JPH09308006A - 電気車の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】過電流になりにくく、電流指令相当のトルクで
電気車を制御することによる加速／減速特性の向上と、
また空転／滑走が発生したとしても速やかに再粘着でき
る電気車の制御装置。 【解決手段】同一車両を駆動する複数の誘導電動機を制
御するインバータと、誘導電動機の回転周波数を検出す
る手段と、該回転周波数検出値の時間変化率を演算し
て、その演算値を平均した値に所定値を加えて基準周波
数時間変化率指令を発生する手段と、出力電流の検出値
が電流指令を上回るときのこの偏差及び空転量／滑走量
の検出値に応じて基準周波数時間変化率指令を調整し
て、周波数時間変化率指令を発生する手段と、この周波
数時間変化率指令に基づいて前記インバータの出力周波
数指令を発生する手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータによっ
て制御される誘導電動機により駆動する電気車の制御装
置及び制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ制御車両では、周知のよう
に、インバータの出力周波数指令は誘導電動機の回転周
波数にすべり周波数指令を加減算して与えられ、またイ
ンバータの出力電圧は電圧Ｖと周波数Ｆの比Ｖ／Ｆが一
定となるように、インバータ出力周波数指令に比例して
制御され、さらにすべり周波数制御による電動機電流の
定電流制御が行われるのが一般的である。その定電流制
御系は、空転／滑走が発生すると、電動機回転周波数が
増加／減少して、すべり周波数つまり電動機電流が減少
するのを抑制するため、トルクが減少せず、空転／滑走
を助長させ、大空転／大滑走に至らしめることはよく知
られている。

【０００３】この空転／滑走の再粘着制御法として、空
転／滑走を検知すると、ある一定のパターンですべり周
波数若しくは電流指令を制御する方法等が「インバータ
車両の空転滑走制御」（平成２年電気学会産業応用部門
全国大会の講演論文集）（以下、文献と称す）に示さ
れている。

【０００４】また、上記のような定電流制御に対して、
「ＶＶＶＦインバータ制御における新しい高粘着制御
法」（電気車の科学１９９２年２月号）(以下、文献
と称す)に周波数変化率制御という考え方が提起されて
いる。この制御法では、インバータ出力周波数指令は、
周波数変化率（加速度）パターンから積分演算して与え
られる。その結果、空転が発生しても自己再粘着が期待
できるが、空転を検知して、周波数変化率を変えること
により、容易に再粘着できることが示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、インバ
ータ出力周波数指令が回転周波数に依存（インバータ周
波数指令は回転周波数とすべり周波数とから得られるの
で）し、定電流制御が空転／滑走中も行われるインバー
タの制御方式では、空転／滑走が発生すると、空転／滑
走が助長し、大空転／大滑走になりやすい。また、イン
バータ出力周波数の制御には常時、誘導電動機の回転周
波数が必要不可欠である。

【０００６】文献に示されたような空転／滑走検知に
より、ある一定パターンですべり周波数若しくは電流指
令を制御する再粘着制御法では、誘導電動機のトルクは
そのすべり周波数若しくは電流指令の制御パターンで決
まり、また空転／滑走の誤検知を避けるために、空転／
滑走の検知レベルが高く設定されるため、再粘着制御中
の誘導電動機の平均トルクを車輪とレール間の粘着限界
付近まで高めることは困難である。

【０００７】一方、文献に示されたようなインバータ
の制御法では、回転周波数を用いていないが、文献に
示されたような定電流制御系がないため、線路勾配や車
両重量の変化等に対応すべく、電流の上限・下限リミッ
タによって周波数変化率を可変制御する記載ががあるも
のの、過電流になりやすく現実的ではない。

【０００８】本発明の目的は、過電流になりにくく、電
流指令相当のトルクで電気車を制御することによる加速
／減速特性の向上と、また空転／滑走が発生したとして
も速やかに再粘着できる電気車の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】本発明の目的は、同一車
両を駆動する複数の誘導電動機と、これら複数の誘導電
動機を制御するインバータと、このインバータの出力電
流指令を発生する手段と、前記インバータの出力電流を
検出する手段と、前記同一車両を駆動する複数の誘導電
動機の回転周波数をそれぞれ検出する手段と、これら回
転周波数検出値の時間変化率をそれぞれ演算して、それ
ぞれが上限値を越えないように制限し、これら回転周波
数時間変化率の演算値を平均した値に所定値を加えて基
準周波数時間変化率指令を発生する手段と、前記インバ
ータで制御されている誘導電動機の空転量／滑走量を検
出する手段と、前記出力電流の検出値が前記電流指令を
上回るときのこの偏差及び前記空転量／滑走量の検出値
に応じて前記基準周波数時間変化率指令を調整して、周
波数時間変化率指令を発生する手段と、この周波数時間
変化率指令に基づいて前記インバータの出力周波数指令
を発生する手段と、該出力周波数指令により前記インバ
ータを制御する手段とを備えたことにより達成される。

【００１０】さらに、上記に前記出力電流の検出値が前
記電流指令を下回る時間が所定時間より大きくなったと
き、このときの前記出力電流の検出値に基づいて前記電
流指令を変更する再粘着手段や前記基準周波数時間変化
率指令発生手段は、前記回転周波数時間変化率の演算値
が前記上限値に達したことにより、前記同一車両を駆動
する複数の誘導電動機の空転／滑走している数をカウン
トするカウンタと、このカウント数に基づいて前記基準
周波数時間変化率指令を減少させる手段を有することに
より達成される。

【００１１】本発明の構成によれば、空転／滑走が発生
しない通常時では、インバータの出力周波数の時間変化
率指令はインバータ出力電流が電流指令となるように制
御され、この周波数時間変化率指令に基づいて、インバ
ータ出力周波数指令は力行時には増加し、回生時には減
少するよう作られる。また、周波数時間変化率指令は電
流指令に対応したものとなるので、車両は電流指令相当
のトルクで加速(力行)／減速（回生）される。

【００１２】さらに、空転／滑走が発生する条件のもと
では、周波数時間変化率指令は空転量／滑走量及び空転
／滑走している誘導電動機の数に基づいて調整される。
これにより、空転量／滑走量が検出できる場合は勿論、
空転量／滑走量が検出できない全数空転／全数滑走の場
合でも、空転／滑走が抑制され、延いては再粘着させる
ことができる。そして、空転／滑走してから、インバー
タ出力電流が車輪とレール間の粘着限界近傍相当となる
ような所定時間後に、このときのインバータの出力電流
に基づいて、電流指令が変更されるので、空転／滑走状
態であれば再粘着し、また再粘着した状態であれば再び
空転／滑走することなく、車両は粘着限界近傍相当のト
ルクで加速／減速される。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例を示す
回路構成であって、１は架線から直流を受電するパンタ
グラフ、２は直流を３相交流に変換するＰＷＭ（パルス
幅変調）インバータ、３１〜３４はインバータ２で駆動
される車両駆動用誘導電動機、４はインバータ２の出力
電流の電流指令Ｉｐを発生する手段、５はインバータ２
の出力電流Ｉｍを検出する手段、１２１〜１２４は誘導
電動機３１〜３４の回転周波数Ｆｒ１〜Ｆｒ４を検出す
る手段である。なお、回転周波数検出手段１２１〜124
には、レール継ぎ目等による振動成分を除去するための
平滑手段を設けることが望ましい。

【００１４】６は、インバータ２の出力電流検出値Ｉｍ
とその指令値Ｉｐ及び後述の基準周波数時間変化率指令
α＊，空転量／滑走量ΔＦに基づきインバータ２の出力
周波数の時間変化率（時間変化に対する出力周波数変化
（Ｈｚ／ｓ））の指令αを発生する手段である。以下、
インバータ２の出力周波数の時間変化率を周波数時間変
化率と称す。

【００１５】７は、誘導電動機３１〜３４の回転周波数
Ｆｒ１〜Ｆｒ４に基づき基準周波数時間変化率指令α＊
を発生する手段である。これについては図２より詳細に
説明する。

【００１６】８は、誘導電動機３１〜３４の回転周波数
Ｆｒ１〜Ｆｒ４から、最大値Frmaxと最小値Ｆｒmin を
最大値選択器８１と最小値選択器８２でそれぞれ選択し
て、最大値Ｆｒmax から最小値Ｆｒmin を減算器８３で
減算し、その回転周波数差ΔＦを空転量／滑走量として
検出する手段である。

【００１７】周波数時間変化率指令発生手段６では、電
流指令Ｉｐからインバータ出力電流の検出値Ｉｍを減算
器６１で減算して、その偏差を電流制御器６２に与え
る。電流制御器６２はインバータ出力電流Ｉｍが電流指
令Ｉｐより大きくなると、その電流偏差に応じて負のΔ
αｉを出力し、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐ
より小さくなると、出力Δαｉが０となるようなもので
ある。そして、この電流制御器６２の出力Δαｉ及び空
転量／滑走量検出手段８の出力ΔＦを倍率器６３でＫａ
倍したΔαｆを、基準周波数時間変化率指令発生手段７
の出力α＊に加減算器６４で加減算して、周波数時間変
化率指令α（＝α＊＋Δαｉ−Δαｆ）を出力する。

【００１８】９は、インバータ２の出力周波数指令Ｆｉ
ｎを発生する手段である。この手段では、まずインバー
タ２の運転開始時に、誘導電動機３１〜３４の回転周波
数Ｆｒ１〜Ｆｒ４の最小値Ｆｒmin （力行時），最大値
Ｆｒmax （回生時）に基づいて、インバータ出力周波数
指令Ｆｉｎの初期値Ｆino を初期値設定器９２で設定す
る。これは、ある速度からの再力行または回生ブレーキ
を円滑に行うようにするものである。次に積分演算器９
１により、その初期値Ｆino に周波数時間変化率指令α
を積分演算した値を加減算（加算は力行時、減算は回生
時）して、インバータ出力周波数指令Ｆｉｎを出力す
る。

【００１９】１０は、インバータ２の出力電圧をインバ
ータ出力周波数指令Ｆｉｎにほぼ比例させる可変電圧可
変周波数制御（ＶＶＶＦ制御領域）、及びインバータ２
の出力電圧をほぼ一定値に固定する定電圧可変周波数制
御（ＣＶＶＦ制御領域）を行う電圧制御手段である。

【００２０】１１は、インバータ出力周波数指令Ｆｉｎ
と電圧制御手段１０からの電圧指令Ｖｉｎとを受けて、
インバータ２が所定の動作を行うように、インバータ２
を構成するスイッチング素子（図示していない）に与え
るゲート信号を発生する手段である。

【００２１】１３は、インバータ出力電流Ｉｍと電流指
令Ｉｐを比較して、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令
Ｉｐを下回る時間が所定時間より大きくなったとき、こ
のときのインバータ出力電流Ｉｍに基づいて、電流指令
発生手段４の電流指令Ｉｐを変更する再粘着手段であ
る。なお、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐを下
回る時間は、インバータ出力電流Ｉｍと電流指令Ｉｐを
比較しなくても、電流制御器６２の出力Δαｉが０であ
る時間でもよい。

【００２２】図２は基準周波数時間変化率指令発生手段
７の詳細な構成図を示す。誘導電動機３１〜３４の回転
周波数Ｆｒ１〜Ｆｒ４の時間変化率α１〜α４を、加減
速度演算器７１１〜７１４でそれぞれ演算して、それぞ
れが上限値を越えないようにリミッタ７２１〜７２４で
制限し、これら回転周波数時間変化率α１〜α４の平均
値αａｖを平均値演算器７３で演算する。この回転周波
数時間変化率α１〜α４の平均値αａｖを以下、平均回
転周波数時間変化率αａｖと称す。一方、誘導電動機３
１〜３４の回転周波数時間変化率α１〜α４がその上限
値を越えたことにより、誘導電動機３１〜３４が空転／
滑走している数を空転／滑走軸数カウンタ７５でカウン
トし、そのカウント数ｎに基づいて、加減速度調整量発
生器７６はΔαｎを出力する。なお、この加減速度調整
量発生器７６の出力Δαｎは、空転／滑走軸のカウント
数ｎに単に比例させるのではなく、例えば後述するよう
に、全数空転／滑走（ｎ＝４）時には特に大きくするこ
とが望ましい。そして、平均回転周波数時間変化率αａ
ｖに所定値Δα及び加減速度調整量発生器７６の出力Δ
αｎを加減算器７４で加減算して、基準周波数時間変化
率指令α＊（＝αａｖ＋Δα−Δαｎ）を出力する。

【００２３】以上のような図１，図２の回路構成におい
て、力行・加速モードで、空転が発生しない通常時の基
本動作について、図３により説明する。なお、非空転の
誘導電動機３１〜３４の回転周波数Ｆｒ１〜Ｆｒ４の時
間変化率α１〜α４はそれぞれ等しく、また車両の加速
度相当の周波数時間変化率αｔ（ここでは一定）に等し
いものとする。すなわち、空転が発生しない通常時で
は、平均回転周波数時間変化率αａｖ（＝（α１＋α２
＋α３＋α４）／４）は車両の加速度相当の周波数時間
変化率αｔに等しいものとする。

【００２４】図３において、インバータ出力電流Ｉｍが
図３の（イ）のように、電流指令Ｉｐより小さい場合、
電流制御器６２の出力Δαｉは図３の（ロ）のように、
０である。このとき、周波数時間変化率指令αは図３の
（ハ）のように、平均回転周波数時間変化率αａｖ（車
両の加速度相当の周波数時間変化率αｔ）に所定値Δα
を加えた基準周波数時間変化率指令α＊となる。このた
め、誘導電動機３１〜３４のすべり周波数Ｆｓ１〜Ｆｓ
４はその所定値Δαにより、図３の（ニ）のように増加
し、誘導電動機３１〜３４の電流Ｉｍ１〜Ｉｍ４つまり
インバータ出力電流Ｉｍも図３の（イ）のように増加す
る。そして、インバータ出力電流Ｉｍが図３の（イ）の
ように、電流指令Ｉｐより大きくなると、電流制御器６
２が図３の（ロ）のように、出力Δαｉ（負の値）を発
生する。その結果、この電流制御器６２の出力Δαｉに
より、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐと等しく
なるように、所定値Δαが補正されて、周波数時間変化
率指令αは図３の（ハ）のように、平均回転周波数時間
変化率αａｖ（車両の加速度相当の周波数時間変化率α
ｔ）と等しくなる。すなわち、図３の（ニ）のように、
周波数時間変化率指令αに基づくインバータ出力周波数
指令Ｆｉｎの増加は、誘導電動機３１〜３４の回転周波
数Ｆｒ１〜Ｆｒ４の増加と等しく、つまり誘導電動機３
１〜３４のすべり周波数Ｆｓ１〜Ｆｓ４は一定となる。
従って、周波数時間変化率指令αは電流指令Ｉｐ（≒イ
ンバータ出力電流Ｉｍ）に対応したものとなり、車両は
電流指令Ｉｐ相当のトルクで加速される。なお、図３の
（イ）の誘導電動機３１〜３４の電流Ｉｍ１〜Ｉｍ４は
電流指令Ｉｐ相当に換算しており、以下同様である。ま
た、この図３のように、インバータ出力電流Ｉｍの立ち
上げ時において、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉ
ｐより小さい時間が長くなる場合には、再粘着手段１３
は動作しないようにする必要がある。

【００２５】次に、図１において、力行・加速モード
で、誘導電動機３１〜３４のうち１個の誘導電動機３１
が空転した場合の基本動作について、図４により説明す
る。なお、誘導電動機３１が空転しても車両の加速度は
変わらないものとする。

【００２６】図４のａ点において、レールと車輪の間の
粘着力が低下して、誘導電動機３１が空転すると、誘導
電動機３１の回転周波数時間変化率α１が大きくなる。
その結果、平均回転周波数時間変化率αａｖは図４の
（ニ）のように、非空転の誘導電動機３２〜３４の回転
周波数時間変化率α２〜α４（車両の加速度相当の周波
数時間変化率αｔ）より大きく、誘導電動機３１の回転
周波数時間変化率α１より小さくなる。また、誘導電動
機３１の回転周波数時間変化率α１がリミッタ７２１の
上限値を越えると、空転／滑走軸数カウンタ７５が１を
出力し、加減速度調整量発生器７６が図４の（ホ）のよ
うに、Δαｎを出力する。この加減速度調整量発生器７
６の出力Δαｎは、平均回転周波数時間変化率αａｖに
所定値Δαを加えた値から減算され、図４の（ヘ）のよ
うに、基準周波数時間変化率指令α＊（＝αａｖ＋Δα
−Δαｎ）が得られる。このとき、加減速度調整量発生
器７６の出力Δαｎは図４の（ヘ）のように、基準周波
数時間変化率指令α＊が車両の加速度相当の周波数時間
変化率αｔより小さくならない程度の大きさである。こ
れは、空転が発生しない状態で、誘導電動機３１〜３４
の回転周波数時間変化率α１〜α４がレール継ぎ目等に
より振動して、これによる誤動作の影響をなくすためで
ある。そして、基準周波数時間変化率指令α＊は電流制
御器６２の出力Δαｉ及び空転量ΔＦをＫａ倍したΔα
ｆで調整されて、図４の（ト）のように、周波数時間変
化率指令α（＝α＊＋Δαｉ−Δαｆ）が得られる。

【００２７】周波数時間変化率指令αは、空転の発生に
より、図４の（ト）のように、誘導電動機３１の回転周
波数時間変化率α１より小さくなる（これはすべり周波
数を減少させる作用）。これと図４の（ハ）の空転量Δ
Ｆの増加により、誘導電動機３１の電流Ｉｍ１（トルク
Ｔｍ１）は図４の（イ）のように、大きく減少する。そ
の結果、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐより小
さくなり、電流制御器６２の出力Δαｉ（負の値）は図
４の（ロ）のように、やがて０となる。それまでは定電
流制御が作用つまり周波数時間変化率指令αが図４の
（ト）のように、非空転の誘導電動機３２〜３４の回転
周波数時間変化率α２〜α４（車両の加速度相当の周波
数時間変化率αｔ)より大きくなり(これはすべり周波数
を増加させる作用）、誘導電動機３２〜３４の電流Ｉｍ
２〜Ｉｍ４(トルクＴｍ２〜Ｔｍ４)は図４の（イ）のよ
うに、増加傾向となる。この誘導電動機３２〜３４の電
流Ｉｍ２〜Ｉｍ４（トルクＴｍ２〜Ｔｍ４）は、空転量
ΔＦの増加により、周波数時間変化率指令αが図４の
（ト）のように、誘導電動機３２〜３４の回転周波数時
間変化率α２〜α４より小さくなると、図４の（イ）の
ように増加から減少に転じる。このとき、周波数時間変
化率指令αは、図４の（ト）のように、電流制御器６２
の出力Δαｉ（負の値）が０になることにより増加し、
その後は空転量ΔＦつまりこれをＫａ倍したΔαｆの増
加により減少に転じる。

【００２８】この周波数時間変化率指令αの減少によ
り、誘導電動機３１のすべり周波数つまりトルクＴｍ１
が減少して、空転量ΔＦに見合ったレールと車輪の間の
粘着力相当のトルクより小さくなると、すなわち図４の
ｂ点で、空転量ΔＦは図４の（ハ）のように増加から減
少に転じ、加減速度調整量発生器７６の出力Δαｎは図
４の（ホ）のように０となる。空転量ΔＦが減少に転じ
ると、誘導電動機３１の電流Ｉｍ１（トルクＴｍ１）は
図４の（イ）のように、減少から増加に転じ、周波数時
間変化率指令αも図４の（ト）のように、減少から増加
に転じる。

【００２９】そして、空転量ΔＦは、図４のｃ点−ｄ点
間で、図４の（ハ）のように、これをＫａ倍したΔαｆ
が所定値Δαと等しくなるように平衡する。すなわち、
周波数時間変化率指令αが図４の（ト）のように、平均
回転周波数時間変化率αａｖつまり車両の加速度相当の
周波数時間変化率αｔと等しくなり、また誘導電動機３
１の回転周波数時間変化率α１と、非空転の誘導電動機
３２〜３４の回転周波数時間変化率α２〜α４（車両の
加速度相当の周波数時間変化率αｔ）は等しくなる。こ
のとき、誘導電動機３１〜３４の電流Ｉｍ１〜Ｉｍ４
（トルクＴｍ１〜Ｔｍ４）つまりインバータ出力電流Ｉ
ｍは図４の（イ）のように、変化しなくなる。

【００３０】そこで、空転つまり電流指令Ｉｐ＞インバ
ータ出力電流Ｉｍとなってから、空転量ΔＦをＫａ倍し
たΔαｆが所定値Δαと等しくなるような所定時間後
に、つまり図４のｄ点で、電流指令Ｉｐを図４の(イ)の
ように、このときのインバータ出力電流Ｉｍより小さい
電流指令Ｉｐ′に変更する。その結果、電流指令Ｉｐ′
＜インバータ出力電流Ｉｍとなるが、前述のように、Ｉ
ｍ≒Ｉｐ′となるように、電流制御器６２により、周波
数時間変化率指令αが図４の（ト）のように制御され
て、周波数時間変化率指令α＜誘導電動機３１の回転周
波数時間変化率α１となり、空転量ΔＦは所定値Δα／
倍率Ｋａから減少に転じ、図４のｅ点で０に、つまり再
粘着する。このとき、平衡点の空転量ΔＦが小さい程、
誘導電動機３１のトルクＴｍ１は粘着限界相当値に近づ
く。このためには、倍率Ｋａを大きく設定、或いは電流
指令Ｉｐ＞インバータ出力電流Ｉｍつまり電流制御器６
２の出力Δαｉ＝０の期間は所定値Δαを小さく設定
（例えば０に）すればよい。これに加えて、電流指令Ｉ
ｐを変更する所定時間を適切に設定すれば、粘着限界近
傍に対応した電流指令Ｉｐ′相当のトルクで車両を加速
することができる。

【００３１】さらに、図１において、力行・加速モード
で、誘導電動機３１〜３４の全数が同時空転した場合の
基本動作について、図５により説明する。この場合、空
転量ΔＦが検出できないということが、前述の誘導電動
機３１が１個が空転した場合とは大きく異なる。また、
誘導電動機３１〜３４の全数が同時空転しても、車両の
加速度は変わらないものとする。

【００３２】図５のａ点において、レールと車輪の間の
粘着力が低下して、誘導電動機３１〜３４の全数が空転
すると、これらの回転周波数時間変化率α１〜α４が大
きくなる。その結果、平均回転周波数時間変化率αａｖ
は図５の（ニ）のように、車両の加速度相当の周波数時
間変化率αｔ（ここでは一定）より大きくなる。また、
誘導電動機３１〜３４の回転周波数時間変化率α１〜α
４がリミッタ７２１〜７２４の上限値を越えると、空転
／滑走軸数カウンタ７５が４を出力し、加減速度調整量
発生器７６が図５の（ホ）のようにΔαｎを出力する。
この加減速度調整量発生器７６の出力Δαｎは、平均回
転周波数時間変化率αａｖに所定値Δαを加えた値から
減算され、図５の（ヘ）のように、基準周波数時間変化
率指令α＊（＝αａｖ＋Δα−Δαｎ）が得られる。こ
のとき、加減速度調整量発生器７６の出力Δαｎは図５
の（ヘ）のように、基準周波数時間変化率指令α＊車両
の加速度相当の周波数時間変化率αｔより十分に小さく
なるような大きさである。これは空転量ΔＦが検出でき
ないためである。そして、基準周波数時間変化率指令α
＊は電流制御器６２の出力Δαｉのみで調整されて、図
５の（ト）のように、周波数時間変化率指令α（＝α＊
＋Δαｉ）が得られる。

【００３３】周波数時間変化率指令αは、空転の発生に
より、図５の（ト）のように、誘導電動機３１〜３４の
回転周波数時間変化率α１〜α４より小さくなる（これ
はすべり周波数を減少させる作用）。これと図５の
（ハ）の空転量ΔＦ（但し、検出はできない）の増加に
より、誘導電動機３１〜３４の電流Ｉｍ１〜Ｉｍ４（ト
ルクＴｍ２〜Ｔｍ４）は図５の(イ)のように、大きく減
少する。その結果、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令
Ｉｐより小さくなり、電流制御器６２の出力Δαｉ（負
の値）は図５の（ロ）のように直ちに０となる。これに
より、周波数時間変化率指令αは図５の（ト）のように
増加するが、前述のように、車両の加速度相当の周波数
時間変化率αｔ及び誘導電動機３１〜３４の回転周波数
時間変化率α１〜α４よりは小さい。

【００３４】このため、誘導電動機３１〜３４のすべり
周波数つまりトルクＴｍ１〜Ｔｍ４が減少して、空転量
ΔＦに見合ったレールと車輪の間の粘着力相当のトルク
より小さくなると、すなわち図５のｂ点で、空転量ΔＦ
は図５の（ハ）のように増加から減少に転じ、加減速度
調整量発生器７６の出力Δαｎは図５の（ホ）のように
０となる。その結果、周波数時間変化率指令αは図５の
（ト）のように、誘導電動機３１〜３４の回転周波数時
間変化率α１〜α４つまり平均回転周波数時間変化率α
ａｖより所定値Δαだけ大きくなる（これはすべり周波
数つまりトルクを増加させる作用）。しかし、このとき
の誘導電動機３１〜３４のトルクＴｍ１〜Ｔｍ４は加減
速度調整量発生器７６の出力Δαｎにより、空転量ΔＦ
に見合ったレールと車輪の間の粘着力相当のトルクより
小さくなっているため、空転量ΔＦは図５の（ハ）のよ
うに減少し続ける。このとき、平均回転周波数時間変化
率αａｖが車両の加速度相当の周波数時間変化率αｔよ
り、必要以上に小さくならないように下限リミッタを設
けることが望ましい。そして、空転量ΔＦは図５の
（ハ）のように、やがて図５のｃ点で０となり、再粘着
する。一方、空転量ΔＦの減少により、誘導電動機３１
〜３４の電流Ｉｍ１〜Ｉｍ４（トルクＴｍ１〜Ｔｍ４）
つまりインバータ出力電流Ｉｍは図５の（イ）のよう
に、減少から増加に転じる。

【００３５】再粘着すると、誘導電動機３１〜３４の回
転周波数時間変化率α１〜α４つまり平均回転周波数時
間変化率αａｖは図５の（ニ）のように、車両の加速度
相当の周波数時間変化率αｔと等しくなる。その結果、
周波数時間変化率指令αは図５の（ト）のように、平均
回転周波数時間変化率αａｖ（＝車両の加速度相当の周
波数時間変化率αｔ）より所定値Δαだけ大きくなり、
誘導電動機３１〜３４の電流Ｉｍ１〜Ｉｍ４（トルクＴ
ｍ１〜Ｔｍ４）つまりインバータ出力電流Ｉｍは図５の
（イ）のように、緩やかに増加し続ける。しかし、この
ままでは再び空転が発生する。

【００３６】そこで、空転つまり電流指令Ｉｐ＞インバ
ータ出力電流Ｉｍとなってから、図５のｃ点以後となる
ような所定時間後に、つまり図５のｄ点で、電流指令Ｉ
ｐを図５の（イ）のように、このときのインバータ出力
電流Ｉｍより小さい電流指令Ｉｐ′に変更する。その結
果、電流指令Ｉｐ′＜インバータ出力電流Ｉｍとなる
が、前述のように、Ｉｍ≒Ｉｐ′となるように、電流制
御器６２により、周波数時間変化率指令αが制御され
て、周波数時間変化率指令αは図５の（ト）のように、
平均回転周波数時間変化率αａｖつまり車両の加速度相
当の周波数時間変化率αｔと等しくなる。従って、電流
指令Ｉｐを変更する所定時間を適切に設定すれば、粘着
限界近傍に対応した電流指令Ｉｐ′相当のトルクで車両
を加速することができる。

【００３７】なお、図４及び図５において、レールと車
輪の間の粘着力が回復する場合を考えると、再粘着手段
１３には、インバータ出力電流Ｉｍが変更後の電流指令
Ip′を上回る時間が所定時間より大きくなると、変更後
の電流指令Ｉｐ′を変更前の電流指令Ｉｐに緩やかに戻
す機能が必要である。

【００３８】以上の図４及び図５の基本動作は、回生・
減速モードで滑走した場合も同様である。

【００３９】以上のように、本実施例によれば、インバ
ータ出力周波数指令は周波数時間変化率指令に基づいて
作られるので、インバータ出力周波数指令を作るために
は基本的には誘導電動機の回転周波数が不要である。ま
た、空転／滑走が発生しない通常時は、周波数時間変化
率指令はインバータ出力電流が電流指令となるように制
御されるので、過電流になりにくくて、電流指令相当の
トルクで車両を加速／減速できるという効果がある。さ
らに、空転／滑走が発生する条件のもとでは、周波数時
間変化率指令は空転量／滑走量及び空転／滑走している
誘導電動機の数に基づいて調整される。これにより、空
転量／滑走量が検出できる場合は勿論、空転量／滑走量
が検出できない全数空転／全数滑走の場合でも、空転／
滑走が抑制され、延いては再粘着させることができる。
そして、空転／滑走してから、インバータ出力電流が粘
着限界近傍相当となるような所定時間後に、このときの
インバータ出力電流に基づいて、電流指令が変更される
ので、空転／滑走状態であれば再粘着し、また再粘着し
た状態であれば再び空転／滑走することなく、車両は粘
着限界近傍相当のトルクで加速／減速されるという効果
がある。

【００４０】なお、図１に示す実施例において、インバ
ータ出力周波数指令発生手段９には、誘導電動機３１〜
３４のすべり周波数Ｆｓ１〜Ｆｓ４が所定値Ｆｓｍより
大きくならないように、つまりインバータ出力周波数指
令Ｆｉｎが、力行時は誘導電動機３１〜３４の回転周波
数Ｆｒ１〜Ｆｒ４の最小値Ｆｒmin にＦｓｍを加算した
周波数がより大きくならないように、回生時は回転周波
数Ｆｒ１〜Ｆｒ４の最大値Ｆｒmax からＦｓｍを減算し
た周波数がより小さくならないようにする手段が必要で
ある。

【００４１】図６は本発明の第２の実施例を示す回路構
成であって、図１に示す第１の実施例と異なるところ
は、インバータ出力周波数指令発生手段９に倍率器９
３，９４及び加減算器９５を付加して、電流制御器６２
の出力Δαｉ及び空転量／滑走量検出手段８の出力ΔＦ
によりインバータ出力周波数指令Ｆｉｎを調整するよう
にしたことである。

【００４２】すなわち、電流制御器６２の出力Δαｉを
倍率器９３でＫｉ倍し、これを積分演算器９１の出力Ｆ
ｉｎ′に加減算器９５で加減算（加算は力行時、減算は
回生時）して、インバータ出力周波数指令Ｆｉｎを調整
する。これにより、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令
Ｉｐより大きくなろうとする場合、インバータ出力電流
Ｉｍの制御応答性を高めることができる。

【００４３】また、空転量／滑走量検出手段８の出力Δ
Ｆを倍率器９４でＫｆ倍し、これを積分演算器９１の出
力Ｆｉｎ′に加減算器９５で加減算（減算は力行時、加
算は回生時）して、インバータ出力周波数指令Ｆｉｎを
調整する。これにより、誘導電動機３１〜３４が空転／
滑走した場合、空転／滑走の制御応答性を高めることが
できる。

【００４４】以上のように、図６に示す第２の実施例に
よれば、前述の図１に示す第１の実施例の効果に加え
て、インバータ出力電流Ｉｍの制御応答性及び空転／滑
走の制御応答性を高めることができる。

【００４５】図７は本発明の第３の実施例を示す回路構
成であって、図６に示す第２の実施例と異なるところ
は、周波数時間変化率指令発生手段６とインバータ出力
周波数指令発生手段９である。すなわち、周波数時間変
化率指令発生手段６では、電流指令Ｉｐからインバータ
出力電流Ｉｍを減算器６１で減算し、この偏差に応じ
て、電流制御器６５は周波数時間変化率指令α′を出力
する。この周波数時間変化率指令α′の上限はリミッタ
６６で基準周波数時間変化率指令α＊に制限される。そ
して、周波数時間変化率指令α′から空転量／滑走量Δ
Ｆを倍率器６３でＫａ倍したΔαｆを減算器６４で減算
して、周波数時間変化率指令αを出力する。また、これ
に伴い、インバータ出力周波数指令発生手段９では、図
６の倍率器９３を増幅器９６に置き換えて、電流制御器
６５の出力α′が負になると（電流指令Ｉｐ＜インバー
タ出力電流Ｉｍ）、前述のように、積分演算器９１の出
力Ｆｉｎ′を調整するようにした。

【００４６】以上のような回路構成において、空転／滑
走が発生しない通常時では、周波数時間変化率指令α
は、インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐとなるよう
に制御される。また、空転／滑走が発生する条件では、
インバータ出力電流Ｉｍが電流指令Ｉｐより小さくなる
と、電流制御器６５の出力α′は基準周波数時間変化率
指令α＊となり、この電流制御器６５の出力α′（基準
周波数時間変化率指令α＊）が空転量／滑走量ΔＦをＫ
ａ倍したΔαｆにより調整される。すなわち、基本的に
は図６に示す実施例と同様の動作である。

【００４７】従って、図７の実施例によれば、前述の図
６の実施例と同様の効果を得ることができる。

【００４８】ところで、車両は電車を例にとると、一般
に４個の誘導電動機で駆動される。前述の図１，図６及
び図７の実施例はこれら４個の誘導電動機を１台のイン
バータで制御する場合である。

【００４９】ここで、図８に、図１の実施例において、
４個の誘導電動機３１〜３４を２個ずつ２台のインバー
タ２１と２２で制御する場合の回路構成を示す。この場
合、空転量／滑走量検出手段８は次のように構成する。
すなわち、自インバータ２２で制御される誘導電動機３
３と３４の回転周波数Ｆｒ３とＦｒ４の大きい方Ｆｒma
x を力行時に、小さい方Ｆｒmin を回生時に最大値（最
小値）選択器８４で選択し、また他のインバータ２１で
制御される誘導電動機３１と３２の回転周波数Ｆｒ１と
Ｆｒ２及びＦｒ３とＦｒ４の中から最小値Ｆｒmin を力
行時に、最大値Ｆｒmax を回生時に最小値（最大値）選
択器８５で選択して、空転量／滑走量ΔＦをＦｒmax か
らＦｒmin を減算器８３で減算して検出する。なお、イ
ンバータ２１の制御系は、図示していないが、インバー
タ２２の制御系と同様に構成される。この図８の実施例
においても、図１の実施例と同様の効果が得られること
はいうまでもない。また、図６及び図７の実施例におい
ても、図８のように、４個の誘導電動機３１〜３４を２
個ずつ２台のインバータ２１と２２で制御する場合、図
６及び図７の空転量／滑走量検出手段８（図１と同じ）
は図８の空転量／滑走量検出手段８と同じ構成にすれば
よい。

【００５０】次に、図９に、図１の実施例において、４
個の誘導電動機３１〜３４を１個ずつ４台のインバータ
２１〜２４で制御する場合の回路構成を示す。この場
合、空転量／滑走量検出手段８は次のように構成する。
すなわち、自インバータ２４で制御される誘導電動機３
４の回転周波数Ｆｒ４と、他のインバータ２１〜２３で
制御される誘導電動機３１〜３３の回転周波数Ｆｒ１〜
Ｆｒ３及びＦｒ４の中から最小値Ｆｒmin を力行時に、
最大値Ｆｒmax を回生時に最小値(最大値)選択器８５で
選択したものとから、空転量／滑走量ΔＦを力行時はＦ
ｒ４からＦｒminを、回生時はＦｒmax からＦｒ４を減
算器８３で減算して検出する。なお、インバータ２１〜
２３の制御系は、図示していないが、インバータ２４の
制御系と同様に構成される。この図９の実施例において
も、図１の実施例と同様の効果が得られることはいうま
でもない。また、図６及び図７の実施例においても、図
９のように、４個の誘導電動機３１〜３４を１個ずつ４
台のインバータ２１〜２４で制御する場合、図６及び図
７の空転量／滑走量検出手段８（図１と同じ）は図９の
空転量／滑走量検出手段８と同じ構成にすればよい。

【００５１】以上の実施例では、電流指令をトルクを制
御する操作量として説明したが、例えば、交流電動機の
ベクトル制御のように、トルクを制御する操作量がトル
ク指令或いはトルク電流指令であるものにおいては、こ
れら指令に対して、本発明を適用しても同様の効果があ
り、これらも本発明の範囲である。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、周波数時間変化率指令
はインバータの出力電流が電流指令となるように制御さ
れるので、過電流になりにくく、電流指令相当のトルク
で電気車を制御することによる加速／減速特性の向上が
図れるという効果がある。

【００５３】さらに、空転／滑走が発生する条件のもと
では、周波数時間変化率指令は空転量／滑走量及び空転
／滑走している誘導電動機の数に基づいて調整される。
これにより、空転量／滑走量が検出できる場合は勿論、
空転量／滑走量が検出できない全数空転／全数滑走の場
合でも、空転／滑走が抑制され、延いては再粘着させる
ことができる。そして、空転／滑走してから、インバー
タ出力電流が粘着限界近傍相当となるような所定時間後
に、このときのインバータの出力電流に基づいて、電流
指令が変更されるので、空転／滑走状態であれば再粘着
し、また再粘着した状態であれば再び空転／滑走するこ
となく、車両は粘着限界近傍相当のトルクで加速／減速
されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図。

【図２】図１における基準周波数時間変化率指令発生手
段７の構成図。

【図３】本発明の通常時の基本動作の説明図。

【図４】図１において誘導電動機が１個空転した場合の
基本動作の説明図。

【図５】図１において誘導電動機が全数空転した場合の
基本動作の説明図。

【図６】本発明の第２の実施例を示す回路構成図。

【図７】本発明の第３の実施例を示す回路構成図。

【図８】本発明の第４の実施例を示す回路構成図。

【図９】本発明の第５の実施例を示す回路構成図。

【符号の説明】

１…パンタグラフ、２…ＰＷＭインバータ、３１〜３４
…誘導電動機、４…電流指令発生手段、５…インバータ
出力電流検出手段、６…周波数時間変化率指令発生手
段、７…基準周波数時間変化率指令発生手段、８…空転
量／滑走量検出手段、９…インバータ出力周波数指令発
生手段、１３…再粘着手段。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一車両を駆動する複数の誘導電動機と、
   これら複数の誘導電動機を制御するインバータと、この
   インバータの出力電流指令を発生する手段と、前記イン
   バータの出力電流を検出する手段と、前記同一車両を駆
   動する複数の誘導電動機の回転周波数をそれぞれ検出す
   る手段と、これら回転周波数検出値の時間変化率をそれ
   ぞれ演算して、それぞれが上限値を越えないように制限
   し、これら回転周波数時間変化率の演算値を平均した値
   に所定値を加えて基準周波数時間変化率指令を発生する
   手段と、前記インバータで制御されている誘導電動機の
   空転量／滑走量を検出する手段と、前記出力電流の検出
   値が前記電流指令を上回るときのこの偏差及び前記空転
   量／滑走量の検出値に応じて前記基準周波数時間変化率
   指令を調整して、周波数時間変化率指令を発生する手段
   と、この周波数時間変化率指令に基づいて前記インバー
   タの出力周波数指令を発生する手段と、該出力周波数指
   令により前記インバータを制御する手段とを備えたこと
   を特徴とする電気車の制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記出力電流の検出値
   が前記電流指令を下回る時間が所定時間より大きくなっ
   たとき、このときの前記出力電流の検出値に基づいて前
   記電流指令を変更する再粘着手段とを備えたことを特徴
   とする電気車の制御装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記基準周波数時間変
   化率指令発生手段は、前記回転周波数時間変化率の演算
   値が前記上限値に達したことにより、前記同一車両を駆
   動する複数の誘導電動機の空転／滑走している数をカウ
   ントするカウンタと、このカウント数に基づいて前記基
   準周波数時間変化率指令を減少させる手段を有すること
   を特徴とする電気車の制御装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記空転量／滑走量を
   検出する手段は、前記インバータで制御される誘導電動
   機が１個の場合には、その回転周波数の検出値と前記同
   一車両を駆動する複数の誘導電動機の回転周波数の検出
   値の中から選択されたものとを比較、前記インバータで
   制御される誘導電動機が複数の場合には、それらの回転
   周波数の検出値の中から選択されたものと、前記同一車
   両を駆動する複数の誘導電動機の回転周波数の検出値の
   中から選択されたものとを比較することにより検出する
   ものである電気車の制御装置。
5. 【請求項５】請求項２において、前記再粘着手段は、前
   記変更された電流指令を、前記出力電流の検出値が前記
   変更後の電流指令を上回る時間が所定時間より大きくな
   ったとき、変更前に緩やかに戻す手段を有する電気車の
   制御装置。
6. 【請求項６】同一車両を駆動する複数の誘導電動機をイ
   ンバータにより制御する電気車の制御方法において、前
   記同一車両を駆動する複数の誘導電動機の回転周波数を
   それぞれ検出し、これら回転周波数検出値の時間変化率
   をそれぞれ演算して、それぞれが上限値を越えないよう
   に制限し、これら回転周波数時間変化率の演算値を平均
   した値に所定値を加えて基準周波数時間変化率指令を生
   成し、前記インバータで制御されている誘導電動機の空
   転／滑走を検出した際にはその空転量／滑走量の検出値
   と前記インバータの出力電流の検出値とその指令値との
   偏差に応じて前記基準周波数時間変化率指令を調整して
   周波数時間変化率指令を生成し、該周波数時間変化率指
   令に基づいて前記インバータの出力周波数指令を生成
   し、該出力周波数指令により前記インバータを制御する
   ようにしたことを特徴とする電気車の制御方法。
7. 【請求項７】請求項６において、前記基準周波数時間変
   化率指令は、前記回転周波数時間変化率の演算値が前記
   上限値に達したことにより、前記同一車両を駆動する複
   数の誘導電動機が空転／滑走していることに基づいて前
   記基準周波数時間変化率指令を減少させるようにしたこ
   とを特徴とする電気車の制御方法。