JPH0556507A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １台のインバータが故障しても健全な残りの
インバータにより誘導電動機を駆動し、継続運転できる
ようにする。 【構成】 １台の誘導電動機を１台のインバータによっ
て制御するユニットを複数ユニット組み合わせ、いずれ
かのユニットのインバータが故障した場合にはその故障
したユニットを系統から切り離すようにして、いずれか
のインバータに故障が発生した場合にも、残りの健全な
ユニットによって電気車の駆動制御を継続することがで
きる。また、回生ブレーキ運転時には、各ユニットの回
生ブレーキ力の平均値を求め、電気車の走行を停止する
ために必要なトータルブレーキ力指令と回生ブレーキ力
平均値との差分を求め、不足分を空気ブレーキ力によっ
て補うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＶＶＶＦインバータ
で誘導電動機を力行および回生ブレーキ制御する電気車
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＶＶＶＦインバータで誘導電動機
を駆動する電気車制御装置の代表例を図３に示す。この
従来の電気車制御装置において、１は直流架線から直流
電源を取り込むためのパンタグラフであり、２は回路投
入、開放および事故時の保護用スイッチ、３は直流電源
を三相交流に変換して出力する１台のＶＶＶＦインバー
タ（ＩＮＶ）であり、このＶＶＶＦインバータ３により
４台の誘導電動機４１〜４４を並列駆動するようになっ
ている。

【０００３】５１〜５４は誘導電動機４１〜４４の回転
出力を減速し、車輪６１〜６４を回転駆動するためのギ
アである。そして、各車輪６１〜６４には空気ブレーキ
用のブレーキシュー７１〜７４が設けられている。

【０００４】インバータ３の出力線に設けられた直流変
成器８および直流変流器９は、回生ブレーキ力演算部１
０への入力となる電圧値Ｖ、電流値ＩＭを生成する。

【０００５】回生ブレーキ力演算部１０は、これらの電
圧値Ｖ、電流値ＩＭ、さらにパルス発生器の周波数ｆｒ
およびすべり周波数ｆｓを加算して得られるインバータ
周波数ｆinv を入力とし、回生ブレーキ力演算を行なう
部分であり、回生ブレーキ力Ｂは、 Ｂ＝ｋ・Ｖ・ＩＭ／ｆinv ここで、ｋ＝定数、Ｖ＝インバータ出力電圧、ＩＭ＝モ
ータ電流の合計、ｆinv ＝インバータ周波数 によって計算される。

【０００６】ブレーキ系統としては、回生ブレーキが優
先であり、トータルブレーキ力指令より回生ブレーキ力
の不足分を空気ブレーキで補足するために、減算器１１
によって回生ブレーキ力とトータルブレーキ力指令との
差分を取り、この差分に見合った空気ブレーキ力を与え
るために電気・空気変換器１２により電気・空気（Ｅ
Ｐ）変換を行ない、これをブレーキ機械系統１３を通じ
てブレーキシュー７１〜７４に与え、空気ブレーキをか
けるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の電気車制御装置では、すべての誘導電動機がこの
１台のインバータによって制御されているために、イン
バータに故障が発生するとすべての誘導電動機が停止し
てしまい、電気車の運転ができなくなってしまう問題点
があった。

【０００８】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、誘導電動機１台ごとにインバータを
１台設けることによって、いずれかのインバータに故障
が発生しても、健全な他のインバータによって駆動され
る誘導電動機を停止させることなく運転継続することが
でき、ブレーキ力も確保することができる電気車制御装
置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、１台の誘導
電動機を１台のインバータによって制御するユニットを
複数ユニット組み合わせ、いずれかのユニットのインバ
ータが故障した場合にはその故障したユニットを系統か
ら切り離し、残りのユニットによって電気車の駆動制御
を継続するようにし、ブレーキ時に回生ブレーキを優先
させ、空気ブレーキをバックアップとする電気車制御装
置において、前記各ユニットの回生ブレーキ力を演算す
る回生ブレーキ力演算手段と、前記回生ブレーキ力演算
手段の求めた各ユニットの回生ブレーキ力の平均値を求
める平均値演算手段と、電気車の走行を停止するために
必要なトータルブレーキ力指令と前記平均値演算手段の
求めた回生ブレーキ力との差を求め、空気ブレーキ力指
令を決定する減算手段とを備えたものである。

【００１０】この発明では、さらに、複数ユニットの１
つが故障した場合に、残りの健全なユニットの回生ブレ
ーキも停止させる回生ブレーキ停止手段を備えたものと
することができる。

【００１１】

【作用】この発明の電気車制御装置では、１台の誘導電
動機を１台のインバータによって制御するユニットを複
数ユニット組み合わせ、いずれかのユニットのインバー
タが故障した場合にはその故障したユニットを系統から
切り離すようにして、いずれかのインバータに故障が発
生した場合にも、残りの健全なユニットによって電気車
の駆動制御を継続することができる。

【００１２】また、回生ブレーキ力演算手段によって、
各ユニットの回生ブレーキ力を演算し、平均値演算手段
によって、前記回生ブレーキ力演算手段の求めた各ユニ
ットの回生ブレーキ力の平均値を求め、減算手段によっ
て、電気車の走行を停止するために必要なトータルブレ
ーキ力指令と前記平均値演算手段の求めた回生ブレーキ
力との差分を求めて不足分を補う空気ブレーキ力を決定
することにより、回生ブレーキを空気ブレーキに優先さ
せてブレーキ制御することができる。

【００１３】また、この発明の電気車制御装置では、回
生ブレーキ停止手段によって複数ユニットの１つが故障
した場合には、残りの健全なユニットの回生ブレーキも
停止させ、空気ブレーキによって電気車のブレーキ制御
を行なうことができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００１５】図１はこの発明の一実施例の回路ブロック
図であり、直流架線から集電するパンタグラフ１に対し
て保護用スイッチ２および切り離しスイッチ１４１〜１
４４を介して４台のＶＶＶＦインバータ（ＩＮＶ）３１
〜３４が並列に接続されている。そして、各インバータ
３１〜３４の出力が誘導電動機４１〜４４各々に個別に
与えられるようになっている。インバータ３１〜３４そ
れぞれの出力線に直流変成器８１〜８４および直流変流
器９１〜９４が設けられている。

【００１６】ギア５１〜５４、車輪６１〜６４、空気ブ
レーキ用のブレーキシュー７１〜７４の構成は、図３の
従来例と同じである。

【００１７】各誘導電動機４１〜４４の回生ブレーキ力
を求めるために、インバータごとに回生ブレーキ力演算
部１０１〜１０４が備えられており、各回生ブレーキ力
演算部１０１〜１０４に各直流変成器８１〜８４から電
圧値Ｖ１〜Ｖ４、各直流変流器９１〜９４から電流値Ｉ
Ｍ１〜ＩＭ４それぞれが入力され、さらにインバータ周
波数ｆinv1〜ｆinv4それぞれが入力され、各インバータ
ごとの回生ブレーキ力が演算されるようになっている。

【００１８】そして、これらの各回生ブレーキ力演算部
１０１〜１０４からの回生ブレーキ力の平均値を演算す
るために平均値演算部１５が備えられ、この回生ブレー
キ力平均値をトータルブレーキ力指令と比較して差分を
求める減算器１１、この減算器１１の出力に応じて空気
ブレーキ力を求める電気・空気変換器１２、さらにこの
電気・空気変換器１２の出力をブレーキシュー７１〜７
４各々に伝達する機械系統１３を備えている。

【００１９】次に、上記の構成の電気車制御装置の動作
について説明する。

【００２０】通常の運転時には、パンタグラフ１から取
り込まれた直流電源が保護用スイッチ２を通して各ＶＶ
ＶＦインバータ３１〜３４に切り離しスイッチ１４１〜
１４４を介して入力され、各インバータ３１〜３４にお
いて直流・交流変換がなされ、三相交流が各誘導電動機
４１〜４４に供給される。

【００２１】各誘導電動機４１〜４４の回転力はギア５
１〜５４それぞれを介して車輪６１〜６４に伝達され、
電気車の駆動制御が行なわれる。

【００２２】そして、ブレーキ指令があれば、各ＶＶＶ
Ｆインバータ３１〜３４は回生ブレーキ動作を行なう。

【００２３】これと共に、各回生ブレーキ力演算部１０
１〜１０４が各直流変成器８１〜８４からの電圧値Ｖ１
〜Ｖ４、直流変流器９１〜９４の電流値ＩＭ１〜ＩＭ
４、さらにインバータ周波数ｆinv1〜ｆinv4を入力さ
れ、次の式に従って回生ブレーキ力を演算する。

【００２４】 Ｂｉ＝ｋｉ・Ｖｉ・ＩＭｉ／ｆinv ｉ （ｉ＝１〜４） ここで、ｋ１〜ｋ４＝定数、Ｖ１〜Ｖ４＝インバータ出
力電圧、ＩＭ１〜Ｉ Ｍ４＝モータ電流の合計、ｆinv1〜ｆinv4＝インバータ
周波数 こうして、各回生ブレーキ力演算部１０１〜１０４で得
られた回生ブレーキ力は平均値演算部１５に入力され、
ここで平均値演算がなされ、得られた回生ブレーキ力平
均値が減算器１１においてトータルブレーキ力指令と比
較され、その差分が電気・空気変換器１２に与えられ、
ここで空気ブレーキ力に変換されてブレーキシュー７１
〜７４に対して必要な空気ブレーキ力が加えられ、各車
輪６１〜６４に対して空気ブレーキがかけられ、回生ブ
レーキ力の不足分を補うことになる。

【００２５】次に、インバータ３１〜３４のいずれかが
故障した場合の動作について説明する。

【００２６】いま、ＶＶＶＦインバータ３１が故障した
とすれば、このインバータ３１に直流電源を通じている
切り離しスイッチ１４１のみが開放され、インバータ３
１だけが切り離され、健全な残りのインバータ３２〜３
４は動作を継続する。

【００２７】そこで、ブレーキ指令があれば、インバー
タ３１は切り離されて不動作となっているために、直流
変成器８１からの電圧値Ｖ１、直流変流器９１からの電
流値ＩＭ１は０であり、回生ブレーキ力Ｂ１は０であ
り、健全な他のインバータに対する回生ブレーキ力演算
部１０２〜１０４は通常通りの回生ブレーキ力を演算
し、これらを平均値演算部１５に出力し、ここで４つの
インバータの回生ブレーキ力の平均値を演算し、以下、
通常の場合と同様にして回生ブレーキ力の不足分を減算
器１１で求め、これを空気ブレーキ力に変換して空気ブ
レーキをかける。

【００２８】こうして、インバータのいずれかが故障し
ても、健全なインバータにより残りの誘導電動機を駆動
して電気車の運転を継続するのである。

【００２９】図２はこの発明の他の実施例であり、イン
バータの１つが故障した場合には回生ブレーキが作用し
ないようにしたものである。この図２の実施例におい
て、図１に示した第１実施例と共通する構成部分につい
ては、同一符号を付して示してあるが、この第２実施例
の特徴部分は、回生ブレーキ停止回路１６を追加したと
ころにある。

【００３０】この回生ブレーキ停止回路１６は、各イン
バータ３１〜３４に対する切り離しスイッチ１４１〜１
４４と連動する補助スイッチ１４１′〜１４４′を直列
に接続し、回生ブレーキ運転指令信号がこれらの補助ス
イッチ１４１′〜１４４′すべてが閉じている時に各イ
ンバータに指令されるようになっている。また、切り換
えスイッチ１７が設けられていて、回生ブレーキ指令出
力が有の時に０側から１側に切り換わり、平均値演算部
１５の出力を減算器１１に入力できるようにしている。

【００３１】この第２実施例の電気車制御装置では、通
常時には、切り離しスイッチ１４１〜１４４がすべて閉
じていて各インバータ３１〜３４が動作し、補助スイッ
チ１４１′〜１４４′も閉じている。

【００３２】そこで、回生ブレーキ運転指令が入力され
ると、回生ブレーキ停止回路１６では、その回生ブレー
キ運転指令が各補助スイッチ１４１′〜１４４′が閉じ
ているので、各インバータに回生ブレーキ運転指令が与
えられ、回生ブレーキ運転を行なう。そして、この場合
には、切り換えスイッチ１７に対する切り換え信号も有
であるので、１側に切り換えられ、各回生ブレーキ力演
算部１０１〜１０４で演算された各インバータ３１〜３
４の回生ブレーキ力が平均値演算部１５で平均値演算さ
れ、得られた回生ブレーキ力平均値が切り換えスイッチ
１７を通して減算器１１に入力され、ここでトータルブ
レーキ力指令と比較され、不足分を補うために必要な空
気ブレーキ力が求められ、第１実施例と同様に電気・空
気変換器１２を通して必要な空気ブレーキ力がブレーキ
シュー７１〜７４に加えられ、回生ブレーキ力の不足分
を空気ブレーキ力によって補うように動作する。

【００３３】次に、いずれかのインバータが故障した場
合、例えばインバータ３１が故障した場合には、切り離
しスイッチ１４１が開放されてインバータ３１は切り離
され、健全な残りのインバータ３２〜３４が継続運転さ
れることになる。そして、この際には、切り離しスイッ
チ１４１の補助スイッチ１４１′も開放され、回生ブレ
ーキ停止回路１６が開放されることになり、各インバー
タに対して回生ブレーキ指令が入力されなくなり、同時
に、切り換えスイッチ１１７が０側に切り換わり、減算
器１１に対する回生ブレーキ力平均値として０が入力さ
れることになり、トータルブレーキ力指令の全部が必要
空気ブレーキ力として電気・空気変換器１２に入力され
るようになり、空気ブレーキによって電気車の制動がな
されることになる。

【００３４】こうして、インバータの１つに故障が発生
した場合には、故障したインバータを切り離すと共に、
回生ブレーキ運転も停止し、空気ブレーキによって制動
するように切り換えるのである。

【００３５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、各誘導
電動機ごとにインバータを備えているために、インバー
タの１つに故障が発生しても、故障が発生したインバー
タを切り離すことによって、健全なインバータにより継
続運転することができる。そして、回生ブレーキ運転時
にブレーキ力に不足があっても、トータルブレーキ力指
令との差分を空気ブレーキによって補うことができるた
めに、確実に制動することができる。

【００３６】さらに、インバータの１つに故障が発生し
た場合には、回生ブレーキ運転を停止するようにするこ
とにより、空気ブレーキにより安定した制動が得られる
ことになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の回路ブロック図。

【図２】この発明の他の実施例の回路ブロック図。

【図３】従来例の回路ブロック図。

【符号の説明】

１ パンタグラフ ２ 保護用スイッチ ３１〜３４ ＶＶＶＦインバータ ４１〜４４ 誘導電動機 ５１〜５４ ギア ６１〜６４ 車輪 ７１〜７４ ブレーキシュー ８１〜８４ 直流変成器 ９１〜９４ 直流変流器 １０１〜１０４ 回生ブレーキ力演算部 １１ 減算器 １２ 電気・空気変換器 １３ 機械系統 １４１〜１４４ 切り離しスイッチ １５ 平均値演算部 １６ 回生ブレーキ停止回路 １７ 切り換えスイッチ １４１′〜１４４′ 補助スイッチ Ｖ１〜Ｖ４ 電圧値 ＩＭ１〜ＩＭ４ 電流値 ｆinv1〜ｆinv4 インバータ周波数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 友由 東京都府中市東芝町１番地 東芝トランス ポートエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 安岡 育雄 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １台の誘導電動機を１台のインバータに
   よって制御するユニットを複数ユニット組み合わせ、い
   ずれかのユニットのインバータが故障した場合にはその
   故障したユニットを系統から切り離し、残りのユニット
   によって電気車の駆動制御を継続するようにし、ブレー
   キ時に回生ブレーキを優先させ、空気ブレーキをバック
   アップとする電気車制御装置において、 前記各ユニットの回生ブレーキ力を演算する回生ブレー
   キ力演算手段と、 前記回生ブレーキ力演算手段の求めた各ユニットの回生
   ブレーキ力の平均値を求める平均値演算手段と、 電気車の走行を停止するために必要なトータルブレーキ
   力指令と前記平均値演算手段の求めた回生ブレーキ力と
   の差を求め、空気ブレーキ力指令を決定する減算手段と
   を備えて成ることを特徴とする電気車制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電気車制御装置におい
   て、複数ユニットの１つが故障した場合に、残りの健全
   なユニットの回生ブレーキも停止させる回生ブレーキ停
   止手段を備えて成ることを特徴とする電気車制御装置。