JPS6057285B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサイリスタインバータにより誘導電動機に給
電し引張力を得る車両駆動方式の電気車制御装置に関す
る。

このようなシステムの構成を第１図に示す。

第１図はサイリスタインバータにより誘導電動機を駆動
し動力を得る車両駆動方式の簡略構成を示す図で、Ｌは
直流架線、ＰＡはパンタグラフ、ＩＮＶはサイリスタイ
ンバータ、ＰｏはサイリスタインバータＩＮＶの交流出
力、Ｍ（Ｍ、、Ｍ２、・・・、Ｍ、）は 誘導電動機、
ＰＧ（ＰＧ、、ＰＧ。、・・・、ＰＧｎ）は誘導電動機
Ｍ（Ｍ、、Ｍｏ、・・・、Ｍｎ）の回転速度を検出する
ためのパルス発信機で、誘導電動機Ｍ（Ｍ、、Ｍ、、・
・・、Ｍｎ）の回転速度に比例した周波数のパルスを発
生する。

ＰＧはタコゼネレータのようなものでもよいが、精度上
の要求かパルス発信機を用いる方が有利であるとされて
いる。 しカルて電気車の制御にあつては、サイリスタ
インバータＩＮＶは単に誘導電機のための可変周波電源
たるにとどまらず、駆動用の誘導電動機が必要とするト
ルクを発生するようにすベリ周波数を制御することが必
要である。 第２図はかかるシステムの概略を示す制御
ブロック図である。

第２図において１はトルク指令であり、トルク指令１の
一分枝は関数発生器２を関して電流指令３に変換され、
またトルク指令１のもう一つの分校は関数発生器２１を
介してすべり周波数指令２２に置換される。関数発生器
２の電流の関数は一般に励磁電流と負荷電流のベクトル
和の絶対値なので非線形性が顕著であるが、関数発生器
２１のすベリ周波数の関数はトルク指令１にほぼ比例し
ている傾向を有する。 さて電流指令３は後述する誘導
電動機８の電流検出器９の出力１０と図示の極性で減算
され、このとき生ずる偏差が電流調整器４で増巾され電
圧指令５を発生する。

６は変調器で、前記電圧指令５ど後述する周波数指令２
４とを混合しサイリスタインバータ７を制御する。サイ
リスタインバー夕７は周波数可変機能の他に１サイクル
内に数回サイリスタをオン・オフさせて出力電圧を制御
する通ＶｆＰＷＭインバータであることが多く、このた
め周波数指令２４はサイリスタインバータ７の基本周波
数信号のみでなく、前記サイリスタのオン・オフ制御を
するための高周波信号をも含む。この点の技術はすべに
公知であるため説明は省略する。８はサイリスタインバ
ータ７により駆動される誘導電動機で、一般に複数個よ
り成る。

１１は誘導電動機８の誘導電動機群の回転速度を検出す
るためのパルス発信機で、その出力信号１２は誘導電動
機８の回転速度に比例する周波数を有するパルス列であ
り、周波数電圧変換器１３により電動機周波数に比例し
た直流電圧信号１４に変換され、すでに述べたすベリ周
波数指令２２ど加算され、その結果生する周波数指令２
２１により電圧制御発振器２３を制御する。

このようなシステムにおける引張力との関係は第３図に
示す車速対引張力特性曲線のようなものであり、実線第
３図１は平担地における始動時の特性を示す。

ただし第３図においてＦ。は始動時の張力、ＶＯは前記
始動時の引張力を発生するすベリ周波数に相当する同期
速度である。ところがもし車両が登り勾配にて停止し再
び発車する場合、もし力行開始前に後退をはじめると第
３図２に示すような特性となることが起りうる。−ＶＲ
を後退速度とすると、前記第２図のシステムでは電動機
回転速度に比例する直流電圧信号１４は回転方向を判別
しないため電圧制御形発振器２３には、始動時の引張力
を発生するすベリ周波数に相当する同期速度■。と後退
速度絶対値ＶＲとの和ＶＯ＋ＶＲに比例する信号が与え
られる。このとき電動機が発生する引張力は、電動機端
子電圧の与え方および電動機そのものの特性にもよるが
、第３図２に示すような場合は発生引張力はＦ。となり
、電．動機最大トルクにおける引張力を越えているので
、勾配が急な場合にはこの傾向がますます助長され、プ
リアウト状態に至る。かかる状態を脱出するには、電動
機速度検出装置に回転方向判別機能を具備させ、第３図
３の特一性にしてやることが必要である。

第３図３の特性は後退速度−ＶＲからみて同期速度はＶ
Ｏ−ＶＲであり、その差はＶ。であるから第３図１の特
性と等価となり平担地と同等の始動引張力を発生する。
本発明はこのような制御が可能な制御装置を提供せんと
するもので、以下本発明を実施例図面にもとづいて説明
する。第４図は本発明の一実施例を示す制御ブロック図
であり、図中第２図と同一部分には同一符号を符してあ
る。

第４図において第２図と同一以外の変更個処について説
明すると、８１は誘導電動機８の回転方向検知器であり
、サイリスモータの分配器と類似なもので第５図に示す
ように切欠を有ノする回転円盤８１１と近接スイッチ等
を用いた位置センサー８１２および８１３より成る。第
５図は切欠が機械角で１８００のものを示し、位置セン
サー８１２および８１３は電気角で９０、の位相ずれが
生ずるようにこの場合は機械角でも９０位ずら・して設
置する。なお回転内盤８１１の切欠は１枚でなく複数枚
でよいが、位置センサーは切欠部角度の１１２の個処に
取付けることを要する。このとき得られる出力信号は第
６図に示すような電圧波形となる。第６図において位置
センサー８１２のａ出力１６ａは位置センサー８１３の
出力１６ｂに対し正転時９０位進んでおり、逆転時は９
００遅れる。１５は前記回転方向検知器８１の出力信号
の処理を行なう論理回路で、第７図にその実施例を示す
。

１３″は論理回路１５の出力１６により出力を制御され
た周波数電圧変換器である。

さて第７図は電動機回転方向の判別する部分と、前記周
波数電圧変換器１３の極性切替をする部分とから成る。

第７図において、破線内３０は矩形波の立ち上がり部で
作動し巾の狭い正論理のパルスを生ずる微分回路であり
、破線内４１は正論理のパルスで反転するＲＳフリップ
フロップ回路である。微分回路３０を構成する３１，３
４は０Ｒ回路、３２はコンデンサ、３３は抵抗器で、入
力の信号１６ｂが立ち上つたときコンデンサ３２の電圧
の追従遅れ時間だけ出力が高レベルになる。また４２お
よび４３はＮＯＲ回路であり、ＲＳフリップフロップと
して公知である。いま例えば電動機が正転のとき、９０
知の位相で信号１６ｂが立上がるが、このとき信号１６
ａは高レベルであるから微分回路３０の出力信号３５の
出力パルスはＡＮＤ回路３８を通つて、その出力４０に
よりフリップフロップ回路Ｓ端子をトリガしＲＳフリッ
プフロップ回路４１の出力４４を高レベルにする。この
状態は正転である限りくり返し行われ、出力４４は高レ
ベルに保たれる。もちろん反対端子の出力４５は低レベ
ルである。また逆転時には２７００の位相で信号１６ｂ
が立ち上るので、信号１６ａの否定回路３６を介して微
分回路３０の出力信号３５の出力パルスはＡＮＤ回路３
７を通つてその出力３９をフリップフロップ回路Ｒ端子
に支え、ＲＳフリップフロップ４１をリセットし出力４
５を高レベルにする。すでに述べたように上り勾配起動
等において、何らかの原因で力行の開始が遅れて車両が
逆行した場合、一度非常停止を行なつた後に起動をやり
直すことにするならば、第７図においてこれまでに説明
した部分のみで充分である。

すなわちＲＳフリップフロップ回路の出力４５にて非常
停止がかかるようなシーケンスを用意すればよい。さら
に進めて第３図３の特性を実現するためには、次のよう
にすればよい。第７図においてパルス発信機１１の出力
信号１２はすでに第２図で説明したように、パルス発信
機１１から供給される電動機回転速度に比例する周波数
パルス信号で、周波数変換器１３により電動機周波数に
比例した直流電圧信号１４に変換される。４６は利得１
の正負反転増巾器である。

４７および４８は双方向性アナログスイッチで、前記Ｒ
Ｓフリップフロップ４１の出力４４および４５で制御さ
れる。

例えは双方向性アナログスイッチ４８は出力信号４４が
高レベルのとき、すなわち正転のとき直流電圧信号１４
の入力を通過させるが、双方向性アナログスイッチ４７
は制御する信号の出力４５が低レベルのため入力信号４
６″をしや断し、合成出力電圧１Ｃは周波数電圧変換器
１３の出力である直流電圧信号１４と同じ極性の電圧を
発生する。また逆転の場合は、双方向性アナログスイッ
チ４７，４８のしや断、通過が逆になり合成出力電圧１
４″は周波数電圧変換器１３の出力の直流電圧信号１４
と逆極性の電圧を発生する。かくの如くして合成出力電
圧１Ｃは、第４図においてすベリ周波数指令２２と加算
され、その結果生ずる周波数指令２２１が電圧制御形発
振器２３″に加えられる。

電圧制御形発振器２３″は周波数指令２２１の極性変化
により、相回転が反転した三相信号を発生するもので、
第８図にブロック図の１例を示す。第８図において入力
信号の周波数指令２２１は絶対値回路２３１と正負判別
器２３６とに加えられ、絶対値回路２３１を通つた入力
信号（周波数指令）２２１は電圧制御形発振器２３２を
駆動し入力信号２２１が正でも負でも絶対値が同じ場合
には同一周波数にて発振する。

この発振周波数は２つの３相リングカウンタ２３３Ａお
よび２３３Ｂに与えられ、それぞれ１２００位相のずれ
た３相矩形波信号２３３ａおよび２３３ｂを発生する。
ここで３相矩形波信号２３３ａは正方向、３相矩形波信
号２３３ｂは逆方向の相回転を有するようにしておき、
正負判別器２３６の出力およびその否定回路２３７の出
力と組み合わせて、それぞれ，ＡＮＤ回路２３４Ａおよ
び２３４Ｂに加え、その出力を０Ｒ回路２３５で結合す
ることにより、入力信号２２１の大きさに比例した周波
数をもち、入力信号２２１の極性に応じた３相矩形波出
力信号２４を得る。このようにすることにより、第３図
の横軸上の車速がいかなる場合にも平担地における通常
の起動と同等な引張力を発生するこができ、車両はなめ
らかな起動、加速を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサイリスタインバータにより誘導電動機を駆動
し動力を得る車両駆動方式の簡略構成図、第２図は第１
図の制御ブロックを示す図、第３図は第１図方式の車速
対引張力特性曲線図、第４図は本発明の一実施例を示す
制御ブロック図、第５図は第４図の回転方向検知器の具
体例を示す図、第６図は第５図の出力信号波形を示す図
、第７図は回転方向検知器の出力信号を処理し回転方向
に応じた極性を有する速度信号を得るための回路例を示
す図、第８図は相回転切替可能な発振器の構成例を示す
図である。 ■■，７・・・サイリスタインバータ、Ｍ，８・・・誘
導電動機、８１・・・回転方向検知器、ＰＧ，ｌｌ・・
・パルス発振器、２，２１・・・関数発生器、４・・・
電流調整器、６・・・変調器、９・・・電流検出器、１
３，１３″・・・周波数電圧変換器、１５・・・論理回
路、２３，２３″，２３２・・・電圧制御形発振器、３
０・・・微分回路、３６，２３７・・・否定回路、３７
，３８，２３４Ａ，２３４Ｂ・・・ＡＮＤ回路、４６・
・・正負反転増巾器、４７，４８・・・双方向性アナロ
グスイッチ、２３１・・・絶対値回路、２３３Ａ，２３
３Ｂ・・・３相リングカウンタ、２３５，３１，３４・
・・Ａ判別器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ サイリスタインバータにより誘導電動機に給電し引
   張力を得る電気車駆動方式において、前記誘導電動機回
   転速度検出用としてパルス発信機と、該パルス発信機の
   出力パルス周波数に比例する直流電圧を発生する周波数
   電圧変換器と、該直流電圧と電動機すべり周波数指令と
   加算した電圧に比例した周波数を発生する電圧制御形発
   振器と、該発振器の出力周波数により前記サイリスタイ
   ンバータ周波数を決める分周回路と、前記誘導電動機の
   回転方向検知器と、該回転方向検知器出力により前記周
   波数電圧変換器出力電圧の極性を切替える極性切替回路
   と、前記電圧制御形発信器入力電圧の極性反転時に作動
   する絶対値回路およびインバータ相回転切替回路とを少
   くとも備え、車両が予定の進行方向に対して後退した場
   合でも予定進行方向に所定の引張力を発生し得るように
   して成ることを特徴とした電気車制御装置。