JPH0695801B2 - 電気車制御方法 - Google Patents

電気車制御方法

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JPH0695801B2
JPH0695801B2 JP5380984A JP5380984A JPH0695801B2 JP H0695801 B2 JPH0695801 B2 JP H0695801B2 JP 5380984 A JP5380984 A JP 5380984A JP 5380984 A JP5380984 A JP 5380984A JP H0695801 B2 JPH0695801 B2 JP H0695801B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/10Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術] 本発明は、可変電圧可変周波数インバータにより制御さ
れる誘導電動機で駆動される電気車において、上記電気
車の動輪がレールとの間で滑走が生じた時の電気車制御
方法に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 近年、パワーエレクトロニクスの発達により電気車の主
電動機として、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)により制御される誘導電動機が
用いられている。従来からこの種の電気車は、動輪の空
転及び滑走に関して自己再粘着機能を持っていることは
広く知られていた。しかし、回生制動時における滑走に
ついては動輪のフラットが生じるなどの問題があり、ま
た特に、全軸滑走についてはこの問題に加えて、車両速
度に換算する基準回転周波数FRが得られなくなることと
制御方法によっては自然再粘着が期待できなくなること
から、制御により積極的に制動トルクを減じ、すみやか
に再粘着を行なう必要がある。
第1図は滑走時の時刻tに対する限流値ICと、インバー
タ出力電圧Vと出力周波数Fの比V/Fの関係を示してい
る。
VVVFインバータがV/F値を一定にするような制御で動作
している場合には、誘導電動機の電流をIM、定数をKと
すると、トルクTは T=K(V/F)・IM で与えられる。ただしIM≒ICである。
第1図では、時刻t1において1軸が滑走を始めると限流
値IC(39)を減じてトルクを減らす。通常はこれにより
ただちに再粘着するが、路線条件が悪い場合には滑走が
拡大し、他の車輪も次々に滑走を開始し、全軸が滑走し
てしまう可能性がある。時刻t2において全軸滑走が始ま
ると、限流値IC(39)は一定に保たれ、それと同時に、
これまで一定に保っていたV/F値(40)はある一定の割
合で徐々に減少し始める。全軸滑走路から全軸滑走路ま
で(時刻t2とt3との間)はすべての誘導電動機が不安定
状態にあるため、時刻t3において全軸滑走終了後のすべ
り周波数が極端に低くならないように、また、トルクを
減少させる方法として限流値IC(39)を固定し、V/F値
(40)のみを下げることによって、できるだけ安定度を
保つようにしている。
V/F値(40)の減少によりブレーキトルクが下がってい
き、1軸でも再粘着が確認されるとV/F値(40)は徐々
に元の値に戻していくが、限流値IC(39)は1軸でも滑
走している間は減少を続ける。そして、全動輪の再粘着
が確認されると限流値IC(39)は一定時間後に、滑走開
始直前の値にゆるやかに戻っていく。
このようなトルクを制限するための従来の構成が第2図
及び第3図に示されている。
第2図は限流値指令回路を示すブロック図で、運転手が
ブレーキ指令1を与えると、スイッチ2を通して限流値
の急激な変化を防止するために設けられた遅れ要素3か
らスイッチ4を順次通して限流値指令5となる。
この状態で運転中に動輪が滑走を起こして滑走検知回路
6が“1"になると、論理否定回路8の出力が“1"で論理
積回路9の出力が“1"となるので、スイッチ4が“1"の
方に切替わり、又スイッチ14が“1"の方に切替わり、限
流値指令5はサンプリングホールド回路15を通して、減
算器16により1サンプリングタイム毎に限流値減少値12
ずつ引かれていく。
ここで、滑走が全動輪に及ぶと全軸滑走検知回路7が
“1"となり、論理否定回路8の出力は“0"となってスイ
ッチ14は“0"の方に戻る。従って、滑走検知回路6は
“1"のままであるから、限流値指令5は減少したままの
値でホールドすることになる。全軸滑走検知回路7が
“0"に戻ると論理積回路9の2入力は両方共“1"となる
ので、スイッチ14は再び“1"の方に切替わり、限流値指
令5は減少していくことになる。
すべての動輪が再粘着すると滑走検知回路6が“0"とな
り、オフディレイ10のために遅れ時間11後にスイッチ2
及びスイッチ4は“0"の方に戻ることになる。これによ
り、限流値指令5は遅れ要素3によって徐々にブレーキ
指令1の値に戻っていくことになる。
一方、第3図はV/F制御回路を示すブロック図で、通常
時はインバータ出力周波数17と架線電圧18とから、イン
バータ出力電圧演算回路19によって計算された電圧指令
値はスイッチ20を通り、変化率リミッタ21によって急激
な電圧変化が抑えられて、スイッチ22を通りインバータ
出力電圧指令23となる。
動輪の一部に滑走が発生し、そのまま全軸滑走に到る
と、全軸滑走検知回路7が“1"となり、スイッチ20及び
スイッチ22は“1"の方に切替わる。これにより、インバ
ータ出力電圧指令23はサンプリングホールド回路26を通
して、1サンプリングタイム毎に電圧値減少係数24にイ
ンバータ出力周波数17を掛算器25により掛け合わせた値
ずつ引かれていく。全軸滑走でなくなったとき全軸滑走
検知回路7が“0"に戻り、これによりスイッチ20及びス
イッチ22は“0"の方に戻って、インバータ出力電圧指令
23は変化率リミッタ21に従って元のV/Fパターンの値に
復帰していく。
このような制御によると、滑走検知後トルクを減じてい
るので、すみやかに再粘着を行なうことができる。電車
のブレーキシステムは電気による電制ブレーキと空気に
よる空気ブレーキとからなり、ブレーキ力はこれらの和
となっている。
第4図は電制ブレーキ力例えば回生ブレーキ力と空気ブ
レーキ力の関係について説明するためのものである。す
なわち、最初はブレーキ力指令値すべてを回生ブレーキ
力41として出しているが、時刻taにて回生ブレーキ力41
が下がってくると、下がった分TQ1だけ空気ブレーキ力4
2を補なうことになる。しかし、空気ブレーキ力42の応
答には従来多少の遅れがあるのが普通であり、そのた
め、滑走検知により回生ブレーキ力41のトルクを一時的
に下げて再粘着制御を行なっても空気ブレーキ力42が大
きく立ち上がる前に再粘着するため問題はなかった。し
かし、最近空気ブレーキの応答は従来より早くなってい
るものもあり、通常滑走時には自己再粘着特性もあって
問題にはならないが、いったん全軸滑走に拡大してしま
うと、制御上最も不安定な状態となり、回生ブレーキ力
も下がり、滑走時間も長くなってしまい、空気ブレーキ
がかなり立ち上がってしまって、いくら回生ブレーキト
ルクを下げても空気ブレーキ力42が不足分を補なってし
まうので、再粘着効果がなくなってしまうという問題点
があった。
また、滑走という問題に対しては、すみやかに再粘着さ
せることが望まれる反面、駅などに停車するため減速し
ていく時に滑走が起こって、再粘着させるために強制的
にブレーキトルクを急減するのは、低速時においては例
えば目標位置に正確に停止させるために非常に神経を使
うところなので電車の運転手からはきらわれるという問
題があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、低速時におけるブレーキトルク急減に
よる運転手に対する心理的不安を少しでも取り除くこと
ができるとともに、制御上最も不安定な状態である全軸
滑走をできるだけすみやかに再粘着させることが可能と
なる電気車制御方法を提供することにある。
[発明の概要] 本発明は上記目的を達成するために、1台の可変電圧可
変周波数インバータで複数台の誘導電動機を駆動し、こ
の駆動力により動輪がレール上を走行可能な電気車にお
いて、この電気車が回生制動状態にある場合、上記動輪
が滑走した時の再粘着制御モードを車両速度によって分
けるようにした電気車制御方法である。特に前記車両速
度が線路条件及び運転条件により決まる低速度例えば20
Km/h以下にあっては、全軸滑走時のみ再粘着指令を出
し、可変電圧可変周波数インバータの出力電圧Vと出力
周波数Fの比V/Fを減少させてトルクを減らしていくと
ともに、電制ブレーキ力の補足として働く空気ブレーキ
に現電制ブレーキ力の値を全軸滑走直前の値とし、見か
け上正常な電制ブレーキトルクを発生させているように
して、空気ブレーキの補足を働かせないようにした電気
車制御方法であり、この場合はきわめてすみやかに動輪
をレール上に再粘着させることができる。
[発明の実施例] 以下、本発明について図面を参照して説明する。V/F制
御回路の構成は第3図に示す従来のブロック図と同じで
ある。また、第5図に示す限流値指令回路の構成は第2
図に示す従来のブロック図と類似しているが、車両速度
(V)35とモード切替速度(VCH)37とを比較器36によ
って比較し、前者が後者より大きいとき(V>VCH)の
高速度領域においては、論理積回路38の入力は滑走検知
回路6の信号を受け付け、限流値指令5を下げる制御を
行い、これにより動輪とレールの再粘着を図る。
また前者が後者より小さいとき(V<VCH)の低速度領
域においては比較器36から出力が生じないので、論理積
回路38は滑走検知回路6からの信号を受け付けず、限流
値指令5を通常滑走によっては下げる制御を行わない。
つまり、V<VCHの時のICを下げず(第1図のaとcの
制御行わず)、時刻t2でV/Fを下げる。
このように本発明の実施例ではVVVFインバータによる誘
導電動機駆動の電気車の動輪がレール面上で回生制動中
に滑走した場合、高速度領域においては限流値ICあるい
はV/F値を下げることによって再粘着をはかる。また低
速度領域(例えば20Km/h以下)においては、全軸滑走以
外の通常滑走時は限流値ICを下げずに誘導電動機の再粘
着特性にまかせ、全軸滑走時のみ空気ブレーキ力を立ち
上がらせないようにV/F値を下げることによって動輪が
レールに再粘着させる。
第6図は空気ブレーキに対し、現在回生ブレーキ力がい
くら出ているかという電制ブレーキ出力の演算を行なう
ブロック図を示すものである。
限流値指令5とインバータ出力電圧指令23とを演算回路
28に入力して回生ブレーキ力を演算し、この回生ブレー
キ力はスイッチ29、遅れ要素30を通して電制ブレーキ出
力31となる。滑走が拡大して全軸滑走に到ると、全軸滑
走検知回路7が“1"となり、シングルショット32により
あるパルス時間33の間スイッチ29を“1"の方に切り替
え、サンプリングホールド回路34によって、全軸滑走直
前の値をホールドすることになる。スイッチ29が“0"の
方に戻ると、電制ブレーキ出力31の値は演算回路28の出
力値に、遅れ要素30のため徐々に戻っていく。しかし、
パルス時間33の選び方は演算回路28の演算値が1度下が
ってから、再び復帰するまでを基準にして選ぶので、全
軸滑走によって電制ブレーキ出力31が変化することはほ
どんどないと考えて良い。
このように、低速度領域(例えば20Km/h以下)では、電
制ブレーキ力の補足として働く空気ブレーキに指示する
現電制ブレーキ力の値を全軸滑走直前の値とすることに
より、みかけ上正常な電制ブレーキトルクを発生させる
ことができ、これによって空気ブレーキ力がトルク不足
分を補なうことはなくなる。この制御は低速度領域には
トルク減少の時間を短くする上では特に有効であるが、
これを全速度領域に行ってもよい。
[発明の効果] 本発明によれば、電気車の低速滑走時における急激なト
ルク減による運転手の心理的不安感の抑制及び駅での定
位値停止などに効果があり、また、低速において全軸滑
走が生じたとしても、非常にすみやかに再粘着させるこ
とが可能となる電気車制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電気車制御方法を説明するための時間と
限流値あるいは時間とV/F値との関係を示す図、第2図
及び第3図は従来の電気車制御方法を実施するための限
流値指令回路およびV/F制御回路を示すブロック図、第
4図は従来の電気車制御方法における回生ブレーキ力と
空気ブレーキ力との関係を示す図、第5図及び第6図は
本発明による電気車制御方法の一実施例を説明するため
の限流値指令回路及び電制ブレーキ出力の演算を行う回
路を示すブロック図である。 1……ブレーキ力指令、2,4,14,20,22,29……スイッ
チ、3,30……遅れ要素、5……限流値指令、6……滑走
検知回路、7……全軸滑走検知回路、8……論理否定回
路、9,38……論理積回路、10……オフディレイ、11……
遅れ時間、12……限流値減少値、13……ゼロ指令、15,2
6,34……サンプリングホールド回路、16,27……減算
器、17……インバータ出力周波数、18……架線電圧、19
……インバータ出力電圧演算回路、21……変化率リミッ
タ、23……インバー出力電圧指令、24……電圧値減少係
数、25……掛算器、28……電制ブレーキ演算回路、31…
…電制ブレーキ出力、32……シングルショット、33……
パルス時間、35……車両速度、36……比較器、37……モ
ード切替速度、39……限流値IC、40……V/F値、41……
回生ブレーキ力、42……空気ブレーキ力。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1台の可変電圧可変周波数インバータで制
    御される複数の誘導電動機の駆動力を各々、車両に有す
    る複数の動輪にそれぞれ伝達し、前記誘導電動機が回生
    制動状態のときであって、 車両速度が所定の車両速度よりも大きい際に少なくとも
    1つの前記動輪とこの動輪が転動するレールとの間での
    滑走を検知すると、前記誘導電動機に与える限流値を低
    減し、更に全ての前記動輪と前記レールとの間での滑走
    を検知すると、前記限流値を一定に保つと共に前記イン
    バータの出力電圧Vと出力周波数Fとの比V/Fを低減し
    て、前記誘導電動機のトルクを減らして前記動輪と前記
    レールとの再粘着を図り、 前記車両速度が前記所定の車両速度よりも小さい際に少
    なくとも1つの前記動輪と前記レールとの間での滑走を
    検知すると、更に全ての前記動輪と前記レールとの間で
    の滑走を検知するまでは前記限流値と前記V/Fを一定に
    保ち、全ての前記動輪と前記レールとの間での滑走を検
    知すると、前記限流値を一定に保つと共に前記V/Fを低
    減して、前記トルクを減らして前記動輪と前記レールと
    の再粘着を図る電気車制御方法。
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