JPS61227603A

JPS61227603A - 電気車制御装置

Info

Publication number: JPS61227603A
Application number: JP6677385A
Authority: JP
Inventors: Shiroji Yamamoto; 城二山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-30
Filing date: 1985-03-30
Publication date: 1986-10-09

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バータにより複数台
の動輪駆動用誘導電動機を駆動制御する電気車制御装置
において、特に動輪がレールとの間で空転又は滑走が生
じたときの問題を解消するようにした電気車制御装置に
関する。

［発明の技術的前Ｗｉ］近年、パワーエレクトロニクス技術の発達により電気車
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インバータと称する）により制御されるＩｌ
ｌ動機が用いられてきている。従来からこの種の電気車
は、動輪の空転及び滑走に関して自己再粘着機能を持つ
でいることは広く知られていた。しかし、路線の粘着条
件が悪い場合などには、１台のＶＶＶＦインバータによ
りＩＩＪｔｌｌｌされる複数個の誘導電動機につながる
動輪すべてが空転あるいは滑走を起こすことがしばしば
ある。このような全軸空転や全軸滑走を引起こすと、Ｖ
ＶＶＦインバータの制御に必要な、速度に対応する正確
な誘導電動機回転周波数が得られなくなるため、特別な
制御をしない限りこれらの全軸空転あるいは全軸滑走は
ますます大きくなるばかりである。このようなことをさ
けるため、実際の制御では空転あるいは滑走を検知する
と、制御により積極的にトルクを下げて空転軸あるいは
は滑走軸をすみやかに再粘着させるような制御を行なっ
ている。

かかる電気車制御を実施出来る従来の電気車制御装置を
第５図に示し、力行中に空転した時の誘導電動機の限ｗ
ｃ値ＩＰ及びＶ／Ｆの特性を第６図に示す。

尚、これから以降の説明はすべて力行時の空転について
説明するが、基本的には回生ブレーキ時の滑走について
も全く同様である。

第５図では１台のＶＶＶＦインバータで２個の誘導電動
機を駆動する場合について記しである。

ここで、誘導電動機の特性について説明する。

誘導電動機にあっては、Ｖ／Ｆ（電圧／周波数比）を一
定に保つような制御で動作している場合には、その電流
をＩＰ、に１を定数とすると、出力トルクＴはＴ−Ｋｓ
　　・（Ｖ／Ｆ）・ＩＰで与えられるから、トルクは電
流に′比例していることがわかる。また、この時、すべ
り周波数ＦＳはＩＰ−に２　・（Ｖ／Ｆ）・ＦＳの関係
があるからＴ−に３・（Ｖ／Ｆ）２　・ＦＳとなるので
、トルクＴはすべり周波数ＦＳにも比例していることが
わかる。ただし、Ｋ２　、に３は定数である。

また、第６図に示すように誘ｌＪ電動機が限流値ＩＰ−
’ＩＰｔで運転中、ａ点にて駆動車輪が空転し始めると
同時に、限流値ＩＰを下げてゆき、出力トルクを減らし
ている。そして、ｂ点にて空転が終了し再粘着の検知を
した後に、限流値ＩＰを、空転が開始する直前の値ＩＰ
−ＩＰｔに滑らかに戻し、トルク値を復帰させている。

第５図において、通常力行時、基本限流値指令８はスイ
ッチ９を通って、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１０を通り、さらに、スイッチ１１
を通して限流値指令１５となる。

この状態で運転中に駆動車輪が第６図のａ点に示したよ
うに空転を起こすと次のようになる。即ち、先ず、２個中の一方側の１側誘導１ｉｆｔ！ＩＩにつな
がる駆動軸が空転した場合を考える。誘導ｌｉ！！動機
の回転周波数（ＦＲＩ）１−１は減算器３−１によって
、サンプリングホールド回路２−１により１サンプル時
間保持されていた回転周波数（ＦＲｌｏ）との差（ΔＦ
ＲＩ）が求められ、この回転周波数変化率（ΔＦＲ１）
が比較器４−１によって、空転検知レベル（ＦＲ８）５
と比較され、ΔＦＲ１＞ＦＲ８となると論理和６の出力
が“１″となり、空転検知信号（ＳＬ）７が出力される
。

空転検知信号（ＳＬ＞７が１″となるとスイッチ９及び
スイッチ１１は“１パ側に切替り、限流値指令１５の値
はサンプリングホ−ルド回路１２を通して減算され、１
サンプリングタイム毎に限流値減少値１４づつ減算器１
３により減少していく。また、この減少した限流値はス
イッチ９を通って、常に遅れ要素１０の出力側に出力さ
れている。従って、第６図のｂ点にて空転検知信号がな
くなると、スイッチ９及びスイッチ１１はＯＴ１側にも
どり、減少した限流値指令１５は遅れ要素１０のため、
スイッチ１１を通して徐々に基本限流値指令８の値に戻
っていく。

［背景技術の問題点］ところで、従来の電気車制御ｇ装置による制御では以下
に述べるような問題がある。

■第１として、空転期間の判断があいまいである事。

まず、どのレベルで空転開始と判断するかであるが、従
来方式では現在の回転周波数ＦＲと１サンプリング前の
回転周波数ＦＲＯとの差を見て、そのレベルが空転検知
レベルＦＲ８を越えると空転として検知している。この
時のサンプリングタイムはたとえば７０１Ｓ程度として
いるがこの方式だと、空転検知レベルＦＲ８を比較的大
きめに設定しなければならない。というのは、たとえば
７０＊Ｓごとに読み込む回転周波数ＦＲの値が実際には
通常時においても車両加速度のレベルと比較してもある
程度のバラツキを持っているため、場合によっては周波
数変化率ΔＦＲが空転検知レベルＦＲ８より大となって
誤検知することがあるからである。これは、モータのギ
アと台車のギアとの間の遊び、モータ軸のねじれ、その
他の要因によるものである。従って、このような検知方
式では誤検知を防ぐため検知感度を鈍くせざるを得ない
。

次に、空転終了の判断であるが、従来の制御方式による
と、ΔＦＲ＜ＦＲ８となると直ちに空転終了と判断して
トルクを復帰し始めている。しかし、これについても設
定１ｉｆｉＦＲ８を＾くとっであるのでΔＦＲ＜ＦＲ８
となったからといっても実際にはまだ空転状態であり、
車輪とレールとの間の摩擦係数は極めて低い状態のまま
である。従って、従来方式のように空転検知信号がなく
なってからすぐにトルクを復帰させると、再度空転して
しまう危険性が極めて高かった。

■従来方式の同題点の第２としては、限流値すなわちす
べり周波数ＦＳのみを下げてトルクを減らせようとする
と制御不安定となる事。

前述のように一度空転すると全軸空転に拡大する可能性
は比較的高い。この場合、車両速度に対応した回転周波
数データは得られなくなるため、すべり周波数ＦＳだけ
を減少させても、インバータ出力周波数ＦはＦ−ＦＳ＋
ＦＲのまま制御しつづけるから、回転周波数ＦＲが正し
い値でない限り、インバータ出力周波数Ｆも空転したＦ
Ｒと共に上昇してしまい有効な制■は行なえなくなる。

しかも、全軸空転等のように大きなレベルの空転をすべ
り周波数ＦＳだけの減少でトルクを下げて再粘着させる
にはすべり周波数ＦＳをがなり小さな値にまで減少させ
ないと、車輪とレールとの間の空転を止めることはでき
ない。しかし、周知のようにすべり周波数ＦＳをあまり
にも小さくすると、制御上不安定になることが知られて
いる。このように従来方法の制御によると、再粘着制御
時の安定性にも１Ｆｆ１ｊ！［！があった。

［発明の目的］本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
は、カ行中の空転、回生中の滑走を誤検知することなく
すみやかに検知いるとともに、制御の安定度を保ちなが
らトルクを下げ、再粘着性を確実にした後トルクを復帰
させる制御を行なうことをが可能な電気車制御装置を提
供することにある。

［発明の概要］本発明はＶＶＶＦインバータを用いた電気車制御装置に
おいて、比較的短いサンプリングタイムごとの誘導雷１
ｌｌｔａ回転周波数変化率が、あるレベル以上の状態が
複数サンプル回数持続したことをもって空転開始と判断
し、それと共にＶ／Ｆ及びすべり周波数を減じ始め、ト
ルクが減ってきて空転信号がなくなってもまだ空転状態
なので、トルク減少率から推定されるある一定期間は空
転信号オフ後も、Ｆ記トルク減制御を継続させるように
構成したことを特徴とする。

［発明の実施例］以下、本発明に係る電気車制御装置の一実施例を図面を
参照して説明する。

先ず、空転開始検知について説明する。第１図は１台の
ＶＶＶＦインバータにつぎ２台の誘導常勤掘を制御して
いる場合について示している。上記２台の誘導電動機に
取り付けられている回転周波数検出器からの信号は、あ
る一定期間ごとに空転制御のための信号として読み込ま
れる。すなわち、１側の誘導電動機について言えば、回
転周波数（ＦＲｌ）１−１はサンプリングホールド回路
２−１により一定期間、たとえば２０ｍ５間信号ＦＲＩ
Ｏとして保持され、減算器３−１によって２０１１Ｓご
との回転周波数変化ｌΔＦＲ１が計弾される。この回転
周波数変化量ΔＦＲＩは比較器４−１によって空転検知
レベル（ＦＲ８）５と比較され、その大小関係により比
較器４−１の出力に“１”か０°′を出力する。この信
号はオンディレィ３７−１に入力されるが、この入力信
号が１′の状態が不感時間３８以上継続するとはじめて
、オンディレィ３７−１の出力には′°１”が出力され
る。従って、不感時間３８より短い期間“１Ｎがオンデ
ィレィ３７−１に入力されても、オンディレィ３７−１
の出力は“Ｏ”のままである。また、オンディレィ３７
−１の出力が“１″になっている時は、入力が“０″に
もどると共に、出力も“０′°となる。オンディレィ３
７−１の出力は論理和６を通って、空転検知信号（ＳＬ
）７どなる。回転周波数２の場合も全く同じである。

このような方法をとる場合、サンプリングホールド回路
２−１．２−２のホールド時間を２０ｍ５とすれば、オ
ンディレィ３７−１．３７−２の不感時間３８．３９は
それより大きい、たとえば６０１Ｓなどに選ぶ。これに
より、通常加速時における比較器４−１の誤検知がもし
発生したとしても、この場合だと連続３回の誤検知まで
はオンディレィ３７−１の出力は“０“のままで応答し
ないから、空転検知（ＳＬ）７がＳＬ−“１″とな心配
はない。また、もし４０〜５０ｓＳの闇だけ実際に空転
していたとしても、これは誘導１１１１機を主電動機と
する電気車の持つ、自己再粘着のために再粘着している
のであるから、このような微小空転に対してはいちいち
再粘着制御を行なう必゛要はない。

次に比較的大きく空転した場合についての述べる。この
場合の空転検知としては、モータ、車軸及び車輪など合
わせた分に相当する慣性モーメントを持ったものを急激
に加速するため空転後の空転加速度は比較的滑らかに上
昇する。そのため、空転の検知としては、比較器４−１
の出力の段階でなるぺ（早く検知した方が良い、オンデ
ィレィ３７−１の不感時間を入れても、従来方式の比較
的大きなサンプリングタイムごとの検知法よりは早くな
る。従来方法だと、本来検知すべきところでたまたまレ
ベルが低く検知しないと、次のサンプリングまで無制御
となるのでに対し、本実施例の方法であれば、比較的短
いサンプリングタイムで比較検知を行なっているので、
すみやかな空転検知が行なえる。

次に限流値の動き、すなわちすべり周波数の動きを第２
図に示し説明する。

基本限流値指令８の値は、スイッチ９、遅れ要素１０を
通し、さらにスイッチ１７を通して限流値指令１５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７が“
１″になると、スイッチ９、スイッチ１１及びスイッチ
２０が“１”の方に切替わるため、限流値指令１５の値
はサンプリングホールド回路１２を通して、１サンプリ
ングタイムごとに限流値減少値１４ずつ引かれていく。

空転検知７が“０”になっても完全に再粘着したわけで
はないので、トルク減少率や実際の走行におけるトルク
値より推定される期間は空転が持続しているものと考え
て、空転検知信号７が“０”となると、オフディレィ１
６の出力は遅れ時間１７、たとえば１００ｉＳの後に°
０゛′にもどり、スイッチ２０は“０″側にもどる。し
かし、オフディレィ１８の出力は遅れ時間１９、たとえ
ば２Ｓ後まで１″を持続するため、限流値指令１５の値
は遅れ時間１９の間、減少したままの限流値指令１５の
値を保っている。

オフディレィ１８の出力が“０″にもどって、スイッチ
９及びスイッチ１１が“Ｏｎ側にもどると、減少した限
流値指令１５は遅れ要素１０のため、基本限流値指令８
の値にゆるやかにもどっていくことになる。

次にＶ／Ｆ制御について第３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２２と架線電
圧２３とから、インバータ出力演算回路２４によって計
算された電圧指令値はスイッチ２５を通り、変化率リミ
ッタ２６によって急激な電圧変化が抑えられて、スイッ
チ２７を通り、インバータ出力電圧指令２８となる。

空転が発生するとスイッチ２５及びスイッチ２７は１″
の方に切替わる。これにより、インバータ出力電圧指令
！２８はサンプリングホールド回路３１を通して、１サ
ンプリングタイムごとに電圧値減少係数３４にインバー
タ出力周波数２２を掛算器３３により掛は合わせた値ず
つ引かれていく。

空転検知７が“ＯＮにもどると、第２因の説明と同様に
オフディレィ３０の出力は遅れ時間２９慢に“０”とな
る。遅れ時間２９の値は限！値の時の遅れ時間１７と同
じ程度で良いが、Ｖ／Ｆの値はＰＷＭ制御のパルスモー
ド変化あるいは系の安定制御にそなえるため、できれば
早めに元の値に復帰するのが好ましい。

オフディレィ３０の出力が“０”にもどると、スイッチ
２５及びスイッチ２７が“Ｏ″側にもどることにより、
減少したインバータ出力電圧指令２８は変化率リミッタ
２６により制限を受けながら、インバータ出力電圧演弊
回路２４の出力値に徐々にもどっていく。

以上の説明はカ行中に空転した時の制御につ、いて説明
しであるが、回生中に滑走した場合についても同様のこ
とが言える。

第４図は前述した空転時における限流値ＩＰ３５の変化
及びＶ／Ｆｆｌｉ３９の変化の状態を示している。

ａ点にて空転検知（ＳＬ）３６が“１″になるとＩＰ３
５及びＶ／Ｆ値３９は徐々に減少し始める。この動きは
、空転検知（ＳＬ＞３６が“０″にもどってからも、Ｖ
／Ｆｉ！３９の方はｔｌの期間、ＩＰ３５の方はｔｚの
期間持続する。【工は第３図の遅れ時間２９．ｔｚは第
２図の遅れ時間１７にあたる。それぞれｔｌ、ｔｚの時
間が経過するとＶ／Ｆ値３９は元の値に、ＩＰ３５の方
はｔ３の期間減少した値を保持し、その後光の値になめ
らかにもどっていく。ｔ３は第２図の遅れ時ｆｆ１１１
９にあたるが、これはすべりやすい路線条件の所で再空
転しにくくするためのものである。

このような制御を行なうことにより、次のような効果が
ある。

第１として、空転検知の判断で後段に誤動作防止のオン
ディレィを設けたことにより、空転検知の感度を高める
ことができ、すみやかな再粘＠制御を行なうことが可能
となる。

第２として、空転検知終了後一定期間トルク減少動作を
持続したことにより、再粘着を確実なものとし、再空転
がただちに引き起こされる可能性を少なく出来る。

第３として、空転が起こると限流値、すなわちすべり周
波数及びＶ／Ｆ値を共に減少させることによりトルクを
減らすため、すべり周波数を極端に小さくして系の安定
性を失う危険性を少なくすることが可能となる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、確実な空転検知が行
なえると共に、系の安定性を保ちながらトルクを下げて
再粘着させることができ、また、トルク復帰途中に起こ
る再空転の可能性を少なくすることができることとなり
、従って電気車が安定に走行可能となる電気車制御顎間
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明に係る電気車ＩＩＩ　８　＠
置の一実施例の構成を示しており、第１図は同実施例の
空転検知回路のブロック図、第２図及び第゛３図は同実
施例の再粘着制御の内容を示すブロック図、第４図は同
実施例における時間及び空転検知信号に対する限流値及
びＶ／Ｆ値の関係を示す図、第５図は従来の電気車制御
の一例を説明するためのブロック図、第６図は第５図の
従来の制御における時間と限流値との関係を示す図であ
る。１−１．１−２・・・誘導電動機回転周波数、２−１゜
２−２．１２．３１・・・サンプリングホールド回路、
３−１．３−２．１３．３２・・・減算器、４−１゜４
−２・・・比較器、５・・・空転検知レベル、６・・・
論理和回路、７・・・空転検知信号、８・・・基本限流
値指令、９．１１．２０，２５，２７・・・スイッチ、
１０・・・遅れ要素、１４・・・限流値減少値、１５・
・・限流値指令、１６．１８，３０・・・オフディレィ
回路、１７゜１９．２９・・・遅れ時間、２１・・・０
，２２・・・インバータ出力周波数、２３・・・架１！
？ｌｆ圧、２４・・・インバータ出力電圧演痺回路、２
６・・・変化率リミッタ、２８・・・インバータ出力電
圧指令、３３・・・掛算器、３４・・・電圧値減少係数
、３５・・・限流！ＩＩＰ、３６・・・空転検知信号、
３７−１．３７−２・・・オンディレィ回路、３８・・
・不感時間、３９・・・Ｖ／Ｆｆｆｆ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第４図第６図ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

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り動輪をレール上で走行可
能とする電気車制御装置において、上記誘導電動機の回
転周波数の変化率が予じめ設定されたレベル以上となる
状態が複数回連続して発生したことをもって空転あるい
は滑走開始と検知する第１の手段と、この第１の手段の
検知出力を受けると上記誘導電動機のすべり周波数及び
上記可変電圧可変周波数インバータの主力電圧Ｖと出力
周波数Ｆとの比率Ｖ／Ｆを徐々に減少させ上記誘導電動
機のトルクを下げると共に該トルク減少動作を上記第１
の手段の検知出力がなくなってから上記トルク減少率か
ら推定される所定時間は継続させる第２の手段とを具備
したことを特徴とする電気車制御装置。