JP4948183B2 - 誘導機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導機のトルク制御に関するもので、特に、複数台誘導機の一括トルク制御時の脱調状態を回避するものである。

図２は、一従来例を示すブロック図である。１０１、１０２、１０３、１０４は誘導機、２は電流検出器、３は電力変換器、４はトルク制御手段、５は磁束演算器、６は周波数演算器、７はすべり演算器、８は速度演算器、９はすべり周波数演算器である。
図２において、誘導機は４台しか示されていないが、複数台であれば、何台であっても良い。以下、誘導機は４台であるとして説明する。

電流検出器２は、電力変換器３につながる個々の誘導機に流れる電流の相毎の総和である総和電流ｉを検出する。
電圧系磁束演算器５は、総和電流ｉと電力変換器３に入力される電圧指令ｖから、誘導機磁束φを式（１）で演算する。

ここで、Ｒ１は全誘導機の一次抵抗合成値、Ｌ２は二次自己インダクタンス合成値、Ｍは相互インダクタンス合成値、ＬｅＫは漏れインダクタンス合成値である。漏れインダクタンス合成値ＬｅＫは、

で与えられる。ここで、Ｌ１は全誘導機の一次自己インダクタンス合成値である。

周波数演算器６は、誘導機磁束φから、式（３）を用いて誘導機周波数ω１を演算する。

ここで、ＦＡとＦＢは誘導機磁束φの成分である。
すべり演算器７は、総和電流ｉと誘導機磁束φから、式（４）を用いて推定すべりωｓｃを演算する。

ここで、Ｒ２は全誘導機の二次抵抗合成値である。
速度演算器８は、誘導機周波数ω１と推定すべりωｓｃから、式（５）を用いて誘導機速度ωｍを演算する。

式（５）で演算される誘導機速度ωｍは、個々の誘導機速度の平均値となり、式（６）で示される値となる。

ここで、ωｍ１は誘導機１０１の速度、ωｍ２は誘導機１０２の速度、ωｍ３は誘導機１０３の速度、ωｍ４は誘導機１０４の速度である。

すべり周波数演算器９は、磁束指令φ＊、トルク指令τ＊から、式（７）を用いてすべり指令ωｓｒを演算する。

トルク制御手段４は、運転指令ＮがＯＮのときは、誘導機速度ωｍと総和電流ｉを基に、全誘導機のすべりと磁束とトータルトルクがすべり指令ωｓｒ、磁束指令φ＊、トルク指令τ＊となるような電圧指令ｖを出力する。運転指令ＮがＯＦＦのときは、電圧指令ｖを０として、誘導機を無制御状態とする。
電力変換器３は、電圧指令ｖを増幅し、負荷である誘導機１０１〜１０４に電力を供給する。

運転指令Ｎは、トルク制御手段４へ入力する代わりに電力変換器３へ入力し、運転指令ＮがＯＮで電圧指令ｖに相当する電力を誘導機１０１〜１０４に供給し、運転指令ＮがＯＦＦで電力供給停止としても、同等の機能を得ることができる。

以上の構成とすることにより、運転指令ＮがＯＮのときは、複数台誘導機のトータルトルクをトルク指令τ＊に制御することができる。運転指令ＮをＯＦＦにすれば、複数台誘導機を無制御状態にすることができる。

車両においては、台車制御、１車両制御が一般的であるため、複数台誘導機の一括トルク制御が多用されている。

特開平１１−０６９８９５

従来技術においては、以下に示す問題点がある。
車両において一括制御している一部車輪軸が空転し、例えば誘導機１０３の速度ωｍ３がωｍ１とωｍ２とωｍ４に比べて大きくなった場合、式（６）によれば、ωｍ１、ωｍ２、ωｍ３、ωｍ４に対する誘導機速度ωｍの演算誤差が発生する。誘導機１０３の空転が大きく、誘導機速度ωｍの演算誤差が大きくなれば、誘導機１０３が脱調状態となる。さらに、誘導機１０３の空転が大きくなれば、誘導機１０３だけでなく、誘導機１０１や誘導機１０２や誘導機１０４も脱調状態となる。

また、一部車輪軸の滑走が大きくなった場合も、空転時と同じく、誘導機が脱調状態になる可能性がある。

誘導機が脱調状態になると、トルク制御不能となり、最悪の場合、過電流や過電圧により、誘導機破壊、電力変換器素子破壊へとつながる。
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものである。

請求項１による発明によれば、前述の問題点を解決するために、複数台誘導機を持ち、全誘導機の総和電流と電圧から誘導機磁束を演算する磁束演算器と、該誘導機磁束と該総和電流から推定すべりを演算するすべり演算器と、前記誘導機磁束と前記推定すべりから誘導機速度を演算する速度演算器と、磁束指令とトルク指令からすべり指令を演算するすべり指令演算器を有し、前記総和電流と前記誘導機速度と該すべり指令と該磁束指令と該トルク指令と運転指令を基に該複数台誘導機のトルクを一括制御するトルク制御手段を有する誘導機制御装置において、前記推定すべりと前記すべり指令を入力し検知信号を出力するすべり差拡大検知手段と、該運転指令と該検知信号から制御指令を作成する運転論理器を新たに追加し、前記運転指令の代わりに該制御指令を該トルク制御手段に入力することを特徴とする。

誘導機が脱調状態となる前に、一部車輪軸の空転、滑走が大きくなったことを検知でき、誘導機のトルク制御を停止させることができる。

すべり差拡大検知手段１０を新たに追加することにより、全誘導機中の一部車輪軸に空転あるいは滑走が発生していることが検知できる。検知した信号を運転論理器１１にて処理して制御指令を作成し、トルク制御手段４に入力することにより、誘導機のトルク制御を停止させることができる。

図１は、本発明の一実施例を示すブロック図であり、１０はすべり差拡大検知手段、１１は運転論理器である。

すべり差拡大検知手段１０は、推定すべりωｓｃとすべり指令ωｓｒを入力し、検知信号Ｋを出力する。
図３は、すべり差拡大検知手段の一実施例を示す図であり、｜ωｓｃ−ωｓｒ｜＞αでＫをＯＮ、｜ωｓｃ−ωｓｒ｜＜αでＫをＯＦＦとする。ただし、αは検知閾値であり、０以上の値である。

検知信号Ｋは、複数台誘導機中の一部車輪軸に空転あるいは滑走が発生していることを示している。αと空転あるいは滑走の度合いは連動しており、αを０に近くすると、少しの空転、滑走で検知信号ＫがＯＮとなる。逆に、αを大きくすると、少しの空転、滑走では、検知信号ＫがＯＮとなり難くなる。

誘導機１０１〜１０４の中で誘導機１０３だけが空転し、ωｍ１、ωｍ２、ωｍ４に対して、ωｍ３が大きくなったとする。式（６）により、速度演算誤差は、ωｍ＞ωｍ１、ωｍ＞ωｍ２、ωｍ＞ωｍ４、ωｍ＜ωｍ３となる。その結果、トルク指令τ＊、磁束指令φ＊から演算されるすべり指令ωｓｒに対して、誘導機１０１、１０２、１０４の実すべりは大きくなり、誘導機１０３の実すべりは小さくなる。

この状態で、総和電流ｉを一定となるようにトルク制御手段４でトルク制御を実施すると、トータルトルクはトルク指令τ＊に一致するが、式（４）による推定すべりωｓｃは、誘導機１０１、１０２、１０３、１０４の平均値となり、すべり指令ωｓｒと異なる。
｜ωｓｃ−ωｓｒ｜の大きさは、空転の度合いによるが、空転が大きければ、｜ωｓｃ−ωｓｒ｜の大きさは大きくなる。その結果、すべり差拡大検知手段１０の検知信号がＯＮとなる。ここでは空転を例としたが、滑走の場合も同様である。

運転論理器１１は、運転指令Ｎと検知信号Ｋの論理演算を行い、制御指令ＮＮを出力する。運転指令ＮがＯＮ、検知信号ＫがＯＦＦであれば、制御指令ＮＮはＯＮとなる。

トルク制御手段４は、制御指令ＮＮがＯＮのときは、誘導機速度ωｍと総和電流ｉを基に、全誘導機の磁束とトータルトルクが磁束指令φ＊、トルク指令τ＊となるような電圧指令ｖを出力する。制御指令ＮＮがＯＦＦのときは、電圧指令ｖを０として、誘導機を無制御状態とする。

制御指令ＮＮは、トルク制御手段４へ入力する代わりに電力変換器３へ入力し、制御指令ＮＮがＯＮで電圧指令ｖに相当する電力を誘導機１０１〜１０４に供給し、制御指令ＮＮがＯＦＦで電力供給停止としても、同等の機能を得ることができる。

以上の構成とすることにより、誘導機が脱調状態となる前に、一部車軸の空転、滑走が大きくなったことを検知でき、誘導機のトルク制御を停止させることができる。ここで、図３の検知閾値αを調整することにより、誘導機のトルク制御を停止させる一部車軸の空転、滑走の度合いを調整することができる。

車両制御の一部車輪軸の空転、滑走による速度演算誤差に限らず、トルクの一括制御対象となっている複数台誘導機の一部の軸速度に差ができた場合であっても、本発明は有効である。

車両のような複数台誘導機制御において、一部車輪軸の空転、滑走を検知することができる。さらに、一部車輪軸の空転、滑走が大きくなることにより発生する誘導機脱調状態に至る前に、検知信号Ｋにより誘導機制御を停止させることができる。

車両制御の一部車輪軸の空転、滑走による速度演算誤差に限らず、トルクの一括制御対象となっている複数台誘導機の一部の軸速度に差ができた場合であっても、誘導機脱調状態に至る前に、検知信号Ｋにより誘導機制御を停止させることができる。

誘導機制御を停止することにより、誘導機脱調状態が原因である過電流や過電圧による誘導機破壊、電力変換器３の素子破壊を防止することができる。

図１は、本発明の一実施例を示すブロック図である。 図２は、一従来例を示すブロック図である。 図３は、すべり差拡大検知手段の一実施例を示す図である。

符号の説明

１０１ 誘導機
１０２ 誘導機
１０３ 誘導機
１０４ 誘導機
２ 電流検出器
３ 電力変換器
４ トルク制御手段
５ 磁束演算器
６ 周波数演算器
７ すべり演算器
８ 速度演算器
９ すべり周波数演算器
１０ すべり差拡大検知手段
１１ 運転論理器

ｉ・・・総和電流
ｖ・・・電圧指令
τ＊・・・トルク指令
φ＊・・・磁束指令
ω１・・・誘導機周波数
ωｍ・・・誘導機速度
ωｓｃ・・・推定すべり
ωｓｒ・・・すべり指令
φ・・・誘導機磁束
Ｎ・・・運転指令
Ｋ・・・検知信号
ＮＮ・・・制御指令

Claims (1)

1. 複数台誘導機を持ち、全誘導機の総和電流と電圧から誘導機磁束を演算する磁束演算器と、該誘導機磁束と該総和電流から推定すべりを演算するすべり演算器と、前記誘導機磁束と前記推定すべりから誘導機速度を演算する速度演算器と、磁束指令とトルク指令からすべり指令を演算するすべり指令演算器を有し、前記総和電流と前記誘導機速度と該すべり指令と該磁束指令と該トルク指令と運転指令を基に該複数台誘導機のトルクを一括制御するトルク制御手段を有する誘導機制御装置において、
   前記推定すべりと前記すべり指令を入力し検知信号を出力するすべり差拡大検知手段と、該運転指令と該検知信号から制御指令を作成する運転論理器を新たに追加し、前記運転指令の代わりに該制御指令を該トルク制御手段に入力することを特徴とする誘導機制御装置。
   
   

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