WO2008068841A1

WO2008068841A1 - 電気車の制御装置

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Publication number: WO2008068841A1
Application number: PCT/JP2006/324215
Authority: WO
Inventors: Hideto Negoro; Masaki Kono
Original assignee: Mitsubishi Electric Corporation
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2008-06-12
Also published as: EP2090456B1; CN101370684A; JP4093284B1; JPWO2008068841A1; KR20090075722A; HK1129214A1; CA2671590C; EP2090456A1; US20100060212A1; CN101370684B; US8154240B2; CA2671590A1; EP2090456A4

Abstract

　交流電動機７との間で電力をやりとりするインバータ８と、インバータ８の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ１と、フィルタコンデンサ１と架線４の間に設けられたフィルタリアクトル３と、架線４の電圧を計測する架線電圧計測器１０と、架線電圧計測器１０により計測される架線電圧Ｅｓが入力されて、架線電圧Ｅｓが基準電圧値Ｋｄを越え、かつ所定の上昇速度以上で架線電圧Ｅｓが上昇する際の電圧上昇量Ｅｓｅｒを検出する電圧上昇検出部１１と、インバータ８が回生運転時に電圧上昇検出部１１が所定幅以上の電圧上昇量Ｅｓｅｒを検出してから所定時間の間は、外部から入力されるトルク指令値ＰＴＲを小さくなるように補正した補正トルク指令値ＰＴＲ１を演算する補正トルク指令値演算部１２と、補正トルク指令値ＰＴＲ１に一致したトルクを交流電動機７が出力するようにインバータ８を制御するベクトル制御部９を備える電気車の制御装置である。

Description

明細書

電気車の制御装置

技術分野

[0001] この発明は、電車を駆動する交流回転機をインバータにより制御する電気車の制御装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来の電気車の制御装置では、直流フィルタコンデンサの電圧（以後は、コンデンサ電圧と略す)を入力として回生運転時に回生制御トルク電流を演算する軽負荷回生制御手段を有する。この軽負荷回生制御手段に、コンデンサ電圧と直流電圧目標値との偏差を入力として、積分制御手段と 2つの比例制御手段を備えている。そのため、回生運転中に負荷が変動しても積分制御手段により架線電圧を所定値に維持させることができ、 2つの比例制御手段を組み合わせて、コンデンサ電圧から低周波分を除いたものに比例したフィードバック制御を行うことにより、負荷脱落時の架線電圧の跳ね上がりを抑制することができる。なお、負荷脱落時の架線電圧の跳ね上がりを抑制する上で、入力として直流フィルタコンデンサの電圧と架線電圧のいずれを用いても同様の効果がある旨が記載されている。（特許文献 1参照）

[0003] 特許文献 1：特開 2004-88974号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 発明者らは、回生運転中に負荷脱落が発生した直後に定格 1500Vの架線電圧が 200V程度以上に急上昇しすぐに急上昇前の値に戻り、コンデンサ電圧は負荷脱落の発生直後は変動が無いが、架線電圧の変動が収まった後にコンデンサ電圧と架線電圧が上昇する現象が発生することを、発見した。コンデンサ電圧を入力とする場合には、負荷脱落の検出が遅れ、コンデンサ電圧の上昇を抑えられずに過電圧保護装置が動作する場合がある。過電圧保護装置が動作するとその後の所定の期間は回生ブレーキを動作させることはできず、機械ブレーキだけが使用されることになり、機械ブレーキの磨耗が進むことになる。 [0005] この発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、回生運転時に負荷脱落が発生した場合にコンデンサ電圧の上昇を確実に抑制できる電気車の制御装置を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] この発明に係る電気車の制御装置は、交流回転機との間で電力をやりとりするインバータと、該インバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、該フィルタコンデンサと架線の間に設けられたフィルタリアタトルと、前記架線の電圧を計測する架線電圧計測器と、該架線電圧計測器により計測される架線電圧が入力されて、前記架線電圧が基準電圧値を越え、かつ所定の上昇速度以上で前記架線電圧が上昇する際の電圧上昇量を検出する電圧上昇検出部と、前記インバータが回生運転時に前記電圧上昇検出部が所定幅以上の電圧上昇量を検出して力所定時間の間は、外部力入力されるトルク指令値を小さくなるように補正した補正トルク指令値を演算する補正トルク指令値演算部と、前記補正トルク指令値に一致したトルクを前記交流回転機が出力するように前記インバータを制御するベクトル制御部を備えるものである。

発明の効果

[0007] この発明に係る電気車の制御装置は、交流回転機との間で電力をやりとりするインバータと、該インバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、該フィルタコンデンサと架線の間に設けられたフィルタリアタトルと、前記架線の電圧を計測する架線電圧計測器と、該架線電圧計測器により計測される架線電圧が入力されて、前記架線電圧が基準電圧値を越え、かつ所定の上昇速度以上で前記架線電圧が上昇する際の電圧上昇量を検出する電圧上昇検出部と、前記インバータが回生運転時に前記電圧上昇検出部が所定幅以上の電圧上昇量を検出して力所定時間の間は、外部力入力されるトルク指令値を小さくなるように補正した補正トルク指令値を演算する補正トルク指令値演算部と、前記補正トルク指令値に一致したトルクを前記交流回転機が出力するように前記インバータを制御するベクトル制御部を備えるものなので、回生運転時に負荷脱落が発生した場合にコンデンサ電圧の上昇を確実に抑制できると、う効果が有る。図面の簡単な説明

[図 1]この発明の実施の形態 1、 3、 5及び 7に係る電気車の制御装置の構成例を説明する図である。

圆 2]この発明の実施の形態 1に係る電気車の制御装置での電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

[図 3]この発明の実施の形態 1に係る電気車の制御装置での電圧上昇に応じてトルク補正量を決めるトルク補正量テーブルを説明する図である。

圆 4]この発明の実施の形態 1に係る電気車の制御装置で回生運転中に負荷脱落が発生した場合の架線電圧、コンデンサ電圧及び補正トルク指令値の変化を説明する図を示す。図 4(a)に架線電圧を、図 4(b)にコンデンサ電圧を、図 4(c)に補正トルク指令値を、それぞれ示す。

圆 5]この発明の実施の形態 1に係る電圧上昇検出部の動作を説明する架線電圧と電圧上昇の関係を説明する図を示す。図 5(a)に架線電圧を、図 5(b)に電圧上昇量をそれぞれ示す。

[図 6]この発明の実施の形態 1に係る電気車の制御装置での電圧上昇に応じてトルク補正量を決めるトルク補正量テーブルの別の例を説明する図である。

[図 7]この発明の実施の形態 2、 4、 6及び 8に係る電気車の制御装置の構成例を説明する図である。

圆 8]この発明の実施の形態 2に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

圆 9]この発明の実施の形態 3に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

圆 10]この発明の実施の形態 3に係るトルク補正量解除テーブルの例を説明する図である。

圆 11]この発明の実施の形態 4に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

圆 12]この発明の実施の形態 5に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。 [図 13]この発明の実施の形態 5に係る基準電圧値テーブルの例を説明する図である

[図 14]この発明の実施の形態 6に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

[図 15]この発明の実施の形態 7に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

[図 16]この発明の実施の形態 8に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

符号の説明

100, 100 A 電気車の制御装置

1 フイノレタコンデンサ、 2 パンタグラフ、

3 フィルタリアタトル、 4 架線、

5 車輪、 6 レール、

7 交流回転機、 8 インバータ、

9 クトル制御部、 10 架線電圧計測器、

11, 11A, 11B, 11C 電圧上昇検出部、

12, 12A 補正トルク指令値演算部、

13 架線電圧判断部、 14 変動除去フィルタ、

15 減算器、 16 ゼロ補正リミッタ、

17 トルク補正量テーブル、

18, 18A トルク補正解除部、

19 減算器、 20 補正量演算部、

21 減算器、 22 解除条件判断部、

23 切り替え部、 24 前回制御量保存部、

25 加算器、 26 可変リミッタ、

30 E ス束、 31 コンデンサ電圧計測器、

32 トルク補正解除量テーブル、 33 基準電圧値テーブル

発明を実施するための最良の形態 [0010] 実施の形態 1.

図 1は、この発明の実施の形態 1に係る電気車の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、破線で囲んだ範囲が電気車の制御装置 100である。電気車の制御装置 100の直流側に配置されたフィルタコンデンサ 1は、その正極端子がパンタグラフ 2とフィルタリアタトル 3を介して架線 4に接続し、負側端子は車輪 5を介してレール 6すなわち大地に接続している。図 1では交流回転機 7と車輪 5とは互いに離れた位置に図示しているが、実際には交流回転機 7がギアを介して車輪 5に接続している。なお、交流回転機 7は、誘導機や同期機である。

[0011] 電気車の制御装置 100は、直流電圧を平滑化するフィルタコンデンサ 1と、フィルタコンデンサ 1に並列に接続されて交流回転機 7との間で電力をやりとりするインバータ 8と、インバータ 8が回転座標系で所望の電圧ベクトルを出力するように制御するべクトル制御部 9と、架線 4の電圧を計測する架線電圧計測器 10と、架線電圧計測器 10 で計測される架線電圧 Esから電圧上昇量 Eserを検出する電圧上昇検出部 11と、電圧上昇検出部 11で検出された電圧上昇量 Eserが入力されて、トルク指令値 PTR( 電気車の運転台上の変速装置であるノッチ位置に対応して変化する）を補正する補正トルク指令値演算部 12を有する。補正トルク指令値演算部 12が出力する補正トルク指令値 PTR1は、ベクトル制御部 9に入力される。なお、図 1には図示しないが、コンデンサ電圧 EFCを所定の範囲に保っために数 100msの時定数で動作する制御装置が存在する。

[0012] 電圧上昇検出部 11と補正トルク指令値演算部 12の内部構成の 1例を説明する図を、図 2に示す。電圧上昇検出部 11は、架線電圧 Esが所定の基準電圧値 KDよりも大きい場合に架線電圧 Esを出力し、そうでない場合にはゼロ電圧を出力する架線電圧判断部 13と、所定の時定数よりも速い変動成分を架線電圧 Esから除去した電圧を出力する変動除去フィルタ 14と、架線電圧判断部 13の出力から変動除去フィルタ 14の出力を引いた値を出力する減算器 15と、減算器 15の出力がゼロより小さい場合にゼロに置き換えるゼロ補正リミッタ 16とを有する。ゼロ補正リミッタ 16の出力が電圧上昇量 Eserであり、 Eserはゼロ以上であることが保証されている。なお、図 2の構成でなくても、架線電圧 Esが基準電圧値 KDよりも大きくかつ電圧上昇量 Eserがゼロより大きい場合だけ、電圧上昇量 Eserを出力する構成であれば、他の構成でもよい

[0013] 補正トルク指令値演算部 12は、電圧上昇量 Eserに応じてトルク補正量 ATRを決めるトルク補正量テーブル 17と、補正を解除する際に補正トルク指令値 PTR1をなめらかに変化させるためにトルク補正量 ATRを入力として解除後補正値を出力するトルク補正解除部 18と、トルク補正量 ATRからトルク補正解除部 18の出力を引く減算器 19と、減算器 19の出力が入力されて架線電圧 Esが速く所定の電圧目標値に一致するような補正量を演算する補正量演算部 20と、トルク指令値 PTRから補正量演算部 20の出力を引く減算器 21とを有する。減算器 21の出力が補正トルク指令値 PT R1である。

[0014] 図 3は、電圧上昇量 Eserに応じてトルク補正量 ATRを決めるトルク補正量テープル 17を説明する図である。電圧上昇量 Eserが所定幅 (KV、図 3では 200V)以下では、トルク補正量 ATRはゼロであり、 KV以上では交流回転機 7が出力可能な最大トルク値 (TRMAX)で一定とする。所定幅 KVは、負荷脱落により発生する架線電圧 E sの急激な電圧上昇量を漏れなく検出できるように標準的な電圧上昇幅よりも少し小さく設定する。トルク補正量 ATRの最大値を最大トルク値としたが、最大トルク値よりも/ J、さい値にしてもよい。

トルク補正解除部 18は、解除条件判断部 22と、解除条件判断部 22の判断結果を入力として所定の正の値 (KDTEP)またはゼロを切替えて出力する切り替え部 23とを有する。

[0015] 補正量演算部 20は所定の時間刻み幅 (ここでは、 500 μ s)で出力を変化させるものであり、前回の出力値を保持する前回制御量保存部 24と、前回制御量保存部 24 が記憶する前回の制御量と減算器 19の出力とを加算する加算器 25と、加算器 25の出力をゼロ以上かつトルク指令値 PTR以下に制限する可変リミッタ 26とを有する。可変リミッタ 26の出力が補正量演算部 20の出力である。時間刻み幅は、制御を行う上で必要な時間分解能や制御のための演算を行うマイコン等の性能を考慮して適切に決める。

前回制御量保存部 24と加算器 25を備えることにより、可変リミッタ 26を無視すれば、補正量演算部 20は入力を積分する動作をする。積分動作をさせる理由は、おもにトルク補正を解除する際に徐々に解除するためである。

[0016] 次に、動作について説明する。図 4に、回生運転中に負荷脱落が発生した場合の架線電圧 Es、コンデンサ電圧 EFC及び補正トルク指令値 PTR1の変化を説明する図を示す。実線がこの発明の制御を行った場合で、破線が従来手法としてコンデンサ電圧 EFCを所定の範囲に抑えるための比例積分制御を行う場合である。なお、図 4は本発明と従来手法の違いを説明するために仮想的に作成した図であり、実験やシミュレーションなどに基づくものではない。

[0017] 他の電気車 30がカ行運転を行っている場合には、本発明に係る電気車の制御装置 100から見ると架線 4に接続された負荷と認識される。この電気車 30が急にカ行を停止すると、電気車の制御装置 100から見ると負荷が急に脱落することになる。電気車 30が消費していた回生電力の行き場がなくなり、架線 4の電圧が急上昇しすぐに急上昇前の値に戻る。図 4では負荷脱落が発生した時点からの時間を時間軸に示している。負荷脱落が発生する原因としては、他の電気車 30に一次的な異常が発生する場合などが考えられる。そのような場合には、 1秒程度の間に異常がリセットされて回生電力の負荷として動作可能である。

負荷脱落直後の架線電圧 Esが変動する様子は、図 4に示すように、定格 1500Vの架線の場合には、 1ms程度の間に 200V程度以上も上昇し、さらに lms程度が経過すると元の値に戻る。このような現象が発生することを、発明者らは発見した。なお、架線電圧 Esが急変動する間もコンデンサ電圧 EFCはほとんど変動しない。

[0018] 詳細は後述するが、架線電圧 Esが基準電圧値 KDを越えた時点で、補正トルク指令値 PTR1はゼロになり、所定時間 (Tl、約 1秒)後から補正トルク指令値 PTR1は緩やかに上昇し、所定時間 (Τ2)でトルク指令値 PTRと一致するようになる。 Τ2は、トルク指令値 PTRが大きい場合には長くなるが、最大で 1秒程度とする。負荷脱落を検出してから Tl +Τ2の間は、補正トルク指令値 PTR1はトルク指令値 PTRよりも小さくなる。このため、回生電力が蓄積されてコンデンサ電圧 EFCが急上昇することはない。図 4に示すように、コンデンサ電圧 EFCと架線電圧 Esの変動は小さぐ所定の範囲から逸脱することはな、。 [0019] これに対して、コンデンサ電圧 EFCを所定の範囲に抑えるための比例積分制御を行う場合は、架線電圧 Esが急変動した後では回生電力量とフィルタコンデンサ 1の容量から決まる速度でコンデンサ電圧 EFCが増加し、コンデンサ電圧 EFCの電圧上昇につられて架線電圧 Esも所定の時間遅れで上昇する。通常のフィルタコンデンサ 1の容量では、回生電力量が最大の場合に、コンデンサ電圧 EFCの電圧上昇の速度は、 1msで 100V程度である。コンデンサ電圧 EFCが所定の範囲の上限値（ここでは、電圧基準値 KDと同じとする）以上になった後からコンデンサ電圧 EFCを所定の範囲に抑える制御が動作し始め、状況によるとコンデンサ電圧 EFCが過電圧設定値を越えてしまう。図 4では、そのような場合を示しており、過電圧保護装置が動作し、回生トルクがゼロになる。

[0020] 回生運転中に負荷脱落が発生してもコンデンサ電圧 EFCが上限を逸脱しな、ようにする、電気車の制御装置 100の動作を説明する。まず、電圧上昇検出部 11から説明する。図 5に、電圧上昇検出部 11の動作を説明する架線電圧 Esと電圧上昇量 Es erの関係を説明する図を示す。ここで、変動除去フィルタ 14は過去の所定時間 (T3 、ここでは 1秒）の Esの平均 Eavを出力するものとする。図 5に示されているように、 Es erは以下のようになる。

Es≤MAX(KD, Eav)で、 Eser=0 (1)

Es>MAX(KD, Eav)で、 Eser=Es— Eav (2)

[0021] 次に、補正トルク指令値演算部 12の動作を説明する。補正トルク指令値演算部 12 では、まずトルク補正量テーブル 17を参照して、以下のように電圧上昇量 Eserがトルク補正量 Δ TRに変換される。

Eser≥KVで、 ATR=TRMAX (3)

Eser<KVで、 ATR=0 (4)

図 4の場合には、架線電圧 Esが基準電圧値 KDを越えて電圧上昇量 Eserがゼロでなくなった時点で（3)式が成立して、るので、その時点からトルク補正量 Δ TR=T RMAXになる。

[0022] トルク補正解除部 18の動作は後述する力最初にトルク補正量 ATR=TRMAX になった時点ではトルク補正解除部 18の出力はゼロであり、減算器 19の出力は ΔΤ R=TRMAXとなる。減算器 19の出力が入力される補正量演算部 20では、この時点では前回制御量保存部 24に保持された前回の出力値はゼロであり、加算器 25の出力は ATR=TRMAXとなる。トルク指令値 PTRは最大トルク値 TRMAX以下であり、可変リミッタ 26により PTRに制限される。こうして、補正量演算部 20は PTRを出力し、この値が前回制御量保存部 24に格納される。そして、減算器 21の出力である補正トルク指令値 PTR1は、ゼロになる。ここでは、補正トルク指令値 PTR1がゼロになるように補正した力コンデンサ電圧 EFCの急激な上昇をもたらさないほど十分に小さくなれば、補正トルク指令値 PTR1はゼロでなくてもよ、。

以後、補正量演算部 20にゼロ以上の値が入力される限り、前回制御量保存部 24 に PTRが格納されて、るので補正量演算部 20は PTRを出力し続け、補正トルク指令値 PTR1はゼロである状態が続く。

[0023] 電圧上昇検出部 11が電圧上昇量 Eser=0を検出した後は、 ATR=0となり、減算器 19の出力はトルク補正解除部 18の出力の符号を反転させたものになる。トルク補正解除部 18は、後述するようにして解除条件判断部 22がトルク補正を解除すべきだと判断すると、切り替え部 23が所定の値 (KDTEP)を出力することになる。すると、補正量演算部 20に KDTEPが入力されるようになり、補正量演算部 20の出力は PT Rから 1時間刻み幅ごとに KDTEPだけ減少し、補正トルク指令値 PTR1は所定の変化速度でゼロからしだ、に増加して、く。

[0024] さて、解除条件判断部 22の動作について説明する。解除条件判断部 22にはトルク補正量 ATRが入力され、 ATRがゼロであることが所定時間 T1以上継続した場合にトルク補正を解除すべきであると判断し、それ以外の場合にトルク補正を解除すべきでないと判断する。切り替え部 23は、解除条件判断部 22の判断が解除の場合は、 K DTEPを出力し、非解除の場合はゼロを出力する。前回制御量保存部 24に PTRが格納されているので、トルク補正解除部 18がゼロを出力する間も、補正量演算部 20 は PTRを出力する。

[0025] 電気車の制御装置 100がこのように動作して、回生運転中に負荷脱落を検出して力も所定時間（=T1 +T2)の間は回生のトルク指令値を減少させることにより、コンデンサ電圧 EFCが上限を逸脱しな、ように制御することができる。補正トルク指令値 PTR1をゼロに補正している間に他の電気車 30の異常が解消し、負荷脱落前と同じ電力を消費できるような場合には、負荷脱落後のトルク指令値 PTRは負荷脱落前と同じになる。他の電気車 30の異常が解消していないか、新たに他の電気車が電力を消費するようになるなど、負荷脱落前と状況が変化している場合には、負荷脱落後のトルク指令値 PTRは負荷脱落前とは異なる値となる場合がある。

[0026] 変動除去フィルタ 14として、過去所定時間の平均電圧を用いたが、ローパスフィルなどを使用してもよい。電圧上昇と判断する下限の所定の上昇速度から決まる所定の時定数よりも速い変動成分を除去できるものであれば、どのようなものでもよい。

[0027] トルク補正量テーブル 17は、図 3に示す以外のものでもよい。例えば、図 6は、トルク補正量テーブル 17の別の例を説明する図である。図 6では、電圧上昇量 Eserが第 1の所定幅（KV1,ここでは 100V)と第 2の所定幅（KV2,ここでは 200V)とに区分されて、トルク補正量 ATRが以下の計算式で計算される。

Eser≥KV2で、 ATR=TRMAX (5)

KV2>Eser≥KVlで、

ATR=TRMAX

•(1Z2 + (KV2— Eser)Z(2.(KV2— KV1)》（6) Eser<KVlで、 ATR=0 (7)

[0028] 図 6のトルク補正量テーブル 17によれば、より小さな負荷脱落に対してもコンデンサ電圧 EFCが上限を逸脱しな、ように制御することができる。トルク補正量テーブル 17 は、負荷脱落によらな、電圧上昇や負荷脱落であっても小さな電圧変動しカゝもたらさないものに対してトルク補正量 ATRがゼロになり、所定の大きさ以上の電圧変動をもたらす負荷脱落に対しては必要量以上のトルク補正量 Δ TRを出力できるものであれば、図 3や図 6に示したもの以外のものでもよい。

[0029] 補正トルク指令値演算部 12は、図 2に示す構成でなくても、電圧上昇検出部 11が所定幅以上の電圧上昇量を検出した場合に所定時間の間、トルク補正量を減少させることができるものであれば、どのような構成でもよい。時間刻み幅ごとに補正トルク量 ATRを変化させる構成とした力時間に対して連続的に変化させるようにしてもよい。以上のことは、以下の実施の形態でもあてはまる。

[0030] 実施の形態 2.

実施の形態 2は、変動除去フィルタ 14の出力電圧の替わりにコンデンサ電圧 EFC を使用するように実施の形態 1を変更した実施の形態である。図 7に、この発明の実施の形態 2に係る電気車の制御装置の構成例を説明する図を示す。図 8は、この発明の実施の形態 2に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。

[0031] 実施の形態 1の場合と異なる点だけを説明する。図 7では、電気車の制御装置 100 Aにフィルタコンデンサ 1の電圧を計測するコンデンサ電圧計測器 31が追加され、コンデンサ電圧計測器 31で計測されたコンデンサ電圧 EFCが電圧上昇検出部 11A に入力されている。図 8では、電圧上昇検出部 11Aには変動除去フィルタ 14が無ぐコンデンサ電圧 EFCが減算器 15に入力されている。このようにする理由は、前述のように回生運転中に負荷脱落が発生した直後に、架線電圧 Esは急激に変動するが、コンデンサ電圧 EFCはあまり変動しないため、コンデンサ電圧 EFCと架線電圧 Es の差が電圧変動として把握できるからである。

[0032] この実施の形態 2でも、実施の形態 1の場合と同様に動作する。回生運転中に負荷脱落を検出して力所定時間の間は回生のトルク指令値を減少させることにより、コンデンサ電圧 EFCが上限を逸脱しないように制御することができる。さらに、変動除去フィルタ 14が不要になるという効果もある。変動除去フィルタ 14をノヽードウエアで実現する場合には、部品点数の減少になりコスト低減につながる。ソフトウェアで実現する場合には、制御の演算量を低減してマイコン等の負荷を低減できるとともに、変動除去フィルタ 14のソフトウェアの開発費が不要になりコスト低減にもつながる。

[0033] 実施の形態 3.

実施の形態 3は、トルク補正を解除する際の補正量の変化速度をトルク指令値 PT Rの大きさにより変化させるように実施の形態 1を変更した実施の形態である。図 9は、この発明の実施の形態 3に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は実施の形態 1の場合での図 1と同じである。 [0034] 図 9を実施の形態 1の場合での図 2と比較すると、補正トルク指令値演算部 12Aが有するトルク補正解除部 18Aに、トルク補正解除量テーブル 32が追加されている点が異なる。トルク補正解除量テーブル 32の例を図 10に示す。図 10に示すトルク補正解除量テーブル 32では、トルク指令値 PTRに比例した所定値 KDTEPを出力する。

[0035] この実施の形態 3でも、実施の形態 1の場合とほぼ同様に動作する。回生運転中に負荷脱落を検出して力所定時間の間は回生のトルク指令値を減少させることにより、コンデンサ電圧 EFCが上限を逸脱しな、ように制御することができる。

[0036] 動作が実施の形態 1と相違する点は、実施の形態 1ではトルク補正を解除する際の補正量の変化速度がトルク指令値 PTRによらず所定値 KDTEPで一定であるのに対して、この実施の形態 3では補正量の変化速度がトルク指令値 PTRに比例する点である。このため、実施の形態 1ではトルク補正が解除するまでに要する時間力トルク指令値 PTRが大きくなると長くなつていたのに対して、この実施の形態 3ではトルク指令値 PTRによらず同じ値になる。トルク補正を解除するのに要する時間が短いと、交流回転機が早く回生運転に復帰することになり、トルク補正を行うことによる回生率の低下を必要最小限にできる。

トルク補正解除量テーブル 32は、トルク指令値 PTRが大きくなると所定値 KDTEP が大きくなれば、比例でなくても同様の効果が得られる。

[0037] 実施の形態 4.

実施の形態 4は、トルク補正を解除する際の補正量の変化速度をトルク指令値 PT Rの大きさにより変化させるように実施の形態 2を変更した実施の形態である。図 11 は、この発明の実施の形態 4に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態 2の場合での図 7と同じである。

[0038] 図 11を実施の形態 2の場合での図 8と比較すると、補正トルク指令値演算部 12A が有するトルク補正解除部 18Aに、トルク補正解除量テーブル 32が追加されている点が異なる。トルク補正解除量テーブル 32は、実施の形態 3の場合と同様のものであり、トルク指令値 PTRに比例させて所定値 KDTEPを出力する。

この実施の形態 4でも、実施の形態 3の場合と同様に動作し、同様の効果が有る。 [0039] 実施の形態 5.

実施の形態 5は、電圧上昇量を判断する基準電圧値 KDをトルク指令値 PTRの大きさにより変化させるように実施の形態 1を変更した実施の形態である。図 12は、この発明の実施の形態 5に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態 1の場合での図 1と同じである。

[0040] 図 12を実施の形態 1の場合での図 2と比較すると、電圧上昇検出部 11Bに基準電圧値テーブル 33を追カ卩している点が異なる。基準電圧値テーブル 33は、トルク指令値 PTRに対して変化する基準電圧値 KDを出力するものである。基準電圧値テープル 33の 1例を、図 13に示す。図 13では、トルク指令値 PTRに対して KDを以下のように出力する。

PTR≤P1で、 KD=KD1 (7)

P1 < PTR< P2で、

KD = KD 1 + ((KD2 KD1)/(P2- P 1》 · (PTR— PI) (8)

P2≤PTRで、 KD=KD2 (9)

ここで、 KD1 >KD2であり、トルク指令値 PTRが小さい場合に架線電圧 Esの電圧上昇を判断する基準である基準電圧値 KDを、トルク指令値 PTRが大きヽ場合よりも大きくしている。こうする理由は、トルク指令値 PTR力 S小さぐ負荷脱落が発生した際に回生を維持してもコンデンサ電圧 EFCの上昇速度が小さ、ので、コンデンサ電圧 EFCが過電圧になる可能性が小さいからである。こうすることにより、回生運転中の交流回転機のトルク指令値を減少させる場合が少なくなり、回生率の低下を小さくできるという効果が有る。

[0041] この実施の形態 5でも、トルク指令値 PTRが大きい場合には実施の形態 1と同様に動作し、トルク指令値 PTR力 S小さい場合には、大きい場合よりも高い基準電圧値 KD 以上となる電圧上昇に対してだけトルク指令値を減少させる。そのため、回生運転中に負荷脱落が発生してコンデンサ電圧 EFCの過電圧が発生する可能性が高い場合だけ、負荷脱落を検出して力所定時間の間は回生のトルク指令値を減少させることにより、コンデンサ電圧 EFCが上限を逸脱しないように制御しつつ回生率の低下を /J、さくできる。

[0042] 実施の形態 6.

実施の形態 6は、電圧上昇を判断する基準電圧値 KDをトルク指令値 PTRの大きさにより変化させるように実施の形態 2を変更した実施の形態である。図 14は、この発明の実施の形態 6に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態 2の場合での図 7と同じである。

[0043] 図 14を実施の形態 1の場合での図 8と比較すると、電圧上昇検出部 11Cに基準電圧値テーブル 33を追加している点が異なる。基準電圧値テーブル 33は、実施の形態 5の場合と同様なものであり、図 13に示すように、トルク指令値 PTRに対して基準電圧値 KDを出力する。

この実施の形態 6でも、実施の形態 5と同様に動作し、同様の効果が有る。

[0044] 実施の形態 7.

実施の形態 7は、実施の形態 5及び実施の形態 3の特徴を共に持つように実施の形態 1を変更した実施の形態である。図 15は、この発明の実施の形態 7に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態 1の場合での図 1と同じである。

[0045] この実施の形態 7では、トルク指令値 PTRを減少させるまでは実施の形態 5と同様に動作し、減少させたトルク指令値 PTRを元に戻す際には実施の形態 3と同様に動作する。そのため、実施の形態 3と実施の形態 5の効果をともに持つ。

[0046] 実施の形態 8.

実施の形態 8は、実施の形態 5及び実施の形態 3の特徴を共に持つように実施の形態 2を変更した実施の形態である。図 16は、この発明の実施の形態 8に係る電圧上昇検出部と補正トルク指令値演算部の構成例を説明する図である。なお、電気車の制御装置の構成は、実施の形態 2の場合での図 7と同じである。

この実施の形態 7では、実施の形態 6と同様に動作し、同様な効果が有る。

[0047] 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 交流回転機との間で電力をやりとりするインバータと、

該インバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、

該フィルタコンデンサと架線の間に設けられたフィルタリアタトルと、

前記架線の電圧を計測する架線電圧計測器と、

該架線電圧計測器により計測される架線電圧が入力されて、前記架線電圧が基準電圧値を越え、かつ所定の上昇速度以上で前記架線電圧が上昇する際の電圧上昇量を検出する電圧上昇検出部と、

前記インバータが回生運転時に前記電圧上昇検出部が所定幅以上の電圧上昇量を検出して力所定時間の間は、外部力入力されるトルク指令値を小さくなるように補正した補正トルク指令値を演算する補正トルク指令値演算部と、

前記補正トルク指令値に一致したトルクを前記交流回転機が出力するように前記ィンバータを制御するベクトル制御部を備える電気車の制御装置。

[2] 前記電圧上昇検出部は、前記所定の上昇速度から決まる時定数よりも速い変動成分を前記架線電圧力除く変動除去フィルタを有し、前記基準電圧値より大きい前記架線電圧力前記変動除去フィルタの出力を引いて前記電圧上昇量を求めることを特徴とする請求項 1に記載の電気車の制御装置。

[3] 前記フィルタコンデンサの電圧を計測するコンデンサ電圧計測器を備え、

前記電圧上昇検出部は、前記基準電圧値より大きい前記架線電圧から前記コンデンサ電圧計測器の出力を引いて前記電圧上昇量を求めることを特徴とする請求項 1 に記載の電気車の制御装置。

[4] 前記補正トルク指令値を前記トルク指令値に戻す際の変化速度を前記トルク指令値に応じて変化させることを特徴とする請求項 1に記載の電気車の制御装置。

[5] 前記補正トルク指令値を前記トルク指令値に戻すまでに要する時間を前記トルク指令値によらず同じにすることを特徴とする請求項 1に記載の電気車の制御装置。

[6] 前記基準電圧値を前記トルク指令値に応じて変化させることを特徴とする請求項 1〖こ記載の電気車の制御装置。

[7] 前記トルク指令値が増加すると前記基準電圧値を減少させることを特徴とする請求項 1に記載の電気車の制御装置。