JPH07308004A - 電気車制御装置 - Google Patents

電気車制御装置

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JPH07308004A
JPH07308004A JP12296394A JP12296394A JPH07308004A JP H07308004 A JPH07308004 A JP H07308004A JP 12296394 A JP12296394 A JP 12296394A JP 12296394 A JP12296394 A JP 12296394A JP H07308004 A JPH07308004 A JP H07308004A
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JP
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electric
required torque
operating
electric motor
motor
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JP12296394A
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English (en)
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Yukihiro Hayashi
幸宏 林
Keiji Ishida
啓二 石田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気車に必要な引張力(必要トルク)の大き
さに応じて、電気車駆動用電動機の稼動台数を求め、同
時に電動機にかかる負荷が高くなるような出力値を決定
して、電気車を運転することにより、運転の高効率化を
図ることにある。 【構成】 複数の電動機制御装置で制御する電動機によ
って列車を駆動する電気車制御装置において、マスコン
指令によって設定される加速度設定部、各車両の応荷重
を検出する応荷重検出部、この加速度と編成応荷重から
必要トルクを算出する必要トルク演算部、この必要トル
クと電動機の最大出力値設定部に設定された電動機最大
出力値に応じて稼動台数を決定する稼動台数決定部、電
動機の稼動台数に応じて電動機の運転、停止の指令を与
える選択信号部、及び、先に求めた必要トルクから電動
機の出力パターンを参照して電動機の出力を決定する出
力パターン発生部、その出力をノッチ信号に変換するノ
ッチ信号部から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気車制御装置、特
に、複数の電気車駆動用電動機を用いて列車を駆動する
電気車制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電動機を制御して電気車を運行
させる際、電動機の出力は、電動車(電動機が搭載され
ている車両)と付随車(電動機が搭載されていない車
両)との比率(以下、MT比と称する)を設定後、所定
の加速度が得られるように、電動車の応荷重の値をもと
に電動車に対する引張力(必要トルク)をそれぞれの電
動車に対して算出し、決定している。図5は、従来の電
気車制御装置の一例を示す。105の点線は、電気車の
車両を表わす。いま、マスコン100が各電動機102
にノッチ指令を送信すると、各電動車102の応荷重を
検出する応荷重検出装置104の値をもとに、主制御装
置101で各電動車102における必要トルクを求め、
各電動機102の出力を決定し、各電動機の出力分担を
行なっている。ところが、この様な電動機の出力分担方
法では、必要トルクを求める際、応荷重の検出が電動車
だけで行われるため、例えば、付随車に乗客が集まり、
電動車に乗客が少ない場合等は的確な必要トルクが求め
られない。また、各電動車両の重量は、普通異なるた
め、必要トルクの値もそれに応じて変化し、電動機の出
力値は様々になってしまう。そのため、電動機の中には
能力値以上の負荷がかかる電動機が存在し、結果として
必要トルクが不足するという現象が発生する場合もあ
る。これを解決する一策として、特開平3−19050
8号公報に記載されているように、電動機の出力を電動
車個々に対して算出するのではなく、電動車、付随車を
含む全編成の車両重量を検出することにより、全体の必
要トルクを求め、電動機の負荷が均等になるような出力
を与える制御が考えられた。図6に、その電気車制御装
置の例を示す。図5と同一部分には、同符号を付してあ
る。この場合、編成応荷重演算装置106を設け、この
編成応荷重演算装置106によって全車両の応荷重(編
成応荷重)を検出して、全体の必要トルクを求め、均等
にかかる各電動機の負荷を算出して、この算出結果を主
制御装置101に入力し、各電動機を制御する。この結
果、各電動機は、負担が均一化し、無理なく性能を発揮
し、所定の加速度を得る事が可能になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような電
気車制御装置では、必要トルクの大きさに関わらず、全
て各電動機の出力分担を均一化するために、効率化とい
う点で問題がある。因に、インバータ効率と電動機効率
の積で表される総合効率のグラフを図2に示す。図2に
おいて横軸は周波数、縦軸は総合効率である。図2から
明らかなように、電動機にかかる負荷が高負荷になる
程、総合効率が高くなり、また、逆に低負荷になると、
総合効率は著しく悪化するという特徴がある。そこで、
電動機にかかる負荷を少なくして運転することは、効率
の点から好ましくなく、必要トルクの値が少ないとき
に、従来装置のように、電動機にかかる負荷の平均化を
行ない、出力分散を行なうと、さらに1台当りの負荷が
減少するため、総合効率が急激に悪化してしまう。本発
明の目的は、上述した事情に鑑み、必要トルクに応じて
電動機の稼動台数及び電動機の出力を決定し、高効率運
転を行なうに好適な電気車制御装置を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の電気
車駆動用電動機と該電動機を制御する電動機制御装置を
搭載する編成車両からなる電気車を制御する電気車制御
装置において、電気車の全編成車両重量と所定の加速度
によって必要な引張力(必要トルク)を算出する手段
と、その必要トルクに応じて電動機の稼働台数を求める
手段と、その必要トルクに対して稼動する電動機の一台
当たりの出力値を決定する手段と、稼動する電動機を選
択する手段を設けることによって、達成することができ
る。
【0005】
【作用】本発明では、必要トルクに応じて必要最小限の
稼動台数が求まり、同時に電動機にかかる負荷が最大と
なる出力が決定されるので、低負荷で稼動する主電動機
がなくなるとともに、不必要な電動機が停止し、その結
果、高効率運転が可能になる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従い説明す
る。図1は、本発明の一実施例である電気車制御装置の
構成を示す。図1において、1は車両駆動用の電動機、
2は電動機1を制御する電動機制御装置、3は必要トル
クを求める必要トルク演算部、4は電動機1の最大出力
値を設定する最大出力設定部、5は必要トルクと電動機
の最大出力値に応じて稼動台数を決定する電動機稼動台
数決定部、6は稼動する電動機の出力値を決定する出力
パターン発生部、7はマスコン、8は出力パターンから
求めた出力値をノッチ信号に変換するノッチ信号部、9
は算出した稼動台数と各電動車の応荷重の大きさに基づ
いて電動機の停止、運転の選択制御を行う選択信号部、
10は各車両の応荷重を検出する応荷重検出部、11は
マスコン7のノッチ指令に対応する加速度を設定する加
速度設定部、12は編成応荷重(全車両の応荷重の合計
値)を演算する編成応荷重演算部、13は電気車の車両
を表わす。
【0007】ここで、必要トルク演算部3において、マ
スコン7のノッチ指令に対応する加速度をα、編成応荷
重演算部12で算出された編成応荷重をWとすると、必
要トルクTは、次式によって計算される。 T=αW ・・・・・・・(1) また、電動機稼動台数決定部5において、必要トルク演
算部3で求めた必要トルクTと、最大出力設定部4で予
め設定された電動機の最大出力値Pによって、最少稼動
台数N(N=1,2,3,・・・・小数点は切上げを行
なう。)は、次式によって計算される。 N=T/P ・・・・・・・(2) ここで最大出力値とは、一瞬でもこの値を超えてはいけ
ない出力値を指す。尚、搭載されている電動機が複数あ
り、それぞれの最大出力値が異なる場合は、一番値の小
さい電動機の最大出力値とする。また、出力パターン発
生部6は、出力パターン発生図を有する。この出力パタ
ーン発生図とは、必要トルクと電動機の出力値の関係を
パターン化した図であり、横軸が必要トルク、縦軸が電
動機の出力値の比率を表わす。出力パターン発生図につ
いて、具体例を挙げながら説明する。例えば、電動機
(それぞれM1、M2、M3、M4とする)が4台搭載され
ている電気車において、必要トルクをT、電動機の最大
出力値M=10とすると、高効率運転を行なうための出
力分担は、図3の通りになる。すなわち、 (1)T≦10以下のとき 稼働電動機は1台であり、電動機の出力値はTである。 (2)10<T≦20のとき 電動機1台で賄うことができないため、稼働電動機は2
台である。この時の電動機の最適な出力分担は、図2で
述べたように、低負荷における電動機稼働は効率的に著
しく悪いため、平均化ということになる。よって、この
場合の電動機の出力値はT/2である。 (3)20<T≦30のとき 電動機2台で賄うことができないため、稼働電動機は3
台である。この場合、電動機の出力値は(2)と同様に
必要トルクを等分化するため、T/3である。 (4)30<T≦40のとき 電動機3台で賄うことができないため、稼働電動機は4
台である。この場合、同様に電動機の出力値はT/4で
ある。 以上のことを踏まえて、出力パターン発生図を作成する
と、図4のようになる。それぞれの記号の意味は、次の
通りである。 T1:電動機1台分の最大出力値 T2:電動機2台分の最大出力値 T3:電動機3台分の最大出力値 T4:電動機4台分の最大出力値 図4において、必要トルクがT1以下であるとき、電動
機1台で賄うことができ、必要トルクがT1になると、
電動機の出力値は100パーセントとなる。次いで、必
要トルクがT1より大きくなると、電動機は2台を必要
し、各電動機の出力値は、必要トルクT1のとき、最大
出力値の50パーセントになる。必要トルクがさらに大
きくなり、T2になると、各電動機の出力値は100パ
ーセントとなる。次いで、必要トルクがT2より大きく
なると、電動機は3台を必要し、各電動機の出力値は、
必要トルクT2のとき、最大出力値の66.6パーセン
トになる。必要トルクがさらに大きくなり、T3になる
と、各電動機の出力値は100パーセントとなる。次い
で、必要トルクがT3より大きくなると、電動機は4台
を必要し、各電動機の出力値は、必要トルクT3のと
き、最大出力値の72.5パーセントになる。必要トル
クがさらに大きくなり、T4になると、各電動機の出力
値は100パーセントとなる。このように、出力パター
ン発生図は、必要トルクと、この必要トルクを稼動する
電動機に等分して求めた一台当りの電動機出力比の相関
関係を示す。また、電動機の選択信号部9は、電動機稼
動台数決定部5で求めた稼動台数と各電動車の応荷重検
出部10で検出した応荷重の大きさを入力し、稼動台数
に相当する電動機を運転させ、残りの電動機は停止させ
るという指令の選択信号を送信する。この時、稼動する
電動機は、各電動車における応荷重の大きい順に優先的
に選択する。
【0008】次に、本実施例の動作を説明する。いま、
マスコン7がノッチ指令を送信すると、加速度設定部1
1にはそのノッチに対応する加速度αが設定される。ま
た、各電動車に取り付けられている応荷重検出部10に
より各電動車の応荷重を検出し、編成応荷重演算部12
でその合計値を計算することによって編成応荷重Wが算
出される。この編成応荷重Wと加速度設定部11で設定
された加速度αから、(1)式で必要トルクTが必要ト
ルク演算部3で演算される。この必要トルクTと予め設
定した電動機の最大出力値Pが電動機稼働台数決定部5
に入力され、(2)式から稼働台数Nが求まる。また、
この必要トルクTが出力パターン発生部6に入力され、
図4に示す出力パターン発生図を参照して、必要トルク
Tに対する電動機の出力値pが求まる。この出力値pが
ノッチ信号部8によってノッチ信号に変換され、ノッチ
指令が各電動機1に一様に与えられる。一方、電動機稼
動台数決定部5で求めた稼動台数Nと各電動車の応荷重
検出部10で検出した応荷重の大きさが電動機の選択信
号部9に入力され、選択信号部9では、各電動車におけ
る応荷重の大きい順に稼動する電動機を優先的に選択
し、稼動台数Nに相当する電動機を運転させ、残りの電
動機は停止させるという指令の選択信号を送信する。電
動機制御装置2では、電動機の出力値に対応するノッチ
信号と電動機の選択信号を受信し、稼動台数Nに相当す
る電動機を必要トルクTに対する電動機の出力値pで運
転制御する。このように、本実施例では、必要トルクに
応じて稼働台数が求まり、また、必要トルクに対する電
動機の出力値が決定されるので、それにともない高負荷
で電動機を稼働させることができ、高効率運転が可能に
なる。
【0009】
【発明の効果】本発明は、電動車と付随車で編成される
電気車において、電気車の全編成車両重量を検出し、ノ
ッチ指令に対応する加速度が得られるような必要トルク
を求めるとともに、その必要トルクに応じて電動機の稼
働台数を求め、また、その必要トルクに対する電動機の
出力値を出力パターンによって決定するので、低負荷で
運転する電動機が無くなると共に、停止する電動機が増
加するため、高効率運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す電気車制御装置の構成
【図2】電動機にかかる負荷と総合効率の関係を表わす
【図3】本発明の一実施例における電動機出力分担図
【図4】本発明の一実施例における出力パターン発生図
【図5】従来の電機車制御装置の一例を示すブロック図
【図6】従来の電機車制御装置の他の例を示すブロック
【符号の説明】
1 電動機制御装置 2 電動機(列車駆動用) 3 必要トルク演算部 4 電動機の最大出力設定部 5 電動機稼動台数決定部 6 出力パターン発生部 7 マスコン 8 ノッチ信号部 9 選択信号部 10 応荷重検出部 11 加速度設定部 12 編成応荷重演算部 13 電気車の車両

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電気車駆動用電動機と該電動機を
    制御する電動機制御装置を搭載する編成車両であって、
    電気車の全編成車両重量と所定の加速度によって必要な
    引張力(必要トルク)を算出する手段と、その必要トル
    クに応じて電動機の稼働台数を求める手段と、その必要
    トルクに対して稼動する電動機の一台当たりの出力値を
    決定する手段と、稼動する電動機を選択する手段を有す
    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において、電動機の稼働台数
    は、その必要トルクを電動機の最大出力値で除算するこ
    とによって求めることを特徴とする電気車制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、稼動する電動機の一
    台当たりの出力値は、必要トルクと、該必要トルクを稼
    動する電動機に等分して求めた一台当りの電動機出力比
    の相関関係を示す電動機の出力パターンに基づいて決定
    することを特徴とする電気車制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、稼動する電動機を選
    択する手段は、電動機の稼動台数と電気車を編成する複
    数電動車の各応荷重の大きさを入力し、各電動車におけ
    る応荷重の大きい順に優先的に選択して稼動台数に相当
    する電動機を運転させ、残りの電動機を停止させる選択
    信号を電動機制御装置に送信することを特徴とする電気
    車制御装置。
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