JPH11299012A - 直流電気車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流電気車のブレーキ時に直流架線電圧が上
昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に
制御し、回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値
を制御し、フィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくし回
生ブレーキを有効に活用する。 【解決手段】 フィルタコンデンサ電圧基準値と実際の
フィルタコンデンサ電圧との偏差を比例演算器２２と一
次遅れ回路２３を通した値をトルク指令値の絞り込み量
として、第一のトルク指令値から減算することによって
第二のトルク指令値を得るようにし、比例演算器２２の
ゲインをフィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ
電圧の変化率に基づき設定するとともに一次遅れ回路２
３の時定数をフィルタコンデンサ電圧の変化率とフィル
タコンデンサ電圧の偏差に基づき設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流電気車のブ
レーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコン
デンサ電圧を振動させずに安定に制御し、また回生負荷
の変動に対して応答よくトルク指令値を制御できる直流
電気車の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な電気鉄道システムの例として
は、例えば、特開平９−２３５０６号公報に記載された
ものがある。以下その内容を転記する。図９は上記公報
に記載された従来の電気鉄道システムの例を示す。同図
に示すように、従来の電気鉄道システムは交流電源を変
電所１において、変圧器１ａで降圧した後に、ダイオー
ド整流器１ｂで整流して直流架線２００用の電源として
いる。車両では直流電源を直流架線２００からパンタグ
ラフ２によって受電し、駆動用制御装置４００および補
助電源７へ給電する。駆動用制御装置４００はパンタグ
ラフ２から受電した直流電源を、フィルタ回路５００を
介して電力変換装置５に入力する。電力変換装置５で
は、運転士からの指令などに応じたトルクが電動機６
１、６２、６３、６４で発生するよう電力の変換を行
う。

【０００３】このような鉄道システムの場合、変電所１
のダイオード整流器１ｂでは車両から交流電源への電力
回生ができないため、駆動用制御装置４００が回生運転
するとき、回生電力を吸収するものは他の力行車３００
や自車の補助電源装置７または他車３００の補助電源装
置３００ｂだけである。このため、同一き電内に他の力
行車３００がいない場合には、駆動用制御装置４００が
発生する全回生電力を補助電源装置７で吸収しきれなく
なり、直流架線電圧が上昇する。

【０００４】以下、ブレーキ動作時の制御について説明
する。各電動機６１〜６４につながる速度検出器９１〜
９４の出力を基準回転速度演算回路１５に入力し、電動
機の基準回転速度検出値ωｒを演算する。ブレーキ中に
は、基準回転速度演算回路１５は各電動機６１〜６４の
基準回転速度ω１、ω２、ω３、ω４を用い、次式によ
る演算を行って基準回転速度検出値ωｒを求めている。

【０００５】 ωｒ＝ＭＡＸ（ω１、ω２、ω３、ω４） ・・・（１）

【０００６】トルク指令発生回路１８では、運転士から
の運転指令に応じたブレーキ力指令と基準回転速度検出
値ωｒから、電動機６１〜６４のトルク指令を発生し、
トルク制限回路１９を介して電動機制御回路１６に入力
する。電動機制御回路１６では、電動機６１〜６４のト
ルク指令、フィルタコンデンサ電圧と電動機基準回転速
度検出値ωｒから、電動機６１〜６４に指令されたトル
クが発生するように電力変換装置５にスイッチングパル
スを発生する。

【０００７】従来、回生負荷がなくなり直流架線電圧が
上昇したときの対策としては、以下のようなことを実施
している。すなわち、直流架線電圧が上昇したことを、
パンタグラフ２と直流リアクトル３を介してつながるフ
ィルタコンデンサ４の電圧を検出器１０で読み取って検
出する。検出されたフィルタコンデンサ電圧ＶＣをトル
ク制限値演算回路１１に入力する。トルク制限値演算回
路１１では図１０に示すように、フィルタコンデンサ電
圧が過電圧を抑制するレベルＶ０に至ったら、フィルタ
コンデンサ電圧ＶＣに合わせて一律にトルクを絞るトル
ク制限値を演算してトルク制限回路１９に入力する。ト
ルク制限回路１９はトルク指令発生回路１８が指令した
トルク指令をトルク制限値にしたがって絞ることによ
り、回生電力を絞ってフィルタコンデンサ電圧の上昇を
抑制し、直流架線電圧（ＶＰ）の上昇を抑制している。

【０００８】つまり、図１０は従来方式のフィルタコン
デンサ電圧と電動機トルクとの関係を示しており、図９
のトルク制限値演算回路１１で用いる調節器としては比
例調節器の動作をとる。そして、フィルタコンデンサ電
圧の上昇を抑制するための電動機トルク指令絞り込み開
始電圧Ｖ０と、直流架線２００につながる電気機器を過
電圧から保護するための最大の電圧ＶＭＡＸが図１０の
ように決ると、上記比例調節器の比例ゲインＫは次の
（２）式のように決定される。

【０００９】 Ｋ＝Ｔ１００％／（ＶＭＡＸーＶ０） ・・・（２）

【００１０】図１１は、図９のトルク制限値演算回路１
１の具体例を示す構成図である。ここでは、フィルタコ
ンデンサ電圧（実際値）ＶＣを入力してフィルタコンデ
ンサ電圧目標値ＶＣ＊との差を演算し、その結果を掛算
器によってゲインＫを掛けたものをトルク制限値演算回
路１１の出力ＴＣとして、図９のトルク制限回路１９に
入力するようにしている。なお、掛算器の代わりに比例
調節器を用いることができるのはもちろんである。

【００１１】フィルタコンデンサ電圧目標値をＶＣ＊と
すると、トルク制限値演算回路１１は次の（３）式の演
算をしてトルク制限値ＴＣを出力することになる。

【００１２】 ＴＣ＝Ｋ×｛ＶＣ＊ーＶＣ｝ ・・・（３）

【００１３】なお、回生電力を絞るために図９ではトル
クを絞るようにしているが、トルク制限値演算回路１１
の代わりに電動機６１〜６４のトルク電流または電動機
６１〜６４の電流を絞る回路を用いてトルクを絞る場合
もある。

【００１４】そして、図９の駆動用制御装置４００に指
令されたトルク指令Ｔが、フィルタコンデンサ電圧を制
限するためのトルクＴＣより小さいときは指令値をその
まま出力し、トルク指令Ｔが制限トルクＴＣ以上になっ
たときは、トルクを制限トルクＴＣにリミットすること
で、回生負荷がなくなって直流架線電圧が上昇したとき
のみにトルクに制限が掛かることになる。よって、電動
機６１〜６４に指令するためのトルクＴＭは、トルク制
限回路１９で次式（４）の演算を行うことによって求め
られる。

【００１５】 ＴＭ＝ＭＩＮ（Ｔ，ＴＣ） ・・・（４）

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来のブレーキ制御
は、（３）式のようにフィルタコンデンサ電圧の偏差に
比例ゲインＫを掛けた値にトルク指令値を制限するよう
になっている。この場合、回生を有効に働かせるために
比例ゲインＫを大きな値に設定すると、制御系が不安定
になりやすくトルク振動が発生する場合があり乗り心地
が悪くなるという問題があった。

【００１７】一方、回生負荷が急に減少した場合には、
素早くトルク指令を絞り直流架線電圧の上昇を抑制する
必要があるので制御ゲインを大きく設定したいが、前記
の問題があるため、あまり大きな設定はできない。従っ
て、回生負荷が急に減少した場合、フィルタコンデンサ
電圧が過電圧になり回生失効に至り電気ブレーキを有効
に活用できないという問題があった。

【００１８】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、ブレーキ動作時に直流架線電
圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに
安定に制御し、しかも回生負荷の変動に対して応答よく
トルク指令値を制御してフィルタコンデンサ電圧の過電
圧をなくすことで回生ブレーキを有効に活用できる直流
電気車の制御装置を得ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る直
流電気車の制御装置は、直流リアクトルとフィルタコン
デンサを含み、整流出力を平滑して直流電力を出力する
フィルタ回路と、この直流電力を入力し、、各電動機の
基準回転速度に基づいて演算したトルク指令値に応じた
トルクが電動機に発生するように電力を変換する電力変
換器と、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値
とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差に所定のゲ
インを乗算してトルク絞り込み量を演算するトルク絞り
込み量演算手段と、フィルタコンデンサ電圧の実際値が
急激に変化したか、あるいは前記偏差が大きいかを判定
する判定手段と、前記トルク絞り込み量演算手段で演算
されたトルク絞り込み量を変化させる変化速度を前記の
判定手段による判定結果に基づいて調整する調整手段
と、前記調整手段で調整されたトルク絞り込み量の変化
速度でトルク指令を変化させながら電動機制御手段を通
して前記電力変換器に出力させるトルク指令出力手段と
を備えたものである。

【００２０】請求項２の発明の直流電気車の制御装置に
おいて、調整手段はフィルタコンデンサ電圧の実際値の
変化の度合いおよびフィルタコンデンサ電圧の偏差の大
きさに応じて時定数を変化させる遅れ回路とし、変化が
急激な場合あるいは偏差が大きい場合は時定数を小さく
してトルク指令値を素早く絞り込み、変化が緩やかかつ
偏差が小さい場合は時定数を前記より大きくしてトルク
指令値を緩慢に絞り込むようにしたものである。

【００２１】請求項３の発明に係る直流電気車の制御装
置は、フィルタコンデンサ電圧の実際値が上昇中かある
いは下降中かを判断し、下降中であればトルク絞り込み
量演算手段のゲインを一定値に設定するゲイン設定手段
を備えたものである。

【００２２】請求項４の発明に係る直流電気車の制御装
置におけるゲイン設定手段は、フィルタコンデンサ電圧
の実際値と判定手段によるフィルタコンデンサ電圧の実
際値の変化の度合いの判定結果に基づき、フィルタコン
デンサ電圧の実際値が既定の設定値より小さく、かつ前
記変化の度合いが既定の設定値より小さい場合小さい値
にゲインを設定するものである。

【００２３】請求項５の発明の直流電気車の制御装置に
おいて、トルク絞り込み量演算手段は、予め設定したフ
ィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電
圧の実際値との偏差が０以下の場合はその出力を０にす
るようにしたものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、この発明
の実施の形態１による直流電気車の制御装置の構成図で
ある。図中、図９と同一符号は同一または相当部分を示
す。図において、２０Ａは本実施の形態におけるトルク
指令制御回路である。

【００２５】このトルク指令制御回路２０Ａはフィルタ
コンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊、実際のフィルタコンデ
ンサ電圧Ｅｆｃおよびトルク指令発生回路１８から第一
のトルク指令値Ｔｑ＊を入力し、各フィルタコンデンサ
電圧の偏差ΔＥｆｃに応じて絞り込まれた第二のトルク
指令値Ｔｑ＊＊を電動機制御回路１６に出力する。

【００２６】尚、トルク指令発生回路１８は前記(１)式
で説明したように、基準回転速度演算回路１５で演算し
た各電動機６１〜６４の基準回転速度ω１、ω２、ω
３、ω４中の最大値より求めた基準回転速度検出値ωr
に基づき電動機６１〜６４のトルク指令値をトルク指令
値制御回路２０Ａに出力する。

【００２７】図２にトルク指令制御回路２０Ａの具体的
な構成を示す。図において、２１は第一の減算器であ
り、この第一の減算器２１はフィルタコンデンサ電圧基
準値Ｅｆｃ＊と実際のフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの
減算を行いフィルタコンデンサ電圧の偏差ΔＥｆｃを求
める。２２は、フィルタコンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃを
入力し比例ゲインＧを掛けた値ΔＴｑを出力する比例演
算器、２３はΔＴｑを入力しトルク絞り込み量ΔＴｑｆ
を出力する時定数Ｔｓの一次遅れ回路、２４は第一のト
ルク指令値Ｔｑ＊からトルク絞り込み量ΔＴｑｆを減算
してトルク制限された第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊を出
力する第二の減算器、２５はフィルタコンデンサ電圧Ｅ
ｆｃを１サンプル時間遅らせたフィルタコンデンサ電圧
Ｅｆｃ（ー１）を出力する遅延回路、２６はフィルタコ
ンデンサ電圧ＥｆｃからＥｆｃ（ー１）を減算し１サン
プル時間に変化するフィルタコンデンサ電圧ｄＥｆｃを
出力する第三の減算器、２７はΔＥｆｃとｄＥｆｃを入
力してそれらの値に基づき一次遅れ回路２３の時定数Ｔ
ｓを変更する時定数設定器である。

【００２８】なお、第一の減算器２１、比例演算器２２
によりトルク絞り込み量演算手段を、遅延回路２５、第
三の減算器２６により判定手段を、時定数設定器２７に
より調整手段を、一次遅れ回路２３、第二の減算器２４
でトルク指令出力手段を構成する。

【００２９】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。回生負荷が十分ありフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃ
がフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊より小さい状
態では、第一の減算器２１で演算される各フィルタコン
デンサ電圧偏差ΔＥｆｃは負の値になる。比例演算器２
２は、図２に示したように入力が負では出力ΔＴｑをゼ
ロとする。すなわち、（５）式の入出力関係を有す。

【００３０】 ΔＴｑ＝０．０ ΔＥｆｃ≦０．０ ・・・（５） Ｇ×ΔＥｆｃ ΔＥｆｃ＞０．０

【００３１】従って、この状態ではトルク絞り込み量Δ
Ｔｑｆもゼロとなりトルク制限は行われない。回生負荷
が急に減少するとフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃは急激
に増加しはじめ、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ
＊を越える。すると、比例演算器２２の出力ΔＴｑはゼ
ロより大きい値となる。

【００３２】また、遅延回路２５と第三の減算器２６に
より１制御周期（サンプル時間）に変化したフィルタコ
ンデンサ電圧ｄＥｆｃが得られる。遅延回路２５と第三
の減算器２６は、（６）式を演算していることになる。

【００３３】 ｄＥｆｃ＝現サンプル時点のフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃ１ −１サンプル前のフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃ（−１） ・・・・・・（６）

【００３４】ｄＥｆｃは、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆ
ｃの変化率に相当する量であり、この値からフィルタコ
ンデンサ電圧Ｅｆｃの変化の速さが分かる。すなわち、
ｄＥｆｃが大きい時には、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆ
ｃの変化が速いので、素早くトルクを絞り込む必要があ
る。

【００３５】逆にｄＥｆｃが小さい時には、フィルタコ
ンデンサ電圧Ｅｆｃの変化はゆるやかなので、トルクの
絞り込みも遅くてよい。

【００３６】また、ΔＥｆｃはフィルタコンデンサ電圧
基準値Ｅｆｃ＊との偏差であり、この値が大きい時に
は、Ｅｆｃ＊を大きく超えているので、素早くトルクを
絞り込む必要がある。逆に、ΔＥｆｃが小さい時にはＥ
ｆｃ＊を少ししか超えていないので、トルクの絞り込み
も遅くて良い。

【００３７】そこで、時定数設定器２７ではｄＥｆｃと
ΔＥｆｃに基づき一次遅れ回路２３の時定数Ｔｓを図３
に示す論理で変更し、トルク絞り込み量ΔＴｑｆの変化
速度を調整する。

【００３８】具体的には、図６のフィルタコンデンサ電
圧Ｅｆｃと時定数Ｔｓとの関係で示すように、フィルタ
コンデンサ電圧Ｅｆｃの変化の速さを示すｄＥｆｃの値
が、設定値ｄＥｆｃ１より大きい時、あるいはフィルタ
コンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃが設定値ΔＥｆｃ１より大
きい時には、素早くトルクを絞りこむ必要があるので時
定数Ｔｓに小さい値Ｔｓ１を設定する。それ以外の場合
は、ゆっくりトルクを絞っても良いので時定数Ｔｓには
Ｔｓ１よりも大きい値Ｔｓ２を設定する。

【００３９】このようにすると、一次遅れ回路２３の出
力であるトルク絞り込み量ΔＴｑｆは、フィルタコンデ
ンサ電圧Ｅｆｃが急激に上昇する時にはｄＥｆｃ＞ｄＥ
ｆｃ１の状態になり、あるいはフィルタコンデンサ電圧
Ｅｆｃが基準電圧Ｅｆｃ＊を大きく超えている時にはΔ
Ｅｆｃ＞ΔＥｆｃ１の状態になり時定数はＴｓ１に設定
されるので速く増加し、第一のトルク指令値Ｔｑ＊から
トルク絞り込み量ΔＴｑｆを第二の減算器２４で減算し
て得られる第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊は急速に減少し
て、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの上昇が押さえられ
る。

【００４０】すなわち、この発明によれば、回生負荷が
急に減少してもフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃは過電圧
に至ることなく回生ブレーキを有効に活用できる。

【００４１】また、通常はフィルタコンデンサ電圧Ｅｆ
ｃの変化はゆるやかであり、また、フィルタコンデンサ
の偏差も小さいので時定数ＴｓにはＴｓ２が設定されて
おり、トルク絞り込み量ΔＴｑｆはゆっくり変化するの
で、第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊の変化もゆるやかにな
りトルク指令が振動して乗り心地が悪化することもな
い。

【００４２】前記のように、この発明は比例演算器２２
のゲインを大きな値に設定する代わりに一次遅れ回路２
３の時定数を調整するようにしたものであり、回生負荷
急変時にも回生ブレーキを有効に活用でき、回生負荷が
ゆるやかに変化するときでも乗り心地を悪化させること
がなくなる。

【００４３】実施の形態２．次に本発明の実施の形態２
によるトルク指令制御回路２０Ｂの構成を図４に示す。
この構成は、実施の形態１に係るトルク指令制御回路２
０Ａ（図２）の構成にゲイン設定器（ゲイン設定手段）
２８を付け加えたものである。回生負荷の状態によって
は、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃが、フィルタコンデ
ンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊の付近でバランスすることがあ
る。

【００４４】実施の形態１のように比例演算器２２のゲ
インが回生負荷急変時の設定と同じ値であると、第二の
トルク指令値Ｔｑ＊＊が振動する場合がある。

【００４５】すなわち、実施の形態２はフィルタコンデ
ンサ電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ
＊＊の付近でバランスしたとき第二のトルク指令値Ｔｑ
＊＊の振動を抑制することを目的としている。

【００４６】図４において、ゲイン設定器２８以外の構
成および動作は実施の形態１と同様である。ゲイン設定
器２８は、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃとフィルタコ
ンデンサ電圧の変化率に相当するｄＥｆｃを入力し、図
５に示した論理で比例演算器２２のゲインＧを変更す
る。

【００４７】具体的には、ゲイン設定器２８ではフィル
タコンデンサ電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧設定
値Ｅｆｃ０より小さく、かつｄＥｆｃが設定値ｄＥｆｃ
０より小さい時には、ゲインＧに小さい値Ｇ０を設定
し、それ以外の場合にはゲインＧにＧ０より大きいＧ１
を設定する。このように設定することにより、比例演算
器２２の入力ΔＥｆｃが同じ値でもトルクの絞り込み量
を調整することができる。

【００４８】フィルタコンデンサ電圧ＥｆｃとゲインＧ
および時定数Ｔｓの関係を図６に示す。フィルタコンデ
ンサ電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ
＊の付近にあることをフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの
設定値Ｅｆｃ０より判断している。

【００４９】しかし、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃが
Ｅｆｃ０よりも小さい領域で常にゲインをＧ０に設定す
るとフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃが急激に増加してい
るときでもＥｆｃ０よりフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃ
が小さければゲインはＧ０に設定されてしまう。

【００５０】これでは、時定数ＴｓをＴｓ１に設定して
もフィルタコンデンサ電圧の上昇を押さえることはでき
なくなってしまう。そこで、フィルタコンデンサ電圧Ｅ
ｆｃの変化率に着目してｄＥｆｃによって、フィルタコ
ンデンサ電圧が上昇中か下降中かを判断し下降中、すな
わちｄＥｆｃがｄＥｆｃ０よりも小さいときにゲインを
Ｇ０に設定するようにしている。このようにすると平均
的にゲインを下げることができる。

【００５１】このように実施の形態２によれば、フィル
タコンデンサ電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧基準
値Ｅｆｃ＊付近でバランスする場合、比例演算器２２の
ゲインを平均的に減少させることができ、第二のトルク
指令値Ｔｑ＊＊の振動を抑制することができるととも
に、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃが急激に増加する場
合も実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【００５２】実施の形態３．実施の形態１、２は、電力
変換装置５で４個の電動機６１〜６４を駆動するシステ
ムに適用した場合の説明であったが、図７に示すように
電力変換装置５で２個の電動機６１、６２を駆動するシ
ステムにも同様に適用できる。この場合、基準回転速度
検出値ωｒは（７）式で求まる。

【００５３】 ωｒ＝ＭＡＸ（ω１、ω２） ・・・（７）

【００５４】即ち、トルク指令発生回路１８は前記(１)
式で説明したように、基準回転速度演算回路１５で演算
した各電動機６１、６２の基準回転速度ω１、ω２中の
最大値より求めた基準回転速度検出値ωrに基づき電動
機６１、６２のトルク指令値をトルク指令値制御回路２
０に出力する。この場合も、実施の形態１、２と同様の
効果を得ることができる。

【００５５】実施の形態４．実施の形態１、２は、電力
変換装置５で４個の電動機６１〜６４を駆動するシステ
ムに適用した場合の説明であったが、図８に示すように
電力変換装置５で１個の電動機６１を駆動するシステム
にも同様に適用できる。この場合、基準回転速度検出値
ωｒは（８）式で求まる。

【００５６】 ωｒ＝ω１ ・・・（７）

【００５７】この場合も、実施の形態１、２と同様の効
果を得ることができる。

【００５８】実施の形態５．上記各実施の形態では、ト
ルク指令制御回路２０で第一のトルク指令値Ｔｑ＊を入
力しフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの動きに合わせて制
御された第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊を出力するものと
したが、電動機の制御によってはトルク指令値の代わり
にトルク電流指令値や電流指令値を用いる場合がある。
これらの場合にも、トルクをトルク電流または電流と置
き換えることで同様の構成で実現でき、同様の効果が得
られる。

【００５９】実施の形態６．上記実施の形態１、３で
は、基準回転速度検出値ωｒは複数の電動機６１〜６４
を駆動する場合にはそれらの基準回転速度ω１、ω２、
ω３、ω４の内の最大値としているが、最大値の代わり
に平均値を用いる場合にも同様に適用可能であり、同様
の効果が得られる。

【００６０】なお、この発明のトルク指令値制御回路２
０は、マイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセ
ッサなどで実現されることを前提としているため、制御
演算は所定の制御周期で実施されるいわゆるサンプル値
制御になる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、直流リアクト
ルとフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直
流電力を出力するフィルタ回路と、この直流電力を入力
し、各電動機の基準回転速度に基づいて演算したトルク
指令値に応じたトルクが電動機に発生するように電力を
変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコンデン
サ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との
偏差に所定ゲインを乗算してトルク絞り込み量を演算す
るトルク絞り込み量演算手段と、フィルタコンデンサ電
圧の実際値が急激に変化したか、あるいは前記偏差が大
きいかを判定する判定手段と、前記トルク絞り込み量演
算手段で演算されたトルク絞り込み量を変化させる変化
速度を前記判定手段による判定結果に基づいて調整する
調整手段と、前記調整手段で調整されたトルク絞り込み
量の変化速度でトルク指令を変化させながら電動機制御
手段を通して前記電力変換器に出力させるトルク指令出
力手段とを備えたので、フィルタコンデンサ電圧の過電
圧をなくし回生ブレーキを有効に活用できるという効果
がある。

【００６２】請求項２の発明によれば、調整手段はフィ
ルタコンデンサ電圧の実際値の変化の度合い、およびフ
ィルタコンデンサ電圧の偏差の大きさに応じて時定数を
変化させる遅れ回路とし、変化が急激な場合、あるいは
偏差が大きい場合は時定数を小さくしてトルク指令値を
素早く絞り込み、変化が緩やか、かつ偏差が小さい場合
は時定数を前記より大きくしてトルク指令値を緩慢に絞
り込むようにしたので、回生負荷急変時にも回生ブレー
キを有効に活用でき、回生負荷が緩やかに変化する時に
は乗り心地を悪化させることが無いという効果がある。

【００６３】請求項３の発明によれば、フィルタコンデ
ンサ電圧の実際値が上昇中かあるいは下降中かを判断
し、下降中であればトルク絞り込み量演算手段のゲイン
を一定値に設定するゲイン設定手段を備えたので、フィ
ルタコンデンサ電圧が急激に増加する場合でもフィルタ
コンデンサ電圧の過電圧をなくし回生ブレーキを有効に
活用できるという効果がある。

【００６４】請求項４の発明によれば、ゲイン設定手段
は、フィルタコンデンサ電圧の実際値と判定手段による
フィルタコンデンサ電圧の実際値の変化の度合いの判定
結果に基づき、フィルタコンデンサ電圧の実際値が既定
の設定値より小さく、かつ前記変化の度合いが既定の設
定値より小さい場合小さい値にゲインを設定すること
で、請求項１の効果に加えてフィルタコンデンサ電圧が
フィルタコンデンサ電圧基準値付近でバランスする場
合、ゲインを平均的に減少させることができ、かつトル
ク指令値の振動を抑制できるという効果がある。

【００６５】請求項５の発明によれば、トルク絞り込み
量演算手段は、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の
基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差が負
の場合はその出力を０とし、偏差が正に転じたときに所
定の絞り込み量を演算出力するようにしたので、フィル
タコンデンサ電圧の急激な変化に順応したトルク指令値
を出力することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態を示す構成図である。

【図２】 トルク指令値制御回路の第一の具体的な構成
を示す構成図である。

【図３】 時定数設定器の論理を説明するための図であ
る。

【図４】 トルク指令値制御回路の第二の具体的な構成
を示す構成図である。

【図５】 ゲイン設定器の論理を説明するための図であ
る。

【図６】 フィルタコンデンサ電圧と時定数およびゲイ
ンの関係を説明するための図である。

【図７】 この発明を電動機２台を駆動するシステムに
適用した場合の構成図である。

【図８】 この発明を電動機１台を駆動するシステムに
適用した場合の構成図である。

【図９】 従来例を説明するための構成図である。

【図１０】 図９におけるフィルタコンデンサ電圧と電
動機トルクの関係を説明するための図である。

【図１１】 図９で用いられるトルク制限値演算回路例
を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 変電所、３ 直流リアクトル、４ コンデンサ、５
電力変換器、１６電動機制御回路、１８ トルク指令
発生回路、２０Ａ、２０Ｂ トルク指令制御回路、２１
第一の減算回路、２２ 比例演算回路、２３ 一次遅
れ回路、 ２４ 第二の減算回路、２５ 遅延回路、２
６ 第三の減算回路、２７ 時定数設定回路、２８ ゲ
イン設定回路、６１〜６４ 電動機。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流リアクトルとフィルタコンデンサを
   含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ
   回路と、 この直流電力を入力し、各電動機の基準回転速度に基づ
   いて演算したトルク指令値に応じたトルクが電動機に発
   生するように電力変換する電力変換器と、予め設定した
   フィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ
   電圧の実際値との偏差に所定ゲインを乗算してトルク絞
   り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段と、 フィルタコンデンサ電圧の実際値が急激に変化したか、
   あるいは前記偏差が大きいかを判定する判定手段と、 前記トルク絞り込み量演算手段で演算されたトルク絞り
   込み量を変化させる変化速度を前記判定手段による判定
   結果に基づいて調整する調整手段と、 前記トルク指令値を、前記調整手段で調整されたトルク
   絞り込み量の変化速度で変化させながら電動機制御手段
   を通して前記電力変換器に出力させるトルク指令出力手
   段とを備えたことを特徴とする直流電気車の制御装置。
2. 【請求項２】 調整手段はフィルタコンデンサ電圧の実
   際値の変化の度合い、およびフィルタコンデンサ電圧の
   偏差の大きさに応じて時定数を変化させる遅れ回路と
   し、変化が急激な場合、あるいは偏差が大きい場合は時
   定数を小さくしてトルク指令値を素早く絞り込み、変化
   が緩やか、かつ偏差が小さい場合は時定数を前記より大
   きくしてトルク指令値を緩慢に絞り込むことを特徴とす
   る請求項１に記載の直流電気車の制御装置。
3. 【請求項３】 フィルタコンデンサ電圧の実際値が上昇
   中かあるいは下降中かを判断し、下降中であればトルク
   絞り込み量演算手段のゲインを一定値に設定するゲイン
   設定手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に
   記載の直流電気車の制御装置。
4. 【請求項４】 ゲイン設定手段は、フィルタコンデンサ
   電圧の実際値と判定手段によるフィルタコンデンサ電圧
   の実際値の変化の度合いの判定結果に基づき、フィルタ
   コンデンサ電圧の実際値が既定の設定値より小さく、か
   つ前記変化の度合いが既定の設定値より小さい場合小さ
   い値にゲインを設定することを特徴とする請求項３に記
   載の直流電気車の制御装置。
5. 【請求項５】 トルク絞り込み量演算手段は、予め設定
   したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデ
   ンサ電圧の実際値との偏差が負の場合はその出力を０と
   し、偏差が正に転じたときに所定の絞り込み量を演算出
   力するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかに記載の直流電気車の制御装置。