JPH0469002A - インバータ電気車の制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は電気車の制御方法に関し、さらに詳述すれば、
可変電圧可変周波数インバータで主電動機を制御する電
気車の空転および滑走時の制御に関する。

［従来の技術〕 第３図は可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶ
Ｆインバータと称する。）によって主電動機である誘導
電動機を駆動する電気車（以下、インバータ電気車と称
する）の主回路概略図である。

第３図でパンタグラフ２０から遮断器２１、フィルタ２
２を通って平滑化された直流電圧がＶＶＶＦインバータ
２３に入力され複数個の誘導電動機２４を駆動する。誘
導電動機２４の軸端に取付けられた回転数検出器２５お
よび同−ＶＶＶＦインバークで制御される複数の電動機
電流Ｉ８の合計であるインバータ出力電流Ｉ　ＫＴの電
流検出器２６の出力はインバータ制御装置２７にフィー
ドバックされる。

インバータ電気車の制御系は第４図に示すように、ＶＶ
ＶＦインバータの出力電流エイ、をフィードバックし、
電流パターン発生器８の出力である電流パターンＩ　１
１Ｆとの差ΔＩＮを電流補正演算器１１に入力し電流補
正滑り周波数Δｆ、を算出する。電流補正演算器１１の
出力である電流補正滑り周波数Δｆ、と基準滑り周波数
発生器１２の出力であるの基準滑り周波数ｆ　Ｓｒを加
算し、滑り周波数ｆ、。を得る。さらに、複数軸の回転
数検出器２５の出力を最小値演算器２と最大値演算器３
に入力し、切換回路６によってカ行時は最小値を、制動
時は最大値を選択し変化率リミッタ７を通して基準周波
数ｆ８゜とする。

以上の基準周波数ｆ　ｍｏと滑り周波数ｆ、。からカ行
時のインバータ周波数ｒｕｔｖを（１）式で、制動時の
インバータ周波数ｒ＋Ｎｖを（２）式で求め、ゲートパ
ルス発生器１７に入力する。

ｆｌＮｖ　＝ｆｗｏ”ｆｓｏ　　・・・（１）ｆｌＮＶ
−ｆｌｏ　　ｒ、。　−−−（２）すなわち、電流パタ
ーンＩ　ＨＰにインバ−タ出力電流■。Ｔを一致させる
電流制御系を構成する。

降雨、降雪、油等の汚れによりレール・車輪間の粘着係
数が低下すると、カ行時には引張力、また回生制動時に
は制動力がレール・車輪間に得られる粘着力を上回り車
輪空転または滑走を起こす。

車輪の空転・滑走が甚だしいと車輪踏面を損傷し、フラ
ット等ができる。

降雨等で車輪が空転すると空転軸の電動機周波数ｆ８が
増大し、また滑走すると滑走軸の電動機周波数ｆ、が減
少する。そのため電動ｌ！雷電流Ｍが減少しようとする
が、インバータ出力電流エイ。

の１ｉ流制御系があるため空転軸または滑走軸の電動機
電流■、が減少する代わりに健全軸の電動機電流が増加
し健全な軸も引き込んで全軸空転または全軸滑走に至る
。上記の理由により、従来は車軸空転または滑走時に第
４図のように回転数検出器２５の出力を空転滑走検知器
４に入力し軸速度の一階微分値ｄｆい／ｄｔを常時演算
し、車輪空転・滑走により一階微分値ｄｆ＊　／ｄｔが
所定の値を越えた場合に検知し、空転滑走検知出力を電
流パターン発生器８に入力して電流パターンＩ　ＭＦを
減少させ、インバータ出力電流１　）ＩＴを下げて引張
力または制動力を弱め空転軸または滑走軸を強制的に再
粘着させていた。第５図は滑走時のインバータ制御を示
す。インバータ電気車が制動中に車輪の滑走が発生する
と滑走軸の電動機周波数ｆｌの一階微分値ｄｆ＋＋　／
ｄｔが演算され、その値が所定時間所定の値を超えたら
滑走検知出力を出し、電流パターン■。、を５０％に下
げ、滑走軸が再粘着に向かい滑走検知出力がなくなった
らｉｉ流パターン■。。

を徐々に回復させ９０％の値に達したら一定時間Ｔの間
保持した後で元の値に戻す。

〔発明が解決しようとする課題］ 従来の方法ではレール／車輪間の粘着係数がどのような
値であろうと複数の主電動機の制動力を−ｍに下げるた
め制動力の損失が大きい、力行中の空転時の制御の場合
も同しである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は、車軸が空転または滑走時にレール／車
輪間の粘着係数を最大限に利用することを狙ったインバ
ータ制御方法を捷供することにある。

本発明のインバータ電気車の空転および滑走時の制御方
法は、空転および滑走時のレール／車輪間の粘着係数を
推定するために、空転または滑走を検知するとＶＶＶＦ
インバータの滑り周波数を前記検知時の値に保持し、一
定時間後、列車速度に対応する電動機周波数と空転軸ま
たは滑走軸の電動機周波数との差Δｆｖを求め、その周
波数差Δｆｖがその場のレール／車輪間の粘着係数をほ
ぼ表すものとしてインバータの滑り周波数ｆ、。を制御
することを特徴とする。

［作用］ インバータ電気車の動輪が力行中に空転し軸速度が上昇
するかまたは制動中に滑走し軸速度が下降する場合、前
記の空転滑走を検知してＶＶＶＦインバータの滑り周波
数ｆ、。を保持するため、空転軸の軸速度は上昇または
滑走軸の軸速度は下降するが第６図の誘導電動機のトル
ク−周波数特性に基づく引張力または制動力とレール／
車輪間に得られる粘着力（粘着係数と軸重との積に等し
い。

）とが均衡する点にとどまる。この均衡点の空転軸また
は滑走軸の軸速度と列車速度との速度差の最大値を検出
し電動機の周波数差Δｆｖに置き換え、それに回復余力
分△ｆＧを加えた周波数△ｒｓｖ＋だけ既に保持中の滑
り周波数１％から減算し滑り周波数ｆ、を再設定する。

このため空転軸または滑走軸は再粘着に向かう。空転軸
または滑走軸が再粘着し空転滑走検知出力がなくなると
滑り周波数絞り量△ｆ、ｖを一定速度で減少させ、前記
の周波数差△ｆｖに粘着係数推定誤差補正分△ｆＥを加
えた滑り周波数△ｒｓｖｚに一致したら一定時間保持し
た後、滑り周波数絞り量△ｆ、ｖを零にして前記の空転
滑走検知時に保持した滑り周波数ｒ、１に戻すと同時に
電流制御系を閉ループに、すなわち生かす。このためレ
ール／車輪間の粘着係数がどのように低下し空転や滑走
が発注しても車軸は必ず再粘着する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図に基づき説明する。

図１において、１は主電動機軸端などに取付けた回転数
検出器、２は最小値演算器、３は最大値演算器、４は空
転滑走検知器、５は周波数差演算器、６は切換回路、７
は変化率リミッタ、８は電流パターン発生器、９は保持
回路、１０は切換回路、１１は電流補正演算器、１２は
基準滑り周波数発生器、１３は滑り周波数リミッタ、１
４は保持回路、１５は切換回路、１６は変化率リミッタ
、１７はゲートパルス発生器、１８は滑り周波数絞り量
演算器、１９はＲＳフリップフロ、ブ回路である。

インバータ電気車が空転や滑走を起こさないで力行中ま
たは回生制動中の制御系の動作は以下の通りである。主
電動機軸端などに取付けられた回転数検出器２５の出力
が最小値演算器２および最大値演算器３に入力される。

力行中は最小値演算器２、回生制動中は最大値演算器３
が切換回路６によって選択され、周波数の時間変化率ｄ
ｆａ　／ｄｔの上限を制限するための変化率リミッタ７
をとおして列車速度に対応する基準周波数ｆｌｌｏを得
る。

一方、電流制御系はインバータ出力電流１．４．が電流
パターン発生器８の出力Ｉ　ＮＦと突き合わさ娠その差
△ＩＮが切換回路１０を通して電流補正演算器１１に入
力され、ｉｔ流補正滑り周波数へｆ２を算出する。ｉｔ
流補正滑り周波数△ｆ、に基準滑り周波数発生器１２の
出力ｒ　ｓｒが加算さ瓢滑り周波数リミッタ１３に入力
される。

滑り周波数リミッタ１３の出力ｆ、は切換回路１５、変
化率リミッタ１６を通して滑り周波数ｆ、。となる。

力行中は基準周波数ｆ　１０と滑り周波数ｆ、。を加算
し、回生制動中は基準周波数ｆ　１１０から滑り周波数
ｆ、。が減算されインバータ周波数ｒ＋Ｎｖを得てゲー
トパルス発生器１７に入力する。

インバータ電気車が力行中に空転、回生制動中に滑走し
た場合の制御は以下のとおりである。

インバータ電気車が力行中に動輪が空転した場合、また
は回生制動中に滑走した場合、空転滑走検知器４が検知
出力を出す、前記の空転滑走検出器４の出力はＲＳフリ
ップフロップ回路１９のセント人力Ｓに入力され出力Ｑ
をセントし、２つの切換回路１０．１５に入力されａ側
からｂ側に切り換えられると同時に２つの保持回路９．
１４に入力され保持回路９．１４が保持動作を開始する
。

保持回路９．１４の保持動作開始により滑り周波数は空
転滑走検知時の滑り周波数ｆ、′の値に保持される。

空転滑走検知により切換回路１０がｂ側に切り換わり、
を流の差△１．を保持することにより再粘着後に電流制
御系が生きた（閉ループになる）とき滑り周波数がリミ
ット値まで大きくなっているためインバータ出力電流が
異常に大きくなることを防ぐ。

空転滑走検知器４の検知動作の一定時間Ｔ１後に滑り周
波数絞り量演算器８が周波数差演算器５の出力を取り込
み、その時点の列車速度と空転または滑走軸速度との速
度差△■を電動機周波数上に置き換えた周波数△ｆｖを
得る。前記の周波数差△ｆｖに空転軸または滑走軸が出
来るだけ速やかに再粘着するための回復余力分ΔｆＧを
加えた滑り周波数絞り量△ｆｓＩｌｌを得る。前記の滑
り周波数絞り量△ｆ、ν、を切換回路１５の出力ｆ。

から減算する。

車輪半径をｒ、レール７車輪間の粘着係数をμ、軸重を
Ｗ、車輪軸を含む慣性モーメントをＩ、車輪回転角速度
をω、１軸当たりの引張力または制動力をＦ、引張力ま
たは制動力の低減量をΔＦとする。引張力または制動力
の低減量ΔＦと車輪軸の回転角加速度または回転角減速
度との関係は空転中は（３）式、滑走中は（４）式で求
まる。

Ｉ　ｄω／ｄ　ｔ＝ｒ　（＋Ｆ−ΔＦ−ＪｊＷ）（３）
７　ｄω／ｄ　ｔ＝ｒ　（−Ｆ＋ΔＦ＋１ＩＷ）（４）
力行時に車輪が空転したものを再粘着させるために軸速
度を列車速度まで減速させるため、（３）式の右辺のカ
ッコ内の値を負とする。　また、制動時に車輪が滑走し
たものを再粘着させるために軸速度を列車速度まで加速
させるため、（４）式の右辺のカッコ内の値を正とする
。ただし、Ｆ、ΔＦ、μＷは正の値をとる。滑り周波数
ｆ％″からΔｆ、絞ると引張力または制動力の低減によ
りＦ−μＷとなる。そこでさらに回復余力分△ｆｃ絞っ
て再粘着加減速度ｄω／ｄｔを得る。

滑り周波数ｆ　ｆｉｏの低減により空転軸または滑走軸
が再粘着すると空転滑走検知器４の出力がなくなる。滑
り周波数絞り量演算器１８が滑り周波数絞り量△ｒ　ｓ
ｖを一定速度で減少させ、滑り周波数絞り量△ｒ　ｓｖ
が空転または滑走検知時の周波数差Δｆｖに粘着係数推
定誤差補正分△ｆえを加算した周波数△ｒｓｖｚに一致
すると、滑り周波数絞り量へｆ　ｍＶを保持する０図７
のレール／車輪間の粘着係数μｍすべり率γ特性の特性
■上のＡ点で走行する車輪がレール湿潤等のため粘着係
数が低下し、空転滑走を起こし滑り周波数保持制御によ
り特性■上のＣ°点で均衡する。Ａ点とＣ°点との粘着
係数差すなわち粘着力の低下量に対応するのが滑り周波
数の低減量△ｆ、である。空転または滑走軸を再粘着さ
せるために特性■上のＤ点に車軸のすべり率γを持って
くるために粘着係数Δμに対応する粘着係数推定誤差補
正分Δｆ、を予め設定する。

一定時間後に滑り周波数絞り量△ｆ　ｍＶをさらに減少
させ零になったら滑り周波数絞り量演算器１８から信号
をＲＳフリップフロップ回路１９のリセット人力Ｒに入
力しセント出力Ｑをリセットする。上記リセット信号を
切換回路１０．１５および保持回路９．１４に出力し、
切換回路１０．１５はａ側に切り換わり、保持回路９．
１４は保持動作を止め、そのため電流制御系が生きる（
閉ループとなる）。

第２図は第１図の回路構成による滑走時の制御状態を示
したものである。

インバータ電気車が回生制動中に滑走を起こし空転滑走
検知器４が動作すると、空転滑走検知時の値に滑り周波
数ｆ、が保持され、かつ電流制御系が開ループとなり一
定時間Ｔ１後に非滑走軸と滑走軸の速度差△■を電動機
周波数上に換算した八ｆｖに回復余力分Δｆ、を加えた
滑り周波数△ｆｒＶｌだけ滑り周波数を絞る。滑走軸が
再粘着し空転滑走検知器４の出力がなくなると滑り周波
数絞り量Δｆ　ＳＶを一定速度で減少させ、前記空転滑
走検知時の周波数差△ｆｖに粘着係数推定誤差補正分Δ
ｆｔを加算した周波数△ｆｓｖｚに一致すると滑り周波
数絞り量△ｆｓｖを一定時間Ｔ１後持する。その後一定
速度で回復させ、滑り周波数絞り量へｆ、ｖが零になっ
たら電流制御系を閉ループに、すなわち生かす。

インバータ電気車が力行中に空転を起こした場合も同じ
制御となる。

Ｅ発明の効果］ 以上のように、インバータ電気車の動輪が空転または滑
走した場合に、その空転または滑走を検知してインバー
タの滑り周波数を保持し、空転軸または滑走軸の軸速度
がレール／車輪間の粘着状態に沿って安定した一定時間
後に列車速度と空転または滑走軸の軸速度との差△Ｖを
検出し、その速度差△Ｖに応じた滑り周波数絞り量Δｆ
工を決めて、その場のレール／車軸間で得られる粘着力
に応じて滑り周波数を制御し引張力または制動力を制御
することにより、その場で得られる最大の引張力あるい
は制動力を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

４、図の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例の制御回路ブロック図、第２
図は第１図の制御状態図、第３図はインバータ電気車の
一生回路図、第４図は従来のインバータ電気車の制御ブ
ロック図、第５図は第４図の制御状態図、第６図は誘導
電動機のトルク・電流−周波数特性、第７図は粘着係数
−すべり率特性である。 リミツタ、１４・・・保持回路、１５・・・切換回路、
１６・・・変化率リミフタ、１７・・・ゲートパルス発
生器、１Ｂ・・・滑り周波数絞り量演算器、１９・・・
ＲＳＳフリツブフロ路、２０・・・パンタグラフ、２１
・・・遮断器、２２・・・フィルタ、２３・・・ＶＶＶ
Ｆインバータ、２４・・・主電動機（誘導電動ＩＩ）、
２５・・・回転数検出器、２６・・・電流検出器、２７
・・・制御装置１・・・回転数検出器、２・・・最小値
演算器、３・・・最大値演算器、４・・・空転滑走検知
器、５・・・周波数差演算器、６・・・す換回路、７・
・・変化率リミッタ、８・・・電流パターン発生器、９
・・・保持回路、１０・・・切換回路、１１・・・電流
補正演算器１２・・・基準滑り周波数発生器、１３・・
・滑り周波数特許畠願人 財団法人鉄道総合技術研究所 峙閣 −一十時間 ＭＴ 第６図 １尺 沫 同ｕＪα

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １台の可変電圧可変周波数インバータで１個または複数
   個の誘導電動機を制御し、この駆動力により動輪がレー
   ル上を走行し、前記電気車が力行中に動輪の空転および
   回生制動中に滑走を検知すると、前記インバータの滑り
   周波数を空転滑走検知時の値に保持するとともに電動機
   電流の電流制御系を開ループとし、所定時間内に空転滑
   走検知出力がなくなったときは滑り周波数の保持をやめ
   電流制御系を閉ループとする電気車において、所定時間
   後にも空転滑走検知出力が継続しているときは、前記所
   定時間後の列車速度に対応する電動機周波数と空転滑走
   軸の電動機周波数との周波数差Δｆ＿ｖの中で最大のも
   のに回復余力分を加えた周波数だけインバータの滑り周
   波数を絞り、滑り周波数を再設定後に前記の空転滑走検
   知出力がなくなれば滑り周波数絞り量を前記周波数差Δ
   ｆ＿ｖに粘着係数推定誤差補正分を加えた値まで減少さ
   せ、一定時間後に滑り周波数絞り量を零にすることによ
   り滑り周波数を空転滑走検知時の値に戻し電流制御系を
   閉ループにすることを特徴とする。