JPH02184202A - 電気車制御装置 - 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電気
車推進用の誘導電動機を駆動する方式の電気車制御装置
に係り、特に、比較的大きな加減速特性を有し空転・滑
走を生じ易い電気車に好適な可変電圧可変周波数インバ
ータの制御装置に関する。

［従来の技術］ 停車区間距離が比較的短い、短距離輸送用電車などでは
、輸送効率の向上のため、それにみあった、比較的大き
な加減速特性を必要とし、この結果、空転・滑走を生じ
易い。

しかして、このような空転・滑走の発生に際しては、車
輪とレール間の粘着力が推進用の電動機による車輪の駆
動トルクを下回っていることから、そのままに放置する
と大空転、大滑走に移行し、車両に必要な所定の加速度
、減速度が得られなくなるばかりでなく、乗心地が悪化
し、はなはだしいときには駆動系や車輪の損傷を招くこ
とすら有り得る。

そこで、このような電車では、従来から空転・滑走を検
出してトルク制御を行ない、速かに再粘着が得られるよ
うに制御する、いねゆる自動再粘着制御方式の適用が一
般的であり、このとき、従来のインバータ制御電気車で
は、例えば、「２０７系通勤形直流電車（１）、（２）
Ｊ″電気車の科学”１９８７年２月号、３月号にｔＩ！
載されているように、電動機回転周波数ｆｒの時間的変
化量ｄｆｒ／ｄｔを常時検出し、この時間的変化量が所
定値を超えたら空転・滑走が生じたものとみなして空転
・滑走検知信号を発生させ、推進用の誘導電動機をトル
ク制御し、再粘着させるようにしていた。

ところで、このような電気車で、主電動機（推進用電動
機のこと）として使用されている誘導電動機では、その
周波数−トルク特性は、周知のように第２図のようにな
っており、その電機子電流、トルク共にすベリ周波数ｆ
ｓに依存しており、このすべり周波数ｆｓを小さくして
やれば、いずれも減少してゆく。

そこで、この誘導電動機の特性を利用し、上記のように
して空転・滑走が検出されたときには、それに応じて速
やかにすべり周波数ｆｓの値を絞り込むようにした再粘
着方式が広く用いられている。すなわち、第２図から明
らかなように、すべり周波数ｆｓを減少させてやれば、
これに応じて主電動機の電機子電流が減少し、結果とし
てトルクが減少することになり、空転・滑走が抑えられ
再粘着に到るのである。そして、このようにして再粘着
が得られたら、その後は、絞り込んだすベリ周波数ｆｓ
を所定の一定の割合でゆっくりと戻すことにより再び空
転・滑走を生じないようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、空転・滑走を抑え、適切な再粘着を得
るために必要な、すベリ周波数の設定について配慮がさ
れておらず、常に良好な再粘着を得るのが困難であると
いう問題があった。

すなわち、上記従来技術では、例えば、カ行時に空転が
発生した場合、これ・に応じて、上記した通り、すべり
周波数の絞り込みが行なわれるが、このとき、空転を起
して急激に増加してゆく電動機回転周波数ｆｒに対応し
て、すべり周波数ｆｒを急激に減少させると、主電動機
の慣性によるトルクが、このとき減少してゆくトルクに
打ち勝って、第３図に示すように、電動機回転周波数ｆ
ｒの値の方がインバータ周波数ｆ　ｉｎｖの値よりも大
になる虞れを生じる。つまり、このときには、カ行時の
状態から急激に回生ブレーキの状態に変化することにな
り、極めて危険である。

他方、このような虞れを無くすため、空転が発生したと
き、反対にゆっくりとすべり周波数ｆｓの値を減少させ
ると、今度はトルクの減少が不充分になり、第４図に示
すように、空転はますます増大して、結局は大空転に到
ることになる。

上記の事柄から、ｆＩｔｌ！ｌｌＪ機回転周波数ｆｒの
上昇率が最大となってもインバータ周波数ｆ　ｉｎｖよ
り大きくならないように、また、最小であってもトルク
の減少を速やかに行なわせるには、すべり周波数ｆｓの
絞り込み率を常に最適なる値に選定する必要がある。

しかし、この最適値を選定する作業は、車両。

路線や気候の条件まで含めて考えなければならず、非常
に複雑な作業であり、多大な労力を費していた。

本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、スムー
ズで簡便性に富み、信頼性の高い空転・滑走再粘着制御
を行なうことができる電気車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、空転・滑走が検出されたときのインバータ
周波数ｆ　ｉｎｖを記憶するバッファ手段を設け、以後
、所定期間中はインバータ周波数ｆｉｎｖを一定値に保
つようにして達成される。

［作用コ インバータ制御電気車においては、力行時はｆｉｎｖ＝
ｆｒ＋ｆｓ、回生ブレーキ時にはｆｉｎｖ＝ｆｒ−ｆｓ
という計算式によって、その時点の電動機回転周波数ｆ
ｒに見合ったインバータ周波数ｆ　ｉｎｖが計算され、
電気車を制御している。よって、力行時１回生ブレーキ
時、空転滑走時等ですべり周波数ｆｓを変化させている
ときには、いずれの場合もインバータ周波数ｆ　ｉｎｖ
の値は変化をしていることになる。

そこで、空転・滑走時にインバータ周波数ｆ　ｉ’ｎ　
ｖを固定してやれば、第２図から明らかなように、電動
機回転周波数ｆｒがインバータ周波数ｆ　ｉｎｖの値に
近づくことになり、空転・滑走が起きても誘導電動機本
来の特性により、自然にトルクの減少をまねき、再粘着
へ向かうことになる。

即ち、空転・滑走が生じた際にインバータ周波数ｆ　ｉ
ｎｖを固定させてしまい、空転・滑走により電動機回転
数ｆｒの値がカ行空転時には増加、回生ブレーキ滑走時
には減少することから、自動的に電動機電流が減少し、
トルクが減少することになるので、再粘着が容易に行な
われることになる。

［実施例］ 以下、本発明による電気者制御装置について、図示の実
施例により詳細に説明する。

第５図は本発明の一実施例が適用された電気車制御シス
テムの一例を示したので、架線２１からパンタグラフ２
２とローパスフィルタ２３を介して受電した、電圧Ｅ５
、電流ＩＤの直流電力をインバータ２４に入力し、これ
により電圧Ｖ。で周波数ｆ。の３相交流電力を出力させ
、電気車推進用の誘導電動機２５の開動制御を行ない、
電気車を走行させるようになっている。

インバータ２４はＰＷＭ　（パルス幅変調）方式で動作
し、出力電圧Ｖ。を決める入力が変調率γで、出力周波
数ｆ、はインバータ周波数ｆ　ｉｎｖで与えられるが、
このとき、誘導電動機２５の制御は、電圧ｖ０と周波数
ｆ。の比をほぼ一定に保つようにして行なわれるので、
変調率設定部３０は、電圧検出器２９で取り込んだ直流
入力電圧Ｅ６ｆと、インバータ周波数ｆ　ｉｎｖとに基
づいて変調率γを発生するようになっている。

一方、インバータ周波数ｆｉｎνは、回転周波数検出器
２６で取り込んだ、誘導電動機２５の回転速度を表わす
回転周波数ｆｒと、電動機のトルクを決める電流指令値
Ｉｕｐからすべり周波数設定部２７が出力するすべり周
波数ｆｓとにより、（ｆｉｎｖ＝ｆｒ＋ｆｓ）という形
で、インバータ周波数設定部２８から与えられる。そし
て、このとき、電流検出器３１で検出した実電流ＩＭＴ
と電流指令値工、とを減算器３２でつき合わせることに
より、フィードバック制御系が形成されるようにしてい
る。

再粘着制御部１００はインバータ周波数設定部２８から
出力されるインバータ周波数ｆ　ｉｎｖを入力し、通常
はそのまま出力しているが、電気車に空転や滑走が生じ
たときだけ所定の処理を行ない、入力されたインバータ
周波数ｆ　ｉｎｖとは異った出力を発生するようになっ
ており、以下、その詳細を第１図によって説明する。

この第１図の実施例において、１，４．７はＳＲフリッ
プフロップ、２は平常モード−空転・滑走モード切替部
、３は空転・滑走モード−再粘着モード切替部、５はラ
ッチ、６はバッファ、８はαｔパターン発生部、９，１
０はオアゲート、１１゜１４はコンパレータ、１２は回
転周波数切替部、１３は定数発生部、１５．１６は加算
器である。

次に、この実施例の動作について説明する。

通常は、ＳＲフリップフロップ１がリセットされている
ため、平常モード空転・滑走モード切替部２は平常モー
ドに切換っており、インバータ周波数ｆ　ｉｎｖはその
ままインバータ２４に伝送されている。

しかるに、いま、第６図（力行時）、又は第７図（ブレ
ーキ時）の時刻ｔ、においで、図示してない検知手段に
より空転・或いは滑走が検知されたとすると、これによ
りＳＲフリップフロップ１と４のセット入力に信号が供
給される。なお、この空転・滑走の検知は１周知のどの
ような方法によってもよく、例えば、実回転周波数ｆｒ
の変化率が所定値を超えたことによって検知してもよい
。

こうして、空転・滑走検知信号が入力されると。

ＳＲフリップフロップ１はセットされ、この結果、平常
モード−空転・滑走モード切替部２は、それまでの平常
モードから空転・滑走モードに切り替わり、インバータ
周波数ｆ　ｉｎｖの出力動作は空転・滑走モードになる
。また、同時にＳＲフリップフロップ４もセットされ、
これにより空転・滑走モードに切り替わる直前のインバ
ータ周波数ｆ　ｉｎｖの値がバッファ６からラッチ５に
取り込まれ、記憶される。そして、このラッチ５に記憶
され、固定された値が空転・滑走モード−再粘着モード
切替部３と空転・滑走モード側に切り替わった平常モー
ド−空転・滑走モード切替部２を通して出力されること
になり、第６図、又は第７図に示すように、出力として
のインバータ周波数ｆ　ｉｎｖが。

時刻ｔ。の直前の値に固定化されたことになり、速やか
に空転・滑走を抑える方向に働く。

一方、これと平行して、この固定したインバータ周波数
ｆ　ｉｎｖの値はコンパレータ１１の十人力にも印加さ
れ、これにより、カ行時は、Ｐ側に切換えられている回
転周波数切替部１２を介して、インバータが同時に制御
している複数台の電動機の電動機回転周波数のうちの最
大ｆｆｌ　ｆ−ｕＡｘを取り込み、これに、加算器１６
で、インバータ周波数ｆ　ｉｎｖと電動機回転周波数ｆ
ｒの関係が逆転しないよう、即ち、カ行時であれば回生
ブレーキ状態へ、回生ブレーキ時であれば力行状態への
変化を防止するために、設定発生部１３に予め設定され
ている所定の一定値ｆｋを加えた値とを比較し、回生ブ
レーキ時には、同時に制御している複数台の電動機回転
周波数のうちの最小値ｆｒｌＪＩＮから一定値ｆｋを差
し引いた値とを比較させる。そして、オアゲート９によ
り、カ行時ならばｆ　１ｎｖ（ｆ　ｒ　ＭＡＸ＋ｆｋと
なったとき、回生ブレーキ時にはｆ　ｉｎｖ≧ｆ　ＰＭ
、Ｎｆ　ｋとなった場合の条件と、電動機回転周波数ｆ
ｒの時間的変化率が一定値ε以下になった条件とのＯＲ
論理をとり、ＳＲフリップフロップ７をセットさせ、こ
れにより、空転・滑走モード−再粘着モード切替部３を
再粘着モードに切換える。また、これらと同時にＳＲフ
リップフロップ４もリセットし、ラッチ５のイネーブル
信号を＃　Ｌ　Ｉ＋にする。さらに、これと同時にαｔ
パターン発発生日８スタートさせ、ラッチ５に固定しで
あるインバータ周波数ｆ　ｉｎｖの値に、加算器１５に
より、カ行時ならば定数αと時間ｔとの積αｔを加え、
回生ブレーキ時ならば積αｔを差し引く処理を行ない、
これにより次第に基準速度。

すなわち、インバータ周波数設定部２８から与えられて
いるインバータ周波数ｆ　ｉｎｖへと戻していく。

こうして、αしパターン発生部８からの出力により、イ
ンバータ２４へ出力されている信号ｆｉｎｖの値が基準
速度、すなわち、インバータ周波数設定部２８から供給
されている信号ｆ　ｉｎｖに戻り、通常の状態でのすべ
り周波数ｆｓの値が生じることにより、パターンとして
持っている主電動機電流指令値ｌ５ｉｐと、実際の主電
動機電流＜０．５Ｈｚ値ＩＭＴとが一致した時点で、コ
ンパレータ１４の出力によりＳＲブリップフロップｌを
リセットし、これにより平常モード−空転・回生モード
切替部２を平常モードに戻す。同時にＳＲフリップフロ
ップ７もリセットされ、これにより、αｔパターン発発
生日８リセットして時間ｔの値を零に戻し、且つ空転・
滑走モード−再粘着モード切替部３も空転・滑走側へ戻
す。

しかして、上記した再粘着モードにおいて、固定された
インバータ周波数ｆ　ｉｎｖの値にαｔのたし込み、な
いしは差し引きが行なわれている間に、例えば第５図の
時刻ｔ工で再び空転・滑走を起こした場合には、空転・
滑走検知信号がＳＲフリップフロップ４を再びセットす
る。この結果、ラッチ５には基準速度に戻りつつあるイ
ンバータ周波数ｆ　ｉｎｖの値が新たに記憶されて固定
化され、同時にＳＲフリップフロップ７がリセットされ
、空転・滑走モード−再粘着モード切替部３は再粘着モ
ードから空転・滑走モードに切換え、がっαｔパターン
発発生日８リセットする。従って、以後は上記の動作が
繰り返えされてゆくことになる。

以上の動作のうち、＠６図のカ行時での動作をタイムチ
ャートで表わすと第８図のようになる。

この第８図中、Ａ−Ｇは第１図の中に付しである符号部
分でのレベルを表わす、また、■の破線はインバータ周
波数設定部２８から与えられているインバータ周波数を
表わし、実線はインバータ２４へ供給されるインバータ
周波数を表わす。

本実施例によれば、空転・滑走時にはインバータ周波数
ｆ　ｉｎｖが確実に固定されるので、誘導電動機特有の
性質が生かされて、空転・滑走軸の自然なトルク減少を
まねき、再粘着性能が大きく向上される効果がある。

また、この実施例によれば、空転・滑走が繰り返された
ときでも充分に対応して再粘着制御が得られるため、常
に確実に再粘着が与えられるという効果がある。

［発明の効果］ 本発明によれば、次に述べる効果が得られる。

切換リレー滑走時にインバータ周波数ｆ　ｉｎｖを固定
することによって、誘導電動機特有の性質が活用され、
空転・滑走軸の自然なトルク減少が与えられ、再粘着性
能を向上させる効果があり、スムーズで簡便性に富み、
信頼性の高い空転・滑走再粘着制御を行なう電気車用イ
ンバータ制御装置を容易に実現できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気車制御装置の一実施例におけ
る再粘着制御部の詳細を示すブロック図、第２図は誘導
電動機の特性図、第３図及び第４図は従来技術における
動作説明図、第５図は本発明の一実施例が適用された電
気車制御システムを示すブロック図、第６図及び第７図
は本発明の一実施例の動作特性図、第８図は本発明の一
実施例の動作を示すタイムチャートである。 １．４，７・・・・・・ＳＲフリップフロップ、２・・
・・・平常モード−空転・滑走モード切替部、３・・・
・・空転・滑走モード−再粘着モード切替部、５・・・
・・・ラッチ、６・・・・・・バッファ、８・・・・・
・αしパターン発生部、９，１０・・・・・・オアゲー
ト、１１，１４・・・・・・コンパレータ、１２・・・
・・・回転周波数切替部、１３・・・第２図 箪３図 第４図 ｔ。 セ紘捜出時丙、 第６図 第 ７図 １５図 ０−ｌぐスフイルク ＠１．低車拍ｊ１用話導肩１１権 回転層′Ｊ１較綬出器 ・亀圧オ＃出翼 ｔ遁梗比へ ：ＡＩＥ！ｆｌ 露８図 ｔ。

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を備え、推進用誘導
   電動機を可変電圧可変周波数駆動する方式の電気車の制
   御装置において、車両に空転・滑走が発生した瞬間の上
   記可変電圧可変周波数インバータの出力周波数を記憶保
   持するデータバッファ手段を設け、車両に空転・滑走が
   発生して再粘着するまでの期間、上記データバッファ手
   段に記憶保持された周波数で上記可変電圧可変周波数イ
   ンバータの出力周波数が固定制御されるように構成した
   ことを特徴とする電気車制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記可変電圧可変
   周波数インバータの出力周波数を運転指令で定まる第１
   の所定の変化速度よりも早い第２の所定の変化速度で変
   化させる制御手段を設け、上記車両再粘着後、上記可変
   電圧可変周波数インバータの出力周波数が運転指令で定
   まる所定の周波数に戻るまでの期間、該出力周波数が上
   記第２の所定の変化速度で変化するように構成したこと
   を特徴とする電気車制御装置。