JP5430872B2 - Train control system - Google Patents

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Description

本発明は、引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令を出力し、列車を自動制御する列車制御システムに係わり、特に推力指令に対する応答遅れを改善させるようにした列車制御システムに関する。   The present invention relates to a train control system that outputs a thrust command including a tensile force command or a brake force command to automatically control a train, and more particularly to a train control system that improves response delay with respect to a thrust command.

電車や新幹線などの列車は、自動列車制御装置(ATC)や自動列車運転装置(ATO)によって、自動的に力行制御ないしブレーキ制御が実行されており、衝突を回避した安全性や駅への停止精度の確保や定時走行を達成している。   Trains such as trains and bullet trains are automatically powered or braked by automatic train control equipment (ATC) or automatic train operation equipment (ATO), so safety is avoided and stops at stations Ensures accuracy and on-time driving.

これらの装置の出力は、力行加速力(引張力)や減速ブレーキ力への指令値である。力行加速する場合には、VVVFインバータと主電動機から成る駆動装置が生み出す力行トルク、また、ブレーキ減速する場合には、駆動装置による電制ブレーキ力と、空制ブレーキなどの空制ブレーキ力を合わせた力で減速する。
特開2004−297912号公報
The outputs of these devices are command values for powering acceleration force (tensile force) and deceleration braking force. For power running acceleration, the power running torque generated by the drive unit consisting of the VVVF inverter and the main motor is combined. For brake deceleration, the electric brake force of the drive unit and the air brake force such as the air brake are combined. It slows down with the force.
JP 2004-297912 A

しかしながら、上記の装置への推力指令値(ここでは、「推力」とは、力行加速力とブレーキ減速力をあわせて呼ぶものと定義する)に対し、駆動装置や空制ブレーキ装置などの駆動/制動装置が、指令値に相応する力を生じるまでに、様々な遅れ要素がある。この遅れ時間により、次のような障害を引き起こしている。   However, in response to a thrust command value to the above-mentioned device (herein, “thrust” is defined as a combination of a power running acceleration force and a brake deceleration force), a drive / pneumatic brake device, etc. There are various delay factors before the braking device generates a force corresponding to the command value. This delay time causes the following problems.

自動列車制御装置(ATC)では、先行する列車との安全距離を確保するようにブレーキが作用するが、この場合、ブレーキ指令を入れてから実際のブレーキ力が作用するまでの遅れ時間を考慮して空走距離を算定し、その分、事前にブレーキ力を作用させる。列車制御の大きな目的は、安全性を確保した上で、列車の間隔を狭めて、輸送能力を増大することであるが、空走距離が大きいと、列車の間隔がつめられない。   In the automatic train control device (ATC), the brake operates to ensure a safe distance from the preceding train. In this case, the delay time from when the brake command is input until the actual braking force is applied is taken into consideration. Calculate the free running distance and apply the braking force in advance. The main purpose of train control is to increase the transport capacity by narrowing the train interval while ensuring safety. However, if the free running distance is large, the train interval cannot be filled.

また、自動列車運転装置(ATO)では、駅間走行を自動で行い、着駅の所定位置に自動停止させる装置である。推力指令値を入れてから、実推力が作用するまでに遅れが大きい場合、木目細やかな制御ができず、推力指令値(あるいは、それに相応するノッチ)がハンチングするなどして、停止精度や乗り心地が劣化することがある。特に、推力の応答遅れがシステムの状態によって変化する場合には、顕著な問題となる。場合によっては、速度制限をオーバーして、自動列車制御装置(ATC)が作用し、乗り心地や走行時間が極端に劣化することもある。   The automatic train driving device (ATO) is a device that automatically runs between stations and automatically stops at a predetermined position of the destination station. If there is a large delay between the input of the thrust command value and the actual thrust acting, detailed control cannot be performed, and the thrust command value (or the notch corresponding to it) will be hunted. Comfort may deteriorate. In particular, when the thrust response delay varies depending on the state of the system, it becomes a significant problem. In some cases, the speed limit is exceeded and the automatic train control device (ATC) acts, and the ride comfort and travel time may be extremely deteriorated.

本発明は上記の事情に鑑み、請求項1では、零推力指令を使用して、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておくことにより、引張力列車に作用する推力指令からの応答遅れを改善し、列車の高密度化、停止精度、乗り心地、走行時間の改善、省エネルギー化などを促進するのに好適な列車制御システムを提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, in the present invention, in claim 1, a thrust acting on a tensile train by using a zero-thrust command and causing an air brake device, an electric motor, and the like to be in a standby state that can be operated at any time. An object of the present invention is to provide a train control system suitable for improving response delay from a command, and promoting higher density of trains, stopping accuracy, ride comfort, improvement of travel time, energy saving, and the like.

上記の目的を達成するために本発明は、引張力指令、ブレーキ力指令、及び零推力指令
を選択的に出力することで列車を制御する列車自動制御手段と、駆動力および制動力を発
生させる誘導電動機と、この誘導電動機を制御するインバータと、制動力を発生させる空
制ブレーキ手段と、前記列車自動制御手段からブレーキ力指令を受信すると、前記空制ブ
レーキ手段を制御して制動力を発生させ、または前記空制ブレーキ手段および前記インバ
ータを介して前記電動機を制御することで制動力を発生させ、更に、前記列車自動制御手
段から零推力指令を受信すると、前記空制ブレーキ手段を制御して初込め圧による零推力
を発生させるブレーキ制御手段と、前記列車自動制御手段から零推力指令を受信すると、
前記誘導電動機を励磁させるとともにトルクが零となるような電流を流すように前記イン
バータを制御する電動機制御手段とを備え、前記列車自動制御手段は、列車を制御してい
るときに減速または加速することが予想されると、前記零推力指令を出力することを特徴
としている。
To achieve the above object, the present invention generates train driving control means for selectively controlling a train by selectively outputting a pulling force command, a braking force command, and a zero thrust command, and a driving force and a braking force. An induction motor, an inverter that controls the induction motor, an air brake unit that generates a braking force, and a brake force command received from the train automatic control unit, the air brake device is controlled to generate a braking force. Or when the braking force is generated by controlling the electric motor via the air braking brake means and the inverter, and when the zero thrust command is received from the train automatic control means, the air braking brake means is controlled. When receiving a zero thrust command from the brake control means for generating the zero thrust by the initial charging pressure and the train automatic control means,
And an electric motor control means for controlling the inverter so as to flow an electric current that causes the torque to become zero while exciting the induction motor, and the train automatic control means controls the train.
When the vehicle is expected to decelerate or accelerate, the zero thrust command is output .

本発明では、前記駆動/制動手段は、ブレーキ力を発生する空制ブレーキ手段と、前記空制ブレーキ手段を制御する空制ブレーキ制御手段とを有し、この空制ブレーキ制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、初込め圧を前記空制ブレーキ手段に与える。   In the present invention, the driving / braking means includes an air braking brake means that generates a braking force and an air braking brake control means that controls the air braking brake means. When a thrust command is received, an initial charging pressure is applied to the air braking brake means.

また、本発明では、前記駆動/制動手段は、駆動力/制動力を発生する電動機と、前記電動機を制御するVVVFインバータを含む電動機制御手段を有し、この電動機制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、前記電動機のトルクが零となるように制御する。   In the present invention, the driving / braking means includes an electric motor that generates a driving force / braking force and an electric motor control means that includes a VVVF inverter that controls the electric motor, and the electric motor control means includes the zero thrust command. The motor is controlled so that the torque of the motor becomes zero.

ここで、“零推力指令”とは、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておく指令をいう。上述したように、零推力指令が出力された場合には、空制ブレーキ手段に対しては、初込め圧を与え、ブレーキシューを限りなくブレーキディスクに接近された状態にしておく。また、電動機制御手段に対しては、電動機のトルクが零となるように制御する。   Here, the “zero thrust command” refers to a command that causes the air braking device, the electric motor, and the like to be in a standby state where they can be operated at any time. As described above, when the zero thrust command is output, the initial braking pressure is applied to the air braking brake means, and the brake shoe is kept as close as possible to the brake disc. Further, the motor control means is controlled so that the torque of the motor becomes zero.

さらに、零推力指令が出力された場合には、VVVFインバータのフィルタコンデンサを充電させて電圧を確立させておく。   Further, when a zero thrust command is output, the voltage is established by charging the filter capacitor of the VVVF inverter.

本発明によれば、零推力指令を使用して、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておくことにより、引張力列車に作用する推力指令からの応答遅れを改善し、列車の高密度化、停止精度、乗り心地、走行時間の改善、省エネルギー化などを促進することができる。   According to the present invention, the response delay from the thrust command acting on the tensile force train is improved by using the zero thrust command to keep the air brake system, the electric motor, etc. in a standby state that can be operated at any time. , Train density increase, stopping accuracy, ride comfort, improvement of travel time, energy saving, etc. can be promoted.

《第1実施形態》
図1は本発明による列車制御システムの第1実施形態を示すブロック図である。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a train control system according to the present invention.

この図に示す列車制御システム1aは、列車の駆動制御装置を示したものであり、特にブレーキ動作が係わる場合の構成を示している。本実施形態では、2つの駆動/制動手段でブレーキ力を発生する。一つは主電動機2とVVVFインバータ(variable voltage variable frequency inverter:可変電圧・可変周波数型インバータ)3から成るもので、もう一つは空制ブレーキ装置4である。空制ブレーキ装置4は、BC圧が供給されたとき、レール10と接触している車輪9にブレーキパッドを押しつけて、車輪9の回転速度を低減させ、列車にブレーキをかける。   A train control system 1a shown in this figure shows a train drive control device, and particularly shows a configuration in the case where a brake operation is involved. In the present embodiment, the braking force is generated by two driving / braking means. One is composed of a main motor 2 and a VVVF inverter (variable voltage variable frequency inverter) 3, and the other is an air brake 4. When the BC brake pressure is supplied, the air brake device 4 presses the brake pad against the wheel 9 in contact with the rail 10 to reduce the rotational speed of the wheel 9 and brake the train.

主電動機2の発生トルクは電制力と呼ばれ、VVVFインバータ3による電流で決まる。このトルクないし電流を制御する電動機制御器は、同図中のVVVFインバータ3に含めて記載していると考えている。   The torque generated by the main motor 2 is called electric control force and is determined by the current from the VVVF inverter 3. The motor controller for controlling the torque or current is considered to be included in the VVVF inverter 3 in the figure.

また、本実施形態において、ブレーキ制御器5は、2つの役割を担っている。一つは自動列車運転装置6から出力され、車内伝送装置7を介して供給される推力指令“FC_BCU1”に応じて、主電動機2によるブレーキ力と空制ブレーキ装置4によるブレーキ力との総和が“FC_BCU1”に一致するように、それぞれのブレーキ指令の配分を決定することである。もう一方は、そのように割り当てられた空制ブレーキ力指令に一致したブレーキ力が空制ブレーキ装置4にて発生するように、空制ブレーキ装置4への空気圧を制御するものである。   In the present embodiment, the brake controller 5 has two roles. One is the sum of the braking force by the main motor 2 and the braking force by the air brake device 4 according to the thrust command “FC_BCU1” output from the automatic train driving device 6 and supplied via the in-vehicle transmission device 7. The distribution of each brake command is determined so as to coincide with “FC_BCU1”. The other is to control the air pressure to the air brake device 4 so that the brake force corresponding to the air brake force command assigned as described above is generated in the air brake device 4.

ブレーキ制御器5によるブレーキ力の配分は、次のようになされている。VVVFインバータ3は、空転滑走や回生失効を回避しながら主電動機2を制御するため、ブレーキ指令“FC_BCU1”に一致したブレーキ力を出力できるかは分からない。このため、実際に作用するブレーキ力を“FB_VVVF1”としてブレーキ制御器5に出力する。   The brake force is distributed by the brake controller 5 as follows. Since the VVVF inverter 3 controls the main motor 2 while avoiding idling and regenerative invalidation, it is not known whether the brake force corresponding to the brake command “FC_BCU1” can be output. For this reason, the brake force that actually acts is output to the brake controller 5 as “FB_VVVF1”.

ブレーキ制御器5では、自動列車運転装置6から指示されたブレーキ指令“FC_BCU1”に、実際のブレーキ力が一致するように、VVVFインバータ3から返ってきた実効ブレーキ力“FB_VVVF1”との不足分が、空制ブレーキ装置4によって発生するブレーキ力と一致するように、空制ブレーキ装置4へのBC圧を制御する。   In the brake controller 5, the shortage of the effective brake force “FB_VVVF1” returned from the VVVF inverter 3 is set so that the actual brake force matches the brake command “FC_BCU1” instructed from the automatic train operation device 6. The BC pressure to the air brake device 4 is controlled so as to coincide with the braking force generated by the air brake device 4.

また、図1は、ブレーキ中の信号の機器構成や流れを示したものであるが、力行中の場合を図2に示す。この場合、VVVFインバータ(あるいは、そこに含まれる電動機制御手段)3への推力指令“FC_VVVF1”は、自動列車運転装置6から直接、与えられる。   FIG. 1 shows the device configuration and flow of a signal during braking. FIG. 2 shows the case of power running. In this case, the thrust command “FC_VVVF1” to the VVVF inverter (or the motor control means included therein) 3 is given directly from the automatic train operation device 6.

ここで、減速するブレーキ力、加速する引張力を合わせたものを推力とすると、本実施形態では、自動列車運転装置6の推力指令として、いつでも駆動できるように待機させる零推力指令を可能とするものである。   Here, assuming that the combined braking force to be decelerated and the tensile force to be accelerated are thrusts, in the present embodiment, as the thrust command of the automatic train operation device 6, a zero thrust command for waiting so that it can be driven at any time is enabled. Is.

ずなわち、従来では、力行加速する際の引張力指令にも、ブレーキ減速する際のブレーキ力指令にも、推力が零となる指令はない。従来の構成範囲において、零推力を与えたい場合には、力行指令もブレーキ指令もオフとして、駆動/制動装置を動作停止した状態となる。すなわち、列車の惰行状態であり、空制ブレーキ装置は緩解し、VVVFインバータは動作停止(ゲート停止)した状態である。空制ブレーキ装置の緩解状態では、ブレーキパッドが車輪踏面やブレーキディスクと離れており、非零なブレーキ指令を受けてからのブレーキ力を作用するまでに時間(数100ms〜1s程度)を要する。   In other words, conventionally, there is no command that causes the thrust to become zero in either the tensile force command for power running acceleration or the brake force command for brake deceleration. In the conventional configuration range, when a zero thrust is to be applied, both the power running command and the brake command are turned off, and the driving / braking device is stopped. That is, the train is coasting, the air brake system is released, and the VVVF inverter is stopped (gate stopped). In the relaxed state of the air brake system, the brake pad is separated from the wheel tread and the brake disc, and it takes time (several hundred ms to 1 s) until the brake force is applied after receiving a non-zero brake command.

そこで、図3(a)に示すように、自動列車制御装置6から出力される力行ノッチ指令またはブレーキノッチ指令に零推力指令(N0)を新たに加える。また、図3(b),(c)に示すように、力行ノッチ指令またはブレーキノッチ指令を受けてトルク指令に変換する変換テーブルには、それぞれ零推力パターンPN0,BN0 を新たに加える。力行トルクにおける零推力パターンPN0 とブレーキトルクにおける零推力パターンPN0,BN0 を図4(a),(b)に模式的に示す。 Therefore, as shown in FIG. 3A, a zero thrust command (N0) is newly added to the power running notch command or the brake notch command output from the automatic train control device 6. Also, as shown in FIGS. 3B and 3C, zero thrust patterns P N0 and B N0 are newly added to the conversion tables that receive powering notch commands or brake notch commands and convert them into torque commands, respectively. FIG zero thrust pattern P N0, B N0 at zero thrust pattern P N0 and the brake torque in the power running torque 4 (a), schematically shown in (b).

具体的には、本実施形態では、図1のブレーキ制御器5が零推力指令を受けた場合、ブレーキパッドが車輪踏面やブレーキディスク面に僅かながら接触し、実トルクが生じない程度の空気圧(初込め圧)を与えるように設定すればよい。図5には、ブレーキトルクに対するBC圧が模式的に図示されている。図5に示すように、ブレーキトルク指令B1〜B7が直線的に変化すると仮定し、緩解のときのBC圧を“零”とすると、初込め圧は図5のように示すことができる。このように、初込め圧を与えることにより、ブレーキ指令“FC_BCU1”が非零な値を指示したとき、時間遅れなくブレーキ力を発生させることが可能となる。   Specifically, in this embodiment, when the brake controller 5 of FIG. 1 receives a zero thrust command, the brake pad slightly touches the wheel tread or the brake disc surface, and the air pressure (the actual torque is not generated). It may be set so as to give the initial charging pressure. FIG. 5 schematically shows the BC pressure with respect to the brake torque. As shown in FIG. 5, when it is assumed that the brake torque commands B1 to B7 change linearly and the BC pressure at the time of release is “zero”, the initial charging pressure can be shown as shown in FIG. In this way, by applying the initial charging pressure, when the brake command “FC_BCU1” indicates a non-zero value, the braking force can be generated without a time delay.

また、VVVFインバータ3および主電動機2が、完全に動作を停止した状態からブレーキ力や引張力を発生させるためには、次のような手順にて、それぞれ時間を要する。   Further, in order for the VVVF inverter 3 and the main motor 2 to generate the braking force and the tensile force from the state where the operation is completely stopped, it takes time in the following procedure.

(1)指令を認識する時間(誤動作を回避するため、オンディレイなどがある)
(2)VVVFインバータ3の入力側に存在するフィルタコンデンサを充電し、その電圧が確立する要する時間(時定数によって決まり、数100msを要する)
(3)主電動機2をVVVFインバータ3にて励磁して主磁束が確立するに要する時間
よって、VVVFインバータ3が零推力指令を受けた場合、上記の(3)までを実施した上で、主電動機2のトルクが零となるような電流を流せばよい。主電動機2が誘導電動機である場合、トルク電流を零とすればよい。主電動機2が永久磁石同期電動機である場合、リラクタンストルクの発生を考慮しながら、励磁電流とトルク電流を決定すればよい。
(1) Time to recognize a command (There is an on-delay etc. to avoid malfunction)
(2) The time required for charging the filter capacitor existing on the input side of the VVVF inverter 3 and establishing the voltage (determined by the time constant, which takes several hundred ms)
(3) The time required for the main motor 2 to be excited by the VVVF inverter 3 to establish the main magnetic flux. When the VVVF inverter 3 receives the zero thrust command, after performing the above (3), What is necessary is just to send the electric current that the torque of the electric motor 2 becomes zero. When the main motor 2 is an induction motor, the torque current may be set to zero. When the main motor 2 is a permanent magnet synchronous motor, the excitation current and the torque current may be determined in consideration of the generation of reluctance torque.

また、低速域では、“励磁電流=トルク電流=0”でよい。高速域では、弱め界磁のため、励磁電流は必ず零以外となる。突極比があると、この非零な励磁電流にてトルクが発生するが、このトルクが零になるようにトルク電流を決定すればよい。   In the low speed range, “excitation current = torque current = 0” may be sufficient. In the high speed range, the exciting current is always non-zero due to the field weakening. If there is a salient pole ratio, torque is generated by this non-zero excitation current, but the torque current may be determined so that this torque becomes zero.

この状態で、零以外の推力指令を受ければ、即座に所定のブレーキ力や引張力を発生させることができる。   In this state, if a thrust command other than zero is received, a predetermined braking force or tensile force can be immediately generated.

〈第1実施形態の効果〉
以上のように、零推力指令を与えることで、実際のブレーキ力ないし引張力などの推力が生じる遅れ時間を短縮することが可能である。自動列車運転装置(ATO)6などが列車を制御している際、その後に、減速や加速を開始することが予想される場合、事前に零推力指令を与えることで、車両走行には影響を与えず、その先に来る加減速を指令通りに遅れなく、遂行できる。推力指令値(あるいは、ノッチ)がハンチングするなど、停止精度や乗り心地が劣化を抑えることができる。また、推力の応答遅れが低減されるため、きめ細かな制御が可能となり、速度制限より若干低い速度を追従するように走行することが可能となる。
<Effects of First Embodiment>
As described above, by giving the zero thrust command, it is possible to shorten the delay time in which thrust such as actual braking force or tensile force is generated. When an automatic train operation device (ATO) 6 or the like is controlling a train, if it is expected to start deceleration or acceleration after that, giving a zero thrust command in advance will affect the vehicle running. Without giving it, the acceleration and deceleration ahead can be performed without delay as commanded. Deterioration of stop accuracy and ride comfort can be suppressed, such as hunting of the thrust command value (or notch). In addition, since the response delay of the thrust is reduced, fine control is possible, and it is possible to travel so as to follow a speed slightly lower than the speed limit.

この結果、走行時間の短縮、ひいては、運転本数の増大の効果が得られる。更に、列車が過走を抑止し、安全性を確保している自動列車制御装置(ATC)に関して言えば、ブレーキの立ち上がりの無駄時間が低減できることから空走距離が低減できる。結果的に、安全性を確保した上で、列車の間隔を狭めて、運転本数を増大するなど、輸送能力を増強することができるという効果が得られる。   As a result, it is possible to obtain an effect of shortening the traveling time and thus increasing the number of operations. Furthermore, in terms of an automatic train control device (ATC) that prevents the train from overrunning and ensures safety, the dead time for starting up the brake can be reduced, so that the free running distance can be reduced. As a result, it is possible to obtain an effect that the transportation capacity can be enhanced, for example, by reducing the train interval and increasing the number of operations while ensuring safety.

〈誘導電動機(IM)の場合〉
また、主電動機2として、誘導電動機や永久磁石同期電動機を適用すると、それぞれの特徴がある。
<Induction motor (IM)>
Further, when an induction motor or a permanent magnet synchronous motor is applied as the main motor 2, there are respective characteristics.

まず、誘導電動機では、前述のように、VVVFインバータ3が動作停止した状態では、磁束が零となっており、推力指令が入ると同時に磁束を立ち上げ、これが確立するのを待って、実トルクを発生させるトルク電流を流しており、トルク応答が遅れる。磁束の応答時定数は電動機の低損失化とともに長くなり、“400〜500ms”程度のものもある。磁束の立ち上げを待つ時間も、この時定数程度である。   First, in the induction motor, as described above, when the operation of the VVVF inverter 3 is stopped, the magnetic flux is zero, and when the thrust command is input, the magnetic flux is raised at the same time. Torque current is generated and the torque response is delayed. The response time constant of the magnetic flux becomes longer as the electric motor is reduced in loss, and some of them are "400 to 500 ms". The time waiting for the magnetic flux to rise is about this time constant.

以上のように、誘導電動機では、元来、磁束の立ち上がり遅れがあるため、本発明の零推力指令により、顕著のその効果を得ることが可能である。   As described above, since the induction motor inherently has a delay in the rise of magnetic flux, it is possible to obtain a remarkable effect by the zero thrust command of the present invention.

〈永久磁石式同期電動機(PM)の場合〉
また、永久磁石同期電動機を主電動機2とする場合、誘導電動機とは異なり、磁束は常時確立された状態であるため、前述の磁束の立ち上げに要する遅れ時間は、存在しない。この点で、推力の応答遅れが小さいことが望ましい列車制御システム1aにおいて、好適な電動機である。
<Permanent magnet type synchronous motor (PM)>
Further, when the permanent magnet synchronous motor is used as the main motor 2, unlike the induction motor, since the magnetic flux is always established, there is no delay time required for the magnetic flux to rise. In this respect, the electric motor is suitable for the train control system 1a in which it is desirable that the thrust response delay is small.

VVVFインバータ3および(その一機能としての)電動機制御器が、推力指令(非零であっても、零であっても同じであり、VVVFインバータ3の動作停止ではなく、動作開始の指令ということ)を受けたときの様子を、主電動機2を誘導電動機、永久磁石同期電動機とする場合の双方を図6に示す。   The VVVF inverter 3 and the motor controller (as one function thereof) are the same regardless of whether the thrust command (non-zero or zero) is used, not the operation stop of the VVVF inverter 3 but the operation start command. FIG. 6 shows the situation when the main motor 2 is an induction motor and a permanent magnet synchronous motor.

図6の(a)は誘導電動機を主電動機2とする場合で、VVVFインバータ3が運転停止から所定のブレーキ力ないし引張力を与えられた場合の動作である。始動指令からそれを受け付けるまでには、誤動作の防止などを目的に、オンディレイなどがあり、遅れている。始動受付とともに、VVVFインバータ3は、主電動機2に電圧を印加することで電流を流す。   FIG. 6A shows the operation when the induction motor is the main motor 2 and the VVVF inverter 3 is given a predetermined braking force or tensile force after the operation is stopped. There is an on-delay, etc., for the purpose of preventing malfunctions, etc., until the start command is received. Along with the start acceptance, the VVVF inverter 3 applies a voltage to the main motor 2 to cause a current to flow.

このとき、まず、誘導電動機の磁束が立ち上がるように、励磁電流が流れるようにしている。その後、磁束が立ち上がったことをもって、トルクが出力されるように、トルク電流を流すように制御されている。   At this time, first, an exciting current flows so that the magnetic flux of the induction motor rises. Thereafter, the torque current is controlled to flow so that the torque is output when the magnetic flux rises.

一方、図6の(b)では、主電動機2を永久磁石同期電動機とした場合のものである。誘導電動機の場合と異なり、磁束は常時確立されており、始動受付し、モータに電圧印加した時点からトルクを立ち上げることができる。   On the other hand, FIG. 6B shows the case where the main motor 2 is a permanent magnet synchronous motor. Unlike the case of the induction motor, the magnetic flux is always established, and it is possible to start the torque from the time when the start is accepted and the voltage is applied to the motor.

なお、列車制御システム1aで使用される駆動/制動装置の主電動機2として、従来からある誘導電動機ではなく、永久磁石電動機を適用することで、零推力指令が与えられなくとも、推力の応答遅れ時間を低減できる効果が得られることは言うまでもない。   By applying a permanent magnet motor instead of a conventional induction motor as the main motor 2 of the driving / braking device used in the train control system 1a, even if no zero thrust command is given, the response delay of the thrust Needless to say, the effect of reducing time can be obtained.

《第2実施形態》
図7は、本発明の第2実施形態を示す。第1実施形態と比べ、ブレーキ制御器5の周辺が異なるため、他を省略して説明する。本実施形態では、図1のブレーキ制御器5はなく、代わりに空制ブレーキ制御器8がある。
<< Second Embodiment >>
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. Since the periphery of the brake controller 5 is different from that of the first embodiment, the description is omitted. In the present embodiment, there is no brake controller 5 of FIG. 1, and there is an air brake controller 8 instead.

この図に示す列車制御システム1bの自動列車運転装置6は、VVVFインバータ3に直接、伝送手段である車内伝送装置7を介して、電制ブレーキ指令“FC_VVF1”を送る。また、同様に、空制ブレーキ制御器8に空制ブレーキ指令“FC_BCU1”を送る。   The automatic train operation device 6 of the train control system 1b shown in this figure sends an electric brake command “FC_VVF1” directly to the VVVF inverter 3 via the in-vehicle transmission device 7 which is a transmission means. Similarly, an air brake command “FC_BCU1” is sent to the air brake controller 8.

この場合、列車トータルのブレーキ力が所定値になるように、電制ブレーキ力と空制ブレーキ力を調整することは、自動列車運転装置6にて実施する。すなわち、列車としてのトータルのブレーキ力指令“FCJOTAL”(図示していない)に“FB_VVVF1”と“FB_BCU1”の加算値が一致するように、“FC_VVVF1”および“FC_BCU1”を調整する。基本的には、エネルギー効率に優れ、機械的な磨耗や騒音の少ない電制ブレーキが得られるように、“FC_VVVF1”を大きく設定するが、前述のように、空転滑走や軽負荷回生などにより、所定の電制ブレーキ力“FB_VVVF1”が得られない場合のその不足分を“FC_BCU1”で負担するようにする。   In this case, the automatic train driving device 6 adjusts the electric braking force and the air braking force so that the total braking force of the train becomes a predetermined value. That is, “FC_VVVF1” and “FC_BCU1” are adjusted so that the added value of “FB_VVVF1” and “FB_BCU1” matches the total brake force command “FCJOTAL” (not shown) as a train. Basically, "FC_VVVF1" is set to be large so that an electric brake with excellent energy efficiency and low mechanical wear and noise can be obtained. As mentioned above, due to idling and light load regeneration, When the predetermined electric braking force “FB_VVVF1” cannot be obtained, the shortage is paid by “FC_BCU1”.

〈第2実施形態の効果〉
これにより、第2実施形態では、零トルク指令を“FC_VVVF1”と“FC_BCU1”に与えることで、第1実施形態と同様な作用効果が得られる。更に、それぞれを独立して与えることが可能である。これにより、いずれか一方を零推力指令として突発的なブレーキ力の要求に応答できるように待機させることが可能である。零推力指令状態は、ブレーキ力の発生遅れを改善する点では、第1実施形態の効果のように有効である。一方で、VVVFインバータ3が動作することで、損失や騒音が生じること、また空制ブレーキ装置4が零推力で待機状態とするため、少なからず、機械的な磨耗が生じるなど、デメリットもある。よって、これら二つのブレーキを同時に零トルクでの待機状態とすることなく、一方のみを待機状態とすることで、上記のデメリットを改善(騒音低減、エネルギー損失低減、機械磨耗低減)するとともに、第1実施形態の効果を維持できる。
<Effects of Second Embodiment>
Thereby, in the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by giving the zero torque command to “FC_VVVF1” and “FC_BCU1”. Furthermore, each can be provided independently. Thereby, it is possible to stand by so that either one can be responded to a sudden request for braking force using a zero thrust command. The zero thrust command state is as effective as the effect of the first embodiment in that the generation delay of the braking force is improved. On the other hand, the operation of the VVVF inverter 3 causes disadvantages such as loss and noise, and since the air brake device 4 is in a standby state with zero thrust, not a little mechanical wear occurs. Therefore, the above-mentioned demerits can be improved (noise reduction, energy loss reduction, mechanical wear reduction) by setting only one of these two brakes to the standby state without simultaneously setting them to the standby state at zero torque. The effect of one embodiment can be maintained.

《第3実施形態》
図8は、本発明の第3実施形態を示す。図7の第2実施形態と比べ、VVVFインバータと主電動機からなる駆動装置が3セットになった場合を示している。
<< Third Embodiment >>
FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention. Compared with the second embodiment of FIG. 7, a case is shown in which three sets of drive devices including a VVVF inverter and a main motor are provided.

この図に示す列車制御システム1cの自動列車運転装置6からは、空制ブレーキ制御器8へのブレーキ指令“FC_BCUx”(ここでの“x”は“1”のみ)と、各VVVFインバータ3、11、13への推力指令“FC_VVVFx”(ここでの“x”は、“1”から“3”、推力指令とはブレーキ力指令と引張力指令とを合わせたもの)を出力する。   From the automatic train operation device 6 of the train control system 1c shown in this figure, a brake command “FC_BCUx” (here, “x” is only “1”) to the air brake controller 8, and each VVVF inverter 3, 11 and 13, the thrust command “FC_VVVFx” (where “x” is “1” to “3”, and the thrust command is a combination of the brake force command and the tensile force command).

すなわち、“FC_VVF1”はVVVFインバータ3への推力指令、“FC_VVVF2”はVVVFインバータ11への推力指令、“FC_VVF3”はVVVFインバータ13への推力指令である。また、自動列車運転装置6は、実際の各機器が生じているブレーキ力として、空制ブレーキ制御器8から“FB_BCU1”を、各VVVFインバータ3、11、13から“FB_VVVFx”を、車内伝送装置7を介して受け取ることができる。   That is, “FC_VVF1” is a thrust command to the VVVF inverter 3, “FC_VVVF2” is a thrust command to the VVVF inverter 11, and “FC_VVF3” is a thrust command to the VVVF inverter 13. Further, the automatic train driving device 6 uses “FB_BCU1” from the air brake controller 8 and “FB_VVVFx” from the VVVF inverters 3, 11, and 13 as the braking force generated by each actual device, and the in-vehicle transmission device. 7 can be received.

そして、第3実施形態では、自動列車運転装置6から、VVVFインバータ3へのブレーキ指令“FC_VVVF1”として、非零の所定のブレーキ力を与えている。また、空制ブレーキ制御器8へのブレーキ指令“FC_BCU1”およびVVVFインバータ11へのブレーキ指令“FC_VVF2”には、零推力指令を与える。更に、VVVFインバータ13へのブレーキ指令“FC_VVF3”には、運転停止指令を与えている。   In the third embodiment, a non-zero predetermined braking force is applied as a brake command “FC_VVVF1” from the automatic train operation device 6 to the VVVF inverter 3. A zero thrust command is given to the brake command “FC_BCU1” to the air brake controller 8 and the brake command “FC_VVF2” to the VVVF inverter 11. Further, an operation stop command is given to the brake command “FC_VVF3” to the VVVF inverter 13.

〈第3実施形態の効果1〉
このように、列車全体として、比較的小さいブレーキ力を必要とする場合、ブレーキ力を与えるVVVFインバータ3や空制ブレーキ装置4に限定することができる。他のVVVFインバータ11や空制ブレーキ装置4には、必要に応じて、零推力指令を与えて突発的なブレーキ力や引張力への要求に対して待機状態とさせればよい。必要に応じてとは、現在出力するブレーキ力から、次に必要となるであろうブレーキ力や引張力の範囲を考えればよい。
<Effect 1 of Third Embodiment>
As described above, when a relatively small braking force is required for the entire train, the train can be limited to the VVVF inverter 3 and the air brake device 4 that apply the braking force. The other VVVF inverter 11 and the air brake system 4 may be put in a standby state in response to sudden demands for braking force and tensile force by giving a zero thrust command as necessary. If necessary, the range of the brake force and the tensile force that will be required next may be considered from the brake force currently output.

更に、その他のVVVFインバータ13や空制ブレーキ装置4には、運転停止状態としておく。   Further, the other VVVF inverter 13 and the air brake system 4 are set in a stopped state.

前述のように、VVVFインバータ3、11、13は零推力指令状態においても、エネルギーを消費し、またスイッチング素子のスイッチングに起因した騒音が発生する。また、空制ブレーキ装置4も、零推力指令状態では、少なからず、機械磨耗なり消耗する。よって、全くブレーキ力が不要なVVVFインバータ13や空制ブレーキ装置4は、完全に運転停止状態として、エネルギー消費や機械磨耗を抑制する。   As described above, the VVVF inverters 3, 11 and 13 consume energy even in the zero thrust command state, and generate noise due to switching of the switching elements. Also, the air brake device 4 is not a little worn out in the zero thrust command state and is consumed. Therefore, the VVVF inverter 13 and the air brake device 4 that do not require any braking force are completely brought into an operation stop state to suppress energy consumption and mechanical wear.

以上のように、不測のブレーキ力要求に答えるように、零推力指令として待機させるとともに、列車全体として、エネルギー損失や機械磨耗を抑えた効果を得ることができる。   As described above, it is possible to obtain an effect of suppressing energy loss and mechanical wear as a whole train while waiting as a zero thrust command so as to answer an unexpected brake force request.

〈第3実施形態の効果2〉
また、第3実施形態の全てにわたり、ブレーキ力と記述しているが、引張力とブレーキ力とを合わせた推力として考えても、同様の作用効果である。例えば、図8においては、VVVFインバータ3が力行引張力指令を“FC_VVVF1”に与えられている場合、零推力指令を与えられている空制ブレーキ制御器8に“FC_BCU1”を与え、VVVFインバータ11に“FC_VVVF2”を与えてもよい。この場合、力行加速中ではあるが、更に加速したいという要求、また、急に減速したいという要求の、いずれにも対応できるように零推力指令にて待機していると言える。
<Effect 2 of the third embodiment>
In addition, although the brake force is described throughout the third embodiment, the same effect can be obtained even when considered as a thrust combined with the tensile force and the brake force. For example, in FIG. 8, when the VVVF inverter 3 is given the power running tension command to “FC_VVVF1”, “FC_BCU1” is given to the air brake controller 8 given the zero thrust command, and the VVVF inverter 11 May be given “FC_VVVF2”. In this case, although powering acceleration is in progress, it can be said that the vehicle is on standby with a zero thrust command so as to be able to respond to both the request for further acceleration and the request for sudden deceleration.

《第4実施形態》
図9には、本発明の第4実施形態を示す。図8に示す第3実施形態と同様の構成だが、信号が異なるため、差異を説明する。
<< 4th Embodiment >>
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention. Although the configuration is the same as that of the third embodiment shown in FIG. 8, since the signals are different, the differences will be described.

この図に示す列車制御システム1dでは、空制ブレーキ制御器8、VVVFインバータ3、11、13は、車内伝送装置7を介して、自動列車運転装置6へ、それぞれの機器の保護信号“PROT_BCU1”、“PROT_VVVF1”、“PROT_VVVF2”、“PROT_VVVF3”を送る。自動列車運転装置6では、保護信号“PROT”に応じて、図10のフローチャートの処理を実施する。   In the train control system 1d shown in this figure, the air brake controller 8 and the VVVF inverters 3, 11, 13 are connected to the automatic train operation device 6 via the in-vehicle transmission device 7 and the protection signal “PROT_BCU1” of each device. , “PROT_VVVF1”, “PROT_VVVF2”, and “PROT_VVVF3” are sent. In the automatic train driving device 6, the process of the flowchart of FIG. 10 is performed according to the protection signal “PROT”.

まず、それぞれの装置において、保護信号“PROT”が立っているかを確認する(ステップS1)。保護の種類には、その機器が再起動可能な軽故障と、再起動が不可能な重故障とがある。軽故障の場合(ステップS2)、零推力指令を与え、前記機器を再起動させるとともに(ステップS3)、再度、動作停止させる(ステップS4)。但し、必ずしも動作停止させる必要はないことは言うまでもない。   First, in each apparatus, it is confirmed whether the protection signal “PROT” is set (step S1). There are two types of protection: a minor failure where the device can be restarted and a major failure where the device cannot be restarted. In the case of a minor failure (step S2), a zero thrust command is given, the device is restarted (step S3), and the operation is stopped again (step S4). However, it goes without saying that it is not always necessary to stop the operation.

以上の構成により、次の作用効果を得る。   With the above configuration, the following operational effects are obtained.

各機器は、重故障にしろ、軽故障にしろ、一旦保護となると、通常状態とは異なる状態と成っていることがある。図11は一般的なVVVFインバータ、例えばVVVFインバータ3による一例である。主電動機2として誘導電動機を備えた場合である。図11の(a)、(b)は各々、VVVFインバータ3の主回路入力側に接続されたフィルタコンデンサが充電状態であるか、放電状態であるかの差異であり、通常状態ではフィルタコンデンサが充電された状態である。   Each device may be different from the normal state once it is protected, whether it is a major failure or a minor failure. FIG. 11 shows an example of a general VVVF inverter, for example, a VVVF inverter 3. This is a case where an induction motor is provided as the main motor 2. (A) and (b) of FIG. 11 are the differences between whether the filter capacitor connected to the main circuit input side of the VVVF inverter 3 is in a charged state or a discharged state. It is in a charged state.

VVVFインバータ3を初めて始動時には、フィルタコンデンサは放電状態であり、図11の(a)である。一旦動作後に、長い時間を経たときにも、自然放電によって、図11の(a)となる。通常に運転する中で、VVVFインバータ3が動作したり、停止したりするときは、図11の(b)であると考えてよい。   When the VVVF inverter 3 is started for the first time, the filter capacitor is in a discharged state, as shown in FIG. Even when a long time has passed after the operation, the state shown in FIG. When the VVVF inverter 3 operates or stops during normal operation, it may be considered as (b) in FIG.

フィルタコンデンサが放電した状態からVVVFインバータ3を始動する場合、フィルタコンデンサ電圧が充電するまで間、VVVFインバータ3は主電動機2の電圧印加を待っている。すなわち、フィルタコンデンサが放電した状態からの始動では、より長い時間を要する。   When starting the VVVF inverter 3 from the state in which the filter capacitor is discharged, the VVVF inverter 3 waits for voltage application of the main motor 2 until the filter capacitor voltage is charged. That is, starting from a state in which the filter capacitor is discharged requires a longer time.

ここで、機器が軽故障、ないし、重故障を起こした場合、安全性を確保するため、フィルタコンデンサ電圧を放電することが通例である。よって、次に始動する場合など、放電状態からの始動となり、推力が生じるまでに、通常より一層の時間を要する。   Here, when a device has a minor failure or a major failure, the filter capacitor voltage is usually discharged to ensure safety. Therefore, when starting next time, starting from the discharge state, it takes more time than usual until thrust is generated.

〈第4実施形態の効果1〉
このように、第4実施形態では、図10のフローチャートに示す如く、保護状態となり、かつ機器が再起動可能な状態であるならば、一旦、零推力指令を与えることで、フィルタコンデンサを充電し、次の推力指令に速やかに応答できる状態としておく。このとき、零推力指令を与え続けるか、否かは、そのときの状況に応じて判断すればよい。
<Effect 1 of 4th Embodiment>
As described above, in the fourth embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 10, if the protection state is established and the device is in a restartable state, the filter capacitor is charged once by giving a zero thrust command. Then, it is set in a state where it can respond promptly to the next thrust command. At this time, whether or not to continue giving the zero thrust command may be determined according to the situation at that time.

〈第4実施形態の効果2〉
また、保護信号に基づくと、各VVVFインバータ3、11、13の初期起動や、長時間の動作停止によりフィルタコンデンサ電圧が放電した場合には、対処できない。よって、保護信号ではなく、フィルタコンデンサ電圧の情報を、自動列車運転装置6が受け取り、例えば、所定値よりフィルタコンデンサ電圧が低ければ、零推力指令を与えるなどの構成にすれば、より一層の効果が得られる。
<Effect 2 of 4th Embodiment>
Further, based on the protection signal, it is impossible to cope with the case where the filter capacitor voltage is discharged due to the initial start-up of each VVVF inverter 3, 11, 13 or the operation stop for a long time. Therefore, if the automatic train operation device 6 receives not the protection signal but the information on the filter capacitor voltage, and if the filter capacitor voltage is lower than a predetermined value, for example, a zero thrust command is given, the effect is further improved. Is obtained.

本発明による列車制御システムの第1実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of a train control system according to the present invention. 図1に示す列車制御システムにおける力行指令を実行するときのブロック図である。It is a block diagram when executing the power running command in the train control system shown in FIG. 自動列車運転装置から出力される力行ノッチまたはブレーキノッチに含まれる零推力指令と、トルク指令として出力される零推力パターンとを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the zero thrust command contained in the power running notch or brake notch output from an automatic train driving device, and the zero thrust pattern output as a torque command. トルク指令における零推力パターンの説明図である。It is explanatory drawing of the zero thrust pattern in a torque command. ブレーキトルクに対するBC圧特性上における初込め圧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the initial charging pressure on the BC pressure characteristic with respect to brake torque. 図1に示すVVVFインバータの動作開始時の動作例(誘導電動機と永久磁石同期電動機)を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation example (the induction motor and the permanent magnet synchronous motor) at the time of the operation | movement start of the VVVF inverter shown in FIG. 本発明による列車制御システムの第2実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the train control system by this invention. 本発明による列車制御システムの第3実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the train control system by this invention. 本発明による列車制御システムの第4実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 4th Embodiment of the train control system by this invention. 図9に示す列車制御システムの保護検知後の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence after the protection detection of the train control system shown in FIG. 図9に示すVVVFインバータの動作開始時の動作例(フィルタコンデンサの充電の有無)を示す波形図である。FIG. 10 is a waveform diagram showing an operation example (presence / absence of charging of a filter capacitor) at the start of operation of the VVVF inverter shown in FIG. 9.

符号の説明Explanation of symbols

1a〜1d…列車制御システム
2…主電動機(駆動/制動手段、電動機)
3…VVVFインバータ(駆動/制動手段、電動機制御手段)
4…空制ブレーキ装置(駆動/制動手段、空制ブレーキ手段)
5…ブレーキ制御器(駆動/制動手段、空制ブレーキ制御手段)
6…自動列車運転装置(列車自動制御手段)
7…車内伝送装置
8…空制ブレーキ制御器(駆動/制動手段、空制ブレーキ制御手段)
9…車輪
10…レール
11…VVVFインバータ(駆動/制動手段、電動機制御手段)
12…主電動機(駆動/制動手段、電動機)
13…VVVFインバータ(駆動/制動手段、電動機制御手段)
14…主電動機(駆動/制動手段)
1a to 1d ... train control system 2 ... main motor (drive / brake means, electric motor)
3 ... VVVF inverter (drive / brake means, motor control means)
4. Air brake system (drive / brake means, air brake means)
5. Brake controller (drive / brake means, air brake control means)
6 ... Automatic train operation device (train automatic control means)
7: In-vehicle transmission device 8 ... Air brake control (drive / brake means, air brake control means)
9 ... wheel 10 ... rail 11 ... VVVF inverter (drive / brake means, motor control means)
12 ... Main motor (drive / brake means, motor)
13 ... VVVF inverter (drive / brake means, motor control means)
14 ... Main motor (drive / brake means)

Claims (3)

引張力指令、ブレーキ力指令、及び零推力指令を選択的に出力することで列車を制御す
る列車自動制御手段と、
駆動力および制動力を発生させる誘導電動機と、
この誘導電動機を制御するインバータと、
制動力を発生させる空制ブレーキ手段と、
前記列車自動制御手段からブレーキ力指令を受信すると、前記空制ブレーキ手段を制御
して制動力を発生させ、または前記空制ブレーキ手段および前記インバータを介して前記
電動機を制御することで制動力を発生させ、更に、前記列車自動制御手段から零推力指令
を受信すると、前記空制ブレーキ手段を制御して初込め圧による零推力を発生させるブレ
ーキ制御手段と、
前記列車自動制御手段から零推力指令を受信すると、前記誘導電動機を励磁させるとと
もにトルクが零となるような電流を流すように前記インバータを制御する電動機制御手段

を備え
前記列車自動制御手段は、列車を制御しているときに減速または加速することが予想さ
れると、前記零推力指令を出力することを特徴とする列車制御システム。
Train automatic control means for controlling the train by selectively outputting a tensile force command, a brake force command, and a zero thrust command;
An induction motor that generates a driving force and a braking force;
An inverter that controls the induction motor;
Air brake means for generating braking force;
When receiving a braking force command from the train automatic control means, the braking force is generated by controlling the air braking brake means to generate the braking force or by controlling the electric motor via the air braking brake means and the inverter. And when receiving a zero thrust command from the train automatic control means, the brake control means for controlling the air braking brake means to generate zero thrust by the initial charging pressure;
When receiving a zero thrust command from the train automatic control means , exciting the induction motor
Motor control means for controlling the inverter so as to flow a current such that the torque becomes zero ,
The train automatic control means is expected to decelerate or accelerate when controlling the train.
A train control system that outputs the zero thrust command when the command is received .
前記ブレーキ制御手段及びインバータは、故障情報、異常情報、装置の再起動可否情報
のいずれかを含む保護信号を出力し、
前記列車自動制御手段は、前記保護信号に応じて、前記ブレーキ制御手段及びインバー
タが再起動可能かどうかをチェックし、再起動可能なとき、前記ブレーキ制御手段及びイ
ンバータに対して零推力指令を与えることを特徴とする請求項1に記載の列車制御システ
ム。
The brake control means and the inverter include failure information, abnormality information, and apparatus restartability information.
Outputs a protection signal including any of
The train automatic control means is responsive to the protection signal for the brake control means and the inverter.
Whether the brake can be restarted.
The train control system according to claim 1, wherein a zero thrust command is given to the inverter .
前記ブレーキ制御手段は、前記列車自動制御装置からブレーキ指令を受信したことに応
じて、前記空制ブレーキ手段および前記インバータを介して前記誘導電動機を制御すると
き、前記インバータより受信する実効ブレーキ力に関する情報に基づいて、前記ブレーキ
指令によるブレーキ力を満たすように前記空制ブレーキを制御することを特徴とする請求
項1に記載の列車制御システム。
The brake control means responds to reception of a brake command from the train automatic control device.
When the induction motor is controlled via the air brake control means and the inverter
Based on the information about the effective braking force received from the inverter,
The train control system according to claim 1 , wherein the air brake is controlled so as to satisfy a braking force according to a command .
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