JPH0642761B2 - 電気車制御装置の制御方法 - Google Patents

電気車制御装置の制御方法

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JPH0642761B2
JPH0642761B2 JP57209652A JP20965282A JPH0642761B2 JP H0642761 B2 JPH0642761 B2 JP H0642761B2 JP 57209652 A JP57209652 A JP 57209652A JP 20965282 A JP20965282 A JP 20965282A JP H0642761 B2 JPH0642761 B2 JP H0642761B2
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育雄 安岡
城二 山本
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/14Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by ac motors
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば、同期した正弦波変調波と三角波搬送
波を比較することにより所定の変調パルスを得るととも
に上記変調波と搬送波の大きさの比率で定まる変調率を
変化させて上記変調パルス幅を制御し、この変調パルス
を用いてインバータを作動させ、直流電流を交流電圧に
変換する可変電圧可変周波数パルス幅変調インバータの
ごとき可変電圧可変周波数インバータ(以下「VVVF
インバータ」と称する)にて、誘導電動機を駆動する方
式の電気車制御装置の制御方法に係り、特に、回生効率
の向上に関するものである。
〔発明の技術的背景〕
第1図に従来の電気車における代表的なVVVFインバ
ータ制御システムの一例を示す。
第1図(a)は駆動回路系を示すもので、1はパンタグ
ラフ、2はしゃ断器、3はフィルタリアクトル、4はフ
ィルタコンデンサ、5はフィルタコンデンサの端子電圧
を検知する電圧検知器、6はインバータ部、9,10は
誘導電動機7,8の回転数を検知しそれに応じた周波数
のパルスを出力するパルスジェネレータである。また1
1〜13は電動機電流を検出する電流検出器である。こ
こで、インバータ部6のスイッチング素子としては、近
年、装置の小形計量化の点から、ゲートターンオフサイ
リスタ(以下「GTOサイリスタ」と称する)が使用さ
れる傾向にある。
次に、第1図(b)はインバータの制御系を示すもの
で、パルスジェネレータ9,10の出力PG1,PG2
は、回転周波数演算部21で、一定時間ずつカウントさ
れ、回転周波数FRが求められる。応荷重装置の出力信
号VLおよびブレーキハンドルから与えられるブレーキ
力指令BFに基づき電流パターン発生部22で、電流パ
ターンIPが演算される。このとき力行電流および回生
電流パターンは、力行、ブレーキ指令P・Bによって区
別される。基準すべり周波数発生部23は電流パターン
IP入力に応じ、第2図に示すような特性パターンで基
準すべり周波数FS0を出力する。増幅器24は電流パタ
ーンIPと検出された電動機電流IMとの偏差分を増幅
し、補正すべり周波数FS1を出力する。これら基準すべ
り周波数FS0と補正すべり周波数FS1を加算して、すべり
周波数Fとし、これを極性反転部23を介して、力行
時は回転周波数FRに対して加算、回生時は、減算する
ことにより出力周波数Fを得る。ところで、通常のVV
VFインバータは、電電動電流を極力正弦波に近づける
ために、出力電圧を正弦波近似変調制御している。25
はこのための変調パルスモード演算部であり、出力周波
数Fに応じて、変調パルスモードNを設定する。変調率
演算部26はインバータ出力電圧Vの大きさを決めるも
のであり、インバータ出力電圧Vと出力周波数Fの比V
/Fが一定になるように、出力周波数Fとフィルタコン
デンサ電圧Eにより、次式のように、数値演算して、
変調率ALを出力する。
(ここで、係数a,bは定数である。) 27は上述した出力周波数Fと変調率ALと変調パルス
モードNに従ってインバータのゲート信号を発生するゲ
ートロジック部であり、インバータ6の各素子にゲート
信号G1〜G6を出力する。
以上の上制御システムにより得られる力行および回生特
性を第3図に示す。
第3図において、(i)は速度−引張力、ブレーキ力特
性、(ii)は速度−電動機電流特性、(iii)は速度−出力
電圧特性、(iv)は速度−すべり周波数特性である。速度
0からaまでが定トルク領域で、荷重、ブレーキ力指令
に無関係にV/F=出力電圧/出力周波数一定制御とす
る。ここで回生ブレーキ力F、電動機電流I、すべ
り周波数Fの関係は次式により表わされる。
=K・(V/F)・F……(3) I=K・(V/F)・F……(4) ここで係数K、Kは定数である。
荷重またはブレーキ力指令が変化した場合は、第2図に
示したように、電流パターンIPを変化させて、すべり
周波数Fを制御し、(4)式に表わされる様に電動機
電流Iを可変させ、引張力およびブレーキ力を調整し
ている。このことを第3図により説明すると、今、(iv)
のすべり周波数を力行時よりも小さくしているので
(i)のブレーキ力も力行時の引張力に比べ小さくなっ
ているが、回生時においても必要に応じてすべり周波数
を大きくしてやることにより力行時の引張力に近いブレ
ーキ力を発生させることが可能である。ところで、力行
時と、回生時でV/F=出力電圧/出力周波数を電動機
の定格に固定すると、(i)から分る様に速度a以上の
高速領域における回生性能が少しづつ低下しており、回
生効率が悪くなっている。従って、それを補うための空
気ブレーキ力を大きくとる必要があり、ブレーキシュー
の摩耗が増大する。一方回生時のV/Fを力行時と同様
に速度aまで一定とし、それ以降は出力電圧一定にした
状態での回生ブレーキを増大することも検討されてい
る。
すなわち、誘導電動機はV/F、すべり周波数などが変
化すると力率が変わるため、これらが連続的に変化した
場合、ブレーキ力を一定に保つためには、(3)式、
(4)式で用いられている定数K、Kをこれらの変
化に伴い変更してやれば良い。しかしながら、この様な
V/Fすべり周波数の変化に伴うK、Kの変化をパ
ターン化することは複雑で困難であった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、VVVFインバータで誘導電動機を駆
動する電気車制御において、高速領域の回生性能をアッ
プさせることにより高速領域から定速領域まで安定した
ブレーキ力を得ることを可能とする電気車制御装置の制
御方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明においては、定加減速性能を得るためにVVVF
インバータの(出力電圧/出力周波数)を設定値に保つ
ように制御するにあたり、力行時と回生時とで上記(出
力電圧/出力周波数)の設定値を異ならしめ、回生時の
(出力電圧/出力周波数)を力行時より小さな値に設定
することにより、高速領域での回生性能を向上できるこ
とを特徴としている。
〔発明の実施例〕 本発明の一実施例におけるインバータ制御系の構成を第
4図に示す。
この場合変調率演算部26では、インバータ出力電圧V
と出力周波数Fの比率V/Fを、回生時は、力行時にお
ける電動機の定格V/Fに比べて小さく設定する。第5
図にこの変調率演算部26の詳細を示す。第5図におい
て、30は力行変調率演算部であり、上記(1)式と同
様の数値演算を行ない、変調率ALを得る。31は回
生変調率演算部で、次式により、(1)式とほぼ同様の
数値演算を行ない変調率ALを得る。
(ここで、係数c,dは定数であり、上記(1)式にお
ける係数a,bに対して、c<a,d<bなる関係にあ
るものとする。) 従って、同一速度(すなわち、周波数F)における出力
電力(すなわち、変調率AL)は、回生時は、力行時よ
り小となる。基準すべり周波数演算部23では、上述の
力行時と回生時の各々のV/F比(力行V/F=C
回生V/F=C、C>C)に対する電動機の特性
に応じた電流−すべり周波数特性を演算する。この基準
すべり周波数演算部23の詳細を第6図に示す。第6図
において、40は力行すべり周波数演算部、41は回生
すべり周波数演算部であり、第7図(i),(ii)にそれ
ぞれの電流IP−すべり周波数FSP,FSB特性を示
す。
次にこのような構成における作用について説明する。
本実施例により得られる力行および回生特性を第8図に
示す。第8図において、(i)は速度−引張力ブレーキ
力特性、(ii)は速度−電動機電流特性、(iii)は速度−
出力電圧特性、(iv)は速度−すべり周波数特性である。
力行時の特性は先に述べた第3図の場合と同様である。
第8図は、力行および回生時における特性を示し、図中
aは力行運転におけるV/F一定制御区間の最高速度、
Bは回生運転におけるV/F一定区間の最高速度(回生
開始速度)である。また、実線で示された力行時の特性
は第3図と同じであり、本実施例の回生時の特性は一点
鎖線で示している。
同図に示される回生時のブレーキ力F、電動機電流I
と、すべり周波数FSBとの関係は、それぞれ以下の
(3)′、(4)′式により表される。
=K・(V/F)・FSB…(3)′ IM=K・(V/F)・FSB…(4)′ (ここで、係数K、Kは定数である) 同図において、(iii)は速度−出力電圧の関係を示して
おり、力行時には速度aまでV/F(=C)一定制御
を行い、その後は出力電圧一定制御を行っている。これ
に対して、回生時には力行時よりも低いV/F(=
)を採用することにより、力行時にV/F一定制御
を行っている最大速度aよりも大きい速度bでV/F一
定制御と出力電圧一定制御との切換えを行っている。
(iv)は速度−すべり周波数の関係を示しており、このす
べり周波数の大きさを制御することによってブレーキ力
の大きさを変えることができる。ここでは(iii)に示し
たようにV/Fを力行時よりも回生時の方を小さく(C
>C)設定しているため、すべり周波数(FSB)を
大きくとり、ブレーキ力Fの減少を補償した状態にし
ている。しかしながら、本実施例においても当然のこと
ながら必要とされるブレーキレベル(量)に応じてすべ
り周波数は変化できるものである。
(i)は速度−引張力・ブレーキ力の関係を示してお
り、その大きさは(3)式から分るようにすべり周波数
(FSB)と、出力電圧/出力周波数(V/F)によって
変化する。また、図から分るようにブレーキ力・引張力
は(iii)に示されたV/F一定制御区間(力行時には速
度a以下、回生時には速度b以下)においては一定であ
るが、電圧一定制御区間においては漸減する。
(ii)は速度−電動機電流の関係を示しており、(i)は
速度−引張力・ブレーキ力の関係と同様、(iii)に示さ
れたV/F一定制御区間(力行時には速度a以下、回生
時には速度b以下)においては一定であるが、電圧一定
制御区間においては漸減する。また、(iv)で説明したよ
うにすべり周波数FSBを大きく設定した場合には、回生
時に発生する電動機電流も増大する。
次に、上述した実施例の制御方法による電気車の力行・
回生運転について説明する。
電気車が動き始めて速度速度aに達するまでは実線で示
された力行パターンに従った運転、すなわち、出力電圧
/出力周波数(=C)一定制御を行って誘導電動機に
一定電流を供給することにより、一定の引張力を得、速
度aまで加速する。その後、出力電圧一定制御により、
出力周波数のみを上昇させることによりさらに速度を増
し、ある速度bに達した時点で低速運転を行う。目的地
に近付き減速運転に入ると、今度は一点鎖線で示された
回生のパターンに従った運転を開始する。すなわち、速
度bに対応した出力周波数を用いた出力電圧/出力周波
数(=C)でのV/F一定制御を行って誘導電動機か
ら一定電流を回生することにより、一定のブレーキ力を
得て減速し、停止する。
以上説明した様に、上述した実施例によれば、回生時の
ブレーキ力を一定に保つために(3)′、(4)′に用
いられる係数K、Kを複雑なパターン化する必要な
く、力行時に一定引張力が得られる最大速度aよりも速
い速度bの地点から一定のブレーキ力を回生動作のみに
より得ることができる。
さらに空気ブレーキの補足が低減できるので、ブレーキ
シューの摩耗を抑制することができる。
なお、本発明は上述し且つ図面に示す実施例にのみ限定
されることなく、その要旨を変更しない範囲内で種々変
形して実施することができることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高速領域から低速領域まで回生により
安定したブレーキ力が得られるので回生性能が向上して
電力消費量が低減でき、また、空気ブレーキの補足が低
減できるのでブレーキシューの摩耗を抑制し得る電気車
制御装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)および(b)はそれぞれ従来の代表的なV
VVFインバータ制御システムの構成の一例を示す駆動
回路系の回路構成図およびそのインバータ制御系のブロ
ック図、第2図は同例における基準すべり周波数パター
ン特性図、第3図は同例における力行、回生特性を示す
特性図、第4図は本発明の一実施例におけるインバータ
制御系の構成を示すブロック図、第5図および第6図は
その要部詳細図、第7図は同実施例を説明するためのす
べり周波数パターン特性図、第8図は同実施例における
力行、回生特性を示す特性図である。 1……パンタグラフ 2……しゃ断機 3……フィルタリアクトル 4……フィルタコンデンサ 5……電圧検知器 6……インバータ回路 7,8……誘導電動機 9,10……パルスジェネレータ 11,12,13……電流検出器 21……回転周波数演算部 22……電流パターン発生部 23……基準すべり周波数発生部 24……増幅器 25……変調パルスモード演算部 26……変調率演算部 27……ゲートロジック部 28……極性反転部 30……力行変調率演算部 31……回生変調率演算部 32,42……切換器 40……力行すべり周波数演算部 41……回生すべり周波数演算部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可変電圧可変周波数インバータにて誘導電
    動機を駆動制御する電気車制御装置において、定加減速
    性能を得るために上記インバータの(出力電圧/出力周
    波数)を設定値に保つように制御するにあたり、力行時
    と回生時とで上記(出力電圧/出力周波数)の設定値を
    異ならしめ、回生時の(出力電圧/出力周波数)を力行
    時より小さな値に設定することを特徴とする電気車制御
    装置の制御方法。
JP57209652A 1982-11-30 1982-11-30 電気車制御装置の制御方法 Expired - Lifetime JPH0642761B2 (ja)

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