JPWO2009107233A1 - 交流電動機の駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
2 レール
3 車輪
6 交流電動機
7 回転検出器
10A,10B 交流電動機の駆動制御装置
11 電源開放接触器
12 インバータ
13,14,15 電流検出器
16 電動機開放接触器
17A,17B 制御部
18 放電回路
19 フィルタコンデンサ
20 電流状態判定部
21 電流ゼロ点状態検出部
21a 電流ゼロ点検出部
21b 発振部
21c カウンタ部
21d 比較器
22 電流ピーク値状態検出部
22a 電流ピーク値検出部
22b 比較器
23 電流実効値状態検出部
23a 電流実効値検出部
23b 比較器
25U U相検知論理部
25V V相検知論理部
25W W相検知論理部
27 判断部
30 ゲート信号論理部
31 ラッチ回路
32 論理反転回路(NOT)
33 論理積回路(AND)
40A、40B 接触器制御部
41、42 論理反転回路(NOT)
43 オン時素回路(ONTD)
44 論理積回路(AND)
45 論理和回路(OR)
46 ラッチ回路
47 ワンショット回路
P 正極側導体
N 負極側導体
UI インバータ側U相導体
VI インバータ側V相導体
WI インバータ側W相導体
UM 電動機側U相導体
VM 電動機側V相導体
WM 電動機側W相導体
UP U相上アーム素子
VP V相上アーム素子
WP W相上アーム素子
UN U相下アーム素子
VN V相下アーム素子
WN W相下アーム素子
図1は、この発明の実施の形態1による交流電動機の駆動制御装置の構成例を示すブロック図である。図1において、符号1は、電気車において架線に接して電力を受電する集電装置である。符号2は、レールであり、符号3は、電気車の車輪であり、符号6は、交流電動機である。交流電動機6は、実施の形態1による交流電動機の駆動制御装置10Aと共に車両に搭載され、その回転軸が、車輪3に機械的に結合されている。交流電動機6には、回転検出器7が装備されている。
ゲート信号論理部30は、ラッチ回路31と、論理反転回路(NOT)32と、2入力の論理積回路(AND)33とを備えている。ラッチ回路31のセット端Sには電流状態信号FDが入力され、リセット端Rには図示しない上位装置が発生するリセット信号RST信号が入力される。ラッチ回路31の出力端Qへの保持出力レベルは、論理反転回路32にて反転されて論理積回路33の一方の入力となる。論理積回路33の他方の入力は外部の図示しない上位装置が発生する基本ゲート信号GCである。論理積回路33の出力はインバータ12へのゲート信号GSとなる。
電流状態信号FDがオフ状態である低レベル(以降「Lレベル」と記す)の場合は、論理反転回路32の出力は、オン状態である高レベル(以降「Hレベル」と記す)であるので、論理積回路33は、基本ゲート信号GCの論理値をそのままゲート信号GSとして出力する。これによって、インバータ12は6つのスイッチング素子に所定のオンオフ動作を行わせる。
接触器制御部40Aは、論理反転回路41,42と、オン時素回路(ONTD)43と、2入力の論理積回路(AND)44と、2入力の論理和回路(OR)45と、ラッチ回路46とを備えている。図示しない上位装置が生成する基本接触器投入指令MKC0は、論理反転回路42とラッチ回路46のセット端Sとに入力される。また、電流状態判定部20からの電流状態信号FDは論理反転回路41に入力される。
電流状態信号FDがLレベルの場合には、論理反転回路41の出力はHレベルとなるので、ラッチ回路46は、リセットされ、基本接触器投入指令MKC0のオン(Hレベル)オフ(Lレベル)に同期してオン(Hレベル)オフ(Lレベル)する接触器投入指令MKCを出力する。
図6に示すように、電流状態判定部20は、U相検知論理部25Uと、V相検知論理部25Vと、W相検知論理部25Wと、判断部27とを備えている。検出された三相電流IU、IV、IWがU相検知論理部25U、V相検知論理部25V、W相検知論理部25Wの対応する検知論理部に入力され、各検知論理部の出力を並列に受ける判断部27から電流状態信号FDが出力される構成である。
まず、電流ゼロ点状態検出部21では、電流ゼロ点検出部21aは、入力されたU相電流IUをゼロ値と比較し、U相電流がゼロクロスするたびにカウンタリセット信号RSTをカウンタ部21cに出力する。カウンタ部21cは、発振部21bが一定周期で発振出力するクロックパルスCLKによりカウントアップ動作を行い、そのカウント値CNTを比較器21dに出力する。比較器21dは、カウント値CNTを第一の設定値SET1と比較し、カウント値CNTが第一の設定値SET1を超過した場合に、電流ゼロ点が生じていないと判断して、電流ゼロ点状態信号NZUをオン(Hレベル)にする。カウンタ部21cは、上述したカウンタリセット信号RSTが入力されると、リセットされ、カウント値CNTがゼロなどの初期値になる構成である。
図8は、この発明の実施の形態2による交流電動機の駆動制御装置の構成例を示すブロック図である。なお、図8では、図1(実施の形態1)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
電流状態信号FDがLレベルの場合には、論理反転回路41の出力はHレベルとなるので、ラッチ回路46は、リセットされ、基本接触器投入指令MKC0のオン(Hレベル)オフ(Lレベル)に同期してオン(Hレベル)オフ(Lレベル)する接触器投入指令MKCを出力する。
図1は、この発明の実施の形態1による交流電動機の駆動制御装置の構成例を示すブロック図である。図1において、符号1は、電気車において架線に接して電力を受電する集電装置である。符号2は、レールであり、符号3は、電気車の車輪であり、符号6は、交流電動機である。交流電動機6は、実施の形態1による交流電動機の駆動制御装置10Aと共に車両に搭載され、その回転軸が、車輪3に機械的に結合されている。交流電動機6には、回転検出器7が装備されている。
ゲート信号論理部30は、ラッチ回路31と、論理反転回路(NOT)32と、2入力の論理積回路(AND)33とを備えている。ラッチ回路31のセット端Sには電流状態信号FDが入力され、リセット端Rには図示しない上位装置が発生するリセット信号RST信号が入力される。ラッチ回路31の出力端Qへの保持出力レベルは、論理反転回路32にて反転されて論理積回路33の一方の入力となる。論理積回路33の他方の入力は外部の図示しない上位装置が発生する基本ゲート信号GCである。論理積回路33の出力はインバータ12へのゲート信号GSとなる。
電流状態信号FDがオフ状態である低レベル(以降「Lレベル」と記す)の場合は、論理反転回路32の出力は、オン状態である高レベル(以降「Hレベル」と記す)であるので、論理積回路33は、基本ゲート信号GCの論理値をそのままゲート信号GSとして出力する。これによって、インバータ12は6つのスイッチング素子に所定のオンオフ動作を行わせる。
接触器制御部40Aは、論理反転回路41,42と、オン時素回路(ONTD)43と、2入力の論理積回路(AND)44と、2入力の論理和回路(OR)45と、ラッチ回路46とを備えている。図示しない上位装置が生成する基本接触器投入指令MKC0は、論理反転回路42とラッチ回路46のセット端Sとに入力される。また、電流状態判定部20からの電流状態信号FDは論理反転回路41に入力される。
電流状態信号FDがLレベルの場合には、論理反転回路41の出力はHレベルとなるので、ラッチ回路46は、リセットされ、基本接触器投入指令MKC0のオン(Hレベル)オフ(Lレベル)に同期してオン(Hレベル)オフ(Lレベル)する接触器投入指令MKCを出力する。
図6に示すように、電流状態判定部20は、U相検知論理部25Uと、V相検知論理部25Vと、W相検知論理部25Wと、判断部27とを備えている。検出された三相電流IU、IV、IWがU相検知論理部25U、V相検知論理部25V、W相検知論理部25Wの対応する検知論理部に入力され、各検知論理部の出力を並列に受ける判断部27から電流状態信号FDが出力される構成である。
まず、電流ゼロ点状態検出部21では、電流ゼロ点検出部21aは、入力されたU相電流IUをゼロ値と比較し、U相電流がゼロクロスするたびにカウンタリセット信号RSTをカウンタ部21cに出力する。カウンタ部21cは、発振部21bが一定周期で発振出力するクロックパルスCLKによりカウントアップ動作を行い、そのカウント値CNTを比較器21dに出力する。比較器21dは、カウント値CNTを第一の設定値SET1と比較し、カウント値CNTが第一の設定値SET1を超過した場合に、電流ゼロ点が生じていないと判断して、電流ゼロ点状態信号NZUをオン(Hレベル)にする。カウンタ部21cは、上述したカウンタリセット信号RSTが入力されると、リセットされ、カウント値CNTがゼロなどの初期値になる構成である。
図8は、この発明の実施の形態2による交流電動機の駆動制御装置の構成例を示すブロック図である。なお、図8では、図1(実施の形態1)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
電流状態信号FDがLレベルの場合には、論理反転回路41の出力はHレベルとなるので、ラッチ回路46は、リセットされ、基本接触器投入指令MKC0のオン(Hレベル)オフ(Lレベル)に同期してオン(Hレベル)オフ(Lレベル)する接触器投入指令MKCを出力する。
2 レール
3 車輪
6 交流電動機
7 回転検出器
10A,10B 交流電動機の駆動制御装置
11 電源開放接触器
12 インバータ
13,14,15 電流検出器
16 電動機開放接触器
17A,17B 制御部
18 放電回路
19 フィルタコンデンサ
20 電流状態判定部
21 電流ゼロ点状態検出部
21a 電流ゼロ点検出部
21b 発振部
21c カウンタ部
21d 比較器
22 電流ピーク値状態検出部
22a 電流ピーク値検出部
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23a 電流実効値検出部
23b 比較器
25U U相検知論理部
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27 判断部
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31 ラッチ回路
32 論理反転回路(NOT)
33 論理積回路(AND)
40A、40B 接触器制御部
41、42 論理反転回路(NOT)
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44 論理積回路(AND)
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47 ワンショット回路
P 正極側導体
N 負極側導体
UI インバータ側U相導体
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VP V相上アーム素子
WP W相上アーム素子
UN U相下アーム素子
VN V相下アーム素子
WN W相下アーム素子
Claims (13)
- オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流電動機を駆動するインバータと、前記インバータと前記交流電動機との間に接続された電動機側開閉部と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、少なくとも前記電流検出器が検出した電流に基づき、前記インバータにおける前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御と前記電動機側開閉部に対する開閉制御とを行う制御部と、を備える交流電動機の駆動制御装置であって、
前記制御部は、
前記電流検出器が検出した電流が異常な状態であるか否かを判定した判定信号を生成する電流状態判定部と、
前記判定信号に基づいて前記電動機側開閉部を開路制御するタイミングを適切に制御できるように構成した接触器制御部と、
を備えたことを特徴とする交流電動機の駆動制御装置。 - オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流電動機を駆動するインバータと、前記インバータと前記交流電動機との間に接続された電動機側開閉部と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、少なくとも前記電流検出器が検出した電流に基づき、前記インバータにおける前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御と前記電動機側開閉部に対する開閉制御とを行う制御部と、前記インバータの直流入力側と電源との間に設けられる電源側開閉部と、を備える交流電動機の駆動制御装置であって、
前記制御部は、
前記電流検出器が検出した電流が異常な状態であるか否かを判定した判定信号を生成する電流状態判定部と、
前記判定信号に基づいて前記電動機側開閉部を開路制御するタイミングを適切に制御できるように構成した接触器制御部と、を備え、
前記電源側開閉部は、前記電動機側開閉部が開路する前に、前記インバータの直流入力側を前記電源から切り離すように開路制御される、
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御装置。 - オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流電動機を駆動するインバータと、前記インバータと前記交流電動機との間に接続された電動機側開閉部と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、少なくとも前記電流検出器が検出した電流に基づき、前記インバータにおける前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御と前記電動機側開閉部に対する開閉制御とを行う制御部と、前記直流電圧が印加される前記インバータの正極側導体および負極側導体の間に設けられるコンデンサと並列に接続される放電回路と、を備える交流電動機の駆動制御装置であって、
前記制御部は、
前記電流検出器が検出した電流が異常な状態であるか否かを判定した判定信号を生成する電流状態判定部と、
前記判定信号に基づいて前記電動機側開閉部を開路制御するタイミングを適切に制御できるように構成した接触器制御部と、を備え、
前記放電回路は、前記電動機側開閉部が開路する前に、前記コンデンサの充電電荷を放電するように制御される、
ことを特徴とする交流電動機の駆動制御装置。 - 前記制御部は、
前記判定信号に基づいて前記複数のスイッチング素子のオンオフ制御に加えてオフ制御も行うゲート信号を生成するゲート信号論理部、
を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。 - 前記電流状態判定部は、前記検出された電流のゼロクロス有無に関する指標と、前記検出された電流のピーク値に関する指標と、前記検出された電流の実効値に関する指標との少なくとも1つを対応する設定値と比較しその比較結果に基づいて前記判定信号を生成する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。
- 前記電流状態判定部は、前記検出された電流の状態を複数の観点から評価して前記判定信号を生成する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。
- 前記電流状態判定部は、前記検出された電流のゼロクロス有無に関する指標と、前記検出された電流のピーク値に関する指標と、前記検出された電流の実効値に関する指標とを、それぞれ第一の設定値、第二の設定値、第三の設定値と比較し、その比較結果に基づいて前記判定信号を生成する、ことを特徴とする請求項1〜3いずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。
- 前記電流状態判定部は、前記検出された三相の電流のうちいずれか一つの電流のゼロクロス有無に関する指標がゼロクロスの不存在により第一の設定値を超過している場合に、あるいは前記検出された電流のピーク値に関する指標が第二の設定値を超過している場合に、あるいは前記検出された電流の実効値に関する指標が第三の設定値を超過している場合に、電流が異常な状態であると判定し、電流異常を示す前記判定信号を生成する構成、を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。
- 前記電流状態判定部は、前記検出された三相の全電流のゼロクロス有無に関する指標がゼロ点の存在により第一の設定値を下回っている場合で、前記検出された電流のピーク値に関する指標が第二の設定値を下回り、かつ、前記検出された電流の実効値に関する指標が第三の設定値を下回っている場合に、電流が正常な状態であると判定し、電流正常を示す前記判定信号を生成する構成、を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。
- 前記接触器制御部は、前記電流状態判定部が前記検出された電流の状態が異常であると判定した時点では、前記電動機側開閉部を開路しないようにする構成、を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。
- 前記接触器制御部は、前記電流状態判定部が前記検出された電流の状態が異常であると判定している状態が継続する場合において一定の条件が成立した場合は、所定時間経過後に前記電動機側開閉部を開路する制御を行う構成、を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。
- 前記接触器制御部は、前記電動機側開閉部を開路するタイミングを、前記電流状態判定部が前記検出された電流の状態が異常であると判定した時点から所定時間だけ遅延させるように動作する構成、を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の交流電動機の駆動制御装置。
- オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換して交流電動機を駆動するインバータと、前記インバータと前記交流電動機との間に接続された電動機側開閉部と、を備える交流電動機の駆動制御装置において、
前記インバータの出力側の電気量を検出する検出器を設ける場合、前記検出器は、前記インバータと前記電動機側開閉部との間の回路に設けられる、ことを特徴とする交流電動機の駆動制御装置。
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