JPS59175303A - 電気車制御方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、可変電圧可変周波数イン・ぐ−夕によ多制御
される誘導電動機で、駆動される電気車において、この
動輪がレールとの間で空転又は滑走が生じたときの電気
車制御方法に関する〇〔発明の技術的背景〕 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２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）にょ多制御される誘導電動
機が用いられている。従来、この種の誘導電動機の回転
周波数ＦＲを制御するＫは以下のようにしていた。すな
わち、第１図に示すように、１台のＶＶＶＦインバータ
で４台の誘導電動機を制御する場合、各電動機の回転周
波数ＦＲ７、ＦＲ２、ＦＲ３及びＦＲ４の中から電気車
が力行の時は最小値検知信号１、回生の時は最大値検知
信号２を、１＃の力行、′０＃の回生判別信号４によっ
てスイッチ３を交互に切替えることによシ選択するよう
にしていた。

つまり電気車がカ行運転時（以下単にカ行時と称す）に
、電気車の各電動機のうち最／Ｊ％回転数のものをＦＲ
として選択するということは、電気車の動輪がレールと
の間で空転が生じたとき１軸でも粘着を保っていれば、
この粘着軸の電動機の回転数が最小となるため最／Ｊ’
１回転数を制御入力とするということである。又、電気
車が回生制動時（以下回生時と称す）電気車の動輪がレ
ールとの間で滑走が生じた場合は逆に、粘着軸の回転数
が他のものよシ高くなるので、最大回転数のものを選択
することになる。■へ′Ｆインバータが出力電圧Ｖ対出
力周波数Ｆの比Ｖ／Ｆ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ＩＰ、定数をＫと
すると、トルクＴはＴ＝Ｋ（Ｖ／Ｆ）・ＩＰで与えられ
るから、トルクＴｌｄ電流ＩＰに比例していることがわ
かる。いま第２図に示すように誘導電動機が限流値ＩＰ
＝ＩＰＪで運転中の点にて動輪が空転し始めると同時釦
、限流値５を下げてゆき、トルクを減らしている。そし
て、ｂ点にて空転が終了し、再粘着の検知子をした後に
、限流値５を空転を開始する直前の値、ｒｐ＝ｒｐｉに
滑らかにもどし、トルク値を復帰させるようにしでいる
。

このように限流値を制御するだめの制御フローが第３図
のようになる。

いま、インバータを起動すると、基本限流値指令１１は
スイッチ１３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１４からスイッチ１７を通り限
流値指令１８となる。

この状態で運転中に空転を起こして空転検知信号１２が
ｌ”になると、スイッチ１３及びスイッチ１７が′１“
の方に切替り、限流値指令１８はサンプリングホールド
回路１５を通して、減算器４４Ｖｃおいてｌサンノリン
グタイム毎に限流値減少値１６ずっ引かれていく。また
、遅れ要素１４ＶＣも限流値指令Ｊ８の値が入っていく
ので、空転が終了し、再粘着が確認されるとスイッチ１
３及びスイッチ１７は０＃の方にもどシ、減少した限流
値指令１８は遅れ要素１４の為、ゆるやかに基本限流値
指令１ノー（もどっていく。

〔背景技術の問題点〕

以上述べたように、カ行時は複数の誘導電動機のうち最
小の回転数のものを、回生時は最大の回転数のものを制
御用の信号として使用している。このため、もし、路線
条件が悪くて電気車の動輪がレールと１、の間に全軸空
転あるいは全軸滑走を起こした場合π〜は、基準となる
回転周波数信号が得られなくなるとともに軽負荷となる
ため、系が不安定になってしまう恐れがある。

従って、限流値指令１８、即ち、すべり周波数を下げて
いってトルクを下げるという方法は全軸空転時には使え
なかった。また、例えば１軸のみの空転が終了してもす
ぐに限流値が復帰してしまうので、路線条件が局所的に
悪くなっているような場合には再空転を起こす可能性が
強かった。

以上述べたことは空転時の場合であるが、滑走時の場合
においても全く同様の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は系の安定度を保ちながら、全車輪のトル
クを下げて再粘着し易くでき、局所的に路線条件が悪く
ても再空転又は再滑走しにくく、また全体的に路線条件
が悪し一１場合でも空転又は滑走をくシ返しにくくなる
電気車制御方法を提供することＫある。

〔発明の概要〕

本発明は、可変電圧変周波数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、力行中に空転あ
るいは回生中に滑走した場合において、上記空転あるい
は滑走を検知すると同時に上記誘導電動機の限流値を徐
々に下げ始め、そのまま全軸空転あるいは全軸滑走に致
った場合には、これらを検知した時点よ多、上記限流値
を一定に保ち、この限流値を一定に保つ時点で上記イン
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き、−軸でも再粘着を検知する
と、そこからは上記Ｖ／Ｆの値を上記全軸空転あるいは
全軸滑走を開始する直前の値に徐々に復帰させるととも
に、上記全軸空転あるいは全軸滑走期間中に一定に保っ
ていた限流値を引き続き下げ始め、空転あるいは滑走が
完全に終了したことを検知した時点から一定期間上記限
流値を一定に保ち、その後、空転あるいは滑走を始める
直前の値に１以下の値を掛けた値に徐々に復帰させる制
御を上記インバータが起動してから停止するまでを１周
期として行なわせる電気車制御方法である。

〔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が、はじ
めに限流値制御圧ついて説明する。

第４図において、起動指令２ｏが“１＃となってインバ
ータが起動すると、スイッチ２ノの０”側に入っていた
起動時限流値倍率２２がスイッチ２ノがｂ サンプリングホールド回路２４を通して１０倍率を保持
する。基本限流値指令１１の値は、掛算器２５、スイッ
チ１３、遅れ要素１４を通し、さらに、スイッチ１７を
通して限流値指令１８となっている。

この状態で運転中に空転を起こして空転検知信号ノ２が
ｌ”になると、スイッチノ３およびスイッチ１７が“１
＃の方に切替わシ、また全軸空転検知信号２６が°゛０
＃になると、論理否定回路２７の出力がパ１”となシ、
論理積回路２８の出力が１＃となシ、スイッチ２９は１
“の方に切替わるため、限流値指令１８の値はサンプリ
ングホールド回路１５を通して、１サンプリングタイム
毎に限流値減少値１６ずつ引かれていく。空転検知信号
１２が１＃になると同時にシングルショット回路３０に
よって１パルスの波形が出て、スイッチ２３は１サンプ
ルタイム分だけ“′ｌ″の方に切替わシ、また“０＃に
もどる。

これによシ、インバータ起動以来スイッチ２ノースイツ
チ２３−サンプリングホールド回路２４−スイッチ２ノ
の閉ループで保持していた１０倍率値に掛算器３ノにょ
シ定常限流値減少率３２を掛けた値が新たに上記閉ルー
プによって保持されることになる。

そして空転が終了して再粘着が確認されると、全軸空転
検知信号２６、空転検知信号１２はともに０”になシ、
論理否定回路２７は１となるが、論理積回路２８の出力
は０＃となシ、スイッチ２９はＯ″の方に切替る。スイ
ッチ２９は０″に切替ったことにょシゼロ指令３３はス
イッチ２９を介して減算器４４に与えられ、限流値指令
１８は一定となる空転検知信号１２が０″になると、オ
フディレィ回路３４の出力は遅れ時間３５の後に′θ″
にもどって、スイッチ１３及びスイッチ１７がｂ した限流値指令１８は遅れ要素１４の為、掛算器２５に
よって基本限流値指令１１の値に空転後の倍率を掛けた
値にゆるやかにもどっていくことＫなる。

この状態において、再度空転した場合には、定常限流値
がさらに定常限流値減少率３２倍した値に設定されるこ
とになシ、空転する度に定常限流値が下がっていく。

次にＶ／Ｆ値制御方法について第５図を参照して説明す
る。

すなわち、通常時はインバータ出力周波数３６と架線電
圧３７とから、インバータ出力電圧演算回路３８によっ
て計算された電圧指令値はスイッチ３９を通シ（全軸空
転検知信号２６はｌ”となっていないので０″の方にあ
る）変化率リミッタ４０によって急激な電圧変化が抑え
られて、スイッチ４ノを通シインバータ出力電圧指令４
２となる。

空軸が発生し、そのまま全軸空転に到ると、全軸空転検
知信号２６が１”となり、スイッチ３９及びスイッチ４
１はパ１”の方に切替わる。

これにより、インバータ出力電圧指令４２はサー ンプリングホールド回路４３を通して、ヌサンノリング
タイム毎に電圧値減少係数４５にインバータ出力周波数
３６を掛算器４６によシ掛は合わせた値ずつ引かれてい
く。全軸空転検知信号２６が１＃になっている間は、第
４図の論理積回路２８の出力は”０”とな９、スイッチ
２９は“０″の方にもどるため、限流値指令１８は一定
に保たれている。

全軸空転の状態から１軸でも再粘着すると、通常の空転
と同じになって論理積回路２８の出力は１＃となるため
、スイッチ１３．１７は１″の方になることから限流値
指令１８は再び減少していくが゛、イン・ぐ−タ出力電
圧指令４２は全軸空転検知信号２６が０″にもどって、
スイッチ３９及びスイ、ッチ４ノが′ｂ ことによシ、減少したイン・々−タ出力電圧指令４２は
変化率リミッタ４０によシ制限を受けながら、インバー
タ出力電圧演算回路３８の出力値に徐々にもどっていく
。

この一連の動作はインパークの起動指令２７が′１”に
なって起動してから０”になって停止するまでの周期で
全軸空転時性なわれる。

以上の説明は電気車が力行中に全軸空転した場合につい
てであるが、回生制動時に全軸滑走した場合についても
全く同じことが言える。

第６図は前述した全軸空転時における限流値ＩＰ５の変
化及びＶ／Ｆ値６の変化の状態を示している。

インバータが起動した後、第７図の時刻ｔ！において１
軸が空転し始めると、誘導電動機のトルクが減少するた
め限流値Ｉ　Ｐ　、５は徐々に減少し始めるが、路線条
件が悪い場合には空転が拡大し、他の車輪も次々に空転
を開始し、全軸が空転してしまう可能性がある。

時刻ｔ２において全軸空転が始まると、限流値ＩＰ５は
一定に保たれ、それと同時に、これまで一定を保ってい
たＶ／Ｆ値６はある・一定の割合で徐々に減少し始める
。

全軸空転中（時刻ｔ２とｔ３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において全軸空
転終了後のすペシ周波数が極端に低くならないように、
また、トルク減少の方法を限流値ＩＰ５かＶ／Ｆ値６の
どちらか１つを制御することにより、できるだけ安定度
を保つことができる。

第７図は誘導電動機をＶＶＶＦインバータで動かす場合
の簡易等価回路図を示すもので、５０はフィルタコンデ
ンサ、５ノはＶＶＦ変換部、５２゜５３．５４はそれぞ
れ銹導電動機界磁成分銹導電動機等価インダクタンス、
誘導電動機２次側抵抗分である。

このような構成のものにおいてトルクは誘導電動機界磁
成分５２に流れる電流と誘導電動機２次側抵抗分５４に
流れる電流との積で決まるから、トルクを減らすには上
記２者のいずれか一方、あるいは両方を下げてやる必要
がある。

通常の空転時には、ｖＺＦ値６を一定にすること罠よシ
、誘導電動機界磁成分５２を一定に保ち、誘導電動機２
次側抵抗分６４の値Ｒ／Ｓのすべ５Ｓを小さくしてＲ／
Ｓ値を大きくすることによシ、流れる電流を小さくして
トルクを減らしているが、全軸空転の場合はＶ／Ｆ仙６
を下げる制御を追加するため、誘導電動機界磁成分５２
に流れる電流も小さくなり、トルクが下がる。

この場合、空転車輪の実すべ、ＩｓがＯに近くなると不
安定系になるおそれがあるので、インパーク周波数Ｆの
変化率リミットを限流値減少率などとのからみで適当な
値に選定する必要がある。

ＶｌＦ値６が減少して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６は徐々に元の値にもど
していくが、限流値ＩＰ５は１軸でも空軸している間は
減少を続ける。そして、全連輪の再粘着が確認されると
限流値ＩＰ５は空転開始直前以下の値にゆるやかにもど
っていく。

以上述べた説明は全軸空転についてではあるが、全軸滑
走についても同じことが言える。

以上述べた本発明の実施例によればｖｖＶＦインパーク
による誘導電動機駆動の電気車がカ行中に空転あるいは
回生中に滑走した状態を検知し、そのまま全軸空転に到
ると、空転時減衰させていた限流値を一定値に保ち、Ｖ
／Ｆ値を下げるようにしているので、系の安定度を保ち
なからＳ全車輪のトルクを下げ再粘着し易くすることが
できる。また、−軸でも再粘着すると通常の空転あるい
は滑走の時と同じく、限流値のみ下げる制御に移行して
いくが、空転の終了を検知すると、その時の限流値を一
定期間保つようにしたので、局所的に路線が悪い場合で
も再空転あるいは再滑走しにくくすることができる。

さらに、再粘着検知から一定期間たってから、限流値を
空転あるいは滑走を開始する以前の値以下の値に徐々に
もどしていき、定常トルクを下げるようにしたので、全
体的に路線条件が悪くなっているような場合においても
空転あるいは滑走を繰り返しにくくすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、系の安定度を保ちながら全車輪のトル
クを下げて再粘着し易くてき１、局所的に路線条件が悪
くても再空転又は再滑走しに＜＜、また全体的に路線条
件が悪くても空転又は滑走を〈シ返しにくくなり、従っ
て電気車が安定に走行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図は本発明の制御対象である電気車駆動用誘導電動
機の運転状態を検出するための制御回路、第２図および
第３図は従来の電気車制御方法の一例を説明するための
時間と電動機電流の関係を示す図およびブロック図、第
４図および第５図は本発明による電気車制御方法の一実
施例を説明するだめの限流値指令制御回路図およびＶ／
Ｆ制御回路図、第６図は同実施例における時間と限流値
、あるいは時間とＶ／Ｆ値との関係を示す図、第７図は
本発明方法を説明するためのＶＶＶＦインバータと誘導
電動機の簡易等価回路図である。 １・・・最小値検知信号２・・・最大値検知信号、３・
・・スイッチ、４・・・力行、回生判別信号、５・・・
限流値ＩＰ、６・・・Ｖ／Ｆ値、１１・・・基本限流値
指令、１２・・・空転検知、１３，１７，２１，２３，
３９．４１・・・スイッチ、１４・・・遅れ要素、１５
，２４．４３・・・サンプリングホールド回路、１６・
・・限流値減少値、１８・・・限流値指令、２０・・・
起動指令、２２　：・・・起動時限流値倍率、２５．３
１　、４６・・・掛算器、２６・・・全軸空転検知信号
、２７・・・論理否定回路、２８・・・論理積回路、３
０・・・シングルショット回路、３２・・・定常限流値
倍率、３３・・・ゼロ指令、３４・・・オフディレィ、
３５・・・遅れ時間、３６・・・インバータ出力周波数
、３７・・・架線電圧、３８・・・インバータ出力電圧
演算回路、４０・・・変化率リミッタ、４２・・・イン
バータ出力電圧指令、４４・・・減算器、４５・・・電
圧値減少係数、５０・・・フィルタコンデンサ、５１・
・・Ｖ’ＶＶＦ変換器部、５２・・・誘導電動機界磁成
分、５３・・・誘４電動機等価インダクタンス、５４・
・・誘導電動機２次側抵抗分。 第１図 第２図 □時間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、この駆動力によシ、動輪がレール上を走
   行可能な電気車において、前記動輪が前記レール面上で
   力行中に空転あるいは回生中に滑走した状態を検知する
   と同時に前記誘導電動機の限流値を徐々に下げ始め、そ
   のまま全軸空転あるいは全軸滑走に致った場合には、こ
   れらを検知した時点より、上記限流値を一定に保ち、こ
   の限流値を一定に保つ時点で上記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
   していき、−軸でも再粘着を検知すると、そこからは上
   記Ｖ／Ｆの値を上記全軸空転あるいは全軸滑走を開始す
   る直前の値に徐々に復帰させるとともに、上記全軸空転
   あるいは全軸滑走期間中に一定に保っていた限流値を引
   き続き下げ始め、空転あるいは滑走が完全に終了したこ
   とを検知した時点から一定期間上記限流値を一定に保ち
   その後、空転あるいは滑走を始める直前の値に１以下の
   値を掛けた値に徐々に復層させる制御を上記インバータ
   が起動してから停止するまでを１周期として行なわせる
   ことを特徴とする電気車制御方法０