JPH03230703A - 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〕 本発明は電気車の主電動機を制御するインバータの制御
装置に係り、特に電気車の車輪が空転・滑走を起した時
に速やかに再粘着させるに好適な電気車制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のインバータ制御電気車では、主電動機回転周波数
Ｆｒの微小時間に対する変化量即ち、微分値ｄＦｒ／ｄ
ｔを常時監視し、その値が所定の範囲を越えた時には空
転・滑走が発生したものとみなし、空転・滑走検知信号
を出力していた。

空転・滑走が発生すると、車輪とレール間の粘着力が主
電動機のトルクより小さくなるからそのままにして置く
と、空転・滑走は益ケ大きくなり電気車が必要とする加
速度・減速度は得られないばかりでなく、甚しい場合は
駆動系や！１１＠の偏摩耗等の損傷をもたらす原因とな
っていた。従って速やかに主電動機のトルクを低；威さ
せて空転・滑走を解消し車輪を再粘着させる必要がある
。

主電動機として用いている誘導省動機の周波数対トルク
及び電流特性は第３図に示すように滑り周波数Ｆｓを小
さくすれば、トルク及び電流共に減少する。

従来の再粘着を図る技術はこの特性を利用して、文献「
電気車の科学、１１９８７年２月号及び３月号の２０７
系通勤形直流電車（上）、（下）に記載されているよう
に、空転・滑走が発生した場合には速やかに、インバー
タ制御同波数Ｆ　ｉｎｖと主電動機回転周波数Ｆｒとの
差である滑り周波数Ｆｓを小さくして主電動機のトルク
を低減させ車輪を再粘着させた後、小さくした滑り周波
数Ｆ５を一定の割合で空転・滑走が発生する以前の値に
大きくすることにより、再空転・滑走を防止しながら主
電動機のトルクを復元していた。

〔発明が解決しようとする課琶〕

上記従来技術は、空転・滑走を検出した時に滑り周波数
Ｆｓを小さくして主電動機の電流を減少させ、主電動機
のトルクを低減していた。

−船釣にインバータ制御電気車においては１台のインバ
ータで複数の主電動機を駆動し、第４図では４台の主電
動機を駆動する例を示す。いま４台の主電動機の内の１
台に係合する車輪が何らかの要因でトルク若しくは回転
数が他より突出して検知レベル以下の微小な空転・滑走
を起した場合を考えると、主電動機にとっては負荷が軽
くなったのであるから主電動機に流れる電流は減少する
。

第５図にその時の状態を示す。主電動機の制御は１台の
インバータで駆動する４台の主電動機電流の合計値を検
出し、それを予め定めた電流パターンと常に一致するよ
うにしているから、１台でも空転・滑走を起して金主電
動機電流が減少すると、制御系は減少する以前の電流パ
ターンに回復１−ようヒして全を電動機１霞流を増加さ
せるか１〕、空転・滑走を起していない他の主電動機電
流が増加し１ヘルクが大きくなり空転・滑走を起す引き
金を引くことになり、ついに１台のインバータで体動す
る４台の主１電！ｈ磯全てが空転・滑走に陥る。

また丘記以外に車輪の全軸が空転・滑走に陥る原因は、
トンネル内で地下水がレールに落下してレール表面をｆ
！Ａ：ｍ　したり、レール塗油器によるレール表面への
油膜のしみだしにより、車輪とシル間の粘着係数が低下
す２ることによる５上記従来技術は、１台のインバータ
で、駆動する４台の主電動機に係合する車輪の全軸が空
転・滑走に陥って主電動機回転周波数Ｆｒが基準速度と
ならなくなった状態について配意がされておらず、イン
バータ制御周波数Ｆ　ｉｎｖと主電動機回転周波数Ｆｒ
との差である滑り周波数Ｆｓを小さくして主電動機のト
ルクを低減させ車輪を再粘着させるという誘導′賀Ｉｈ
肉の自己再粘着性が機能しない問題があった。即ち、従
来の誘導層動機の自己再粘着性とは次のような技術で、
制御系のカ行においては。

Ｆ　ｉｎｖ　＝　Ｆ　ｒ　＋　Ｆ　ｓ　−−−−・−−
−−（１）回生制動時には Ｆｉｎｖ＝　Ｆｒ−Ｆｓ−−＝−−−、、、、、、、（
２）なる演算式によってインバータ制御装置が出力する
インバータ制御周波数Ｆ　ｉｎｖを求めている。この際
、制御に用いる主電動機回転周波数Ｆ、が空転・滑走状
態に無く電気車の速度と同一であればインバータ制御周
波数Ｆ　ｉｎｖは主電動機回転周波数Ｆｒ値になる。第
３図、第５図に示すように空転・滑走状態の車輪の加速
度・減速度は電気車のそれより大きい為、制御系は滑り
周波数Ｆｓがホさくなるように作動し、主電動機のトル
クか減少するので容易に再粘着する。従来技術でもこの
自己再粘着性を利用し、カ行時には４台の主電動像回転
周波数の内から最小値を、回生制動時には最大値を其れ
其れ基準速度として選択し上記の（１）及び（２）式の
Ｆｒに用いている。しかし全車輪の空転・滑走が発生す
るとカ行時の最小値と回生制動時の最大値の何れを選択
しても空転・滑走状態にあって基準速度となり慢ずその
上うなＦｒと滑り周波数Ｆｓを演算しても正しいインバ
ータ制御周波数Ｆ　ｉｎｖは得られず主電動機のトルク
が減少するような制御は困難である。

本発明の目的は上記問題を解決し、電気車の空転・滑走
時の再粘着制御を行なうインバータ制御ＬＩＱｉｉｌ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、電気車の誘導型主電動機の回転数を検出し
て主電動機回転周波数信号を出力する回転数検出手段と
、入力した該主電動機回転周波数信号と滑り周波数とか
らインバータ制御周波数を演算して出力するインバータ
制御手段と、該インバータ制御周波数を入力し前記主電
動機を制御するインバータとを有する電気車制御装置に
おいて、前記主電動機回転周波数信号を入力しその変化
から車輪の空転・滑走を検出して空転・滑走信号を出力
する空転・滑走検出手段と、該空転・滑走信号が人力さ
れた時に前記主電動機回転数信号を。

正常な走行をしている池の電気車の主電動機回転周波数
信号に切り換える第りの主電動機回転周波数信号切り換
え手段とを有することにより達成さ、れる。

上記目的は、前記主電動機回転周波数信号切り換え手段
が前記他の電気車からの主電動機回転周波数信号に切り
換えている時に前記他の電気車が空転・滑走を起しその
空転・滑走信号が入力された時、前記他の電気車からの
主電動機回転周波数信号を更に他の電気車の主電動機回
転周波数信号に切り換える第２の主電動機回転周波数信
号切り換え手段を有することにより達成される。

〔作用〕

上記構成によれば、回転数検出手段が電気車の車輪に連
結する誘導型主電動機の回転数を検出して主電動機回転
周波数信号を出力し、一部の車輪が空転・滑走を起した
時、空転・滑走検出手段がその主電動機回転周波数信号
の変化から車輪の空転・滑走を検出して空転・滑走信号
を出力し、第１の主電動機回転周波数信号切り換え手段
がその空転・ａ走信号が人力された時に前記正電動機回
転数信号を空転・滑走状態に無い他の電気車が出力する
主′、を動機回転周波数信号に切り換えその空転・滑走
状態に無い主電動機回転周波数を基準速度としてそれに
加算する滑り周波数を小さくしてインバータ制御周波数
を設定することにより主電動機回転周波数とインバータ
制御周波数はほぼ等しくなり、インバータが出力する１
１ｇ周波数と主電動機の回転周波数は差が小さくなる。

このことにより主電動機の滑りが小さくなり、主電動機
は出力トルクが減少し、かつ空転・滑走状態にない正常
な回転数に近くなるから上記空転・滑走を起した一部の
車輪はレールに再粘着し、他の車輪が空転・滑走状態に
波及することを防止できる。

また基準速度として選択した空転・滑走状態に無い他の
電気車が空転・滑走状態に陥った場合、更に他の空転・
滑走状態に無い電気車のインバータ制ａ１ＭＮが出力す
る主電動機回転周波数信号に切り換えることにより、上
記のように再粘着を図ることが出来る。

〔実施例〕

本発明の実施例を図や表を用いて説明する。

第１図は本実施例に用いたインバータ制御装置のブロッ
ク図を示したものである。

電気車の複数の主電動機回転数を検出する電動機回転数
検出部１の出力を最小値選択部２、最大値選択部３及び
空転・滑走検出部１３に入力する。

カ行時であれば回転数の大きいのは空転の可能性が高い
から最小値選択部２の出力を、回生時であれば回転数の
小さいのは滑走の可能性が高いから最大値選択部３の出
力を主電動機回転周波数信号Ｆｒ工として切り換えスイ
ッチ４で選択する。切り換えスイッチ４の出力は切り換
えスイッチ５の一方の入力に接続している。切り換えス
イッチ５の他の入力には基準速度として自車輌のではな
い同一編成の列車の最後部から１つ前の車輌のインバー
タ制御装置が出力する主電動機回転周波数信号Ｆｒ、を
用いるが、その車輌の空転・滑走発生に備えて更に他の
車輌即ち同一編成の列車の最後部車輌のインバータ制御
装置が主電動機回転周波数信号Ｆｒ、を用いる３基準速
度として同−編成の列車の最後部からＬつ府の車輌若し
くは最後部の車輌の主層＃Ｊ機回転周波数信号を用いる
のはそ、ｉｔらが空転・滑走を起す可能性が低いという
経験的な事実に基づくものでこれだけに限定されろ必然
性はなく編成中のどの！ＩＩ！輌から基準速度としての
主電動機回転周波数信号を得ても良い、主電動機回転周
波数信号Ｆｒ２と主電動機回転周波数信号Ｆｒ、の切り
換えは主電動機回転周波数信号Ｆｒ、を出力するインバ
ータ制御装置からの第２の全軸空転・滑走信号により切
り換えスイッチ１４で選択する。

第１図では最後部から１つ前の電気車のインバータＩ制
御装置８、最後部の電気車のインバータ制御装置他車輌
９について２款したが同−編成内の全車輌から主電動機
回転周波数信号を切り換えスイッチ１４に人力し優先ｊ
領位をつけて切４ノ換えるようにしても良い。切り換え
スイッチ１４を切り換える判断は自車−で行なっても良
いし、基準速度としての主電動機回転周波数信号を出力
する池の車輌のインバータ制御装置にて行なっても良く
その場所は限定されない。基準速度としての主電動機回
転周波数信号を切り換える際、各車輌間で車輪の径に差
があると列車速度が同一であっても自車−の主電動機回
転周波数ｆａ号Ｆｒ□と他車−の主′纜動嘩回転周波数
信号Ｆｒ２若しくはＦｒ、の間に相違が生じる。その相
違を補正する為に車輪径補正演算部１０を設け１列車が
惰行中に自車−の主電動機回転周波数信号Ｆｒ□に対す
る他車−の主Ｒ１１Ｉ機回転周波数信号Ｆｒ２若しくは
Ｆｒ、Ｊとの比から補正係数を求めてＦｒ、若しくはＦ
ｒ、にその補正係数をかけることにより、各車輌間での
車輪径の相違は解消する。空転・滑走検出部１３は複数
の主電動機回転数の変動を監視し、各々の変動値全てが
予め定めた変動幅を越えた時に全軸が空転・滑走状態に
なったと判断し、第１の全軸空転・滑走信号を出力する
。この第１の全軸空転・滑走信号がフリップフロップ７
に入力されるとフリップフロップ７は切り換えスイッチ
５の入力を他の一方に切り換える信号を出力する。この
信号により自車−の主電動機回転周波数信号Ｆｒ、は他
車−の主電動機回転周波数（８号Ｆｒ２答しくはＦｒ、
に切り換わる。自東輌の主電動機回転数の全てが空転・
滑走検知感度を越えた時に切り換えスイッチ５が切り換
すろＳ　？ｊ２　ａ図空転時を例として示すように基準
速度としての主電動機回転数と検知１５度の分だけ主電
動機回転周波数Ｆｒの値が不連続となりインバータ制御
周波数Ｆｉｎνが急変するからこれを避ける為切り換え
スイッチ５の後に変化率リミッタ６を設けると第２ｂ図
に示すようになだらかに変化する。このようにして得た
主電動機回転周波数Ｆｒに演算部１２において、カ行時
には滑り周波数Ｆｓを加算し、回生時には滑り周波数Ｆ
ｓを減算し更にダンピング成分Ｃｆｓを加算しインバー
タ制御周波数Ｆ　ｉｎｖを得る。滑り周波数Ｆｓは、主
電動機電流の制御目標となるよう予め定めた電流パター
ンＩｍρに主電動機に流れる電流を検出した主電動！ｊ
！電流フィードバックＩＩＩｔを加算し、その偏差を補
償系１１に入力してΔＦｓを出力し、ΔＦｓに滑り周波
数パターンＦｓｐを加算して得る・空転・滑走にある車
輪を再粘着させる操作は、公知技術により滑り周波数パ
ターンＦｓｐを変人それに伴う滑り周波数Ｆｓの変化を
利用して行なう。自車−の空転・滑走状態が解消し空転
・滑走検出部１３が出力していた第１の全軸空転・滑走
信号がオフになると、フリップフロップ７はリセットさ
れ切り換えスイッチ５は復帰して自車−の主電動機回転
周波数信号Ｆｒ１を選択し、インバータ制御装置は通常
の制御に復帰する。またフリップフロップ７のリセット
条件も上記のように自車−の全軸空転・滑走信号がオフ
になった時でなく、例えば１度セットされた後はノツチ
オフする迄リセットしない条件としても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インバータ制御を行なっている特定の
電気車の全軸が空転・滑走状態に陥った時、他車−の主
電動機回転周波数に切り換えてインバータ制御装置に入
力することにより、それを基準速度として滑り周波数を
変えて誘導型電動機の持つ自己粘着特性を利用して再粘
着を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るインバータ制御装置のイ
ンバータ周波数演算部のブロック図、第２ａ図は変化率
リミッタが無い場合に基準速度としての主電動機回転周
波数信号を切り換えた時の主電動機回転周波数とインバ
ータ制御周波数の関係を示す図表、第２ｂ図は変化率リ
ミッタを設けた場合に基準速度としての主電動機回転周
波数信号を切り換えた時の主電動機回転周波数とインバ
タ制御周波数の関係を示す図表、第３図は典型的なイン
バータ制御を行なっている誘導型電動機における電源周
波数とトルク・電流特性を示す図表、第４図は従来のイ
ンバータ制御を行なっている電気車の主電動機制御ブロ
ック図、第５図は典型的なインバータ制御を行なってい
る電気車の力行中に１軸が空転した際の電源周波数とト
ルク・を流特性を示した図表である。 １・・・電動機回転数検出部、２・・・最小値選択部、
３・最大値選択部、４・・切り換えスイッチ。 ５・切り換えスイッチ、６　・変化率リミッタ、７・・
フリップフロップ。 ８・・最後部から１つ前の電気車のインバータ制御装置
、 ９・・・最後部の電気車のインバータ制御装置、１０・
・・車輪径補正演算部、１１　・補償系。 １２・演算部、１３　空転・滑走検出部、１４・・切り
換えスイッチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気車の誘導型主電動機の回転数を検出して主電動
   機回転周波数信号を出力する回転数検出手段と、入力し
   た該主電動機回転周波数信号と滑り周波数とからインバ
   ータ制御周波数を演算して出力するインバータ制御手段
   と、該インバータ制御周波数を入力し前記主電動機を制
   御するインバータとを有する電気車制御装置において、
   前記主電動機回転周波数信号を入力しその変化から車輪
   の空転・滑走を検出して空転・滑走信号を出力する空転
   ・滑走検出手段と、該空転・滑走信号が入力された時に
   前記主電動機回転数信号を、正常な走行をしている他の
   電気車の主電動機回転周波数信号に切り換える第１の主
   電動機回転周波数信号切り換え手段とを有することを特
   徴とする電気車制御装置。 ２、前記主電動機回転周波数信号切り換え手段が前記他
   の電気車からの主電動機回転周波数信号に切り換えてい
   る時に前記他の電気車が空転・滑走を起しその空転・滑
   走信号が入力された時、前記他の電気車からの主電動機
   回転周波数信号を更に他の電気車の主電動機回転周波数
   信号に切り換える第２の主電動機回転周波数信号切り換
   え手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電気
   車制御装置。