WO2018154736A1

WO2018154736A1 - 電気車の電力変換装置

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Publication number: WO2018154736A1
Application number: PCT/JP2017/007231
Authority: WO
Inventors: 亮太権藤; 将加藤
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-08-30
Also published as: JP6641521B2; JPWO2018154736A1; US20200007066A1; US10992249B2; DE112017007123T5

Abstract

電気車の電力変換装置（１）は、電気車に搭載されるモータ（５５）を駆動するインバータ（２）と、運転指令に基づいてインバータ（２）を制御する制御器（３）と、を備える。制御器（３）は、センサレス制御部を備え、冷却器（４）に搭載された温度センサ（５ａ）の温度情報に基づいて、制御器（３）に設定されている初期抵抗値を補正し、補正した初期抵抗値でモータ（５５）の抵抗値を設定し、設定した抵抗値でセンサレス制御部を動作させる。

Description

電気車の電力変換装置

　本発明は、速度検出器を用いることなく交流回転機を起動することが可能な電気車の電力変換装置に関し、特に交流回転機の抵抗値を推定する電気車の電力変換装置に関する。

　速度検出器を用いることなく交流回転機を起動する制御は、速度センサレス制御と呼ばれている。近年では、誘導機に速度センサレス制御を採用し、同期機に位置センサレス制御を採用することが一般的である。速度センサレス制御では、誘導機もしくは同期機の抵抗値を把握することが重要である。電気車の交流回転機であるモータの抵抗値は温度によって変動する。このため、モータにおいて、制御側で設定した抵抗値と実際の抵抗値との間に誤差が生じることになれば、所望の出力トルクを得ることができない場合があり、特に誤差が大きいときには、電気車が起動しない場合がある。

　このような問題を解決する従来技術として、下記特許文献１には、電気車の起動時から、電気車の速度が低速域にあるときまでに、電気車駆動用誘導機への印加電圧と入力電流とを検出し、誘導機の一次抵抗と二次抵抗を推定する方法が記載されている。また、下記特許文献２には、運転指令が零から立ち上がった直後からの一定時間、直流電圧または脈動電圧を誘導機に一時的に印加し、誘導機の一次抵抗と二次抵抗とを推定する方法が記載されている。

　上記特許文献１，２の方法は、何れも電気車の速度が低速域のときにモータの抵抗を測定する方法であり、回転中のモータの一次抵抗及び二次抵抗を正確に推定することは困難である。その理由は、モータが回転すると、相互インダクタンス、一次漏れインダクタンス及び二次漏れインダクタンスが現れるため、一次抵抗および二次抵抗以外のインピーダンスを含んだ値となってしまうためである。

　これに対し、下記特許文献３には、交流回転機の速度が零であることを判断する速度判断部を有し、当該速度判断部が交流回転機の速度を零と判断し、且つ、運転指令がブレーキ指令から力行指令に変更になったときに、直交軸電流、電圧指令及び力行指令に基づいて交流回転機の一次抵抗と二次抵抗とを演算する方法が記載されている。

　上記特許文献１，２では、速度センサレス制御される交流回転機が回転することで生じるインダクタンス成分によって正確な抵抗値を得ることが困難であったが、上記特許文献３では、力行指令が入力されてから交流回転機が回転する前、すなわちｄ軸電圧指令及びｄ軸電流検出値が得られ、かつ、角周波数が零であるときに、一次抵抗と二次抵抗とを推定する動作態様であるため、上記特許文献１，２よりも正確な抵抗値を得ることを可能としている。

特開平４－８１９２号公報特開平４－３６４３８４号公報特許第５７７７８１４号公報

　上記特許文献１－３に開示される何れも、モータの抵抗値を推定する制御系を起動することで、当該抵抗値を推定する方法を採用している。但し、当該制御系を起動するには条件があり、条件を満たさない場合には、抵抗推定値にデフォルト値を使用するのが一般的である。ところが、モータの抵抗値は、外気温もしくはモータ自身の温度に大きく依存するため、デフォルト値と実際のモータの抵抗値との間には大きな差異が生じることがあり、モータの制御に大きな影響を与えるといった問題点があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータの抵抗値を推定する制御系を起動することができない期間においても、モータの抵抗値の推定精度を高めることができる電気車の電力変換装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電気車の電力変換装置は、電気車に搭載されるモータを駆動するインバータと、運転指令に基づいてインバータを制御する制御器と、を備える。制御器は、センサレス制御部を備え、電力変換装置に設けられた温度センサの温度情報又は電力変換装置の外部から伝達された温度情報に基づいて、制御器に設定されている初期抵抗値を補正し、補正した初期抵抗値でモータの抵抗値を設定し、設定したモータの抵抗値でセンサレス制御部を動作させる。

　本発明によれば、モータの抵抗値を推定する制御系を起動することができない期間においても、モータの抵抗値の推定精度を高めることができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る電気車の電力変換装置を含む電気車駆動システムの構成例を示す図実施の形態１における制御器の一構成例を示すブロック図実施の形態１における抵抗値設定部の細部構成を示すブロック図実施の形態１の抵抗値設定部が設定した抵抗設定値の変化の様子を示すタイムチャート実施の形態１における抵抗推定部及び抵抗値設定部の動作フローを示すフローチャート実施の形態１における制御器を具現するハードウェア構成の一例を示すブロック図実施の形態１における制御器を具現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図実施の形態２に係る電力変換装置を含む車両駆動システムの構成例を示す図実施の形態２における抵抗値設定部の細部構成を示すブロック図実施の形態３における制御器３Ａの一構成例を示すブロック図実施の形態３に係る電力変換装置の効果の説明に供する図

　以下に、本発明の実施の形態に係る電気車の電力変換装置（以下、単に「電力変換装置」と称する）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１を含む車両駆動システムの構成例を示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置１は、図１に示すように、直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ５５に供給することでモータ５５を駆動するインバータ２と、インバータ２をＰＷＭ制御するための電圧指令Ｖ*を生成してインバータ２に出力する制御器３と、インバータ２の交流側に配置されモータ５５の各相に流れる相電流を検出する電流検出器６ａ，６ｂ，６ｃと、を備える。電気車に搭載されるモータ５５の一例は、誘導モータ又は同期モータである。一般的な電気車では、誘導モータ又は同期モータが使用されている。

　インバータ２における直流側の一端は集電装置５２を介して架線５１に接続され、インバータ２における直流側の他端は車輪５３を介して大地電位を与えるレール５４に接続される。架線５１から供給される直流電力は、集電装置５２を介してインバータ２に供給される。

　制御器３には、外部装置５６から運転指令ＰＢが入力され、温度センサ５ａから温度検出値Ｔｄが入力され、電流検出器６ａ，６ｂ，６ｃから電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが入力される。図１の例では、温度センサ５ａは、冷却器４に搭載されている。冷却器４は、インバータ２に具備される図示しないスイッチング素子を冷却するために設けられている。外部装置５６の一例は、電気車の運転台である。一般的な構成の電気車において、運転台は指令車に設けられている。

　なお、図１では、電流検出器６ａ，６ｂ，６ｃに変流器（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＣＴ）を用いる場合を例示しているが、ＣＴに限定されるものではなく、他の公知の手法を用いて相電流を検出する構成であってもよい。また、図１では３つの電流検出器６ａ，６ｂ，６ｃを備える構成を例示しているが、この構成に限定されるものではない。３相平衡条件であるｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０の関係を利用し、３つの電流検出器６ａ，６ｂ，６ｃのうちの何れか１つの電流検出器を省略してもよい。

　図２は、実施の形態１における制御器３の一構成例を示すブロック図である。制御器３は、図２に示すように、センサレス制御部３０、抵抗推定実行判定部３１、抵抗推定用電流制御部３２、抵抗推定部３３、抵抗値設定部３４及び信号切替器３５を備える。

　センサレス制御部３０には、外部装置５６からの運転指令ＰＢと、電流検出器６ａ，６ｂ，６ｃが検出した電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗと、抵抗値設定部３４が設定した抵抗値Ｒ１Ｃとが入力される。ここで、抵抗値設定部３４が設定した抵抗値を「抵抗設定値」と呼ぶ。センサレス制御部３０は、運転指令ＰＢ、電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ及び抵抗設定値Ｒ１Ｃを用いて第１電圧指令Ｖ*１を生成する。センサレス制御部３０が生成した第１電圧指令Ｖ*１は、信号切替器３５に入力される。

　なお、センサレス制御部３０の構成については公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。具体的な構成については、特許第４４５９３０１号公報に開示されており、当該公報の内容を参照されたい。

　運転指令ＰＢは、抵抗推定実行判定部３１にも入力される。抵抗推定実行判定部３１は、運転指令ＰＢが入力されるタイミングで、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１を生成する。抵抗推定実行判定部３１が生成した抵抗推定実行フラグＦｌｇ１は、抵抗推定用電流制御部３２、抵抗推定部３３、抵抗値設定部３４及び信号切替器３５のそれぞれに入力される。抵抗推定実行フラグＦｌｇ１は、抵抗値推定の制御系を起動するタイミング信号すなわち抵抗値推定の制御を開始するためのトリガ信号である。

　抵抗推定用電流制御部３２は、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が入力されると、電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを使用して、モータ５５の抵抗値の推定に適した第２電圧指令Ｖ*２を生成する。抵抗推定用電流制御部３２が生成した第２電圧指令Ｖ*２は、信号切替器３５に入力される。

　抵抗推定部３３は、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が入力されると、抵抗推定用電流制御部３２が生成した第２電圧指令Ｖ*２及び電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを使用して、抵抗推定値Ｒｓの推定演算を行う。抵抗推定部３３が推定した抵抗推定値Ｒｓは、抵抗値設定部３４に入力される。

　抵抗値設定部３４は、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が入力されると、抵抗値設定部３４で保持されている抵抗設定値Ｒ１Ｃをセンサレス制御部３０に出力する。抵抗値設定部３４の詳細については後述する。

　なお、抵抗推定実行判定部３１、抵抗推定用電流制御部３２及び抵抗推定部３３の構成については公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。これらの各部に関する具体的な構成については、上記した特許文献３（特許第５７７７８１４号公報）に開示されており、当該公報の内容を参照されたい。また、抵抗推定部３３の構成については、特許文献３において従来技術として記載された特許第３７７１２３９号公報及び特許第４７３８５４９号公報にも開示されており、これらの文献に開示された技術を用いてもよい。

　図２の説明に戻り、信号切替器３５は、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１によって、センサレス制御部３０が生成した第１電圧指令Ｖ*１と、抵抗推定用電流制御部３２が生成した第２電圧指令Ｖ*２とのうちの何れかを選択して、制御器３の外部に出力する。より具体的に説明すると、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が出力されている間、信号切替器３５の切替接点はｂ側に接続されており、抵抗推定用電流制御部３２が生成した第２電圧指令Ｖ*２が、制御器３の外部に出力される。一方、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が出力されていない場合、信号切替器３５の切替接点はａ側に接続され、センサレス制御部３０が生成した第１電圧指令Ｖ*１が、制御器３の外部に出力される。以上が、制御器３の動作の概要である。

　次に、実施の形態１における制御器３の詳細な動作について、図２から図５の図面を参照して説明する。図３は、実施の形態１における抵抗値設定部３４の細部構成を示すブロック図である。図４は、実施の形態１の抵抗値設定部３４が設定した抵抗設定値Ｒ１Ｃの変化の様子を示すタイムチャートである。図５は、実施の形態１における抵抗推定部３３及び抵抗値設定部３４の動作フローを示すフローチャートである。

　抵抗値設定部３４は、図３に示すように、初期抵抗値演算部３４１、信号切替器３４２，３４３及び前回値保持部３４４を備える。初期抵抗値演算部３４１には、温度検出値Ｔｄが入力される。初期抵抗値演算部３４１は、温度検出値Ｔｄを使用して、初期抵抗値Ｒ１Ｃｓを生成する。初期抵抗値演算部３４１が生成した初期抵抗値Ｒ１Ｃｓは、信号切替器３４３に入力される。

　初期抵抗値演算部３４１の機能は、テーブルで実現してもよいし、以下の演算式を用いて実現してもよい。

　　Ｒ１ｃｓ＝Ｒ０｛１＋α（Ｔｄ－Ｔ０）｝　…（１）

　上記（１）式において、Ｒ１ｃｓは初期抵抗値、Ｒ０は基準抵抗値、αは温度係数、Ｔ０は基準温度である。

　また、モータ巻線の素材が銅である場合、以下の演算式を用いて実現してもよい。

　　Ｒ１ｃｓ＝Ｒ０｛（２３４．５＋Ｔｄ）／（２３４．５＋Ｔ０）｝　 …（２）

　前回値保持部３４４は、信号切替器３４３の出力、すなわち抵抗値設定部３４の出力値である抵抗設定値Ｒ１Ｃの値を保持する。前回値保持部３４４の出力は、信号切替器３４２に入力される。

　信号切替器３４２は、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１によって、抵抗推定値Ｒｓと、前回値保持部３４４の出力とのうちの何れかを選択して、信号切替器３４２に出力する。より具体的に説明すると、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が出力されていない場合、信号切替器３４２の切替接点はｂ１側に接続されており、前回値保持部３４４の出力が選択されて、信号切替器３４３に出力される。一方、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が出力されている場合、信号切替器３４２の切替接点はａ１側に接続されるので、抵抗推定値Ｒｓが選択されて信号切替器３４３に出力される。

　また、装置起動フラグＦｌｇ２が出力されている間、信号切替器３４３の切替接点はｂ２側に接続されており、初期抵抗値演算部３４１が生成した初期抵抗値Ｒ１Ｃｓが選択され、当該出力が抵抗設定値Ｒ１Ｃとして出力される。一方、装置起動フラグＦｌｇ２が出力されていない場合、信号切替器３４３の切替接点はａ２側に接続されるので、信号切替器３４２の出力が選択され、当該出力が抵抗設定値Ｒ１Ｃとして出力される。

　図４には、抵抗設定値Ｒ１Ｃの変化の様子が示されている。図４に示すように、時刻ｔ１で装置が起動されると、装置起動フラグＦｌｇ２が生成されて時刻ｔ２までＯＮパルスが出力される。時刻ｔ２で装置起動フラグＦｌｇ２が立ち下がると、図３における信号切替器３４３の切替接点がｂ２側に接続される。この動作により、信号切替器３４２と、信号切替器３４３と、前回値保持部３４４とがループを成すので、信号切替器３４３の接点がａ２側に切り替わる直前において、初期抵抗値演算部３４１が生成した初期抵抗値Ｒ１Ｃｓが前回値保持部３４４で保持されてラッチされる。

　また、図４において、太破線で示される波形は、初期抵抗値演算部３４１が生成した初期抵抗値Ｒ１Ｃｓの波形であり、丸印で示した時刻ｔ２における初期抵抗値Ｒ１Ｃｓが抵抗設定値Ｒ１Ｃとされ、抵抗推定が実行されるまでの間、維持される。

　そして、時刻ｔ３で抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が出力されると、図３における信号切替器３４２の切替接点がａ１側に接続されるので、抵抗推定値Ｒｓが抵抗設定値Ｒ１Ｃとされ、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が立ち下がる時刻ｔ４のときの値が保持されてラッチされる。時刻ｔ５で再度抵抗推定が実行されると、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が立ち下がる時刻ｔ６のときの値が保持されてラッチされる。

　図３は、抵抗値設定部３４の機能をハードウェアで実現する場合の一構成例を示しているが、抵抗推定部３３を含む抵抗値設定部３４の機能をソフトウェアで実現する場合には、図５に示すフローチャートを用いることができる。

　図４に示すように、抵抗推定実行フラグＦｌｇ１が出力される前に、装置起動フラグＦｌｇ２が出力される。このため、図５のステップＳ１０１で示されるように、まずは、温度検出値を用いて補正した初期抵抗値で抵抗値が設定される。ステップＳ１０２では、抵抗推定実行条件が成立するか否かが判定される。抵抗推定実行条件が成立しない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、抵抗推定が実行されないので、ステップＳ１０２の処理が繰り返される。一方、抵抗推定実行条件が成立する場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３では抵抗推定が実行され、ステップＳ１０４では抵抗推定値で抵抗値が設定される。

　以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、モータの抵抗値推定を実行する前に、温度検出値を用いて初期抵抗値を補正し、補正した初期抵抗値でモータの抵抗値を設定するので、モータの抵抗値を推定する制御系を起動することができない期間においても、モータの抵抗値の推定精度を高めることが可能となる。

　また、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、補正された初期抵抗値が抵抗値設定部にて保持され、抵抗値設定部は、抵抗推定部から抵抗推定値を受領するまでの間は、初期抵抗値をセンサレス制御部に出力し、抵抗推定部から抵抗推定値を受領した後は、抵抗推定値をセンサレス制御部に出力するようにしているので、モータの抵抗値を推定する制御系が起動される前後において、モータの抵抗値を推定する制御を円滑に行うことができる。

　なお、図１では、温度センサ５ａを冷却器４に搭載しているが、電力変換装置１における冷却器４以外の部位に搭載してもよい。温度センサ５ａが電力変換装置１に搭載されている場合、モータ５５に温度センサを搭載する場合と比べて、温度検出値Ｔｄを制御器３に伝達するための配線の引き回しが容易になるという効果がある。

　また、複数の電気車で編成される列車が列車情報管理装置を有している場合には、温度センサ５ａを搭載せずに当該列車情報管理装置が管理する温度情報を受領するようにしてもよい。列車情報管理装置では、外気温度の情報又は空調装置の温度情報を管理しており、当該温度情報を受領して初期抵抗値を補正することにより、モータ５５の抵抗値の推定精度を高めることが可能となる。

　実施の形態１での説明の最後に、実施の形態１における制御器３の機能を実現するハードウェア構成について、図６及び図７の図面を参照して説明する。図６は、実施の形態１における制御器３を具現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図７は実施の形態１における制御器３を具現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。

　上述した制御器３の機能を実現する場合には、図６に示すように、演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ：中央処理装置）２００、ＣＰＵ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。なお、ＣＰＵ２００は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２とは、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが該当する。

　具体的に、メモリ２０２には、制御器３の機能を実行するプログラムが格納されている。ＣＰＵ２００は、インタフェース２０４を介して、必要な情報の授受を行うことにより、実施の形態１で説明された各種の演算処理を実行する。

　なお、図６に示すＣＰＵ２００及びメモリ２０２は、図７のように処理回路２０３に置き換えてもよい。処理回路２０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

実施の形態２．
　図８は、実施の形態２に係る電力変換装置１Ａを含む車両駆動システムの構成例を示す図である。実施の形態２に係る電力変換装置１Ａは、図１に示す実施の形態１に係る電力変換装置１において、温度センサ５ａに加え、第２温度センサである温度センサ５ｂが付加されて構成されている。なお、その他の構成については、図１に示す実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

　図９は、実施の形態２における抵抗値設定部３４Ａの細部構成を示すブロック図である。実施の形態２における抵抗値設定部３４Ａは、図３に示す実施の形態１における抵抗値設定部３４において、初期抵抗値演算部３４１の入力側に最小値演算部３４５が設けられている。また、最小値演算部３４５には、３つの温度検出値Ｔｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３が入力されている。図９の構成において、温度検出値Ｔｄ１は温度センサ５ａからの温度情報、温度検出値Ｔｄ２は温度センサ５ｂからの温度情報、温度検出値Ｔｄ３は図９では図示を省略した第３の温度センサからの温度情報を想定している。なお、その他の構成については、図３に示す抵抗値設定部３４の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

　次に、実施の形態２における抵抗値設定部３４Ａの動作について説明する。上述したように、最小値演算部３４５には、３つの温度検出値Ｔｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３が入力される。最小値演算部３４５は、３つの温度検出値Ｔｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３のうちで最小のものを選択して、初期抵抗値演算部３４１に出力する。初期抵抗値演算部３４１は、最小値演算部３４５から伝達された温度情報を基に、上述した（１）式又は（２）式を用いて、初期抵抗値Ｒ１Ｃｓを算出する。以降の動作は、実施の形態１と同じである。

　次に、最小値演算部３４５を設ける意義について説明する。実施の形態２は、モータ５５以外に搭載された温度センサからの情報又は電力変換装置１Ａの外部から受領した温度情報を使用して、電力変換装置１Ａが管理する初期抵抗値の情報を補正する実施の形態である。このような実施の形態の場合、モータ５５の温度上昇のパターンと、電力変換装置１Ａ又は外気温の温度上昇のパターンとは異なるため、不適切な温度情報を使用した場合には、モータ５５の抵抗値の推定精度が悪くなる。また、推定した抵抗値がばらつく場合、推定した抵抗値の値が小さい側にずれる方が、制御性の悪化の影響を抑制することができる。このため、複数の温度検出値を使用する実施の形態２では、複数の温度情報のうちで最小のものを選択する構成を採用している。

　なお、図９の構成において、最小値演算部３４５に入力する温度情報に列車情報管理装置からの温度情報を加えてもよい。但し、列車情報管理装置からの温度情報が他の温度センサからの情報と乖離することも想定される。この場合、乖離した温度情報が選択されて、モータ５５の抵抗値推定が行われることも想定される。このため、温度センサ以外の温度情報を使用する実施の形態の場合には、複数の温度情報の平均値を演算し、当該平均値を用いて初期抵抗値を補正するようにしてもよい。また、推定した抵抗値がばらつく場合、推定した抵抗値の値が小さい側にずれる方が、制御性の悪化の影響を抑制することができるため、列車情報管理装置からの温度情報を用いた場合に、上記同様、複数の温度情報のうちで最小のものを選択する構成としてもよい。

実施の形態３．
　図１０は、実施の形態３における制御器３Ａの一構成例を示すブロック図である。図２に示す実施の形態１における制御器３では、抵抗推定部３３は抵抗推定値Ｒｓの演算を行い、抵抗値設定部３４は、抵抗値設定部３４で保持されている抵抗設定値Ｒ１Ｃを出力するように構成されている。実施の形態１では説明を省略したが、モータ５５が誘導機の場合、抵抗推定値Ｒｓは一次抵抗の推定値であり、抵抗設定値Ｒ１Ｃは一次抵抗の設定値である。一方、実施の形態３における制御器３Ａにおいて、抵抗推定部３３ａは一次抵抗の推定値である抵抗推定値Ｒｓと、二次抵抗の推定値である抵抗推定値Ｒｒの演算を行い、抵抗値設定部３４ａは、一次抵抗の設定値である抵抗設定値Ｒ１Ｃと、二次抵抗の設定値である抵抗設定値Ｒ２Ｃとを出力するように構成されている。以下、実施の形態３では、Ｒｓを「一次抵抗推定値」、Ｒｒを「二次抵抗推定値」、Ｒ１Ｃを「一次抵抗設定値」、Ｒ２Ｃを「二次抵抗設定値」と呼ぶ。なお、その他の構成については、図２に示す実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

　抵抗値設定部３４ａは、図３に示した実施の形態１の構成と同様に、初期抵抗値を演算する機能部を有している。初期抵抗値の演算機能は、テーブルで実現してもよいし、以下の演算式を用いて実現してもよい。

　　Ｒｓｃ＝Ｒｓ０｛１＋αｓ（Ｔｄ－Ｔ０）｝　…（３）
　　Ｒｒｃ＝Ｒｒ０｛１＋αｒ（Ｔｄ－Ｔ０）｝　…（４）

　上記（３）、（４）式において、Ｒｓｃは初期一次抵抗値、Ｒｓ０は基準一次抵抗値、αｓは１次巻線の温度係数、Ｒｒｃは初期二次抵抗値、Ｒｒ０は基準二次抵抗値、αｒは２次巻線の温度係数、Ｔ０は基準温度、である。

　　Ｒｓｃ＝Ｒｓ０｛（２３４．５＋Ｔｄ）／（２３４．５＋Ｔ０）｝　　　　　　　　　　　 …（５）
　　Ｒｒｃ＝Ｒｒ０｛（２３４．５＋Ｔｄ）／（２３４．５＋Ｔ０）｝　　　　　　　　　　　…（６）

　次に、モータ５５の二次抵抗を推定することの効果について、図１１を参照して説明する。図１１は、実施の形態３に係る電力変換装置の効果の説明に供する図である。

　図１１において、破線で示す波形は、上位制御部から指示されるトルク指令の時間変化であり、太実線で示す波形は出力トルクの時間変化である。Ｒｒを誘導機の二次抵抗の真値とするとき、二次抵抗設定値Ｒ２ＣがＲ２Ｃ＞Ｒｒの場合には、指示されたトルク指令に追従する時間が遅くなる。一方、二次抵抗設定値Ｒ２ＣがＲ２Ｃ＜Ｒｒの場合には、指示されたトルク指令よりも大きな出力トルクが生成され、指示されたトルク指令に戻るまでの時間を要し、この場合も追従する時間が遅くなる。

　誘導機の一次抵抗及び二次抵抗は、共に温度によって抵抗値が変動する。一次抵抗は、センサレス制御の安定性に寄与し、二次抵抗はトルク制御の過渡応答に寄与する。上記図１１の波形にも示されるように、二次抵抗の推定精度はトルク制御の過渡応答に影響を与えることになる。

　実施の形態３に係る電力変換装置では、一次抵抗に加えて、二次抵抗推定値を用いて、二次抵抗を設定するため、センサレス制御の安定性に加え、トルク制御の過渡応答性を高めることができるという効果が得られる。

　なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、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、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１，１Ａ　電力変換装置、２　インバータ、３，３Ａ　制御器、４　冷却器、５ａ，５ｂ　温度センサ、６ａ，６ｂ，６ｃ　電流検出器、３０　センサレス制御部、３１　抵抗推定実行判定部、３２　抵抗推定用電流制御部、３３，３３ａ　抵抗推定部、３４，３４Ａ，３４ａ　抵抗値設定部、３５，３４２，３４３　信号切替器、５１　架線、５２　集電装置、５３　車輪、５４　レール、５５　モータ、５６　外部装置、２００　ＣＰＵ、２０２　メモリ、２０３　処理回路、２０４　インタフェース、３４１　初期抵抗値演算部、３４４　前回値保持部、３４５　最小値演算部。

Claims

　電気車に搭載されるモータを駆動するインバータと、運転指令に基づいて前記インバータを制御する制御器と、を備えた電気車の電力変換装置であって、
　前記制御器は、センサレス制御部を備え、
　前記電力変換装置に設けられた温度センサの温度情報又は前記電力変換装置の外部から伝達された温度情報に基づいて、前記制御器に設定されている初期抵抗値を補正し、補正した初期抵抗値で前記モータの抵抗値を設定し、設定したモータの抵抗値で前記センサレス制御部を動作させることを特徴とする電気車の電力変換装置。
　前記制御器は、
　前記モータに流れる電流を使用して前記モータの抵抗の推定値である抵抗推定値を演算する抵抗推定部と、
　補正された前記初期抵抗値を保持し、前記抵抗推定部から前記抵抗推定値を受領するまでの間は、前記初期抵抗値を前記センサレス制御部に出力し、前記抵抗推定部から前記抵抗推定値を受領した後は、前記抵抗推定値を前記センサレス制御部に出力する抵抗値設定部と、
　を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車の電力変換装置。
　前記温度情報は複数であり、前記抵抗値設定部は、複数の前記温度情報のうちの最小値を選択し、当該最小値を用いて前記初期抵抗値を補正することを特徴とする請求項２に記載の電気車の電力変換装置。
　前記温度情報は複数であり、前記抵抗値設定部は、複数の前記温度情報の平均値を演算し、当該平均値を用いて前記初期抵抗値を補正することを特徴とする請求項２に記載の電気車の電力変換装置。
　前記モータは誘導機であり、
　前記抵抗推定部は、前記誘導機の一次抵抗及び二次抵抗を推定し、
　前記抵抗値設定部は、前記誘導機の一次抵抗及び二次抵抗を設定する
　ことを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の電気車の電力変換装置。