JP3678374B2

JP3678374B2 - 電気車制御装置

Info

Publication number: JP3678374B2
Application number: JP06222696A
Authority: JP
Inventors: 伸一戸田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH09261999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気車を駆動する誘導電動機を制御する方式として従来のすべり周波数制御の他、ベクトル制御についても検討がなされている。誘導電動機をベクトル制御で駆動する場合、起動時には、磁束は磁束電流の立ち上がりに対して誘導電動機の二次時定数できまる一次遅れで立ち上がるため、磁束が完全に立ち上がってからトルク指令値を与えないと実トルクが磁束の立ち上がりと同様に一次遅れで立ち上がりトルクが正確に制御できない。その結果起動時にトルクが誘導電動機の二次時定数で変動するため、特に電気車においては乗り心地が悪くなるという課題がある。
【０００３】
この解決策として、磁束電流を初め大きく与えて磁束の立ち上がり時定数に応じて磁束電流を徐々に減少させて定常的な値にする磁束のフォーシング制御方法や、磁束が完全に立ち上がるのを待ってトルク指令値を立ち上げる方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁束のフォーシング制御において、実際に流せる電流は限られているので完全に磁束の立ち上がり時定数を０にすることは不可能で場合によっては制御が不安定になるという問題もある。
【０００５】
一方、磁束が立ち上がるのを待ってトルク指令値を立ち上げる方法は、一般に磁束が完全に立ち上がるまでの時間は１秒程度あるため、この間誘導電動機を起動することができないという問題が生じていた。
【０００６】
そこで本発明は上述した問題点を解決するためになされたもので、誘導電動機を起動する時の起動時間を短縮するとともに、乗り心地の良い起動制御を行なう電気車制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の交流出力側に接続された誘導電動機と、この誘導電動機の磁束が立ち上がっていない状態から誘導電動機にトルクをかけるための磁束指令値を発生する磁束指令値発生部と、磁束指令値と前記誘導電動機の二次時定数を用いて一意的に磁束電流指令値を演算する磁束電流指令値演算部と、磁束指令値から誘導電動機の実磁束を推定する実磁束推定部と、実磁束とトルク指令値とからトルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算部と、実磁束とトルク指令値とからすべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、磁束電流指令値とトルク電流指令値とすべり周波数とに基づいて電力変換装置の出力電圧指令値を出力する電圧指令値演算部とを有してなる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、実磁束推定部は、磁束指令値に対し誘導電動機の回路定数で定まる一次遅れをもつものとして実磁束を推定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、実磁束が立上ってから所定時間経過後に定比率で上昇するトルク指令値を出力するトルク指令値発生部を有してなる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、トルク指令値を出力するトルク指令値発生部を有し、トルク指令値を時間と共に上昇させ、上昇率を時間と共に増加させることを特徴とする。
【００１１】
上述した構成により本発明では、トルク電流指令値とすべり周波数をこの推定した実磁束を用いて演算することにより、正確なトルク制御が行なえると共に、トルク指令値を上昇させることにより乗り心地の良い起動制御を行なうことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す電気車制御装置の構成図である。
パンタグラフＰＡＮより給電された直流電力は電力変換装置（以下、インバータという。）ＩＮＶにて交流電力に変換され、誘導電動機（以下、モータという。）ＩＭに供給される。インバータＩＮＶを制御する制御装置は以下の通り構成される。
【００１３】
磁束指令値発生部１は力行時の磁束、回生時の磁束、弱め磁束等の磁束指令値Φ^* を発生する。実磁束推定部２は、磁束指令値発生部１より出力された磁束指令値Φ^* から実磁束推定値Φを磁束指令値Φ^* の一次遅れとして出力する。トルク指令値発生部３は、乗り心地を考慮したトルク指令値Ｔ^* を出力する。磁束電流指令値演算部４は、磁束指令値Φ^* から磁束電流指令値Ｉ_d ^* を演算する。トルク電流指令値発生部５は、トルク指令値Ｔ^* と実磁束推定値Φとからトルク電流指令値Ｉ_q ^* を演算する。すべり周波数演算部６は、トルク指令値Ｔ^* と実磁束推定値Φとからすべり周波数ω_s を演算する。電圧指令値演算部７は、インバータＩＮＶから出力され、センサＳｉで検出される実電流Ｉ_u ，Ｉ_v ，Ｉ_w が磁束電流指令値Ｉ_d ^* とトルク電流指令値Ｉ_q ^* に従うように、又すべり周波数ω_s とセンサＳで検出された回転周波数ω_r とで定まるインバータ周波数を発生するような電圧指令値Ｖ_u ^* ，Ｖ_v ^* ，Ｖ_w ^* を演算する。このような制御装置により、インバータＩＮＶは電圧指令値Ｖ_u ^* ，Ｖ_v ^* ，Ｖ_w ^* に従った相電圧を発生しモータＩＭに出力する。
【００１４】
磁束指令値発生部１は起動時、再力行時、再回生時の様にインバータＩＮＶが停止状態でモータＩＭに磁束が立ち上がっていない状態からモータＩＭにトルクをかける時、必要な磁束指令値Φ* を発生する。すると磁束電流指令値演算部４は磁束指令値Φ*と誘導電動機の二次時定数を用いて一意的に定まる磁束電流指令値Ｉd * を演算して出力する。又実磁束推定部２は、磁束指令値Φ* から実磁束推定値Φを演算する。ここで、磁束は磁束電流の立上りに対してモータＩＭの回路定数（二次時定数）で決まる一次遅れで立上るため、磁束電流指令値演算部４から出力された磁束指令値Ｉd *に基づいて制御しても、磁束指令値Φ* に対して実磁束は一次遅れで立上ることになる。そこで本実施の形態では、実磁束推定部２において、あらかじめ磁束指令値Φ* に対して一次遅れを作用させて推定した実磁束推定値Φを演算する。
【００１５】
一方、トルク指令値発生部３は、乗り心地を考慮してあらかじめ定めた立ち上げ関数に従ってトルク指令値Ｔ^* を発生する。
そしてトルク電流指令値演算部５は、実磁束推定部２から出力された実磁束推定値Φとトルク指令値発生部３から出力されたトルク指令値Ｔ^* とからトルク電流指令値Ｉ_q ^* を演算する。このようにトルク電流指令値演算部５では磁束指令値Φ^* ではなく実磁束推定値Φに基づいてトルク電流指令値Ｉ_q ^* を演算するため、立上りトルクを正確に制御することができる。
【００１６】
又すべり周波数演算部６は実磁束推定値Φとトルク指令値Ｔ^* とからすべり周波数ω_s を演算する。
電圧指令値演算部７は、インバータＩＮＶから出力され、センサＳｉで検出される実電流Ｉ_u ，Ｉ_v ，Ｉ_w が磁束電流指令値Ｉ_d ^* とトルク電流指令値Ｉ_q ^* に従うように、又すべり周波数ω_s とセンサＳで検出された回転周波数ω_r とで定まるインバータ周波数を発生するような電圧指令値Ｖ_u ^* ，Ｖ_v ^* ，Ｖ_w ^* を演算する。このような制御装置により、インバータＩＮＶは電圧指令値Ｖ_u ^* ，Ｖ_v ^* ，Ｖ_w ^* に従った相電圧を発生しモータＩＭに出力する。
【００１７】
従ってこのような構成とすることにより、磁束が立ち上がっていない状態からモータＩＭにトルクを発生させる時にも、実磁束推定部２で推定された実磁束推定値Φに基づいてトルク電流指令値Ｉ_q ^* 、すべり周波数ω_s を演算するので、トルク指令値通りのトルクを発生させることが可能となる。又乗り心地を考慮したトルク指令値をトルク指令値発生部３から発生させることにより乗り心地の良い起動制御を行なうことができる。
【００１８】
次に本発明の他の実施の形態について図２、図３を用いて説明する。
図１に示したトルク指令値発生部３では、乗り心地を考慮したトルク指令値Ｔ^* として例えば図２（ｂ）に示すパターンをあらかじめ設定しておきトルク指令値Ｔ^* を発生する。ここで図２（ａ）は磁束指令値発生部１が出力する磁束指令値Φ^* と実磁束推定部２が出力する実磁束推定値Φであり、図２（ｂ）はトルク指令値発生部３が出力するトルク指令値Ｔ^* の各パターンである。
【００１９】
つまり、トルク指令値Ｔ^* は、磁束指令値Φ^* が立上がってから、時間ｔ₁ 秒（例えば 100ms程度）後に一定の上昇率で上昇させる。
トルク電流指令値Ｉ_q ^* はトルク電流指令値演算部５で演算されるが、具体的にはトルク指令値Ｔ^* を実磁束推定値Φで割算して求められる。従ってモータＩＭが急に一定のトルクを出そうとすると、実磁束推定値Φが小さいときは大きなトルク電流Ｉ_q ^* が必要となる。しかし本実施の形態のようにトルク指令値Ｔ^* を０から上昇させることにより、実磁束推定値Φが立ち上がっていないときはトルク指令値が０であるので大きなトルク電流Ｉ_q ^* を必要とせず、さらにトルク指令値Ｔ^* の立ち上がりをゆっくりとすることにより乗り心地のよい起動を行なうことができる。
【００２０】
又図３に示すトルク指令値Ｔ^* のパターンのように、乗り心地を考慮してトルク指令値Ｔ^* を初めゆっくり後に早く上昇させるようにしてもよい。
従って実磁束推定値Φが充分立ち上がっていないときはトルク指令値Ｔ^* を小さくさせ、その後実磁束推定値Φが立ち上がってきてからトルク指令値Ｔ^* を大きくさせるのでトルク電流指令値Ｉ_q ^* は大きくならずにすみ、かつトルクが急激に変化しないので乗り心地のよい起動を行なうことができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば誘導電動機の起動時間を短縮するとともに、乗り心地の良い起動制御を行なう電気車制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す電気車制御装置の構成図である。
【図２】図１のトルク指令値発生部から出力されるトルク指令値パターンを示す図である。
【図３】図１のトルク指令値発生部から出力されるトルク指令値の他のパターンを示す図である。
【符号の説明】
１…磁束指令値発生部
２…実磁束推定部
３…トルク指令値発生部
４…磁束電流指令値演算部
５…トルク電流指令値演算部
６…すべり周波数演算部
７…電圧指令値演算部
ＩＮＶ…インバータ
ＩＭ…モータ

Claims

直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の交流出力側に接続された誘導電動機と、この誘導電動機の磁束が立ち上がっていない状態から前記誘導電動機にトルクをかけるための磁束指令値を発生する磁束指令値発生部と、前記磁束指令値と前記誘導電動機の二次時定数を用いて一意的に磁束電流指令値を演算する磁束電流指令値演算部と、前記磁束指令値から前記誘導電動機の実磁束を推定する実磁束推定部と、前記実磁束とトルク指令値とからトルク電流指令値を演算するトルク電流指令値演算部と、前記実磁束と前記トルク指令値とからすべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、前記磁束電流指令値と前記トルク電流指令値と前記すべり周波数とに基づいて前記電力変換装置の出力電圧指令値を出力する電圧指令値演算部とを有する電気車制御装置。
請求項１に記載の電気車制御装置において、前記実磁束推定部は、前記磁束指令値に対し前記誘導電動機の回路定数で定まる一次遅れをもつものとして前記実磁束を推定することを特徴とする電気車制御装置。
請求項１又は請求項２に記載の電気車制御装置において、前記実磁束が立上ってから所定時間経過後に定比率で上昇する前記トルク指令値を出力するトルク指令値発生部を有する電気車制御装置。
請求項１又は請求項２に記載の電気車制御装置において、前記トルク指令値を出力するトルク指令値発生部を有し、前記トルク指令値を時間と共に上昇させ、上昇率を時間と共に増加させることを特徴とする電気車制御装置。