JPH03145906A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は誘導電動機などの交流モータをインバータ駆動
する電気車制御装置に関するものである。

（従来の技術） 電気車の主電動機として誘導電動機を使用することは、
小型軽量化とメインテナンスフリー化の点から大きなメ
リットがある。このような誘導電動機を用いた電気車で
は、その誘導電動機を効十良く速度制御するために可変
電圧可変周波数制御が必要であり、通常はサイリスタを
用いたＶＶＶＦインバータが使用されている。

このＶＶＶＦインバータで電気車を起動時の低速度域か
ら高速度域まで制御するためには、インバータ出力周波
数を数Ｈｚから１００数十Ｈｚの範囲まで変化させる必
要がある。したがって、直流電気鉄道においては、この
ような周波数の交流成分が直接に直流架線に伝わり誘導
障害を引起こすことがある。そのため、直流ａＪＸとイ
ンバータとの間には、必ずフィルタを形成するりアクド
ル及びコンデンサが挿入されている。

第８図は、このような従来の電気巾制御装置を示すブロ
ック図である。この図において、直流架線からパンタグ
ラフｌにより集電された直流電力は、フィルタリアクト
ル２とフィルタコンデンサ３を介して三相インバータ４
へ加えられる。このインバータ４は、ゲートターンオフ
サイリスタ４ａ〜４ｆを主体とし、パルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）が可能なインバータである。

このインバータ４の出力は誘導電動機５へ供給され、誘
導電動機５はトルク伝達機構６を介して電気車の車輪７
を駆動する。

そして、パルス発生器８は車両速度に応じて速度周波数
信号ｆ　を発生する。一方、応６：Ｉ重検出園 器９はｔ：１重に応じた信号をインバータ制御部１０内
の電流パターン発生部１１と、すべり周波数パターン発
生部１２とに出力する。これら電流パターン発生部１１
及びすべり周波数発生部１２はそれぞれ荷重に見合った
電流Ｉ　本と、すべり周波数ｆ　本のパターンを発生さ
せる。

インバータ制御部１０では、電流パターン発４Ｅ部１１
の出力Ｉ　＊を電動機電流検出器１３の出力から減算し
て偏差をとり、増幅器１４で僧幅した出力Δｆ　に周波
数信号ｆ　とすべり周波数信号Ｓ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　ｆｆ１ｆ　本とを合成し、 カ行時には、 ｆ本−ｆ　　＋ｆ’＋Δｆ Ｉｓ　　　　　　　　Ｓ 回生時には ｆ　　　−ｆ　　　−（ｆ　　本＋Δ　ｆ　　）ネ ■　　　　　　　　Ｓ　　　　　　　　Ｓを演算して、
インバータ４の出力周波数指令１本を求める。

また、電圧検出器］５はフィルタコンデンサ３の電圧を
検出し、電圧信号Ｅ、ｃを電圧制御部１６に出力する。

電圧１＋＋Ｉ　ｒＢ部１６は、この電圧１−゛号Ｅｒｅ
とインバータ４の出力周波数指令１本とに基づいて、電
圧指令γを下式に基いて演算する。

Ａ−ｆ＋Ｂ γ　１ Ｅ、ｏ　　　　（Ａ、Ｂは定数） そして、ＰＷＭ変調制御部１７は、この電圧指令γ及び
出力周波数１本を人力し、ＰＷＭ変調したゲート信号を
インバータ４内のサイリスタ４ａ〜４ｆのゲートへ出力
する。

このときに、ＰＷＭ突調制御部１７は、インバータ４の
出力周波数に開明した話準正弦波と、出力周波数の１サ
イクル間に何パルス出力するかを決めるキャリヤ信号と
の比較によって変調パルスを作り出す。

ＰＷＭｉ調モードとしては、起動時より設定周波数ｆ。

までは出力周波数１サイクル間に複数のパルスを出力し
て出力周波数と出力電圧の比を一定に制御し、１９以上
では１パルス出力として出力電圧を固定するようにして
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の電気車制御装置は次の
ような課題をＨするものであった。

すなわち、電動機５の発生トルクは、トルク伝達機構を
介し、カ行間には車輪７へ騨動力として伝達され、口止
口！ｆには車輪７へ卵動力として伝達され、口止時には
車輪７へ制動力として伝達される。

しかし、トルク伝達機構６及び車輪７等の機械系の固有
振動周波数は約１０Ｈｚ付近にあり、電動機制御系の応
答が、この固有振動周波数に近ずくと大きな軸振動が発
生する。

この結果、電動機５も１０Ｈｚ付近の周波数で回転むら
を発生し、さらに、フィルタリアクトル２及びフィルタ
コンデンサ３で形成されるフィルタ回路においても、約
１０Ｈｚで重比リップル及び電流リップルを発生させて
いた。

つまり、第８図の装置の場合、電動機制御系と機械系と
が約１０Ｈｚの周波数付近で共振現象を発生するという
問題をＨしていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電動機
制御系と機械系とに発生する共振現象を６“効に抑制し
得る電気車制御装置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するための手段として、架線か
らの直流電力を、フィルタリアクトル及びフィルタコン
デンサから成るフィルタ回路を介してインバータに供給
し、トルク伝達機構を介して車輪に接続された交流モー
タをこのインバータにより駆動制御し、このインバータ
をインバータ制御部により可嚢電力可嚢周波数制御する
ようにした電気車制御装置において、前記インバータ制
御部は、前記フィルタコンデンサの電圧検出により得ら
れたコンデンサ電圧信号に対し、前記フィルタロ路の」
（振点付近でのゲインを減小させると共に、一定角度以
上位相を進ませる補正回路を含んで成り、この補正回路
からの補ＩＬ　（ｓ号を加えることにより、前記インバ
ータ制御部のインバータ制御信号を補正するようにした
構成としである。

（作　用） トルク伝達機構及び車輪等の機械系に固ｈ゛振動が発生
した場合、これに起因してインバータ等の電動機制御系
カリ（振するのを抑制するためには、インバータの出力
の位相を、固有振動の位相に対してずらしてやり、両系
統の振動が互に相殺されるようにすればよい。

しかし、通常、機械系の固有振動数と、インバータの入
力端に設けられているフィルタ回路のフィルタ共振数と
は互に接近した値である。したがって、インバータの出
力周波数がフィルタ共振点に接近すると、インバータの
ゲインが急増し、インバータの出力の位相をずらしただ
けでは充分に両系統の共振を抑制することができなくな
る。

そこで、上記構成のように、フィルタコンデンサの電圧
を検出してコンデンサ電圧信号を得るようにし、さらに
、このコンデンサ電圧信号について、フィルタ回路の共
振点付近でのゲインを減小させると共に一定角度以上位
相を進ませた補正信号を補正回路から得るようにする。

そして、この補正信号により、インバータ制御部のイン
バータ制御信号を補止すれば、機械系固有振動数の付近
において、インバータのゲインを急増させないようにし
た状態で、インバータの出力の位相をずらすことができ
る。これにより、機械系の振動と電動機制御系の振動と
が有効に相殺されることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図乃至第７図に基いて説明
する。但し、第１図においては第８図のものと同様の構
成要素には同一符号を付することとし、重複した説明を
省略することとする。

本実施例のインバータ制御部１０Ａは、電圧検出器１５
からのコンデンサ電圧信号Ｅ「。を入力し、補正信号ｆ
ｓｅｔｃを出力する補正回路１８をＨしている。この補
正回路１８は、フィルタ回路１つと進み補償回路２０と
により形成されている。

フィルタ回路１９は、第２図に示すように、２次ローパ
スフィルタ２１と、ノツチフィルタ２２とで構成されて
いる。２次ローパスフィルタ２１は、オペアンプ２３と
、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣと、抵抗Ｒ２及びコンデン
サＣ２とで構成されている。また、ノツチフィルタ２２
は、オペアンプ２４と、抵抗Ｒ４、Ｒｓ及びコンデンサ
Ｃ５による遅れ補償要素と、コンデンサＣ３，Ｃ４及び
抵抗Ｒ３による進み補償要素と、コンデンサＣ６とで構
成されている。第４図は、このようなフィルタ回路１つ
によって得られる周波数特性図である。

そして、進み補償回路２０は、第３図に示すように、微
分補償回路２５．２６と一次遅れ要素２７とから構成さ
れている。このような進み補償回路２０をフィルタ回路
１つに接続することにより、補正回路１８は最終的に第
５図及び第６図に示すような周波数特性を得ることがで
きる。第５図のフィルタ共振点（約２５Ｈｚ）付近では
、ノツチフィルタ２２の働きにより、ゲインが顕著に低
減していることがわかる。

次に、このように構成される本実施例の動作について説
明する。

機械系の固有振動に伴なって、電動機制御系も振動を開
始し、電圧検出器１５からのコンデンサ電圧信号Ｅｒｃ
にも振動が現われる。

補正回路１８は、このコンデンサ電圧信号Ｅｒｃを人力
し、上記したフィルタ回路１つ及び進み補償回路２０の
働きにより、このコンデンサ電圧信号Ｅｒｏに女、ｔＬ
、フィルタｕｊｌ路の共振点付近におけるゲインを減小
させると共に、位相をある角度たけ進ませた補正信号’
　ｓｅｔ’ｃを出力する。

この補正信号ｆｓｅｆ’ｃと、周波数信号ｆ、すべり周
波数信号ｆ＊５偏差Δｆ　が合成された信号Ｓ ｆ　とを合成すると出力周波数指令１本が得られｐ「 る。

つまり、この出力周波数指令１本は、カ行時には、 本　　　　　　　　　　　　　　　　　本ｆ　　−ｆ　
　＋ｆ　　＋Δ【ｓ＋ｆｓｅｒｅＩＩ　　　　　　Ｓ として演算され、回生時には、 １本−ｆ−（ｆ　　本十Δｆ　　十ｆ）ｍ　　　　ｓ　
　　　ｓ　　　５ｃ４ｃとして演算され、求められる。

そして、補正信号’　ｓｃｆ’。と、出力周波数指令ｆ
＊及び電動機７１１流ｉｍとは、はぼ同位相で電化する
ため、コンデンサ電圧信号Ｅｒ。と、７Ｇ動機本流ｉｍ
との位相関係は、 のようになる。

したがって、補正回路１８が第７図に示すようなｆ　　
波形を出力し、ΔｉｍがΔＥＩ’ｃに対して、ｓｃ「ｃ 例えば約６０’進みで変動するように補償すれば、Δｉ
ｍがｆｓｃｒｃに追従して変動するため、最終的には、
フィルタコンデンサ３の両端電化の変動を抑制すること
ができる。

このように、機械系の固６゛振動に起因して現われるフ
ィルタ回路のリップルを抽出し、この抽出したゲインを
減小させると共に移相を進ませた補正信号を発生させる
ようにし、さらに、この補正信号をすべり周波数に重畳
するようにすれば、リップルの振動を補正信号が打消す
ことができ、リップル分と機械系の固有振動とのノ（振
を抑制することができる。

なお、第７図では、Ｅ　波形に対し、ｆｓａｆｅ波ｅ 形及びｉｍ波形が約６０°進みの場合を示したが、大川
上は約４５°〜９０”の範囲が好適な範囲である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、インバータ制御部に補正
回路を新たに設け、フィルタコンデンサの電圧検出によ
り得られたコンデンサ電圧信号に対し、フィルタ回路の
共振点付近でのゲインを減小させると共に、一定以上位
相を進ませた補正信号を出力させ、この補正信号により
インバータ制御部のインバータ制御信号を補正する構成
としたので、電動機制御系と機械系との間の共振現象を
有効に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の丈施例の構成を示すブロック図、第２
図及び第３図は第１図のものの一部の構成の詳細を示し
た部分構成図、第４図乃土第６図は第２図及び第３図の
ものの特性例を＞Ｊ＜す特性図、第７図は第１図の動作
を説明するための波形図、第８図は従来例の構成を示す
ブロック図である。 ２・・・フィルタリアクトル、３・・・フィルタコンデ
ンサ、４・・・インバータ、５・・・交流モータ（誘導
電動機）、６・・・トルク伝達機構、７・・・車輪、Ｉ
ＯＡ・・・インバータ制御部、１８・・・補正回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 架線からの直流電力を、フィルタリアクトル及びフィル
   タコンデンサから成るフィルタ回路を介してインバータ
   に供給し、トルク伝達機構を介して車輪に接続された交
   流モータをこのインバータにより駆動制御し、このイン
   バータをインバータ制御部により可変電力可変周波数制
   御するようにした電気車制御装置において、 前記インバータ制御部は、前記フィルタコンデンサの電
   圧検出により得られたコンデンサ電圧信号に対し、前記
   フィルタ回路の共振点付近でのゲインを減小させると共
   に、一定角度以上位相を進ませる補正回路を含んで成り
   、 この補正回路からの補正信号を加えることにより、前記
   インバータ制御部のインバータ制御信号を補正するよう
   にしたことを特徴とする電気車制御装置。