JPH0582123B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導電動機式電気車の制御装置の改良
に係り、特に、定速度運転を行う電気車の制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

誘導電動機式電気車の定速運転については、ま
ず、特開昭48−12418号公報に、道路走行用の電
気自動車を意図したものが開示されている。この
制御装置は、指令された速度と誘導電動機速度と
の偏差に比例して直線的に変化し、正負とも制限
値を有する関数発生器により、すべり周波数を決
定する方式である。その他の制御系は一般のもの
と変りはなく、インバータに与える周波数指令に
応じて、その出力電圧を制御するように構成され
ている。

また、特開昭54−22607号公報には、鉄道電気
車において、例えば、第１ノツチは10Km／ｈ、第
２ノツチで30Km／ｈ、第３ノツチで60Km／ｈ、第
４ノツチで100Km／ｈといつた具合いに、各ノツ
チ指令に対応して速度指令を定めて、インバータ
の出力周波数を制御する方式が開示されている。

更に、雑誌「電気車の科学」1985Vol.38No.２第
15頁〜第24頁の特に第20頁には、電気車の速度が
制限速度に近づいたときすべり周波数を絞り込む
ことによつて、定速度制御を行うことが開示され
ている。

また、特願昭60−220124号の明細書及び図面に
は、定速指令を発生するための操作手段を設ける
ことにより、従来の電気車と大差のない運転扱い
性を残しつつ任意の速度での定速運転を可能にす
る装置が示されている。

ところで、一般に定速運転中は力行ばかりでな
く、回生ブレーキ動作をすることもある。通常、
回生ブレーキ中は、電動機電流を常に監視してこ
れがある一定値よりも小さくなつた場合には、主
回路を開放して回生ブレーキ動作をオフするよう
にしている。これは、電動機電流がある値よりも
小さくなつた場合には十分な回生ブレーキ作用が
期待できないことから、このような領域では余分
な動作をさせないためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に定速運転中は、目標速度付近で力行・ブ
レーキを繰り返して目標値との偏差を補正するだ
けであるので、必要とするトルクは小さく、当然
に電動機電流も小さい。従つて、定速運転中にブ
レーキモードに入つた場合には、前述した電動機
電流検出に基づく制御機能により主回路が開放さ
れてブレーキ付与が行われなくなるので、定速度
性が失われる恐れがある。

前記４事例にはこれらの問題に関する言及がな
いが、ブレーキ中の電動機電流検出に基づく制御
機能を持つことは一般的な事であり、従つて、前
述したように定速運転機能が行われなくなる可能
性を持つている。

本発明の目的は、従来の電気車に近い運転操作
扱い性を残しつつ任意の速度で確実な定速度制御
が可能な誘導電動機式電気車の制御装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、この目的を達成するため、直流を可
変電圧・可変周波数の交流に変換する電力変換器
と、この電力変換器によつて給電される電気車駆
動用の誘導電動機と、車速または車速相当の信号
を得る速度検出手段と、力行指令、ブレーキ指令
及び定速指令を発生する操作手段と、前記力行指
令又はブレーキ指令に基づいてすべり周波数信号
を発生する手段と、前記定速指令に基づきこの定
速指令発生時の検出速度に応じた値を設定速度と
してすべり周波数信号を発生する手段と、前記す
べり周波数信号と前記検出速度信号に応じて前記
電力変換器の出力周波数及び電圧を制御して前記
誘導電動機を力行・回生ブレーキ運転する電力変
換器制御手段と、前記電動機電流を検出し、回生
ブレーキ運転時にこの電動機電流が所定値以下に
なつたとき主回路を開放する主回路開放手段とを
備えた電気車制御装置において、前記定速指令発
生時、前記主回路開放手段による主回路開放機能
を無効にする手段を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

定速指令に基づく定速運転制御における回生ブ
レーキ時には、車両速度が目標値に近づいて回生
ブレーキ作用が減少しても回生ブレーキは続けら
れるので、確実な定速度制御が可能となる。

〔実施例〕

以下、図示する本発明の望ましい実施例につい
て詳しく説明する。

第１図において、直流電車線１より集電した直
流は断流器２６を介してインバータ２に与えら
れ、該インバータ２によつて可変電圧・可変周波
数の交流に変換されて駆動用の誘導電動機３１，
３２に給電される。

車両速度相当信号_rを得るために前記誘導電動
機３１，３２に連結したパルス発生器４１，４２
が設けられ、それらの出力パルス数Ｎを前記信号
_rに変換するＮ／変換器５が設けられる。

主幹制御器６は、ブレーキノツチ６ａ、切ノツ
チ６ｂ、力行第１ノツチ６ｃ、第２ノツチ６ｄの
外に定速ノツチ６ｅを備えている。力行第１ある
いは第２ノツチでは、すべり周波数（_S）パター
ン発生器７により一定のすべり周波数パターン
_SP1を発生させ、電動機電流（I_M）パターン発生
器８により電動機電流指令I_MP1を発生させる。切
換スイツチ９及び１０は、力行ノツチでは図示の
状態にある。従つて、すべり周波数指令_SP1はそ
のまま加算器１１の１つの入力となる。一方、電
動機電流I_Mが電流検出器１２によつて検出され、
比較器１３にて電動機電流指令I_MPと比較される。
この比較器１３は、電動機電流I_Mが変動したとき
にすべり周波数指令_SPを補正するための_S補正
信号を発生してこれを加算器１１の他の１つの入
力に与える。この加算器１１の出力はすべり周波
数信号_Sとなり、加算器１４によつて前述の車両
速度相当（電動機の回転子速度）信号_rに加算
（力行）あるいは減算（回生）される。この加算
器１４の出力_INVはインバータ周波数指令として
PWM変調部１５へ入力される。インバータ周波
数指令_INVは、更に、電圧Ｖ対周波数の比
（Ｖ／）が一定となるような制御電圧V_c1を発
生するＶ／変換器１６に入力される。

力行第１あるいは第２ノツチでは、ノツチ止め
電圧発生器１７により、図示するように各ノツチ
毎に設定されたノツチ止め電圧V_c2を発生する。
低位優先回路１８は、上記の制御電圧V_c1とノツ
チ止め電圧V_c2の低位を選択してインバータ出力
電圧指令V_cとしてPWM変調部１５へ出力する。

PWM変調部１５は、これらのインバータ周波
数指令_INVおよびインバータ出力電圧指令V_cに応
じて、インバータ２の動作周波数及び変調度を制
御する。

さて、I_Mパターン発生器８は、力行第２ノツチ
では、一定値であるが、力行第１ノツチではイン
バータ周波数指令_INVの上昇に伴い図示するよう
に制限を加える。この理由は、力行第１ノツチで
すべり周波数_Sが大きいままで制御電圧V_cのみが
ノツチ止め電圧V_c2に抑制されていたとすると、
次に第２ノツチに投入された際に電圧の制限が解
けていきなり大トルクを発生してしまう。そこ
で、電流制御系による_S補正信号によつてすべり
周波数信号_Sも絞り込んでおくのである。

また、この実施例では、力行ノツチは２つのみ
とされ、第２ノツチにおいては、ノツチ止め電圧
発生器１７中にVcmaxと図示したように、イン
バータの最大出力電圧に対応する電圧を出力で
き、事実上、電圧制限をしていない。これは、以
下に述べる定速運転指令を併用するため、これ以
上の力行ノツチ数を必要としないと考えられるた
めである。

なお、以上の制御系のうち、Ｖ／＝一定によ
る制御電圧Vc制御系に代えて、次の如き制御系
であつてもよい。すなわち、電流指令I_MPと電流
帰還値I_Mとの偏差を増幅する比較増幅器１３の出
力に応じて、低位優先回路１８に入力される制御
電圧V_c1を得るようにすることである。これは、
_INV＝r±sの周波数制御系の下では、Ｖ／＝
一定とすれば、I_M≒一定となり、一方、I_M＝一定
とすればＶ／≒一定となることから、そのいず
れを選択した制御系とすることも可能ということ
である。

一方、回生ブレーキ中には電動機電流検出回路
２２が動作し、電動機電流がある一定値よりも小
さくなつた時には断流器２６を開放する。時素２
４は、ブレーキ指令が与えられてから回生ブレー
キが作用して電動機電流がある値以上迄増加する
には時間を要するため、この時間の間は電動機電
流検出回路２２による制御動作を行わないように
させるためのオンデイレー手段である。

電動機電流検出回路２２の特性を第２図に示す
が、このようにヒステリシスを持たせることで安
定な検出・制御を可能にする。

以上による力行あるいは回生ブレーキ時の制御
は、例えば前述の「電気車の科学」第20頁のノツ
チ曲線で示されたように、よく知られた誘導電動
機式電気車の制御と同様にして実行される。

さて、ここで、主幹制御器６が定速運転ノツチ
６ｅに投入されたとする。すると、まず、定速指
令線１９の信号は、切換スイツチ９および１０を
図示とは逆の開閉位置に切換える。一方、定速指
令が目標速度設定器２０へ与えられると、該目標
速度設定器２０はそのときの車両速度相当（電動
機回転速度）信号rをラツチし、これをその後の
速度指令信号_pとする。また、定速指令が与えら
れたとき、直前ノツチが力行第２ノツチであつた
ことを記憶する信号が存在した場合には、（ラツ
チした車両速度相当信号_r）＋（５Km／ｈ相当信
号）＝速度指令信号_pと設定する。

速度比較増幅器２１は、上記速度指令信号_pと
車両速度相当信号_rとを比較し、その偏差Δに
対して第３図に示す如き第２のすべり周波数信号
_SP2および第２の電流指令信号I_MP2を発生する。
これらの第２のすべり周波数信号_SP2および電流
指令信号I_MP2は、夫々切換スイツチ９および１０
を介して新たなすべり周波数指令_SPおよび電動
機電流指令I_MPとして与えられる。

従つて、車両速度が望ましい速度付近（第２ノ
ツチで）まで加速したとき定速ノツチを投入すれ
ば、車両はその速度から５Km／ｈだけ高い速度ま
で滑らかに上昇したのち、その速度を維持するよ
うに、力行あるいは回生ブレーキを行いながら定
速運転する。

また、惰行（切ノツチ）あるいは力行第１ノツ
チから定速ノツチが指令されると、そのときの車
両速度相当信号_rをそのまま以後の速度指令_pと
し、同様の定速運転を行う。

ここで、比較増幅器２１の特性を第３図に例示
したように、若干の不感帯（±0.8Km／ｈ相当）
を設けることにより、滑らかな力行〜回生ブレー
キの切換えが行われる。また、±５Km／ｈ相当に
て飽和する特性とすることにより、定速度指令±
５Km／ｈ以内の定速特性が得られる。

定速運転中は、力行・ブレーキ判別器２３が比
較増幅器２１の信号を判別してブレーキモード信
号を出力することにより、制御系はブレーキモー
ドに入り、通常の回生ブレーキと同様な制御が実
行される。

ところで、定速運転中は定速指令線１９の信号
が切換スイツチ２５を図示とは逆の開閉位置に切
換える。このようにすると、該定速運転中は電動
機電流検出回路２２による制御機能を無効にする
ことができ、電動機電流が小さくなつても主回路
が開放される恐れがなく、安定した定速度運転制
御を継続できるという絶大な効果を発生する。

当実施例においては、主幹制御器６に定速指令
及びブレーキ指令を発生するためのノツチを設け
たが、主幹制御器６と別体の手段を設置すること
もできる。また、力行ノツチ数を２段のみとした
が、３段以上とすることも可能である。更に、現
実の車両速度相当信号に応じて定速運転用の速度
指令を決定することなく、キーボード等による定
速時の速度指令の指令の後に、定速運転を指令す
るなどの手法によつて定速運転に移行させる等の
変形も可能である。

更にまた、制御系構成要素の多くはマイクロコ
ンピユータによるデータ処理によつて得られる機
能で肩代りすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の鉄道電気車のノツチ扱
いの感覚を残しつつ、任意の速度での定速度運転
制御を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる誘導電動機式電気車の制
御装置のブロツク図、第２図は電動機電流検出回
路の特性図、第３図は速度偏差に対する引張力指
令特性図である。 ２……インバータ、６……主幹制御器、７……
_sパターン発生器、１５……PWM変調部、２０
……目標速度設定器、２１……速度比較増幅器、
２２……電動機電流検出回路、２３……力行・ブ
レーキ判別器、２５……切換スイツチ、２６……
断流器、３１，３２……誘導電動機、４１，４２
……パルス発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流を可変電圧・可変周波数の交流に変換す
   る電力変換器と、この電力変換器によつて給電さ
   れる電気車駆動用の誘導電動機と、車速または車
   速相当の信号を得る速度検出手段と、力行指令、
   ブレーキ指令及び定速指令を発生する操作手段
   と、前記力行指令又はブレーキ指令に基づいてす
   べり周波数信号を発生する手段と、前記定速指令
   に基づきこの定速指令発生時の検出速度に応じた
   値を設定速度としてすべり周波数信号を発生する
   手段と、前記すべり周波数信号と前記検出速度信
   号に応じて前記電力変換器の出力周波数及び電圧
   を制御して前記誘導電動機を力行・回生ブレーキ
   運転する電力変換器制御手段と、前記電動機電流
   を検出し、回生ブレーキ運転時にこの電動機電流
   が所定値以下になつたとき主回路を開放する主回
   路開放手段とを備えた電気車制御装置において、
   前記定速指令発生時、前記主回路開放手段による
   主回路開放機能を無効にする手段を設けた電気車
   制御装置。