JP5856873B2 - Railway vehicle drive system, railway vehicle equipped with the same, and drive control method - Google Patents

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Description

本発明は,ディーゼルエンジン発電駆動方式の鉄道車両の駆動システムに係り,特に回生ブレーキ電力を有効活用して省エネルギを実現する技術に関する。   The present invention relates to a diesel engine power generation drive type railway vehicle drive system, and more particularly to a technology for realizing energy saving by effectively utilizing regenerative brake power.

国内外問わず,地方本線やローカル線ではいまでも非電化区間が多く存在する。これらの区間では,運行本数が1時間当たり1本程度で,さらに乗客も閑散である。新たに電化設備を導入して電車列車を走らせるよりも,これまで通りディーゼルエンジン駆動の気動車等を走行させるほうが,設備投資が不要なだけでなく,一両での運行など輸送量にあわせた自由度の高い車両構成が可能でありランニングコストも抑えられるからある。   There are still many non-electrified sections on local and local lines, both domestically and internationally. In these sections, the number of services is about one per hour, and passengers are also quiet. Rather than introducing new electric equipment and running trains, running diesel-powered cars like conventional ones not only requires no capital investment, but also matches the amount of transportation such as running on one car. This is because a vehicle configuration with a high degree of freedom is possible and the running cost can be reduced.

ところで,気動車は大きく分けて二つの型式がある。ひとつは,ディーゼルエンジンの駆動力を,液体式変速機,減速機を介して直接,車輪に機械エネルギ伝達して引張力を得る「液体式気動車」,もう一方は,ディーゼルエンジン駆動力を発電機で電気エネルギに変換,これを電動機で機械エネルギに戻して車輪を駆動して引張力を得る「電気式気動車」である。現在,国内の気動車は,「液体式気動車」が主流である。旧国鉄時代には「電気式気動車」の開発も行われてきたが,勢力を拡大するには至らなかった。「機械→電気→機械」とエネルギ変換が2回必要であること,また当時は,エンジン出力から電気エネルギへの変換は効率の良くない直流発電機を用いていたこと,「液体式気動車」の開発が進むに従い「電気式気動車」の役割は低下していったためである。   By the way, there are two types of trains. One is a "liquid type diesel car" that obtains a tensile force by transmitting the mechanical power of the diesel engine directly to the wheels via a liquid transmission and reduction gear, and the other is a generator that generates the diesel engine driving power. This is an “electric power train” that converts the energy into electrical energy with a motor and returns it to mechanical energy with an electric motor to drive the wheels to obtain a tensile force. Currently, the mainstream of domestic diesel cars is "liquid diesel cars". In the former JNR era, “electric trains” were also developed, but the power was not expanded. “Mechanical → Electric → Mechanical” requires two energy conversions, and at that time, an inefficient DC generator was used to convert engine output to electrical energy. This is because the role of “electric diesel vehicles” declined as development progressed.

近年,インバータ駆動方式電車の一般化,さらにシリーズハイブリッド気動車の開発を機に,「電気式気動車」に注目が集まるようになってきた。電気式気動車は,液体変速機といった複雑で検査周期の短い機械部品を省略し,電車と部品を共通化できるメリットがある。さらに,メンテナンス性向上を目指して車載部品の共通化が図られるなかで,インバータ装置,電動機,遮断機等の主要機器については,電車と仕様を共通化できるメリットは大きい。   In recent years, with the generalization of inverter-driven trains and the development of series hybrid electric vehicles, attention has been focused on “electric electric vehicles”. Electric trains have the advantage that they can be used in common with trains by omitting complicated mechanical parts with a short inspection cycle, such as liquid transmissions. In addition, while the in-vehicle parts are being shared to improve maintainability, the main equipment such as the inverter device, electric motor, and circuit breaker has the advantage of being able to share the specifications with the train.

シリーズハイブリッド気動車については,例えば特開2010−11684号公報の鉄道車両駆動システムにおいて述べられている。   The series hybrid pneumatic vehicle is described in, for example, a railway vehicle drive system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-11684.

特開2010−11684号公報における鉄道車両の駆動装置の機器構成図を図7に示す。   FIG. 7 shows a device configuration diagram of a railway vehicle drive device in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-11684.

システム統括制御部109は,運転台111が出力する運転指令NTC_inv,速度演算部120bが出力する電動機ロータ周波数FR_mtr,インバータ装置104が出力する駆動トルク情報TRQ_inv,蓄電装置108が出力する電池セル温度TMP_btr,電池蓄電量SOC_btrを入力として,エンジン装置101にエンジン出力指令NTC_eng,コンバータ装置103にコンバータ発電指令NTC_cnvを出力し,2次電池蓄電量を一定範囲内とするように,これらの機器の総合的な動作状態を制御する。充放電電流による通流損失を最小限とすることで,蓄電手段の安全性確保と長寿命化を実現する。   The system control unit 109 includes an operation command NTC_inv output from the cab 111, an electric motor rotor frequency FR_mtr output from the speed calculation unit 120b, drive torque information TRQ_inv output from the inverter device 104, and a battery cell temperature TMP_btr output from the power storage device 108. , The battery storage amount SOC_btr is input, the engine output command NTC_eng is output to the engine device 101, the converter power generation command NTC_cnv is output to the converter device 103, and the total amount of these devices is set so that the secondary battery storage amount is within a certain range. Control various operating states. By minimizing the conduction loss due to the charge / discharge current, the safety of the power storage means is secured and the service life is extended.

特許文献1は,シリーズハイブリッド方式の気動車の構成である。蓄電装置を搭載することにより,液体式気動車はもちろんのこと,電気式気動車でも実現されていなかった回生ブレーキを実現した。回生ブレーキ電力を蓄電装置に充電して,力行時の電力の一部としてあてることにより,燃料消費量の低減を可能としている。   Patent document 1 is a structure of a series hybrid type diesel car. By installing a power storage device, regenerative braking has been realized that has not been realized in electric powered vehicles as well as liquid powered vehicles. The regenerative braking power is charged to the power storage device and applied as part of the power during power running, thereby reducing fuel consumption.

特開2010−11684号公報 「鉄道車両駆動システム」JP 2010-11684 A "Railway vehicle drive system"

前述のように,シリーズハイブリッド方式気動車では蓄電装置の搭載により回生ブレーキを可能としている。これに対し,蓄電装置を搭載していない一般的な電気式気動車は,電車と部品を共通化できるメリットはシリーズハイブリッド方式気動車と同じであるが,ブレーキで発生した電力を一時的に蓄積する蓄電手段は持たない。   As mentioned above, regenerative braking is enabled by installing a power storage device in the series hybrid system. On the other hand, a general electric train without a power storage device has the same merit as a series hybrid train, although it can share parts with a train. I have no means.

一般的な電気式気動車でも,ブレーキ中は補機消費電力が動作しているので,少なくとも補機負荷分の回生ブレーキ電力を補機消費電力として消費できる。しかし,車両の停止間際では回生ブレーキ電力が小さくなり補機消費電力を負担できなくなる。この時点で,補機への電力供給源として,インバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)にバトンタッチが必要となる。   Even in a general electric train, the auxiliary machine power consumption is operating during braking, so at least the regenerative brake power for the auxiliary machine load can be consumed as auxiliary machine power consumption. However, the regenerative brake power becomes small just before the vehicle stops, and the auxiliary machine power consumption cannot be borne. At this time, a baton touch is required from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power) as a power supply source to the auxiliary machine.

インバータ装置,またはコンバータ装置を補機への電力供給源として動作させるために,インバータ装置,またはコンバータ装置で,直流部電圧を一定に保つ定電圧制御(AVR制御)を行い,補機に電力を供給する補助電源装置は,直流部より必要電力を負荷に供給するため定電力制御(電圧一定を前提すれば定電流制御)をすることが考えられる。ここで,定電圧制御(AVR制御)は,制御干渉を回避するために,インバータ装置,コンバータ装置の何れか一方が担当することが望ましい。その切替え時間は定電圧制御(AVR制御)の制御周期(数ミリ秒程度)未満とする必要がある。   In order to operate the inverter device or converter device as a power supply source to the auxiliary equipment, the inverter device or converter device performs constant voltage control (AVR control) that keeps the DC voltage constant, and supplies power to the auxiliary equipment. It is conceivable that the auxiliary power supply to be supplied performs constant power control (constant current control if a constant voltage is assumed) in order to supply necessary power from the DC section to the load. Here, the constant voltage control (AVR control) is preferably handled by either the inverter device or the converter device in order to avoid control interference. The switching time needs to be less than the control cycle (about several milliseconds) of constant voltage control (AVR control).

ところで,鉄道システムにおける,インバータ装置とコンバータ装置の制御連携の方法としては,RS485等のシリアル通信方式が一般的である。このシリアル通信等による制御伝送により,補機への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える方法も原理的には可能である。しかし,インバータ装置とコンバータ装置間の通信では,制御情報の送信処理,および受信処理,また通信周期による伝送遅れが発生する。この伝送遅れは装置の仕様により異なるが,一般的な鉄道システムの制御仕様では数十ミリ秒程度である。すなわち,シリアル通信等による制御伝送により,補機への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替えは難しいと考えられる。   By the way, a serial communication method such as RS485 is generally used as a method of control cooperation between the inverter device and the converter device in the railway system. In principle, a method of switching the power supply source for the auxiliary machine from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power) by control transmission by serial communication or the like is also possible. However, in the communication between the inverter device and the converter device, there is a transmission delay due to control information transmission processing and reception processing, and a communication cycle. This transmission delay varies depending on the specifications of the equipment, but it is about several tens of milliseconds in the general railway system control specifications. That is, it is considered difficult to switch the power supply source for the auxiliary machine from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power) by control transmission using serial communication or the like.

本発明の目的は,回生ブレーキ電力を有効に利用することができ,かつ制御安定性の高い電気式気動車の制御システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a control system for an electric pneumatic vehicle that can effectively use regenerative brake power and has high control stability.

本発明では,インバータ装置とコンバータ装置を接続する直流電力部分の直流電圧が共通であることに着目し,上限電圧をインバータ装置,または電力吸収装置の充放電を制御するチョッパ装置,下限電圧をコンバータ装置で制限することにより,シリアル通信等の制御伝送で補機への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替えることを必要とせずに,直流部電圧を所定範囲に収める制御を行い,その結果としてインバータ装置とコンバータ装置のいずれかにより補機に電力を供給する方式とした。   In the present invention, paying attention to the fact that the DC voltage of the DC power part connecting the inverter device and the converter device is common, the upper limit voltage is the chopper device that controls charging / discharging of the inverter device or the power absorption device, and the lower limit voltage is the converter. By limiting the device, it is not necessary to switch the power supply source to the auxiliary device from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power) by control transmission such as serial communication, and the DC voltage is set to a predetermined value. As a result, the power was supplied to the auxiliary equipment by either the inverter or the converter.

つまり,エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換手段と,直流電力を交流電力に変換し電動機を制御する第二の電力変換手段と,直流電力を入力として補機へ電力を供給する補機電力供給手段と,直流電力の電圧を検出する電圧検出手段と,第一の電力変換手段を制御する第一の制御手段と,第二の電力変換手段を制御する第二の制御手段を備える鉄道車両用駆動システムにおいて,第一の制御手段は,電圧検出手段により検出した電圧情報に対する第一の電圧閾値を備え,第二の制御手段は,電圧検出手段により検出した電圧情報に対する第二の電圧閾値を備え,第二の電圧閾値は,第一の電圧閾値よりも大きな電圧値とし、第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,直流電力の電圧が第一の電圧閾値よりも小さくなった際に,第一の制御手段は,直流電力の電圧が第一の電圧閾値以上となるように第一の電力変換手段の出力を調整し,第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,直流電力の電圧が第二の電圧閾値よりも大きくなった際に,第二の制御手段は,直流電力の電圧が第二の電圧閾値以下となるように第二の電力変換手段の出力を調整する。 That is, first power conversion means for converting AC power generated by a generator driven by the engine into DC power, second power conversion means for converting DC power to AC power and controlling the motor, and DC power Auxiliary power supply means for supplying power to the auxiliary equipment with input as input, voltage detection means for detecting the voltage of DC power, first control means for controlling the first power conversion means, and second power conversion In the railway vehicle drive system comprising the second control means for controlling the means, the first control means comprises a first voltage threshold for the voltage information detected by the voltage detection means, and the second control means comprises a voltage The second voltage threshold is provided for the voltage information detected by the detection means, the second voltage threshold is set to a voltage value larger than the first voltage threshold , and the second power conversion means performs the regenerative operation. DC power When the voltage becomes smaller than the first voltage threshold, the first control means adjusts the output of the first power conversion means so that the voltage of the DC power becomes equal to or higher than the first voltage threshold, When the second power conversion means performs a regenerative operation and the voltage of the DC power becomes larger than the second voltage threshold, the second control means determines that the voltage of the DC power is the second voltage threshold. The output of the second power conversion means is adjusted so as to be as follows.

もしくは,エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換手段と,直流電力を交流電力に変換し電動機を制御する第二の電力変換手段と,直流電力を入力として補機へ電力を供給する補機電力供給手段と,直流電力を充放電する電力吸収手段と,充放電する電力を調整する第三の電力変換手段と,直流電力の電圧を検出する電圧検出手段と,第一の電力変換手段を制御する第一の制御手段と,第二の電力変換手段を制御する第二の制御手段と,第三の電力変換手段を制御する第三の制御手段と,を備える鉄道車両用駆動システムにおいて,第一の制御手段は,電圧検出手段により検出した電圧情報に対する第一の電圧閾値を備え,第三の制御手段は,電圧検出手段により検出した電圧情報に対する第三の電圧閾値を備え,第三の電圧閾値は,第一の電圧閾値よりも大きな電圧値とし,第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,直流電力の電圧が第一の電圧閾値よりも小さくなった際に,第一の制御手段は,直流電力の電圧が第一の電圧閾値以上となるように第一の電力変換手段の出力を調整し,第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,直流電力の電圧が第三の電圧閾値よりも大きくなった際に,第三の制御手段は,直流電力の電圧が第三の電圧閾値以下となるように第三の電力変換手段の出力を調整する。 Alternatively, first power conversion means for converting AC power generated by a generator driven by the engine into DC power, second power conversion means for converting DC power to AC power and controlling the motor, and DC power Auxiliary power supply means for supplying power to the auxiliary equipment as input, a power absorption means for charging / discharging DC power, a third power conversion means for adjusting power to be charged / discharged, and detecting the voltage of DC power Voltage detection means, first control means for controlling the first power conversion means, second control means for controlling the second power conversion means, and third control for controlling the third power conversion means The first control means comprises a first voltage threshold for the voltage information detected by the voltage detection means, and the third control means comprises a voltage detected by the voltage detection means. For information Comprising a third voltage threshold, the third voltage threshold, a larger voltage value than the first voltage threshold, the second power conversion means in the case where a regenerative operation, the voltage of the DC power first The first control means adjusts the output of the first power conversion means so that the voltage of the DC power becomes equal to or higher than the first voltage threshold, and the second power conversion When the means performs a regenerative operation and the voltage of the DC power becomes larger than the third voltage threshold, the third control means makes the voltage of the DC power fall below the third voltage threshold. To adjust the output of the third power conversion means.

もしくは,エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換手段と,直流電力を交流電力に変換し電動機を制御する第二の電力変換手段と,直流電力を入力として補機へ電力を供給する補機電力供給手段と,直流電力の電圧を検出する電圧検出手段と,備える鉄道車両の駆動制御方法において,第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,電圧検出手段の検出電圧値が第一の所定値よりも小さくなった場合に,直流電力の電圧が第一の所定値以上となるように,第一の電力変換手段を制御して発電機から電力を発生させ,第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,電圧検出手段の検出電圧値が第一の所定値よりも大きな第二の所定値よりも大きくなった際に,直流電力の電圧が第二の所定値以下となるように,第二の電力変換手段を制御して電動機から発生する電力を調整する。 Alternatively, first power conversion means for converting AC power generated by a generator driven by the engine into DC power, second power conversion means for converting DC power to AC power and controlling the motor, and DC power When the second power conversion means performs a regenerative operation in the auxiliary vehicle power supply means for supplying power to the auxiliary equipment with the input as input, the voltage detection means for detecting the voltage of DC power, and the drive control method for a railway vehicle. When the detected voltage value of the voltage detecting means becomes smaller than the first predetermined value, the first power conversion means is controlled so that the voltage of the DC power becomes equal to or higher than the first predetermined value. Power is generated from the generator and the second power conversion means performs a regenerative operation, and the detection voltage value of the voltage detection means becomes larger than a second predetermined value larger than the first predetermined value. The voltage of the DC power As equal to or less than a predetermined value, it adjusts the power by controlling the second power converter means for generating from the electric motor.

もしくは,エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換手段と,直流電力を交流電力に変換し電動機を制御する第二の電力変換手段と,直流電力を入力として補機へ電力を供給する補機電力供給手段と,直流電力を充放電する電力吸収手段と,充放電する電力を調整する第三の電力変換手段と,直流電力の電圧を検出する電圧検出手段と,を備える鉄道車両の駆動制御方法において,第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,電圧検出手段の検出電圧値が第一の所定値よりも小さくなった場合に,直流電力の電圧が前記第一の所定値以上となるように,第一の電力変換手段を制御して発電機から電力を発生させ,前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,電圧検出手段の検出電圧値が第一の所定値よりも大きな第二の所定値よりも大きくなった際に,直流電力の電圧が第二の所定値以下となるように,第三の電力変換手段を制御して電力吸収手段に電力を充電する。
Alternatively, first power conversion means for converting AC power generated by a generator driven by the engine into DC power, second power conversion means for converting DC power to AC power and controlling the motor, and DC power Auxiliary power supply means for supplying power to the auxiliary equipment as input, a power absorption means for charging / discharging DC power, a third power conversion means for adjusting power to be charged / discharged, and detecting the voltage of DC power In the railway vehicle drive control method comprising the voltage detection means, the second power conversion means performs a regenerative operation, and the detected voltage value of the voltage detection means is smaller than the first predetermined value. In addition, when the first power conversion means is controlled to generate electric power from the generator so that the voltage of the DC power is not less than the first predetermined value, the second power conversion means performs a regenerative operation. And voltage detection means When the detected voltage value is larger than the larger second predetermined value than the first predetermined value, so that the voltage of the DC power is less than the second predetermined value, and controls the third power conversion means To charge the power absorption means.

本発明の効果は,回生ブレーキ電力を有効に利用することができ,かつ制御安定性の高い電気式気動車の制御システムを提供できることにある。   An effect of the present invention is that a regenerative brake electric power can be used effectively, and a control system for an electric pneumatic vehicle with high control stability can be provided.

本発明の電気車の駆動システムにおける一実施形態の機器構成を示す図。The figure which shows the apparatus structure of one Embodiment in the drive system of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車の駆動システムの一実施形態における制御方式を示すブロック図。The block diagram which shows the control system in one Embodiment of the drive system of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車の駆動システムの一実施形態における動作例を示す図。The figure which shows the operation example in one Embodiment of the drive system of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車の駆動システムにおける第二実施形態の機器構成を示す図。The figure which shows the apparatus structure of 2nd embodiment in the drive system of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車の駆動システムの第二実施形態における制御方式を示すブロック図。The block diagram which shows the control system in 2nd embodiment of the drive system of the electric vehicle of this invention. 本発明の電気車の駆動システムの第二実施形態における動作例を示す図。The figure which shows the operation example in 2nd embodiment of the drive system of the electric vehicle of this invention. 従来の鉄道車両の駆動システムを示す構成図。The block diagram which shows the drive system of the conventional railway vehicle.

以下,本発明の実施の形態について,図面を用いて説明していく。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は,本発明の電気車の駆動システムにおける一実施形態の機器構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing an apparatus configuration of an embodiment of an electric vehicle drive system according to the present invention.

エンジン装置1は,少なくともエンジン12とエンジン制御装置13で構成する。エンジン制御装置13は,後述するシステム統括制御部9が出力するエンジン出力信号CMD_eng,速度演算部20aが出力する発電機ロータ周波数FR_genを入力として,エンジン12の軸出力がシステム統括制御部9のエンジン出力指令CMD_engに追従するように,エンジン12に対してエンジン制御信号F_engを出力する。   The engine device 1 includes at least an engine 12 and an engine control device 13. The engine control device 13 receives an engine output signal CMD_eng output from a system control unit 9 described later and a generator rotor frequency FR_gen output from a speed calculation unit 20a, and the shaft output of the engine 12 is an engine of the system control unit 9. An engine control signal F_eng is output to the engine 12 so as to follow the output command CMD_eng.

発電機2は,エンジン12の軸出力を動力として,これを3相交流電力に変換して出力する。発電機の方式としては,ここではおもに誘導発電機を想定しているが,後述するように同期発電機も適用できる。   The generator 2 uses the shaft output of the engine 12 as power, converts it into three-phase AC power, and outputs it. As the generator system, an induction generator is mainly assumed here, but a synchronous generator can also be applied as described later.

コンバータ装置3は,少なくともコンバータ主回路14,電流検出器16a,16c,16d,16e,フィルタコンデンサ17a,抵抗器18a,電圧検出器19a,速度演算部20a,電流指令生成部21a,PWM制御部22aで構成する。   The converter device 3 includes at least a converter main circuit 14, current detectors 16a, 16c, 16d, and 16e, a filter capacitor 17a, a resistor 18a, a voltage detector 19a, a speed calculation unit 20a, a current command generation unit 21a, and a PWM control unit 22a. Consists of.

コンバータ主回路14は,発電機2が発生する3相交流電力を入力として,PWM制御部22aが出力する電圧指令VP_cnvに従い,前述の3相交流電力を直流電力に変換して出力する。電流検出器16c,16d,16eは,前述の3相交流電流の各相電流Iu1,Iv1,Iw1を検出する。フィルタコンデンサ17aは,コンバータ主回路14で変換された直流電力の電流脈動を平滑する。電流検出器16aは,前記直流電力部の電流値Is1を検出する。抵抗器18aは前記直流電力の電流値Is1を分流して,これをもとに電圧検出器19aは前記直流電力の電圧値Ecf1を検出する。   The converter main circuit 14 receives the three-phase AC power generated by the generator 2 and converts the three-phase AC power into DC power according to the voltage command VP_cnv output from the PWM controller 22a and outputs the DC power. The current detectors 16c, 16d, and 16e detect the phase currents Iu1, Iv1, and Iw1 of the three-phase alternating current described above. The filter capacitor 17a smoothes the current pulsation of the DC power converted by the converter main circuit 14. The current detector 16a detects the current value Is1 of the DC power unit. The resistor 18a diverts the current value Is1 of the DC power, and based on this, the voltage detector 19a detects the voltage value Ecf1 of the DC power.

また,速度検出器10aは発電機2に付属していて,エンジン装置1と発電機2を結合する回転軸の回転速度に基づいた速度パルス信号PLS_genを出力する。速度演算部20aは,速度パルス信号PLS_genをもとに,発電機2の回転速度情報FR_genを演算し,エンジン制御装置13,電流指令生成部21a,およびPWM制御部22aに入力する。ここで,速度検出器10aの出力は速度パルス信号PLS_genであり,これをもとに速度演算部20aは発電機2の回転速度情報FR_genを算出するとしているが,これは誘導発電機を想定したものであり,実際は発電機方式により必要な制御情報が異なる。例えば,発電機を永久磁石式同期発電機とした場合は,制御情報としては回転位置情報が必要であり,これを算出するため,速度パルス信号PLS_genの代わりに回転角度検出器を設けて回転位置信号を測定し,速度演算部20aの代わりに位置演算部を設けて回転位置情報を算出する。   The speed detector 10 a is attached to the generator 2 and outputs a speed pulse signal PLS_gen based on the rotation speed of the rotating shaft that couples the engine device 1 and the generator 2. The speed calculator 20a calculates the rotational speed information FR_gen of the generator 2 based on the speed pulse signal PLS_gen and inputs it to the engine controller 13, the current command generator 21a, and the PWM controller 22a. Here, the output of the speed detector 10a is a speed pulse signal PLS_gen, and based on this, the speed calculation unit 20a calculates the rotational speed information FR_gen of the generator 2, which is assumed to be an induction generator. Actually, the required control information differs depending on the generator system. For example, when the generator is a permanent magnet synchronous generator, rotational position information is required as control information, and in order to calculate this, a rotational angle detector is provided instead of the speed pulse signal PLS_gen. A signal is measured, and a position calculation unit is provided instead of the speed calculation unit 20a to calculate rotational position information.

電流指令生成部21aは,システム統括制御部9が出力するコンバータ発電指令NTC_cnvと,速度演算部20aが出力する発電機2の回転速度情報 FR_genを入力として,発電機2がコンバータ発電指令NTC_cnvにもとづいた定電力発電を行うためのベクトル制御電流指令Idp_cnv,Iqp_cnvを算出して出力する。PWM制御部22aは前述の3相交流電流の各相電流Iu1,Iv1,Iw1,発電機2の回転速度情報FR_gen,前記直流電力部の電流値Is1,同じく電圧値Ecf1,ベクトル制御電流指令Idp_cnv,Iqp_cnvを入力として,コンバータ主回路14を駆動する電圧指令VP_cnvを演算して出力する。   The current command generator 21a receives the converter power generation command NTC_cnv output from the system overall control unit 9 and the rotational speed information FR_gen of the generator 2 output from the speed calculation unit 20a, and the generator 2 is based on the converter power generation command NTC_cnv. The vector control current commands Idp_cnv and Iqp_cnv for performing the constant power generation are calculated and output. The PWM control unit 22a includes the phase currents Iu1, Iv1, Iw1, generator 2 rotation speed information FR_gen, the DC power unit current value Is1, the voltage value Ecf1, the vector control current command Idp_cnv, Using Iqp_cnv as an input, a voltage command VP_cnv for driving converter main circuit 14 is calculated and output.

インバータ装置4は,少なくともインバータ主回路15,電流検出器16b,16f,16g,16h,フィルタコンデンサ17b,抵抗器18b,電圧検出器19b,速度演算部20b,電流指令生成部21b,PWM制御装置22bの構成要素を含む。   The inverter device 4 includes at least an inverter main circuit 15, current detectors 16b, 16f, 16g, and 16h, a filter capacitor 17b, a resistor 18b, a voltage detector 19b, a speed calculation unit 20b, a current command generation unit 21b, and a PWM control device 22b. Of components.

インバータ主回路15は,コンバータ装置3が出力する直流電力を入力として,PWM制御部22bが出力する電圧指令VP_invに従い,前述の直流電力を3相交流電力に変換して出力する。抵抗器18bは前記直流電力の電流値Is2を分流して,これをもとに電圧検出器19bは前述した直流電力の電圧値Ecf2を検出する。電流検出器16bは前述の直流電力部の電流値Is2を検出する。フィルタコンデンサ17bは,インバータ主回路15に入力される直流電力の電流脈動を平滑する。電流検出器16f,16g,16hは,前述の3相交流電流の各相電流Iu2,Iv2,Iw2を検出する。   The inverter main circuit 15 receives the DC power output from the converter device 3 as an input, converts the DC power described above into three-phase AC power, and outputs it according to the voltage command VP_inv output from the PWM control unit 22b. The resistor 18b shunts the current value Is2 of the DC power, and based on this, the voltage detector 19b detects the voltage value Ecf2 of the DC power described above. The current detector 16b detects the current value Is2 of the DC power unit described above. The filter capacitor 17b smoothes the current pulsation of the DC power input to the inverter main circuit 15. The current detectors 16f, 16g, and 16h detect the phase currents Iu2, Iv2, and Iw2 of the three-phase alternating current described above.

電動機5は,インバータ主回路15により発生した3相交流電力をもとに,車両を駆動するための動力を発生する。電動機の方式としては,ここではおもに誘導電動機を想定しているが,後述するように電動機発電機も適用できる。   The electric motor 5 generates power for driving the vehicle based on the three-phase AC power generated by the inverter main circuit 15. As an electric motor system, an induction motor is mainly assumed here, but a motor generator can also be applied as described later.

速度検出器10bは電動機5に付属している。速度演算部20bは,速度パルス信号PLS_mtrをもとに,電動機5の回転速度情報FR_mtrを演算し,システム統括制御部9,電流指令生成部21bおよびPWM制御部22bに入力する。ここで,速度検出器10bの出力は速度パルス信号PLS_mtrであり,これをもとに速度演算部20bは電動機5の回転速度情報FR_mtrを算出するとしているが,これは誘導電動機を想定したものであり,実際は電動機方式により必要な制御情報が異なる。例えば,電動機を永久磁石式同期電動機とした場合は,制御情報としては回転位置情報が必要であり,これを算出するため,速度パルス信号PLS_mtrの代わりに回転角度検出器を設け回転位置信号を測定し,速度演算部20bの代わりに位置演算部を設け回転位置情報を算出する。   The speed detector 10 b is attached to the electric motor 5. The speed calculation unit 20b calculates the rotational speed information FR_mtr of the electric motor 5 based on the speed pulse signal PLS_mtr and inputs it to the system overall control unit 9, the current command generation unit 21b, and the PWM control unit 22b. Here, the output of the speed detector 10b is a speed pulse signal PLS_mtr, and the speed calculation unit 20b calculates the rotation speed information FR_mtr of the motor 5 based on this, but this assumes an induction motor. In fact, the required control information differs depending on the motor system. For example, when the motor is a permanent magnet type synchronous motor, rotational position information is required as control information, and in order to calculate this, a rotational angle detector is provided in place of the speed pulse signal PLS_mtr and the rotational position signal is measured. Then, instead of the speed calculation unit 20b, a position calculation unit is provided to calculate rotational position information.

電流指令生成部21bは,運転台11が出力する運転指令NTC_invと,速度演算部20bが出力する電動機5の回転速度情報FR_mtrを入力として,運転指令NTC_invに基づいて,電動機5の軸トルクまたは軸出力を発生するように,力行または発電制動トルクを制御するベクトル制御電流指令Idp_inv,Iqp_invを算出して出力する。PWM制御部22bは前述の3相交流電流の各相電流Iu2,Iv2,Iw2,電動機5の回転速度情報FR_mtr,前述した直流電力部の電流値Is2,同じく電圧値Ecf2,ベクトル制御電流指令Idp_inv,Iqp_invを入力として,インバータ主回路15の出力電圧および交流電流周波数を可変制御するVP_invを演算して出力する。   The current command generation unit 21b receives the operation command NTC_inv output from the cab 11 and the rotational speed information FR_mtr output from the speed calculation unit 20b, and based on the operation command NTC_inv, the shaft torque or the shaft of the motor 5 is input. Vector control current commands Idp_inv and Iqp_inv for controlling power running or dynamic braking torque are calculated and output so as to generate an output. The PWM control unit 22b includes the phase currents Iu2, Iv2, Iw2, the rotational speed information FR_mtr of the motor 5 described above, the current value Is2 of the DC power unit, the voltage value Ecf2, the vector control current command Idp_inv, With Iqp_inv as an input, VP_inv for variably controlling the output voltage and AC current frequency of the inverter main circuit 15 is calculated and output.

減速機6は,電動機5の回転速度を,異なる歯数の歯車の組み合わせなどで減速して,それにより増幅した軸トルクで輪軸7を駆動して車両を加減速する。また,速度検出器10bは電動機5に付属していて,電動機5と減速機6を結合する回転軸の回転速度に基づいた速度パルス信号PLS_mtrを出力する。   The speed reducer 6 decelerates the rotational speed of the electric motor 5 with a combination of gears having different numbers of teeth, and drives the wheel shaft 7 with the amplified shaft torque to accelerate and decelerate the vehicle. The speed detector 10b is attached to the electric motor 5, and outputs a speed pulse signal PLS_mtr based on the rotational speed of the rotary shaft that couples the electric motor 5 and the speed reducer 6.

システム統括制御部9は,運転台11が出力する運転指令NTC_inv,速度演算部20bが出力する電動機ロータ周波数FR_mtr,フィルタコンデンサ電圧Ecf1,Ecf2を入力として,エンジン制御装置13にエンジン出力指令CMD_eng,電流指令生成部21bにコンバータ発電指令NTC_cnvを出力して,これらの機器の総合的な動作状態を制御する。   The system control unit 9 receives the operation command NTC_inv output from the cab 11, the motor rotor frequency FR_mtr output from the speed calculation unit 20 b, and the filter capacitor voltages Ecf 1 and Ecf 2 as inputs, and sends the engine output command CMD_eng, current to the engine control device 13. The converter power generation command NTC_cnv is output to the command generation unit 21b to control the overall operation state of these devices.

補機電源用インバータ装置24は,コンバータ装置3とインバータ装置4の間に位置する直流電力を入力として,これを3相交流電力に変換して出力する。さらに変圧器25により,電気車の照明や空調機などの補機に供給するサービス電源電圧に調整して,各サービス機器に供給する。   The auxiliary power supply inverter device 24 receives DC power located between the converter device 3 and the inverter device 4 as input, converts it into three-phase AC power, and outputs it. Further, the transformer 25 adjusts the service power supply voltage to be supplied to auxiliary equipment such as electric vehicle lighting and air conditioners, and supplies it to each service device.

以上の構成によれば,エンジン発電電力を直流変換するコンバータ装置と,直流電力を基に電動機を駆動するインバータ装置と,直流電力を基に補機に必要な電力を生成する補助電源装置を備える電気式気動車において,ブレーキ中の補機負荷への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える際,インバータ装置とコンバータ装置を接続する直流電力部分の上限電圧をインバータ装置,下限電圧をコンバータ装置により制限して直流部電圧を所定値に収める制御方式として,直流電力の電圧に応じて補助電源装置の電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える,簡便かつ制御安定性の高い電気式気動車の制御システムを提供できる。   According to the above configuration, the converter device that converts engine generated power into direct current, the inverter device that drives the motor based on the direct current power, and the auxiliary power supply device that generates power necessary for the auxiliary device based on the direct current power are provided. In electric trains, when switching the power supply to the auxiliary load during braking from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power), the upper limit voltage of the DC power part connecting the inverter device and the converter device is set. As a control system that limits the lower limit voltage by the converter device and keeps the DC voltage within a predetermined value, the power supply source of the auxiliary power supply is changed from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine Can provide a simple and highly stable control system for electric powered vehicles.

また,電気式気動車において補機消費電力に回生ブレーキ電力を優先して供給することにより,運動エネルギの損失を抑え,燃料消費量を低減できる電気式気動車を実現できる。   In addition, by supplying regenerative braking power with priority to auxiliary machine power consumption in an electric power train, it is possible to realize an electric power train that can suppress loss of kinetic energy and reduce fuel consumption.

つまり,本実施例によれば,回生ブレーキ電力を補機などで有効に利用することにより,蓄電装置を用いなくても燃料消費量を低減でき,かつ,シリアル通信等による制御伝送により,補機への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える必要が無いため,直流部電圧の制御安定性の高い電気式気動車を実現できる。   In other words, according to the present embodiment, the fuel consumption can be reduced without using the power storage device by effectively using the regenerative brake power in the auxiliary machine, and the auxiliary machine can be controlled by the control transmission by serial communication or the like. Since there is no need to switch the power supply source to the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power), it is possible to realize an electric powered vehicle with high DC section voltage control stability.

図2は,本発明の電気車の駆動システムの一実施形態における制御方式を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a control method in an embodiment of the electric vehicle drive system of the present invention.

フィルタコンデンサ電圧Ecf1は,図示していない電圧検出器19aで検出するコンバータ装置3の直流側電圧である。また,目標値設定器31では,後述する前記直流部電圧が所定値を下回らないように下限リミット制御するための下限電圧リミット値V_lowerを設定する。切替器32aは,コンバータゲートスタート信号GST_cnvを切替入力として,GST_cnv=0のときはフィルタコンデンサ電圧Ecf1を,GST_cnv=1のときは下限電圧リミット値V_lowerを,下限電圧リミット制御目標値(3)V_cnv3として出力する。変化率リミッタ33aは,下限電圧リミット制御目標値(3)V_cnv3を入力として,その変化率を所定値以下に制限して,下限電圧リミット制御目標値(2)V_cnv2として出力する。これにより,切替器32aの出力が,コンバータゲートスタート信号GST_cnvに応じて,フィルタコンデンサ電圧Ecf1と下限電圧リミット値V_lowerを切替えて下限電圧リミット制御目標値(2)V_cnv2を出力するとき,出力値の変化が後述する下限電圧リミット制御が追従できる範囲を超えないようにする。高位選択器34は,フィルタコンデンサ電圧Ecf1と,下限電圧リミット制御目標値(2)V_cnv2のうち,小さくないほうを選択して,下限電圧リミット制御目標値(1)V_cnv1として出力する。   The filter capacitor voltage Ecf1 is a DC side voltage of the converter device 3 detected by a voltage detector 19a (not shown). Further, the target value setter 31 sets a lower limit voltage limit value V_lower for lower limit control so that the DC section voltage described later does not fall below a predetermined value. The switch 32a receives the converter gate start signal GST_cnv as a switching input, the filter capacitor voltage Ecf1 when GST_cnv = 0, the lower limit voltage limit value V_lower when GST_cnv = 1, and the lower limit voltage limit control target value (3) V_cnv3 Output as. The change rate limiter 33a receives the lower limit voltage limit control target value (3) V_cnv3, limits the change rate to a predetermined value or less, and outputs the lower limit voltage limit control target value (2) V_cnv2. Thereby, when the output of the switch 32a switches the filter capacitor voltage Ecf1 and the lower limit voltage limit value V_lower according to the converter gate start signal GST_cnv and outputs the lower limit voltage limit control target value (2) V_cnv2, the output value The change should not exceed the range that the lower limit voltage limit control described later can follow. The high level selector 34 selects the smaller one of the filter capacitor voltage Ecf1 and the lower limit voltage limit control target value (2) V_cnv2, and outputs it as the lower limit voltage limit control target value (1) V_cnv1.

加減算器35aは,下限電圧リミット制御目標値(1)V_cnv1から,フィルタコンデンサ電圧Ecf1を減算し,下限電圧リミット制御量delta_V_cnvを出力する。安定化制御器36aは,下限電圧リミット制御目標値(1)V_cnv1を安定に零に収束するための下限電圧リミット制御操作量Tqp_cnvを算出する。コンバータ電流制御器37は,下限電圧リミット制御操作量Tqp_cnvと,図示していない電流検出値16c,16d,16eで検出した発電機電流Iu1,Iv1,Iw1と,図示していない速度検出器10aで検出した発電機速度パルス信号PLS_genをもとに速度演算部20aで算出した発電機ロータ周波数FR_genより,コンバータ主回路14における電圧制御を実現するためのコンバータ電圧指令値Vp_cnvを算出する。   The adder / subtracter 35a subtracts the filter capacitor voltage Ecf1 from the lower limit voltage limit control target value (1) V_cnv1, and outputs a lower limit voltage limit control amount delta_V_cnv. The stabilization controller 36a calculates the lower limit voltage limit control operation amount Tqp_cnv for stably converging the lower limit voltage limit control target value (1) V_cnv1 to zero. The converter current controller 37 includes a lower limit voltage limit control operation amount Tqp_cnv, generator currents Iu1, Iv1, Iw1 detected by current detection values 16c, 16d, 16e (not shown), and a speed detector 10a (not shown). Based on the detected generator speed pulse signal PLS_gen, a converter voltage command value Vp_cnv for realizing voltage control in the converter main circuit 14 is calculated from the generator rotor frequency FR_gen calculated by the speed calculator 20a.

以上の構成により,フィルタコンデンサ電圧Ecf1が,下限電圧リミット値V_lowerよりも下回ろうとすると,下限電圧リミット制御の目標値はV_lowerとして,フィルタコンデンサ電圧Ecf1がV_lowerに追従するように,安定化制御器36aは定電圧制御することで,フィルタコンデンサ電圧Ecf1がV_lowerを継続して下回らないようにする,下限電圧リミット制御を実現する。一方,フィルタコンデンサ電圧Ecf1が,下限電圧リミット値V_lowerよりも小さくないときは,下限電圧リミット制御の目標値をフィルタコンデンサ電圧Ecf1として,目標値と検出値を同じとすることにより,下限電圧リミット制御を行わないようにする。   With the above configuration, when the filter capacitor voltage Ecf1 tries to fall below the lower limit voltage limit value V_lower, the target value of the lower limit voltage limit control is V_lower, and the stabilization controller is set so that the filter capacitor voltage Ecf1 follows V_lower. The constant voltage control 36a realizes the lower limit voltage limit control that prevents the filter capacitor voltage Ecf1 from continuing below V_lower. On the other hand, when the filter capacitor voltage Ecf1 is not smaller than the lower limit voltage limit value V_lower, the lower limit voltage limit control is performed by setting the target value of the lower limit voltage limit control as the filter capacitor voltage Ecf1 and making the target value and detection value the same. Do not do.

フィルタコンデンサ電圧Ecf2は,図示していない電圧検出器19bで検出するインバータ装置4の直流側電圧である。また,目標値設定器38では,後述する前記直流部電圧が所定値を上回らないように上限リミット制御するための上限電圧リミット値V_upperを設定する。切替器32bは,インバータゲートスタート信号GST_invを切替入力として,GST_inv=0のときはフィルタコンデンサ電圧Ecf2を,GST_inv=1のときは上限電圧リミット値V_upperを,上限電圧リミット制御目標値(3)V_inv3として出力する。変化率リミッタ33bは,上限電圧リミット制御目標値(3)V_inv3を入力として,その変化率を所定値以下に制限して,上限電圧リミット制御目標値(2)V_inv2として出力する。これにより,切替器32bの出力が,インバータゲートスタート信号GST_invに応じて,フィルタコンデンサ電圧Ecf2と上限電圧リミット値V_upperを切替えて上限電圧リミット制御目標値(2)V_inv2を出力するとき,出力値の変化が後述する上限電圧リミット制御が追従できる範囲を超えないようにする。低位選択器39は,フィルタコンデンサ電圧Ecf2と,上限電圧リミット制御目標値(2)V_inv2のうち,大きくないほうを選択して,上限電圧リミット制御目標値(1)V_inv1として出力する。   The filter capacitor voltage Ecf2 is a DC side voltage of the inverter device 4 detected by a voltage detector 19b (not shown). Further, the target value setting unit 38 sets an upper limit voltage limit value V_upper for performing upper limit control so that the DC section voltage described later does not exceed a predetermined value. The switch 32b receives the inverter gate start signal GST_inv as a switching input, the filter capacitor voltage Ecf2 when GST_inv = 0, the upper limit voltage limit value V_upper when GST_inv = 1, and the upper limit voltage limit control target value (3) V_inv3 Output as. The change rate limiter 33b receives the upper limit voltage limit control target value (3) V_inv3 as input, limits the change rate to a predetermined value or less, and outputs the upper limit voltage limit control target value (2) V_inv2. Thus, when the output of the switch 32b switches the filter capacitor voltage Ecf2 and the upper limit voltage limit value V_uper according to the inverter gate start signal GST_inv and outputs the upper limit voltage limit control target value (2) V_inv2, The change is made not to exceed the range that can be followed by the upper limit voltage limit control described later. The low level selector 39 selects the smaller one of the filter capacitor voltage Ecf2 and the upper limit voltage limit control target value (2) V_inv2, and outputs it as the upper limit voltage limit control target value (1) V_inv1.

加減算器35bは,上限電圧リミット制御目標値(1)V_inv1から,フィルタコンデンサ電圧Ecf2を減算し,上限電圧リミット制御量delta_V_invを出力する。安定化制御器36bは,上限電圧リミット制御目標値(1)V_inv1を安定に零に収束するための上限電圧リミット制御操作量ΔTqp_invを算出する。加減算器35cは,ベクトル制御電流指令Idp_inv,Iqp_invから生成されるインバータトルク指令値(0)Tqp_inv0から,上限電圧リミット制御操作量ΔTqp_invを減算して,インバータトルク指令値Tqp_invを出力する。インバータ電流制御器40は,インバータトルク指令値Tqp_invと,図示していない電流検出値16f,16g,16hで検出した電動機電流Iu2,Iv2,Iw2と,図示していない速度検出器10bで検出した電動機速度パルス信号PLS_mtrをもとに速度演算部20bで算出した電動機ロータ周波数FR_mtrより,インバータ主回路15における電圧制御を実現するためのインバータ電圧指令値Vp_invを算出する。   The adder / subtractor 35b subtracts the filter capacitor voltage Ecf2 from the upper limit voltage limit control target value (1) V_inv1, and outputs the upper limit voltage limit control amount delta_V_inv. The stabilization controller 36b calculates an upper limit voltage limit control operation amount ΔTqp_inv for stably converging the upper limit voltage limit control target value (1) V_inv1 to zero. The adder / subtractor 35c subtracts the upper limit voltage limit control operation amount ΔTqp_inv from the inverter torque command value (0) Tqp_inv0 generated from the vector control current commands Idp_inv and Iqp_inv, and outputs the inverter torque command value Tqp_inv. The inverter current controller 40 includes an inverter torque command value Tqp_inv, motor currents Iu2, Iv2, Iw2 detected by current detection values 16f, 16g, and 16h (not shown), and a motor detected by a speed detector 10b (not shown). An inverter voltage command value Vp_inv for realizing voltage control in the inverter main circuit 15 is calculated from the motor rotor frequency FR_mtr calculated by the speed calculation unit 20b based on the speed pulse signal PLS_mtr.

この制御ブロックの動作により,フィルタコンデンサ電圧Ecf2が,上限電圧リミット値V_upperを上回ろうとすると,上限電圧リミット制御の目標値をV_upperとして,フィルタコンデンサ電圧Ecf2がV_upperに追従するように,安定化制御器36bは定電圧制御することで,フィルタコンデンサ電圧Ecf2がV_upperを継続して上回らないようにする,上限電圧リミット制御を実現する。一方,フィルタコンデンサ電圧Ecf2が,下限電圧リミット値V_upperよりも大きくないときは,上限電圧リミット制御の目標値をフィルタコンデンサ電圧Ecf2として,目標値と検出値を同じとすることにより,上限電圧リミット制御を行わないようにする。   By the operation of this control block, when the filter capacitor voltage Ecf2 tries to exceed the upper limit voltage limit value V_upper, the stabilization control is performed so that the target value of the upper limit voltage limit control is V_upper and the filter capacitor voltage Ecf2 follows V_upper. The constant voltage control of the unit 36b realizes an upper limit voltage limit control that prevents the filter capacitor voltage Ecf2 from continuously exceeding V_upper. On the other hand, when the filter capacitor voltage Ecf2 is not larger than the lower limit voltage limit value V_upper, the upper limit voltage limit control is performed by setting the target value of the upper limit voltage limit control to the filter capacitor voltage Ecf2 and making the target value and detection value the same. Do not do.

以上の構成によれば,エンジン発電電力を直流変換するコンバータ装置と,直流電力を基に電動機を駆動するインバータ装置と,直流電力を基に補機に必要な電力を生成する補助電源装置を備える電気式気動車において,ブレーキ中の補機負荷への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える際,インバータ装置とコンバータ装置を接続する直流電力部分の上限電圧をインバータ装置,下限電圧をコンバータ装置により制限して直流部電圧を所定値に収める制御方式として,直流電力の電圧に応じて補助電源装置の電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える,簡便かつ制御安定性の高い電気式気動車の制御システムを提供できる。   According to the above configuration, the converter device that converts engine generated power into direct current, the inverter device that drives the motor based on the direct current power, and the auxiliary power supply device that generates power necessary for the auxiliary device based on the direct current power are provided. In electric trains, when switching the power supply to the auxiliary load during braking from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power), the upper limit voltage of the DC power part connecting the inverter device and the converter device is set. As a control system that limits the lower limit voltage by the converter device and keeps the DC voltage within a predetermined value, the power supply source of the auxiliary power supply is changed from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine Can provide a simple and highly stable control system for electric powered vehicles.

また,電気式気動車において補機消費電力に回生ブレーキ電力を優先して供給することにより,運動エネルギの損失を抑え,燃料消費量を低減できる電気式気動車を実現できる。   In addition, by supplying regenerative braking power with priority to auxiliary machine power consumption in an electric power train, it is possible to realize an electric power train that can suppress loss of kinetic energy and reduce fuel consumption.

つまり,本実施例によれば,回生ブレーキ電力を補機などで有効に利用することにより,蓄電装置を用いなくても燃料消費量を低減でき,かつ,シリアル通信等による制御伝送により,補機への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える必要が無いため,直流部電圧の制御安定性の高い電気式気動車を実現できる。   In other words, according to the present embodiment, the fuel consumption can be reduced without using the power storage device by effectively using the regenerative brake power in the auxiliary machine, and the auxiliary machine can be controlled by the control transmission by serial communication or the like. Since there is no need to switch the power supply source to the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power), it is possible to realize an electric powered vehicle with high DC section voltage control stability.

図3は,本発明の電気車の駆動システムの一実施形態における動作例を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing an operation example in one embodiment of the electric vehicle drive system of the present invention.

横軸は時間の経過を,縦軸は各信号の動きを示している。   The horizontal axis shows the passage of time, and the vertical axis shows the movement of each signal.

時刻t0では,速度V0で惰行している。このとき,コンバータトルク電流指令Tqp_cnvは,補機消費電力をコンバータ発電電力で負担するための負荷トルクTqp_cnv0を出力し,所定の発電機ロータ周波数にて発電運転している。この負荷トルクTqp_cnv0は,下限電圧リミット制御操作量として,安定化制御部36a(図示していない)で算出されたものであり,フィルタコンデンサ電圧Ecf1が下限電圧リミット値V_lowerを下回ることのないように制御する。インバータトルク電流指令Tqp_invは,惰行中であり0である。   At time t0, the vehicle coasts at a speed V0. At this time, the converter torque current command Tqp_cnv outputs the load torque Tqp_cnv0 for sharing the auxiliary machine power consumption with the converter generated power, and performs the power generation operation at a predetermined generator rotor frequency. This load torque Tqp_cnv0 is calculated by the stabilization controller 36a (not shown) as the lower limit voltage limit control operation amount so that the filter capacitor voltage Ecf1 does not fall below the lower limit voltage limit value V_lower. Control. The inverter torque current command Tqp_inv is coasting and is zero.

時刻t1では,ブレーキ開始により回生ブレーキを動作させるためインバータトルク指令Tqp_invを立ち上げる。この時点では補機消費電力負荷をコンバータ発電電力で負担しており,回生ブレーキ電力によりフィルタコンデンサ電圧Ecf1は押し上げられる。フィルタコンデンサ電圧Ecf1が下限電圧リミット値V_lowerよりも大きくなると,下限電圧リミット制御が停止するため,回生ブレーキ電力は補機消費電力負荷で消費される。しかし,電力補機消費電力負荷は回生ブレーキ電力よりも小さい場合が多く,フィルタコンデンサ電圧Ecf1はさらに押し上げられる。   At time t1, the inverter torque command Tqp_inv is raised to operate the regenerative brake when the brake starts. At this time, the auxiliary machine power consumption load is borne by the converter generated power, and the filter capacitor voltage Ecf1 is pushed up by the regenerative brake power. When the filter capacitor voltage Ecf1 becomes larger than the lower limit voltage limit value V_lower, the lower limit voltage limit control stops, so that the regenerative brake power is consumed by the auxiliary power consumption load. However, the power auxiliary machine power consumption load is often smaller than the regenerative brake power, and the filter capacitor voltage Ecf1 is further pushed up.

時刻t2では,押し上げられたフィルタコンデンサ電圧Ecf1が上限電圧リミット値V_upperに達する。そのため,上限電圧リミット制御が開始され,フィルタコンデンサ電圧Ecf1が上限電圧リミット値V_upperを上回らないようにインバータトルク指令値Tqp_invを抑制する。その後,速度低下にともない回生ブレーキ電力は低下するため,徐々にインバータトルク指令値Tqp_invの抑制は解消される。   At time t2, the pushed-up filter capacitor voltage Ecf1 reaches the upper limit voltage limit value V_upper. Therefore, the upper limit voltage limit control is started, and the inverter torque command value Tqp_inv is suppressed so that the filter capacitor voltage Ecf1 does not exceed the upper limit voltage limit value V_upper. Thereafter, the regenerative brake power decreases as the speed decreases, so that the suppression of the inverter torque command value Tqp_inv is gradually eliminated.

時刻t3では,回生ブレーキ電力は補機消費電力と等しく,さらに減速すると補機消費電力を下回る。フィルタコンデンサ電圧Ecf1は上限電圧リミット値V_upperよりも小さくなる。上限電圧リミット制御が停止し,フィルタコンデンサ電圧Ecf1はさらに低下を続ける。   At time t3, the regenerative brake power is equal to the auxiliary machine power consumption, and when it further decelerates, it falls below the auxiliary machine power consumption. The filter capacitor voltage Ecf1 is smaller than the upper limit voltage limit value V_upper. The upper limit voltage limit control stops and the filter capacitor voltage Ecf1 continues to decrease further.

時刻t4では,フィルタコンデンサ電圧Ecf1は下限電圧リミット値V_lowerまで低下し,下限電圧リミット制御が再び開始される。これによりコンバータトルク電流指令Tqp_cnvは,補機消費電力をコンバータ発電電力で負担するための負荷トルクTqp_cnv0を出力する。   At time t4, the filter capacitor voltage Ecf1 drops to the lower limit voltage limit value V_lower, and the lower limit voltage limit control is started again. Thus, converter torque current command Tqp_cnv outputs load torque Tqp_cnv0 for sharing auxiliary machine power consumption with converter generated power.

時刻t5では,車両は停止し,速度Velocity VELは0,インバータトルク指令Tqp_invは0に立ち下げる。コンバータトルク電流指令Tqp_cnvは,補機消費電力をコンバータ発電電力で負担するための負荷トルクTqp_cnv0を継続して出力する。   At time t5, the vehicle stops, the velocity Velocity VEL falls to 0, and the inverter torque command Tqp_inv falls to 0. Converter torque current command Tqp_cnv continuously outputs load torque Tqp_cnv0 for sharing auxiliary machine power consumption with converter generated power.

このように,直流電力の電圧が下限リミッタよりも大きい場合(t1〜t4)では,コンバータ発電電力で負担するための負荷トルクTqp_cnvを低下させて,発電機から出力する電力を低下させることにより,電動機から発生する回生ブレーキ電力を優先して補機で消費させるようにする。   Thus, when the voltage of the DC power is larger than the lower limit limiter (t1 to t4), by reducing the load torque Tqp_cnv for bearing with the converter generated power and reducing the power output from the generator, The regenerative brake power generated from the electric motor is prioritized and consumed by the auxiliary equipment.

つまり,ブレーキ開始により回生ブレーキが動作すると,補機消費電力を回生ブレーキ電力で負担できる。しかし,回生ブレーキ電力が補機消費電力を上回ろうとすると,回生ブレーキ電力により直流部電圧は押し上げられ,押し上げられた直流部電圧が上限電圧リミットに達する。これにより,上限電圧リミット制御を開始し,直流部電圧が上限電圧リミット値を上回らないようにインバータトルク指令値を抑制する。ブレーキによる減速にともない回生ブレーキ電力が低下すると,回生ブレーキ電力は補機消費電力と等しくなり,さらに減速が進むと補機消費電力を下回る。直流部電圧は上限電圧リミットよりも小さくなり,これにより上限電圧リミット制御を停止すると,直流部電圧は下限電圧リミットまで低下する。直流部電圧が下限電圧リミット値を下回らないようにコンバータトルク指令値を調整する。すなわち,コンバータトルク指令は,補機消費電力をコンバータ発電電力で負担するための発電機トルクを発生,エンジンがこれにバランスする出力を発生する。   In other words, when the regenerative brake is activated by starting the brake, the auxiliary machine power consumption can be borne by the regenerative brake power. However, if the regenerative brake power tries to exceed the auxiliary machine power consumption, the DC voltage is boosted by the regenerative brake power, and the boosted DC voltage reaches the upper limit voltage limit. As a result, the upper limit voltage limit control is started, and the inverter torque command value is suppressed so that the DC voltage does not exceed the upper limit voltage limit value. When the regenerative brake power decreases as the brake decelerates, the regenerative brake power becomes equal to the auxiliary machine power consumption. The DC section voltage becomes smaller than the upper limit voltage limit. When the upper limit voltage limit control is stopped, the DC section voltage drops to the lower limit voltage limit. Adjust the converter torque command value so that the DC section voltage does not fall below the lower limit voltage limit value. That is, the converter torque command generates a generator torque for sharing the auxiliary machine power consumption with the converter generated power, and the engine generates an output balanced with this.

図4は,本発明の電気車の駆動システムにおける第二実施形態の機器構成を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a device configuration of the second embodiment in the electric vehicle drive system of the present invention.

エンジン装置1は,少なくともエンジン12とエンジン制御装置13で構成する。エンジン制御装置13は,後述するシステム統括制御部9が出力するエンジン出力信号CMD_eng,速度演算部20aが出力する発電機ロータ周波数FR_genを入力として,エンジン12の軸出力がシステム統括制御部9のエンジン出力指令CMD_engに追従するように,エンジン12に対してエンジン制御信号F_engを出力する。   The engine device 1 includes at least an engine 12 and an engine control device 13. The engine control device 13 receives an engine output signal CMD_eng output from a system control unit 9 described later and a generator rotor frequency FR_gen output from a speed calculation unit 20a, and the shaft output of the engine 12 is an engine of the system control unit 9. An engine control signal F_eng is output to the engine 12 so as to follow the output command CMD_eng.

発電機2は,エンジン12の軸出力を動力として,これを3相交流電力に変換して出力する。発電機の方式としては,ここではおもに誘導発電機を想定しているが,後述するように同期発電機も適用できる。   The generator 2 uses the shaft output of the engine 12 as power, converts it into three-phase AC power, and outputs it. As the generator system, an induction generator is mainly assumed here, but a synchronous generator can also be applied as described later.

コンバータ装置3は,少なくともコンバータ主回路14,電流検出器16a,16c,16d,16e,フィルタコンデンサ17a,抵抗器18a,電圧検出器19a,速度演算部20a,電流指令生成部21a,PWM制御部22aで構成する。   The converter device 3 includes at least a converter main circuit 14, current detectors 16a, 16c, 16d, and 16e, a filter capacitor 17a, a resistor 18a, a voltage detector 19a, a speed calculation unit 20a, a current command generation unit 21a, and a PWM control unit 22a. Consists of.

コンバータ主回路14は,発電機2が発生する3相交流電力を入力として,PWM制御部22aが出力する電圧指令VP_cnvに従い,前述の3相交流電力を直流電力に変換して出力する。電流検出器16c,16d,16eは,前述の3相交流電流の各相電流Iu1,Iv1,Iw1を検出する。フィルタコンデンサ17aは,コンバータ主回路14で変換された直流電力の電流脈動を平滑する。電流検出器16aは,前記直流電力部の電流値Is1を検出する。抵抗器18aは前記直流電力の電流値Is1を分流して,これをもとに電圧検出器19aは前記直流電力の電圧値Ecf1を検出する。   The converter main circuit 14 receives the three-phase AC power generated by the generator 2 and converts the three-phase AC power into DC power according to the voltage command VP_cnv output from the PWM controller 22a and outputs the DC power. The current detectors 16c, 16d, and 16e detect the phase currents Iu1, Iv1, and Iw1 of the three-phase alternating current described above. The filter capacitor 17a smoothes the current pulsation of the DC power converted by the converter main circuit 14. The current detector 16a detects the current value Is1 of the DC power unit. The resistor 18a diverts the current value Is1 of the DC power, and based on this, the voltage detector 19a detects the voltage value Ecf1 of the DC power.

また,速度検出器10aは発電機2に付属していて,エンジン装置1と発電機2を結合する回転軸の回転速度に基づいた速度パルス信号PLS_genを出力する。速度演算部20aは,速度パルス信号PLS_genをもとに,発電機2の回転速度情報FR_genを演算し,エンジン制御装置13,電流指令生成部21a,およびPWM制御部22aに入力する。ここで,速度検出器10bの出力は速度パルス信号PLS_mtrであり,これをもとに速度演算部20bは電動機5の回転速度情報FR_mtrを算出するとしているが,これは誘導電動機を想定したものであり,実際は電動機方式により必要な制御情報が異なる。例えば,電動機を永久磁石式同期電動機とした場合は,制御情報としては回転位置情報が必要であり,これを算出するため,速度パルス信号PLS_mtrの代わりに回転角度検出器を設け回転位置信号を測定し,速度演算部20bの代わりに位置演算部を設け回転位置情報を算出する。   The speed detector 10 a is attached to the generator 2 and outputs a speed pulse signal PLS_gen based on the rotation speed of the rotating shaft that couples the engine device 1 and the generator 2. The speed calculator 20a calculates the rotational speed information FR_gen of the generator 2 based on the speed pulse signal PLS_gen and inputs it to the engine controller 13, the current command generator 21a, and the PWM controller 22a. Here, the output of the speed detector 10b is a speed pulse signal PLS_mtr, and the speed calculation unit 20b calculates the rotation speed information FR_mtr of the motor 5 based on this, but this assumes an induction motor. In fact, the required control information differs depending on the motor system. For example, when the motor is a permanent magnet type synchronous motor, rotational position information is required as control information, and in order to calculate this, a rotational angle detector is provided in place of the speed pulse signal PLS_mtr and the rotational position signal is measured. Then, instead of the speed calculation unit 20b, a position calculation unit is provided to calculate rotational position information.

電流指令生成部21aは,システム統括制御部9が出力するコンバータ発電指令NTC_cnvと,速度演算部20aが出力する発電機2の回転速度情報FR_genを入力として,発電機2がコンバータ発電指令NTC_cnvにもとづいた定電力発電を行うためのベクトル制御電流指令Idp_cnv,Iqp_cnvを算出して出力する。PWM制御部22aは前述の3相交流電流の各相電流Iu1,Iv1,Iw1,発電機2の回転速度情報FR_gen,前記直流電力部の電流値Is1,同じく電圧値Ecf1,ベクトル制御電流指令Idp_cnv,Iqp_cnvを入力として,コンバータ主回路14を駆動する電圧指令VP_cnvを演算して出力する。   The current command generation unit 21a receives the converter power generation command NTC_cnv output from the system integrated control unit 9 and the rotational speed information FR_gen of the generator 2 output from the speed calculation unit 20a, and the generator 2 is based on the converter power generation command NTC_cnv. The vector control current commands Idp_cnv and Iqp_cnv for performing the constant power generation are calculated and output. The PWM control unit 22a includes the phase currents Iu1, Iv1, Iw1, generator 2 rotation speed information FR_gen, the DC power unit current value Is1, the voltage value Ecf1, the vector control current command Idp_cnv, Using Iqp_cnv as an input, a voltage command VP_cnv for driving converter main circuit 14 is calculated and output.

インバータ装置4は,少なくともインバータ主回路15,電流検出器16b,16f,16g,16h,フィルタコンデンサ17b,抵抗器18b,電圧検出器19b,速度演算部20b,電流指令生成部21b,PWM制御装置22bの構成要素を含む。   The inverter device 4 includes at least an inverter main circuit 15, current detectors 16b, 16f, 16g, and 16h, a filter capacitor 17b, a resistor 18b, a voltage detector 19b, a speed calculation unit 20b, a current command generation unit 21b, and a PWM control device 22b. Of components.

インバータ主回路15は,コンバータ装置3が出力する直流電力を入力として,PWM制御部22bが出力する電圧指令VP_invに従い,前述の直流電力を3相交流電力に変換して出力する。抵抗器18bは前記直流電力の電流値Is2を分流して,これをもとに電圧検出器19bは前述した直流電力の電圧値Ecf2を検出する。電流検出器16bは前述の直流電力部の電流値Is2を検出する。フィルタコンデンサ17bは,インバータ主回路15に入力される直流電力の電流脈動を平滑する。電流検出器16f,16g,16hは,前述の3相交流電流の各相電流Iu2,Iv2,Iw2を検出する。   The inverter main circuit 15 receives the DC power output from the converter device 3 as an input, converts the DC power described above into three-phase AC power, and outputs it according to the voltage command VP_inv output from the PWM control unit 22b. The resistor 18b shunts the current value Is2 of the DC power, and based on this, the voltage detector 19b detects the voltage value Ecf2 of the DC power described above. The current detector 16b detects the current value Is2 of the DC power unit described above. The filter capacitor 17b smoothes the current pulsation of the DC power input to the inverter main circuit 15. The current detectors 16f, 16g, and 16h detect the phase currents Iu2, Iv2, and Iw2 of the three-phase alternating current described above.

電動機5は,インバータ主回路15により発生した3相交流電力をもとに,車両を駆動するための動力を発生する。電動機の方式としては,ここではおもに誘導電動機を想定しているが,後述するように電動機発電機も適用できる。   The electric motor 5 generates power for driving the vehicle based on the three-phase AC power generated by the inverter main circuit 15. As an electric motor system, an induction motor is mainly assumed here, but a motor generator can also be applied as described later.

速度演算部20bは,速度パルス信号PLS_mtrをもとに,電動機5の回転速度情報FR_mtrを演算し,システム統括制御部9,電流指令生成部21bおよびPWM制御部22bに入力する。ここで,速度検出器10bの出力は速度パルス信号PLS_mtrであり,これをもとに速度演算部20bは電動機5の回転速度情報FR_mtrを算出するとしているが,これは誘導電動機を想定したものであり,実際は電動機方式により必要な制御情報が異なる。例えば,電動機を永久磁石式同期電動機とした場合は,制御情報としては回転位置情報が必要であり,これを算出するため,速度パルス信号PLS_mtrの代わりに回転角度検出器を設け回転位置信号を測定し,速度演算部20bの代わりに位置演算部を設け回転位置情報を算出する。   The speed calculation unit 20b calculates the rotational speed information FR_mtr of the electric motor 5 based on the speed pulse signal PLS_mtr and inputs it to the system overall control unit 9, the current command generation unit 21b, and the PWM control unit 22b. Here, the output of the speed detector 10b is a speed pulse signal PLS_mtr, and the speed calculation unit 20b calculates the rotation speed information FR_mtr of the motor 5 based on this, but this assumes an induction motor. In fact, the required control information differs depending on the motor system. For example, when the motor is a permanent magnet type synchronous motor, rotational position information is required as control information, and in order to calculate this, a rotational angle detector is provided in place of the speed pulse signal PLS_mtr and the rotational position signal is measured. Then, instead of the speed calculation unit 20b, a position calculation unit is provided to calculate rotational position information.

電流指令生成部21bは,運転台11が出力する運転指令NTC_invと,速度演算部20bが出力する電動機5の回転速度情報FR_mtrを入力として,運転指令NTC_invに基づいて,電動機5の軸トルクまたは軸出力を発生するように,力行または発電制動トルクを制御するベクトル制御電流指令Idp_inv,Iqp_invを算出して出力する。PWM制御部22bは前述の3相交流電流の各相電流Iu2,Iv2,Iw2,電動機5の回転速度情報FR_mtr,前述した直流電力部の電流値Is2,同じく電圧値Ecf2,ベクトル制御電流指令Idp_inv,Iqp_invを入力として,インバータ主回路15の出力電圧および交流電流周波数を可変制御するVP_invを演算して出力する。   The current command generation unit 21b receives the operation command NTC_inv output from the cab 11 and the rotational speed information FR_mtr output from the speed calculation unit 20b, and based on the operation command NTC_inv, the shaft torque or the shaft of the motor 5 is input. Vector control current commands Idp_inv and Iqp_inv for controlling power running or dynamic braking torque are calculated and output so as to generate an output. The PWM control unit 22b includes the phase currents Iu2, Iv2, Iw2, the rotational speed information FR_mtr of the motor 5 described above, the current value Is2 of the DC power unit, the voltage value Ecf2, the vector control current command Idp_inv, With Iqp_inv as an input, VP_inv for variably controlling the output voltage and AC current frequency of the inverter main circuit 15 is calculated and output.

減速機6は,電動機5の回転速度を,異なる歯数の歯車の組み合わせなどで減速して,それにより増幅した軸トルクで輪軸7を駆動して車両を加減速する。また,速度検出器10bは電動機5に付属していて,電動機5と減速機6を結合する回転軸の回転速度に基づいた速度パルス信号PLS_mtrを出力する。   The speed reducer 6 decelerates the rotational speed of the electric motor 5 with a combination of gears having different numbers of teeth, and drives the wheel shaft 7 with the amplified shaft torque to accelerate and decelerate the vehicle. The speed detector 10b is attached to the electric motor 5, and outputs a speed pulse signal PLS_mtr based on the rotational speed of the rotary shaft that couples the electric motor 5 and the speed reducer 6.

システム統括制御部9は,運転台11が出力する運転指令NTC_inv,速度演算部20bが出力する電動機ロータ周波数FR_mtr,フィルタコンデンサ電圧Ecf1,Ecf2を入力として,エンジン制御装置13にエンジン出力指令CMD_eng,電流指令生成部21bにコンバータ発電指令NTC_cnvを出力して,これらの機器の総合的な動作状態を制御する。   The system control unit 9 receives the operation command NTC_inv output from the cab 11, the motor rotor frequency FR_mtr output from the speed calculation unit 20 b, and the filter capacitor voltages Ecf 1 and Ecf 2 as inputs, and sends the engine output command CMD_eng, current to the engine control device 13. The converter power generation command NTC_cnv is output to the command generation unit 21b to control the overall operation state of these devices.

補機電源用インバータ装置24は,コンバータ装置3とインバータ装置4の間に位置する直流電力を入力として,これを3相交流電力に変換して出力する。さらに変圧器25により,電気車の照明や空調機などに供給するサービス電源電圧に調整して,各サービス機器に供給する。   The auxiliary power supply inverter device 24 receives DC power located between the converter device 3 and the inverter device 4 as input, converts it into three-phase AC power, and outputs it. Furthermore, the transformer 25 adjusts the service power supply voltage to be supplied to the lighting of an electric vehicle, an air conditioner, and the like, and supplies it to each service device.

チョッパ手段26は,コンバータ装置3とインバータ装置4の間に位置する直流電力を入力として,その電力を電力吸収手段27で充放電するチョッパ電流I_chpを制御する。なお,チョッパ電流I_chpは,電流検出器16iで検出する。   The chopper means 26 receives DC power located between the converter device 3 and the inverter device 4 as input, and controls a chopper current I_chp that charges and discharges the power by the power absorption means 27. The chopper current I_chp is detected by the current detector 16i.

以上の構成によれば,エンジン発電電力を直流変換するコンバータ装置と,直流電力を基に電動機を駆動するインバータ装置と,直流電力を基に補機に必要な電力を生成する補助電源装置を備える電気式気動車において,ブレーキ中の補機負荷への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える際,インバータ装置とコンバータ装置を接続する直流電力部分の上限電圧をインバータ装置,下限電圧をコンバータ装置により制限して直流部電圧を所定値に収める制御方式として,直流電力の電圧に応じて補助電源装置の電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える,簡便かつ制御安定性の高い電気式気動車の制御システムを提供できる。   According to the above configuration, the converter device that converts engine generated power into direct current, the inverter device that drives the motor based on the direct current power, and the auxiliary power supply device that generates power necessary for the auxiliary device based on the direct current power are provided. In electric trains, when switching the power supply to the auxiliary load during braking from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power), the upper limit voltage of the DC power part connecting the inverter device and the converter device is set. As a control system that limits the lower limit voltage by the converter device and keeps the DC voltage within a predetermined value, the power supply source of the auxiliary power supply is changed from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine Can provide a simple and highly stable control system for electric powered vehicles.

また,電力吸収手段を備えた電気式気動車において,電力吸収手段よりも補機消費電力に回生ブレーキ電力を優先して供給することにより,電力吸収手段での充放電動作によるエネルギ損失を抑え,燃料消費量を低減できる電気式気動車を実現できる。   In addition, in an electric powered vehicle equipped with power absorption means, by supplying regenerative brake power to auxiliary machine power consumption in preference to power absorption means, energy loss due to charge / discharge operation in the power absorption means can be suppressed, and fuel consumption can be reduced. An electric train that can reduce consumption can be realized.

つまり,本実施例によれば,回生ブレーキ電力を補機などで優先的に利用することができるため燃料消費量を低減でき,かつ,シリアル通信等による制御伝送により,補機への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える必要が無いため,直流部電圧の制御安定性の高い電気式気動車を実現できる。   In other words, according to the present embodiment, the regenerative brake power can be preferentially used in the auxiliary machine, etc., so that the fuel consumption can be reduced and the power supply source to the auxiliary machine can be obtained by control transmission by serial communication or the like. Since there is no need to switch the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power), it is possible to realize an electric pneumatic vehicle with high DC voltage control stability.

さらに,上述した実施例1と異なり,補機で消費できない回生ブレーキ電力の余剰分を電力吸収手段により吸収することが可能となるため,大きな回生ブレーキ力を発生させることができるという効果がある。   Furthermore, unlike the above-described first embodiment, it is possible to absorb a surplus of regenerative brake power that cannot be consumed by the auxiliary device by the power absorbing means, so that it is possible to generate a large regenerative brake force.

図5は,本発明の電気車の駆動システムの第二実施形態における制御方式を示すブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram showing a control method in the second embodiment of the electric vehicle drive system of the present invention.

フィルタコンデンサ電圧Ecf1は,図示していない電圧検出器19aで検出するコンバータ装置3の直流側電圧である。また,目標値設定器31では,後述する前記直流部電圧が所定値を下回らないように下限リミット制御するための下限電圧リミット値V_lowerを設定する。切替器32aは,コンバータゲートスタート信号GST_cnvを切替入力として,GST_cnv=0のときはフィルタコンデンサ電圧Ecf1を,GST_cnv=1のときは下限電圧リミット値V_lowerを,下限電圧リミット制御目標値(3)V_cnv3として出力する。変化率リミッタ33aは,下限電圧リミット制御目標値(3)V_cnv3を入力として,その変化率を所定値以下に制限して,下限電圧リミット制御目標値(2)V_cnv2として出力する。これにより,切替器32aの出力が,コンバータゲートスタート信号GST_cnvに応じて,フィルタコンデンサ電圧Ecf1と下限電圧リミット値V_lowerを切替えて下限電圧リミット制御目標値(2)V_cnv2を出力するとき,出力値の変化が後述する下限電圧リミット制御が追従できる範囲を超えないようにする。高位選択器34は,フィルタコンデンサ電圧Ecf1と,下限電圧リミット制御目標値(2)V_cnv2のうち,小さくないほうを選択して,下限電圧リミット制御目標値(1)V_cnv1として出力する。   The filter capacitor voltage Ecf1 is a DC side voltage of the converter device 3 detected by a voltage detector 19a (not shown). Further, the target value setter 31 sets a lower limit voltage limit value V_lower for lower limit control so that the DC section voltage described later does not fall below a predetermined value. The switch 32a receives the converter gate start signal GST_cnv as a switching input, the filter capacitor voltage Ecf1 when GST_cnv = 0, the lower limit voltage limit value V_lower when GST_cnv = 1, and the lower limit voltage limit control target value (3) V_cnv3 Output as. The change rate limiter 33a receives the lower limit voltage limit control target value (3) V_cnv3, limits the change rate to a predetermined value or less, and outputs the lower limit voltage limit control target value (2) V_cnv2. Thus, when the output of the switch 32a switches the filter capacitor voltage Ecf1 and the lower limit voltage limit value V_lower according to the converter gate start signal GST_cnv and outputs the lower limit voltage limit control target value (2) V_cnv2, the output value The change should not exceed the range that the lower limit voltage limit control described later can follow. The high level selector 34 selects the smaller one of the filter capacitor voltage Ecf1 and the lower limit voltage limit control target value (2) V_cnv2, and outputs it as the lower limit voltage limit control target value (1) V_cnv1.

加減算器35aは,下限電圧リミット制御目標値(1)V_cnv1から,フィルタコンデンサ電圧Ecf1を減算し,下限電圧リミット制御量delta_V_cnvを出力する。安定化制御器36aは,下限電圧リミット制御目標値(1)V_cnv1を安定に零に収束するための下限電圧リミット制御操作量Tqp_cnvを算出する。コンバータ電流制御器37は,下限電圧リミット制御操作量Tqp_cnvと,図示していない電流検出値16c,16d,16eで検出した発電機電流Iu1,Iv1,Iw1と,図示していない速度検出器10aで検出した発電機速度パルス信号PLS_genをもとに速度演算部20aで算出した発電機ロータ周波数FR_genより,コンバータ主回路14における電圧制御を実現するためのコンバータ電圧指令値Vp_cnvを算出する。   The adder / subtracter 35a subtracts the filter capacitor voltage Ecf1 from the lower limit voltage limit control target value (1) V_cnv1, and outputs a lower limit voltage limit control amount delta_V_cnv. The stabilization controller 36a calculates the lower limit voltage limit control operation amount Tqp_cnv for stably converging the lower limit voltage limit control target value (1) V_cnv1 to zero. The converter current controller 37 includes a lower limit voltage limit control operation amount Tqp_cnv, generator currents Iu1, Iv1, Iw1 detected by current detection values 16c, 16d, 16e (not shown), and a speed detector 10a (not shown). Based on the detected generator speed pulse signal PLS_gen, a converter voltage command value Vp_cnv for realizing voltage control in the converter main circuit 14 is calculated from the generator rotor frequency FR_gen calculated by the speed calculator 20a.

以上の構成により,フィルタコンデンサ電圧Ecf1が,下限電圧リミット値V_lowerよりも下回ろうとすると,下限電圧リミット制御の目標値はV_lowerとして,フィルタコンデンサ電圧Ecf1がV_lowerに追従するように,安定化制御器36aは定電圧制御することで,フィルタコンデンサ電圧Ecf1がV_lowerを継続して下回らないようにする,下限電圧リミット制御を実現する。一方,フィルタコンデンサ電圧Ecf1が,下限電圧リミット値V_lowerよりも小さくないときは,下限電圧リミット制御の目標値をフィルタコンデンサ電圧Ecf1として,目標値と検出値を同じとすることにより,下限電圧リミット制御を行わないようにする。   With the above configuration, when the filter capacitor voltage Ecf1 tries to fall below the lower limit voltage limit value V_lower, the target value of the lower limit voltage limit control is V_lower, and the stabilization controller is set so that the filter capacitor voltage Ecf1 follows V_lower. The constant voltage control 36a realizes the lower limit voltage limit control that prevents the filter capacitor voltage Ecf1 from continuing below V_lower. On the other hand, when the filter capacitor voltage Ecf1 is not smaller than the lower limit voltage limit value V_lower, the lower limit voltage limit control is performed by setting the target value of the lower limit voltage limit control as the filter capacitor voltage Ecf1 and making the target value and detection value the same. Do not do.

フィルタコンデンサ電圧Ecf2は,図示していない電圧検出器19bで検出するインバータ装置4の直流側電圧である。また,目標値設定器38では,後述する前記直流部電圧が所定値を上回らないように上限リミット制御するための上限電圧リミット値V_upperを設定する。切替器32bは,チョッパゲートスタート信号GST_chpを切替入力として,GST_chp=0のときはフィルタコンデンサ電圧Ecf2を,GST_chp=1のときは上限電圧リミット値V_upperを,上限電圧リミット制御目標値(3)V_chp3として出力する。変化率リミッタ33bは,上限電圧リミット制御目標値(3)V_chp3を入力として,その変化率を所定値以下に制限して,上限電圧リミット制御目標値(2)V_chp2として出力する。これにより,切替器32bの出力が,チョッパゲートスタート信号GST_chpに応じて,フィルタコンデンサ電圧Ecf2と上限電圧リミット値V_upperを切替えて上限電圧リミット制御目標値(2)V_chp2を出力するとき,出力値の変化が後述する上限電圧リミット制御が追従できる範囲を超えないようにする。低位選択器39は,フィルタコンデンサ電圧Ecf2と,上限電圧リミット制御目標値(2)V_chp2のうち,大きくないほうを選択して,上限電圧リミット制御目標値(1)V_chp1として出力する。   The filter capacitor voltage Ecf2 is a DC side voltage of the inverter device 4 detected by a voltage detector 19b (not shown). Further, the target value setting unit 38 sets an upper limit voltage limit value V_upper for performing upper limit control so that the DC section voltage described later does not exceed a predetermined value. The switch 32b receives the chopper gate start signal GST_chp as a switching input, the filter capacitor voltage Ecf2 when GST_chp = 0, the upper limit voltage limit value V_upper when GST_chp = 1, and the upper limit voltage limit control target value (3) V_chp3 Output as. The change rate limiter 33b receives the upper limit voltage limit control target value (3) V_chp3 as input, limits the change rate to a predetermined value or less, and outputs the upper limit voltage limit control target value (2) V_chp2. Thereby, when the output of the switch 32b switches the filter capacitor voltage Ecf2 and the upper limit voltage limit value V_upper according to the chopper gate start signal GST_chp and outputs the upper limit voltage limit control target value (2) V_chp2, the output value The change is made not to exceed the range that can be followed by the upper limit voltage limit control described later. The low level selector 39 selects the smaller one of the filter capacitor voltage Ecf2 and the upper limit voltage limit control target value (2) V_chp2 and outputs it as the upper limit voltage limit control target value (1) V_chp1.

加減算器35bは,上限電圧リミット制御目標値(1)V_chp1から,フィルタコンデンサ電圧Ecf2を減算し,上限電圧リミット制御量delta_V_chpを出力する。安定化制御器36bは,上限電圧リミット制御目標値(1)V_chp1を安定に零に収束するための上限電圧リミット制御操作量Tqp_chpを算出する。   The adder / subtractor 35b subtracts the filter capacitor voltage Ecf2 from the upper limit voltage limit control target value (1) V_chp1 and outputs the upper limit voltage limit control amount delta_V_chp. The stabilization controller 36b calculates an upper limit voltage limit control operation amount Tqp_chp for stably converging the upper limit voltage limit control target value (1) V_chp1 to zero.

チョッパ電流制御器41は,上限電圧リミット制御操作量Tqp_chpと,図示していない電流検出値16iで検出した発電機電流I_chpより,チョッパ装置26における電流制御を実現するチョッパ通流率指令値γ_chpを算出する。   The chopper current controller 41 calculates a chopper conduction rate command value γ_chp for realizing current control in the chopper device 26 from the upper limit voltage limit control operation amount Tqp_chp and the generator current I_chp detected by the current detection value 16i (not shown). calculate.

この制御ブロックの動作により,フィルタコンデンサ電圧Ecf2が,上限電圧リミット値V_upperを上回ろうとすると,上限電圧リミット制御の目標値をV_upperとして,フィルタコンデンサ電圧Ecf2がV_upperに追従するように,安定化制御器36bは定電圧制御することで,フィルタコンデンサ電圧Ecf2がV_upperを継続して上回らないようにする,上限電圧リミット制御を実現する。一方,フィルタコンデンサ電圧Ecf2が,下限電圧リミット値V_upperよりも大きくないときは,上限電圧リミット制御の目標値をフィルタコンデンサ電圧Ecf2として,目標値と検出値を同じとすることにより,上限電圧リミット制御を行わないようにする。   By the operation of this control block, when the filter capacitor voltage Ecf2 tries to exceed the upper limit voltage limit value V_upper, the stabilization control is performed so that the target value of the upper limit voltage limit control is V_upper and the filter capacitor voltage Ecf2 follows V_upper. The constant voltage control of the unit 36b realizes an upper limit voltage limit control that prevents the filter capacitor voltage Ecf2 from continuously exceeding V_upper. On the other hand, when the filter capacitor voltage Ecf2 is not larger than the lower limit voltage limit value V_upper, the upper limit voltage limit control is performed by setting the target value of the upper limit voltage limit control to the filter capacitor voltage Ecf2 and making the target value and detection value the same. Do not do.

以上の構成によれば,エンジン発電電力を直流変換するコンバータ装置と,直流電力を基に電動機を駆動するインバータ装置と,直流電力を基に補機に必要な電力を生成する補助電源装置を備える電気式気動車において,ブレーキ中の補機負荷への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える際,インバータ装置とコンバータ装置を接続する直流電力部分の上限電圧をインバータ装置,下限電圧をコンバータ装置により制限して直流部電圧を所定値に収める制御方式として,直流電力の電圧に応じて補助電源装置の電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える,簡便かつ制御安定性の高い電気式気動車の制御システムを提供できる。   According to the above configuration, the converter device that converts engine generated power into direct current, the inverter device that drives the motor based on the direct current power, and the auxiliary power supply device that generates power necessary for the auxiliary device based on the direct current power are provided. In electric trains, when switching the power supply to the auxiliary load during braking from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power), the upper limit voltage of the DC power part connecting the inverter device and the converter device is set. As a control system that limits the lower limit voltage by the converter device and keeps the DC voltage within a predetermined value, the power supply source of the auxiliary power supply is changed from the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine Can provide a simple and highly stable control system for electric powered vehicles.

また,電力吸収手段を備えた電気式気動車において,電力吸収手段よりも補機消費電力に回生ブレーキ電力を優先して供給することにより,電力吸収手段での充放電動作によるエネルギ損失を抑え,燃料消費量を低減できる電気式気動車を実現できる。   In addition, in an electric powered vehicle equipped with power absorption means, by supplying regenerative brake power to auxiliary machine power consumption in preference to power absorption means, energy loss due to charge / discharge operation in the power absorption means can be suppressed, and fuel consumption can be reduced. An electric train that can reduce consumption can be realized.

つまり,本実施例によれば,回生ブレーキ電力を補機などで優先的に利用することができるため燃料消費量を低減でき,かつ,シリアル通信等による制御伝送により,補機への電力供給源をインバータ装置(回生ブレーキ)からコンバータ装置(エンジン発電電力)に切替える必要が無いため,直流部電圧の制御安定性の高い電気式気動車を実現できる。   In other words, according to the present embodiment, the regenerative brake power can be preferentially used in the auxiliary machine, etc., so that the fuel consumption can be reduced and the power supply source to the auxiliary machine can be obtained by control transmission by serial communication or the like. Since there is no need to switch the inverter device (regenerative brake) to the converter device (engine generated power), it is possible to realize an electric pneumatic vehicle with high DC voltage control stability.

図6は,本発明の電気車の駆動システムの第二実施形態における動作例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing an operation example in the second embodiment of the electric vehicle drive system of the present invention.

横軸は時間の経過を,縦軸は各信号の動きを示している。   The horizontal axis shows the passage of time, and the vertical axis shows the movement of each signal.

時刻t0では,車両は速度V0で惰行している。このとき,コンバータトルク電流指令Tqp_cnvは,補機消費電力をコンバータ発電電力で負担するための負荷トルクTqp_cnv0を出力し,所定の発電機ロータ周波数にて発電運転している。この負荷トルクTqp_cnv0は,下限電圧リミット制御操作量として,安定化制御部36a(図示していない)で算出されたものであり,フィルタコンデンサ電圧Ecf1が下限電圧リミット値V_lowerを下回ることのないように制御する。インバータトルク電流指令Tqp_invは,惰行中であり0である。   At time t0, the vehicle is coasting at a speed V0. At this time, the converter torque current command Tqp_cnv outputs the load torque Tqp_cnv0 for sharing the auxiliary machine power consumption with the converter generated power, and performs the power generation operation at a predetermined generator rotor frequency. This load torque Tqp_cnv0 is calculated by the stabilization controller 36a (not shown) as the lower limit voltage limit control operation amount so that the filter capacitor voltage Ecf1 does not fall below the lower limit voltage limit value V_lower. Control. The inverter torque current command Tqp_inv is coasting and is zero.

時刻t1では,ブレーキ開始により回生ブレーキを動作させるためインバータトルク指令Tqp_invを立ち上げる。この時点では補機消費電力負荷をコンバータ発電電力で負担しており,回生ブレーキ電力によりフィルタコンデンサ電圧Ecf1は押し上げられる。フィルタコンデンサ電圧Ecf1が下限電圧リミット値V_lowerよりも大きくなると,下限電圧リミット制御が停止するため,回生ブレーキ電力は補機消費電力負荷で消費される。しかし,電力補機消費電力負荷は回生ブレーキ電力よりも小さい場合が多く,フィルタコンデンサ電圧Ecf1はさらに押し上げられる。   At time t1, the inverter torque command Tqp_inv is raised to operate the regenerative brake when the brake starts. At this time, the auxiliary machine power consumption load is borne by the converter generated power, and the filter capacitor voltage Ecf1 is pushed up by the regenerative brake power. When the filter capacitor voltage Ecf1 becomes larger than the lower limit voltage limit value V_lower, the lower limit voltage limit control stops, so that the regenerative brake power is consumed by the auxiliary power consumption load. However, the power auxiliary machine power consumption load is often smaller than the regenerative brake power, and the filter capacitor voltage Ecf1 is further pushed up.

時刻t2では,押し上げられたフィルタコンデンサ電圧Ecf1が上限電圧リミット値V_upperに達する。上限電圧リミット制御が開始され,フィルタコンデンサ電圧Ecf1が上限電圧リミット値V_upperを上回らないように,チョッパ電流I_chpを立ち上げ,補機消費電力で消費できない回生ブレーキ電力分を電力吸収手段27で放電する。チョッパ電流I_chpは,上限電圧リミット制御によりチョッパ電流制御器41で算出されるチョッパ通流率γ_chpに応じてチョッパ手段26により安定化制御される。速度低下にともない回生ブレーキ電力は低下するため,徐々にチョッパ電流I_chpは低下し,電力吸収手段27への蓄電は充電していく。   At time t2, the pushed-up filter capacitor voltage Ecf1 reaches the upper limit voltage limit value V_upper. The upper limit voltage limit control is started, and the chopper current I_chp is raised so that the filter capacitor voltage Ecf1 does not exceed the upper limit voltage limit value V_upper, and the regenerative braking power that cannot be consumed by the auxiliary machine power consumption is discharged by the power absorbing means 27. . The chopper current I_chp is controlled to be stabilized by the chopper means 26 in accordance with the chopper conduction rate γ_chp calculated by the chopper current controller 41 by the upper limit voltage limit control. Since the regenerative brake power decreases as the speed decreases, the chopper current I_chp gradually decreases, and the power storage in the power absorption means 27 is charged.

時刻t3では,回生ブレーキ電力は補機消費電力と等しく,さらに減速すると補機消費電力を下回る。フィルタコンデンサ電圧Ecf1は上限電圧リミット値V_upperよりも小さくなる。上限電圧リミット制御が停止し,フィルタコンデンサ電圧Ecf1はさらに低下を続ける。   At time t3, the regenerative brake power is equal to the auxiliary machine power consumption, and when it further decelerates, it falls below the auxiliary machine power consumption. The filter capacitor voltage Ecf1 is smaller than the upper limit voltage limit value V_upper. The upper limit voltage limit control stops and the filter capacitor voltage Ecf1 continues to decrease further.

時刻t4では,フィルタコンデンサ電圧Ecf1は下限電圧リミット値V_lowerまで低下し,下限電圧リミット制御が再び開始される。これによりコンバータトルク電流指令Tqp_cnvは,補機消費電力をコンバータ発電電力で負担するための負荷トルクTqp_cnv0を出力する。   At time t4, the filter capacitor voltage Ecf1 drops to the lower limit voltage limit value V_lower, and the lower limit voltage limit control is started again. Thus, converter torque current command Tqp_cnv outputs load torque Tqp_cnv0 for sharing auxiliary machine power consumption with converter generated power.

時刻t5では,車両は停止し,速度Velocity VELは0,インバータトルク指令Tqp_invは0に立ち下げる。コンバータトルク電流指令Tqp_cnvは,補機消費電力をコンバータ発電電力で負担するための負荷トルクTqp_cnv0を継続して出力する。   At time t5, the vehicle stops, the velocity Velocity VEL falls to 0, and the inverter torque command Tqp_inv falls to 0. Converter torque current command Tqp_cnv continuously outputs load torque Tqp_cnv0 for sharing auxiliary machine power consumption with converter generated power.

1 エンジン装置
2 発電機
3 コンバータ装置
4 インバータ装置
5 電動機
6 減速機
7 輪軸
9 システム統括制御部
10 速度検出器
11 運転台
12 エンジン
13 エンジン制御装置
14 コンバータ主回路
15 インバータ主回路
16 電流検出器
17 フィルタコンデンサ
18 抵抗器
19 電圧検出器
20 速度演算部
21 電流指令生成部
22 PWM制御部
24 補機電源用インバータ装置
25 変圧器
31,38 目標値設定器
32 切替器
33 変化率リミッタ
34 高位選択器
35 加減算器
36 安定化制御器
37 コンバータ電流制御器
39 低位選択器
40 インバータ電流制御器
41 チョッパ電流制御器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine apparatus 2 Generator 3 Converter apparatus 4 Inverter apparatus 5 Electric motor 6 Reduction gear 7 Wheel shaft 9 System integrated control part 10 Speed detector 11 Driver's cab 12 Engine 13 Engine control apparatus 14 Converter main circuit 15 Inverter main circuit 16 Current detector 17 Filter capacitor 18 Resistor 19 Voltage detector 20 Speed calculation unit 21 Current command generation unit 22 PWM control unit 24 Auxiliary power supply inverter device 25 Transformer 31, 38 Target value setter 32 Switch 33 Change rate limiter 34 High level selector 35 Adder / Subtractor 36 Stabilization Controller 37 Converter Current Controller 39 Low Level Selector 40 Inverter Current Controller 41 Chopper Current Controller

Claims (8)

エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換手段と,前記直流電力を交流電力に変換し電動機を制御する第二の電力変換手段と,
前記直流電力を入力として補機へ電力を供給する補機電力供給手段と,前記直流電力の電圧を検出する電圧検出手段と,前記第一の電力変換手段を制御する第一の制御手段と,前記第二の電力変換手段を制御する第二の制御手段を備える鉄道車両用駆動システムにおいて,
前記第一の制御手段は,前記電圧検出手段により検出した電圧情報に対する下限値である第一の電圧閾値を備え,
前記第二の制御手段は,前記電圧検出手段により検出した電圧情報に対する上限値である第二の電圧閾値を備え,
前記第二の電圧閾値は,前記第一の電圧閾値よりも大きな電圧値とし,
前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,前記直流電力の電圧が前記第一の電圧閾値よりも小さくなった際に,前記第一の制御手段は,前記直流電力の電圧が前記第一の電圧閾値以上となるように前記第一の電力変換手段の出力を調整し,
前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,前記直流電力の電圧が前記第二の電圧閾値よりも大きくなった際に,前記第二の制御手段は,前記直流電力の電圧が前記第二の電圧閾値以下となるように前記第二の電力変換手段の出力を調整することを特徴とする鉄道車両用駆動システム。
First power conversion means for converting AC power generated by a generator driven by the engine into DC power; second power conversion means for converting the DC power into AC power and controlling the motor;
Auxiliary power supply means for supplying power to the auxiliary machine with the DC power as an input, voltage detection means for detecting the voltage of the DC power, first control means for controlling the first power conversion means, In a railway vehicle drive system comprising second control means for controlling the second power conversion means,
The first control means includes a first voltage threshold that is a lower limit value for the voltage information detected by the voltage detection means,
The second control means includes a second voltage threshold that is an upper limit value for the voltage information detected by the voltage detection means,
The second voltage threshold is a voltage value larger than the first voltage threshold ,
When the second power conversion means performs a regenerative operation and the voltage of the DC power becomes smaller than the first voltage threshold, the first control means Adjusting the output of the first power conversion means so that is equal to or greater than the first voltage threshold,
In the case where the second power conversion means performs a regenerative operation and the voltage of the DC power becomes larger than the second voltage threshold, the second control means Adjusting the output of the second power conversion means so that is less than or equal to the second voltage threshold .
請求項1の鉄道車両用駆動システムにおいて,
前記第一の制御手段は,前記直流電力の電圧が前記第一の電圧閾値よりも大きい場合に,前記第一の電力変換手段の出力電圧を前記電圧検出手段により検出した電圧値とすることを特徴とする鉄道車両用駆動システム。
The railway vehicle drive system according to claim 1,
The first control means sets the output voltage of the first power conversion means to a voltage value detected by the voltage detection means when the voltage of the DC power is larger than the first voltage threshold. A drive system for railway vehicles.
エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換手段と,前記直流電力を交流電力に変換し電動機を制御する第二の電力変換手段と,
前記直流電力を入力として補機へ電力を供給する補機電力供給手段と,前記直流電力を充放電する電力吸収手段と,充放電する電力を調整する第三の電力変換手段と,前記直流電力の電圧を検出する電圧検出手段と,前記第一の電力変換手段を制御する第一の制御手段と,前記第二の電力変換手段を制御する第二の制御手段と,前記第三の電力変換手段を制御する第三の制御手段と,を備える鉄道車両用駆動システムにおいて,
前記第一の制御手段は,前記電圧検出手段により検出した電圧情報に対する下限値である第一の電圧閾値を備え,
前記第三の制御手段は,前記電圧検出手段により検出した電圧情報に対する上限値である第三の電圧閾値を備え,
前記第三の電圧閾値は,前記第一の電圧閾値よりも大きな電圧値とし,
前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,前記直流電力の電圧が前記第一の電圧閾値よりも小さくなった際に,前記第一の制御手段は,前記直流電力の電圧が前記第一の電圧閾値以上となるように前記第一の電力変換手段の出力を調整し,
前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,前記直流電力の電圧が前記第三の電圧閾値よりも大きくなった際に,前記第三の制御手段は,前記直流電力の電圧が前記第三の電圧閾値以下となるように前記第三の電力変換手段の出力を調整することを特徴とする鉄道車両用駆動システム。
First power conversion means for converting AC power generated by a generator driven by the engine into DC power; second power conversion means for converting the DC power into AC power and controlling the motor;
Auxiliary power supply means for supplying power to the auxiliary equipment with the DC power as input, a power absorption means for charging / discharging the DC power, a third power conversion means for adjusting power to be charged / discharged, and the DC power Voltage detecting means for detecting the voltage of the first power, first control means for controlling the first power conversion means, second control means for controlling the second power conversion means, and the third power conversion. A railroad vehicle drive system comprising: a third control means for controlling the means;
The first control means includes a first voltage threshold that is a lower limit value for the voltage information detected by the voltage detection means,
The third control means includes a third voltage threshold that is an upper limit value for the voltage information detected by the voltage detection means,
The third voltage threshold is a voltage value larger than the first voltage threshold,
When the second power conversion means performs a regenerative operation and the voltage of the DC power becomes smaller than the first voltage threshold, the first control means Adjusting the output of the first power conversion means so that is equal to or greater than the first voltage threshold,
When the second power conversion means performs a regenerative operation and the voltage of the DC power becomes larger than the third voltage threshold, the third control means Adjusting the output of the third power conversion means so that is less than or equal to the third voltage threshold .
請求項3の鉄道車両用駆動システムにおいて,
前記第一の制御手段は,前記直流電力の電圧が前記第一の電圧閾値よりも大きい場合に,前記第一の電力変換手段の出力電圧を前記電圧検出手段により検出した電圧値とすることを特徴とする鉄道車両用駆動システム。
The drive system for a railway vehicle according to claim 3,
The first control means sets the output voltage of the first power conversion means to a voltage value detected by the voltage detection means when the voltage of the DC power is larger than the first voltage threshold. A drive system for railway vehicles.
請求項1乃至4のいずれかに記載の鉄道車両用駆動システムと前記エンジンと前記発電機と前記電動機と前記補機を搭載した鉄道車両。A railway vehicle equipped with the railway vehicle drive system according to any one of claims 1 to 4, the engine, the generator, the electric motor, and the auxiliary machine. エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換手段と,前記直流電力を交流電力に変換し電動機を制御する第二の電力変換手段と,
前記直流電力を入力として補機へ電力を供給する補機電力供給手段と,前記直流電力の電圧を検出する電圧検出手段と,を備える鉄道車両の駆動制御方法において,
前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,前記電圧検出手段の検出電圧値が第一の所定値よりも小さくなった場合に,前記直流電力の電圧が前記第一の所定値以上となるように,前記第一の電力変換手段を制御して前記発電機から電力を発生させ,
前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,前記電圧検出手段の検出電圧値が前記第一の所定値よりも大きな第二の所定値よりも大きくなった場合に,前記直流電力の電圧が前記第二の所定値以下となるように,前記第二の電力変換手段を制御して前記電動機から発生する電力を調整することを特徴とする鉄道車両の駆動制御方法。
First power conversion means for converting AC power generated by a generator driven by the engine into DC power; second power conversion means for converting the DC power into AC power and controlling the motor;
In a drive control method for a railway vehicle, comprising: auxiliary power supply means for supplying power to an auxiliary machine with the DC power as input; and voltage detection means for detecting the voltage of the DC power.
When the second power conversion means performs a regenerative operation, and the detection voltage value of the voltage detection means becomes smaller than a first predetermined value, the voltage of the DC power is changed to the first predetermined voltage. Controlling the first power conversion means to generate electric power from the generator so as to be equal to or greater than a value,
When the second power conversion means performs a regenerative operation and the detection voltage value of the voltage detection means becomes larger than a second predetermined value larger than the first predetermined value, the DC A drive control method for a railway vehicle, characterized in that the electric power generated from the electric motor is adjusted by controlling the second electric power conversion means so that the voltage of electric power is not more than the second predetermined value.
エンジンにより駆動される発電機が発生する交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換手段と,前記直流電力を交流電力に変換し電動機を制御する第二の電力変換手段と,
前記直流電力を入力として補機へ電力を供給する補機電力供給手段と,前記直流電力を充放電する電力吸収手段と,充放電する電力を調整する第三の電力変換手段と,前記直流電力の電圧を検出する電圧検出手段と,を備える鉄道車両の駆動制御方法において,
前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,前記電圧検出手段の検出電圧値が第一の所定値よりも小さくなった場合に,前記直流電力の電圧が前記第一の所定値以上となるように,前記第一の電力変換手段を制御して前記発電機から電力を発生させ,
前記第二の電力変換手段が回生動作を行う場合であって,前記電圧検出手段の検出電圧値が前記第一の所定値よりも大きな第二の所定値よりも大きくなった際に,前記直流電力の電圧が前記第二の所定値以下となるように,前記第三の電力変換手段を制御して前記電力吸収手段に電力を充電することを特徴とする鉄道車両の駆動制御方法。
First power conversion means for converting AC power generated by a generator driven by the engine into DC power; second power conversion means for converting the DC power into AC power and controlling the motor;
Auxiliary power supply means for supplying power to the auxiliary equipment with the DC power as input, a power absorption means for charging / discharging the DC power, a third power conversion means for adjusting power to be charged / discharged, and the DC power A voltage detection means for detecting the voltage of the railway vehicle,
When the second power conversion means performs a regenerative operation, and the detection voltage value of the voltage detection means becomes smaller than a first predetermined value, the voltage of the DC power is changed to the first predetermined voltage. Controlling the first power conversion means to generate electric power from the generator so as to be equal to or greater than a value,
When the second power conversion means performs a regenerative operation, and the detected voltage value of the voltage detection means becomes larger than a second predetermined value larger than the first predetermined value, the direct current A drive control method for a railway vehicle, wherein the third power conversion means is controlled to charge the power absorption means so that the voltage of the electric power is not more than the second predetermined value.
請求項6または請求項7に記載の鉄道車両の駆動制御方法において,In the railroad vehicle drive control method according to claim 6 or 7,
前記電圧検出手段の検出電圧値が第一の所定値よりも大きい場合に,前記第一の電力変換手段からの出力を低下させて,前記第一の電力変換手段から出力する電力を優先して前記補機へ供給することを特徴とする鉄道車両の駆動制御方法。  When the detected voltage value of the voltage detection means is larger than a first predetermined value, the output from the first power conversion means is reduced to give priority to the power output from the first power conversion means. A railroad vehicle drive control method, characterized by being supplied to the auxiliary machine.
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JP6567362B2 (en) * 2015-08-12 2019-08-28 東洋電機製造株式会社 Power conversion system
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JP3924725B2 (en) * 2003-03-14 2007-06-06 株式会社日立製作所 Railway vehicle drive system
JP2006230084A (en) * 2005-02-17 2006-08-31 Hitachi Ltd Ac drive device, vehicle controller, power conversion method, and vehicle control method
JP5274787B2 (en) * 2007-03-30 2013-08-28 三井造船株式会社 Crane equipment
JP2009278703A (en) * 2008-05-12 2009-11-26 Toshiba Corp Controller for electric rolling stock
JP5394666B2 (en) * 2008-06-30 2014-01-22 株式会社日立製作所 Railway vehicle drive system
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