JPH01291603A - 電気車のインバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、可変電圧可変周波数インバータを用いて推進
用の複数個の誘導電動機を駆動する方式の電気車に係り
、特に、複数個の速度センサを備え、異常が発生した速
度センサを自動的に切り離して運転の継続が可能な電気
車に好適なインバータ制御装置に関する。

［従来の技術］ 近年、可変電圧可変周波数インバータを用い、推進用の
誘導電動機を駆動する方式の電気車が注目されており、
その可変電圧可変周波数インバータの制御の一例を第２
図により説明する。

図において、１は可変電圧可変周波数インバータ、２は
電気車推進用の４台の誘導電動機、３は速度センサで、
４台の誘導電動機２のそれぞれの回転速度を検出するも
の、４は周波数カウンタ、５は周波数最大値選択部、６
は周波数最大値判別部、７は周波数比較部、８はセンサ
故障出力部、９は周波数選択切替部、１０は周波数最小
値選択部、１１は周波数最大値選択部、１２は力行・ブ
レーキ切替部、１３は加算部、１４はＰＷＭ変調部、１
５はすべり周波数発生部、１６は運転指令部、そして１
７はゲート恥動部である。

この第２図の従来例は、１台のインバータ１で４台の電
気車推進用３相誘導電動機２を駆動する方式のもので、
誘導電動機２の実際の回転速度を検出し、それに所定の
すべり周波数を加算した同期速度に対応した周波数を有
する３相交流電力がインバータ１から出力されるように
制御するものであり、このため、まず、４個の速度セン
サ３で検出した信号を周波数カウンタ４で処理すること
により、各誘導電動機２の回転数に対応した周波数を有
する信号、いわゆる回転子周波数ｆ工〜ｆ４を取り出す
。

これらの回転子周波数ｆ１〜ｆ４は周波数選択切替部９
を介して周波数最小値選択部１０と周波数最大値選択部
１１に並列に入力され、この結果、周波数最小値選択部
１０からは、４種の回転子周波数ｆ１〜ｆ、のうち、そ
のときどきで最低周波数値を示している１の信号が、最
小値周波数ｆ　ｒ（ｍｉｎ）として出力され、他方、周
波数最大値選択部１１からは、同じく最高周波数値を示
している１の信号が、最大周波数ｆ　、（ｗａｘ）とし
て出力されることになる。

なお、周波数選択切替部９は異常が検出されたときだけ
動作し、通常は全ての接点が閉じた状態を保つものであ
る。

力行・ブレーキ切替部１２は運転指令部１６からの信号
により動作し、力行指令時には周波数最小値選択部１０
からの最小周波数ｆ　、（ｍｉｎ）を選択し、ブレーキ
指令時には周波数最大値選択部１１からの最大周波数ｆ
　、（＋ｏａｘ）を選択し、それぞれ基準周波数ｆｒと
して出力する働きをする。

一方、すべり周波数発生部１５は運転指令部１６からの
指令に応じて所定のすべり周波数ｆ８を発生し、それを
加算部１３に供給して基準周波数ｆｒに加算させるよう
に動作しており、この結果、この加算部１３からは、ｆ
　ｒ＋　ｆ　ｓ”　ｆ　ＩＮＶという周波数値をもった
信号ｆ　ＩＮＶが出力され、この（ａ号ｆ　ＩＮＶがＰ
ＷＭ変調部１４に入力され、ゲート駆動部１７を働かせ
ることになり、インバータ１からは周波数ｆｌＮＶを有
する３相交流電力が発生され、誘導電動機２が所定の推
進力を発生して電気車が走行することになる。

そして、このとき、すべり周波数発生部１５から発生さ
れるすべり周波数ｆＢの値により誘導電動機２が発生す
べき推進力（トルク）が決められることになり、結局、
運転指令部１６からの指令により電気車の加速度（ブレ
ーキ指令時には減速度）が制御されることになる。

また、ブレーキ時には運転指令部１６からのブレーキ指
令により力行・ブレーキ切替部１２は最大周波数ｆ　、
（ｍａｘ）が選択され、他方、すべり周波数発生部１５
からの所定の周波数値のすべり周波数ｆｇはマイナス値
とされ、この結果、ｆｒ　　ｆｓ＝ｆｌＮｖで表わされ
る周波数の３相交流電力がインバータ１から出力され、
すべり周波数ｆＳに相当するブレーキ力が電気車に与え
られることになる。

ところで、以上のことから明らかなように、このような
システムでは、速度センサ３が正常か否かの監視が重要
である。

そこで、周波数カウンタ４の出力ｆ工〜ｆ４を第２の周
波数最大値選択部５に入力し、これらの周波数ｆ工〜ｆ
４のうちで最大値を示すものを周波数ｆ　（ｍａｘ）と
して選択させ、それを周波数最大値判別部６に入力し、
ｆ　（ｍａｘ）　＞　１０　Ｈｚが満足しているときに
所定の信号が周波数比較部７の入力ａに供給されるよう
にする。

一方、この周波数比較部７は、その人力ａに所定の信号
が入力されることにより能動化され、４種の周波数ｆ１
〜ｆ４のうちの最大値を有するものと最小値を有するも
のとの比較動作を行ない、それらの差が１０　Ｈｚ以上
になったとき、すなわち。

（周波数の最大値）＝（周波数の最小値）〉１０Ｈｚと
いう条件が満たされたとき判定処理を行ない、そのとき
に最小値を出力している速度センサに対応して、異常検
出信号Ｆ工〜Ｆ４の１種を出力する。

こうして４個の速度センサ３のそれぞれに対応している
異常検出信号Ｆ１〜Ｆ４のいずれかが出力されると、こ
れに応じて一方では周波数選択切替部９が動作して対応
する接点を開き、速度センサ３のうちの異常と判定され
たセンサの出力を周波数最小値選択部１０及び周波数最
大値選択部１１から切り雛すように働く。

他方、このような異常検出信号Ｆ□〜Ｆ４の発生により
センサ出力部８が応動し、所定の異常表示信号Ｆが出力
されることになり、運転手に表示が行なわれるなど、一
連の、所定の異常検知処理が実行される。

従って、この従来技術によれば、４個の速度センサ３の
いずれかに断線などの異常を生じた場合には、その異常
を生じた速度センサだけが周波数選択切替部９により切
り離され、残りの異常を生じていない速度センサ３から
の信号によるインバータ１の制御が、正常に継続でき、
センサ故障時でのバンクアップ運転を可能にすることが
できる。

なお、上記した回転子周波数の実例値としては、車両の
許容最高速度で２００Ｈｚ程度に選ばれるのが通例であ
り、また、このように同一のインバータで複数台の誘導
電動機を暉動する方式では、各誘導電動機ごとの車輪径
の差の最大値が約１．錦に管理されるのが一般的である
。

このとき、車輪径の差は、各誘導電動機ごとのトルクの
差になって現われるため、上記したような、成る管理さ
れた範囲（約１．５％）にあることが必要であるが、上
記の方式のように、回転子周波数の差で異常を検出する
方式では、車輪径の差が所定範囲を超えたときにも検出
できるから、車輪径の管理にも利用できる。

なお、上記した回転子周波数とは、制御に用いる制御周
波数に換算した周波数を意味することは言うまでもない
。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では、車両が停止状態にあるときでの速度
センサの異常発生について配慮がされておらず、このよ
うな場合には車両を加速させることができず、極めて低
速で走行させ得るだけで、このため異常を生じた速度セ
ンサの切り離しができないという問題があった。

すなわち、第２図の例で説明すると、４個の速度センサ
３のうちに断線などの異常を生じたものがあると、車両
が走行しはじめても、そのセンサの出力はゼロのままで
全く上昇しない。しかして、加速時には、当然のことと
して力行制御であり、このため、周波数最小値選択部１
ｏで異常を生じた速度センサの信号が選ばれ、この結果
、基準周波数ｆ、はゼロになったままとなり、インバー
タ周波数ｆ　ＩＮＶはすべり周波数ｆ５に等しく保たれ
たままとなるので、車両は極めて低速のまま全く加速し
ないのである。

しかして、このときでも、異常を生じた速度センサが周
波数選択部９によって切り離されれば、以後、車両の走
行が可能になるが、上記したように、このときには車両
が極めて低速で走行するだけなので、ｆ　（ｍａｘ）〉
１０　Ｈｚが満足されず、従って周波数最大値判定部６
が出力を発生せず１周波数比較部７が動作しないので、
異常を生じた速度センサの切り離し動作が得られず、結
局、上記したように、加速が得られないのである。

本発明の目的は、車両が停止時に速度センサに異常を生
じたときでも、常に自動的に切り離しが得られ、バック
アップ運転による走行が可能な電気車のインバータ制御
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、速度センサの出力が、力行時に、そのとき
指令されているすべり周波数に相当する車両速度を表わ
す信号状態になったか否かにより。

速度センサの異常を判定する手段を設けることにより達
成される。

［作用コ 力行時には、たとえ全ての速度センサが異常であっても
、車両は、少なくとも、そのとき指令されているすべり
周波数に相当する速度にまでは加速する筈である。

従って、正常な速度センサなら、少なくとも、このすべ
り周波数に相当する速度を検出する筈であり、そうでな
い速度センサは異常であると判断することができること
になる。

［実施例］ 以下１本発明による電気車のインバータ制御装置につい
て１図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、この第１図の実施例も１
台のインバータ１で電気車推進用の４台の３相誘導電動
機２を恥動しており、各々の電動機２には回転子の回転
周波数を検知する速度センサ３が設けである。

これらの速度センサ３の出力は周波数カウンタ４でカウ
ントされ、周波数選択切替部９を経て周波数最小値選択
部１０２周波数最大値選択部１１に入力され、ついで、
力行・ブレーキ切替部１２で、力行時は複数の回転子周
波数の中から最／ＪＳ値を選択する周波数最小選択部１
０の出力ｆ　、（ｍｉｎ）を基準の回転子周波数ｆｒと
している。

一方、運転指令部１６からの指令ですべり周波数発生部
１５の出力ｆ９が、加算器１３を介して基準の回転子周
波数ｆｒに加算され、インバータ出力周波数ｆ　ＩＮＶ
を出力する。

また１周波数カウンタ４の出力は周波数最大値選択部５
と周波数検出部１９にも入力される。

まず、周波数最大値選択部５の出力は周波数最大値判別
部６で（ｆ□、ｆ２．ｆ、、ｆ、の最大値）、；２１ｘ
Ｈｚが判別され、その条件で周波数比較部７が複数個の
回転子周波数を互いに比較する。そして、周波数比較部
７は回転子周波数の（最大値）＝（最小値）″）　ｙ　
Ｈｚとなったとき、最小値を出力している速度センサを
故障と検知する。故障を検知すると周波数選択切替部９
を動作させ、故障した速度センサの出力を切り離す動作
を行なうと共にセンサ故障出力部８によってインバータ
１を一時停止させる。故障した回転子周波数センサの出
力を切り離した後は、残りのセンサの出力で制御される
。なお、以上の動作は第２図の従来例と同じである。

次に、周波数検出部１９では、複数個の回転子周波数ｆ
１．　ｆ２．　ｆ、、　ｆ、の中でいずれがｚＨｚ以下
であるかを検知する。ここで、緩動タイマ１８は、運転
指令部１６が力行指令を出力してから。

一定時間後に出力を発生するもので、周波数検出部１９
の検出動作タイミングを制御するものである。つまり、
力行指令が出力されても、車両はすぐには動かず、この
間は正常なセンサでも出力はゼロになっているから、こ
のときに検知動作を行なうと誤検出の虞れを生じる。そ
こで、車両が実際に走行し始めたタイミングを与えるた
めに緩動タイマ１８が設けである。

周波数比較部７に入力ａが与えられ、この周波数比較部
７が検出動作を開始するための条件である、ｆ　（Ｉｉ
ａｘ）　）　ｘ　Ｈｚは、車両の速度が遅くて速度セン
サ３からの出力周波数があまり低い周波数領域で、複数
個の回転子周波数を互いに比較すると誤検知をする虞れ
があるため、これを防止するために設けであるもので、
周波数比較部７の設定値ｙＨｚとはＸ２ｙの関係がある
。また、この周波数比較部７の設定値ｙＨｚは、各々の
３相誘導電動機２で駆動される車輪の車輪径差の許容値
が約１．５％であること、及びインバータ周波数が最大
約２００Ｈｚであることから約５　Ｈｚ以上となり、上
記実施例では、従来例と同じ＜１０Ｈｚにしである。

一方、周波数検出部１９のセット値ｚ　Ｈｚは。

力行時のすべり周波数より充分に低い値で、力行起動時
のすべり周波数は一般に１〜２　Ｈｚに設定されること
から、０．５Ｈｚ以下に設定される。なお、このとき、
この周波数検出部１９に検出動作が一定時間以上継続し
たときだけ出力を発生する機能を持たせてもよく、こう
することにより、さらに安定した検出を行なうことが出
来る。

従って、この実施例によれば、速度センサ回路の断線、
故障などで力行時の基準回転子周波数が零であっても、
正常な速度センサからは、少なくとも力行時のすべり周
波数と同じ周波数の信号が得られる筈であることから、
すべり周波数より低い出力周波数を出力している速度セ
ンサを故障と判断することができ、電気車が加速しなく
ても確実に異常を検知することが出来る。

そして、このようにして故障と検知された速度センサは
、周波数選択切替部９によりインバータ周波数制御系か
ら切り離され、残りの正常な速度センサによる制御に移
行されるので、電気車の運行を継続させることができる
。

［発明の効果コ 本発明によれば、とにかく電気車が動きさえすれば、か
なり低速であっても確実に速度センサの故障検出が可能
になるため、異常が発生した速度センサを切り離し、残
りの速度センサによる電気車の走行を続行できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気車のインバータ制御装置の一
実施例を示すブロック図、第２図は従来例のブロック図
である。 １・・・・・・可変電圧可変周波数インバータ、２・・
・・・・３相誘導電動機、３・・・・・・速度センサ、
４・・・・・・周波数カウンタ、５・・・・・・周波数
最大値選択部、６・・・・・周波数最大値判別部、７・
・・・・周波数比較部、８・・・・・センサ故障出力部
、９・・・・・・周波数選択切替部、１０・・・・・・
周波数最小値選択部、１１・・・・・・周波数最大値選
択部、１２・・・・・・力行・ブレーキ切替部、１３・
・・・・・加算部、１４・・・・・・ＰＷＭ変調部、１
５・・・・・・すべり周波数発生部、１６・・・・・・
運転指令部、１７・・・・・ゲート駆動部、１８・・・
・・・緩動タイマ、１９・・・・・・周波数検出部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変電圧可変周波数インバータと、該インバータで
   駆動される複数個の誘導電動機と、これらの誘導電動機
   で駆動される複数個の車輪の回転速度を検出する速度セ
   ンサとを備え、これら複数個の速度センサからの検出信
   号のうちの最小値に基づいて力行加速時での上記インバ
   ータの出力周波数を制御する方式の電気車用インバータ
   制御装置において、上記速度センサの検出値が上記誘導
   電動機に供給されているすべり周波数に対応する速度に
   達しているか否かを判断する判定手段を設け、電気車が
   力行加速状態にあるときに上記すべり周波数に対応する
   速度以下の検出値を示す速度センサを異常と判定するよ
   うに構成したことを特徴とする電気車のインバータ制御
   装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記複数個の速度
   センサのうちの任意のセンサの検出信号を切り離し、残
   りの速度センサからの検出信号だけで上記インバータの
   制御を行なう制御手段を設け、異常と判定された速度セ
   ンサを切り離してインバータ制御が継続されるように構
   成されていることを特徴とする電気車のインバータ制御
   装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記複数個の速度
   センサの検出信号を相互に比較して、それらの中で最小
   値を示す速度センサを異常と判断する第２の異常検出手
   段が並設されていることを特徴とする電気車のインバー
   タ制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、電気車が力行指令
   を与えられたとき動作を開始して所定時間が経過するま
   で所定の信号を発生するタイマ手段を設け、上記電気車
   が力行加速制御状態にあることの判定を、上記所定の信
   号が存在することを条件として行なうように構成したこ
   とを特徴とする電気車のインバータ制御装置。