JPS5924636B2

JPS5924636B2 - 誘導電動機の制御方法

Info

Publication number: JPS5924636B2
Application number: JP2481478A
Authority: JP
Inventors: 一幸大出
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1984-06-11
Also published as: JPS54116620A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、１台のインバータで複数台の誘導電動機を
駆動する誘導電動機の制御方法に関するものである。

従来、電気車両の駆動用としては主に直流電動機が用い
られていたが、最近、半導体素子の急速な発展につれて
比較的軽量、小形で安定したインバータの製作が可能と
なり、整流子を必要としない保守の簡単な誘導電動機と
インバータの組み合わせによる電気車両の推進方式が出
現しつつある。

また、上記誘導電動機の速度制御方法としては、５極
数変換法、２次抵抗制御法など種々あるが、電気車両の
場合には、電気車両が力行期間中は絶えず誘導電動機の
回転数より数Πｚ高い周波数を、ブレーキ期間中は誘導
電動機の回転数より数Ｈ２低い周波数の電圧を誘導電動
機に印加するすベリ周波１０数制御法が制御性能、制御
効率において優れているので多く用いられている。とこ
ろで従来、第１図および第２図に示すように１台のイン
バータ１で複数台の誘導電動機２〜５に電源を供給し、
駆動する場合、１台の誘導電１５動機（第１図では誘導
電動機２、第２図では誘導電動機２または３）のみの回
転数を速度センサ２１で検出してすベリ周波数を制御し
、全誘導電動機２〜５を駆動していた。

なお、第１図は誘導電動機２〜５をインバータ１に並列
接続した場合２０を、また、第２図は誘導電動機２、３
および４、５をそれぞれ直列接続してインバータ１に並
列接続した場合を示す。しかしながらこのような制御方
法では次のような欠点があつた。

すなわち、電気車両走行中に速２５度センサ２１を有す
る誘導電動機２が空転すると、インバータ１の出力周波
数は（誘導電動機回転数＋すベリ周波数）を発生するよ
うになつているので、必要以上に高い周波数の電圧を発
生する。この結果、空転した誘導電動機２は負荷が軒く
なる３０ので益々増速して空転が助長され、遂には空転
が止まらず、また、空転していない誘導電動機３〜５に
も高いすベリ周波数の電圧が印加されるので粘着を越え
た回転力が発生し、空転を続発させることになる。反対
に、上記誘導電動機２が滑走し３５た場合には、空転の
場合と逆の現象となる。すなわち、ブレーキ期間中、イ
ンバータ１の出力周波数は（誘導電動機回転数−すベリ
周波数）を発生するようになつているので必要以上に低
い周波数電圧を発生する。この結果、滑走した誘導電動
機２のブレーキカは益々大きくなつて滑走が止まらなく
なり、また、滑走していない誘導電動機３〜５にも低い
すべり周波数の電圧が印加されるのでブレーキカが増大
する。このブレーキカが車輪の粘着によつて決まる許容
範囲を越えると滑走を続発するという欠点があつた。こ
の発明は上記のような欠点を除去するためになされたも
ので、誘導電動機の空転、滑走を有効に防止することが
できる誘導電動機の制御方法を提供することを目的とす
る。

以下第３図ないし第６図を参照してこの発明の実施例を
説明する。

第３図はこの発明による誘導電動機の制御方法を電気車
両に適用した回路の一例を示すプロツク図、第４図は同
じく他の例を示すプロツク図で、前者は各誘導電動機を
インバータに並列接続した場合を、また、第４図は誘導
電動機を直列接続したものをインバータに並列接続した
場合を示したものである。これら第３図および第４図に
おいて、１は可変周波数、可変電圧の３相インバータ、
２〜５は電気車両の車輪を駆動する３相誘導電動機、２
１〜５１は上記車輪あるいは誘導電動機２〜５の速度（
回転数）センサ、６は速度（回転数）の平均値計算器
７は速度微分計算器である。すなわちこの発明は、１台
のインバータ１で複数台の誘導電動機２〜５を駆動する
場合において、少なくとも２台以上、ここでは全ての誘
導電動機２〜５の速度（回転数）を検出し、その平均値
によつてインバータ１の発生周波数、電圧を制御し、再
粘着特性を改善して空転、滑走を防止するものである。

また、速度微分計算器７を設けることにより、複数、例
えば全ての誘導電動機２〜５が空転あるいは滑走した際
、速度微分計算器７によつて短かい時間単位における速
度変動を検出し、正常の加減速度を越える場合にはすベ
リ周波数、従つて加速力、減速力を減小または零として
空転、滑走を止めるようにしたものである。以下この発
明の詳細について述べる。

すなわち、電気車両の駆動用に誘導電動機２〜５を使用
してすべり周波数制御を行うには、起動および加速期間
中は誘導電動機２〜５の回転数より絶えず数Ｈｚ高い周
波数（すべり周波数）の電圧を印加して誘ノ導電動機２
〜５に回転力を発生させる必要がある。

誘導電動機２〜５の回転力は、回転子電流とエアギヤツ
プの磁束との積によつて決まる。すなわち、Ｔ：誘導
電動機の発生トルク、 ΦＡＧ：エアギヤツプの磁束ＩＲ：回転子電流、Ｖａ：固定子電圧ｆ：固
定子周波数、Ｆｓ：すべり周波数とした場合、Ｔ（
Ｘ（１）ＡＧ−１Ｒ・・・・・・（１）となり、またΦ
ＡＧ，ＩＲはそれぞれＩＲ（Ｘ（１）ＡＧ−Ｆｓ・・・
・・・（３）であり、（２）式を（３）式に代入すると
、となり、（２）式、（４）式を（１）式に代入すると
、２りとなる。

すなわち、この（５）式から分かるように、誘導電動機
２〜５の回転力はすベリ周波数Ｆｓを可変することによ
り制御できる。ここで、いま、４極の誘導電動機２〜５
の回転数が９００ｒｐｍ（同期周波数３０Ｈｚ）で印加
電圧の周波数が３５Ｈｚ１すなわち５Ｈｚのすベリ周波
数でバランス運転している場合に、従来方法では、速度
センサ２１が付設された誘導電動機２が空転して１２０
０ｒｐＴＢに速度上昇したと仮定すると、同期１乙υ１
Ｗ周波数ｆωは１２００＝？からｆω＝４０ＨｚとＡな
り、これに５Ｈｚのすべり周波数が加えられるのでｆ−
４５Ｈｚとなつてインバータ１の出力周波数は４５Ｈｚ
に泡止昇する。

その結果、空転していない誘導電動機３〜５のすベリ周
波数は５Ｈｚから１５Ｈｚとなるので３倍のトルクを発
生することになり、空転、過電流等を惹起する。一方、
この発明方法によると、上述従来方法の場合と同一条件
において、平均値計算器６の出力１ＺＵＵｆ９ＵＵｆ９
ＵＵｆ′９ＵＵ回転数は９
７５ｒｐｍと１２０ｆωなり、同期周波数ｆωは９７５
−？からｆω一３２．５Ｚとなり、これに５Ｈｚのすべ
り周波数が加えられるので、インバータ１の出力周波数
ｆは３２．５Ｈｚ＋５Ｈｚ＝３７．５Ｈｚとなる。

従つて周波数の異常上昇値は従来方法の１／４の２．５
Ｈｚ（同様にして誘導電動機が８台ある場合には１／８
の１．２５Ｈｚ）に抑えられるものである。ここで、誘
導電動機２〜５の速度は普通、電源の周波数ｆで決まる
同期速度以上にはならず、従つて上述空転誘導電動機２
の速度１２００ｒｐｍと平均値計算器６の出力電源指令
周波数３２．５Ｈｚ（誘導電動機速度換算９７５ｒｐり
との間に差がでてくる。

そこで、第５図を参照して図示実施例回路の動作を以下
に詳述する。すなわち第５図において、電気車両速度が
バランスして誘導電動機２〜５が一定すべり周波数で運
転している時の同期速度は線Ａ、電源周波数は線Ｂで示
され、一定である。また、速度センサ２１が付設された
誘導電動機２が空転したときの速度変化は線Ｃ、平均値
計算器６によつて制御されるインバータ１の発生する出
力周波数（誘導電動機電源周波数）は線Ｄ、空転してい
ない誘導電動機３〜５の速度上昇特性は線Ｅで示される
。この第５図から分かるように、空転した誘導電動機２
の速度特性曲線Ｃは電源周波数の特性曲線Ｄを越えるこ
とはなく、両曲線Ｃ，Ｄの交叉するＰ点で空転している
誘導電動機２は、Ｆｓが上記（５）式から零となるので
トルクも零となつて空転は止まり、再粘着して急速に空
転前の速度に回復する。

従つて空転した誘導電動機２の速度上昇限度を低く抑え
ることができると共に、他の誘導電動機３〜５が空転に
進展する余地は非常に少ない。なお、上記Ｐ点は（平均
値計算器６の出力周波数＋すベリ周波数）＝（空転した
誘導電動機２の同期周波数）であり、上述実施例の場合
には９００ｒｐｍで運転中、１台の誘導電動機２が空転
した場合であるから約９５０ｒｐｍとなる。また、複数
、例えば全部の誘導電動機２〜５が空転した場合は、従
来方法と同一結果となつてしまうので、速度微分検出器
７を設け、これにより空転を検出してすべり周波数を減
小させ誘導電動機２〜５のトルクを減小させれば全誘導
電動機２〜５の空転を防止することができる。

第６図はこのような機能を有する回路の一例を示す要部
プロツク図で、図中１はインバータ、６は平均値計算器
、７は速度微分検出器である。

また、１１および１２はインバータ１の周波数発生回路
を構成する同期周波数発生器およびすべり周波数発生器
、１３は速度微分検出器７によつて切換操作されるスイ
ツチである。なお、上述実施例では誘導電動機の空転の
場合について述べたが、滑走の場合についても上述とは
逆の動作によつて防止することができる。

また、上述実施例では、この発明を電気車両の駆動に適
用した場合について述べたが、これのみに限らず、１台
のインバータで複数台の誘導電動機を制御するものであ
れば、その用途は任意である。以上述べたようにこの発
明によれば、誘導電動機の空転、滑走を有効に防止する
ことができる。

特に、この発明を電気車両の駆動に適用した場合におい
て、電気車両の車輪径が摩耗によつて不均一になつた際
、誘導電動機の速度もそれぞれ車輪径によつて差を生ず
るので結果的に発生トルクにも大小が現われ、空転、滑
走の原因となり、従つて車輪径差を少なくするように車
輪削正をする必要が起こるが、この発明によればこのよ
うな場合に車輪径誤差を比較的大きい値まで許容できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来方法を電気車両の駆
動に適用した回路例を示すプロツク図、第３図はこの発
明による誘導電動機の制御方法を電気車両の駆動に適用
した回路の一例を示すプロツク図、第４図は同じく他の
例を示すプロツク図、第５図は第３図に示した４台の誘
導電動機を有する電気車両がバランス速度で運転中、１
台の誘導電動機が空転した場合のインバータの出力周波
数、誘導電動機の速度の特性図、第６図は第３図および
第４図に示したインバータの周波数発生回路部の一例を
示すプロツク図である。１・・・・・・インバータ、２〜５・・・・・・誘導電
動機、６・・・・・・平均値計算器、７・・・・・・速
度微分検出器、２１〜５１・・・・・・速度（回転数）
センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

１１台のインバータで複数台の誘導電動機を駆動する
誘導電動機の制御方法において、少なくとも２台以上の
誘導電動機の回転数を検出し、その回転数の平均値によ
つてインバータの発生周波数、電圧を制御するようにし
、かつ速度微分検出器により誘導電動機の空転、滑走を
検出し、誘導電動機に与えるすベり周波数を減小または
零にして加速力、減速力を減小または零とするようにし
たことを特徴とする誘導電動機の制御方法。