JPS58195401A - 誘導電動機駆動形電気車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インバータなどの可変周波数、可変電圧の交
流電力変換器を用い、誘導電動機を推進用電動機として
用いるようにした電気車の制御装置に関する。

電車、電気機関車などの推進用モータとしては従来から
直流直巻電動機が一般に使用されていた。

しかしながら、近年、一定周波数、一定電圧の交流電源
から可変周波数、可変電圧の交流電力を容易に得ること
ができるインバータ、サイクロコンバータなどの交流電
力変換器が半導体化されるにつれ、誘導電動機（以下、
ＩＭという）を推進用モータとする交流電気車が広く用
いられるようになってきた。

ところで、周知のように、ＩＭが発生するトルクの値は
、通常の動作範囲内にあることを前提とし九場合、すベ
ル周波数にほぼ比例している。そこで、■Ｍのトルクを
制御するためには、そのすベル周波数を制御してやれば
よいが、ＩＭを用いいた電気車では、そのトルク特性を
直流直巻電動機、特にチ冒ツバ制御によるそれのトルク
特性に倉わせ圧制御が請求されるので、ＩＭの端子電圧
に対する周波数の比を一定に保つ九ま壕そのすベル周波
数が所定値に保たれるような制御を行なうのが一般的で
ある。

そこで、このようなＩＭ駆動方式の電気拳における制御
装置の一例を第１図に示す。

図において、１は車両推進用のＩＭ、２はインバータ、
サイクロコンバータなどの交流電力変換器（以下、イン
バータという）、３は速度検出器、４は電流検出器、５
はインバータ制御装置、６は電気単の制御器、５１社速
度値号演算回路、５２はすベり周波数演算回路、５３は
加算器、５４は電圧信号演算回路である。

ＩＭｌはインバータ２から供給される可変胸波数、可変
電圧の多相交流電力により所定の回転速度で所定のトル
クを発生し、車両を推進させる。

そして、このときの車両の速度は速度検出器３で検出さ
れ、ＩＭＩにより発生しているトルクは電流検出器４に
よシ検出されている電機子電流値によって取込まれるよ
うになっている。

インバータ２は制御装置５から入力される周波数信号と
電圧信号Ｖｉによって動作し、信号ｆｉで決まる周波数
Ｆｉ（これをインバータ周波数という）を有し、信号Ｖ
ｌで決まる電圧Ｖｉ（これをインバータ電圧という）の
多相交流電力を発生する働きをする。

速度信号演算回路５１はパルス形タコメータなどからな
る速度検出器３からの速度パルスＳｐを入力とし、その
ときの車両の速＆に対応したＩＭＩの速度周波数信号ｆ
ｐを演算して発生する動きをする。

すベり周波数演算回路５２は制御器６から与えられる指
令信号に基き、これに電流検出器４からの電機子電流値
データと速度信号演算回路５１からの速度周波数信号ｆ
ｐによる演算を施こしてすべり周波数信号ｆｓを発生す
る動きをする。

加算器５３は速度周波数信号ｆｐにすベり周波数信号ｆ
ｓを加算してインバータ周波数信号ｆｌを発生する働き
をする。

電圧信号演算回路５４はインバータ周波数信号ｆ１を入
力として所定の演算を行ない、この信号ｆｉに対して所
定の関数関係をもったインバータ電圧信号ｖ１を発生す
る働きをする。

従って、この制御装置においては、ＩＭＩの実際の回転
速度を嵌わす速度周波数信号ｆｐに対して所定のトルク
管発生するのに心壁なすべり周波数信号ｆｓが加算され
た周波数Ｆｉの交流電力がＩＭＩに供給されることにな
シ、制御器６からの指令信号によって定まる所定のトル
クをＩＭＩが常に発生するような制御が祷られることに
なる。

ところで、この上うなＩＭ駆動形電気車の制御装置にお
いては、ＩＭがすべ多周波数に対して大きなトルクの傾
斜特性をもっているため、速度周波数信号ｆｐの検出徊
度が憩いとトルク制御に必賛な指度が祷られず、電気車
の運転特性に大幅な差が生じてしまう上、ＩＭとして定
格すべり周波数の大きなものを使用しないと安定な制御
が行なえなくなってしまう良め、効率を犠牲にしなけれ
ばならなくなってしまうという間聴点があった。

そこで、このような制御装置においては速度信号演算回
路５１を用い、速度検出器３かもの信号ＳＯの演算によ
り正確な速度周波数信号ｆｐを得るようにしてあり、こ
れを第２図によって説明すると、５２１は速度検出器３
からのパルスＳｐを一定時間内で計数するカウンタ、５
２２Ｕ減算器、５２３は減算器５２２の出力を一定時間
４Ｔごとに検算する横算器、５２４は積算器５２３の出
力をｌ／Ｎ　Ｋするｌ／Ｎ係数器である。そして、減算
器５２２轄カウンタ５２１の出力からｌ／Ｎ係数器５２
４の出力を減算する働きをする。

いま、カウンタ５２１の出力を０１＆算器５２３の出力
をΣとすると、 とあらわれるから、 である。そして、これから明らかなように、ΣはＣの一
次遅れの値となり、Ｃの値に変化がなければ、 Ｘ＝Ｎ・Ｃ となり、Ｃの値をＮ倍したものがΣとして現われる。

また、このときの一次遅れ時定数は△Ｔ・Ｎとなる。

従って、△Ｔ・Ｎの時間内での平均的なパルス数がＮ・
Ｃであるとして検出され、これが速度側波数信号ｆｐと
して得られることになり、速度検出精度が大幅に改善さ
れるので、ＩＭのトルク制御を充分正確に行なうことが
できる上、この装置によれば、ノイズの影響を受けるこ
とが少ないため電気車の制御用に広く用いられていた。

しかしながら、このような装置においては、精度を上げ
るためには上記したＮの値を大きくしなければならない
が、そうすると遅れ時定数△Ｔ・Ｎも大きくなる。

このため、上記した従来の装置では、車両の速度がほぼ
一定のときには充分な精度の速度検出が行なえ、正確な
トルク制御を行なうことができるものの、加速時や減速
時、など車両の速度が変化しているときには上記した遅
れ時定数のため、第３図に示すように実際の速度に対し
て常に遅れた速度検出しか得られず、α・Ｎ・△Ｔの検
出誤差を生じてトルク制御を正確に行なうことができな
くなってしまうという欠点があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、車両
の運転状態にかかわらず常に高精度で速度の検出が可能
で、充分正確なトルク制御が行なえるようにしたＩＭ駆
動形電気車の制御装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、車両の加速度を表
わすデータを検出し、これによシ検出されている速度デ
ータの補正を行なうことによシ単両の加速、減速による
速度データの誤差を補償するようにした点を％黴とする
。

以下、本発明によるＩＭ駆動形電気車の制御１装置の実
施例を図面について脱明する。

第４図は本発明の一実施例を示したもので、図において
、５１１は加速度信号検出回路、５１２は加算器であ多
、そのＢｉｔ第１図の従来例と岡じである。

つまり、この実施例においては、加速度信号検出回路５
１により速度周波数信号ｆｐから加速度信号ｆｐが検出
され、加算器５１２により速度周波数数信号ｆｐに加速
度信号ｆ′ｐを加算して補正速度周波数信号ｆｐｃを得
るようにし、この信号ｆｐｃに対してすべり周波数信号
ｆｓを加算してインバータ周波数信号ｆｉ管得るように
なっている。

そして、このとき、加速度信号検出回路５１１で検出さ
れる加速度信号ｆ′ｐが第３図のα・Ｎ・△Ｔに等しく
なるようにすれば、加速時にも常に正確な速度データが
得られることに々る。

そこで、この加速度信号検出回路５１１の一実施例を第
５図に示す。この第５図において、５２５はＮ−ＪＴの
遅延を与える遅延回路、５２６は減算器である１、こう
して、或る時間における信号ｆｐとそれよりＮ・△Ｔだ
け前の信号ｆｐ（Ｎ・ΔＴ）との差を堆ってやれば、出
力にはα・Ｎ・△Ｔの信号が得られ、この４６号が加速
度信号ｆ′ｐとして加算器５３に供給されることになり
、遅れ時間による誤差が補償された補正速度周波数信号
ｆｐｃが得ら！することが判る。

従って、この実施例によれば、速涙信号演算回路５１に
おけるＮの値を充分に大きくしても加速時での誤差が大
きくなる虞れがないから、常に高精度の速度検出信号が
得られ、定格すベり周波数が小さなＩＭを用いても充分
に正確なトルク制御を行なうことができる。

なお、減速時には、第３図における実速度と検定速度と
が入れ替るから、このときにも同じようなえる。

ところで、このような制御装置としては、コンピュータ
を用いたものも知られている。

そして、そのような装置では、速度信号演算回路５１と
して第６図に示すようなコンピュータ制御によるものが
採用されている。

第６図において、７０はコンピュータ、７２はＦ／Ｄ（
周波数・ディジタル変換器）、７４は周波数演算部、７
６はタイマである。

速度検出器３（第４図）からのパルスＳｐはＦ／Ｄ７２
に供給され、コンピュータ７０の中に設けられているタ
イマ７６で設定した一定時間ごとにテイジタル量に変換
されてからコンピュータ７０に取り込まれ、周波数演算
部７４で積算処理して所定の時間にわたって平均化する
ことにょシ高い精度の速度周ｍｅ備号ｆｐが得られるよ
うになっている。

その丸め、このようなコンピュータによる制御Ｗ＆電に
おいても、車両の速度が変化しているときには、遅れ時
間による速度周波数信号ｔｐの誤差が大きくなってトル
ク制御を正確に行なうことができなくなってし壕う。

本発明は、このような場合にも適用可能で、以下、この
ようなコンピュータ制御によるＩＭ駆動形電気車の制御
装置の一実施例について説明する。

第６図において、パルスＳｐはタイマ７６で設定された
所定のタイミングごとにサンプリングされ、ディジタル
データｆとななってコンピュータ７０に順次取込まれ、
メモリに書込まれてから一定のサンプリング数ずつ積算
されている。

そこで、いま、単一が一定の加速度で加速運転されてい
る場合、コンピュータ７０のメモリに資込壜れているデ
ータｆの状態を示すと第７図のようになっている。そし
て、周波数演算がサンプリング２０回の積算によシ行な
われているものとすれば、或るサンプリング時間ｔ１・
における演算結果Ｆ１’９は Ｆ１’９＝ｆ０＋ｆ１＋・・・＋ｆ１８＋ｆ１９となる
。

一方、このときの実際の車両速度に対応する周波数Ｆ１
９ａｌｌは、 Ｆ１９＝ｆ１９Ｘ２０ となり、Ｆ１９≠Ｆ１’９となってしまう。

つまり、上記したように、加速時には遅れ時間によシ実
際の速度に対して演算結果が誤差を生じてしまう。

これを１第８図に示す。この図は積算結果と実際の速度
に対応した値との関係を示したもので、これから明らか
名用に、サンプリング時間ｔ＿１９（図にはあらわれて
いない）からｔ０までの積算結果は、Ｆ：、ｔ０〜ｔ１
９までの結果はＦ１９であるが、実際の速度に対応した
周波数はいずれもそれより大きく、サンプリング時間ｔ
１９ではＦ１９となっている。

そして、この時間ｔ１９における実際の周波数Ｆ１９は
それより１回後の積算結果Ｆ２’９に等しくなっている
ことが判る。

そこで、このサンプリング時間ｔ１９における積算結来
１’９とｔ２９における結果Ｆ２’９との差ＤＦ１９を
求め、これを結果Ｆ１’９に加えれは実際の速度に対応
した周波数Ｆ１’９を求める仁とができる訳であるが、
この結果Ｆ２’９はまだこの時点では得られていないか
ら、この壕までは補正は不可能である。

しかしながら、この第８図から明らかなように、この差
ＤＦ１９の値はサンプリング時間ｔ１における結果Ｆ；
と時間１９における結果Ｆ１：の１／２になっているこ
とが判る。

そこで、この差ＤＦ１９は として求めることができ、実際の車速に対応した周波数
Ｆ１９をそれまでに得られている演算結果から求めるた
めには、 の演算を行なえばよい。

そこで、この演算をコンピュータ７０のプログラムによ
シ周波数演算部７４で行なわせれば、第６鮪の速度周波
数信号ｔｐの代ルに補正周波数信号ｆｐｃを直に得るこ
とができる。

第９図はこのコンピュータ７０のプログラムによる演算
処理の一実施例を示すフローチャートで、この処理に入
ると、まず、ステップ１０１でＦ−Ｄ変換値をサンプリ
ング時間毎に娠９込み２０回分積算する。データの出し
入れを行うメモリの智地はＣＯυＮＴの値で決めている
。ステップ１０２で２０回分Ｏ検算値をＦｌｌとし、ス
テップ１０３でＣ０ＵＮＴＯ値を＋１し、ステップ１０
４と１０５でＣ０ＵＮＴが１９以上でリセットする。２
０（ロ）前の積算値をＦ２１とすれば求める周波数Ｆｌ
はステップ１０７４りように Ｆｌ＝Ｆ１１＋Ｔ（Ｆｌｌ−Ｆ２１　）となる。

なお、このステップ１０７におけるｌ／２の計算は、プ
ログラム上で鉱メモリ内容を１ピツト右ヘシフトしてや
ればよい。九ボしこの時１ビツトの１１４差をともなう
ことになる。そこでこの誤差をなくす方法として次の方
法が有効である。すなわち、第８図において、サンプリ
ング時間ｔｐにおける検算結果Ｆ；とサンプリング時間
ｔ１ｅにおける積算Ｆ１；との差ＤＦ、はサンプリング
時間ｔ１９での実際の車両速度Ｆ１９と検算結果Ｆ１；
との差ＤＦ１９と等しいことから、（Ｆ１：−Ｆ；）の
補正をＦ１；に加えれば が得られ、１／２の計算を行なわなくて済むので誤差を
生じない。

これを実行するためには、プログラム上で第９図のステ
ップ１０６と１０７０代りに第１０図に示すようなステ
ップ１０６′と１０７′を設け、１Ｏ同前の検算結果を
Ｆバとして補正された周波数Ｆ１を得るようにすればよ
い。

なお、以上は説明を簡単にするため、加速運転時につい
てだけ示したが、減速運転時にもその壕ま適用が可能で
ある。即ち、減速時には常に積算結果の方が実際の車両
速度より大きくなるので、補正値の減算を行なわなけれ
ばならない。そこで、第９図のステップ１０７における
演算式はＦ１＝Ｆ１１−１／２（Ｆ２１−Ｆ１１）に、
そして第１０図のステップ１０７’における演算式は Ｆ１＝Ｆ１１−（Ｆ’２１−Ｆ１１） にそれぞれ変更する必費があるが、これら整理すれば同
じ演算式なので、プログラム上では加速時も減速時も同
じ演算式で済むからである。

従って、との実験例によっても、速度の検出を高い精度
で行なわせても加速時や減速時に誤差を生じる虞れはな
く、常に正確にトルク制御を行なわせることができる。

次に、上記本発明の実施例による効果について説明する
と、まず、従来の制御装置では速度信号の検出遅れが０
．３秒程度となっているので、電気車の定格速度を例え
は５０Ｋｍ／Ｈ，加減速度の最大値を例えば３Ｋｍ／Ｈ
／Ｓとすれは、速度検出の時差は約１Ｋｍ／Ｈとなり、
ＩＭの回転速度の時差としては２％となる。そこで、こ
の誤差をＩＭのすぺり周置数の３０％以下に収めて良好
な運転特性を得るためには、すべりの定格が７％にもな
っているＩＭを用いざるを得なくなり、効率の低下は著
しいものとなってしまう。

しかしながら、上記実施例によれば、加減速時における
検出誤差が補償されるから、すべり周波数の定格が１〜
２％程度のＩＭを用いても充分に良好な４転籍性を与え
ることかでき、効率の高い電気車とすることができる。

なお、以上の実施例では、演算により速度周波数値号ｆ
ｐから補正用の信号を得るようにしているが、単画の加
速度を検出するセンナを設け、これにより補止用の信号
を得るようにしてもよいことはいうまでもない。

以上説明したように、本発明によれば車両が加減速中で
も常に誤差のない速度の検出が可能なので、従来技術の
欠点を除き、車両の運転特性を充分良好に保ちながら効
率を大いに改善することので寝るＩＭ躯電動電気単の制
御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導電動機駆動形電気車の制御装置の従来例を
示すブロック図、第２図は同じくその速度信号演算回路
の一例を示すブロック図、第３図は動作説明用の特性図
、第４図は本発明の一実施例例を示すブロック図、第５
図はその加速度信号検出回路の一実施例を示すブロック
図、第６図はコンピュータ制御方式による制御装置の説
明図、第７図及び第８図はその動作説明、第９図及び第
１Ｏ図は本発明の他の一実施例における動作を示すフロ
ーチャートである。 １・・・誘導電動機（ＩＭ）、２・・・交流電力変換器
（インバータ）、３・・・速度検出器、４・・・電流検
出器、５・・・インバータ制御装置、６・・・制御器、
５１・・・速度信号演算回路、５２・・・すべり周波数
演算回路、５４・・・電圧信号演算回路、５１１・・・
加速度信号検出回路、５１２・・・加算器、 第１図 第２図 第３図 遣崖 第４図 第５図 弔６図 １１ｎ交【誦１糧拳蕎Ｑ／Ｊ 第８図 一一一−４−“す゛ンフー□ソング１キ聞１：、■ １・１ 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ。交流電力変換器を備え、車両の速度を表わすデータ
   に応じて推進用誘導電動機に供給される交流電力の周波
   数と電圧を変化させることによシ上配置１４電動機のす
   ベル周波数を所定値に制御する方式の誘導電動機躯動形
   電気車の制御装置において、車両の加速度を表わすデー
   タを検出する手段と、この加速度を表わすデータにより
   上記速度を表わすデータを補正する手段とを設け、この
   補正され九本両速度を表わすデータに基づいて上記すベ
   ル周波数の制御を行なうように構成したことを特徴とす
   る誘導電動機駆動形電気車の制御装置。