| 【発明の名称】 |
車両用制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松本 武郎
【氏名】浅野 裕美子
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| 【要約】 |
【課題】相不平衡の検出時間を短縮する。
【解決手段】電力変換装置１３から出力される可変周波数及び可変電圧の交流電力を供給して、駆動用誘導電動機１４〜１７を制御するようにした車両用制御装置において、誘導電動機１４〜１７の相電流を検出する電流検出手段１８〜２５と、誘導電動機１４〜１７に対する指令電圧と相電流とにより誘導電動機１４〜１７のトルクをベクトル演算するトルク演算回路２９〜３２と、演算されたトルクが予め決められた設定値を超えたとき不平衡検出信号を出力する不平衡検出手段４２とを備えたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電力変換装置から出力される可変周波数及び可変電圧の交流電力により駆動用誘導電動機を制御するようにした車両用制御装置において、上記誘導電動機の相電流を検出する電流検出手段と、上記誘導電動機に対する指令電圧と上記相電流とにより上記誘導電動機のトルクの瞬時値をベクトル演算するトルク演算回路と、演算された上記トルクの高周波のリップル分が予め決められた設定値を超えたとき不平衡検出信号を出力する不平衡検出手段とを備えたことを特徴とする車両用制御装置。
【請求項２】 電力変換装置は、交流電源から直流電力に変換するコンバータと、上記直流電力を交流電力に変換するインバータとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項３】 電力変換装置は、直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータであることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項４】 不平衡検出信号により電力変換装置を停止させるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両用制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、三相交流の誘導電動機で駆動される鉄道車両の車両用制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は、例えば特開平６−２２４４１号公報に示された従来の車両用制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、直流電源１から供給された直流電力がインバータ等の電力変換装置２で三相交流電力に変換され、並列接続された複数の三相誘導電動機３ａ〜３ｄに供給される。電流検出手段４ａ〜４ｃで検出された各相電流は、バンドパスフィルタ５ａ〜５ｃを介して基本波成分のみが抽出される。そして、最大電流検出手段６ａ〜６ｃでは、図３に示すように各相で最大値が現れる期間Ｔの間で各相の最大値Ａ、Ｂ、Ｃを検出して、記憶する。
【０００３】さらに、不平衡検出手段７は各相の電流最大値Ａ、Ｂ、Ｃを比較する。通常は図３に示すように、各相電流の最大値Ａ、Ｂ、Ｃが同じ値となるので、各最大値Ａ、Ｂ、Ｃ間の差は検出されない。 例えば、Ｗ相の接続線が電力変換装置２と誘導電動機３ａ〜３ｄとの間で断線した場合、Ｗ相の負荷インピーダンスが高くなるので、図４に示すようにＷ相の電流の最大値Ｃが小さくなる。これにより、不平衡検出手段７が健全なＵ相及びＶ相の最大値との差を検出する。この検出された差電流値が予め決められた設定値より大きくなると、相電流の不平衡として不平衡検出手段７により検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の車両用制御装置は以上のように構成されているので、各相電流の最大値を検出するのに期間Ｔの間を監視する必要があるため、検出時間が長くかかる。このため、電力変換装置を電源から遮断するのが遅れて事故を拡大させる恐れがあるという問題点があった。
【０００５】この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたもので、相不平衡の検出時間を短縮することができる車両用制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の車両用制御装置は、電力変換装置から出力される可変周波数及び可変電圧の交流電力により駆動用誘導電動機を制御するようにした車両用制御装置において、誘導電動機の相電流を検出する電流検出手段と、誘導電動機に対する指令電圧と相電流とにより誘導電動機のトルクの瞬時値をベクトル演算する演算回路と、演算されたトルクの高周波のリップル分が予め決められた設定値を超えたとき不平衡検出信号を出力する不平衡検出手段とを備えたものである。
【０００７】請求項２に記載の車両用制御装置は、電力変換装置が交流電源から直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとで構成されたものである。
【０００８】請求項３に記載の車両用制御装置は、電力変換装置を直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータとしたものである。
【０００９】請求項４に記載の車両用制御装置は、不平衡検出信号により電力変換装置を停止させるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は実施の形態１の構成図である。図１において、８は三相用交流電源、９は開閉手段で、後述の電力変換装置１３と交流電源８との間に接続されている。１０は開閉手段９を介して交流電源８に接続されたコンバータで、所定の直流電圧を出力する。１１はコンバータ１０から電力が供給されるインバータで、可変周波数及び可変電圧の交流電力を出力する。１２はインバータ１１の入力側に接続されたフイルタコンデンサである。なお、１０〜１２で電力変換装置１３が構成されている。１４〜１７は電力変換装置１３に並列接続された誘導電動機で、車輪が装着された各車軸毎に設けられている。
【００１１】１８〜２５は、直流変流器等の電流検出手段で、各誘導電動機１４〜１７の相電流を検出して、それぞれ相電流信号１８ａ〜２５ａを出力する。２６はインバータ１１への指令周波数と電力変換装置１３の出力電圧との関係を決めたテーブルを備えた変調率演算回路で、運転台から指令されたノッチ信号２７及び各誘導電動機１４〜１７の速度検出手段（図示せず）から入力される周波数信号により指令電圧信号２６ａ及び周波数信号２６ｂを出力する。２８はゲートパルス生成回路で、指令電圧信号２６ａ及び周波数信号２６ａによりゲートパルス信号２８ａをインバータ１１へ出力する。
【００１２】２９〜３２はそれぞれ指令電圧信号２６ａ及び相電流信号１８ａ〜２５ａが入力されるトルク演算回路で、ベクトル演算により各誘導電動機１４〜１７のトルクの瞬時値を演算してトルク信号２９ａ〜３２ａを出力する。３３〜３６はハイパスフイルタで、誘導電動機１４〜１７の欠相時にトルク信号２９ａ〜３２ａに含まれている高周波のリップル分を抽出して、リップル信号３３ａ〜３６ａを出力する。３７〜４０は誘導電動機１４〜１７が発生する最大トルクの例えば２０％をしきい値とする設定値を有する比較手段で、リップル信号３３ａ〜３６ａが設定値を超えたとき比較検出信号３７ａ〜４０ａを出力する。
【００１３】４１はＯＲ回路で、比較検出信号３７ａ〜４０ａの論理和を不平衡検出信号４１ａとして出力する。なお、３７〜４１で不平衡検出手段４２を構成している。４３は不平衡検出信号４１ａが入力される論理回路で、不平衡検出信号４１ａにより制御信号４３ａが出力され、開閉手段９の開放と、コンバータ１０及びインバータ１１のゲートストップが指令される。
【００１４】次に動作について説明する。図１において、交流電源８から開閉手段９を介してコンバータ１０に交流電力が供給される。コンバータ１０で所定の直流電圧に変換され、さらに可変周波数及び可変電圧のインバータ１１で交流電力に変換される。そして、並列接続された複数の誘導電動機１４〜１７にインバータ１１から交流電力が供給される。この結果、誘導電動機１４〜１７により各車軸が駆動されて車両の推進が行われる。
【００１５】ここで、各電流検出手段１８〜２５が検出した相電流を励磁分とトルク分とに分離して、トルク分の電流と変調率演算回路２６からの指令電圧信号２６ａとにより、発生トルクの瞬時値をトルク演算回路２９〜３２でベクトル演算する。各誘導電動機１４〜１７が健全に動作している場合、発生トルクに含まれる高周波のリップル分が比較手段３７〜４０の設定値以下となるので、不平衡検出信号４１ａは検出されない。
【００１６】例えば、誘導電動機１４のＷ相が断線等により欠相した場合、電力変換装置１３の周波数の周期でパルス状のリップルが発生するので、トルク演算回路２９から出力されるトルク信号２９ａにリップル分が含まれる。トルク信号２９ａに含まれるリップル分はハイパスフイルタ３３で抽出され、比較手段３７に入力される。そして、比較手段３７においてリップル分が設定値を超えていると判断されると、比較検出信号３７ａが出力され、ＯＲ回路４１から不平衡検出信号４１ａが出力される。不平衡検出信号４１ａにより論理回路４３が制御信号４３ａを出力し、コンバータ１０及びインバータ１１のゲートストップを指令して、電力変換装置１３を停止させると共に、開閉手段９を開放して電力変換装置１３を交流電源８から切り放す。
【００１７】以上のように、ベクトル演算により発生トルクの瞬時値を演算し、発生トルクに含まれているリップル分を設定値と比較して不平衡検出を行うので、検出時間を短縮して事故の拡大を抑制することができる。
【００１８】上記構成において、電力変換装置１３をコンバータ１０、インバータ１１及びフイルタコンデンサ１２で構成して交流電源８から交流電力が供給されるものについて説明したが、電力変換装置をインバータで構成して、インバータに直流電源から直流電力を供給するようにしても同様の効果を期待することができる。
【００１９】また、電力変換装置１３に複数の誘導電動機１４〜１７が接続されたものについて説明したが、誘導電動機が１台の場合でも同様の効果を期待することができる。
【００２０】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、ベクトル演算により発生トルクの瞬時値を演算し、発生トルクに含まれているリップル分を設定値と比較して不平衡検出を行うので、検出時間を短縮して事故の拡大を抑制することができる。
【００２１】請求項２の発明によれば、電力変換装置を交流電源から直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとで構成したことにより、交流電源から安定化された交流電力を得ることができる。
【００２２】請求項３の発明によれば、電力変換装置を直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータとしたことにより、直流電力から安定化された交流電力を得ることができる。
【００２３】請求項４の発明によれば、不平衡検出信号により電力変換装置を停止させるようにしたことにより、事故の拡大を防止することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月２０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】大岩 増雄
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７５７０９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−７２９１４ |
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