演算を行な
い、基準回転速度検出値ωｒを求めている。 ωｒ＝ＭＡＸ（ω１，ω２，ω３，ω４） …（１）
る。各電動機６１〜６４につながる速度検出器９１〜９
４の出力を基準回転速度演算回路１５に入力し、電動機
の基準回転速度検出値ωｒを演算する。ブレーキ中に
は、基準回転速度演算回路１５は次式による演算を行な
い、基準回転速度検出値ωｒを求めている。 ωｒ＝ＭＡＸ（ω１，ω２，ω３，ω４） …（１）
【０００５】トルク指令発生回路１８では、運転士から
の運転指令に応じたブレーキ力指令と基準回転速度検出
値ωｒから、電動機６１〜６４のトルク指令を発生し、
トルク制限回路１９を介して電動機制御回路１６に入力
する。電動機制御回路１６では、電動機のトルク指令と
フィルタコンデンサ電圧と電動機基準回転速度検出値ω
ｒとから、電動機に指令されたトルクが発生するよう電
力変換装置５にスイッチングパルスを発生する。
の運転指令に応じたブレーキ力指令と基準回転速度検出
値ωｒから、電動機６１〜６４のトルク指令を発生し、
トルク制限回路１９を介して電動機制御回路１６に入力
する。電動機制御回路１６では、電動機のトルク指令と
フィルタコンデンサ電圧と電動機基準回転速度検出値ω
ｒとから、電動機に指令されたトルクが発生するよう電
力変換装置５にスイッチングパルスを発生する。
【０００６】従来、回生負荷がなくなり直流架線電圧が
上昇したときの対策としては、以下のようなことを実行
している。すなわち、直流架線電圧が上昇したことを、
パンタグラフ２と直流リアクトル３を介してつながるフ
ィルタコンデンサ４の電圧を検出器１０によって検出
し、フィルタコンデンサ電圧ＶＣをトルク制限値演算回
路１１に入力する。トルク制限値演算回路１１では図１
１に示すように、フィルタコンデンサ電圧が過電圧を抑
制するレベルＶ０に至ったら、フィルタコンデンサ電圧
ＶＣに合わせて一律にトルクを絞るトルク制限値を演算
してトルク制限回路１９に入力し、このトルク制限回路
１９によりトルク指令発生回路１８が指令したトルク指
令を絞ることにより、回生電力を絞りフィルタコンデン
サ電圧の上昇を抑制して、直流架線電圧（ＶＰ）の上昇
を抑制している。
上昇したときの対策としては、以下のようなことを実行
している。すなわち、直流架線電圧が上昇したことを、
パンタグラフ２と直流リアクトル３を介してつながるフ
ィルタコンデンサ４の電圧を検出器１０によって検出
し、フィルタコンデンサ電圧ＶＣをトルク制限値演算回
路１１に入力する。トルク制限値演算回路１１では図１
１に示すように、フィルタコンデンサ電圧が過電圧を抑
制するレベルＶ０に至ったら、フィルタコンデンサ電圧
ＶＣに合わせて一律にトルクを絞るトルク制限値を演算
してトルク制限回路１９に入力し、このトルク制限回路
１９によりトルク指令発生回路１８が指令したトルク指
令を絞ることにより、回生電力を絞りフィルタコンデン
サ電圧の上昇を抑制して、直流架線電圧（ＶＰ）の上昇
を抑制している。
【０００７】つまり、図１１は従来方式のフィルタコン
デンサ電圧と電動機トルクとの関係を示しており、図１
０のトルク制限値演算回路１１で用いる調節器としてＰ
（比例）調節器の動作である。そして、フィルタコンデ
ンサ電圧の上昇を抑制するための電動機トルク指令絞り
込み開始電圧Ｖ０と、直流架線２００につながる電気機
器を過電圧から保護するための最大の電圧ＶＭＡＸが図
１１のように決まると、上記Ｐ調節器の比例ゲインＫは
次の（２）式のように決定される。 Ｋ＝Ｔ１００％／（ＶＭＡＸ−Ｖ０） …（２）
デンサ電圧と電動機トルクとの関係を示しており、図１
０のトルク制限値演算回路１１で用いる調節器としてＰ
（比例）調節器の動作である。そして、フィルタコンデ
ンサ電圧の上昇を抑制するための電動機トルク指令絞り
込み開始電圧Ｖ０と、直流架線２００につながる電気機
器を過電圧から保護するための最大の電圧ＶＭＡＸが図
１１のように決まると、上記Ｐ調節器の比例ゲインＫは
次の（２）式のように決定される。 Ｋ＝Ｔ１００％／（ＶＭＡＸ−Ｖ０） …（２）
【０００８】図１２は図１０のトルク制限値演算回路１
１の具体例を示す構成図である。ここでは、フィルタコ
ンデンサ電圧（実際値）ＶＣを入力してその目標値ＶＣ
（＊）との差を演算し、その結果を掛算器によってゲイ
ンＫを掛けたものをトルク制限値演算回路１１の出力Ｔ
Ｃとして、図１０のトルク制限回路１９に入力するよう
にしてる。なお、掛算器の代わりにＰ調節器を用いるこ
とができるのは勿論である。
１の具体例を示す構成図である。ここでは、フィルタコ
ンデンサ電圧（実際値）ＶＣを入力してその目標値ＶＣ
（＊）との差を演算し、その結果を掛算器によってゲイ
ンＫを掛けたものをトルク制限値演算回路１１の出力Ｔ
Ｃとして、図１０のトルク制限回路１９に入力するよう
にしてる。なお、掛算器の代わりにＰ調節器を用いるこ
とができるのは勿論である。
【０００９】フィルタコンデンサ電圧目標値ＶＣ（＊）
をその最大電圧ＶＭＡＸとすると、トルク制限値演算回
路１１は次の（３）式の演算をしてトルク制限値ＴＣを
出力することになる。 ＴＣ＝Ｋ×｛ＶＣ（＊）−ＶＣ｝ …（３） なお、回生電力を絞るために図１０ではトルクを絞るよ
うにしているが、トルク制限値演算回路の代わりに電動
機のトルク電流または電動機の電流を絞る回路を用い
て、トルクを絞る場合もある。
をその最大電圧ＶＭＡＸとすると、トルク制限値演算回
路１１は次の（３）式の演算をしてトルク制限値ＴＣを
出力することになる。 ＴＣ＝Ｋ×｛ＶＣ（＊）−ＶＣ｝ …（３） なお、回生電力を絞るために図１０ではトルクを絞るよ
うにしているが、トルク制限値演算回路の代わりに電動
機のトルク電流または電動機の電流を絞る回路を用い
て、トルクを絞る場合もある。
【００１０】そして、図１０の駆動用制御装置４００に
指令されたトルク指令Ｔが、フィルタコンデンサ電圧を
制限するためのトルクＴＣより小さいときは指令値をそ
のまま出力し、トルク指令Ｔが制限トルクＴＣ以上にな
ったときは、トルクを制限トルクＴＣにリミットするこ
とで、回生負荷がなくなって直流架線電圧が上昇したと
きのみ、トルクに制限が掛かることになる。よって、電
動機に指令するためのトルクＴＭは、トルク制限回路１
９で次式の演算を行なうことによって求められる。 ＴＭ＝ＭＩＮ（Ｔ，ＴＣ） …（４）
指令されたトルク指令Ｔが、フィルタコンデンサ電圧を
制限するためのトルクＴＣより小さいときは指令値をそ
のまま出力し、トルク指令Ｔが制限トルクＴＣ以上にな
ったときは、トルクを制限トルクＴＣにリミットするこ
とで、回生負荷がなくなって直流架線電圧が上昇したと
きのみ、トルクに制限が掛かることになる。よって、電
動機に指令するためのトルクＴＭは、トルク制限回路１
９で次式の演算を行なうことによって求められる。 ＴＭ＝ＭＩＮ（Ｔ，ＴＣ） …（４）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電動機
トルク指令絞り込み開始電圧Ｖ０と、直流架線につなが
る電気機器を過電圧から保護するための最大の電圧ＶＭ
ＡＸとを決めると、上記（２）式の関係からＰ調節器の
比例ゲインＫが決まる。一方、回生を有効に働かせるた
めにフィルタコンデンサの最大電圧ＶＭＡＸの設定近く
にＶ０を設定することから、制御ゲインが高くなる。制
御ゲインが高くなると制御系は不安定になり易くトルク
が振動する場合があって乗り心地が悪くなるという問題
がある。また、安定性の低下にもとづき過電流，過電圧
が発生して回生失効に至り、電気ブレーキを有効活用で
きないという問題もある。したがって、この発明の課題
は、回生時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデ
ンサ電圧を振動させずに安定に制御できるようにし、か
つ、回生負荷の変動に対して速やかに電動機のトルク指
令値を応答させてフィルタコンデンサ過電圧の発生を無
くし、回生ブレーキを最大限活用できるようにすること
にある。
トルク指令絞り込み開始電圧Ｖ０と、直流架線につなが
る電気機器を過電圧から保護するための最大の電圧ＶＭ
ＡＸとを決めると、上記（２）式の関係からＰ調節器の
比例ゲインＫが決まる。一方、回生を有効に働かせるた
めにフィルタコンデンサの最大電圧ＶＭＡＸの設定近く
にＶ０を設定することから、制御ゲインが高くなる。制
御ゲインが高くなると制御系は不安定になり易くトルク
が振動する場合があって乗り心地が悪くなるという問題
がある。また、安定性の低下にもとづき過電流，過電圧
が発生して回生失効に至り、電気ブレーキを有効活用で
きないという問題もある。したがって、この発明の課題
は、回生時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデ
ンサ電圧を振動させずに安定に制御できるようにし、か
つ、回生負荷の変動に対して速やかに電動機のトルク指
令値を応答させてフィルタコンデンサ過電圧の発生を無
くし、回生ブレーキを最大限活用できるようにすること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の如くすること
により、回生負荷抵抗が変化したことを直流リアクトル
に流れる電流から検出できるため、フィルタコンデンサ
電圧が上昇する以前に検出できることとなり、制御の応
答が速くなる。フィルタコンデンサ電圧を或る値にする
ための動作点にトルク（トルク電流，電動機電流）を制
限できるため、回生負荷抵抗にバランスする大まかな回
生電力に制限できる。よって、フィルタコンデンサ電圧
が目標値とずれる分は、検出誤差や演算精度による誤差
となるため、フィルタコンデンサ電圧を目標値に一致さ
せるための補正量は小さく、補正のための制御ゲインを
下げても制御系全体の応答にあまり影響しない。また、
回生負荷抵抗の変化に対する応答が速くなったことで、
回生失効の発生頻度が低減する。
により、回生負荷抵抗が変化したことを直流リアクトル
に流れる電流から検出できるため、フィルタコンデンサ
電圧が上昇する以前に検出できることとなり、制御の応
答が速くなる。フィルタコンデンサ電圧を或る値にする
ための動作点にトルク（トルク電流，電動機電流）を制
限できるため、回生負荷抵抗にバランスする大まかな回
生電力に制限できる。よって、フィルタコンデンサ電圧
が目標値とずれる分は、検出誤差や演算精度による誤差
となるため、フィルタコンデンサ電圧を目標値に一致さ
せるための補正量は小さく、補正のための制御ゲインを
下げても制御系全体の応答にあまり影響しない。また、
回生負荷抵抗の変化に対する応答が速くなったことで、
回生失効の発生頻度が低減する。
【００１３】請求項２の如くすることにより、電動機の
回転速度が変化しても、フィルタコンデンサ電圧の目標
値とその実際値との差を補正する回生電力補正ゲインが
一定であるため、電動機の回転速度による補正を行なわ
ない場合に比べて、電動機の回転速度が低速になったと
きの制御応答をさらに改善することができる。請求項３
の如くすることにより、フィルタコンデンサ電圧の目標
値を、回生電力を回転速度で除した値と、回生電力にバ
ランスさせるべきフィルタコンデンサ電圧とを加算して
求めることで、コンデンサ電圧の目標値と実際値との偏
差にもとづく従来と同様の制御が可能となる。
回転速度が変化しても、フィルタコンデンサ電圧の目標
値とその実際値との差を補正する回生電力補正ゲインが
一定であるため、電動機の回転速度による補正を行なわ
ない場合に比べて、電動機の回転速度が低速になったと
きの制御応答をさらに改善することができる。請求項３
の如くすることにより、フィルタコンデンサ電圧の目標
値を、回生電力を回転速度で除した値と、回生電力にバ
ランスさせるべきフィルタコンデンサ電圧とを加算して
求めることで、コンデンサ電圧の目標値と実際値との偏
差にもとづく従来と同様の制御が可能となる。
【００１４】請求項４の如くすることにより、トルク
（トルク電流，電動機電流）制限値の変化率を制限する
ことにより、回生負荷抵抗が急変したことによるトルク
（トルク電流，電動機電流）変化を抑制できるため、回
生ブレーキと併用する空気ブレーキとの協調がとれ、乗
り心地が良くなる。請求項５の如くすることにより、駆
動用制御装置が電動機の数に応じたフィルタ回路と電力
変換装置から構成されている場合は、フィルタ回路のフ
ィルタコンデンサ電圧値のうちの最大値を用いること
で、個々の電力変換装置に同じ量のトルク（トルク電
流，電動機電流）制限値または操作量を指令できること
になり、各車輪に均等なトルク量を作用させられるの
で、車両単位で制御する空気ブレーキとの協調を図るこ
とができる。
（トルク電流，電動機電流）制限値の変化率を制限する
ことにより、回生負荷抵抗が急変したことによるトルク
（トルク電流，電動機電流）変化を抑制できるため、回
生ブレーキと併用する空気ブレーキとの協調がとれ、乗
り心地が良くなる。請求項５の如くすることにより、駆
動用制御装置が電動機の数に応じたフィルタ回路と電力
変換装置から構成されている場合は、フィルタ回路のフ
ィルタコンデンサ電圧値のうちの最大値を用いること
で、個々の電力変換装置に同じ量のトルク（トルク電
流，電動機電流）制限値または操作量を指令できること
になり、各車輪に均等なトルク量を作用させられるの
で、車両単位で制御する空気ブレーキとの協調を図るこ
とができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】実施形態を説明する前に、その原
理について説明する。いま、変電所のダイオード整流器
の出力電圧以上に直流架線電圧が上昇したとき、バラン
スさせたいフィルタコンデンサ電圧ＶＢと回生負荷抵抗
ＲＬとの関係は、 ＶＢ2 ／ＲＬ＝ＰＢ …（５） となる。
理について説明する。いま、変電所のダイオード整流器
の出力電圧以上に直流架線電圧が上昇したとき、バラン
スさせたいフィルタコンデンサ電圧ＶＢと回生負荷抵抗
ＲＬとの関係は、 ＶＢ2 ／ＲＬ＝ＰＢ …（５） となる。
【００１６】ここで、回生電力ＰＢは、図１０に示す他
車３００からの電力回生がない場合の駆動用制御装置４
００のみが回生する回生電力である。駆動用制御装置４
００の損失や機械損失を無視すると、回生電力ＰＢは回
生時の電動機トルクＴと電動機のロータの回転速度ωか
ら、 ＰＢ＝Ｔ×ω …（６） となり、（５），（６）式から次式が得られる。 ＶＢ2 ／ＲＬ＝Ｔ×ω …（７）
車３００からの電力回生がない場合の駆動用制御装置４
００のみが回生する回生電力である。駆動用制御装置４
００の損失や機械損失を無視すると、回生電力ＰＢは回
生時の電動機トルクＴと電動機のロータの回転速度ωか
ら、 ＰＢ＝Ｔ×ω …（６） となり、（５），（６）式から次式が得られる。 ＶＢ2 ／ＲＬ＝Ｔ×ω …（７）
【００１７】上記（７）式より、図１０に示す駆動用制
御装置４００が次の（８）式に示すトルクを出力すれ
ば、フィルタコンデンサ電圧は或るバランスさせたい目
標値ＶＢに一致して動作することになる。 Ｔ＝ＶＢ2 ／（ＲＬ×ω） …（８） そのためには、回生負荷抵抗ＲＬと電動機の回転速度ω
を検出することが必要となる。そこで、この発明では回
生負荷抵抗ＲＬを直流架線電圧と、図１０に示す駆動用
制御装置４００の入力側に設けたフィルタ回路５００の
直流リアクトル３に流れる電流から、次式のような演算
をして推定するようにしている。 回生負荷抵抗ＲＬ＝直流架線電圧ＶＰ／直流リアクトル電流ＩＬ …（９）
御装置４００が次の（８）式に示すトルクを出力すれ
ば、フィルタコンデンサ電圧は或るバランスさせたい目
標値ＶＢに一致して動作することになる。 Ｔ＝ＶＢ2 ／（ＲＬ×ω） …（８） そのためには、回生負荷抵抗ＲＬと電動機の回転速度ω
を検出することが必要となる。そこで、この発明では回
生負荷抵抗ＲＬを直流架線電圧と、図１０に示す駆動用
制御装置４００の入力側に設けたフィルタ回路５００の
直流リアクトル３に流れる電流から、次式のような演算
をして推定するようにしている。 回生負荷抵抗ＲＬ＝直流架線電圧ＶＰ／直流リアクトル電流ＩＬ …（９）
【００１８】ところで、上記（８），（９）式では検出
誤差等により、実際の動作点がコンデンサ電圧ＶＢから
ずれる。このため、コンデンサ電圧のフィードバックで
補正する系を付加する。例えば、その補正はＰ調節器に
より、 ΔＴ＝Ｋ（ＶＢ−ＶＣ） …（１０） の如き演算を行なうこととする。この場合、上記（８）
式と（１０）式を加算して最終的なトルク制限値とすれ
ば良い。つまり、 Ｔ＋ΔＴ＝ＶＢ2 ／（ＲＬ×ω）＋Ｋ（ＶＢ−ＶＣ） …（１１） とする。
誤差等により、実際の動作点がコンデンサ電圧ＶＢから
ずれる。このため、コンデンサ電圧のフィードバックで
補正する系を付加する。例えば、その補正はＰ調節器に
より、 ΔＴ＝Ｋ（ＶＢ−ＶＣ） …（１０） の如き演算を行なうこととする。この場合、上記（８）
式と（１０）式を加算して最終的なトルク制限値とすれ
ば良い。つまり、 Ｔ＋ΔＴ＝ＶＢ2 ／（ＲＬ×ω）＋Ｋ（ＶＢ−ＶＣ） …（１１） とする。
【００１９】上記（１０）式で示される補正トルクΔＴ
によって発生する回生電力ΔＰは、先の（６）式と同じ
く、 ΔＰ＝ΔＴ×ω ＝Ｋ（ＶＢ−ＶＣ）×ω …（１２） と表わせる。ここで、コンデンサ電圧の偏差（ＶＢ−Ｖ
Ｃ）に対し、どの回転速度でもΔＰが同じになるように
すると、コンデンサ電圧偏差に対する回生電力のゲイン
を一定にできるため、全回転速度領域で制御の安定化が
可能となる。このためには、次式が成立する必要があ
る。 Ｋ’＝Ｋ×ω＝ＣＯＮＳＴ Ｋ ＝Ｋ’／ω（Ｋ’＝ＣＯＮＳＴ） …（１３） （８），（１０）および（１２）式よりトルク制限値Ｔ
Ｃを、 ＴＣ＝（１／ω）×｛ＶＢ2 ／ＲＬ＋Ｋ’×（ＶＢ−ＶＣ）｝ …（１４） とすれば、全回転速度領域で安定な動作とすることがで
きる。
によって発生する回生電力ΔＰは、先の（６）式と同じ
く、 ΔＰ＝ΔＴ×ω ＝Ｋ（ＶＢ−ＶＣ）×ω …（１２） と表わせる。ここで、コンデンサ電圧の偏差（ＶＢ−Ｖ
Ｃ）に対し、どの回転速度でもΔＰが同じになるように
すると、コンデンサ電圧偏差に対する回生電力のゲイン
を一定にできるため、全回転速度領域で制御の安定化が
可能となる。このためには、次式が成立する必要があ
る。 Ｋ’＝Ｋ×ω＝ＣＯＮＳＴ Ｋ ＝Ｋ’／ω（Ｋ’＝ＣＯＮＳＴ） …（１３） （８），（１０）および（１２）式よりトルク制限値Ｔ
Ｃを、 ＴＣ＝（１／ω）×｛ＶＢ2 ／ＲＬ＋Ｋ’×（ＶＢ−ＶＣ）｝ …（１４） とすれば、全回転速度領域で安定な動作とすることがで
きる。
【００２０】上記（１４）式は、次のように変形でき
る。 ＴＣ＝（Ｋ’／ω）×｛ＶＢ2 ／（ＲＬ×Ｋ’）＋（ＶＢ−ＶＣ）｝ …（１５） （１５）式より、ＶＢ2 ／（ＲＬ×Ｋ’）＋ＶＢを、Ｐ
調節器の指令値として制御系を構成できることが分か
る。また、（１５）式で未知な量は回生抵抗ＲＬと回転
速度ωなので、ＲＬは直流架線電圧ＶＰと図１０の直流
リアクトル３に流れる電流ＩＬとから先の（９）式を用
いて推定し、ωは図１０の基準回転速度演算回路１５に
よって得るようにする。
る。 ＴＣ＝（Ｋ’／ω）×｛ＶＢ2 ／（ＲＬ×Ｋ’）＋（ＶＢ−ＶＣ）｝ …（１５） （１５）式より、ＶＢ2 ／（ＲＬ×Ｋ’）＋ＶＢを、Ｐ
調節器の指令値として制御系を構成できることが分か
る。また、（１５）式で未知な量は回生抵抗ＲＬと回転
速度ωなので、ＲＬは直流架線電圧ＶＰと図１０の直流
リアクトル３に流れる電流ＩＬとから先の（９）式を用
いて推定し、ωは図１０の基準回転速度演算回路１５に
よって得るようにする。
【００２１】図９に上記（１５）式を用いた場合の、フ
ィルタコンデンサ電圧と電動機トルクとの関係を示す。
回生負荷抵抗ＲＬの変化により、１００％の電動機トル
クを出力できるときはＡ点付近が動作点となり、回生負
荷抵抗ＲＬが無限大となってトルク出力が零となったと
きは動作点はＣ点となる。そして、回生負荷抵抗ＲＬが
１００％のときの抵抗値の２倍となったときはＢ点付近
に移ることになり、回生負荷抵抗ＲＬが変化しても、フ
ィルタコンデンサ電圧はバランスさせたい電圧ＶＢ付近
で動作することになる。
ィルタコンデンサ電圧と電動機トルクとの関係を示す。
回生負荷抵抗ＲＬの変化により、１００％の電動機トル
クを出力できるときはＡ点付近が動作点となり、回生負
荷抵抗ＲＬが無限大となってトルク出力が零となったと
きは動作点はＣ点となる。そして、回生負荷抵抗ＲＬが
１００％のときの抵抗値の２倍となったときはＢ点付近
に移ることになり、回生負荷抵抗ＲＬが変化しても、フ
ィルタコンデンサ電圧はバランスさせたい電圧ＶＢ付近
で動作することになる。
【００２２】以下、図面を参照して実施の形態につき説
明する。図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成
図で、図１０に示す従来例に対し架線電圧検出回路１２
および入力電流検出回路１３を付加し、これら各回路の
出力をトルク制限値演算回路１１に導入するようにした
点が特徴である。すなわち、直流架線電圧ＶＰを架線電
圧検出回路１２によって検出するとともに、直流リアク
トル３の電流を入力電流検出回路１３によって検出し、
各検出値をトルク制限値演算回路１１に入力する。
明する。図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成
図で、図１０に示す従来例に対し架線電圧検出回路１２
および入力電流検出回路１３を付加し、これら各回路の
出力をトルク制限値演算回路１１に導入するようにした
点が特徴である。すなわち、直流架線電圧ＶＰを架線電
圧検出回路１２によって検出するとともに、直流リアク
トル３の電流を入力電流検出回路１３によって検出し、
各検出値をトルク制限値演算回路１１に入力する。
【００２３】また、フィルタコンデンサ電圧検出器１０
によって検出したフィルタコンデンサ電圧ＶＣと、基準
回転速度演算回路１５にて求めた基準電動機回転速度ω
ｒとをトルク制限値演算回路１１に入力し、ここで所定
の演算を行なうことにより、トルク制限値を求める。そ
して、このトルク制限値をトルク制限回路１９に入力す
ることで、トルク指令発生回路１８が出力したトルクを
制限し、回生電力を制限して直流架線電圧ＶＰの上昇を
抑制するようにしている。
によって検出したフィルタコンデンサ電圧ＶＣと、基準
回転速度演算回路１５にて求めた基準電動機回転速度ω
ｒとをトルク制限値演算回路１１に入力し、ここで所定
の演算を行なうことにより、トルク制限値を求める。そ
して、このトルク制限値をトルク制限回路１９に入力す
ることで、トルク指令発生回路１８が出力したトルクを
制限し、回生電力を制限して直流架線電圧ＶＰの上昇を
抑制するようにしている。
【００２４】図２にトルク制限値演算回路の第１の具体
例を示す。これは、先の（１１）式に対応するものであ
る。すなわち、割算器１１１Ａにて直流リアクトル電流
ＩＬを直流架線電圧ＶＰで割ることによって、回生負荷
抵抗の逆数１／ＲＬを求め、これと比例係数ＫＡとの積
を掛算器１１２Ａにより求め、その結果を割算器１１１
Ｂで電動機回転速度ωで除してトルク制限値Ｔを求める
ようにしている。そして、フィルタコンデンサ電圧の目
標値ＶＢと、その実際値との差を調節器１１４に入力
し、その出力である補正量ΔＴとトルク制限値Ｔとの加
算により、トルク制限値ＴＣを求めている。なお、図２
の場合の比例係数ＫＡとしては、（８）式の関係から、 ＫＡ＝ＶＢ2 …（１６） となる。
例を示す。これは、先の（１１）式に対応するものであ
る。すなわち、割算器１１１Ａにて直流リアクトル電流
ＩＬを直流架線電圧ＶＰで割ることによって、回生負荷
抵抗の逆数１／ＲＬを求め、これと比例係数ＫＡとの積
を掛算器１１２Ａにより求め、その結果を割算器１１１
Ｂで電動機回転速度ωで除してトルク制限値Ｔを求める
ようにしている。そして、フィルタコンデンサ電圧の目
標値ＶＢと、その実際値との差を調節器１１４に入力
し、その出力である補正量ΔＴとトルク制限値Ｔとの加
算により、トルク制限値ＴＣを求めている。なお、図２
の場合の比例係数ＫＡとしては、（８）式の関係から、 ＫＡ＝ＶＢ2 …（１６） となる。
【００２５】図３はトルク制限値演算回路の第２の具体
例を示す構成図で、先の（１４）式に対応するものであ
る。すなわち、図２では掛算器１１２Ａの出力を、割算
器１１１Ｂにより電動機回転速度ωで除してトルク制限
値Ｔを求めるようにしているが、図３のように割算器１
１１Ｃを加算器１１３Ｃの後段に設けることにより、調
節器１１４Ａの出力にも電動機の回転速度による補正を
かけるようにしたものである。このため、調節器１１４
Ａの比例ゲインもＫ’となっている。
例を示す構成図で、先の（１４）式に対応するものであ
る。すなわち、図２では掛算器１１２Ａの出力を、割算
器１１１Ｂにより電動機回転速度ωで除してトルク制限
値Ｔを求めるようにしているが、図３のように割算器１
１１Ｃを加算器１１３Ｃの後段に設けることにより、調
節器１１４Ａの出力にも電動機の回転速度による補正を
かけるようにしたものである。このため、調節器１１４
Ａの比例ゲインもＫ’となっている。
【００２６】図４はトルク制限値演算回路の第３の具体
例を示す構成図で、先の（１５）式に対応するものであ
る。すなわち、割算器１１１Ａ，掛算器１１２Ａおよび
加算器１１３Ｄにより、コンデンサ電圧指令値ＶＣ
* （ＶＢ2 ／ＲＬ×Ｋ’＋ＶＢ）とし、これとＶＣとの
差を係数Ｋ’の掛算器１１２Ｂに入力し、さらに、割算
器１１１Ｄにより掛算器１１２Ｂの出力を電動機回転速
度ωｒで除して、トルク制限値ＴＣを求めるものであ
る。なお、掛算器１１２Ａの係数ＫＢは、 ＫＢ＝ＶＢ2 ／Ｋ’ …（１７） と表わせる。なお、掛算器１１２Ｂの代わりにＰ調節器
またはＰＩ調節器を用いることができる。
例を示す構成図で、先の（１５）式に対応するものであ
る。すなわち、割算器１１１Ａ，掛算器１１２Ａおよび
加算器１１３Ｄにより、コンデンサ電圧指令値ＶＣ
* （ＶＢ2 ／ＲＬ×Ｋ’＋ＶＢ）とし、これとＶＣとの
差を係数Ｋ’の掛算器１１２Ｂに入力し、さらに、割算
器１１１Ｄにより掛算器１１２Ｂの出力を電動機回転速
度ωｒで除して、トルク制限値ＴＣを求めるものであ
る。なお、掛算器１１２Ａの係数ＫＢは、 ＫＢ＝ＶＢ2 ／Ｋ’ …（１７） と表わせる。なお、掛算器１１２Ｂの代わりにＰ調節器
またはＰＩ調節器を用いることができる。
【００２７】図５はこの発明の第２の実施形態を示す構
成図である。これは、図２に示すようなトルク制限値演
算回路１１の出力端に、変化率制限回路２０を設け、ト
ルク制限値ＴＣの変化率を制限するものである。つま
り、制限トルクＴＣは（８）式で示すように、回生負荷
抵抗ＲＬによって左右される。そのため、回生負荷抵抗
ＲＬが急変すれば電動機トルクも急変するので、変化率
制限回路２０を設けて制限するようにしてる。なお、か
かる変化率制限回路２０は、図３，図４に示すようなト
ルク制限値演算回路１１の出力端にも、同様にして設け
ることができるのは言うまでもない。
成図である。これは、図２に示すようなトルク制限値演
算回路１１の出力端に、変化率制限回路２０を設け、ト
ルク制限値ＴＣの変化率を制限するものである。つま
り、制限トルクＴＣは（８）式で示すように、回生負荷
抵抗ＲＬによって左右される。そのため、回生負荷抵抗
ＲＬが急変すれば電動機トルクも急変するので、変化率
制限回路２０を設けて制限するようにしてる。なお、か
かる変化率制限回路２０は、図３，図４に示すようなト
ルク制限値演算回路１１の出力端にも、同様にして設け
ることができるのは言うまでもない。
【００２８】また、図１の例では駆動用制御装置４００
を電動機６１〜６４に対して共通に設けるようにしてい
るが、図６のように電動機毎にフィルタ回路（直流リア
クトル３１〜３４，フィルタコンデンサ４１〜４４）と
電力変換装置５１〜５４を用いて構成することもでき
る。この場合は、フィルタコンデンサ電圧ＶＣを、各コ
ンデンサ４１〜４４に並列に並列に接続したフィルタコ
ンデンサ電圧検出器１０１〜１０４により検出し、その
検出値を最大値演算部２１に入力してその最大値を求
め、この最大値を用いて制御することにより、各電力変
換装置５１〜５４に指令する共通のトルク制限値を演算
することができる。以上では、フィルタコンデンサ電圧
の上昇を抑制するために電動機トルクを用いているが、
トルクに代えて電動機電流または電動機一次電流を磁化
電流指令とトルク電流指令とに分けた場合の、トルク電
流指令を用いても上記と同様の効果を得ることができ
る。
を電動機６１〜６４に対して共通に設けるようにしてい
るが、図６のように電動機毎にフィルタ回路（直流リア
クトル３１〜３４，フィルタコンデンサ４１〜４４）と
電力変換装置５１〜５４を用いて構成することもでき
る。この場合は、フィルタコンデンサ電圧ＶＣを、各コ
ンデンサ４１〜４４に並列に並列に接続したフィルタコ
ンデンサ電圧検出器１０１〜１０４により検出し、その
検出値を最大値演算部２１に入力してその最大値を求
め、この最大値を用いて制御することにより、各電力変
換装置５１〜５４に指令する共通のトルク制限値を演算
することができる。以上では、フィルタコンデンサ電圧
の上昇を抑制するために電動機トルクを用いているが、
トルクに代えて電動機電流または電動機一次電流を磁化
電流指令とトルク電流指令とに分けた場合の、トルク電
流指令を用いても上記と同様の効果を得ることができ
る。
【００２９】図７はフィルタコンデンサ電圧Ｆについ
て、この発明による場合と従来例の場合とを比較して説
明するためのグラフで、（イ）がこの発明による場合で
（ロ）が従来例の場合である。すなわち、（ロ）の場合
よりも（イ）の方が振動が少ないことが分かる。図８は
直流リアクトルに流れる電流Ａ、電力変換装置の直流入
力電流Ｂ、電動機のトルク電流指令制限値Ｃおよび電動
機のトルク電流指令値Ｄについて、この発明による場合
と従来例の場合とを比較して説明するためのグラフで、
（イ）がこの発明による場合で（ロ）が従来例の場合で
ある。すなわち、（イ）の電動機のトルク電流指令制限
値Ｃは振動せず、（ロ）の電動機のトルク電流指令制限
値Ｃは振動する。また、この振動に伴って電力変換装置
の直流入力電流Ｂや図７のフィルタコンデンサ電圧Ｆが
振動している。なお、時間０．８において回生負荷の量
を１／２としたが、この発明による場合はこの変化に追
従して制御できていることが分かる。
て、この発明による場合と従来例の場合とを比較して説
明するためのグラフで、（イ）がこの発明による場合で
（ロ）が従来例の場合である。すなわち、（ロ）の場合
よりも（イ）の方が振動が少ないことが分かる。図８は
直流リアクトルに流れる電流Ａ、電力変換装置の直流入
力電流Ｂ、電動機のトルク電流指令制限値Ｃおよび電動
機のトルク電流指令値Ｄについて、この発明による場合
と従来例の場合とを比較して説明するためのグラフで、
（イ）がこの発明による場合で（ロ）が従来例の場合で
ある。すなわち、（イ）の電動機のトルク電流指令制限
値Ｃは振動せず、（ロ）の電動機のトルク電流指令制限
値Ｃは振動する。また、この振動に伴って電力変換装置
の直流入力電流Ｂや図７のフィルタコンデンサ電圧Ｆが
振動している。なお、時間０．８において回生負荷の量
を１／２としたが、この発明による場合はこの変化に追
従して制御できていることが分かる。
【００３０】
【発明の効果】この発明によれば、回生負荷抵抗が大き
くなっても安定に回生ブレーキを動作させることがで
き、回生ブレーキが有効活用できるので、省エネルギー
化を図ることができる。また、回生失効が低減すること
から、ブレーキシューの消耗が低減するなどの利点が得
られる。
くなっても安定に回生ブレーキを動作させることがで
き、回生ブレーキが有効活用できるので、省エネルギー
化を図ることができる。また、回生失効が低減すること
から、ブレーキシューの消耗が低減するなどの利点が得
られる。
【図１】この発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】トルク制限値演算回路の第１具体例を示す構成
図である。
図である。
【図３】トルク制限値演算回路の第２具体例を示す構成
図である。
図である。
【図４】トルク制限値演算回路の第３具体例を示す構成
図である。
図である。
【図５】この発明の他の実施形態を示す構成図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態を示す構成図で
ある。
ある。
【図７】フィルタコンデンサ電圧Ｆについて、この発明
による場合と従来例の場合とを比較して説明するための
グラフである。
による場合と従来例の場合とを比較して説明するための
グラフである。
【図８】直流リアクトルに流れる電流Ａ、電力変換装置
の直流入力電流Ｂ、電動機のトルク電流指令制限値Ｃお
よび電動機のトルク電流指令値Ｄについて、この発明に
よる場合と従来例の場合とを比較して説明するためのグ
ラフである。
の直流入力電流Ｂ、電動機のトルク電流指令制限値Ｃお
よび電動機のトルク電流指令値Ｄについて、この発明に
よる場合と従来例の場合とを比較して説明するためのグ
ラフである。
【図９】この発明におけるフィルタコンデンサ電圧と電
動機トルクとの関係を説明する説明図である。
動機トルクとの関係を説明する説明図である。
【図１０】従来例を示すシステム構成図である。
【図１１】図１０におけるフィルタコンデンサ電圧と電
動機トルクとの関係を説明する説明図である。
動機トルクとの関係を説明する説明図である。
【図１２】図１０で用いられるトルク制限値演算回路例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
１…変電所、２…パンタグラフ、３…直流リアクトル、
４…フィルタコンデンサ、５…電力変換装置、６１〜６
４…電動機、７…補助電源、８…補助電源負荷、９１〜
９４…速度検出器、１０…コンデンサ電圧検出器、１１
…トルク制限値演算回路、１５…基準回転速度演算回
路、１６…電動機制御回路、１８…トルク指令発生回
路、１９…トルク制限回路、２０…トルク制限値変化率
制限器、２１…最大値演算部、１００…レール、２００
…直流架線、３００…他車、４００…駆動用制御装置、
５００…フィルタ回路。
４…フィルタコンデンサ、５…電力変換装置、６１〜６
４…電動機、７…補助電源、８…補助電源負荷、９１〜
９４…速度検出器、１０…コンデンサ電圧検出器、１１
…トルク制限値演算回路、１５…基準回転速度演算回
路、１６…電動機制御回路、１８…トルク指令発生回
路、１９…トルク制限回路、２０…トルク制限値変化率
制限器、２１…最大値演算部、１００…レール、２００
…直流架線、３００…他車、４００…駆動用制御装置、
５００…フィルタ回路。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B60L 7/10
H02P 3/18 101
Claims (5)
- 【請求項１】 直流入力側に直流リアクトルとコンデン
サからなるフィルタ回路を備えた駆動制御装置により直
流電気車を駆動制御するに当たり、 ブレーキ時に、架線電圧と直流リアクトルに流れる電流
から回生可能な電力を演算し、その演算値を電動機の回
転速度で除して求めた電動機のトルク、またはトルク電
流もしくは電動機電流に、前記フィルタコンデンサ電圧
の目標値と実際値との差を調節器に入力して演算した補
正量を加算して電動機のトルク，トルク電流または電動
機電流の各制限値を求め、その制限値を用いて電動機の
トルク，トルク電流または電動機電流を制限することを
特徴とする直流電気車の駆動制御方法。 - 【請求項２】 直流入力側に直流リアクトルとコンデン
サからなるフィルタ回路を備えた駆動制御装置により直
流電気車を駆動制御するに当たり、 ブレーキ時に、架線電圧と直流リアクトルに流れる電流
から回生可能な電力を演算し、これに前記コンデンサ電
圧の目標値と実際値との差を調節器に入力して演算した
補正量を加算し、その加算結果を電動機の回転速度で除
して電動機のトルク，トルク電流または電動機電流の各
制限値を求め、その制限値を用いて電動機のトルク，ト
ルク電流または電動機電流を制限することを特徴とする
直流電気車の駆動制御方法。 - 【請求項３】 直流入力側に直流リアクトルとコンデン
サからなるフィルタ回路を備えた駆動制御装置により直
流電気車を駆動制御するに当たり、 ブレーキ時に、架線電圧と直流リアクトルに流れる電流
からフィルタコンデンサ電圧の目標値を演算し、この目
標値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との差を調節器
に入力し、この調節器出力によって電動機のトルク，ト
ルク電流または電動機電流の各制限値を求め、その制限
値を用いて電動機のトルク，トルク電流または電動機電
流を制限することを特徴とする直流電気車の駆動制御方
法。 - 【請求項４】前記電動機のトルク，トルク電流または電
動機電流の各制限値に変化率制限をかけることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載の直流電気車の
駆動制御方法。 - 【請求項５】前記駆動制御装置を電動機の数に応じた数
のフィルタ回路と電力変換装置とを用いて構成し、個々
のフィルタコンデンサ電圧のうち最も高いフィルタコン
デンサ電圧を用いて、前記電動機のトルク，トルク電流
または電動機電流の各制限値を求めることを特徴とする
請求項１ないし４のいずれかに記載の直流電気車の駆動
制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17234495A JP3438796B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 直流電気車の駆動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17234495A JP3438796B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 直流電気車の駆動制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0923506A JPH0923506A (ja) | 1997-01-21 |
| JP3438796B2 true JP3438796B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=15940175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17234495A Expired - Fee Related JP3438796B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 直流電気車の駆動制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3438796B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4627902B2 (ja) * | 2001-02-23 | 2011-02-09 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 電動機制御装置および電気車電動機の制御方法 |
| JP4643355B2 (ja) * | 2005-05-09 | 2011-03-02 | 株式会社東芝 | 電気車制御装置 |
| JP4977739B2 (ja) * | 2009-06-29 | 2012-07-18 | 三菱電機株式会社 | 電気車の電力変換装置 |
| JP5385730B2 (ja) * | 2009-09-03 | 2014-01-08 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 回生ブレーキ制御方法及び回生ブレーキ制御装置 |
| JP5616164B2 (ja) * | 2010-08-23 | 2014-10-29 | 東芝シュネデール・インバータ株式会社 | インバータ装置 |
| US9014962B2 (en) | 2012-01-12 | 2015-04-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric-vehicle control device |
| JP6111779B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2017-04-12 | 株式会社明電舎 | 各輪独立駆動台車の制御装置 |
-
1995
- 1995-07-07 JP JP17234495A patent/JP3438796B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0923506A (ja) | 1997-01-21 |
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