JPH06217407A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】空転・滑走制御時、空転・滑走速度積分器１６
により、空転・滑走の度合いを検出し、その出力を保持
時間制御部１７により、再粘着後のすべり周波数又は、
主電動機電流指令値の保持時間を制御する。 【効果】空転・滑走の状態と、すべり周波数又は主電動
機電流指令値の制御の最適化が図られ、目的とする電気
車制御装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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・滑走を起こした時に、良好な再粘着特性を得
ると共に、電気車の必要とする加・減速度の低下を極力
防止する事のできる電気車制御装置に関する。

【０００２】

【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ｆ_r の微小時間に対する変化量、即ち、
微分値ｄｆｒ／ｄｔ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す等の
方法により、空転・滑走を検知している。

【０００３】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も小さくなるため、そ
のままにしておくと空転・滑走の状態が益々増大し、電
気車が必要とする加速度・減速度が得られないばかりで
なく、甚だしい場合は、駆動系の損傷や車輪の偏摩耗等
をもたらす原因となる。従って、速やかに主電動機のト
ルクを低減させて空転・滑走を解消し、車輪を再粘着さ
せる必要がある。

【０００４】主電動機として用いている誘導電動機の周
波数対トルク・電流特性は、図３に示すようになってお
り、電流が減少すれば、トルクが減少する。このため、
主電動機電流を減少させる手段は、インバータ制御周波
数ｆ_inv と、主電動機回転周波数ｆ_rとの差の、すべり
周波数ｆ_sを減少させる方法と、インバータ制御装置が
持つ、主電動機電流指令値を減少させる方法がある。

【０００５】文献「電気車の科学」１９９２年７月号
（Ｖｏｌ．４５ Ｎo.７）の「最近のインバータ制御の
動向と高粘着制御」に記載されているように、従来の技
術では、空転・滑走が検出された場合に、速やかにすべ
り周波数ｆ_s 又は主電動機電流指令値Ｉ_MPを減少させ
て、主電動機のトルクを減少し、車輪を再粘着させてい
る。空転・滑走の検出信号が無くなった時点から一定時
間Ｔｏだけ、低下させたすべり周波数ｆ_s 又は主電動機
電流指令値Ｉ_MPを保持し、車輪が確実に再粘着したと見
込まれる時点で、低下させたすべり周波数ｆ_s 又は主電
動機電流指令値Ｉ_MPを一定の割合で空転・滑走が検出さ
れた以前の値に増加させる事により、主電動機のトルク
を復元していた。この制御状態を図４に示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
車輪の再粘着を、空転・滑走検出信号が無くなってか
ら、一定時間Ｔｏ経た時点とし、その時点からすべり周
波数ｆ_s 又は電流パターンＩ_MPを一定の割合で増加させ
ている。この方法では、発生した空転・滑走の度合いが
考慮されておらず、次の点で問題がある。

【０００７】即ち、発生した空転・滑走の度合いが小さ
ければ、再粘着するまでの時間は短かく、Ｔｏ時間以前
に再粘着をしているとしても、従来技術であれば、Ｔｏ
時間だけすべり周波数ｆ_r 又は主電動機電流指令値Ｉ_MP
を低下させた値としてしまうため、電気車として必要な
加・減速度の低下をまねく事になる。逆に、発生した空
転・滑走の度合いが大きければ、再粘着するまでの時間
は長くかかるため、一定時間Ｔｏ間に安定した再粘着状
態とはならない場合が発生するが、従来技術では、Ｔｏ
時間以後、すべり周波数ｆ_s は主電動機電流指令値Ｉ_MP
を増加させてしまうため、再度、空転・滑走が発生する
事を誘発する事となる。この制御状態を図５，図６に示
す。

【０００８】本発明の目的は、電気車としての加・減速
度の低下を極力防止すると共に、再空転・滑走の発生を
防止する事により、良好な電気車の加・減速度制御を行
なう電気車制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明では次に述べる手段を採用した。

【００１０】電気車の走行中に発生した空転・滑走の度
合いは、その空転・滑走時の車輪の空転・滑走速度と、
基準となる列車速度との差Δｆ_r を時間で積分する事に
より、定量的に把握することができる。

【００１１】ここで得られた空転・滑走の度合いが大き
ければ、再粘着するまでの時間が長くかかると言える
し、度合いが小さければ、再粘着するまでの時間は短か
いと言える。これを利用し、得られた時間積分値が大き
い場合は、すべり周波数ｆ_s 又は主電動機電流指令値Ｉ
_MPを低下させた値に保持する時間Ｔｏを長くし、再空転
・滑走の発生を防止する。逆に、得られた時間積分値が
小さい場合は、保持時間Ｔｏを短かくすることにより、
電車として必要な加・減速度を極力低下させないように
制御することが可能となる。

【００１２】また、空転・滑走速度は小さいものの、長
時間に渡り連続して発生する空転・滑走現象もある。こ
れは、電気車の走行する路線の粘着係数が一様に低下し
ている場合であり、このような際にも積分器出力は大き
くなり、保持時間Ｔｏが長く設定され、粘着係数の低下
している路線において再空転・滑走の発生を防ぐことが
できる。

【００１３】

【作用】上記の目的を達成すめため、インバータ制御装
置内に、空転・滑走軸の空転・滑走速度と、基準列車速
度との差である、Δｆ_r を時間積分する積分器と、積分
器の出力値を保持時間Ｔｏの値に変換する、保持時間設
定手段を設ける。

【００１４】積分器の出力値が大きければ、空転・滑走
の度合いが大きいとして、保持時間Ｔｏを長く設定し、
積分器の出力値が小さければ、空転・滑走の度合いが小
さいとして、保持時間Ｔｏを短かく設定する動作を行な
う。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図１を用いて説明する。

【００１６】まず、空転・滑走の発生していない、通常
の制御装置の動作を簡潔に説明する。１に示す、主電動
機回転数検出器により、主電動機回転周波数ｆ_r を検出
する。力行時であれば複数軸中の最小値が空転をしてい
ない基準軸、回生ブレーキ時であれば、複数軸中の最大
値が滑走していない基準軸として選定するために、２に
示す最小値検出部、３に示す最大値検出部、４に示す力
行，回生ブレーキ切換スイッチを設けている。運転手の
指令するノッチ指令に応じ、７に示す主電動機電流指令
値発生部と、９に示すすべり周波数指令値発生部より各
々主電動機電流指令値とすべり周波数指令値が出力され
る。力行電流・回生ブレーキ電流が、主電動機電流指令
値に沿って制御されるよう、６に示す電動機電流検出器
の出力をフィードバックし、これをすべり周波数補正値
に換算し、積分制御を行なう制御増幅器を通した後、す
べり周波数指令値と足し合わせ、これを最終のすべり周
波数ｆ_sとして、２１に示す加算部で、電動機回転周波
数ｆ_rと加算する。更に、フィルタコンデンサ電圧によ
る補正を２２の加算部でとった後、インバータ制御周波
数２３を得る。

【００１７】次に、空転・滑走が発生した時の動作を説
明する。５に示す空転・滑走検出部に、主電動機回転数
検出部の出力を入力し、その変化率の値が所定の値を越
えたことを比較器１２を用いて検出し、フリップフロッ
プ１３をセットして出力Ｑをオンさせることにより、ス
イッチ１４を切り替えて、通常のすべり周波数出力か
ら、空転・滑走時のすべり周波数出力が行なわれるよう
にする。すべり周波数制御部１８は、比較器１２の出力
がオンしたことにより、現在出力しているすべり周波数
の値を一定の割合で減少させる。比較器１２の出力がオ
フとなると、すべり周波数制御部１８は、すべり周波数
の出力値を、その時点で出力していたすべり周波数の値
に保持時間Ｔｏだけ保持した後、比較器１２の出力がオ
ンする以前の値まで、すべり周波数の値を増加させる。
最終的には、主電動機７の電流指令値と、主電動機電流
のフィードバック値との比較を、比較器１５で行ない、
フィードバック値が指令値よりも大きくなった時点でフ
リップフロップ１３をリセットし、出力Ｑをオフさせ、
スイッチ１４を通常のすべり周波数出力となるように戻
す。以上が、空転・滑走発生時の一連の動作となる。

【００１８】即ち、比較器１２により、空転・滑走が検
出されると、スイッチ２０を切り替え、主電動機回転周
波数中の最大値と最小値との差である、空転・滑走速度
を求める。但し、一台のインバータ制御装置及びインバ
ータ装置で制御される全ての軸が空転・滑走した際に
は、これを検出し、スイッチ２４を切り替え、模擬速度
発生部２５の出力値を列車速度として用い、空転・滑走
速度の算出が正確に得られるように対処する。更に、求
められた空転・滑走速度を積分器１６により、時間積分
を行なう。この積分器の出力値が空転・滑走の度合いを
示す値となる。積分器の出力値を保持時間設定部１７に
入力する。保持時間設定部は、積分器出力値に応じ、こ
れに対応する関数演算により、積分器出力が小さければ
短かい保持時間Ｔｏの値を出力し、積分器出力が大きけ
れば長い保持時間Ｔｏの値を出力するように設定する。

【００１９】なお、空転・滑走が検出される以前に、車
輪径差などにより、検出される主電動機回転周波数に差
が発生している場合、積分器の出力が増加してしまわな
いように、スイッチ２０により、空転・滑走の検出値に
は積分器出力が必ず零出力となるようにしておく。

【００２０】次に、すべり周波数制御部１８の構成を図
２に示す。

【００２１】空転・滑走が検出されると、フリップフロ
ップ１３の出力Ｑにより、スイッチ１４が切り替わる。
これにより、すべり周波数の値ｆ_s は、減算器２７によ
り、定数２８が演算毎に差し引かれることになり、減少
して行く。空転・滑走信号がオフ（比較器１２の出力が
オフ）すると、フリップフロップ２９がセットされ、出
力Ｑがオンし、スイッチ３０が切り替わる。この動作に
より、すべり周波数ｆ_s の演算系は、減算器２７より切
り放され、常に一定値を出力するようになる。フリップ
フロップ２９の出力Ｑがオンしてから、Ｔｏ時間後にオ
ン時素出力３１が行なわれる。この時のオン時素Ｔｏ
は、保持時間設定部１７の出力に従う。オン時素出力３
１により、スイッチ３２が切り替わり、以後、すべり周
波数の値は、加算器３３により、定数３４が演算毎に足
し込まれることになり、増加して行く。

【００２２】なお、図１，図２では、空転・滑走検出時
に、すべり周波数ｆ_s の値を低下させる構成を例に掲げ
て説明したが、同様の構成を主電動機７の電流指令値出
力部に設けることにより、空転・滑走検出時に主電動機
電流指令値を低下させることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、電気車としての加・減
速度の低下を極力防止すると共に、再空転・滑走の発生
を防止することにより、良好な電気車の加・減速度制御
を行なう、電気車制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の系統図。

【図２】図１において、すべり周波数制御部の動作説明
図。

【図３】誘導電動機の周波数対トルク・電流特性図。

【図４】従来技術による空転・滑走制御の状態図。

【図５】従来技術による空転・滑走制御の状態図。

【図６】従来技術による空転・滑走制御の状態図。

【符号の説明】

１…主電動機回転数検出部、５…空転・滑走検出部、１
６…空転・滑走速度積分器、１７…保持時間設定部、１
８…すべり周波数制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気車の誘導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、
   主電動機電流検出装置からの電流値と主電動機電流指令
   値との差を増幅する制御増幅器よりすべり周波数補正値
   を出力する手段と、このすべり周波数補正値と主電動機
   制御用のすべり周波数指令値とを演算し、その結果を前
   記主電動機回転周波数から、インバータ制御周波数を演
   算するインバータ制御装置と、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装置から成
   る電気車制御装置において、前記主電動機回転周波数の
   変化から、車輪の空転・滑走を検出して空転・滑走検出
   信号を出力する空転・滑走検出手段と、基準となる列車
   速度と空転・滑走軸の速度との差の値を時間積分する積
   分器の出力より得る、空転・滑走の度合いの検出手段と
   を用いて、空転・滑走検出信号により、主電動機の発生
   トルクを低減させて車輪を再粘着させるために、すべり
   周波数又は主電動機電流指令値を低下させた後、車輪が
   安定に再粘着する迄、すべり周波数又は主電動機電流指
   令値を低下させた値に保持する時間を、検出された空転
   ・滑走の度合いに応じ、可変に制御する事を特徴とする
   電気車制御装置。