JPS62262606A - 電気車の制御方式 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、電流形インバータで駆動される交流電動機
によって電気車を走行させる制御方式であって、特に高
速度領域における制御方式に関する。

〔従来技術とその問題点〕

第４図は電流形インバータで駆動される交流電動機によ
って電気車を走行させる従来例を示す制御ブロック図で
ある。この第４図において符号３はたとえばサイリスク
などで構成されて電流制御能力を有する第１電力変換手
段としてのサイリスク整流器であって、交流架線ｌと人
力変圧器２を経て人力される交流電力はこのサイリスク
整流器３により真流電力に変換されて直流中間回路へ出
力される。サイリスクなどで構成されて周波数制御能力
を有する第２電力変換手役としてのサイリスタインバー
タ５は、直流中間回路に直列に接続されている直流リア
クトルを介して上述の直流電力を人力し、再び交流電力
に変換するのであるが、上述のサイリスタ整流器３と直
流リアクトル４ならびにサイリスクインバータ５とで電
流形イン、ＸＩ−夕が構成され、この電流形インバータ
が出力する交流電力により電気車駆動用の誘導電動機６
を所望の速度で運転する。

誘導電動機６には速度検出機７が結合されており、この
速度検出機７から出力される速度検出信号Ｎと、電気車
の運転ノツチを指令するノツチ指令器８からのノツチ指
令信号とが演算回路１０に人力されると、この演算回路
１０からは両人力信号に対応した直流電流指令値信号Ｉ
“ならびに滑り周波数指令信号Ｆ５９が出力される。

直流電流指令値信号■０　は、直流中間回路に設けられ
た電流検出器９で検出される直流電流実際値信号■と比
較され、両者の偏差を電流調節器２１に人力させるので
、この電流調節器２１かろは人力偏差値を零にする制御
信号が移相器２２へ出力される。この移相器２２からの
出力信号をゲート信号増幅器２３を介してサイリスク整
流器３を構成する各サイリスクのゲートに与えてこれら
サイリスクを位相制御することにより、直流中間回路を
流れる直流電流実際値■を直流電流指令値げに一致させ
る。

演算回路１０が出力する滑り周波数を旨令値信号ＦｓＩ
と、速度検出機７からの速度検出信号Ｎを速度・周波数
変換器２４で変換して得られる回転周波数信号Ｆ、　と
を加算することにより、サイリスクインバータ５が出力
すべき交流の周波数Ｆが求まる。そこでパルス分配器２
５とゲート信号増幅器２６とを介してサイリスクインバ
ータ５を構成する各サイリスクを制御することにより、
このサイリスクインバータ５からは周波数がＦで、かつ
Ｉなる交流電流が誘導電動機６に与えられることになる
。

第５図は第４図に示す従来例回路に記載の演算回路の構
成をあられしたブロック図である。この第５図において
、トルク電流パターン発生器１１と励磁電流パターン発
生器１２とには、それぞれ速度検出機７からの速度検出
信号Ｎとノツチ指令器８からのノツチ指令信号とが与え
られるので、それぞれが両人力信号に対応したトルク電
流パターンと励磁電流パターンを作成する。すなわちト
ルク電流パターン発生器１１からは誘導電動機６のトル
クに比例したトルク電流成分Ｉビが出力され、励磁電流
パターン発生器１２からは前記のトルク電流成分■げに
直交して誘導電動機６の磁束を作る励磁電流成分■１が
出力される。これらトルク電流成分■げ、励磁電流成分
ＩＸ（１と前述せる直流電流指令値Ｉ°および滑り周波
数指令値Ｆｓ＊とは下記の（１）式と（２）式に示す関
係がある。なおＫは定数である。

■・＝＼Ｆヨ■肩冒７■Ｃ１） ■１ 第５図における電流演算器１３は上記（１）式の演算を
行って直流電流指令′直■“を出力し、滑り周波数演算
器１４は上記（２）式の演算を行って滑り周波数指令値
ＦＳ＊を出力する。

第６図は第４図に示す従来例回路で得られる一般的な電
気車の速度・トルク特性をあられすと同時に電動機電圧
、電動機電流および直流中間回路電圧をあられしたグラ
フであって、横軸は電動機速度を、縦軸はトルク、電流
あるいは電圧をあられしていて、曲線Ａが電動機トルク
の変化を、曲線Ｂが電動機電流の変化を、曲線Ｃが電動
機電圧の変化を、曲線りが直流中間回路電圧の変化をそ
れぞれ示している。

この第６図において、電動機速度が零からＮ１までの定
トルク領域ではトルク電流成分■ビと励磁電流成分■ｒ
は共に一定に制御、従って電動機電流も一定に制御され
るが、電動機電圧は速度に比例して増加するので、直流
中間回路電圧も同様な傾向で増加する。

速度がＮ、からＮ２までの間が定出力領域であって、ト
ルク電流成分ＩＴ＊は一定に、また励磁電流成分１１は
速度に反比例して減少するように制御することにより電
動機トルクは速度に反比例して減少して定出力特性とな
る。このとき直流中間回路電圧は速度とともに増加する
。

Ｎ２　以上の速度では、トルク電流成分Ｉげと励磁電流
成分■１は共に電動機速度に反比例して減少するように
制御されるので、電動機トルクは速度の２乗に反比例し
て減少することになる。このとき電動機電圧ならびに直
流中間回路電圧は共に一定である。それ故直流中間回路
電圧は電動機速度とともに増加してＮ２　なる速度にお
いてその値が最大となり、Ｎ２以上の速度においてはそ
の値を一定に維持することとなる。

一方、サイリスク整流器３から出力される直流電圧の値
を第６図に示すＤなる直流中間回路電圧よりも高くして
おかなければ電流調節器２１による電流制御を行うこと
ができない。すなわち第４図に示すように、電流形イン
バータによる誘導電動機の可変速制御においては、電流
制御能力がないと（１）式および（２）式に示す関係が
成立しなくなるため、一般に制御が不安定となる。すな
わち滑り周波数指令値Ｆｓ′と直流電流指令値ビとの関
係が変化するために誘導雷！Ｉｌ１機の磁束が変化し、
電動機電圧ならびに電流が振動することとなるみ上述の
ような不都合が発生するのを防止するために、通常はサ
イリスク整流器３の直流出力電圧を、交流架線１側の電
源電圧変動ならびに制御志答性をも考慮し、制御上必要
な直流中間回路電圧の最大値よりも十分に大きな値に選
定する。従ってサイリスク整流器３や入力変圧器２など
の容量は必要以上に大きなものになり、装置の寸法・重
量が増加し、かつ高価なものとなる欠点を有する。

〔発明の目的〕

この発明は、電流形インバータ駆動の交流電動機により
走行する電気車における電流制御用の第１電力変換手段
など電源側機器の容量を低減するとともに当該電気車を
安定に制御できる電気車の制御方式を提供することを目
的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、直流電流を制御する能力を有する第１電力
変換手段からの出力直流を直流リアクトルを介して周波
数制御能力を有する第２電力変換手段に人力させるよう
に構成された電流形インバータにより交流電動機を可変
速駆動することにより走行する電気車において、第１電
力変換手段の出力電圧制御角があらかじめ定められてい
る最大制御角を越えないようにトルク電流を減少させ、
当該第１電力変換手段を最大通流角で動作できるように
するとともに安定な制御を可能にしようとするものであ
る。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す制御ブロック図であるが
、この第１図においては既述の第４図に示す従来例回路
における交流架線１、人力変圧器２）第１電力変換手段
としてのサイリスク整流器３、直流リアクトル４、第２
電力変換手段としてのサイリスクインバータ５および誘
導電動機６の図示は省略している。

第１図において、トルク電流パターン発生器１１には誘
導電動機６の速度を検出する速度検出機７からの信号Ｎ
とノツチ指令器８からのノツチ指令信号とを人力し、こ
れに対応したトルク電流成分エビを出力し、励磁電流パ
ターン発生器１２も速度１旨令信号Ｎと７ブチ指令器号
とを人力し、上述のトルク電流成分Ｉｔ”と直交する励
磁電流成分子Ｘｈを出力する。

電流演算器１３はこれら励磁電流成分Ｉ嘔とトルク電流
成分■げとを入力し、（１）式に従った演算により直流
電流指令値ビを出力し、このＩｏ　と直流中間回路に設
けられた電流検出器９から得られる直流電流実際値Ｉと
の偏差を電流調節器２１に人力させる。電流調節器２１
はこの入力偏差を零にする制御信号を移相器２２とゲー
ト信号増幅器２３とを経て図示されていないサイリスク
整流器３に与えることにより、直流電流実際ｉ１を直流
電流指令値■０　に一致させる。

滑り周波数演算器１４も上記の″ｆｊＪ磁電流成分１％
とトルク電流成分エビとを入力し、（２）式に従った演
算により滑り周波数指令値Ｆ、゛を出力する。そこで速
度検出信号Ｎを周波数に変換する速度・周波数変換器２
４かろ出力される回転周波数Ｆ、とこの滑り周波数指令
４．ＩＦＳ’とを７ｉ０え合わせろことでサイリスクイ
ンバータ５から誘導電動機６に与える交流電力の周波数
Ｆが求まるので、パルス分配器２５とゲート信号増幅器
２６とを経て図示されていないサイリスクインバータ５
を制御することで、このサイリスクインバータ５はＦな
る周波数の交流を出力するように制御され・る。

本発明においては、通流角設定器３１によりあらかじめ
設定されている設定通流角と、電流調節器２１の出力か
ら得られる実際通流角とを比較し、実際通流角の方が設
定通流角を上回ったときのみダイオード３２を介して両
通流角の偏差が調節増幅器３３に人力されるようになっ
ている。よって調節増幅器３３は人力偏差を零にする制
御信号を出力する。

電流演算器１３あるいは滑り周波数演算器１４に入力さ
れるトルク電流成分は、トルク電流パターン発生器１１
の出力から当該調節増幅器３３の出力を差し引いたもの
であるから、結局実際通流角が設定通流角よりも大であ
るときは実際通流角が設定通流角に一致するようにトル
ク電流成１分を減少させることになる。

第２図は第１図に示す実施例回路において直流中間回路
電圧の変化とトルク電流パターンとの関係を架線電圧を
パラメータにしてあられしたグラフであって、横軸は電
動機速度を、縦軸は電圧または電流をあられしている。

第２図において、曲線ＯＰＲは交流架線ｌの電圧が最低
の場合の直流中間回路電圧の変化であり、曲線ＯＱＳは
電圧が最高のときの直流中間回路電圧の変化である。ま
た曲線ＵＶＸは交流架線１の電圧が最低の場合のトルク
電流成分子げの変化であり、曲線ＵＷＹは電圧が最高の
場合のトルク電流成分Ｉｔ”の変化である。すなわちト
ルク電流パターン発生器１１は電動機速度とノツチ措令
とに対応したトルク電流成分を出力しているのであるが
、交流架線１の電圧が最低のときはＮ、なる速度で、ま
た架線電圧が最高のときはＮ、なる速度において実際通
流角の方が最大に設定されている設定通流角を上回るの
で、ダイオード３２を介して調節増幅器３３が動作し、
その結果トルク電流パターン発生器１１から出力されて
いるトルク電流成分の値を減少させて電流調節器２１の
出力が最大に設定され通流角と一致するように自動制御
される。従ってＮ、なる速度よりも高速側の定出力領域
の終端は、交流架線１の電圧変動に対応して、自動的に
速度Ｎ６からＮ、の間を変化するので、サイリスク整流
器３を常に通流角設定器３１で設定された値（通常はサ
イリスク整流器３１の最大通流角に設定されている）で
運転させることができる。

また通流角設定器３１の設定値としてサイリスク整流器
３の最大通流角から電流調節器２１の制御余裕角を差し
引いた値を設定するならば、交流架線ｌの電圧変化に対
し、電流調節器２１が応答できるので常に安定な制御を
期待できる。

第３図は本発明の応用例を示す主回路接続図であって、
直流架線４１から供給される直流電力を第１電力変換手
段としての直流チョッパ装置４０に人力させ、この直流
チョッパ装置４０から出力される直流電力を直流リアク
トル４を介し、第２電力変換手段としてのサイリスクイ
ンバータ５に入力させ、このサイリスクインバータ５か
ら変換出力される交流電力で誘導電動機６を所望の速度
で駆動することができる。この場合、直流チョッパ装置
４０とサイリスクインバータ５０制御回路は第１図に示
す実施例回路と同じであり、これにより生ずる効果も同
じである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、第１電力変換手段と直流リアクトル
と第２電力変換手段とを経て１尋られる交流電力で誘導
電動機を駆動するのであるが、従来の制御方式では第１
電力変換手段の通流角に余裕を持たせるために、たとえ
ば交流架線から電力の供給を受ける場合ならば変圧器２
次側電圧を十分に大きくする必要があるが、本発明にも
とづく制御方式では、架線電圧の変化に応じて直流中間
回路電圧を自動的に変化させることができるので、変圧
器２次側電圧に余裕を持たせる必要がな（、この変圧器
容量を低減させることができる。また変圧器２次側電圧
が従来通りの場合には、架線電圧の変化に対して第１電
力変換手役は常に最大の利用率で運転されることになる
ので、いずれの場合でもこれら電力変換手段の利用率を
向上させることができる。従って装置全体の小形軽量化
と低コスト化に大きく寄与する効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す制御ブロック図であり、
第２図は第１図・に示す実施例回路において直流中間回
路電圧の変化とトルク電流パターンとの関係を架線電圧
をパラメータにしてあられしたグラフ、第３図は本発明
の応用例を示す主回路接続図である。第４図は電流形イ
ンバータで駆動される交流電動機によって電気車を走行
させる従来例を示す制御ブロック図、第５図は第４図に
示す従来例回路に記載の演算回路の構成をあられしたブ
ロック図、第６図は第４図に示す従来例回路で得られる
一般的な電気車の速度・トルク特性をあられすと同時に
電動機電圧、電動機電流および直流中間回路電圧をあら
れしたグラフである。 １　交流架線、２　人力変圧器、３　第１電力変換手段
としてのサイリスク整流器、４　直流リアクトル、５　
第２電力変換手段としてのサイリスタインバータ、６　
誘導電動機、７　速度検出機、８　ノツチ指令器、９　
電流検出器、１０　　演算回路、１１トルク電流パタ一
ン発生器、１２　　励磁電流パターン発生器、１３　　
電流演算器、１４　　滑り周波数演算器、２１　　電流
調節器、２２　　移相器、２３、２６　　ベース信号増
幅器、２４　　速度・周波数変換器、２５　　パルス分
配器、３１　　通流角設定器、３２ダイオード、３３　
　調節増幅器、４０　　第１電力変換手段としての直流
チョッパ装置、４１　　直流架線。 第１図 第　２　図 第３図 第　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）交流電動機に流れる電流を、トルクの発生に寄与す
   るトルク電流成分とこれに直交する励磁電流成分とのベ
   クトル合成で得られる電流指令値に一致させるような電
   流制御能力を有する第１の電力変換手段と、周波数制御
   能力を有する第２の電力変換手段と、これら両電力変換
   器の中間に接続される直流リアクトルとで電流形インバ
   ータを構成し、この電流形インバータが出力する交流を
   電気車駆動用交流電動機に供給することで当該電気車の
   速度を制御する方式において、前記第１電力変換手段の
   通流角が別途設定されている通流角を越えたとき、両通
   流角の差分を調節増幅手段に入力させ、前記電流指令値
   のトルク電流成分から当該調節増幅手段の出力を差し引
   くことを特徴とする電気車の制御方式。 ２）特許請求の範囲第１項記載の制御方式において、前
   記第１電力変換手段の設定通流角は、当該第１電力変換
   手段の最大通流角から制御余裕角を差し引いたものであ
   ることを特徴とする電気車の制御方式。