KR20090057125A

KR20090057125A - 전기차의 제어 장치

Info

Publication number: KR20090057125A
Application number: KR1020097007832A
Authority: KR
Inventors: 히데토 네고로; 마사키 고노
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-06-03
Also published as: US20100194322A1; WO2008053675A1; WO2008053554A1; EP2096751B1; CN102259598A; JP4286904B2; EP2096751A4; US7982421B2; CN101536303A; JPWO2008053675A1; EP2096751A1; ES2452926T3; CN102259598B

Abstract

VVVF 인버터(6)의 출력 전압 지령과 출력 전류로부터 교류 전동기(7)의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 VVVF 인버터(6)를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)을 구비한 전기차의 제어 장치로서, 가선(1)으로부터의 전류를 검출하는 가선 전류 검출 수단(4)과, VVVF 인버터(6)가 운전시에 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출되는 가선(1)의 전류의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단(12)과, 이 부정 동작 검지 수단(12)이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터를 정지시키는 게이트 스톱 수단(13)을 구비한다.

Description

전기차의 제어 장치{ELECTRIC MOTOR CAR CONTROL APPARATUS}

본 발명은 속도 검출기를 사용하지 않고 가변 전압 가변 주파수 인버터(이하, VVVF 인버터라고도 함)에 의해 구동되는 교류 전동기를 구동원으로 하는 전기차의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 그 제어에서 필요한 속도 추정값의 이상(異常)을 검지하는 기술에 관한 것이다.

최근 속도 검출기를 사용하지 않고 VVVF 인버터를 사용하여, 고정밀도로 교류 전동기의 제어를 행하는 방식이 제안되고 있다.(예를 들어 특허 문헌 1, 특허 문헌 2를 참조)

이와 같이 속도 검출기를 사용하지 않고 교류 전동기의 제어를 행하는 방식에서는 전류 검출값 등에 기초하여 속도 추정값을 연산으로 구하고 VVVF 인버터의 제어를 행하지만, 전류 검출기의 고장이나 배선의 단선 등으로 인하여, 속도 추정값이 올바르게 연산되지 않은 경우에는 이를 방치하면 과전류가 다수 발생하여 VVVF 인버터의 부품 등을 파괴하는 상태로도 될 수 있으므로, 이 속도 추정값의 이상을 신속하게 검지할 필요가 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 제3732784호 공보(도 6, 식 (28))

특허 문헌 2: 일본 특개 2004-64905호 공보(도 1)

그러나 특허 문헌 1의 전기차의 구동 제어 방법 및 제어 장치에서는 유효 전력 기준 P*와 직류 전압 Vdc를 사용하여 전류 기준 IL*를 연산하고, 가선(架線)의 전류를 검출한 값 IL과 전류 기준 IL*의 편차를 연산하고, 이 편차가 하한값

와 상한값

사이에 없는 경우에는 속도 추정값 이상으로 판정하도록 구성되어 있다.

그리고 전류 기준 IL*은 유효 전력 기준 P*를 직류 전압 Vdc로 나누어 구하고 있어, 엄밀하게 전류 기준 IL*은 가선의 전류가 아니라, 인버터의 입력 전류가 된다. 그 결과, 가선의 전류와 가선의 전류의 기준으로부터 편차를 구하는 경우에는 하한값

및 상한값

를 정하는 것은 비교적 간단하지만, 가선의 전류와 인버터의 입력 전류의 편차를 연산하는 것으로부터 하한값

및 상한값

의 설정 정수를 정하는 것은 매우 어렵다.

또, 유효 전력 기준 P*는 교류 전동기나 VVVF 인버터가 바뀌면 변경할 필요가 있고, 따라서 하한값

및 상한값

는 그 때마다 변경할 필요가 있다.

또, 특허 문헌 2의 전기차 제어 장치에서는 전류 검출기로 검출한 인버터의 입력 전류의 방향을 판별기로 판별하고, 운전 지령 신호와 비교하여 이상을 검지하고 있기 때문에, 이상 동작을 오검지할 가능성이 높다.

예를 들어 노치 오프 등으로 운전 지령 신호가 오프된 직후, 인버터의 입력 전류는 짧은 시간이지만 약간 흐르게 되어, 그 흐른 입력 전류와 오프가 된 운전 지령 신호를 판별하여 이상 동작이라고 판단할 가능성이 높다.

또, 이 이상 검지 시스템에서 인버터가 정지하지 않고, 과전류나 과전압 등 의 다른 보호 수단에 의한 보호에 의해 갑자기 인버터가 정지하는 경우는 인버터를 갑자기 정지시키는 것에 의해 인버터의 입력 전류는 과도적으로 동작하기 때문에, 운전 지령 신호와 다른 방향의 전류가 흐르게 되어, 이에 의해 이상 검지 시스템이 작동하여 오검지하게 된다. 이와 같이 오검지하는 것은 시스템의 신뢰성을 저하시키게 된다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 가선 전류의 부호 또는 인버터 전류의 부호를 검지하는 것에 의해, 간단한 구성으로 속도 추정값의 이상을 검지하는 제어계를 구성하여 설정할 정수를 간단하게 결정할 수 있어, 교류 전동기나 가변 전압 가변 주파수 인버터가 변경되어도 설정 정수를 변경하지 않고, 속도 추정값의 이상을 검지할 수 있는 전기차의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 속도 추정값의 이상을 오검지하지 않고, 정확하고 확실하게 검지할 수 있는 전기차의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 전기차의 제어 장치는, 역행(力行) 지령 또는 브레이크 지령에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터)와, 상기 VVVF 인버터의 교류측에 접속되는 교류 전동기와, 상기 VVVF 인버터의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서와, 상기 VVVF 인버터의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 필터 컨덴서의 직류 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단과, 상기 VVVF 인버터의 출력 전압 지령과 상기 VVVF 인버터의 출력 전류로부터 상기 교류 전동기의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 상기 VVVF 인버터를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단을 구비한 전기차의 제어 장치로서, 가선의 전류를 검출하는 가선 전류 검출 수단 또는 상기 VVVF 인버터의 인버터 전류를 검출하는 인버터 전류 검출 수단 중 어느 하나의 직류 전류 검출 수단과, 상기 VVVF 인버터가 운전시에 역행 지령 또는 브레이크 지령 중 어느 하나의 지령과 상기 직류 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류 또는 인버터 전류 중 어느 하나의 직류 전류와 소정의 전류 설정값에 의해 직류 전류의 부호를 구하고, 그 직류 전류의 부호에 의해 상기 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단과, 이 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 상기 VVVF 인버터를 정지시키는 게이트 스톱(gate stop) 수단을 구비한 것이다.

또, 본 발명에 관한 전기차의 제어 장치는, 역행 지령 또는 브레이크 지령에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터)와, 상기 VVVF 인버터의 교류측에 접속되는 교류 전동기와, 상기 VVVF 인버터의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서와, 상기 VVVF 인버터의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 필터 컨덴서의 직류 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단과, 상기 VVVF 인버터의 출력 전압 지령과 상기 VVVF 인버터의 출력 전류로부터 상기 교류 전동기의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 상기 VVVF 인버터를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단을 구비한 전기차의 제어 장치로서, 가선의 전류를 추정하는 가선 전류 추정 수단 또는 상기 VVVF 인버터의 인버터 전류를 추정하는 인버터 전류 추정 수단 중 어느 하나의 직류 전류 추정 수단과, 상기 VVVF 인버터가 운전시에 역행 지령 또는 브레이크 지령 중 어느 하나의 지령과 상기 직류 전류 추정 수단에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값 또는 인버터 전류 추정값 중 어느 하나의 직류 전류 추정값과 소정의 전류 설정값에 의해 직류 전류 추정값의 부호를 구하고, 그 직류 전류 추정값의 부호에 의해 상기 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단과, 이 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 상기 VVVF 인버터를 정지시키는 게이트 스톱 수단을 구비한 것이다.

본 발명의 전기차의 제어 장치에 의하면, 간단하고 저비용의 구성으로 속도 추정값의 이상, 즉 속도 센서리스 벡터 제어 수단의 이상을 검출할 수 있어, 과전류에 의한 인버터 장치의 부품 고장을 미연에 방지할 수 있다.

또, 이상 판정을 위한 설정 정수를 간단히 설정할 수 있어, 교류 전동기나 가변 전압 가변 주파수 인버터가 변경되어도 설정 정수를 변경하지 않고, 속도 추정값의 이상을 검지할 수 있다.

또한, 속도 추정값의 이상을 오검지하는 일 없이, 정확하고 확실하게 검지할 수 있어, 신뢰성이 높은 전기차의 제어 장치를 얻을 수 있다.

상술한, 또는 그 외의 본 발명의 목적, 특징, 효과는 이하 실시 형태에서 상세한 설명 및 도면의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.

도 1은 실시 형태 1에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이 다.

도 2는 실시 형태 1에서 부정 동작 검지 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 실시 형태 1에서 게이트 스톱 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4는 실시 형태 1에서 역행시의 부정 동작 검지 수단의 각 파라미터의 동작 설명도이다.

도 5 실시 형태 1에서 회생시의 부정 동작 검지 수단의 각 파라미터의 동작 설명도이다.

도 6은 실시 형태 2에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 7은 실시 형태 2에서 가선 전류 추정 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명에 사용되는 VVVF 인버터의 회로 구성도이다.

도 9는 실시 형태 3에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 10은 실시 형태 3에서 부정 동작 검지 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 11은 실시 형태 3에서 게이트 스톱 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 12는 실시 형태 3에서 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 13은 실시 형태 3에서 회생 시간요소(time element; 이하 간단히 시소라 함) 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 14는 실시 형태 3에서 오프셋 보상 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 15는 실시 형태 3에 관한 전기차의 제어 장치에서 제어 모드 전환을 나타내는 도면이다.

도 16은 실시 형태 4에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 17은 실시 형태 5에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 18은 실시 형태 6에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

<부호의 설명>

1 가선

3 직류 필터 리액터

4 가선 전류 검출 수단

5 필터 컨덴서

6 가변 전압 가변 주파수 인버터(VVVF 인버터)

7 교류 전동기

8 차륜

9 레일

10 전류 검출 수단

11 속도 센서리스 벡터 제어 수단

12 부정 동작 검지 수단

13 게이트 스톱 수단

14 부정 회생 검지 수단

15 부정 역행 검지 수단

16 부정 회생 검지 시소 수단

17 부정 역행 검지 시소 수단

18 역행 회생 검지 선택 수단

19 역행시의 비교 수단

20 회생시의 비교 수단

21 역행시의 가선 전류 조건 EPDPLVL(제1 전류 설정값)

22 회생시의 가선 전류 조건 EPDBLVL(제2 전류 설정값)

23 가선 전류 추정 수단

24 전압 검출 수단

25 반전(NOT) 회로

26 게이트 신호 생성 회로

27 곱셈기

28 컨덴서 입력 전류 추정 수단

29 인버터 직류 입력 전류 추정 수단

30 가산기

31 부정 동작 검지 수단

32 게이트 스톱 수단

33 크기 비교 수단

34 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단

35 회생 시소 수단

36 곱셈 수단

37a, 37b 반전(NOT) 수단

38 래치 수단

39 전환 수단

40 시소(ONTD) 수단

41 시소(ONTD) 수단

42 전환 수단

43 가변 시소(ONTD) 수단

44 오프셋 보상 수단

45 적분 수단

46 시소(ONTD) 수단

47 전환 수단

48 나눗셈 수단

49 감산 수단

50 전환 수단

51 오프셋량 연산 수단

52 전환 수단

53 인버터 전류 검출 수단

54 인버터 전류 추정 수단

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 일 실시 형태예에 대하여 설명한다.

또한, 각 도면간에 있어서 동일 부호는 동일 또는 상당하는 것임을 나타낸다.

실시 형태 1.

이하, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전기차의 제어 장치에 대해 도 1 ~ 도 5를 참조하여 설명한다.

도 1은 실시 형태 1에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

또한, 실시 형태 1에 있어서는 일례로서 교류 전동기를 유도 전동기로 제어한 경우에 대하여 설명하겠으나, 교류 전동기는 동기 전동기라도 동양(同樣)의 효과를 기대할 수 있음은 물론이다.

또, 실시 형태 1에 있어서는 역행 지령 P*에 따라 동작하는 전기차의 제어 장치의 경우를 예로 들어 설명하겠으나, 후술하는 브레이크 지령 B*로 동작하는 것도 가능하다.

도 1에 있어서, 가선(1)은 팬터그래프(pantograph; 2), 직류 필터 리액터(3)를 통하여 직류 필터 컨덴서(5)의 정측 전위와 접속하고 있다. 또, 직류 필터 컨덴서(5)의 부측 전위는 차륜(8)을 통하여 레일(9)에 접지하고 있다. 또한, 직류 필터 컨덴서(5)에 병렬로, 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 가변 전압 가변 주파수 인버터(이하, VVVF 인버터라고도 함; 6)가 접속되어 있고, 이 VVVF 인버터(6)는 유도 전동기인 교류 전동기(7)에 3상의 전압을 인가한다. 교류측의 전류 검출 수단(10)은 교류 전동기(7)에 발생하는 상전류(相電流) iu, iv를 검출한다.

도 1에서는 교류측의 전류 검출 수단(10)으로서, VVVF 인버터(6)와 교류 전동기(7)를 접속하는 회로를 흐르는 전류를 CT 등에 의해 검출하는 것을 기재하고 있으나, 다른 공지된 방법을 사용하여, 모선(母線) 전류 등 VVVF 인버터(6) 내부에 흐르는 전류를 사용하여 상전류를 검출해도 된다.

iu+iv+iw=0의 관계가 성립하므로, u, v의 2상분의 검출 전류로부터 w상의 전류를 구할 수 있다.

또한, 교류 전동기(7)와 차륜(8)은 독립된 구성으로 되어 있으나, 이것은 편의적으로 도시하고 있는 것이고, 실제로는 교류 전동기(7)가 기어를 통하여 차륜(8)에 접속되고, 차륜(8)은 레일(9)에 접속되어 있다.

한편, 가선(1)으로부터 직류 필터 리액터(3)에 흐르는 전류 Is를 검출하는 가선 전류 검출 수단(4)이 마련되어 있고, 이 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 가선 전류값 Is를 부정 동작 검지 수단(자세한 것은 후술함; 12)에 입력하도록 하고 있다.

가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 가선 전류값 Is가, 가선(1)으로부터 VVVF 인버터(6)를 통과하여 교류 전동기(7)에 흐를(도 1의 화살표 방향으로 흐를) 때를 정(正) 방향이라고 정의하면, 역행 운전시의 가선 전류 Is는 정 방향(전류값 은 플러스가 됨)으로 흐른다.

반대로 회생 운전시의 가선 전류 Is는 교류 전동기(7)로부터 VVVF 인버터(6)를 통과하여 가선(1)에 흐르는 부(負) 방향(전류값은 마이너스가 됨)의 흐름이 된다. 즉, 도 1의 화살표의 역방향으로 흐르게 된다.

속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)은 VVVF 인버터(6)의 출력 전압 지령과 VVVF 인버터(6)의 출력 전류로부터 교류 전동기(7)의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 VVVF 인버터(6)를 제어하고, 교류 전동기(7)를 구동 제어한다. 이 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)에서의 제어계는 dq축 회전 좌표계상에 있어서 교류 전동기(7)의 전류, 전압, 자속을 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 방식이다.

당해 모든 센서리스 벡터 제어 수단(11)에 관해서는 기존의 기술이므로, 여기서는 그 상세 설명을 생략한다.

이어서, 부정 동작 검지 수단(12)에 대하여 설명한다.

도 2는 부정 동작 검지 수단(12)의 구성의 일례를 나타내는 것으로, 도 2에 있어서, 14는 역행 운전시에 있어서 이상을 검지하는 부정 회생 검지 수단이고, 가선 전류 검출 수단(4)으로 검출한 가선 전류 검출값 Is와, 부정하게 회생하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제1 전류 설정값인 역행시의 가선 전류 조건 EPDPLVL(21)을 비교하는 역행시의 비교 수단(19)과, 이 비교 수단(19)의 검출 결과를 어느 시간만큼 검지 시소를 갖게 하여(지연시켜) 출력하는 부정 회생 검지 시소 수단(역행 시소; 16)을 구비하고 있다.

또, 15는 회생 운전시에 있어서 이상을 검지하는 부정 역행 검지 수단이고, 가선 전류 검출 수단(4)으로 검출한 가선 전류 검출값 Is와, 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제2 전류 설정값인 회생시의 가선 전류 조건 EPDBLVL(22)을 비교하는 회생시의 비교 수단(20))과, 이 비교 수단(20)의 검출 결과를 어느 시간만큼 검지 시소를 갖게 하여(지연시켜) 출력하는 부정 역행 검지 시소 수단(회생 시소; 17)을 구비하고 있다.

18은 역행 지령 P*에 기초하여 역행 운전시인지 회생 운전시인지에 따라서, 부정 회생 검지 수단(14)이나 부정 역행 검지 수단(15) 중 어느 하나를 선택하는 역행 회생 검지 선택 수단이다.

또한, 역행 지령 P*는 전기차의 운전대 위의 변속 장치인 지령 위치에 따른 값으로부터 얻어지는 것이다.

이와 같이 구성된 부정 동작 검지 수단(12)의 원리는 상술한 바와 같이, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 정상의 역행 운전시의 경우에는 가선 전류 Is가 정 방향(즉, 플러스)이 되는 것을 사용한다.

또, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 정상의 회생 운전시의 경우에는 가선 전류 Is가 부 방향(즉, 마이너스)이 되는 것을 사용한다.

즉, 부정 동작 검지 수단(12)은 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 역행 운전시에 가선 전류 Is가 정 방향이 아닌 부 방향으로 흘렀을 때에, 이상이 있다고 판단하고 VVVF 인버터(6)를 게이트 스톱 수단(13)으로 정지시킨다.

또, 부정 동작 검지 수단(12)은 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 회생 운전시에 가선 전류 Is가 부 방향이 아닌 정 방향으로 흘렀을 때에, 이상이라고 판단하고 VVVF 인버터(6)를 게이트 스톱 수단(13)으로 정지시킨다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 실시 형태 1에 의한 전기차의 제어 장치의 동작에 대하여 설명한다.

우선 역행시의 속도 센서리스 벡터 제어 수단의 이상 판별 방법에 대하여 설명한다. 도 1에 나타낸 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 가선 전류값 Is를 부정 동작 검지 수단(12)에 입력한다.

역행시의 부정 동작 검지 수단(12)의 각 파라미터의 동작에 대해서는 도 4에 나타내고 있고, 이하 도 2와 도 4를 사용하여 동작 설명을 한다.

우선 역행시는 역행 지령 P*가 부정 동작 검지 수단(12) 및 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)에 입력되어 있기 때문에, 역행 회생 검지 선택 수단(18)은 A의 접점과 C의 접점이 접속되어 있게 된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 정상시는 가선 전류 Is가 정(플러스) 방향으로 흐르고 있다.

이상이 발생하면 가선 전류 Is가 부(마이너스) 방향으로 흐르기 때문에, 이 가선 전류 Is와 제1 전류 설정값인 역행시의 가선 전류 조건 EPDPLVL(21)을 역행시의 비교 수단(19)으로 비교한다. 예를 들어 역행시의 가선 전류 조건 EPDPLVL(21)은 -10A로 설정하고, 역행시의 비교 수단(19)에 의해 가선 전류 Is가 -10A(역행시의 가선 전류 조건 EPDPLVL(21))보다 작아진 것을 검출한다.

그 검출한 결과로부터, 부정 회생 검지 시소 수단(16)에 의해 과도적인 응답 등에 따른 오검지를 방지하기 위해 어느 시간만큼 검지 시소(지연)를 갖게 하고, 그 시소(지연) 시간이 경과해도 가선 전류 Is가 역행시의 가선 전류 조건 EPDPLVL(21)보다 작은 상태를 계속하면, 부정 동작 검지 수단(12)으로부터 부정 동작 검지 신호 EPD를 게이트 스톱 수단(13)에 출력한다.

또한, 시소의 설정 시간은 가선 전류 Is의 응답을 고려하여, 직류 필터 리액터(3)와 직류 필터 컨덴서(5)의 공진 주파수 이상의 시간을 설정하면 된다.

다음으로, 회생시의 속도 센서리스 벡터 제어 수단의 이상 판별 방법에 대하여 설명한다.

회생시의 부정 동작 검지 수단(12)의 각 파라미터의 동작에 대해서는 도 5에 나타내고 있고, 이하 도 2와 도 5를 사용하여 동작 설명을 한다.

우선 회생시는 역행 지령 P*가 입력되어 있지 않기 때문에, 역행 회생 검지 선택 수단(18)은 B의 접점과 C의 접점이 접속되어 있게 된다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 정상시는 가선 전류 Is가 부(마이너스) 방향으로 흐르고 있다. 이상이 발생하면 가선 전류 Is가 정(플러스) 방향으로 흐르기 때문에, 이 가선 전류 Is와 제2 전류 설정값인 회생시의 가선 전류 조건 EPDBLVL(22)을 회생시의 비교 수단(20)으로 비교한다.

예를 들어 회생시의 가선 전류 조건 EPDBLVL(22)는 +10A로 설정하고, 회생시의 비교 수단(20)에 의해 가선 전류 Is가 +lOA(회생시의 가선 전류 조건 EPDBLVL(22))보다 커진 것을 검출한다.

그 검출한 결과로부터, 부정 역행 검지 시소 수단(17)에 의해, 과도적인 응 답 등에 따른 오검지를 방지하기 위해 어느 시간만큼 검지 시소(지연)를 가지게 하고, 그 시소(지연) 시간이 경과해도 가선 전류 Is가 회생시의 가선 전류 조건 EPDBLVL(22)보다 큰 상태를 계속하면, 부정 동작 검지 수단(12)으로부터 부정 동작 검지 신호의 EPD를 게이트 스톱 수단(13)에 출력한다.

가선 전류 Is의 정 또는 부의 부호에 의해 부정 동작 검지 수단(12)으로 이상을 판정한 경우(EPD=1)에는 보호 동작이라고 판단하여, 게이트 스톱 수단(13)의 작용에 의해 VVVF 인버터(6)의 모든 스위칭 소자로의 게이트 신호를 오프로 한다.

도 3은 게이트 스톱 수단(13)의 구성의 일례를 나타내는 것이다.

도 3에 있어서, 게이트 스톱 수단(13)은 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)에 의해 연산된 전압 지령을 기본으로 게이트 신호 지령 생성 회로(26)에 의해 게이트 신호를 생성한다.

또, 부정 동작 검지 수단(12)에 의해 이상을 판단한 경우는 신호 EPD가 1로 되고, 그 신호를 반전(NOT) 회로(25)에 의해 반전시켜서 영으로 하고, 이것을 곱셈기(27)에 입력하여 VVVF 인버터(6)의 모든 스위칭 소자로의 게이트 신호가 오프(영)로 되도록 구성되어 있다.

또한, 게이트 신호 생성 회로(26)에 관해서는 기존의 기술이므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 전기차의 제어 장치는 역행 지 령 P* 또는 후술하는 브레이크 지령 B*에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터; 6)와, VVVF 인버터(6)의 교류측에 접속되는 교류 전동기(7)와, VVVF 인버터(6)의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서(5)와, VVVF 인버터(6)의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단(10)과, 필터 컨덴서(5)의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단(24)과, VVVF 인버터(6)의 출력 전압 지령과 VVVF 인버터(6)의 출력 전류로부터 교류 전동기(7)의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 VVVF 인버터(6)를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)을 구비한 전기차의 제어 장치로서, 가선(1)의 전류를 검출하는 가선 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단; 4)과, VVVF 인버터(6)가 운행시에 역행 지령 P* 또는 브레이크 지령 B* 중 어느 하나의 지령과 가선 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단; 4)에 의해 검출되는 가선의 전류(직류 전류)와 소정의 전류 설정값에 의해 가선의 전류의 부호를 구하고, 그 직류 전류의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단(12)과, 이 부정 동작 검지 수단(12)이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터(6)를 정지시키는 게이트 스톱 수단(13)을 구비하고 있다.

또, 본 실시 형태에 있어서 부정 동작 검지 수단(12)은 VVVF 인버터(6)가 역행 운전시에 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출되는 가선의 전류(직류 전류)의 값과, 부정하게 회생하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제1 전류 설정값을 비교하는 부정 회생 검지 수단(14)과, VVVF 인버터(6)가 회생 운전시에 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출되는 가선의 전류(직류 전류)의 값과, 부정하게 역행하고 있다 고 판단하기 위해 설정된 제2 전류 설정값을 비교하는 부정 역행 검지 수단(15)과, 역행 지령 P*(또는 브레이크 지령 B*)에 기초하여 역행 운전시는 부정 회생 검지 수단(14)을 선택하고, 회생 운전시는 부정 역행 검지 수단(15)을 선택하는 역행 회생 검지 선택 수단(15)을 구비하고 있다.

또, 본 실시 형태에 있어서 부정 회생 검지 수단(14)은 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출되는 가선(1)의 전류의 값이 제1 전류 설정값보다 작아졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 회생 검지 시소 수단(16)을 갖고, 부정 역행 검지 수단(15)은 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출되는 가선(1)의 전류의 값이 제2 전류 설정값보다 커졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 역행 검지 시소 수단(17)을 갖는다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, VVVF 인버터가 역행 지령 P* 또는 브레이크 지령 B*에 기초하여 운전시에 가선 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단을 구비하고, 이 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터를 정지시키도록 구성하고 있기 때문에, 매우 간단하고 저렴한 구성으로 간단하게 속도 센서리스 벡터 제어 수단의 이상을 검출할 수 있어, 과전류에 의한 인버터 장치의 부품 고장을 미연에 방지할 수 있다.

또, 이상 판정을 위한 설정 정수를 간단하게 설정할 수 있어, 교류 전동기나 가변 전압 가변 주파수 인버터가 변경이 되어도 설정 정수를 변경하지 않고 속도 추정값의 이상을 검지할 수 있다.

또, 역행시와 회생시의 처리를 나눔으로써 역행시와 회생시에서 다른 조건을 설정할 수 있어, 역행시와 회생시 각각으로 속도 추정값의 이상을 검지할 수 있다.

또한, 가선 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류의 값이 부정하게 회생하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제1 전류 설정값보다 작아졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 회생 검지 시소 수단과, 가선 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류의 값이 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제2 전류 설정값보다 커졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 역행 검지 시소 수단을 구비하고 있기 때문에, 과도 응답 등에 따른 부정 회생 검지 수단 및 부정 역행 검지 수단의 오검지를 방지할 수 있다.

실시 형태 2.

도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 상술한 실시 형태 1과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 여기서는 다른 부분에 대해서만 기술한다.

또한, 실시 형태 2에 있어서도, 역행 지령 P*에 따라 동작하는 전기차의 제어 장치의 경우를 예로 들어 설명하겠으나, 브레이크 지령 B*로 동작하는 것도 가능하다.

본 실시 형태 2에서는 도 6에 나타낸 바와 같이 가선 전류 추정 수단(23)을 구비하여, 그 출력을 부정 동작 검지 수단(12)에 입력하고 있는 것이 특징이다.

따라서, 본 실시 형태에서, 부정 동작 검지 수단(12)에는 가선 전류 검출값 대신에 가선 전류 추정 수단(23)으로 추정(연산)된 가선 전류 추정값이 입력된다.

실시 형태 1에서는 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 가선 전류값 Is를 부정 동작 검지 수단(12)에 입력하여, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 판별하고 있었다.

따라서, 실시 형태 1에서는 가선(1)의 전류를 검출하는 가선 전류 검출 수단(4)이 필요하고, 장치의 제작 비용이 높아지는 것이나, 부품 개수 증가에 따른 장치의 신뢰성을 저하시키는 과제가 있었다.

실시 형태 2에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 가선 전류 추정 수단(23)에 의해 가선(1)의 전류값을 추정하는 것에 의해, 실시 형태 1에서 사용한 것 같은 가선 전류 검출 수단(4)을 필요로 하지 않아 보다 제작 비용을 낮추며, 장치의 신뢰성을 저하시키는 일 없이, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 판별할 수 있도록 한 것이다.

도 7은 가선 전류 추정 수단(23)의 구성을 나타내고 있고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 가선 전류 추정 수단(23)은 컨덴서 입력 전류 Ic를 추정하는 컨덴서 입력 전류 추정 수단(28), 인버터 직류 입력 전류 Idc를 추정하는 인버터 직류 입력 전류 추정 수단(29), 컨덴서 입력 전류 추정 수단(28)으로 추정된 컨덴서 입력 추정 전류 Ic_s와 인버터 직류 입력 전류 추정 수단(29)으로 추정된 인버터 직류 추정 전류 Idc_s를 가산하는 가산기(30)로 구성되어 있다.

가선 전류 추정 수단(23)의 컨덴서 입력 전류 Ic를 추정하는 컨덴서 입력 전류 추정 수단(28)은 VVVF 인버터(6)의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서(5)의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단(24)에 의해 검출된 컨덴서 전압 Vc를 시간으로 미분하고 필터 컨덴서 용량 C를 곱함으로써, 이하의 식 (1)에 의해 컨덴서 입력 추정 전류 Ic_s를 산출한다.

[식 1]

또, 식 (1)은 미분을 사용하고 있기 때문에, 마이크로컴퓨터 등의 소프트웨어로 실현하는 것이 곤란하거나 연산 결과가 발산하는 경우 등이 있으므로, 실용적으로는 이하의 식 (2)를 사용해도 된다.

[식 2]

여기서,

: 라플라스 연산자, T: 시정수.

또한, 시정수 T에 대해서는 VVVF 인버터(6)의 최대 운전 주파수와 같은 값으로 하면 된다.

예를 들어 VVVF 인버터(6)의 최대 운전 주파수가 200Hz라고 하면, 식 (2)의 시정수 T는 이하의 식 (3)으로 산출할 수 있고, 약 80msec를 설정하면 된다.

[식 3]

VVVF 인버터(6)의 구성은, 예를 들어 도 8에 나타낸 바와 같이, IGBT(insulated gate bipolar transistor) 등의 스위칭 소자 6개(Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz)에 의해 구성되어 있다.

VVVF 인버터(6)에서는 각 상의 2개 스위칭 소자가 동시에 온하면 직류 전압이 단락되어 단락 전류에 의해 스위칭 소자가 파괴된다.

그 때문에, 실제의 VVVF 인버터(6)에서는 각 상의 2개 스위칭 소자가 동시에 온하는 것을 방지하기 위해 상하 단락 방지 시간(또는 데드 타임이라고 함) Td가 마련된다.

가선 전류 추정 수단(23)의 인버터 직류 입력 전류 Idc를 추정하는 인버터 직류 입력 전류 추정 수단(29)은 도 8에 나타낸 VVVF 인버터(6)의 스위칭 소자 Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz의 상태 및 VVVF 인버터(6)의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단(10)의 검출값을 사용하여, 이하의 식 (4)에 의해 인버터 직류 입력 추정 전류 Idc_s를 연산한다.

[식 4]

또한, Su, Sv, Sw는 스위칭 소자 상태를 나타내는 함수이기 때문에, 이하와 같은 상태시에 온(+1로 나타냄), 오프(O로 나타냄)로 정의할 수 있다.

Su, Sv, Sw=+1: 정측(P)의 스위칭 소자 Su, Sv, Sw가 온인 경우 또는 Td의 기간이고 모터 전류 Iu, Iv, Iw<O인 경우

Su, Sv, Sv=O: 정측(P)의 스위칭 소자 Su, Sv, Sw가 오프인 경우 또는 Td의 기간이고 모터 전류 Iu, Iv, Iw>O인 경우

또한, 실시 형태 2에서는 식 (4)를 사용한 인버터 직류 입력 전류의 추정 방법에 대하여 설명하였으나, 인버터 직류 입력 전류의 추정 방법은 그 밖에 인버터 전력을 산출하여 컨덴서 전압 Vc로 나누는 것에 의해서도 산출할 수 있고, 인버터 직류 입력 전류를 식 (4) 이외의 다른 추정 방법을 사용하여 산출해도 되는 것은 말할 것도 없다.

또, 가선 전류 추정 수단(23)으로 연산한 가선 전류 추정값 Is_s를 사용하여, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 검지하는 동작인 부정 동작 검지 수단(12) 이후의 동작 및 작용은 실시 형태 1과 동양이기 때문에 설명은 생략한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 전기차의 제어 장치는 역행 지령 P* 또는 브레이크 지령 B*에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터; 6)와, VVVF 인버터(6)의 교류측에 접속되는 교류 전동기(7)와, VVVF 인버터(6)의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서(7)와, VVVF 인버터(6)의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단(10)과, 필터 컨덴서(5)의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단(24)과, VVVF 인버터(6)의 출력 전압 지령과 VVVF 인버터(6)의 출력 전류로부터 교류 전동기(6)의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 VVVF 인버터(6)를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)을 구비한 전기차의 제어 장치로서, 가선(1)의 전류를 추 정하는 가선 전류 추정 수단(직류 전류 추정 수단; 23)과, VVVF 인버터(6)가 운전시에 역행 지령 P* 또는 브레이크 지령 B*와 가선 전류 추정 수단(직류 전류 추정 수단; 23)에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값(직류 전류 추정값)과 소정의 전류 설정값에 의해 직류 전류 추정값의 부호를 구하고, 그 가선의 전류 추정값(직류 전류 추정값)의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단(12)과, 이 부정 동작 검지 수단(12)이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터(6)를 정지시키는 게이트 스톱 수단(13)을 구비하고 있다.

또, 본 실시 형태에 있어서 가선 전류 추정 수단(23)은 전류 검출 수단(10)에 의해 검출된 전류 정보와 VVVF 인버터(6)의 스위칭 상태에 기초하여 VVVF 인버터에 가선(1)으로부터 입력되는 인버터 직류 입력 전류를 추정하는 인버터 직류 입력 전류 추정 수단(29)과, 필터 컨덴서(5)에 가선(1)으로부터 입력되는 컨덴서 입력 전류를 추정하는 컨덴서 입력 전류 추정 수단(28)과, 인버터 직류 입력 전류 추정 수단(29) 및 컨덴서 입력 전류 추정 수단(28)의 전류 추정값을 가산하여 부정 동작 검지 수단(12)에 입력하는 가산기(30)를 구비하고 있다.

또, 본 실시 형태에 있어서 부정 동작 검지 수단(12)은 VVVF 인버터(6)가 역행 운전시에 가선 전류 추정 수단(직류 전류 추정 수단; 23)에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값(직류 전류 추정값)과, 부정하게 회생하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제1 전류 설정값을 비교하는 부정 회생 검지 수단(14)과, VVVF 인버터(6)가 회생 운전시에 가선 전류 추정 수단(직류 전류 추정 수단; 23)에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값(직류 전류 추정값)과 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제2 전류 설정값을 비교하는 부정 역행 검지 수단(15)과, 역행 지령 또는 브레이크 지령에 기초하여 역행 운전시는 부정 회생 검지 수단(14)을 선택하고, 회생 운전시는 부정 역행 검지 수단(15)을 선택하는 역행 회생 검지 선택 수단(18)을 구비하고 있다.

또, 본 실시 형태에 있어서 부정 회생 검지 수단(14)은 가선 전류 추정 수단(23)에 의해 추정되는 가선(1)의 전류 추정값이 제1 전류 설정값보다 작아졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 회생 검지 시소 수단(16)을 갖고, 부정 역행 검지 수단(15)은 가선 전류 추정 수단(23)에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값이 제2 전류 설정값보다 커졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 역행 검지 시소 수단(17)을 갖는다.

따라서, 본 실시 형태에 의하면, 가선의 전류 추정값의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어가 이상이라는 것을 검지하여 VVVF 인버터를 정지시키도록 구성하고 있으므로, 실시 형태 1의 경우와 동양의 효과를 나타내는 동시에, 실시 형태 1에 비해, 가선의 전류를 검출하는 센서(즉, 가선 전류 검출 수단)가 필요하지 않게 되어 부품 개수의 삭감에 따른 비용 저감 효과 및 시스템의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

실시 형태 3.

상술한 실시 형태 1 및 실시 형태 2에서는 역행 지령 P*에 기초하여 전기차의 운전이 제어되는 경우에 대하여 설명하였으나, 실시 형태 3 ~ 실시 형태 6에서는 브레이크 지령 B*에 기초하여 전기차의 운전이 제어되는 경우에 대하여 설명한 다.

도 9는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 9에 있어서, 1은 가선, 2는 팬터그래프, 3은 직류 필터 리액터, 4는 가선 전류 검출 수단, 5는 필터 컨덴서, 6은 VVVF 인버터, 7은 유도 전동 기기인 교류 전동기이다.

또, 10은 교류측의 전류 검출 수단이고, 전류 검출 수단(10)은 교류 전동기(유도 전동기; 7)에 발생하는 상전류(相電流) iu, iv, iw를 검출한다.

또한, 도 9에서는 교류측의 전류 검출 수단(10)으로서, VVVF 인버터(60)와 유도 전동기인 교류 전동기(7)를 접속하는 결선을 흐르는 전류를 CT 등에 의해 검출하는 것을 개시하고 있으나, 다른 공지된 방법을 사용하여, 모선 전류 등 VVVF 인버터(6)의 내부에 흐르는 전류를 사용하여 상전류를 검출해도 된다.

11은 속도 센서리스 벡터 제어 수단, 24는 전압 검출 수단, 31은 부정 동작 검지 수단, 32는 게이트 스톱 수단이다. 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(6)는 교류 전동기(7; 유도 전동기)에 3상(三相) 전압을 인가한다.

상술한 실시 형태 1 또는 2의 경우와 비교하면, 본 실시 형태에 있어서는 브레이크 지령 B*를 입력으로 하고 가선 전류 Is의 오프셋을 보상하는 기능인 오프셋 보상 수단(44)을 구비한 부정 동작 검지 수단(31)과 브레이크 지령 B*를 입력으로 한 게이트 스톱 수단(32)을 마련하고 있는 점이 다르다.

또한, 본 실시 형태는 브레이크시만 교류 전동기(7)의 회전 속도 추정 이상 을 검지한다.

본 실시 형태가 브레이크시만 속도 추정 이상을 검지하는 이유는 전기차의 경우, 역행시는 운전대로부터의 지령인 역행 지령과 동일 방향으로 교류 전동기인 유도 전동기가 회전하도록 회전 방향을 정하기 위함이다.

그러나 브레이크시는 확실히 안전하게 브레이크 동작을 행하기 위해, VVVF 인버터(6)가 출력하는 전압 지령이 교류 전동기(7)가 회전하고 있는 방향과 일치하도록 회전 방향을 결정할 필요가 있다.

VVVF 인버터(6)가 정지 중에는 교류 전동기(7)의 회전 속도를 얻을 수 없다.

그래서, 본 실시 형태에 의한 속도 센서스 벡터 제어에서는 VVVF 인버터(6)가 동작시에, 그 전압 및 전류로부터 교류 전동기(7)의 회전 속도를 추정할 수 있도록 VVVF 인버터(6)가 재동작하면, 먼저 이미 공지된 일본 특개 2003-309996호 공보나 일본 특개 2004-350459호 공보에 도시되어 있는 방법에 의해, 프리-런(free-run) 상태를 검출하기 위한 초기 속도 추정을 행한다.

도 10은 본 실시 형태에 있어서 부정 동작 검지 수단(31)의 구성을 나타내는 도면이다.

부정 동작 검지 수단(31)은 도 10에 나타낸 바와 같이, 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 가선 전류 검출값 Is, 브레이크 지령 B*를 입력으로 하고 크기 비교 수단(33), 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단(34), 회생 시소 수단(35), 오프셋 보정 수단(44)으로 구성된다.

또, 도 11은 본 실시 형태에 있어서 게이트 스톱 수단(32)의 구성을 나타내 는 도면이고, 게이트 스톱 수단(32)의 구성과 동작에 대해서는 후술하기로 한다.

부정 동작 검지 수단(31)의 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단(34)은 도 12에 나타낸 바와 같이, 전환 수단(39), 시소(ONTD) 수단(40a), 시소(ONTD) 수단(40b)으로 구성된다. 시소(ONTD) 수단(40a)은 지연 시간 400msec를 설정한다.

또한,“ONTD”란 ON Time Delay를 말한다.

또, 시소(ONTD) 수단(40b)은 지연 시간 1400msec를 설정한다.

부정 동작 검지 수단(31)의 회생 시소 수단(35)은 도 13에 나타낸 바와 같이 시소(ONTD) 수단(41), 전환 수단(42), 가변 시소(ONTD) 수단(43)으로 구성된다.

시소(ONTD) 수단(41)은 지연 시간 400msec를 설정하고, 시소(ONTD) 수단(41)의 출력은 브레이크 지령 B*가 온되고 나서부터 400msec 후에 전환 수단(42)에 온 지령을 출력한다.

전환 수단(42)은 시소(ONTD) 수단(41)으로부터 출력하는 온 지령을 받아서, 10msec로부터 100msec로 전환할 수 있다.

가변 시소(ONTD) 수단(43)은 전환 수단(42)의 출력(즉, 10msec 또는 10O msec의 시간)을 EPDB 신호가 입력되고 나서부터 EPD 신호를 출력할 때까지 늦출 수 있다.

오프셋 보상 수단(44)은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 오프셋량 연산 수단(51) 및 감산 수단(49)으로 구성된다.

오프셋량 연산 수단(51)은 적분 수단(45), 시소(ONTD) 수단(46), 전환 수단(47), 나눗셈 수단(48), 전환 수단(50), 전환 수단(52)에 의해 구성되어 있고, 감산 수단(49)은 입력되는 가선 전류 검출값 Is로부터 오프셋량 연산 수단(51)으로 연산된 오프셋량을 감산한다.

본 실시 형태에서는 가선 전류 검출 수단(4)이 검출하는 가선 전류 검출값 Is의 부호에 의해 부정 역행 또는 부정 회생임을 판단하고 있다.

그 때문에, 가선 전류 검출 수단(4)에 불필요한 직류 성분의 오프셋이나 드리프트의 영향이 있는 경우, 정확하게 부정 역행, 부정 회생을 판단할 수 없게 되지만, 오프셋 보상 수단(44)에 의해 가선 전류 검출 수단(4)이 검출하는 가선 전류의 불필요한 직류 성분의 오프셋이나 드리프트를 제거할 수 있어, 정확하게 부정 역행, 부정 회생을 판단할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 있어서 오프셋 보상 수단(44)은 브레이크 지령 B*가 투입되고 나서 어느 일정한 시간(100msec)의 동안만 오프셋량을 산출하는 것이 특징이다.

예를 들어 전류의 오프셋을 보상하기 위해, 「전류 검출값에 하이 패스 필터로 전류 검출값의 직류 성분을 감쇠시키는 방법」이나,「일본 특공평 06-68503호 공보에 개시되어 있는 교류기의 전류 검출 방식」에서는 검출한 전류 검출값의 저주파 감쇠 신호를 산출하는 방법 등이 채택되고 있었다.

그러나 지금까지의 방법에서는 오프셋량을 산출하는데 계산이 복잡하고, 산출하기까지에 시간이 걸리는 과제가 있었다.

그러한 과제를 해결하기 위해, 오프셋 보상 수단(44)에서는 오프셋량 연산 수단(51)에 의해 짧은 시간에 오프셋량을 산출할 수 있다.

오프셋량 연산 수단(51)은 브레이크 지령 B*가 투입되고 나서부터 VVVF 인버터가 기동하기까지 일정 시간의 지연(타임 레그)이 있음을 사용하여, 브레이크 지령 B*가 투입되고 일정 시간(본 실시 형태에서는 100msec로 함) 사이에 오프셋량을 검출하도록 하고 있다.

우선 브레이크 지령 B*가 입력되면, 전환 수단(50)은 가선 전류 검출값 Is측으로 스위치가 바뀐다. 그 결과, 가선 전류 검출값 Is가 적분 수단(45)에 입력된다.

통상 브레이크 지령 B* 투입시는 VVVF 인버터(6)가 기동하고 있지 않기 때문에 가선 전류 검출값 Is는 영일 것이다.

그러나 가선 전류 검출 수단(4)에 오프셋이나 드리프트가 있으면, VVVF 인버터(6)가 정지 중에도 가선 전류 검출값 Is는 영이 아니게 된다. 그 영이 아닌 값을 적분 수단(45)은 검출하여 브레이크 지령 B* 투입으로부터 100 msec 동안 저장하게 된다.

브레이크 지령 B*의 투입으로부터 100msec 후에 전환 수단(47)은 온측으로 전환하게 되고, 그와 동시에 전환 수단(52)은 온측으로 전환하게 되고, 적분 수단(45)의 입력은 영이 되고, 적분 수단(45)은 브레이크 지령 B* 투입으로부터 100msec 동안에 연산한 양으로 정지한다.

적분 수단(45)에 있어서 브레이크 지령 B* 투입으로부터 100msec 동안에 연산된 양은 전환 수단(47)을 통과하여 나눗셈 수단(48)에 입력되고, 나눗셈 수단(48)으로 소정의 정수인 0.1(100m)로 나눗셈을 실시한다.

이로 인해, 오프셋량(또는 드리프트량)의 평균값을 산출할 수 있다.

감산 수단(49)은 가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 가선 전류 검출값 Is로부터 나눗셈 수단(48)에 의해 산출한 오프셋량의 평균값을 감산한다.

그 결과, 가선 전류의 오프셋량(또는 드리프트량)분을 감산할 수 있어, 오프셋량의 영향을 제거할 수 있다. 그 때문에, 가선 전류 검출 수단(4)의 오프셋의 영향을 제거할 수 있다.

가선 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 가선 전류 검출값 Is는 오프셋 보상 수단(44)에 의해 가선 전류 검출 수단(4)의 오프셋의 영향을 제거한 값 Is_of를 크기 비교 수단(33)에 입력한다.

크기 비교 수단(33)은 오프셋 보상 수단(44)으로부터 출력되는 값 Is_of와 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단(34)으로부터 출력되는 값 EPDBLV를 비교한다.

크기 비교 수단(33)에 입력되는 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단(34)의 출력값 EPDBLV는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 3 종류의 정해진 정수(즉, 5A, 10A, 50A)가 있다.

그 정해진 3 종류의 정수는 브레이크 지령 B*가 투입된 후의 시간에 따라서 변경된다.

먼저, 브레이크 지령 B*가 투입되어 있지 않을 때(즉, 전기차에서 말하는 타행시(惰行時))는 전환 수단(39a, 39b)은 오프측을 선택하고, EPDBLV는 정해진 정수인 「5A」를 선택한다.

이 「5A」를 선택하는 기간은 VVVF 인버터(6)가 동작하고 있지 않는 서행 중[도 15의 (a)]과, 브레이크 지령이 투입되어 있으나 VVVF 인버터(6)가 동작하고 있지 않는 1OOmsec 동안[도 15의 (b)]과, VVVF 인버터(6)가 재동작하면 우선 이미 공지된 일본 특개 2003-309996호 공보나 일본 특개 2004-350459호 공보에 나타난 방법에 의해 프리-런 상태를 검출하기 위한 초기 속도 추정을 행하는 기간인 300msec 동안[도 15의 (c)]뿐이다.

또한, 도 15의 (b)는 “가선 전류=0"인 기간이고, 도 15의 (c)는 작은 전류가 흐르는“초기 속도 추정시"의 기간이다.

이들 기간은 VVVF 인버터(6)가 동작하지 않거나, 또는 VVVF 인버터(6)가 동작해도 아주 작은 전류만을 흐르게 하는 제어 모드이다.

그 때문에, 이 부정 역행을 정확하게 검지하기 위해서는 EPDBLV를 작은 값으로 할 필요가 있어, 이와 같은 방법을 취하고 있다.

이어서, 초기 속도 추정을 행하는 기간 후(즉, 브레이크 지령 B*가 투입되고 나서부터 400msec 후)의 교류 전동기(7)의 토크를 상승시킬 때는, 도 13에 나타낸 바와 같이 전환 수단(39a)은 온측으로 스위치가 전환하고, 전환 수단(39b)은 오프측 그대로 이기 때문에, EPDBLV는 정해진 정수인 「10A」를 선택하게 된다.

또한, 도 15의 (d)는 교류 전동기(7)의 토크를 상승시킬 때이고, 전류가 증가하는 기간이다.

제어로서는 이 때(즉, 도 15(d)의 기간)가 과도 동작 중인 토크를 상승시킬 때이므로, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 이상으로 될 가능성이 커진다.

그 때문에, EPDBLV(회생시의 가선 전류 조건 설정 수단(34)으로부터 출력되 는 값)는 작은 값으로 하고, 검지하기 쉬운 상태로 할 필요가 있다.

다음으로, 도 12가 나타내는 바와 같이, 브레이크 지령 B*가 투입되고 나서부터 1400msec 후는 전환 수단(39b)이 온측으로 전환되고 「50A」가 선택된다.

제어로서는 브레이크 지령 B*가 투입된 후, 1400msec 후는 교류 전동기의 토크도 상승되어 안정된 상태로 되기 때문에 전류도 안정적이고, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)도 안정적으로 동작하게 된다.

그 때문에, 이 상태에서 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상으로 되는 경우는 전류 검출 수단(10)의 고장 등에 의해, 돌연 큰 전류로 인하여 가선 전류 검출값이 마이너스측으로부터 플러스측으로 변화하는 것을 고려할 수 있으므로, EPDBLV는 도 15의 (a) ~ (d)의 상태에 비해 큰 값인 「50A」를 선택할 수 있다.

크기 비교 수단(33)에 의해 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단(34)으로부터 출력되는 값 EPDBLV와 오프셋 보상 수단(44)에 의해 가선 전류 검출 수단(4)의 오프셋의 영향을 제거한 값 Is_of를 비교하여, EPDBLV보다 Is_of가 크면, 크기 비교 수단(33)으로부터 EPDB가 출력되어 회생 시소 수단(35)에 입력된다.

회생 시소 수단(35)은 도 13에 나타낸 바와 같이 브레이크 지령 B*에 의해 가변 시소(ONTD) 수단(43)의 시소의 시간을 브레이크 지령 B*의 투입 시간에 의해 가변으로 하고 있는 것이 특징이다.

크기 비교 수단(33)으로부터 EPDB가 출력되어 회생 시소 수단(35)에 입력된 후, 오검지를 방지하기 위해 가변 시소 수단(43)에 의해 정해진 시간만큼을 늦추어 EPD 신호를 출력한다.

가변 시소 수단(43)의 시소는 브레이크 지령 B*가 입력되고 400msec를 경과하기 전은 전환 수단(42)의 오프측의 시소인 10msec를 선택한다.

이 값은 브레이크 지령 B*가 입력되고 400msec까지는 도 15의 (b), (c)에 나타낸 바와 같이, 인버터가 동작하고 있지 않는 상태이거나, 초기 속도 추정을 행하고 있는 상태이다.

그 때문에, 초기 속도 추정시에 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 검지하기 위해서, 가변 시소 수단(43)의 시소는 300msec보다 충분히 짧은 시간일 필요가 있어 10msec를 선택한다.

브레이크 지령 B*가 투입되고 나서부터 400msec 경과한 후는 시소 수단(41)으로부터 온 신호가 출력되고, 전환 수단(42)은 온측이 선택되게 되고, 100msec가 가변 시소 수단(43)의 시소로 된다.

브레이크 지령 B*가 투입되고 나서부터 400msec 경과한 후는, 도 15의 (d), (e)에 나타낸 바와 같이 교류 전동기의 토크를 상승시킬 때가 되고, 제어 상태는 lsec의 시간의 단위로 실시되기 때문에, 초기 속도 추정시의 시간의 시소와 비교하여 100msec의 긴 시간을 선택한다. 따라서, 오검지를 더욱 방지할 수 있다.

회생 시소 수단(35)의 출력인 EPD 신호는 게이트 스톱 수단(32)에 입력된다. 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 나타내는 EPD 신호를 받아서, 게이트 스톱 수단(32)은 VVVF 인버터(6)를 정지하도록 동작한다.

이로 인해, 인버터 장치의 확대 고장을 방지하고 있다.

본 실시 형태에 있어서 게이트 스톱 수단(32)이 상술한 실시 형태 1 또는 2 의 게이트 스톱 수단(13)과 다른 점은 도 11에 나타낸 바와 같이, 래치 수단(38)을 구비하고 있는 점이고, 이것이 본 실시 형태 3의 특징이다.

게이트 스톱 수단(32)은 전기차의 제어 동작 이상을 나타내는 신호인 EPD 신호(이 경우, l(온 레벨의 신호)임)가 입력되면, 반전 수단(37b)에 의해 “영"으로 반전하고, 래치 수단(38)을 통하여 곱셈기(36)에 입력되어서 전압 신호에 영을 곱하는 것에 의해 VVVF 인버터(6)에 공급되는 게이트 신호를 정지하게 된다.

또한, 이 게이트 스톱 수단(32)의 기본적인 동작은 실시 형태 1 또는 실시 형태 2의 게이트 스톱 수단(13)과 동양이다.

단, 본 실시 형태에 있어서 게이트 스톱 수단(32)은 래치 수단(38)을 사용하고, 한 번 EPD의 신호에 의해 이상을 검지하면, 브레이크 지령 B*가 오프될 때까지 래치 수단에 의해 반전 수단(37b)에 의해 출력된 영을 계속 유지한다.

그 결과, 브레이크 지령 B*가 오프될 때까지 인버터는 정지한 상태가 된다.

브레이크의 경우, 인버터가 정지해도 기계에 의한 공제(空制, air-actuated) 브레이크가 동작하는 것에 의해 전기차는 브레이크 동작을 행할 수 있어, 전기차의 운행상 문제는 없다.

그 때문에, 이상을 검지하면, 전기차의 안정적인 운행을 고려하여, VVVF 인버터를 브레이크 지령 B*가 오프될 때까지 정지시키고 있는 편이 효과적이다.

또한, 브레이크 지령 B*가 오프되었을 때의 래치 수단(38)의 유지를 해제하는 방법은 브레이크 지령 B*가 오프되면 “영”이 입력되어 반전 수단(37a)에 의해 1로 변환되어, 래치 수단(38)의 스위치를 오프로 하여, 래치를 해제할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 전기차의 제어 장치는 브레이크 지령 B*에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터; 6)와, VVVF 인버터(6)의 교류측에 접속되는 교류 전동기(7)와, VVVF 인버터(6)의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서(5)와, VVVF 인버터(6)의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단(10)과, 필터 컨덴서(5)의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단(24)과, VVVF 인버터(6)의 출력 전압 지령과 VVVF 인버터(6)의 출력 전류로부터 교류 전동기(7)의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 VVVF 인버터(6)를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)을 구비한 전기차의 제어 장치로서, 가선(1)의 전류를 검출하는 가선 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단; 4)과, VVVF 인버터(6)가 운전시에 브레이크 지령 B*와 가선 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단; 4)에 의해 검출되는 가선의 전류(직류 전류)와 소정의 전류 설정값에 의해 가선 전류의 부호를 구하고, 그 직류 전류의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단(31)과, 이 부정 동작 검지 수단(31)이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터(6)를 정지시키는 게이트 스톱 수단(32)을 구비하고 있다.

그리고 부정 동작 검지 수단(31)은 VVVF 인버터(6)가 회생 운전시에 가선 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단; 4)에 의해 검출되는 가선(1)의 전류(직류 전류) 값과, 브레이크 지령 B*에 기초한 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단(34)에 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 전류 설정값과, 이 부정에 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 전류 설정값과 가선(1)의 전류를 비교하는 크기 비교 수단(33)을 구비하고 있다.

따라서, 본 실시 형태에 의하면, VVVF 인버터가 운전시에 가선 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선 전류의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단을 구비하고, 이 부정 동작 검지 수단은 VVVF 인버터가 회생 운전시에 가선 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단)에 의해 검출되는 가선의 전류(직류 전류)의 값과, 브레이크 지령 B*에 기초한 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단에 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 전류 설정값과, 이 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 전류 설정값과 가선의 전류를 비교하는 크기 비교 수단(33)을 마련하여, 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터를 정지시키도록 구성하고 있기 때문에, 극히 간단하고 저렴한 구성으로 정확하게 속도 센서리스 벡터 제어 수단의 이상을 검출할 수 있다.

그 때문에, 과전류에 의한 인버터 장치 부품의 고장을 보다 미연에 확실하게 방지할 수 있다.

또, 본 실시 형태에 있어서 부정 동작 검지 수단(31)은 가선 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단; 4)에 의해 검출된 전류의 오프셋 성분을 보상하는 오프셋 보상 수단(44)을 추가로 구비하고 있다.

따라서, 오프셋 보상 수단에 의해 가선 전류 검출 수단(4)이 검출하는 가선 전류의 불필요한 직류 성분의 오프셋이나 드리프트를 제거할 수 있어, 정확하게 부정 역행, 부정 회생을 판단할 수 있다.

실시 형태 4.

도 16은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 16을 참조하여 본 실시형태에 의한 전기차의 제어 장치에 대하여 설명한다.

본 실시 형태는 상술한 실시형태 3에 의한 전기차의 제어 장치의 구성을 기본으로 하고, 가선(1)의 전류를 추정하기 위한 가선 전류 추정 수단(23)과 전압 검출 수단(24)을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 가선 전류 추정 수단(23) 및 전압 검출 수단(24)은 실시 형태 2에서 설명한 것과 동등한 것이고, 가선 전류 추정 수단(23)의 구성과 동작에 대해서는 실시 형태 2에서 상세 설명을 끝낸 상태이다.

또, 부정 동작 검지 수단(31) 및 게이트 스톱 수단(32)의 구성과 동작은 실시 형태 3에서 상세 설명을 끝낸 상태이다.

즉, 본 실시 형태는 실시 형태 3과 실시 형태 2를 조합한 것이다.

단, 실시 형태 2는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 역행 지령 P*에 기초하여 전기차의 운전이 제어되는 것이었으나, 본 실시 형태에서는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 브레이크 지령 B*에 기초하여 전기차의 운전이 제어된다.

본 실시 형태에 의한 전기차의 제어 장치는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 브레이크 지령 B*에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터; 6)와, VVVF 인버터(6)의 교류측에 접속되는 교류 전 동기(7)와, VVVF 인버터(6)의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서(5)와, VVVF 인버터(6)의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단(10)과, 필터 컨덴서(5)의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단(24)과, VVVF 인버터(6)의 출력 전압 지령과 VVVF 인버터(6)의 출력 전류로부터 교류 전동기(7)의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 VVVF 인버터(6)를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)을 구비한 전기차의 제어 장치로서, 가선(1)의 전류를 추정하는 가선 전류 추정 수단(직류 전류 추정 수단; 23)과, VVVF 인버터(6)가 운전시에 브레이크 지령과 가선 전류 추정 수단(직류 전류 추정 수단; 23)에 의해 추정되는 가선(1)의 전류 추정값(직류 전류 추정값)과 소정의 전류 설정값에 의해 가선(1)의 전류 추정값(직류 전류 추정값)의 부호를 구하고, 가선(1)의 전류 추정값(직류 전류 추정값)의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단(31)과, 이 부정 동작 검지 수단(31)이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터를 정지시키는 게이트 스톱 수단(32)을 구비하고 있다.

또, 상술한 실시 형태 2의 경우와 동양으로, 가선 전류 추정 수단(23)은 전류 검출 수단(10)에 의해 검출된 전류 정보와 VVVF 인버터(6)의 스위칭 상태에 기초하여 VVVF 인버터(6)에 가선(1)으로부터 입력되는 인버터 직류 입력 전류를 추정하는 인버터 직류 입력 전류 추정 수단(29)과, 필터 컨덴서(5)에 가선(1)으로부터 입력되는 컨덴서 입력 전류를 추정하는 컨덴서 입력 전류 추정 수단(28)과, 인버터 직류 입력 전류 추정 수단(29) 및 컨덴서 입력 전류 추정 수단(28) 각각의 전류 추정값을 가산하여 부정 동작 검지 수단(31)에 입력하는 가산기(30)를 구비하고 있 다.

또, 부정 동작 검지 수단(31) 및 게이트 스톱 수단(32) 등의 구성과 동작은 상술한 실시 형태 3의 경우와 동양이다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 브레이크 지령에 기초하여 VVVF 인버터가 운전시에 가선 전류 추정 수단에 의해 추정되는 가선 전류의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단을 구비하고, 이 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터를 정지시키도록 구성하고 있기 때문에, 극히 간단하고 저렴한 구성으로 간단하고 정확하게 속도 센서리스 벡터 제어 수단의 이상을 검출할 수 있다.

그 때문에, 과전류에 의한 인버터 장치 부품의 고장을 미연에 방지할 수 있다.

실시 형태 5.

도 17은 본 발명의 실시 형태 5에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 17을 참조하여 본 실시형태에 의한 전기차의 제어 장치에 대하여 설명한다.

본 실시 형태는 도 9에 나타낸 실시 형태 3의 구성에 있어서, 가선 전류 검출 수단(4) 대신에 인버터 전류 검출 수단(53)을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 구성은 실시 형태 3과 동양이고, 동일 부호로 나타내고 있다.

실시 형태 3과 동일 부호를 붙인 것에 대해서는 설명을 생략한다.

본 실시 형태는 실시 형태 3과 비교하면, 인버터 전류 Idc를 검출하여 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 검지하는 것이 특징이다.

즉, 본 실시 형태에 의한 전기차의 제어 장치는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 브레이크 지령 B*에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 가변 전압 가변 주파수 인버터(VVVF 인버터; 6)와, VVVF 인버터(6)의 교류측에 접속되는 교류 전동기(7)와, VVVF 인버터(6)의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서(5)와, VVVF 인버터(6)의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단(10)과, 필터 컨덴서(5)의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단(24)과, VVVF 인버터(6)의 출력 전압 지령과 VVVF 인버터(6)의 출력 전류로부터 교류 전동기(7)의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 VVVF 인버터(6)를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)을 구비한 전기차의 제어 장치로서, VVVF 인버터(6)의 인버터 전류를 검출하는 인버터 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단; 53)과, VVVF 인버터(6)가 운전시에 브레이크 지령 B*와 인버터 전류 검출 수단(직류 전류 검출 수단; 53)으로 검출되는 인버터 전류(직류 전류)와 소정의 전류 설정값에 의해 인버터 전류(직류 전류)의 부호를 구하고, 그 인버터 전류(직류 전류)의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단(31)과, 이 부정 동작 검지 수단(31)이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터(6)를 정지시키는 게이트 스톱 수단(32)을 구비하고 있다.

본 실시 형태와 같이, 가선 전류 Is가 아닌 인버터 전류 Idc를 검출해도, 실 시 형태 3의 경우와 동양으로, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 검지하는 것이 가능하다.

인버터 전류 검출 수단(53)에 의해 인버터 전류를 검출하는 구성의 경우, 인버터 전류 검출 수단(53)을 인버터 장치 내부에 미리 장착시켜 설치할 수 있다.

그 때문에, 실시 형태 3과 같이 가선 전류 검출 수단을 설치하는 경우보다도 설치 작업을 간략화시킬 수 있다.

또, 인버터 장치 내부에 설치하는 것에 의해 전기차의 진동 등에 대해 안정적으로 검출 수단을 설치할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는 VVVF 인버터가 운전시에 인버터 전류 검출 수단에 의해 검출되는 인버터 전류의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단을 구비하고, 이 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 인버터를 정지시키도록 구성하고 있기 때문에, 극히 간단하고 저렴한 구성으로 간단하고 정확하게 속도 센서리스 벡터 제어 수단의 이상을 검출할 수 있다.

그로 인하여, 과전류에 의한 인버터 장치 부품의 고장을 미연에 방지할 수 있다.

실시 형태 6.

도 18은 본 발명의 실시 형태 6에 관한 전기차의 제어 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 18을 참조하여 본 실시형태에 의한 전기차의 제어 장치에 대하여 설명한 다.

본 실시 형태는 실시 형태 4와 비교하면, 가선 전류 추정 수단(23) 대신에 인버터 전류 추정 수단(54)을 구비하고 있다.

또한, 다른 구성은 실시 형태 4와 동양이고, 동일 부호로 나타내고 있다.

본 실시 형태는 실시 형태 4에 비해, 인버터 전류를 추정하고 Idc_s(인버터 직류 입력 추정 전류)를 연산하여, 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 검지하는 것이 특징이다.

또한, 인버터 전류 추정값 Idc_s(인버터 직류 입력 추정 전류)는 실시 형태 2의 식 (4)에 의해 연산한다.

즉, 본 실시 형태에 의한 전기차의 제어 장치는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 브레이크 지령 B*에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터; 6)와, VVVF 인버터(6)의 교류측에 접속되는 교류 전동기(7)와, VVVF 인버터(6)의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서(5)와, VVVF 인버터(6)의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단(10)과, 필터 컨덴서(5)의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단(24)과, VVVF 인버터(6)의 출력 전압 지령과 VVVF 인버터(6)의 출력 전류로부터 교류 전동기(7)의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 VVVF 인버터(6)를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)을 구비한 전기차의 제어 장치로서, VVVF 인버터(6)의 인버터 전류를 추정하는 인버터 전류 추정 수단(직류 전류 추정 수단; 54)과, VVVF 인버터(6)가 운전시에 브레이크 지령 B*와 직류 전류 추정 수단(직류 전류 추정 수단; 54)에 의 해 추정되는 인버터 전류 추정값(직류 전류 추정값)과 소정의 전류 설정값에 의해 인버터 전류 추정값(직류 전류 추정값)의 부호를 구하고, 그 인버터 전류 추정값(직류 전류 추정값)의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단(31)과, 이 부정 동작 검지 수단(31)이 이상을 검지했을 때에 VVVF 인버터(6)를 정지시키는 게이트 스톱 수단(32)을 구비하고 있다.

본 실시 형태와 같이, 가선 전류 추정값 Is_s가 아닌 인버터 전류 추정값 Idc_s를 추정해도, 실시 형태 2, 실시 형태 4와 동양으로 속도 센서리스 벡터 제어 수단(11)의 이상을 검지하는 것이 가능하다.

특히, 본 실시 형태에서는 인버터 전류 추정 수단(54)에 의해 인버터 전류 Idc를 추정하기 때문에, 실시 형태 2, 실시 형태 4의 경우와 비교해서, 상술한 식 (1) 또는 식 (2)을 연산할 필요가 없어지기 때문에, 마이크로컴퓨터의 부하율 및 연산량을 저감시킬 수 있다.

이상으로부터, 인버터가 운전시에 인버터 전류 추정 수단에 의해 추정되는 인버터 전류의 부호에 의해 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단을 구비하고, 이 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 인버터를 정지시키도록 구성하고 있기 때문에, 극히 간단하고 저렴한 구성으로 간단하고 정확하게 속도 센서리스 벡터 제어 수단의 이상을 검출할 수 있다.

본 발명은 교류 전동기를 구동원으로 하고, 특히 속도 센서리스 벡터 제어 수단을 사용하여 교류 전동기를 VVVF 인버터에 의해 제어하는 전기차의 제어 장치에 적용할 수 있다.

Claims

역행(力行) 지령 또는 브레이크 지령에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터)와, 상기 VVVF 인버터의 교류측에 접속되는 교류 전동기와, 상기 VVVF 인버터의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서와, 상기 VVVF 인버터의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 필터 컨덴서의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단과, 상기 VVVF 인버터의 출력 전압 지령과 상기 VVVF 인버터의 출력 전류로부터 상기 교류 전동기의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 상기 VVVF 인버터를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단을 구비한 전기차의 제어 장치로서,

가선(架線)의 전류를 검출하는 가선 전류 검출 수단 또는 상기 VVVF 인버터의 인버터 전류를 검출하는 인버터 전류 검출 수단 중 어느 하나의 직류 전류 검출 수단과,

상기 VVVF 인버터가 운전시에 역행 지령 또는 브레이크 지령 중 어느 하나의 지령과 상기 직류 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류 또는 인버터 전류 중 어느 하나의 직류 전류와 소정의 전류 설정값에 의해 직류 전류의 부호를 구하고, 그 직류 전류의 부호에 의해 상기 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상(異常)이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단과,

이 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 상기 VVVF 인버터를 정지시키는 게이트 스톱(gate stop) 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장 치.
청구항 1에 있어서,

상기 부정 동작 검지 수단은

상기 VVVF 인버터가 역행 운전시에 상기 가선 전류 검출 수단 또는 상기 인버터 전류 검출 수단 중 어느 하나의 상기 직류 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류 또는 인버터 전류 중 어느 하나의 직류 전류의 값과, 부정하게 회생하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제1 전류 설정값을 비교하는 부정 회생 검지 수단과,

상기 VVVF 인버터가 회생 운전시에 상기 가선 전류 검출 수단 또는 상기 인버터 전류 검출 수단 중 어느 하나의 상기 직류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류 또는 인버터 전류 중 어느 하나의 직류 전류의 값과, 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제2 전류 설정값을 비교하는 부정 역행 검지 수단과,

역행 지령 또는 브레이크 지령 중 어느 하나의 지령에 기초하여 역행 운전시는 상기 부정 회생 검지 수단을 선택하고, 회생 운전시는 상기 부정 역행 검지 수단을 선택하는 역행 회생 검지 선택 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 부정 회생 검지 수단은 상기 가선 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가 선의 전류의 값이 상기 제1 전류 설정값보다 작아졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 회생 검지 시소(time element; 時素) 수단을 갖고,

상기 부정 역행 검지 수단은 상기 가선 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류의 값이 상기 제2 전류 설정값보다 커졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 역행 검지 시소 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 부정 동작 검지 수단은 상기 VVVF 인버터가 회생 운전시에 상기 가선 전류 검출 수단 또는 상기 인버터 전류 검출 수단 중 어느 하나의 상기 직류 전류 검출 수단에 의해 검출되는 가선의 전류 또는 인버터 전류 중 어느 하나의 직류 전류의 값과, 브레이크 지령에 기초한 회생시의 가선 전류 조건 설정 수단에 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 전류 설정값과, 상기 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 전류 설정값과, 가선의 전류 또는 인버터 전류 중 어느 하나의 직류 전류를 비교하는 크기 비교 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 부정 동작 검지 수단은 상기 직류 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류의 오프셋 성분을 보상하는 오프셋 보상 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전기차 의 제어 장치.
역행 지령 또는 브레이크 지령에 기초하여 직류를 임의 주파수의 교류로 변환하는 VVVF 인버터(가변 전압 가변 주파수 인버터)와, 상기 VVVF 인버터의 교류측에 접속되는 교류 전동기와, 상기 VVVF 인버터의 직류측에 병렬로 접속되는 필터 컨덴서와, 상기 VVVF 인버터의 교류측의 전류 정보를 검출하는 전류 검출 수단과, 상기 필터 컨덴서의 직류의 전압 정보를 검출하는 전압 검출 수단과, 상기 VVVF 인버터의 출력 전압 지령과 상기 VVVF 인버터의 출력 전류로부터 상기 교류 전동기의 회전 속도를 추정하고, 이 추정값에 기초하여 상기 VVVF 인버터를 제어하는 속도 센서리스 벡터 제어 수단을 구비한 전기차의 제어 장치로서,

가선의 전류를 추정하는 가선 전류 추정 수단 또는 상기 VVVF 인버터의 인버터 전류를 추정하는 인버터 전류 추정 수단 중 어느 하나의 직류 전류 추정 수단과,

상기 VVVF 인버터가 운전시에 역행 지령 또는 브레이크 지령 중 어느 하나의 지령과 상기 직류 전류 추정 수단에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값 또는 인버터 전류 추정값 중 어느 하나의 직류 전류 추정값과 소정의 전류 설정값에 의해 직류 전류 추정값의 부호를 구하고, 그 직류 전류 추정값의 부호에 의해 상기 속도 센서리스 벡터 제어 수단이 이상이라는 것을 검지하는 부정 동작 검지 수단과,

이 부정 동작 검지 수단이 이상을 검지했을 때에 상기 VVVF 인버터를 정지시키는 게이트 스톱 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 가선 전류 추정 수단은

상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류 정보와 상기 VVVF 인버터의 스위칭 상태에 기초하여 상기 VVVF 인버터에 가선으로부터 입력되는 인버터 직류 입력 전류를 추정하는 인버터 직류 입력 전류 추정 수단과,

상기 필터 컨덴서에 가선으로부터 입력되는 컨덴서 입력 전류를 추정하는 컨덴서 입력 전류 추정 수단과,

상기 인버터 직류 입력 전류 추정 수단 및 컨덴서 입력 전류 추정 수단 각각의 전류 추정값을 가산하여 상기 부정 동작 검지 수단에 입력하는 가산기를 구비한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 부정 동작 검지 수단은

상기 VVVF 인버터가 역행 운전시에 상기 가선 전류 추정 수단 또는 상기 VVVF 인버터의 인버터 전류를 추정하는 인버터 전류 추정 수단 중 어느 하나의 직류 전류 추정 수단에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값 또는 인버터 전류 추정값 중 어느 하나의 직류 전류 추정값과, 부정하게 회생하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제1 전류 설정값을 비교하는 부정 회생 검지 수단과,

상기 VVVF 인버터가 회생 운전시에 상기 가선 전류 추정 수단 또는 상기 VVVF 인버터의 인버터 전류를 추정하는 인버터 전류 추정 수단 중 어느 하나의 직류 전류 추정 수단에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값 또는 인버터 전류 추정값 중 어느 하나의 직류 전류 추정값과, 부정하게 역행하고 있다고 판단하기 위해 설정된 제2 전류 설정값을 비교하는 부정 역행 검지 수단과,

역행 지령 또는 브레이크 지령 중 어느 하나의 지령에 기초하여, 역행 운전시는 상기 부정 회생 검지 수단을 선택하고, 회생 운전시는 상기 부정 역행 검지 수단을 선택하는 역행 회생 검지 선택 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.
청구항 8에 있어서,

상기 부정 회생 검지 수단은 상기 가선 전류 추정 수단에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값이 상기 제1 전류 설정값보다 작아졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 회생 검지 시소 수단을 갖고,

상기 부정 역행 검지 수단은 상기 가선 전류 추정 수단에 의해 추정되는 가선의 전류 추정값이 상기 제2 전류 설정값보다 커졌을 때로부터 어느 일정한 시간을 경과시킬 수 있는 부정 역행 검지 시소 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전기차의 제어 장치.