| 【発明の名称】 |
内燃機関型電気機関車用制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】丸山 高央
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| 【要約】 |
【課題】ディーゼル電気機関車においてエンジン出力とエンジン負荷である誘導電動機のトルク指令との協調をとり、エンジンの過負荷状態を回避するディーゼル電気機関車用制御装置を得る。
【解決手段】主幹制御器１から出力されるノッチ信号Ｎとノッチ信号Ｎに対応したエンジン回転数指令値ｎ＊とエンジン回転数ｎと誘導電動機１７の回転数ｆｒを入力し、ノッチ信号Ｎが変化した場合にはエンジン回転数制御応答時間の間はノッチ信号変化前後のトルク指令値からエンジン回転数ｎに応じたトルク指令値Ｔｐを演算し、それ以外の場合はノッチ変化後のノッチ信号Ｎに対応したトルク指令値Ｔｐを演算する協調制御部１５を設け、トルク指令値Ｔｐをインバータ制御装置２０に出力するようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンにより駆動される交流発電機の発電出力を整流器で直流電力に変換し、この直流電力を電力変換器にて交流電力に変換して車両推進用の誘導電動機を駆動制御する内燃機関型電気機関車用制御装置において、エンジン回転数を決めるノッチ信号を出力する主幹制御器と、前記ノッチ信号に対応したエンジン回転数指令値を発生するエンジン回転数指令発生器と、前記主幹制御器から出力されるノッチ信号、前記エンジン回転数指令値及びエンジン回転数と前記誘導電動機の回転数を入力し、前記ノッチ信号が変化した場合にはエンジン回転数制御応答時間の間はノッチ信号変化前後のトルク指令値から前記エンジン回転数に応じた前記誘導電動機の出力指令値を演算し、それ以外の場合はノッチ変化後のノッチ信号に対応した前記出力指令値を演算する出力指令値演算手段と、この出力指令値に応じた出力制御信号を前記電力変換器に出力する電力変換器制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関型電気機関車用制御装置。
【請求項２】 エンジン回転数に応じた最適なエンジン出力をエンジン出力指令として出力するエンジン出力指令発生器と、前記エンジン出力指令から前記エンジンの電気的負荷である補機回路で消費される補機電力を減算し、その減算値に基づいて前記誘導電動機の出力制限値を生成する出力制限値生成手段と、この生成された出力制限値で出力指令値演算手段で演算された出力指令値を制限して電力変換器制御手段に出力する出力指令制限手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関型電気機関車用制御装置。
【請求項３】 出力指令値演算手段は、ノッチ信号が増加方向に変化した場合には、エンジン回転数制御応答時間の間はノッチ信号変化前後のトルク指令値から前記エンジン回転数に応じた出力指令値を演算し、それ以外の場合はノッチ変化後のノッチ信号に対応した出力指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関型電気機関車用制御装置。
【請求項４】 出力制限値生成手段は、前記エンジン出力指令から前記エンジンの電気的負荷である補機回路で消費される補機電力を減算する減算器と、その値を前記誘導電動機の角速度で除算して出力制限値としてのトルク制限値を生成して出力指令制限手段に出力する除算器とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関型電気機関車用制御装置。
【請求項５】 出力制限値生成手段は、トルク制限値を電流制限値に変換するトルク／電流変換手段を備え、この電流制限値を出力制限値として出力指令制限手段に出力することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関型電気機関車用制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変電圧可変周波数インバータにより駆動される誘導電動機を車両推進用の電動機として使用したディーゼル電気機関車に好適な内燃機関型電気機関車用制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル電気機関車は、ディーゼルエンジンの出力を交流発電機で三相交流電力に変換したうえで三相交流電力を三相ダイオード整流器で直流電力に変換し、さらにその直流電力を可変電圧可変周波数インバータで再度交流電力に変換して車両推進用の誘導電動機に供給して駆動するものである。
【０００３】ディーゼルエンジンの出力は、主幹制御器のノッチ指令によって決まるエンジン回転数によって決定され、各ノッチ毎に最適な出力が存在する。従って、この最適なエンジン出力に対応してエンジンの負荷である推進用誘導電動機の出力を常にエンジン出力以下になるように制御しなければならない。もしも、エンジン出力に対して過負荷になると最悪の場合、エンジンが失速状態に陥ることもある。
【０００４】そこで、従来からエンジン出力とその負荷の協調制御方法が検討されている。この協調制御方法として例えば、特開平６−９８４１２号公報に記載されている方法がある。図９に協調制御を行う従来のディゼール電気機関車用制御装置の構成図を示す。図において、１は主幹制御器でありノッチ信号Ｎを出力する。２，３は関数発生器であり、関数発生器２はエンジン回転数信号ｎを変数として、所定のエンジン出力に相当する関数出力Ｐｎを発生する。一方、関数発生器３は、主幹制御器１のノッチ信号Ｎを変数として、所定のエンジン出力に相当する関数出力ＰＮを発生する。
【０００５】４は低位優先選択器であり、関数発生器２からの関数出力Ｐｎと関数発生器３からの関数出力ＰＮを入力し、関数出力の小さい方を選択して出力する。５は比較器であり、低位優先選択器４の出力をエンジンガバナから出力される負荷調整信号により補正する。
【０００６】６は定出力パターン発生器であり、関数として、推進用電動機のロータ周波数ｆｒを変数とし、エンジン回転数信号ｎまたは主幹制御器１のノッチ信号Ｎに対応した比較器５からの信号Ｐｐをパラメータとする電流パターンＩｐを作成し、この電流パターンＩｐが推進用電動機を駆動制御するインバータ制御装置の電流パターンになる。
【０００７】従来装置はこのような構成になっているので、主幹制御器１のノッチ信号Ｎが増加（ノッチアップ）、すなわちエンジン回転数およびエンジン出力増のときには、ＰＮはすぐにノッチ信号変化後の値になるが、エンジン回転数がノッチ変化後の回転数になるまでにはエンジンの制御応答時間が存在するため、その間エンジン回転数によるＰｎはノッチ信号によるＰＮより小さくなるので、低位優先選択器４の出力としてＰｎが選択され、エンジンにとって過負荷となる状態は回避される。
【０００８】逆に、主幹制御器１のノッチ信号が減少（ノッチダウン）、すなわちエンジン回転数およびエンジン出力減のときには、ＰＮはすぐにノッチ信号変化後の値になるが、エンジン回転数がノッチ変化後の回転数になるまでにはエンジンの制御応答時間が存在するため、その間エンジン回転数によるＰｎはノッチ信号によるＰＮより大きくなるので、低位優先選択器４の出力としてＰＮが選択される。なお、ノッチダウン時には、ＰｎでもＰＮでもどちらも過負荷になることはないので、どちらを選択してもよいが、この例ではＰＮを選択している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来技術におけるディーゼル電気機関車用制御装置は、エンジン出力との協調制御を実現するものであるが、充電器、空気圧縮機、冷却用ブロワー等の補機用電力の変化を考慮していないため、従来技術による制御装置ではエンジンにとって最適な運転状態になっているとは限らないという問題点があった。
【００１０】この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、補機用電力を考慮することによりエンジンの過負荷状態を回避できるとともにエンジンを最適な運転状態に保つことができる内燃機関型電気機関車用制御装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る内燃機関型電気機関車用制御装置は、エンジンにより駆動される交流発電機の発電出力を整流器で直流電力に変換し、この直流電力を電力変換器にて交流電力に変換して車両推進用の誘導電動機を駆動制御する電気機関車用制御装置において、前記エンジン回転数を決めるノッチ信号を出力する主幹制御器と、前記ノッチ信号に対応したエンジン回転数指令値を発生するエンジン回転数指令発生器と、前記主幹制御器から出力されるノッチ信号、前記エンジン回転数指令値及びエンジン回転数と前記誘導電動機の回転数を入力し、前記ノッチ信号が変化した場合にはエンジン回転数制御応答時間の間はノッチ信号変化前後のトルク指令値から前記エンジン回転数に応じた前記誘導電動機の出力指令値を演算し、それ以外の場合はノッチ変化後のノッチ信号に対応した前記出力指令値を演算する出力指令値演算手段と、この出力指令値に応じた出力制御信号を前記電力変換器に出力する電力変換器制御手段とを備えたものである。
【００１２】請求項２の発明に係る内燃機関型電気機関車用制御装置は、エンジン回転数に応じた最適なエンジン出力をエンジン出力指令として出力するエンジン出力指令発生器と、前記エンジン出力指令から前記エンジンの電気的負荷である補機回路で消費される補機電力を減算し、その減算値に基づいて前記誘導電動機の出力制限値を生成する出力制限値生成手段と、この生成された出力制限値で出力指令値演算手段で演算された出力指令値を制限して電力変換器制御手段に出力する出力指令制限手段とを備えたものである。
【００１３】請求項３の発明に係る内燃機関型電気機関車用制御装置の出力指令値演算手段は、ノッチ信号が増加方向に変化した場合には、エンジン回転数制御応答時間の間はノッチ信号変化前後のトルク指令値から前記エンジン回転数に応じた出力指令値を演算し、それ以外の場合はノッチ変化後のノッチ信号に対応した出力指令値を演算するものである。
【００１４】請求項４の発明に係る内燃機関型電気機関車用制御装置の出力制限値生成手段は、前記エンジン出力指令から前記エンジンの電気的負荷である補機回路で消費される補機電力を減算する減算器と、その値を前記誘導電動機の角速度で除算して出力制限値としてのトルク制限値を生成して出力指令制限手段に出力する除算器とを備えたものである。
【００１５】請求項５の発明に係る内燃機関型電気機関車用制御装置の出力制限値生成手段は、トルク制限値を電流制限値に変換するトルク／電流変換手段を備え、この電流制限値を出力制限値として出力指令制限手段に出力するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下に本発明の実施の形態１について、図に従って説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関型電気機関車用制御装置の構成図である。図１において、１は主幹制御器、７は主幹制御器１から出力されるノッチ信号Ｎにしたがって内燃機関の一種である例えばディーゼルエンジンの回転数指令値ｎ＊を出力するエンジン回転数指令発生器、８はディーゼルエンジンであり、エンジン回転数指令値ｎ＊を入力してエンジン回転数ｎがこの回転数指令値ｎ＊になるように調整される。
【００１７】９は主幹制御器１から出力されるノッチ信号Ｎにしたがって直流電圧指令値Ｖｄｃ＊を出力する直流電圧指令発生器、１０はディーゼルエンジン８に回転軸が直結された交流発電機、１１は交流発電機１０の励磁回路であり直流電圧指令発生器９から出力された直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と直流電圧検出値Ｖｄｃを入力して、交流出力が直流電圧指令値Ｖｄｃ＊に応じた値になるように励磁電流が制御される。
【００１８】１２は三相ダイオード整流器であり、交流発電機１０の交流出力を直流電力に変換する。１３は直流電圧検出用の直流電圧検出器、１４は直流電圧平滑用のコンデンサである。１５は主幹制御器１の出力であるノッチ信号Ｎ，エンジン回転数指令発生器７の出力であるエンジン回転数指令値ｎ＊、ディーゼルエンジン８から得られるエンジン回転数ｎおよび誘導電動機１７の回転数ｆｒを入力してエンジン回転数に合致したトルク指令値Ｔｐを出力する協調制御部（出力指令値演算手段）である。
【００１９】１６はコンデンサ１４で平滑された直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ回路（電力変換器）、１７はインバータ回路１６の出力で駆動制御される車両推進用の誘導電動機、１８はインバータ回路１６の出力電流を検出する電流検出器、１９は誘導電動機１７の回転数ｆｒを検出する回転数検出器、２０はトルク指令値Ｔｐ，直流電圧Ｖｄｃ、誘導電動機回転数ｆｒおよびインバータ出力電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づきインバータ回路１６のゲート信号を決めて出力するインバータ制御装置（電力変換器制御手段）である。
【００２０】２１はディーゼルエンジン８に回転軸が直結された補機電力用の補機発電機、２２は補助発電機２１から電力が供給される充電器、空気圧縮機、冷却用ブロワーなどの補機回路、２３はエンジン回転数ｎに応じて最適なエンジン出力指令値Ｐｅ＊を出力するエンジン指令発生器、２４はエンジン出力指令器２３の出力Ｐｅ＊から補機回路２２で消費している補機用電力Ｐａを減算してモータ出力制限値Ｐｌｉｍを出力する減算器、２５はモータ出力制限値Ｐｌｉｍを誘導電動機１７の回転数ｆｒに２πを乗算した値で除算してモータ出力制限値Ｐｌｉｍをトルク制限値Ｔｌｉｍに変換する除算器、２６は協調制御部１５から出力されるＴｐと除算器２５から出力されるトルク制限値Ｔｌｉｍを入力し、Ｔｐ≦ＴｌｉｍのときにはＴｍ＝Ｔｐとし、Ｔｐ>ＴｌｉｍのときにはＴｍ＝Ｔｌｉｍとしてインバータ制御装置２０に出力するトルク指令値ＴＭを出力するトルク指令制限器（出力指令制限手段）である。尚、減算器２４，除算器２５より出力制限値生成手段を構成する。
【００２１】次に、協調制御部１５の処理を中心に本実施の形態の動作について説明する。協調制御部１５では、従来例の定出力パターン発生器６と同じように、ノッチ信号Ｎ毎に誘導電動機１７の回転数ｆｒの変数としてトルク指令値Ｔｐの関数を例えばテーブルとして図示しないメモリに持っている。その関係を図２に示す。例えば、ノッチ信号がＮ１で誘導電動機１７の回転数がｆｒ１の時には、トルク指令値はＴｐ（Ｎ１，ｆｒ１）になる。
【００２２】主幹制御器１から出力されるノッチ信号ＮがＮ１の場合、エンジン回転数指令発生器７はノッチ信号Ｎ１に対応したエンジン回転数指令値ｎ１＊を出力し、エンジン８はエンジン回転数ｎが指令値ｎ１＊になるように調整される。また、直流電圧指令値発生器９からは、ノッチ信号Ｎ１に対応した直流電圧指令値Ｖｄｃ１＊が出力され、励磁回路１１で直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令値Ｖｄｃ１＊になるように交流発電機１０の励磁電流が調整される。
【００２３】交流発電機１０の出力は、三相ダイオード整流器１２で直流電力に変換され、直流電圧はコンデンサ１４で平滑され、直流電圧は直流電圧検出器１３で検出される。協調制御部１５には、ノッチ信号Ｎ１，エンジン回転数指令値ｎ１＊、エンジン回転数ｎおよび誘導電動機１７の回転数ｆｒが入力されており、トルク指令値ＴｐはＴｐ＝Ｔｐ（Ｎ１，ｆｒ）が出力される。トルク指令値Ｔｐは、トルク指令制限器２６に入力される。更に、トルク指令制限器２６からはトルク指令値ＴＭが、直流電圧検出値Ｖｄｃ、インバータ出力電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗおよび誘導電動機１７の回転数ｆｒと共にインバータ制御装置２０に入力される。インバータ制御装置２０はこれら入力信号に基づきインバータ回路１６のゲート信号を出力する。
【００２４】この状態から主幹制御器１から出力されるノッチ信号ＮがＮ２に変化するとエンジン回転数指令発生器７はノッチ信号Ｎ２に対応したエンジン回転数指令値ｎ２＊を出力し、ディーゼルエンジン８はエンジン回転数ｎが指令値ｎ２＊になるように調整されるが、エンジン回転数ｎが指令値ｎ２＊になるまでには制御応答時間が存在する。この制御応答時間の間は、協調制御部１５でエンジン回転数ｎに見合ったトルク指令値Ｔｐを以下の（１）式により求めて出力する。
【００２５】
Ｔｐ＝Ｒ×（Ｔｐ（Ｎ２，ｆｒ）−Ｔｐ（Ｎ１，ｆｒ））＋Ｔｐ（Ｎ１，ｆｒ）・・・・・・・・・・（１）
【００２６】ここで、Ｒは、エンジン回転数ｎがエンジン回転数指令値ｎ１＊とｎ２＊の間のどの辺りに有るかを示す変数であり、以下の（２）式で演算される。
【００２７】
Ｒ＝（ｎ−ｎ１＊）／（ｎ２＊−ｎ１＊）・・・・（２）
【００２８】また、Ｔｐ（Ｎ１，ｆｒ）とＴｐ（Ｎ２，ｆｒ）は、前述のように図２の関係を用いて得られる。なお、エンジン回転数の制御応答時間は、（２）式のＲで求めることができる。すなわち、（２）式からＲは０から１の間の値をとることがわかり、Ｒ＝１がエンジン回転数ｎがエンジン回転数指令値ｎ２＊に達したことを現している。したがって、１より少し小さい設定値ＲＬＭを用いてＲ＜ＲＬＭの間は、エンジン回転数の制御応答時間内であるとして、（１）式で求まるトルク指令値Ｔｐを出力し、Ｒ≧ＲＬＭになると制御応答時間経過したとしてＴｐ＝Ｔｐ（Ｎ２，ｆｒ）を出力する。
【００２９】このようにしてエンジン回転数ｎの制御応答時間の間は、エンジン回転数ｎに見合ったトルク指令値Ｔｐを得ることができる。
【００３０】協調制御部１５の処理を一般化してフローチャートにしたものを図３に示す。図中ｎ＊（−１）、Ｎ（−１）は、それぞれ１制御周期前のエンジン回転数指令値、ノッチ信号である。ＣＨＧはノッチ指令変化後の制御応答時間内か否かを示すフラッグでありＣＨＧ＝１が制御応答時間内、１以外が制御応答時間外を意味する。また、上述の説明に当てはめるとｎＢがｎ１＊、ＮＢがＮ１に対応し、ｎ＊、ｎ＊（−１）は、ｎ１＊またはｎ２＊、Ｎ，Ｎ（−１）はＮ１またはＮ２それぞれどちらの値も取りうる。
【００３１】次に本実施の形態における協調制御部１５の処理内容を図３のフローチャートに従って詳細に説明する。ステップＳ１では、現在のノッチ信号Ｎ、エンジン回転数指令値ｎ＊、エンジン回転数ｎおよび誘導電動機１７の回転数ｆｒを入力する。ステップＳ２では、１制御周期前に中間変数ｎ０、Ｎ０に保存されていたエンジン回転数指令値とノッチ信号を１制御周期前のエンジン回転数指令値ｎ＊（−１）とノッチ信号Ｎ（−１）に移動し、中間変数ｎ０、Ｎ０に現在のエンジン回転数指令値ｎ＊とノッチ信号Ｎを保存する。なお、ディーゼル電気機関車の起動時には、初期値としてそれぞれｎ０にはエンジンのアイドリング回転数、Ｎ０にはノッチ信号無し（ノッチ切信号）状態であるので０を設定する。
【００３２】ステップＳ３では、現在のノッチ信号Ｎと１制御周期前のノッチ信号Ｎ（−１）の減算によりノッチ変化を示す信号ｄＮを求める。即ち、ｄＮ＝０のときにはノッチ変化無し、ｄＮ<０の時にはノッチダウン、ｄＮ>０の時にはノッチアップを表す。ステップＳ４は、ノッチ変化の有無による分岐であり、ノッチ変化無しの時にはステップＳ５に進み、ノッチ変化有りのときにはステップＳ９に進む。ステップＳ５は、ノッチ信号変化後の制御応答時間内か否かを示すフラッグＣＨＧが１であるか否かによる分岐であり、ＣＨＧ＝１のときにはステップＳ１１に進み、１以外のときにはステップＳ６に進む。ステップＳ６では、現在のノッチ信号Ｎと誘導電動機１７の回転数ｆｒからｔｐ（Ｎ，ｆｒ）を図２の関係から求める。
【００３３】ステップＳ７では、Ｔｐ（Ｎ，ｆｒ）をトルク指令値Ｔｐにセットし、ステップＳ８でトルク指令値Ｔｐを出力する。ステップＳ９は、ステップＳ５と同様にノッチ信号変化後の制御応答時間か否かを示すフラッグＣＨＧが１であるか否かによる分岐であり、ＣＨＧ＝１のときにはステップＳ１１に進み、ＣＨＧ＝１以外のときにはステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０は、ノッチ変化直後の制御周期の時だけ通る処理であり、ＣＨＧ＝１にすると共に、１制御周期前のエンジン回転数指令値ｎ＊（−１）とノッチ信号Ｎ（−１）をそれぞれｎｂ，Ｎｂとして保存する。
【００３４】ステップＳ１１は、ステップＳ１２においてゼロによる割り算を防ぐための処理部であり、現在のノッチ信号ＮとＮＢの減算結果がゼロであるか否かによる分岐であり、ゼロの時にはステップＳ１５に進み、ゼロでない時にはステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、現在のエンジン回転数ｎとエンジン回転数指令値ｎ＊およびｎＢを用いて、エンジン回転数ｎがエンジン回転数指令値ｎ＊とｎＢの間のどの辺りにあるかを示す変数Ｒを次式（３）の演算により求める。
【００３５】
Ｒ＝（ｎ−ｎＢ）／（ｎ＊−ｎＢ）・・・・・・・（３）
【００３６】ステップＳ１３は、Ｒの領域による分岐であり、Ｒ<０のときにはステップＳ１５に進み、それ以外のときにはステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、１より少し小さい設定値ＲＬＭを用いてエンジン回転数の制御応答時間内か否かを判断する分岐であり、Ｒ<ＲＬＭでないときにはステップＳ１６に進む。ステップＳ１５では、Ｒにゼロを設定する。ステップＳ１６では、制御応答時間外になったのでＣＨＧにゼロを設定する。ステップＳ１７では、現在のノッチ信号Ｎと誘導電動機１７の回転数ｆｒからＴｐ（Ｎ，ｆｒ）を、同様にＮＢとｆｒからＴｐ（ＮＢ，ｆｒ）をそれぞれ図２の関係から求める。ステップＳ１８では、次式（４）の演算によりトルク指令値Ｔｐを求め、ステップＳ８でトルク指令値Ｔｐを出力する。
【００３７】
Ｔｐ＝Ｒ×（Ｔｐ（Ｎ，ｆｒ）−Ｔｐ（ＮＢ，ｆｒ））＋Ｔｐ（ＮＢ，ｆｒ）
・・・・・・（４）
【００３８】一方、補助発電機２１はエンジン回転数に関係なく補機回路２２で補機用電力Ｐａを供給する。補機用電力Ｐａもディーゼルエンジン８の負荷であるので、ディーゼルエンジン８の過負荷状態を回避するためには補機用電力Ｐａも考慮する必要がある。また、ディーゼルエンジン８には、エンジン回転数ｎに応じて燃料効率が最適となるエンジン出力Ｐｅ＊が存在する。従って、エンジン出力をＰｅ＊以下に保つために誘導電動機１７の出力は、Ｐｅ＊−Ｐａに制限しなければならない。本発明では、これを次のように実現している。
【００３９】エンジン出力指令発生器２３ではエンジン回転数ｎと最適エンジン出力Ｐｅ＊の関係を用いてエンジン回転数に対応した最適なエンジン出力指令値Ｐｅ＊を出力する。補機用電力Ｐａは補機回路２２から得られ、減算器２４でＰｅ＊−Ｐａの演算を行い誘導電動機１７の出力制限値Ｐｌｉｍが求まる。除算器２５では出力制限値Ｐｌｉｍをトルク制限値Ｔｌｉｍに変換するためＴｌｉｍ＝Ｐｌｉｍ／２πｆｒの演算を行いトルク制限値Ｔｌｉｍを得る。次に、トルク指令制限値ｔｌｉｍを入力し、Ｔｐ≦ＴｌｉｍのときにはＴｍ＝Ｔｐとし、Ｔｐ>ＴｌｉｍのときにはＴｍ＝Ｔｌｉｍとしてインバータ制御装置２０に出力するトルク指令値Ｔｍを出力する。
【００４０】このトルク指令値Ｔｍに基づいてインバータ制御装置２０は制御されるので、エンジン出力に対して過負荷になること無く燃焼効率の最適なエンジン運転状態を保つことができる。
【００４１】上述の説明では、エンジン回転数ｎは、エンジン８から直接得られるものとして説明したが、（３）式のように交流発電機１０の交流出力電圧の周波数を検出し、その周波数を交流発電機の極対数で割り算することでも得られる。
【００４２】
エンジン回転数＝交流電圧の周波数／極対数 …（５）
【００４３】誘導電動機１７の回転数ｆｒに関しては、機関車の速度を用いて図２の横軸がｆｒの代わりに機関車速度の場合もある。さらに、エンジン８はディーゼルエンジンとしたが、ガソリンエンジンなど他の内燃機関でも同様に本発明を適用できる。交流発電機１０は、励磁回路１１によって直流電圧の制御を実施する場合について説明したが、交流発電機１０の交流出力電圧を制御するものでも同様に本発明を適用できる。
【００４４】図１では、補機用電力は補助発電機２１で供給されるものとしたが、図４，５に示すような構成もあり、これら構成でも同様に本発明を適用できる。図４は、交流発電機１０の交流出力から補機回路２２の電力を供給する場合の構成である。図５は三相ダイオード整流器１２の直流出力から補機回路２２の電力を供給する場合の構成である。
【００４５】実施の形態２．実施の形態１では、ノッチ信号Ｎが変化するとエンジン回転数制御応答時間の間は（１）式で求めたトルク指令値Ｔｐを出力するようにしていたが、ノッチ信号が減少する方向に変化した場合は、トルク指令値はノッチ信号変化後のＴｐ（Ｎ２，ｆｒ）の方が（１）式で求めたトルク指令値Ｔｐよりも小さくなるので、エンジン８にとっては、Ｔｐ（Ｎ２，ｆｒ）を用いる方が好ましい。
【００４６】そこで、本実施の形態では、ノッチ信号の変化方向が、増加する方向の場合だけエンジン回転数制御応答時間の間（１）式で求めたトルク指令値Ｔｐを出力し、それ以外はＴｐ（Ｎ２，ｆｒ）を出力するようにしたものである。この場合の協調制御部１５のフローチャートを図６に示す。図６のステップＳ４Ａでノッチ信号Ｎの変化が正であるか、それ以外であるか判断し、正であれば（１）式でトルク指令値をもとめ、それ以外の場合はその時のノッチ信号Ｎと誘導電動機１７の回転数ｆｒに対応したＴｐ（Ｎ，ｆｒ）をトルク指令値Ｔｐとして出力する。
【００４７】実施の形態３．実施の形態１，２では、インバータ制御装置２０の入力はトルク指令値としていたが、インバータ制御装置２０の構成によっては、トルク指令値の代わりに誘導電動機１７の電流指令値を用いる場合もある。この時には、協調制御部１５ではトルク指令値Ｔｐの代わりに電流指令値Ｉｐを求めて出力する。
【００４８】ノッチ信号毎に図２と同様に誘導電動機の回転数ｆｒの関数として電流指令値Ｉｐが与えられ、ノッチ信号がＮ１，誘導電動機１７の回転数がｆｒ１の時には電流指令値はＩｐ（Ｎ１，ｆｒ１）になる。図３，６のフローチャートもＴｐをＩｐに代えれば同じ構成で電流指令値Ｉｐが得られ、実施の形態１，２と同様の効果が得られる。
【００４９】一方、除算器で得られるトルク制限値Ｔｌｉｍは、図７に示すようにトルク−電流変換器２７で誘導電動機１７の特性に基づきトルク制限値Ｔｌｉｍから電流制限値に変換される。そして、トルク指令制限器２６は協調制御部１５から出力されるＩｐとトルク−電流変換器２７から出力される電流制限値Ｉｌｉｍを入力し、Ｉｐ≦ＩｌｉｍのときにはＩｍ＝Ｉｐとし、Ｉｐ>ＩｌｉｍのときにはＩｍ＝Ｉｌｉｍとしてインバータ制御装置２０に出力する電流指令値Ｉｍを出力する。なお、この場合も実施の形態１，２と同様の効果が得られる。
【００５０】実施の形態４．実施の形態１，２，３では、直流回路部は平滑用コンデンサ１４と直流電圧検出器１３で構成されるものとして説明したが、図８に示すように三相ダイオード整流器１２にプラス出力導体に直列に直流リアクトル２８を追加した構成の場合も、同様に本発明を適用でき同様の効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、エンジンにより駆動される交流発電機の発電出力を整流器で直流電力に変換し、この直流電力を電力変換器にて交流電力に変換して車両推進用の誘導電動機を駆動制御する電気機関車用制御装置において、前記エンジン回転数を決めるノッチ信号を出力する主幹制御器と、前記ノッチ信号に対応したエンジン回転数指令値を発生するエンジン回転数指令発生器と、前記主幹制御器から出力されるノッチ信号、前記エンジン回転数指令値及びエンジン回転数と前記誘導電動機の回転数を入力し、前記ノッチ信号が変化した場合にはエンジン回転数制御応答時間の間はノッチ信号変化前後のトルク指令値から前記エンジン回転数に応じた前記誘導電動機の出力指令値を演算し、それ以外の場合はノッチ変化後のノッチ信号に対応した前記出力指令値を演算する出力指令値演算手段と、この出力指令値に応じた出力制御信号を前記電力変換器に出力する電力変換器制御手段とを備えたので、エンジン回転数に見合った誘導電動機の出力指令値を得てエンジンを最適な運転状態に保つことができるという効果がある。
【００５２】請求項２の発明によれば、エンジン回転数に応じた最適なエンジン出力をエンジン出力指令として出力するエンジン出力指令発生器と、前記エンジン出力指令から前記エンジンの電気的負荷である補機回路で消費される補機電力を減算し、その減算値に基づいて前記誘導電動機の出力制限値を生成する出力制限値生成手段と、この生成された出力制限値で出力指令値演算手段で演算された出力指令値を制限して電力変換器制御手段に出力する出力指令制限手段とを備えたので、エンジンの過負荷状態を回避できるとともにエンジンを最適な運転状態に保つことができるという効果がある。
【００５３】請求項３の発明によれば、出力指令値演算手段は、ノッチ信号が増加方向に変化した場合には、エンジン回転数制御応答時間の間はノッチ信号変化前後のトルク指令値から前記エンジン回転数に応じた出力指令値を演算し、それ以外の場合はノッチ変化後のノッチ信号に対応した出力指令値を演算するようにしたので、エンジン回転数の制御応答時間の間はエンジンの回転数に見合った誘導電動機の出力指令値を得てエンジンを最適な運転状態に保つことができるという効果がある。
【００５４】請求項４の発明によれば、出力制限値生成手段は、前記エンジン出力指令から前記エンジンの電気的負荷である補機回路で消費される補機電力を減算する減算器と、その値を前記誘導電動機の角速度で除算して出力制限値としてのトルク制限値を生成して出力指令制限手段に出力する除算器とを備えたので、エンジンの過負荷状態を回避できるとともにエンジンを最適な運転状態に保つことができるという効果がある。
【００５５】請求項５の発明によれば、出力制限値生成手段は、トルク制限値を電流制限値に変換するトルク／電流変換手段を備え、この電流制限値を出力制限値として出力指令制限手段に出力するようにしたので、電力変換器の構成に応じた誘導電動機の出力指令値を得ることができる。
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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１０月９日（１９９８．１０．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５７８７４
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１１５９０７（Ｐ２０００−１１５９０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２１日（２０００．４．２１） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２８７５７４ |
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