JPS6096104A - 電気車の回生制動制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明Ｆｉ１台の可変電圧可変周波数インバータで制御
される複数台の誘導電動機により駆動される電気車にお
いて、その動輪とレールとの間で滑走が生じた時の電気
車制御方法に関する。

〔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シミ気車の主電
動機として、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）によシ制御される誘導電動
機が用因られている。従来、この種の誘導電動機の回転
周波数ＦＲを制御するには以下のようにしていた。すな
わち、ｉｆ図に示すように、１台のＶＶＶＦインバータ
で４台の誘導電動機全制御する場合、各電動機の回転周
波数ＦＢＩ　、ＦＲ２、ＦＲ，？及びＦＲＪを最小値検
知回路１および最大値検知回路２にそれぞれ入力してこ
れら回転周波数ＦＲＪ〜ＦＲ４の中から最小値、最大値
を検知し、電気車がカ行の時は判別回路４から出される
カ行判別信号″１”によってスイッチ３を１”側に切替
えて最小値検知回路１よシ最小値検知信号を、１だ回生
の時は判別回路４から出される回生判別信号“０”によ
ってスイッチＪ　’ｉ　”Ｏ”側に切替えて最大値検知
回路會それぞれ選択するようにしていた。、 つまシミ気車がカ行運転時（以下単にカ行時と称す）に
、電気車の各電動機のうち最小回転数のものｉＦＲ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輪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小回転数を
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Ｉ
’ｆＪＩで滑走が生じた場合は逆に、粘着軸の回転数が
他のものより高くなるので、最大回転数のもの全制御入
力すると−うことである。ところで、　ＶＶ’ＶＦイン
バータが出力電圧Ｖ対出力周波数Ｆの比Ｖ／Ｆ’ｉ一定
にするような制御で回生制動動作している場合には、誘
動電動機の電流ｉＩＢ、定数ｉＫとすると、制動トルク
ＴＦｉＴ＝Ｋ（ｖ／Ｆ）・よりで与えられるから、制動
トルクＴは電流ＩＢに比例していることがわかる。いま
第２図に示す時間に対する電動機電流の変化曲線図では
誘導電動機がその電流値５として、ＩＢ＝ＩＢ１で回生
制動中のとき図示ａ点で動輪が滑走し始めると、これと
同時に限流値５を下げてゆき、制動トルクを減らしてｂ
る。そして、図示す点にて滑走が終了し、再粘着の検知
をした後に、限流値５を滑走を開始する直前の値、Ｉ　
Ｂ＝Ｉ　Ｂ　１に滑らかにもどし、トルク値を復帰させ
るようにしている。

このように誘導電動機の限流値を制御するための制御フ
ローを示すと第３図のようになる。

いま、惰行運転時にインバータを起動すると、基本限流
値指令１１はスィッチ１３全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へ入シ、これ
よシスイッチ１７を通って限流値指令１８となる。

この状態で回生制動しているとき滑走を起こすと滑走検
知信号１２が′１＃になることで、スィッチ１３及びス
イッチ１７がＯ”側から′ｂ側の方に切替る。これにニ
ジ限流値指令１８はサンプリングホールド回路１５全通
して、減算器１０に入シ、この減算器１０において限流
値指令１８から１サンシリングタイム毎にあらかじめ定
められた限流値減少値１６ずつ引かれていくので、トル
クＴは徐々に小さくなる。また、このとき遅れ要素１４
にも減算器１０により減算された限流値指令１８の値が
入っていく。やがて滑走が軛了し、再粘着が確認される
とスイッチ１３及びスイヅチ１７は６１″側から′ｂ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ノにもどっ□ていく。

〔背景技術の問題点〕

以上述べたように、回生時は複数台の誘導電動機のうち
、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
レールとの間で全軸滑走を起こした場合には、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、すベシ周波数を下げて
いって制動トルクを下げるという方法は全軸滑走時には
使えなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は全軸滑走時に制御系の安定度金保ちなが
ら、全亜輪の制動トルクを下げて滑走重輪を再粘着し易
くシ、また局所的鴎線条件が悪くても再滑走しにくく、
シかも全体的に路線条件が悪い場合でも滑走を（シ返し
に〈〈シて電気班ヲ安定に走行させることが可能な電気
車制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明による電気車制御方法は、可変電圧可変周波数イ
ンバータによる誘導電動機駆動の電気車において、回生
制動中に一軸でも滑走したことを検知するとこれと同時
に上記誘導電動機電流の限流値金徐々に減少させ、その
まま全軸滑走に至ったこと全検知すると、その時点まで
減少させた上記限流値を一定に保つと同時に上記インバ
ータの出力電圧’ｖｚ−減少させて出力円′　波数Ｆと
の比Ｖ／Ｆ’ｉ小さくして制動トルクを小さくすること
を特徴とじて−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
めに限流値制御について説明する。

起 第４図において、回生莢動指令２０が′１＃と女ってイ
ンバータが起動すると、スイッチ２ノが′ｂ １１の値は、スイッチ２１．１３、遅れ要素１４を通シ
、さらに、スイッチ１７を通して限流値指令１８となっ
ている。

この状態で回生制動しているとき滑走を起こして滑走検
知信号１２が１＃に々ると、オフディレィ３４を介して
スイッチ１３およびスイッチ１７が°゛０″側から１”
側の方に切替わる。甘たそのとき全軸滑走検知信号２６
が０”であると、論理否定回路２７の出力が′１＃とな
っているので、論理積回路２８の出力が“工”となシ、
スイッチ２９は°゛０”側からｅａｌｓ側の方に切替わ
る。したがって限流値指令１８の値はサンプリングホー
ルド回路ノ５全通して、減算器１０に入り、この減算器
１０によシ限流値指令１８から１サンプリングタイム毎
に限流値減少値１６ずつ減算されていく。またこの減少
した限流値指令１８はスイッチ１３を通して遅れ要素１
４に入力される。

滑走が終了して再粘着が確認されると、滑走検知信号１
２が“０＃になるので、論理否定回路２７の出力が′１
＃となって−ても、論理積回路２８の出力はｔ″Ｏ＃で
あり、スイッチ２９はｂ側から′０”側の方に切替る。

スイッチ２９が′０”側に切換わるとゼロ指令３３はス
イッチ２９を介して減算器１０に与えられ、限流値指令
１８は減少された値で一定となる。また滑走検知信号１
２が′０″になった時点で、オフディレィ回路３４の出
力は遅れ時間３５の後にｅ′０＃にもどって、スイッチ
１３及びスイッチ１７が′１”側〃）ら′ｂ した限流値指令１８は遅れ要素１４の為、基本限流値指
令１１の値にゆるやかにもどっていくことになる。

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は電圧
指令値を計鐘し、この電圧指令値はスイッチ３９を通＃
）（全軸滑走検知信号２６及び論理否定回路４８の出力
はともに′０＃になっているので論理和回路４９の出力
は６０＃トなす、スイッチ３９及びスイッチ４）は°′
０”側にある）、変化率リミッタ４０に入力される。こ
の変化率ＩＪ　ミッタ４０でＦｉ電圧指令値に対して急
激な電圧変化を抑えた後、スイッチ４１を通ってインバ
ータ出力電圧指令４２となるＯ このような状態でＶ／Ｆ制御がなされてｂるとき滑走が
発生し、ぞの１ま全軸滑走に到ると、全軸空転検知信号
２６が′１＃となり、論理和回路４９全通してスイッチ
３０、スイッチ１９及びスイッチ４　Ｊ　’ｉｉ　”０
’側から°゛１”側の方に切替える。これにより、イン
バータ出力電圧指令４２はサンプリングホール２回路４
３にょシサンプリングホールドされて減算器４４に入力
される。減算器４４ではそのインバータ出力電圧指令４
２から乗算器４６によシ１サンプ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を乗算した
値ずつ減算していく。

この場合全軸滑走検知信号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ｂ め、限流値指令１８は一定に保たれている。

全軸滑走の状態から１軸でも再粘着すると、通常の滑走
と同じになって第４図の滑走検知信号１２が１”となっ
て論理積回路２８の出力は１”となるため、スイッチ１
　、？　、　１７はｂから“１″側に切替わることから
限流値指令１８は再び前述と同様の作用により減少して
いくが、第５図に示すインバータ出力電圧指令４２は全
軸滑走検知信号２６が０”にもどっても、インバータ出
力電圧演算回路３８の値と一致していないため比較器４
７の出力は０”で、論理否定回路４８の出力が１”とな
り、スイッチ３９及びスイッチ４ノけ°】＃側になった
ままである。

才たスイッチ３０は全軸滑走検知信号２６がＯ＃となる
ことで、１１１１１側から°′０”側にもどる。

したがって、サンプリングホールド回路４３にはその時
まで減算器４４により減算されたインバータ出力電圧指
令４２がホールドされているので、そのインバータ出力
電圧’ｔ−ｆ値として出力する。そして、この状態で車
速が下がるとインバータ出力周波数３６が低くなるので
、インバータ出力電圧演ａ１回路３８の値も小さくなる
。そしてその値がインバータ出力電圧指令４２と一致す
ると、比較器４７の出力が１＃となシ、論理否定回路４
８の出力が０”となるので、スイッチ３９及びスイッチ
４１は“′ｌ”側からｂ ンバータ出力電圧指令４２は演算回路３８により演算さ
れた電圧指令値に移行する。

この一連の動作は全軸滑走時第４図のインバータの回生
起動指令２０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行なわれる。

第６図は前述した全軸滑走時における限流値ＩＢ５の変
化及びインバータ出力電圧ｖ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６図の時刻ｔ１において１
軸が滑走し始めると、誘導電動機の制動トルクを減少す
るために限流値ＩＢ５は徐々に減少し始めるが、路線条
件が悪い場合には滑走が拡大し、他の車輪も次々に滑走
を開始し、全軸が滑走してしまう可能性がある。

時刻ｔ２において全軸滑走が始まると、限流値ＩＢ５は
時刻ｔｓ　’ｉ）ｈらｔ２までの間に減少した値で一定
に保たれ、それと同時に、これ丑でＶ／Ｆ一定のパター
ンに乗っていたインバータ出力電圧■は徐々に減少し始
める。時刻ｔ３において全軸滑走が終了し、通常の滑走
状態になると、インバータ出力電圧Ｖは時刻ｔ２からｔ
３ｔでの間に減少した値を一足に保つ。やがて、車速か
下がり、インバータ出力電圧Ｖが軸ｔ５においてい一定
ノ４ターンによってきするインバータ出力電圧Ｖ値６に
一致すると、再びこのＶ／Ｆ一定パターンに乗ることに
なる。

このように回生時の全軸滑走中（眸刻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限流値Ｉ
Ｂ５を一定としてインバータ出力電圧を制御し、時刻ｔ
３において全軸滑走が終了した後はすベシ周波数が極端
に低くカらないように、インバータ出力電圧を一定にし
て限流値ｒＢ５ｆ制御することで制動トルクを減少させ
ているので、全軸滑走時における系の安定度を保つこと
が可能となる。

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ｆ
’７す、５１　ｄＶＶＶＦ変換器部、５２．５　、？　
、　５４はそれぞれ誘導電動機界磁成分、誘導電動機等
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、制動トルクを減らす
には前述した限流値、インバータ出力電圧のいずれか一
方、あるいは両方金工げてやる必要がある。

通常の滑走時には、ｖＺＦ値全一定にすることによシ、
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５４の値Ｒ／ＳのすベシＳ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制
動トルクを減らし、また全軸滑走の場合はＶ／Ｆ値を下
げる制御を行なって、誘導電動機界磁成分５２に流れる
電流を小さくすることによシ、制動トルクを下けること
ができる。この場合、滑走■輪の笑すベシＳが０に近く
なると不安定型に方るおそれがあるのでインバータ周波
数Ｆの変化率リミットヲ限流値減少率などとのからみで
適当な値に選足すればよい。

認されるとインバータ出力電圧Ｖ値が一定で、インバー
タ周波数Ｆが徐々に小さくなっていくためにＶ／Ｆ値は
Ｖ／Ｆ−足パターンにもどっていくが、限流値ＩＢ５は
１軸でも滑走してｂる間は減少を続ける。そして、全軸
の再粘着が確認されると限流値ＩＢ５は滑走開始直前の
値にゆるやかにもどっていく。

このように本発明の実施例によれば、ＷＶＦインバータ
による誘褥電動機駆動の電気車において、回生時に一軸
でも滑走したことを検知すると限流値を減少させ、才た
全軸滑走に到ると、減少させていた限流値を一定値に保
ち、インバータ出力電圧を減少させてＶ／Ｆ値を下げて
それぞれ制動トルクが小さくなるようにしているので、
系の安定反ヲ保ちながら滑走車輪を再粘着し易くなる。

また、−軸でも再粘着すると通常の滑走の時と同じく、
限流値を下げる制御に移行させるが、この時インバータ
出力電圧Ｖは減少したままの一足値に保つようにしてい
るので、制御系の安定性を確保することができる。

さらに滑走の終了を検知すると、その時の限流値を一定
期間保持した抜栓々に基本限流値に戻すようにしている
ので、局所的に路線が悪い場合でも再滑走しにくくなる
＠ 〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、制御系の安定度を保
ちながら全車輪の制動トルクを下げて滑走車輪を再粘着
し易くし、甘た、局所的に路線条件が悪くても再滑走し
７にくく、シかも全体的に路線条件が悪い場合でも滑走
ヲ〈シ返し

【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
実施例を説明するための限流値指令制御回路図およびＶ
／Ｆ制御回路図、第６図は同笑施例における時間と限流
値、あるいは時間とＶ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ＷＷＦ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ＩＢ、６・・・インノ４−タ出力電圧ｖ、１ノ
・・・基本限流値指令、１２・・・滑走検知信号、１．
ｑ。 １７　、２１　、２．９　、２９　、３９　、４２　、
５５・・・スイッチ、１４・・・遅れ要素、１５．４３
・・・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・・・改正起動指令
、４６・・・掛算器、２６・・・全軸滑走検知信号、２
７゜４Ｂ・・・論理否定回路、２８・・・論理積回路、
２２゜３３、５６・・・ゼロ指令、３４・・・オフディ
レィ、′３５・・・ＭｔＬ　世間、３ｅ・・・インノぐ
一タ出力周波数、３７・・・架線電圧、３８・・・イン
ノぐ一タ出力電圧演算回路、４０・・・変化率リミッタ
、４２・・・イン・ぐ−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、５ノ・・・ＶＶＶＦ変換器部、５２・・・
誘導電動機界磁成分、５３・・・誘導電動機等価インダ
クタンス、５４・・・誘導電動機２次側抵抗分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１台の可変電圧可変周波数インバータで制御され
   る複数台の誘導電動機により駆動される電気車において
   、前記インバータの回生制動動作時に前記電気車の車輪
   が一軸でも滑走したことを検知すると前記インバータの
   出力電圧Ｖと出力周波数Ｆとの比Ｖ／Ｆ−ｉ一定とした
   ′！２寸前記誘導電動機電流の限流値を徐々に減少させ
   、また全軸滑走に到ったこと全検知すると前記限流値を
   一定にして前記Ｖ／Ｆｆｔ減少させて制動トルクが小さ
   くなるように前記インバータを制御することを特徴とす
   る電気車の制御方法。
2. （２）１台の可変電圧可変周波数インバータで制御され
   る複数台の誘導電動機によ、！ｌｌｌ駆動される電気車
   において、前記インバータの回生制動動作時に前記電気
   車の車輪が一軸でも滑走したことを検知すると前記イン
   バータの出力電圧Ｖと出力周波数Ｆとの比Ｖ／Ｆを一定
   としたまま前記誘導電動機電流の限流値を徐々に減少さ
   せ、また全軸滑走に到ったことを検知すると前記限流値
   を一定にして前記Ｖ／Ｆを減少させて制動トルクを小さ
   くし、その後−軸でも再粘着したことを検知すると、そ
   の時点まで徐々に減少させた前記インバータの出力電圧
   Ｖの値を、前記Ｖ／Ｆ値が前記基準Ｖ　／　Ｆ　ノ’？
   ターンに一致する壕で一定に保つと同時に、前記全軸滑
   走期間中一定に保たれていた限流値音引き続き徐々に減
   少させ、滑走が完全になくなったことを検知するとその
   時点から一定期間前記徐々に減少させた限流値を一定に
   保ち、しかる後、この限流値を滑走を始める直前の限流
   値寸で徐々に復帰するように上記インバータを制御する
   ことを特徴とする電気車制御方法。