JP3732784B2 - 電気車の駆動制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度検出器を用いずに可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータと称する）により電動機を駆動する電気車の駆動制御方法および制御装置に係り、特に過電流や温度上昇、車両推力の低下を抑制できるようにした電気車の駆動制御方法および制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気車の駆動制御装置は、電気車用の電動機の回転速度を検出する速度検出器が備えられ、当該速度検出器により検出された速度に基づいて制御が行なわれている。
【０００３】
図１０は、この種の従来の速度検出器を備えた電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図である。
【０００４】
なお、図１０は、直流電気車における制御装置の構成例を示している。
【０００５】
図１０において、直流の架線から、パンタグラフ４で集電される。
【０００６】
パンタグラフ４には、入力フィルタ回路として、フィルタリアクトル６およびフィルタコンデンサ３が接続されている。
【０００７】
フィルタコンデンサ３には、３相のＶＶＶＦインバータ１の直流側が接続されており、またＶＶＶＦインバータ１の交流側には、電気車用の誘導電動機２が接続されて駆動される。
【０００８】
さらに、ＶＶＶＦインバータ１と誘導電動機２との間には、誘導電動機２に流れる電流を検出する電流検出器１９が設けられている。
【０００９】
一方、ＶＶＶＦインバータ１は、ＰＷＭ制御部７、およびベクトル制御部８により制御される。
【００１０】
なお、ベクトル制御に関しては、周知の技術ではあるが、以下に簡単にその概要について説明する。
【００１１】
図１１は、本例にて用いる各座標系の関係を示す図である。
【００１２】
なお、図１１は、ＵＶＷ相静止座標系、ａｂ軸静止座標系、ｄｑ軸回転座標系と出力電圧の関係を示している。
【００１３】
図１１において、静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ軸までの位相角がθdqであり、静止座標系ａ軸から出力電圧までの位相角がθである。
【００１４】
ベクトル制御の目標とする動作点は、ｄ軸と２次磁束が一致する状態である。
【００１５】
ベクトル制御部８への入力であるトルク指令TMRefに基づいて、ｄ軸（励磁）電流指令IdRefとｑ軸（トルク）電流指令IqRefとが算出される。
【００１６】
【数１】
【００１７】
ここに、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ2：２次側自己インダクタンス、ｐ：極対数、φ2Ref：２次磁束指令である。
【００１８】
誘導電動機２のＵ相電流ＩuとＷ相電流Ｉwは、電流検出器１９によりそれぞれ検出されて、ベクトル制御部８に入力される。
【００１９】
後述するａ軸からｄ軸までの位相角θdqに基づいて、ｄ軸（励磁）電流Ｉdとｑ軸（トルク）電流Ｉqとが分離生成される。
【００２０】
【数２】
【００２１】
ｄ軸電流指令IdRefとｄ軸電流Ｉdとが一致するように、ＰＩ制御器により、ｄ軸電圧指令VdRefが補正される。
【００２２】
ｑ軸電流指令IqRefとｑ軸電流Ｉqとが一致するように、ＰＩ制御器により、ｑ軸電圧指令VqRefが補正される。
【００２３】
（３）式の右辺第２項は、誘導電動機２の誘起電圧を補償するフィードフォワード項である。
【００２４】
【数３】
【００２５】
ここに、Ｌ1：１次側自己インダクタンス、σ：漏れ係数（＝１−Ｍ・Ｍ／Ｌ1／Ｌ2）、Ｋp：比例ゲイン、Ki：積分ゲインである。
【００２６】
ｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefは、３相電圧指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefへと変換されて、ベクトル制御部８から出力される。
【００２７】
【数４】
【００２８】
ＰＷＭ制御部７では、３相電圧指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefを入力とし、ＶＶＶＦインバータ１内のスイッチング素子へのゲート指令が生成出力される。
【００２９】
このＰＷＭ制御は周知の技術であるので、個々ではその詳細な説明については省略する。
【００３０】
ＰＷＭ制御部７には、運転指令ＧsTが入力される。
【００３１】
ＧsT＝１である場合には、３相電圧指令に応じて然るべきゲート指令が出力される。
【００３２】
ＧsT＝０である場合には、全ゲート指令をオフとし、スイッチング素子が閉とされる。
【００３３】
誘導電動機２には、速度検出器２２が備えられ、ロータ回転速度Ｆrが検出される。
【００３４】
すべり周波数基準ωs*は、ｄ軸（励磁）電流指令IdRefとｑ軸（トルク）電流指令IqRefとに基づいて算出される。
【００３５】
【数５】
【００３６】
ここに、Ｒ2：2次抵抗、Ｌ2：2次側自己インダクタンスである。
【００３７】
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１は、次式で演算される。
【００３８】
【数６】
【００３９】
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１を積分することで、静止座標系のａ軸から回転座標系のｄ軸までの位相角θdqが算出される。
【００４０】
【数７】
【００４１】
以上は、すべり周波数形ベクトル制御の一例であり、良好な過渡応答と高精度な定常特性を得ることができる。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の電気車の駆動制御装置においては、速度検出器２２は、誘導電動機２の回転軸上に備えられている。
【００４３】
従って、この速度検出器２２の存在が、誘導電動機２の大きさに制約を与えるため、大出力な誘導電動機２を備えることが困難である。
【００４４】
また、速度検出器２２の信号線が、主回路線と共に機器内を引き回されることで、ノイズ等の重畳に起因する検出速度の擾乱が生じ、出力トルクに悪影響を及ぼす。
【００４５】
さらに、車両の保守検修時にも、信号線の取り扱いが作業効率を低下させる等の課題がある。
【００４６】
一方、これに対して、速度検出器により検出された速度を用いずに、速度を推定する電気車の駆動制御装置の出現が望まれている。
【００４７】
しかしながら、このような速度を推定する電気車の駆動制御装置においては、推定された速度が真の速度とほぼ一致することが不可欠である。そして、この推定された速度値が真値より大きく異なる値に収束している場合には、すべり周波数が過大となり、主磁束量の低下が生じる。
【００４８】
また、制御方式にもよるが、主磁束量が所定の値よりも低下した状態で動作継続を行なう場合には、過電流やそれに伴なう温度上昇等が生じることがある。
【００４９】
さらに、誘導電動機の出力トルクが低下して、車両の加減速度が減少することもある。
【００５０】
そして、仮に、そのような状態を放置する場合、目標とする動作点へ引き込まれることもあるが、この場合、過渡的に大きなトルク変動が生じて乗り心地が劣化する等、電気車の駆動制御装置としては望ましいものではない。
【００５１】
本発明の目的は、速度検出器を用いずにＶＶＶＦインバータにより電動機を駆動する電気車の駆動制御方法および駆動制御装置において、速度推定値が異常な値に収束した場合に、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制することで所定の車両加速性能を確保することが可能な電気車の駆動制御方法および制御装置を提供することにある。
【００５２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明では、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動される電気車用の電動機とから主回路を構成し、ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令とＶＶＶＦインバータの出力電流とから電動機の回転速度を推定して速度推定値を得、当該速度推定値に基づいてＶＶＶＦインバータを制御することにより、電動機の駆動制御を行なう電気車の駆動制御方法において、速度推定値が異常な値に収束した場合には、保護動作によりＶＶＶＦインバータを停止させるようにしている。
【００５３】
従って、請求項１に対応する発明の電気車の駆動制御方法においては、速度推定値が異常な値に収束した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００５４】
また、請求項２に対応する発明では、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動される電気車用の電動機とから主回路を構成し、ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令とＶＶＶＦインバータの出力電流とから電動機の回転速度を推定して速度推定値を得る速度推定手段を備え、速度推定手段により得られた速度推定値に基づいてＶＶＶＦインバータを制御することにより、電動機の駆動制御を行なう電気車の駆動制御装置において、速度推定手段により得られた速度推定値が異常な値に収束したことを検出する速度異常検出手段と、速度異常検出手段により速度推定値が異常な値に収束していると判定された場合に、ＶＶＶＦインバータを停止させる保護手段とを備えている。
【００５５】
従って、請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、速度推定値が異常な値に収束していることを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００５６】
一方、請求項３に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電気車の一編成中に有する外部の速度情報に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段を備えている。
【００５７】
従って、請求項３に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、電気車の駆動制御装置のために備える速度検出器でなく、その他の電気車制御に必要であり、そのために備える速度情報を取り込んで速度推定値と比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
さらに、電気車編成中に存在する速度検出器の速度情報と比較することにより、異常検出精度が向上し、システムの信頼性を向上することができる。
【００５８】
また、請求項４に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電気車以外の他の電気車の駆動制御装置により得られた速度推定値に基づいて、当該速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段を備えている。
【００５９】
従って、請求項４に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、他の１つ以上の電気車の駆動制御装置と速度推定値を比較することで、自身で推定した速度値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
この場合、通常、同一の制御ユニット内部での実現が可能であり、特別なハードやソフトを付加することなく、容易に実現することができる。
【００６０】
さらに、請求項５に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機のインピーダンスを逐次演算するインピーダンス演算手段と、インピーダンス演算手段により演算された電動機のインピーダンスに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６１】
従って、請求項５に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機のインピーダンスを、健全時のインピーダンスである電動機のインピーダンス基準と比較し、その誤差率が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００６２】
一方、請求項６に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の有効電力を逐次演算する有効電力演算手段と、有効電力演算手段により演算された電動機の有効電力に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６３】
従って、請求項６に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の有効電力を、健全状態を想定した電動機の有効電力基準と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００６４】
また、請求項７に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の出力トルクを逐次演算するトルク演算手段と、トルク演算手段により演算された電動機の出力トルクに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６５】
従って、請求項７に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の出力トルクをトルク指令と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００６６】
さらに、請求項８に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、ＶＶＶＦインバータへの直流入力側の電流値を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された電流値に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６７】
従って、請求項８に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、検出されたＶＶＶＦインバータへの直流入力側の電流値を、健全状態を想定した電流基準値と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００６８】
一方、請求項９に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段と、誘起電圧演算手段により演算された電動機の誘起電圧に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６９】
従って、請求項９に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の誘起電圧の大きさを、健全状態を想定した電動機の誘起電圧基準と比較し、その誤差率が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００７０】
また、請求項１０に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の磁束量を演算する磁束演算手段と、磁束演算手段により演算された電動機の磁束量に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００７１】
従って、請求項１０に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される２電動機の次磁束の大きさを２次磁束指令と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００７２】
さらに、請求項１１に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の１次インダクタンスを演算する１次インダクタンス演算手段と、１次インダクタンス演算手段により演算された電動機の１次インダクタンスに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００７３】
従って、請求項１１に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の１次インダクタンスの大きさを１次インダクタンス基準と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００７４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００７５】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１０と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７６】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図１に示すように、前記図１０に、速度推定部９と、速度異常検出部１０と、保護手段であるアンド回路１１とを付加した構成としている。
【００７７】
速度推定部９は、前記ＶＶＶＦインバータ１の出力電圧指令と、前記電流検出器１９により検出されるＶＶＶＦインバータ１の出力電流とから、前記誘導電動機２の回転速度を推定して速度推定値を得る。
【００７８】
速度異常検出部１０は、速度推定部９により得られた速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【００７９】
この速度異常検出部１０は、電気車の一編成中に有する外部の速度情報に基づいて、上記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【００８０】
アンド回路１１は、速度異常検出部１０により速度推定値が異常な値に収束していると判定された場合に、ＶＶＶＦインバータ１を停止させる。
【００８１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【００８２】
なお、本実施の形態にて用いる座標系は、前記図１１にて説明した従来技術と同一である。
【００８３】
図１において、ベクトル制御部８では、トルク指令TMRefに基づき、ｄ軸（励磁）電流指令IdRef、ｑ軸（トルク）電流指令IqRef、ｄ軸（励磁）電流Ｉd、ｑ軸（トルク）電流Ｉq、ｄ軸電圧指令VdRef、ｑ軸電圧指令VqRef、３相電圧指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefを演算する。
【００８４】
速度推定部９では、インバータ出力周波数ω１の演算、およびロータ速度の推定を行なう。
【００８５】
この速度推定部９で、誘導電動機２のロータ速度を推定する方式としては、各種の方式があるが、一例として、ここでは誘起電圧に基づく方式について説明する。
【００８６】
すなわち、誘導電動機２のＵ相電流ＩuとＷ相電流Ｉwは、電流検出器１９によりそれぞれ検出され、前記（２）式により、ｄ軸（励磁）電流Ｉdとｑ軸（トルク）電流Ｉqとが演算される。
【００８７】
ｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqと、ベクトル制御部８からの出力であるｄ軸電圧指令VdRefとｑ軸電圧指令VqRefに基づき、ｄ軸誘起電圧Ｅdとｑ軸誘起電圧Ｅqが算出される。
【００８８】
【数８】
【００８９】
ベクトル制御の目標動作点は、ｄ軸と２次磁束が一致する状態であり、この時、ｄ軸誘起電圧Ｅdは零となる。
【００９０】
よって、ｄ軸誘起電圧が零でないことは、ｄ軸と２次磁束が一致していない軸ずれ状態を表わしている。
【００９１】
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１は、次式で決定される。
【００９２】
右辺第１項は基準項であり、右辺第２項は軸ずれ補正項である。
【００９３】
【数９】
【００９４】
誘導電動機２のロータ速度の推定値ωRhは、次式で演算される。
【００９５】
ただし、すべり周波数基準ωs*は、前記（５）式で演算される。
【００９６】
【数１０】
【００９７】
速度異常検出部１０では、本電気車の駆動制御装置以外の機器に必要とされる外部の速度信号を速度基準ωR*として入力し、これを速度推定値ωRhと比較することで、速度推定値ωRhが異常な値に収束していることを検出する。
【００９８】
一例として、速度基準ωR*と速度推定値ωRhとの偏差の絶対値が所定値αを超過した場合には、速度推定異常と判定する。
【００９９】
この速度推定異常は、フラグFEDとして出力される。
【０１００】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０１０１】
【数１１】
【０１０２】
異常判定をした場合（FED=0）には、保護動作となる。
【０１０３】
すなわち、アンド回路１１への入力FED＝0となり、ゲート指令ＧsＴ=0となる。
【０１０４】
すると、ＰＷＭ制御部７の作用により、ＶＶＶＦインバータ１の全スイッチング素子へのゲートがオフとなる。
【０１０５】
以上の作用により、以下のような効果を得ることができる。
【０１０６】
すなわち、推定した速度に基づいてＶＶＶＦインバータ１の周波数を調整する本実施の形態の構成では、推定した速度が異常な値に収束する可能性がある。
【０１０７】
この場合、本来与えるべきすべり周波数に比べて、過大なすべり周波数を与えることとなり、トルクの低下や過電流、温度上昇等の問題が生じる。
【０１０８】
仮に、その状態を放置する場合には、前記（９）式の軸ずれ補償項の作用により、目標とする動作点へ引き込まれる場合もあるが、この場合、過渡的に大きな推力変動が生じて乗り心地が劣化する等、電気車の駆動制御装置としては望ましくない。
【０１０９】
この点、本実施の形態の構成では、外部の速度信号を速度基準として取り込み、速度推定値と比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることを判定することができる。
【０１１０】
異常な収束を示した場合には、ＶＶＶＦインバータ１を保護動作により停止させることで、トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能である。
【０１１１】
速度情報として、精度のよいものは特に必要とされない。
【０１１２】
電気車編成中に存在する速度検出器の速度信号と比較するため、異常検知精度が向上し、システムの信頼性を向上することができる。
【０１１３】
なお、本実施の形態で挙げる外部の速度情報とは、本来、電気車の駆動制御装置に使用する目的ではなく、他の機器で必要とされるために備わる速度情報の全てを含むものである。
【０１１４】
すなわち、例えばブレーキ制御器、運転台の速度メータやモニタ機器、閉じめ保安装置のために備えられる速度検出器、あるいは自動列車制御装置ＡＴＣ、自動列車停止装置ＡＴＳ、自動列車運転装置ＡＴＯ、速度段リレー回路等から得られる速度情報等により構成することが可能である。
【０１１５】
また、本実施の形態では、誘導電動機の駆動制御装置を例として示しているが、同様に、他の電動機に適用した場合も同様の作用効果を得ることができる。
【０１１６】
ここで、他の電動機としては、例えば永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）、永久磁石リラクタンス電動機（ＰＲＭ）、シンクロナスリラクタンス電動機（ＳｙＲＭ）等がある。
【０１１７】
なお、速度異常を検出して、保護動作によりゲートを停止した場合、電気的な推力は得られないこともある。すなわち、力行中の場合、加速しない。ブレーキ中では、電気ブレーキが出力されない分、機械的ブレーキが動作し、所定の減速度は確保されるが、エネルギー効率やブレーキシューの磨耗等の点より望ましいものとは言い難い。
【０１１８】
そこで、保護動作によりゲートを停止した場合、再度、ＶＶＶＦインバータ１の再起動を行なう方が望ましい場合も多い。
【０１１９】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置では、速度推定値が異常な値に収束していることを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータ１を停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０１２０】
（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略要部構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２１】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図２に示すように、前記図１における速度異常検出部１０として、本電気車以外の他の電気車の駆動制御装置により得られた速度推定値に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する構成としている。
【０１２２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０１２３】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１２４】
図２において、速度異常検出部１０には、速度推定部９で推定された誘導電動機２の回転速度ωRhが入力される。
【０１２５】
また、同一電車内の他の電気車の駆動制御装置から同様に推定される別の誘導電動機の速度推定値ωRh2、ωRh3、ωRh4が入力される。
【０１２６】
速度異常検出部１０では、４つの速度推定値ωRh、ωRh2、ωRh3、ωRh4に基づき、自身の速度推定値ωRhが異常であるか否かを判定する。
【０１２７】
例えば、４台の平均値を速度基準ωR*として算出する。
【０１２８】
【数１２】
【０１２９】
この速度基準ωR*に基づき速度推定値ωRhの収束値の異常を判定する基準は、前記（１１）式と同様である。
【０１３０】
以上の作用により、他の１つ以上の電気車の駆動制御装置と速度推定値を比較することで、自身で推定した速度が、異常な値に収束したことを判定する。各誘導電動機の回転速度は、車輪径の差や空転・滑走といった条件で若干の差異を示すが、概ね車両速度（を各電動機の回転速度に換算したもの）に一致している。
【０１３１】
よって、他の電気車の駆動制御装置で推定された速度に比べて大きな差異がある場合には、速度推定値の異常であると判定できる。
【０１３２】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
一般に、電気車の１両には４つの誘導電動機が備えられており、各誘導電動機を１台のＶＶＶＦインバータで駆動制御する個別制御方式という駆動方式がある。この個別駆動方式の場合、各々の誘導電動機を駆動する４つの駆動制御装置を合わせて、１つの制御ユニットとして構成することが通例である。
【０１３４】
よって、これら４つの駆動制御装置内で、各々の速度推定値をやりとりすることは、特別なハードやソフトを付加することなく、容易に実現することが可能である。
【０１３５】
なお、本実施の形態では、個々の電気車の駆動制御装置が自身の速度推定異常を判定するようにしているが、速度異常検出部１０は、複数の電気車の駆動制御装置で共有し、いずれかの電気車の駆動制御装置が速度推定異常であることを判定するように構成してもよい。
【０１３６】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０１３７】
（第３の実施の形態）
図３は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１３８】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図３に示すように、前記図１に、インピーダンス演算部１２と、インピーダンス基準演算部１３とを付加した構成としている。
【０１３９】
インピーダンス演算部１２は、誘導電動機２のインピーダンスを逐次演算する。
【０１４０】
インピーダンス基準演算部１３は、速度推定値が正常に収束している健全状態での誘導電動機２のインピーダンス基準を演算する。
【０１４１】
速度異常検出部１０は、インピーダンス演算部１２により演算された誘導電動機２のインピーダンスと、インピーダンス基準演算部１３により演算された誘導電動機２のインピーダンス基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０１４２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０１４３】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１４４】
図３において、インピーダンス演算部１２には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefとが入力され、誘導電動機２のインピーダンスＺが算出される。
【０１４５】
相電流Ｉu、Ｉwに基づき、ｄｑ軸電流値Ｉd,Ｉqは、前記（２）式で演算される。
【０１４６】
ｄｑ軸座標系上の電流ベクトルの大きさＩ1は、次式で演算される。
【０１４７】
【数１３】
【０１４８】
同様に、ｄｑ軸座標系上の電圧指令ベクトルの大きさＶ1Refは、次式で演算される。
【０１４９】
【数１４】
【０１５０】
誘導電動機２のインピーダンスは、ｄｑ軸座標系上の電流ベクトルの大きさＩ1と電圧指令ベクトルの大きさＶ1Refとから、次式で算出される。
【０１５１】
【数１５】
【０１５２】
インピーダンス基準演算部１３には、速度推定値ωRhが入力される。
【０１５３】
インピーダンス基準値Ｚ*は、速度推定値ωRhが正常に収束している健全状態での誘導電動機２のインピーダンスを表わすものとして、あらかじめ関数化しておくことが望ましい。
【０１５４】
【数１６】
【０１５５】
速度異常検出部１０には、演算されたインピーダンスＺとインピーダンス基準Ｚ*とが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０１５６】
一例として、インピーダンス基準Ｚ*に対するインピーダンスＺの比率を演算し、この比率が下限値αと上限βとの間に無い場合には、速度推定値異常と判定される。
【０１５７】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０１５８】
【数１７】
【０１５９】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０１６０】
速度推定値が真値近傍に収束している健全状態での誘導電動機２のインピーダンスは、出力トルクに応じて数倍の変化を示す。
【０１６１】
速度推定値の異常収束の保護検知を精度よく行なう場合、（１６）式に示したインピーダンス基準は、速度推定値のみならず、トルク指令TMRef（あるいはそれに準ずるトルク電流指令IqRefやトルク電流Ｉq）の関数として与えることが望ましい。
【０１６２】
【数１８】
【０１６３】
なお、あらかじめ関数化するのではなく、モータパラメータと各指令値に基づき、インピーダンス基準Ｚ*を逐次演算することも可能である。
【０１６４】
以上の作用により、逐次演算される誘導電動機２のインピーダンスを、健全時のインピーダンスであるインピーダンス基準と比較し、その誤差率が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０１６５】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価である。
【０１６６】
誘導電動機２のインピーダンスは、１次周波数とロータ周波数とが一致している状態で極大となる。このため、すべりが過大である状態では、インピーダンスが低下する。
【０１６７】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０１６８】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１６９】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０１７０】
（第４の実施の形態）
図４は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１７１】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図４に示すように、前記図１に、有効電力演算部１４と、有効電力基準演算部１５とを付加した構成としている。
【０１７２】
有効電力演算部１４は、誘導電動機２の有効電力を逐次演算する。
【０１７３】
有効電力基準演算部１５は、速度推定値が正常に収束している健全状態での誘導電動機２の有効電力基準を演算する。
【０１７４】
速度異常検出部１０は、有効電力演算部１４により演算された誘導電動機２の有効電力と、有効電力基準演算部１５により演算された誘導電動機２の有効電力基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０１７５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０１７６】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１７７】
図４において、有効電力演算部１４には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefとが入力され、ＶＶＶＦインバータ１から出力される有効電力Ｐが算出される。
【０１７８】
相電流Ｉu、Ｉwに基づき、ｄｑ軸電流値Ｉd,Ｉqは、前記（２）式により演算される。
【０１７９】
有効電力Ｐは、次式により演算される。
【０１８０】
【数１９】
【０１８１】
有効電力基準演算部１５には、ＶＶＶＦインバータ１の1次周波数ω1が入力される。
【０１８２】
誘導電動機２のモータ定数を用いて、ｄｑ軸電圧基準Ｖd*、Ｖq*が、次式により算出される。
【０１８３】
【数２０】
【０１８４】
ここに、Ｒ1：1次抵抗、Ｌ1：1次側自己インダクタンス、σ：漏れ係数（＝１−Ｍ×Ｍ／Ｌ1／Ｌ2）、だだし、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次側自己インダクタンスである。
【０１８５】
有効電力基準Ｐ*は、次式により演算される。
【０１８６】
【数２１】
【０１８７】
なお、有効電力基準Ｐ*は、上記（２１）式により逐次演算するのでなく、あらかじめ１次周波数ω1とトルク指令TMRef（あるいはそれに準ずるトルク電流指令IqRefやトルク電流）の関数として、次式により定義するようにしておいてもよい。
【０１８８】
【数２２】
【０１８９】
速度異常検出部１０には、演算された有効電力Ｐと有効電力基準Ｐ*とが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０１９０】
一例として、有効電力基準Ｐ*と有効電力Ｐとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０１９１】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０１９２】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０１９３】
【数２３】
【０１９４】
以上の作用により、逐次演算される誘導電動機２の有効電力を、健全状態を想定した有効電力基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０１９５】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であるが、この場合、主磁束が低下した状態となる。このため、所望なトルクが出力されず、有効電力の低下となって現われる。
【０１９６】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０１９７】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１９８】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０１９９】
（第５の実施の形態）
図５は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２００】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図５に示すように、前記図１に、トルク演算部１６を付加した構成としている。
【０２０１】
トルク演算部１６は、誘導電動機２の出力トルクを逐次演算する。
【０２０２】
速度異常検出部１０は、トルク演算部１６により演算された誘導電動機２の出力トルクとトルク指令とに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０２０３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０２０４】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２０５】
図５において、トルク演算部１６には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefとが入力される。
【０２０６】
誘導電動機２の入力端子における有効電力Ｐは、前記（１９）式により演算される。
【０２０７】
誘導電動機２の機械出力ＰＭは、１次抵抗Ｒ1と２次抵抗Ｒ2で消費される電力を差し引くことで、その概算を求めることができる。
【０２０８】
速度推定値が真の回転速度と一致する場合には、次式により算出することができる。
【０２０９】
【数２４】
【０２１０】
誘導電動機２の出力トルクの推定値ＴＭhは、速度推定値ωRhを用いて、次式により演算される。
【０２１１】
【数２５】
【０２１２】
ただし、ｐ：極対数を表わす。
【０２１３】
速度異常検出部１０には、演算された推定トルクＴＭhとトルク指令TMRefとが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０２１４】
一例として、トルク指令TMRefと推定トルクＴＭhとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０２１５】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０２１６】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０２１７】
【数２６】
【０２１８】
以上の作用により、逐次演算される推定トルクを、トルク指令と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０２１９】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した状態である。このため、所望なトルクが出力されない。
【０２２０】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０２２１】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２２２】
なお、本実施の形態では、トルクを推定するようにしているが、トルクメータを誘導電動機２に備えて、このトルクメータで検出された値に基づいて、速度推定値の異常を判定するようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０２２３】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０２２４】
（第６の実施の形態）
図６は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２２５】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図６に示すように、前記図１に、ＦＬ電流基準演算部１７と、電流検出器１８とを付加した構成としている。
【０２２６】
電流検出器１８は、前記ＶＶＶＦインバータ１への直流入力側の電流値、すなわちフィルタリアクトル６の電流値を検出する。
【０２２７】
ＦＬ電流基準演算部１７は、定常的なフィルタリアクトル６の電流基準を演算する。
【０２２８】
速度異常検出部１０は、電流検出器１８により検出された電流値と、ＦＬ電流基準演算部１７により演算されたフィルタリアクトル電流基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０２２９】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０２３０】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２３１】
図６において、フィルタリアクトル６を流れる電流を検出する電流検出器１８が設けられる。
【０２３２】
ＦＬ電流基準演算部１７には、ＶＶＶＦインバータ１の1次周波数ω1が入力される。
【０２３３】
例えば、定常的なフィルタリアクトル６の電流基準ＩＬ*は、前記（２１）式の有効電力基準Ｐ*と直流電圧Ｖdcとを用いて、次式により演算される。
【０２３４】
【数２７】
【０２３５】
速度異常検出部１０には、フィルタリアクトル６電流基準ＩL*と検出されたフィルタリアクトル６電流ＩLとが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０２３６】
一例として、フィルタリアクトル６電流基準ＩL*とフィルタリアクトル６電流ＩLとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０２３７】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０２３８】
【数２８】
【０２３９】
以上の作用により、検出されたフィルタリアクトル電流ＩLを、健全状態を想定したフィルタリアクトル電流基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０２４０】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した状態である。このため、所望なトルクが出力されず、有効電力の低下、すなわちＶＶＶＦインバータ１への直流入力電流の低下として現われる。
【０２４１】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０２４２】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２４３】
なお、本実施の形態では、フィルタコンデンサ３より架線側のフィルタリアクトル６の電流を検出するようにしているが、フィルタコンデンサ３からＶＶＶＦインバータ１への入力直流電流を検出するようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０２４４】
すなわち、交流電気車への適用を図る上では、ＶＶＶＦインバータ１への入力直流電流を直接検出する構成が極めて有効である。
【０２４５】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０２４６】
（第７の実施の形態）
図７は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２４７】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図７に示すように、前記図１に、誘起電圧演算部２０と、誘起電圧基準演算部２１とを付加した構成としている。
【０２４８】
誘起電圧演算部２０は、誘導電動機２の誘起電圧を演算する。
【０２４９】
誘起電圧基準演算部２１は、速度推定値が正常に収束している健全状態での誘導電動機２の誘起電圧基準を演算する。
【０２５０】
速度異常検出部１０は、誘起電圧演算部２０により演算された誘導電動機２の誘起電圧と、誘起電圧基準演算部２１により演算された誘導電動機２の誘起電圧基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０２５１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０２５２】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２５３】
図７において、誘起電圧演算部２０では、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef, VqRefとが入力され、ｄｑ軸座標系上の誘起電圧Ｅd,Ｅqが、前記（８）式により演算される。
【０２５４】
誘起電圧の大きさＥは、次式により算出される。
【０２５５】
【数２９】
【０２５６】
誘起電圧基準演算部２１では、ＶＶＶＦインバータ１の周波数ω1に基づき、次式のようにして誘起電圧基準Ｅ*が演算される。
【０２５７】
【数３０】
【０２５８】
速度異常検出部１０には、演算された誘起電圧の大きさＥと誘起電圧基準Ｅ*とが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０２５９】
一例として、誘起電圧の大きさＥと誘起電圧基準Ｅ*との偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０２６０】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０２６１】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０２６２】
【数３１】
【０２６３】
以上の作用により、逐次演算される誘起電圧の大きさを、健全状態を想定した誘起電圧基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０２６４】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した状態である。このため、健全状態で生じる誘起電圧基準に比べて、小さい誘起電圧しか生じない。
【０２６５】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０２６６】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２６７】
なお、本実施の形態では、誘導電動機２の誘起電圧の大きさをその基準と比較するようにしているが、誘導電動機２の誘起電圧は、健全状態でｑ軸方向にしか生じないため、前記（８）式により演算されたｑ軸誘起電圧Ｅqと誘起電圧基準Ｅ*とを比較して、速度推定値の異常を判定するようにしてもよい。
【０２６８】
また、誘導電動機２の誘起電圧でなく、ＶＶＶＦインバータ１の出力電圧の大きさやｑ軸電圧に基づいて、速度推定値の異常を判定するようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０２６９】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０２７０】
（第８の実施の形態）
図８は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２７１】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図８に示すように、前記図１に、磁束演算部２３を付加した構成としている。
【０２７２】
磁束演算部２３は、誘導電動機２の磁束量を演算する。
【０２７３】
速度異常検出部１０は、磁束演算部２３により演算された誘導電動機２の磁束量と磁束指令とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０２７４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０２７５】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２７６】
図８において、磁束演算部２３には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefとが入力され、誘導電動機２の主磁束が演算される。
【０２７７】
すなわち、まず、相電流Ｉu,Ｉwに基づいて、ａｂ軸静止座標系上での電流値Ｉa,Ｉbが演算される。
【０２７８】
【数３２】
【０２７９】
ａｂ軸静止座標系上での電圧指令ＶaRef、ＶbRefは、次式により演算される。
【０２８０】
【数３３】
【０２８１】
ａｂ軸静止座標系上での２次磁束量φ2a,φ2bは、次式により推定演算される。
【０２８２】
【数３４】
【０２８３】
ただし、ｐ（）：微分演算子である。
【０２８４】
ａｂ軸２次磁束φ2a、φ2bは、次式により、ｄｑ軸座標系上の２次磁束φ2d,φ2qに変換される。
【０２８５】
【数３５】
【０２８６】
２次磁束の大きさφ2は、次式により演算される。
【０２８７】
【数３６】
【０２８８】
速度異常検出部１０には、演算された２次磁束の大きさφ2と２次磁束指令φ2Refとが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０２８９】
一例として、２次磁束の大きさφ2と２次磁束指令φ2Refとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０２９０】
この速度推定異常は、フラグFEDとして出力される。
【０２９１】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０２９２】
【数３７】
【０２９３】
以上の作用により、逐次演算される２次磁束の大きさを、２次磁束指令と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０２９４】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、２次磁束が低下した状態である。
【０２９５】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０２９６】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２９７】
なお、本実施の形態では、２次磁束の大きさをその基準と比較するようにしているが、２次磁束は、健全状態でｄ軸方向にしか生じないため、前記（３５）式により演算されたｄ軸２次磁束φ2dと２次磁束指令φ2Refとを比較して、速度推定値の異常を判定するようにしてもよい。
【０２９８】
また、誘導電動機２の主磁束として、２次磁束に基づく構成を示しているが、１次磁束やギャップ磁束に基づく構成とするようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０２９９】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０３００】
（第９の実施の形態）
図９は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０３０１】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図９に示すように、前記図１に、１次インダクタンス演算部２４を付加した構成としている。
【０３０２】
１次インダクタンス演算部２４は、誘導電動機２の１次インダクタンスを演算する。
【０３０３】
速度異常検出部１０は、１次インダクタンス演算部２４により演算された誘導電動機２の１次インダクタンスと１次インダクタンス基準とに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０３０４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０３０５】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０３０６】
図９において、誘導電動機２をベクトル制御で駆動した場合、定常状態において、ｑ軸電圧Ｖｑは、次式により表わされる。
【０３０７】
【数３８】
【０３０８】
１次インダクタンス演算部２４では、上記（３８）式の関係に基づき、次式のように、１次インダクタンスＬ1が推定演算される。
【０３０９】
ただし、ｄｑ軸電流Ｉd,Ｉqは、前記（２）式により求める。
【０３１０】
【数３９】
【０３１１】
速度異常検出部１０には、演算された１次インダクタンスＬ1と１次インダクタンス基準Ｌ1*とが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０３１２】
一例として、１次インダクタンスＬ1とその基準Ｌ1*との偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０３１３】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０３１４】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０３１５】
【数４０】
【０３１６】
以上の作用により、逐次演算される1次インダクタンスを、１次インダクタンス基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０３１７】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、２次磁束が低下した状態である。この場合、ｑ軸誘起電圧が低下するため、ｑ軸電圧自体が小さくなる。この結果、前記（３９）式により演算される1次インダクタンスは、正確な値を推定することができない。
【０３１８】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０３１９】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０３２０】
なお、本実施の形態では、1次インダクタンスを推定する構成を示しているが、ギャップ磁束や2次磁束を推定する構成とするようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０３２１】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０３２２】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０３２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、速度検出器を用いずにＶＶＶＦインバータにより電動機を駆動する電気車の駆動制御方法および制御装置において、速度推定値が異常な値に収束した場合に、保護動作によりＶＶＶＦインバータを停止させるようにしているので、速度推定値が異常な値に収束した場合に、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制することで所定の車両加速性能を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気車の駆動制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明による電気車の駆動制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図３】本発明による電気車の駆動制御装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図４】本発明による電気車の駆動制御装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図５】本発明による電気車の駆動制御装置の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図６】本発明による電気車の駆動制御装置の第６の実施の形態を示すブロック図。
【図７】本発明による電気車の駆動制御装置の第７の実施の形態を示すブロック図。
【図８】本発明による電気車の駆動制御装置の第８の実施の形態を示すブロック図。
【図９】本発明による電気車の駆動制御装置の第９の実施の形態を示すブロック図。
【図１０】従来の速度検出器を備えた電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図。
【図１１】各座標系の関係を示す図。
【符号の説明】
１…ＶＶＶＦインバータ
２…誘導電動機
３…フィルタコンデンサ
４…パンタグラフ
５…車輪
６…フィルタリアクトル
７…ＰＷＭ制御部
８…ベクトル制御部
９…速度推定部
１０…速度異常検出部
１１…アンド回路
１２…インピーダンス演算部
１３…インピーダンス基準演算部
１４…有効電力演算部
１５…有効電力基準演算部
１６…トルク演算部
１７…ＦＬ電流基準演算部
１８…電流検出器
１９…電流検出器
２０…誘起電圧演算部
２１…誘起電圧基準演算部
２２…速度検出器
２３…磁束演算部
２４…1次インダクタンス演算部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度検出器を用いずに可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータと称する）により電動機を駆動する電気車の駆動制御方法および制御装置に係り、特に過電流や温度上昇、車両推力の低下を抑制できるようにした電気車の駆動制御方法および制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気車の駆動制御装置は、電気車用の電動機の回転速度を検出する速度検出器が備えられ、当該速度検出器により検出された速度に基づいて制御が行なわれている。
【０００３】
図１０は、この種の従来の速度検出器を備えた電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図である。
【０００４】
なお、図１０は、直流電気車における制御装置の構成例を示している。
【０００５】
図１０において、直流の架線から、パンタグラフ４で集電される。
【０００６】
パンタグラフ４には、入力フィルタ回路として、フィルタリアクトル６およびフィルタコンデンサ３が接続されている。
【０００７】
フィルタコンデンサ３には、３相のＶＶＶＦインバータ１の直流側が接続されており、またＶＶＶＦインバータ１の交流側には、電気車用の誘導電動機２が接続されて駆動される。
【０００８】
さらに、ＶＶＶＦインバータ１と誘導電動機２との間には、誘導電動機２に流れる電流を検出する電流検出器１９が設けられている。
【０００９】
一方、ＶＶＶＦインバータ１は、ＰＷＭ制御部７、およびベクトル制御部８により制御される。
【００１０】
なお、ベクトル制御に関しては、周知の技術ではあるが、以下に簡単にその概要について説明する。
【００１１】
図１１は、本例にて用いる各座標系の関係を示す図である。
【００１２】
なお、図１１は、ＵＶＷ相静止座標系、ａｂ軸静止座標系、ｄｑ軸回転座標系と出力電圧の関係を示している。
【００１３】
図１１において、静止座標系ａ軸から回転座標系ｄ軸までの位相角がθdqであり、静止座標系ａ軸から出力電圧までの位相角がθである。
【００１４】
ベクトル制御の目標とする動作点は、ｄ軸と２次磁束が一致する状態である。
【００１５】
ベクトル制御部８への入力であるトルク指令TMRefに基づいて、ｄ軸（励磁）電流指令IdRefとｑ軸（トルク）電流指令IqRefとが算出される。
【００１６】
【数１】
ここに、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ2：２次側自己インダクタンス、ｐ：極対数、φ2Ref：２次磁束指令である。
【００１８】
誘導電動機２のＵ相電流ＩuとＷ相電流Ｉwは、電流検出器１９によりそれぞれ検出されて、ベクトル制御部８に入力される。
【００１９】
後述するａ軸からｄ軸までの位相角θdqに基づいて、ｄ軸（励磁）電流Ｉdとｑ軸（トルク）電流Ｉqとが分離生成される。
【００２０】
【数２】
ｄ軸電流指令IdRefとｄ軸電流Ｉdとが一致するように、ＰＩ制御器により、ｄ軸電圧指令VdRefが補正される。
【００２２】
ｑ軸電流指令IqRefとｑ軸電流Ｉqとが一致するように、ＰＩ制御器により、ｑ軸電圧指令VqRefが補正される。
【００２３】
（３）式の右辺第２項は、誘導電動機２の誘起電圧を補償するフィードフォワード項である。
【００２４】
【数３】
ここに、Ｌ1：１次側自己インダクタンス、σ：漏れ係数（＝１−Ｍ・Ｍ／Ｌ1／Ｌ2）、Ｋp：比例ゲイン、Ki：積分ゲインである。
【００２６】
ｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefは、３相電圧指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefへと変換されて、ベクトル制御部８から出力される。
【００２７】
【数４】
ＰＷＭ制御部７では、３相電圧指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefを入力とし、ＶＶＶＦインバータ１内のスイッチング素子へのゲート指令が生成出力される。
【００２９】
このＰＷＭ制御は周知の技術であるので、個々ではその詳細な説明については省略する。
【００３０】
ＰＷＭ制御部７には、運転指令ＧsTが入力される。
【００３１】
ＧsT＝１である場合には、３相電圧指令に応じて然るべきゲート指令が出力される。
【００３２】
ＧsT＝０である場合には、全ゲート指令をオフとし、スイッチング素子が閉とされる。
【００３３】
誘導電動機２には、速度検出器２２が備えられ、ロータ回転速度Ｆrが検出される。
【００３４】
すべり周波数基準ωs*は、ｄ軸（励磁）電流指令IdRefとｑ軸（トルク）電流指令IqRefとに基づいて算出される。
【００３５】
【数５】
ここに、Ｒ2：2次抵抗、Ｌ2：2次側自己インダクタンスである。
【００３７】
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１は、次式で演算される。
【００３８】
【数６】
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１を積分することで、静止座標系のａ軸から回転座標系のｄ軸までの位相角θdqが算出される。
【００４０】
【数７】
以上は、すべり周波数形ベクトル制御の一例であり、良好な過渡応答と高精度な定常特性を得ることができる。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような従来の電気車の駆動制御装置においては、速度検出器２２は、誘導電動機２の回転軸上に備えられている。
【００４３】
従って、この速度検出器２２の存在が、誘導電動機２の大きさに制約を与えるため、大出力な誘導電動機２を備えることが困難である。
【００４４】
また、速度検出器２２の信号線が、主回路線と共に機器内を引き回されることで、ノイズ等の重畳に起因する検出速度の擾乱が生じ、出力トルクに悪影響を及ぼす。
【００４５】
さらに、車両の保守検修時にも、信号線の取り扱いが作業効率を低下させる等の課題がある。
【００４６】
一方、これに対して、速度検出器により検出された速度を用いずに、速度を推定する電気車の駆動制御装置の出現が望まれている。
【００４７】
しかしながら、このような速度を推定する電気車の駆動制御装置においては、推定された速度が真の速度とほぼ一致することが不可欠である。そして、この推定された速度値が真値より大きく異なる値に収束している場合には、すべり周波数が過大となり、主磁束量の低下が生じる。
【００４８】
また、制御方式にもよるが、主磁束量が所定の値よりも低下した状態で動作継続を行なう場合には、過電流やそれに伴なう温度上昇等が生じることがある。
【００４９】
さらに、誘導電動機の出力トルクが低下して、車両の加減速度が減少することもある。
【００５０】
そして、仮に、そのような状態を放置する場合、目標とする動作点へ引き込まれることもあるが、この場合、過渡的に大きなトルク変動が生じて乗り心地が劣化する等、電気車の駆動制御装置としては望ましいものではない。
【００５１】
本発明の目的は、速度検出器を用いずにＶＶＶＦインバータにより電動機を駆動する電気車の駆動制御方法および駆動制御装置において、速度推定値が異常な値に収束した場合に、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制することで所定の車両加速性能を確保することが可能な電気車の駆動制御方法および制御装置を提供することにある。
【００５２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明では、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動される電気車用の電動機とから主回路を構成し、ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令とＶＶＶＦインバータの出力電流とから電動機の回転速度を推定して速度推定値を得、当該速度推定値に基づいてＶＶＶＦインバータを制御することにより、電動機の駆動制御を行なう電気車の駆動制御方法において、速度推定値が異常な値に収束した場合には、保護動作によりＶＶＶＦインバータを停止させるようにしている。
【００５３】
従って、請求項１に対応する発明の電気車の駆動制御方法においては、速度推定値が異常な値に収束した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００５４】
また、請求項２に対応する発明では、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動される電気車用の電動機とから主回路を構成し、ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令とＶＶＶＦインバータの出力電流とから電動機の回転速度を推定して速度推定値を得る速度推定手段を備え、速度推定手段により得られた速度推定値に基づいてＶＶＶＦインバータを制御することにより、電動機の駆動制御を行なう電気車の駆動制御装置において、速度推定手段により得られた速度推定値が異常な値に収束したことを検出する速度異常検出手段と、速度異常検出手段により速度推定値が異常な値に収束していると判定された場合に、ＶＶＶＦインバータを停止させる保護手段とを備えている。
【００５５】
従って、請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、速度推定値が異常な値に収束していることを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００５６】
一方、請求項３に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電気車の一編成中に有する外部の速度情報に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段を備えている。
【００５７】
従って、請求項３に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、電気車の駆動制御装置のために備える速度検出器でなく、その他の電気車制御に必要であり、そのために備える速度情報を取り込んで速度推定値と比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
さらに、電気車編成中に存在する速度検出器の速度情報と比較することにより、異常検出精度が向上し、システムの信頼性を向上することができる。
【００５８】
また、請求項４に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電気車以外の他の電気車の駆動制御装置により得られた速度推定値に基づいて、当該速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段を備えている。
【００５９】
従って、請求項４に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、他の１つ以上の電気車の駆動制御装置と速度推定値を比較することで、自身で推定した速度値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
この場合、通常、同一の制御ユニット内部での実現が可能であり、特別なハードやソフトを付加することなく、容易に実現することができる。
【００６０】
さらに、請求項５に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機のインピーダンスを逐次演算するインピーダンス演算手段と、インピーダンス演算手段により演算された電動機のインピーダンスに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６１】
従って、請求項５に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機のインピーダンスを、健全時のインピーダンスである電動機のインピーダンス基準と比較し、その誤差率が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００６２】
一方、請求項６に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の有効電力を逐次演算する有効電力演算手段と、有効電力演算手段により演算された電動機の有効電力に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６３】
従って、請求項６に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の有効電力を、健全状態を想定した電動機の有効電力基準と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００６４】
また、請求項７に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の出力トルクを逐次演算するトルク演算手段と、トルク演算手段により演算された電動機の出力トルクに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６５】
従って、請求項７に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の出力トルクをトルク指令と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００６６】
さらに、請求項８に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、ＶＶＶＦインバータへの直流入力側の電流値を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された電流値に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６７】
従って、請求項８に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、検出されたＶＶＶＦインバータへの直流入力側の電流値を、健全状態を想定した電流基準値と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００６８】
一方、請求項９に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段と、誘起電圧演算手段により演算された電動機の誘起電圧に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００６９】
従って、請求項９に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の誘起電圧の大きさを、健全状態を想定した電動機の誘起電圧基準と比較し、その誤差率が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００７０】
また、請求項１０に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の磁束量を演算する磁束演算手段と、磁束演算手段により演算された電動機の磁束量に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００７１】
従って、請求項１０に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される２電動機の次磁束の大きさを２次磁束指令と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００７２】
さらに、請求項１１に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車の駆動制御装置において、速度異常検出手段としては、電動機の１次インダクタンスを演算する１次インダクタンス演算手段と、１次インダクタンス演算手段により演算された電動機の１次インダクタンスに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段とを備えている。
【００７３】
従って、請求項１１に対応する発明の電気車の駆動制御装置においては、逐次演算される電動機の１次インダクタンスの大きさを１次インダクタンス基準と比較し、その誤差が大きい場合に、速度推定値が異常な値に収束したことを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータを停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することができる。
【００７４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００７５】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１０と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７６】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図１に示すように、前記図１０に、速度推定部９と、速度異常検出部１０と、保護手段であるアンド回路１１とを付加した構成としている。
【００７７】
速度推定部９は、前記ＶＶＶＦインバータ１の出力電圧指令と、前記電流検出器１９により検出されるＶＶＶＦインバータ１の出力電流とから、前記誘導電動機２の回転速度を推定して速度推定値を得る。
【００７８】
速度異常検出部１０は、速度推定部９により得られた速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【００７９】
この速度異常検出部１０は、電気車の一編成中に有する外部の速度情報に基づいて、上記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【００８０】
アンド回路１１は、速度異常検出部１０により速度推定値が異常な値に収束していると判定された場合に、ＶＶＶＦインバータ１を停止させる。
【００８１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【００８２】
なお、本実施の形態にて用いる座標系は、前記図１１にて説明した従来技術と同一である。
【００８３】
図１において、ベクトル制御部８では、トルク指令TMRefに基づき、ｄ軸（励磁）電流指令IdRef、ｑ軸（トルク）電流指令IqRef、ｄ軸（励磁）電流Ｉd、ｑ軸（トルク）電流Ｉq、ｄ軸電圧指令VdRef、ｑ軸電圧指令VqRef、３相電圧指令ＶuRef,ＶvRef,ＶwRefを演算する。
【００８４】
速度推定部９では、インバータ出力周波数ω１の演算、およびロータ速度の推定を行なう。
【００８５】
この速度推定部９で、誘導電動機２のロータ速度を推定する方式としては、各種の方式があるが、一例として、ここでは誘起電圧に基づく方式について説明する。
【００８６】
すなわち、誘導電動機２のＵ相電流ＩuとＷ相電流Ｉwは、電流検出器１９によりそれぞれ検出され、前記（２）式により、ｄ軸（励磁）電流Ｉdとｑ軸（トルク）電流Ｉqとが演算される。
【００８７】
ｄ軸電流Ｉdとｑ軸電流Ｉqと、ベクトル制御部８からの出力であるｄ軸電圧指令VdRefとｑ軸電圧指令VqRefに基づき、ｄ軸誘起電圧Ｅdとｑ軸誘起電圧Ｅqが算出される。
【００８８】
【数８】
ベクトル制御の目標動作点は、ｄ軸と２次磁束が一致する状態であり、この時、ｄ軸誘起電圧Ｅdは零となる。
【００９０】
よって、ｄ軸誘起電圧が零でないことは、ｄ軸と２次磁束が一致していない軸ずれ状態を表わしている。
【００９１】
ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ω１は、次式で決定される。
【００９２】
右辺第１項は基準項であり、右辺第２項は軸ずれ補正項である。
【００９３】
【数９】
誘導電動機２のロータ速度の推定値ωRhは、次式で演算される。
【００９５】
ただし、すべり周波数基準ωs*は、前記（５）式で演算される。
【００９６】
【数１０】
速度異常検出部１０では、本電気車の駆動制御装置以外の機器に必要とされる外部の速度信号を速度基準ωR*として入力し、これを速度推定値ωRhと比較することで、速度推定値ωRhが異常な値に収束していることを検出する。
【００９８】
一例として、速度基準ωR*と速度推定値ωRhとの偏差の絶対値が所定値αを超過した場合には、速度推定異常と判定する。
【００９９】
この速度推定異常は、フラグFEDとして出力される。
【０１００】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０１０１】
【数１１】
異常判定をした場合（FED=0）には、保護動作となる。
【０１０３】
すなわち、アンド回路１１への入力FED＝0となり、ゲート指令ＧsＴ=0となる。
【０１０４】
すると、ＰＷＭ制御部７の作用により、ＶＶＶＦインバータ１の全スイッチング素子へのゲートがオフとなる。
【０１０５】
以上の作用により、以下のような効果を得ることができる。
【０１０６】
すなわち、推定した速度に基づいてＶＶＶＦインバータ１の周波数を調整する本実施の形態の構成では、推定した速度が異常な値に収束する可能性がある。
【０１０７】
この場合、本来与えるべきすべり周波数に比べて、過大なすべり周波数を与えることとなり、トルクの低下や過電流、温度上昇等の問題が生じる。
【０１０８】
仮に、その状態を放置する場合には、前記（９）式の軸ずれ補償項の作用により、目標とする動作点へ引き込まれる場合もあるが、この場合、過渡的に大きな推力変動が生じて乗り心地が劣化する等、電気車の駆動制御装置としては望ましくない。
【０１０９】
この点、本実施の形態の構成では、外部の速度信号を速度基準として取り込み、速度推定値と比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることを判定することができる。
【０１１０】
異常な収束を示した場合には、ＶＶＶＦインバータ１を保護動作により停止させることで、トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能である。
【０１１１】
速度情報として、精度のよいものは特に必要とされない。
【０１１２】
電気車編成中に存在する速度検出器の速度信号と比較するため、異常検知精度が向上し、システムの信頼性を向上することができる。
【０１１３】
なお、本実施の形態で挙げる外部の速度情報とは、本来、電気車の駆動制御装置に使用する目的ではなく、他の機器で必要とされるために備わる速度情報の全てを含むものである。
【０１１４】
すなわち、例えばブレーキ制御器、運転台の速度メータやモニタ機器、閉じめ保安装置のために備えられる速度検出器、あるいは自動列車制御装置ＡＴＣ、自動列車停止装置ＡＴＳ、自動列車運転装置ＡＴＯ、速度段リレー回路等から得られる速度情報等により構成することが可能である。
【０１１５】
また、本実施の形態では、誘導電動機の駆動制御装置を例として示しているが、同様に、他の電動機に適用した場合も同様の作用効果を得ることができる。
【０１１６】
ここで、他の電動機としては、例えば永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）、永久磁石リラクタンス電動機（ＰＲＭ）、シンクロナスリラクタンス電動機（ＳｙＲＭ）等がある。
【０１１７】
なお、速度異常を検出して、保護動作によりゲートを停止した場合、電気的な推力は得られないこともある。すなわち、力行中の場合、加速しない。ブレーキ中では、電気ブレーキが出力されない分、機械的ブレーキが動作し、所定の減速度は確保されるが、エネルギー効率やブレーキシューの磨耗等の点より望ましいものとは言い難い。
【０１１８】
そこで、保護動作によりゲートを停止した場合、再度、ＶＶＶＦインバータ１の再起動を行なう方が望ましい場合も多い。
【０１１９】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置では、速度推定値が異常な値に収束していることを判定し、異常な収束を示した場合に、保護動作によってＶＶＶＦインバータ１を停止させることにより、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０１２０】
（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略要部構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１２１】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図２に示すように、前記図１における速度異常検出部１０として、本電気車以外の他の電気車の駆動制御装置により得られた速度推定値に基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する構成としている。
【０１２２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０１２３】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１２４】
図２において、速度異常検出部１０には、速度推定部９で推定された誘導電動機２の回転速度ωRhが入力される。
【０１２５】
また、同一電車内の他の電気車の駆動制御装置から同様に推定される別の誘導電動機の速度推定値ωRh2、ωRh3、ωRh4が入力される。
【０１２６】
速度異常検出部１０では、４つの速度推定値ωRh、ωRh2、ωRh3、ωRh4に基づき、自身の速度推定値ωRhが異常であるか否かを判定する。
【０１２７】
例えば、４台の平均値を速度基準ωR*として算出する。
【０１２８】
【数１２】
この速度基準ωR*に基づき速度推定値ωRhの収束値の異常を判定する基準は、前記（１１）式と同様である。
【０１３０】
以上の作用により、他の１つ以上の電気車の駆動制御装置と速度推定値を比較することで、自身で推定した速度が、異常な値に収束したことを判定する。各誘導電動機の回転速度は、車輪径の差や空転・滑走といった条件で若干の差異を示すが、概ね車両速度（を各電動機の回転速度に換算したもの）に一致している。
【０１３１】
よって、他の電気車の駆動制御装置で推定された速度に比べて大きな差異がある場合には、速度推定値の異常であると判定できる。
【０１３２】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
一般に、電気車の１両には４つの誘導電動機が備えられており、各誘導電動機を１台のＶＶＶＦインバータで駆動制御する個別制御方式という駆動方式がある。この個別駆動方式の場合、各々の誘導電動機を駆動する４つの駆動制御装置を合わせて、１つの制御ユニットとして構成することが通例である。
【０１３４】
よって、これら４つの駆動制御装置内で、各々の速度推定値をやりとりすることは、特別なハードやソフトを付加することなく、容易に実現することが可能である。
【０１３５】
なお、本実施の形態では、個々の電気車の駆動制御装置が自身の速度推定異常を判定するようにしているが、速度異常検出部１０は、複数の電気車の駆動制御装置で共有し、いずれかの電気車の駆動制御装置が速度推定異常であることを判定するように構成してもよい。
【０１３６】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０１３７】
（第３の実施の形態）
図３は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１３８】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図３に示すように、前記図１に、インピーダンス演算部１２と、インピーダンス基準演算部１３とを付加した構成としている。
【０１３９】
インピーダンス演算部１２は、誘導電動機２のインピーダンスを逐次演算する。
【０１４０】
インピーダンス基準演算部１３は、速度推定値が正常に収束している健全状態での誘導電動機２のインピーダンス基準を演算する。
【０１４１】
速度異常検出部１０は、インピーダンス演算部１２により演算された誘導電動機２のインピーダンスと、インピーダンス基準演算部１３により演算された誘導電動機２のインピーダンス基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０１４２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０１４３】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１４４】
図３において、インピーダンス演算部１２には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefとが入力され、誘導電動機２のインピーダンスＺが算出される。
【０１４５】
相電流Ｉu、Ｉwに基づき、ｄｑ軸電流値Ｉd,Ｉqは、前記（２）式で演算される。
【０１４６】
ｄｑ軸座標系上の電流ベクトルの大きさＩ1は、次式で演算される。
【０１４７】
【数１３】
同様に、ｄｑ軸座標系上の電圧指令ベクトルの大きさＶ1Refは、次式で演算される。
【０１４９】
【数１４】
誘導電動機２のインピーダンスは、ｄｑ軸座標系上の電流ベクトルの大きさＩ1と電圧指令ベクトルの大きさＶ1Refとから、次式で算出される。
【０１５１】
【数１５】
インピーダンス基準演算部１３には、速度推定値ωRhが入力される。
【０１５３】
インピーダンス基準値Ｚ*は、速度推定値ωRhが正常に収束している健全状態での誘導電動機２のインピーダンスを表わすものとして、あらかじめ関数化しておくことが望ましい。
【０１５４】
【数１６】
速度異常検出部１０には、演算されたインピーダンスＺとインピーダンス基準Ｚ*とが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０１５６】
一例として、インピーダンス基準Ｚ*に対するインピーダンスＺの比率を演算し、この比率が下限値αと上限βとの間に無い場合には、速度推定値異常と判定される。
【０１５７】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０１５８】
【数１７】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０１６０】
速度推定値が真値近傍に収束している健全状態での誘導電動機２のインピーダンスは、出力トルクに応じて数倍の変化を示す。
【０１６１】
速度推定値の異常収束の保護検知を精度よく行なう場合、（１６）式に示したインピーダンス基準は、速度推定値のみならず、トルク指令TMRef（あるいはそれに準ずるトルク電流指令IqRefやトルク電流Ｉq）の関数として与えることが望ましい。
【０１６２】
【数１８】
なお、あらかじめ関数化するのではなく、モータパラメータと各指令値に基づき、インピーダンス基準Ｚ*を逐次演算することも可能である。
【０１６４】
以上の作用により、逐次演算される誘導電動機２のインピーダンスを、健全時のインピーダンスであるインピーダンス基準と比較し、その誤差率が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０１６５】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価である。
【０１６６】
誘導電動機２のインピーダンスは、１次周波数とロータ周波数とが一致している状態で極大となる。このため、すべりが過大である状態では、インピーダンスが低下する。
【０１６７】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０１６８】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１６９】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０１７０】
（第４の実施の形態）
図４は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１７１】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図４に示すように、前記図１に、有効電力演算部１４と、有効電力基準演算部１５とを付加した構成としている。
【０１７２】
有効電力演算部１４は、誘導電動機２の有効電力を逐次演算する。
【０１７３】
有効電力基準演算部１５は、速度推定値が正常に収束している健全状態での誘導電動機２の有効電力基準を演算する。
【０１７４】
速度異常検出部１０は、有効電力演算部１４により演算された誘導電動機２の有効電力と、有効電力基準演算部１５により演算された誘導電動機２の有効電力基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０１７５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０１７６】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１７７】
図４において、有効電力演算部１４には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefとが入力され、ＶＶＶＦインバータ１から出力される有効電力Ｐが算出される。
【０１７８】
相電流Ｉu、Ｉwに基づき、ｄｑ軸電流値Ｉd,Ｉqは、前記（２）式により演算される。
【０１７９】
有効電力Ｐは、次式により演算される。
【０１８０】
【数１９】
有効電力基準演算部１５には、ＶＶＶＦインバータ１の1次周波数ω1が入力される。
【０１８２】
誘導電動機２のモータ定数を用いて、ｄｑ軸電圧基準Ｖd*、Ｖq*が、次式により算出される。
【０１８３】
【数２０】
ここに、Ｒ1：1次抵抗、Ｌ1：1次側自己インダクタンス、σ：漏れ係数（＝１−Ｍ×Ｍ／Ｌ1／Ｌ2）、だだし、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次側自己インダクタンスである。
【０１８５】
有効電力基準Ｐ*は、次式により演算される。
【０１８６】
【数２１】
なお、有効電力基準Ｐ*は、上記（２１）式により逐次演算するのでなく、あらかじめ１次周波数ω1とトルク指令TMRef（あるいはそれに準ずるトルク電流指令IqRefやトルク電流）の関数として、次式により定義するようにしておいてもよい。
【０１８８】
【数２２】
速度異常検出部１０には、演算された有効電力Ｐと有効電力基準Ｐ*とが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０１９０】
一例として、有効電力基準Ｐ*と有効電力Ｐとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０１９１】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０１９２】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０１９３】
【数２３】
以上の作用により、逐次演算される誘導電動機２の有効電力を、健全状態を想定した有効電力基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０１９５】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であるが、この場合、主磁束が低下した状態となる。このため、所望なトルクが出力されず、有効電力の低下となって現われる。
【０１９６】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０１９７】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１９８】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０１９９】
（第５の実施の形態）
図５は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２００】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図５に示すように、前記図１に、トルク演算部１６を付加した構成としている。
【０２０１】
トルク演算部１６は、誘導電動機２の出力トルクを逐次演算する。
【０２０２】
速度異常検出部１０は、トルク演算部１６により演算された誘導電動機２の出力トルクとトルク指令とに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０２０３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０２０４】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２０５】
図５において、トルク演算部１６には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefとが入力される。
【０２０６】
誘導電動機２の入力端子における有効電力Ｐは、前記（１９）式により演算される。
【０２０７】
誘導電動機２の機械出力ＰＭは、１次抵抗Ｒ1と２次抵抗Ｒ2で消費される電力を差し引くことで、その概算を求めることができる。
【０２０８】
速度推定値が真の回転速度と一致する場合には、次式により算出することができる。
【０２０９】
【数２４】
誘導電動機２の出力トルクの推定値ＴＭhは、速度推定値ωRhを用いて、次式により演算される。
【０２１１】
【数２５】
ただし、ｐ：極対数を表わす。
【０２１３】
速度異常検出部１０には、演算された推定トルクＴＭhとトルク指令TMRefとが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０２１４】
一例として、トルク指令TMRefと推定トルクＴＭhとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０２１５】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０２１６】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０２１７】
【数２６】
以上の作用により、逐次演算される推定トルクを、トルク指令と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０２１９】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した状態である。このため、所望なトルクが出力されない。
【０２２０】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０２２１】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２２２】
なお、本実施の形態では、トルクを推定するようにしているが、トルクメータを誘導電動機２に備えて、このトルクメータで検出された値に基づいて、速度推定値の異常を判定するようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０２２３】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０２２４】
（第６の実施の形態）
図６は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２２５】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図６に示すように、前記図１に、ＦＬ電流基準演算部１７と、電流検出器１８とを付加した構成としている。
【０２２６】
電流検出器１８は、前記ＶＶＶＦインバータ１への直流入力側の電流値、すなわちフィルタリアクトル６の電流値を検出する。
【０２２７】
ＦＬ電流基準演算部１７は、定常的なフィルタリアクトル６の電流基準を演算する。
【０２２８】
速度異常検出部１０は、電流検出器１８により検出された電流値と、ＦＬ電流基準演算部１７により演算されたフィルタリアクトル電流基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０２２９】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０２３０】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２３１】
図６において、フィルタリアクトル６を流れる電流を検出する電流検出器１８が設けられる。
【０２３２】
ＦＬ電流基準演算部１７には、ＶＶＶＦインバータ１の1次周波数ω1が入力される。
【０２３３】
例えば、定常的なフィルタリアクトル６の電流基準ＩＬ*は、前記（２１）式の有効電力基準Ｐ*と直流電圧Ｖdcとを用いて、次式により演算される。
【０２３４】
【数２７】
速度異常検出部１０には、フィルタリアクトル６電流基準ＩL*と検出されたフィルタリアクトル６電流ＩLとが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０２３６】
一例として、フィルタリアクトル６電流基準ＩL*とフィルタリアクトル６電流ＩLとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０２３７】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０２３８】
【数２８】
以上の作用により、検出されたフィルタリアクトル電流ＩLを、健全状態を想定したフィルタリアクトル電流基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０２４０】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した状態である。このため、所望なトルクが出力されず、有効電力の低下、すなわちＶＶＶＦインバータ１への直流入力電流の低下として現われる。
【０２４１】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０２４２】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２４３】
なお、本実施の形態では、フィルタコンデンサ３より架線側のフィルタリアクトル６の電流を検出するようにしているが、フィルタコンデンサ３からＶＶＶＦインバータ１への入力直流電流を検出するようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０２４４】
すなわち、交流電気車への適用を図る上では、ＶＶＶＦインバータ１への入力直流電流を直接検出する構成が極めて有効である。
【０２４５】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０２４６】
（第７の実施の形態）
図７は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２４７】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図７に示すように、前記図１に、誘起電圧演算部２０と、誘起電圧基準演算部２１とを付加した構成としている。
【０２４８】
誘起電圧演算部２０は、誘導電動機２の誘起電圧を演算する。
【０２４９】
誘起電圧基準演算部２１は、速度推定値が正常に収束している健全状態での誘導電動機２の誘起電圧基準を演算する。
【０２５０】
速度異常検出部１０は、誘起電圧演算部２０により演算された誘導電動機２の誘起電圧と、誘起電圧基準演算部２１により演算された誘導電動機２の誘起電圧基準とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０２５１】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０２５２】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２５３】
図７において、誘起電圧演算部２０では、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef, VqRefとが入力され、ｄｑ軸座標系上の誘起電圧Ｅd,Ｅqが、前記（８）式により演算される。
【０２５４】
誘起電圧の大きさＥは、次式により算出される。
【０２５５】
【数２９】
誘起電圧基準演算部２１では、ＶＶＶＦインバータ１の周波数ω1に基づき、次式のようにして誘起電圧基準Ｅ*が演算される。
【０２５７】
【数３０】
速度異常検出部１０には、演算された誘起電圧の大きさＥと誘起電圧基準Ｅ*とが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０２５９】
一例として、誘起電圧の大きさＥと誘起電圧基準Ｅ*との偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０２６０】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０２６１】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０２６２】
【数３１】
以上の作用により、逐次演算される誘起電圧の大きさを、健全状態を想定した誘起電圧基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０２６４】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、主磁束が低下した状態である。このため、健全状態で生じる誘起電圧基準に比べて、小さい誘起電圧しか生じない。
【０２６５】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０２６６】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２６７】
なお、本実施の形態では、誘導電動機２の誘起電圧の大きさをその基準と比較するようにしているが、誘導電動機２の誘起電圧は、健全状態でｑ軸方向にしか生じないため、前記（８）式により演算されたｑ軸誘起電圧Ｅqと誘起電圧基準Ｅ*とを比較して、速度推定値の異常を判定するようにしてもよい。
【０２６８】
また、誘導電動機２の誘起電圧でなく、ＶＶＶＦインバータ１の出力電圧の大きさやｑ軸電圧に基づいて、速度推定値の異常を判定するようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０２６９】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０２７０】
（第８の実施の形態）
図８は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０２７１】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図８に示すように、前記図１に、磁束演算部２３を付加した構成としている。
【０２７２】
磁束演算部２３は、誘導電動機２の磁束量を演算する。
【０２７３】
速度異常検出部１０は、磁束演算部２３により演算された誘導電動機２の磁束量と磁束指令とに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０２７４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０２７５】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２７６】
図８において、磁束演算部２３には、電流検出器１９により検出された相電流Ｉu,Ｉwと、ベクトル制御部８からの出力であるｄｑ軸電圧指令VdRef,VqRefとが入力され、誘導電動機２の主磁束が演算される。
【０２７７】
すなわち、まず、相電流Ｉu,Ｉwに基づいて、ａｂ軸静止座標系上での電流値Ｉa,Ｉbが演算される。
【０２７８】
【数３２】
ａｂ軸静止座標系上での電圧指令ＶaRef、ＶbRefは、次式により演算される。
【０２８０】
【数３３】
ａｂ軸静止座標系上での２次磁束量φ2a,φ2bは、次式により推定演算される。
【０２８２】
【数３４】
ただし、ｐ（）：微分演算子である。
【０２８４】
ａｂ軸２次磁束φ2a、φ2bは、次式により、ｄｑ軸座標系上の２次磁束φ2d,φ2qに変換される。
【０２８５】
【数３５】
２次磁束の大きさφ2は、次式により演算される。
【０２８７】
【数３６】
速度異常検出部１０には、演算された２次磁束の大きさφ2と２次磁束指令φ2Refとが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０２８９】
一例として、２次磁束の大きさφ2と２次磁束指令φ2Refとの偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０２９０】
この速度推定異常は、フラグFEDとして出力される。
【０２９１】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０２９２】
【数３７】
以上の作用により、逐次演算される２次磁束の大きさを、２次磁束指令と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０２９４】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、２次磁束が低下した状態である。
【０２９５】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０２９６】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２９７】
なお、本実施の形態では、２次磁束の大きさをその基準と比較するようにしているが、２次磁束は、健全状態でｄ軸方向にしか生じないため、前記（３５）式により演算されたｄ軸２次磁束φ2dと２次磁束指令φ2Refとを比較して、速度推定値の異常を判定するようにしてもよい。
【０２９８】
また、誘導電動機２の主磁束として、２次磁束に基づく構成を示しているが、１次磁束やギャップ磁束に基づく構成とするようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０２９９】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０３００】
（第９の実施の形態）
図９は、本実施の形態による電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０３０１】
すなわち、本実施の形態による電気車の駆動制御装置は、図９に示すように、前記図１に、１次インダクタンス演算部２４を付加した構成としている。
【０３０２】
１次インダクタンス演算部２４は、誘導電動機２の１次インダクタンスを演算する。
【０３０３】
速度異常検出部１０は、１次インダクタンス演算部２４により演算された誘導電動機２の１次インダクタンスと１次インダクタンス基準とに基づいて、速度推定値が異常な値に収束したことを検出する。
【０３０４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車の駆動制御装置の作用について説明する。
【０３０５】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０３０６】
図９において、誘導電動機２をベクトル制御で駆動した場合、定常状態において、ｑ軸電圧Ｖｑは、次式により表わされる。
【０３０７】
【数３８】
１次インダクタンス演算部２４では、上記（３８）式の関係に基づき、次式のように、１次インダクタンスＬ1が推定演算される。
【０３０９】
ただし、ｄｑ軸電流Ｉd,Ｉqは、前記（２）式により求める。
【０３１０】
【数３９】
速度異常検出部１０には、演算された１次インダクタンスＬ1と１次インダクタンス基準Ｌ1*とが入力され、双方を比較することで、速度推定値が異常な値に収束していることが検出される。
【０３１２】
一例として、１次インダクタンスＬ1とその基準Ｌ1*との偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定される。
【０３１３】
この速度推定値異常は、フラグFEDとして出力される。
【０３１４】
すなわち、正常と判定した場合には、FED＝１であり、異常と判定した場合には、FED=0とする。
【０３１５】
【数４０】
以上の作用により、逐次演算される1次インダクタンスを、１次インダクタンス基準と比較し、その偏差が大きい場合に、速度推定値異常（FED＝０）と判定する。
【０３１７】
速度推定値が異常であることは、すべりが過大となっていることと等価であり、２次磁束が低下した状態である。この場合、ｑ軸誘起電圧が低下するため、ｑ軸電圧自体が小さくなる。この結果、前記（３９）式により演算される1次インダクタンスは、正確な値を推定することができない。
【０３１８】
よって、上記の作用により、速度推定値が異常な値に収束したことを判定することができる。
【０３１９】
これにより、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０３２０】
なお、本実施の形態では、1次インダクタンスを推定する構成を示しているが、ギャップ磁束や2次磁束を推定する構成とするようにしても、同様の作用効果を得ることができる。
【０３２１】
上述したように、本実施の形態による電気車の駆動制御装置でも、平均トルクの低下や過電流、温度上昇、トルク急変等の問題を回避することが可能となる。
【０３２２】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０３２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、速度検出器を用いずにＶＶＶＦインバータにより電動機を駆動する電気車の駆動制御方法および制御装置において、速度推定値が異常な値に収束した場合に、保護動作によりＶＶＶＦインバータを停止させるようにしているので、速度推定値が異常な値に収束した場合に、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制することで所定の車両加速性能を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気車の駆動制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明による電気車の駆動制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図３】本発明による電気車の駆動制御装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【図４】本発明による電気車の駆動制御装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図５】本発明による電気車の駆動制御装置の第５の実施の形態を示すブロック図。
【図６】本発明による電気車の駆動制御装置の第６の実施の形態を示すブロック図。
【図７】本発明による電気車の駆動制御装置の第７の実施の形態を示すブロック図。
【図８】本発明による電気車の駆動制御装置の第８の実施の形態を示すブロック図。
【図９】本発明による電気車の駆動制御装置の第９の実施の形態を示すブロック図。
【図１０】従来の速度検出器を備えた電気車の駆動制御装置の概略構成例を示すブロック図。
【図１１】各座標系の関係を示す図。
【符号の説明】
１…ＶＶＶＦインバータ
２…誘導電動機
３…フィルタコンデンサ
４…パンタグラフ
５…車輪
６…フィルタリアクトル
７…ＰＷＭ制御部
８…ベクトル制御部
９…速度推定部
１０…速度異常検出部
１１…アンド回路
１２…インピーダンス演算部
１３…インピーダンス基準演算部
１４…有効電力演算部
１５…有効電力基準演算部
１６…トルク演算部
１７…ＦＬ電流基準演算部
１８…電流検出器
１９…電流検出器
２０…誘起電圧演算部
２１…誘起電圧基準演算部
２２…速度検出器
２３…磁束演算部
２４…1次インダクタンス演算部。
Claims (11)
- 直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動される電気車用の電動機とから主回路を構成し、
前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記電動機の回転速度を推定して速度推定値を得、当該速度推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御することにより、前記電動機の駆動制御を行なう電気車の駆動制御方法において、
前記速度推定値が異常な値に収束した場合には、保護動作により前記ＶＶＶＦインバータを停止させるようにしたことを特徴とする電気車の駆動制御方法。 - 直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続されて駆動される電気車用の電動機とから主回路を構成し、
前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記電動機の回転速度を推定して速度推定値を得る速度推定手段を備え、前記速度推定手段により得られた速度推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御することにより、前記電動機の駆動制御を行なう電気車の駆動制御装置において、
前記速度推定手段により得られた速度推定値が異常な値に収束したことを検出する速度異常検出手段と、
前記速度異常検出手段により速度推定値が異常な値に収束していると判定された場合に、前記ＶＶＶＦインバータを停止させる保護手段と、
を備えて成ることを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記電気車の一編成中に有する外部の速度情報に基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記電気車以外の他の電気車の駆動制御装置により得られた速度推定値に基づいて、当該速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記電動機のインピーダンスを逐次演算するインピーダンス演算手段と、
前記インピーダンス演算手段により演算された電動機のインピーダンスに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段と、
を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記電動機の有効電力を逐次演算する有効電力演算手段と、
前記有効電力演算手段により演算された電動機の有効電力に基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段と、
を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記電動機の出力トルクを逐次演算するトルク演算手段と、
前記トルク演算手段により演算された電動機の出力トルクに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段と、
を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記ＶＶＶＦインバータへの直流入力側の電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段と、
を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記電動機の誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段と、
前記誘起電圧演算手段により演算された電動機の誘起電圧に基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段と、
を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記電動機の磁束量を演算する磁束演算手段と、
前記磁束演算手段により演算された電動機の磁束量に基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段と、
を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。 - 前記請求項２に記載の電気車の駆動制御装置において、
前記速度異常検出手段としては、
前記電動機の１次インダクタンスを演算する１次インダクタンス演算手段と、前記１次インダクタンス演算手段により演算された電動機の１次インダクタンスに基づいて、前記速度推定値が異常な値に収束したことを検出する手段と、
を備えたことを特徴とする電気車の駆動制御装置。
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