| 【発明の名称】 |
直流電気車の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】丸山 高央
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| 【要約】 |
【課題】直流電気車のブレーキ時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に制御し、回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値を制御し、フィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくし回生ブレーキを有効に活用する。
【解決手段】フィルタコンデンサ電流を検出して、回生負荷の変化量に相当したトルク指令値の減少量を演算器２５でフィルタコンデンサ電流と基準回転速度検出値とフィルタコンデンサ電圧から求め、この値をフィルタコンデンサ電圧基準値とフィルタコンデンサ電圧との偏差の比例積分補償に用いている積分器２６の初期値に設定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 直流リアクトルとフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ回路と、上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電動機に発生するように電力変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償してトルク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段と、第一のトルク指令値と基準回転速度検出値と上記フィルタコンデンサ電圧の基準値に基づいて予測回生電流を演算する予測回生電流演算手段と、上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を発生するヒステリシスコンパレータと、実際の回生電流と上記予測回生電流から求まるフィルタコンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と上記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算するトルク指令減少量演算手段と、上記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量に制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指令値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指令値を得るようにしたことを特徴とする直流電気車の制御装置。
【請求項２】 直流リアクトルとフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ回路と、上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電動機に発生するように電力変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償してトルク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段と、上記フィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ容量からフィルタコンデンサ電流を演算するフィルタコンデンサ電流演算手段と上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を発生するヒステリシスコンパレータと、上記フィルタコンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と上記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算するトルク指令減少量演算手段と、上記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量に制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指令値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指令値を得るようにしたことを特徴とする直流電気車の制御装置。
【請求項３】 上記トルク絞り込み量演算手段は積分器を含み、該積分器は上下限値制限を有し、上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報の値が変化したときに、その出力をリセットされることを特徴ことを特徴とする請求項１または２記載の直流電気車の制御装置。
【請求項４】 調整された第二のトルク指令値を電動機制御手段を通して上記電力変換器に出力させるトルク指令出力手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の直流電気車の制御装置。
【請求項５】 上記トルク指令値の代わりにトルク電流指令値または電動機電流指令値を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の直流電気車の制御装置。
【請求項６】 上記基準回転速度検出値としてその最大値または平均値を用いたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の直流電気車の制御装置。
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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、直流電気車の制御装置に関し、特に、直流電気車のブレーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に制御し、また回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値を制御できる直流電気車の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的な電気鉄道システムの例としては、例えば、特開平９−２３５０６号に記載されたものがある。以下その内容を転記する。図６は上記公報に記載された従来の電気鉄道システムの例を示す。同図に示すように、従来の電気鉄道システムは交流電源を変電所１において、変圧器１ａで降圧した後に、ダイオード整流器１ｂで整流して直流架線２００用の電源としている。車両では直流電源を直流架線２００からパンタグラフ２によって受電し、駆動用制御装置４００および補助電源７へ給電する。駆動用制御装置４００はパンタグラフ２から受電した直流電源を、フィルタ回路５００を介して電力変換装置５に入力する。電力変換装置５では、運転士からの指令などに応じたトルクが電動機６１、６２、６３、６４で発生するよう電力の変換を行う。
【０００３】このような鉄道システムの場合、変電所１のダイオード整流器１ｂでは車両から交流電源への電力回生ができないため、駆動用制御装置４００が回生運転するとき、回生電力を吸収するものは他の力行車３００や自車の補助電源装置７または他車３００の補助電源装置３００ｂだけである。このため、同一き電内に他の力行車３００がいない場合には、駆動用制御装置４００が発生する全回生電力を補助電源装置７で吸収しきれなくなり、直流架線電圧が上昇する。
【０００４】次に、ブレーキ動作時の制御について説明する。各電動機６１〜６４につながる速度検出器９１〜９４の出力を基準回転速度演算回路１５に入力し、電動機の基準回転速度検出値ωｒを演算する。ブレーキ中には、基準回転速度演算回路１５は各電動機６１〜６４の基準回転速度ω１、ω２、ω３、ω４を用い、次式による演算を行って基準回転速度検出値ωｒを求めている。
【０００５】
ωｒ＝ＭＡＸ（ω１、ω２、ω３、ω４） ・・・（１）
【０００６】トルク指令発生回路１８では、運転士からの運転指令に応じたブレーキ力指令と基準回転速度検出値ωｒから、電動機６１〜６４のトルク指令を発生し、トルク制限回路１９を介して電動機制御回路１６に入力する。電動機制御回路１６では、電動機６１〜６４のトルク指令、フィルタコンデンサ電圧と電動機基準回転速度検出値ωｒから、電動機６１〜６４に指令されたトルクが発生するように電力変換装置５にスイッチングパルスを発生する。
【０００７】従来、回生負荷がなくなり直流架線電圧が上昇したときの対策としては、以下のようなことを実施している。すなわち、直流架線電圧が上昇したことを、パンタグラフ２と直流リアクトル３を介してつながるフィルタコンデンサ４の電圧を検出器１０で読み取って検出する。検出されたフィルタコンデンサ電圧ＶＣをトルク制限値演算回路１１に入力する。
【０００８】トルク制限値演算回路１１では図７に示すように、フィルタコンデンサ電圧が過電圧を抑制するレベルＶ０に至ったら、フィルタコンデンサ電圧ＶＣに合わせて一律にトルクを絞るトルク制限値を演算してトルク制限回路１９に入力する。トルク制限回路１９はトルク指令発生回路１８が指令したトルク指令をトルク制限値にしたがって絞ることにより、回生電力を絞ってフィルタコンデンサ電圧の上昇を抑制し、直流架線電圧（ＶＰ）の上昇を抑制している。
【０００９】つまり、図７は従来方式のフィルタコンデンサ電圧と電動機トルクとの関係を示しており、図６のトルク制限値演算回路１１で用いる調節器としては比例調節器の動作をとる。そして、フィルタコンデンサ電圧の上昇を抑制するための電動機トルク指令絞り込み開始電圧Ｖ０と、直流架線２００につながる電気機器を過電圧から保護するための最大の電圧ＶＭＡＸが図７のように決ると、上記比例調節器の比例ゲインＫは次の（２）式のように決定される。
【００１０】
Ｋ＝Ｔ１００％／（ＶＭＡＸーＶ０） ・・・（２）
【００１１】図８は、図７のトルク制限値演算回路１１の具体例を示す構成図である。ここでは、フィルタコンデンサ電圧（実際値）ＶＣを入力してフィルタコンデンサ電圧目標値ＶＣ＊との差を演算し、その結果を掛算器によってゲインＫを掛けたものをトルク制限値演算回路１１の出力ＴＣとして、図７のトルク制限回路１９に入力するようにしている。なお、掛算器の代わりに比例調節器を用いることができるのはもちろんである。
【００１２】フィルタコンデンサ電圧目標値をＶＣ＊とすると、トルク制限値演算回路１１は次の（３）式の演算をしてトルク制限値ＴＣを出力することになる。
【００１３】
ＴＣ＝Ｋ×｛ＶＣ＊ーＶＣ｝ ・・・（３）
【００１４】なお、回生電力を絞るために図６ではトルクを絞るようにしているが、トルク制限値演算回路１１の代わりに電動機６１〜６４のトルク電流または電動機６１〜６４の電流を絞る回路を用いてトルクを絞る場合もある。
【００１５】そして、図６の駆動用制御装置４００に指令されたトルク指令Ｔが、フィルタコンデンサ電圧を制限するためのトルクＴＣより小さいときは指令値をそのまま出力し、トルク指令Ｔが制限トルクＴＣ以上になったときは、トルクを制限トルクＴＣにリミットすることで、回生負荷がなくなって直流架線電圧が上昇したときのみにトルクに制限が掛かることになる。よって、電動機６１〜６４に指令するためのトルクＴＭは、トルク制限回路１９で次式（４）の演算を行うすることによって求められる。
【００１６】
ＴＭ＝ＭＩＮ（Ｔ，ＴＣ） ・・・（４）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のような構成の従来装置の場合、以下のような問題点があった。即ち、従来のブレーキ制御は、上記（３）式のようにフィルタコンデンサ電圧の偏差に比例ゲインＫを掛けた値にトルク指令値を制限するようになっている。この場合、回生を有効に働かせるために比例ゲインＫを大きな値に設定すると、制御系が不安定になりやすくトルク振動が発生する場合があり乗り心地が悪くなるという問題点があった。
【００１８】一方、回生負荷が急に減少した場合には、素早くトルク指令を絞り直流架線電圧の上昇を抑制する必要があるので制御ゲインを大きく設定したいが、上記の問題点があるため、あまり大きな設定はできない。従って、回生負荷が急に減少した場合、フィルタコンデンサ電圧が過電圧になり回生失効に至り電気ブレーキを有効に活用できないという問題点があった。
【００１９】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、ブレーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に制御し、しかも回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値を制御してフィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくすことで回生ブレーキを有効に活用できる直流電気車の制御装置を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る直流電気車の制御装置は、直流リアクトルとフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ回路と、上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電動機に発生するように電力変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償してトルク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段と、第一のトルク指令値と基準回転速度検出値と上記フィルタコンデンサ電圧の基準値に基づいて予測回生電流を演算する予測回生電流演算手段と、上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を発生するヒステリシスコンパレータと、実際の回生電流と上記予測回生電流から求まるフィルタコンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と上記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算するトルク指令減少量演算手段と、上記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量に制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指令値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指令値を得るものである。
【００２１】請求項２の発明に係る直流電気車の制御装置は、直流リアクトルとフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ回路と、上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電動機に発生するように電力変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償してトルク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段と、上記フィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ容量からフィルタコンデンサ電流を演算するフィルタコンデンサ電流演算手段と上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を発生するヒステリシスコンパレータと、上記フィルタコンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と上記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算するトルク指令減少量演算手段と、上記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量に制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指令値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指令値を得るものである。
【００２２】請求項３の発明に係る直流電気車の制御装置は、請求項１または２の発明において、上記トルク絞り込み量演算手段は積分器を含み、該積分器は上下限値制限を有し、上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報の値が変化したときに、その出力をリセットされるものである。
【００２３】請求項４の発明に係る直流電気車の制御装置は、請求項１〜３の発明において、調整された第二のトルク指令値を電動機制御手段を通して上記電力変換器に出力させるトルク指令出力手段を備えたものである。
【００２４】請求項５の発明に係る直流電気車の制御装置は、請求項１〜４の発明において、上記トルク指令値の代わりにトルク電流指令値または電動機電流指令値を用いたものである。
【００２５】請求項６の発明に係る直流電気車の制御装置は、請求項１〜５のいずれかの発明において、上記基準回転速度検出値としてその最大値または平均値を用いたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による直流電気車の制御装置を示す構成図である。図中、図７と同一符号は同一または相当部分を示す。図において、２０Ａは本実施の形態におけるトルク指令制御回路である。このトルク指令制御回路２０Ａはフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊、実際のフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃ、回生電流Ｉｄｃ（これは直流リアクトル３を流れる電流で、図示しない電流検出器で検出されてトルク指令制御回路２０Ａに入力される）、基準回転速度検出値ωｒおよびトルク指令発生回路１８から第一のトルク指令値Ｔｑ＊を入力し、フィルタコンデンサ電圧の偏差ΔＥｆｃを比例積分したトルク補正値を用いて補正された第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊を電動機制御回路１６に出力する。
【００２７】なお、トルク指令発生回路１８は上記（１）式で説明したように、基準回転速度演算回路１５で演算した各電動機６１〜６４の基準回転速度ω１、ω２、ω３、ω４中の最大値より求めた基準回転速度検出値ωｒに基づき電動機６１〜６４のトルク指令値をトルク指令制御回路２０Ａに出力する。
【００２８】図２にトルク指令制御回路２０Ａの具体的な構成を示す。図において、２１は第一の減算器であり、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊と実際のフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの減算を行い、フィルタコンデンサ電圧の偏差ΔＥｆｃを求める。２２は予測回生電流演算器であり、第一のトルク指令値Ｔｑ＊と基準回転速度検出値ωｒおよびコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊によって予測回生電流Ｉｄｃ＊を演算する。２３は第二の減算器であり、回生電流Ｉｄｃと予測回生電流Ｉｄｃ＊の減算を行い、フィルタコンデンサ電流Ｉｃを求める。
【００２９】２４はヒステリシスコンパレータであり、フィルタコンデンサ電圧の偏差ΔＥｆｃに応じて、Ｋまたは０なる出力Ｋoutを制御情報として出力する。２５はトルク指令減少量演算器であり、フィルタコンデンサ電流Ｉｃ，基準回転速度検出値ωｒ、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊およびヒステリシスコンパレータ２４の出力Ｋoutを用いて回生負荷の減少量に相当したトルク指令減少量ΔＴｑを演算する。２６は積分器であり、フィルタコンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃを入力し積分結果を出力する。積分器２６は、出力値の上限下限制限値を設定でき、また積分出力にヒステリシスコンパレータ２４の出力が０からＫ（設定値）に変わったときのトルク指令減少量演算器２５の出力ΔＴｑを初期値として設定できる機能を有するものである。
【００３０】２７は比例演算器であり、フィルタコンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃをゲイン倍した値を出力する。２８は加算器であり、積分器２６の出力と比例演算器２７の出力を加算する。２９はリミッタであり、加算器２８の出力を入力し、その値が負値の場合はそのまま出力し、正値の場合はゼロを出力する。３０は第三の減算器であり、第一のトルク指令値Ｔｑ＊とリミッタ２９の出力の減算を行い、第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊を出力する。
【００３１】次に、本実施の形態の動作について説明する。回生負荷が十分あり、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊より小さい状態では、第一の減算器２１で演算されるフィルタコンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃは正の値になる。積分器２６および比例演算器２７はそれぞれフィルタコンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃを積分およびゲイン倍して出力し、加算器２８でそれぞれの出力を加算してリミッタ２９に入力するが、リミッタ２９は、入力が負値の場合はそのまま出力し、正値の場合はゼロを出力する機能を有しているので、リミッタ２９の出力はゼロとなる。
【００３２】従って、第三の減算器３０から出力される第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊は第一のトルク指令値Ｔｑ＊と同じ値になり、トルク制限は行われない。このとき、ヒステリシスコンパレータ２４は、入力のΔＥｆｃが正であるのでゼロを出力している。ヒステリシスコンパレータ２４の機能は、つぎの通りである。
【００３３】
ΔＥｆｃ＞ΔＥｃのとき 出力は０ΔＥｆｃ＜０ のとき 出力はＫ０≦ΔＥｆｃ≦ΔＥｃのときΔＥｆｃが増加中なら 出力はＫΔＥｆｃが減少中なら 出力は０ここで、ΔＥｃはヒステリシス幅である。
【００３４】この状態から、回生負荷が減少するとフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃは増加し始めてフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊を越える。このときブレーキ指令に基づく第一のトルク指令値Ｔｑ＊で基準回転速度検出値ωｒで運転中のとき直流電源に回生される電力ＰｒはＰｒ＝ωｒ・Ｔｑ＊であるので、これを基にフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊のときの予測回生電流Ｉｄｃ＊は、Ｐｒ＝ωｒ・Ｔｑ＊＝Ｅｆｃ＊・Ｉｄｃ＊の関係から【００３５】
Ｉｄｃ＊＝ωｒ・Ｔｑ＊／Ｅｆｃ＊ …（５）
【００３６】となることが分かる。フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃがフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊から増加しないためには予測回生電流Ｉｄｃ＊が回生電流Ｉdcに等しくフィルタコンデンサ電流Ｉｃがゼロでなければならない。すなわち、もし、回生負荷が減少してＩｃ＝Ｉｄｃ＊−Ｉdcが正になるとフィルタコンデンサ４はフィルタコンデンサ電流Ｉｃで充電され、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃは増加する。
【００３７】回生負荷が減少してフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃが増加してフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊になったときのフィルタコンデンサ電流Ｉｃがわかれば、この値が回生負荷の減少量に相当することになる。つまり、このフィルタコンデンサ電流Ｉｃに相当した回生電力に対応したトルクを求めて第一のトルク指令値Ｔｑ＊からこのトルク分を絞り込んでインバータを運転すれば充電電流をゼロにすることができ、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃを基準値Ｅｆｃ＊に保つことができる。
【００３８】このトルクΔＴｑは、 ΔＴｑ＝Ｅｆｃ＊・Ｉｃ／ωｒ …（６）
【００３９】として演算できる。これを実現するため、予測回生電流演算器２２は第一のトルク指令値Ｔｑ＊、基準回転速度検出値ωｒとフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊に基づいて上記（５）式の演算をおこない、予測回生電流Ｉｄｃ＊を求める。次に第二の減算器２３で予測回生電流Ｉｄｃ＊と回生電流Ｉdcの減算を行うと、フィルタコンデンサ電流Ｉｃが求まる。このフィルタコンデンサ電流Ｉｃがわかると、フィルタコンデンサ電流Ｉｃとフィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊と基準回転速度検出値ωｒを用いてトルク指令減少量演算器２５で下記の（７）式の演算を行い、トルク指令減少量ΔＴｑを得る。
【００４０】
ΔＴｑ＝−１．０・Ｅｆｃ＊・Ｉｃ・Ｋout／ωｒ …（７）
【００４１】ここで、Ｋoutはヒステリシスコンパレータ２４の出力であり、１．０が基準であるが検出誤差などを調整するため変数としている。また、−１．０はブレーキ時のトルク指令との符号の整合性をとるためのものである。トルク指令減少量ΔＴｑは、このようにして求めることができ、第一のトルク指令値Ｔｑ＊をこれだけ絞り込んでインバータを運転すると理想的にはコンデンサ電流Ｉｃをゼロにできるが、実際にはほぼゼロにできるだけである。
【００４２】また、回生負荷がこの値から増加した場合は絞り込み量は減らさなければならない。これらのことを考慮するとトルク指令減少量ΔＴｑは、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊にフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃを保つように調整される必要がある。これは、フィルタコンデンサ電圧偏差ΔＥｆｃの比例積分補償を積分器２６、比例演算器２７で実施しトルク指令値の絞り込み量を調整するようにすることで実現できる。このとき積分器２６の出力の初期値に上記のΔＴｑを設定すればよい。なお、積分器２６は上限値、下限値を設定できる機能を有し、積分器２６の出力範囲を制限する。
【００４３】また、トルク指令減少量ΔＴｑの初期設定は、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊とフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの偏差ΔＥｆｃをヒステリシスコンパレータ２４に入力し、ヒステリシスコンパレータ２４の出力がゼロからＫに変化したタイミングで、トルク指令減少量演算器２５で演算されたトルク指令減少量ΔＴｑを設定する。
【００４４】このように、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃが、フィルタコンデンサ電圧基準値Ｅｆｃ＊を越えると、そのときのトルク指令減少量ΔＴｑが積分器２６の初期値に設定され、加算器２８で比例演算器２７の出力と加算されたトルク指令絞り込み量がリミッタ２９に入力される。この絞り込み量は負の値であり、リミッタ２９からはそのまま入力されたトルク絞り込み量が出力され、第三の減算器３０で第一のトルク指令値Ｔｑ＊との減算結果としてその出力側に第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊が得られる。この第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊でインバータを駆動すればそのときの回生負荷に応じた運転状態に保つことができる。
【００４５】このように、本実施の形態では、回生負荷が減少するとその減少量に合致したトルク指令値の減少量を演算し、トルク指令値からトルク指令値減少量を減算すると共に、フィルタコンデンサ電圧基準値とフィルタコンデンサ電圧の偏差を比例積分補償するようにしたので、ブレーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に制御し、しかも回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値を制御してフィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくすことで回生ブレーキを有効に活用できる。つまり、回生負荷が急激に減少しても高速にトルク指令を絞り込み回生負荷に応じ、安定した回生運転が実現できる。
【００４６】実施の形態２．本実施の形態は、実施の形態１で説明したコンデンサ電流Ｉｃは次のようにして求める場合である。フィルタコンデンサ電流Ｉｃは、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃとフィルタコンデンサ容量Ｃがわかれば下記の（８）式の関係を用いて求めることができる。
【００４７】
Ｉｃ＝Ｃ・ｄＥｆｃ／ｄｔ …（８）
【００４８】図３は、このようにしてフィルタコンデンサ電流Ｉｃを求める場合のトルク指令制御回路２０Ｂの構成を示したものである。図において、３１はフィルタコンデンサ電流演算器であり、フィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃとフィルタコンデンサ容量Ｃを用いて上記（８）式の演算を行いフィルタコンデンサ電流Ｉｃを求める。これ以外の構成および機能は、上記実施の形態１と同様である。
【００４９】本実施の形態では、回生電流Ｉdcの検出が不要になるという利点がある。また、本実施の形態でも上記実施の形態１と同様に回生負荷が減少するとその減少量に合致したトルク指令値の減少量を演算し、トルク指令値からトルク指令値減少量を減算すると共に、フィルタコンデンサ電圧基準値とフィルタコンデンサ電圧の偏差を比例積分補償するようにしたので、ブレーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に制御し、しかも回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値を制御してフィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくすことで回生ブレーキを有効に活用できる。つまり、回生負荷が急激に減少しても高速にトルク指令を絞り込み回生負荷に応じ、安定した回生運転が実現できる。
【００５０】実施の形態３．上記実施の形態１、２は、電力変換装置５で４個の電動機６１〜６４を駆動するシステムに適用した場合の説明であったが、図４に示すように電力変換装置５で２個の電動機６１、６２を駆動するシステムにも同様に適用できる。この場合、基準回転速度検出値ωｒは下記の（９）式で求まる。
【００５１】
ωｒ＝ＭＡＸ（ω１、ω２） ・・・（９）
【００５２】本実施の形態の場合も、上記実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００５３】実施の形態４．上記実施の形態１、２は、電力変換装置５で４個の電動機６１〜６４を駆動するシステムに適用した場合の説明であったが、図５に示すように電力変換装置５で１個の電動機６１を駆動するシステムにも同様に適用できる。この場合、基準回転速度検出値ωｒは下記の（１０）式で求まる。
【００５４】
ωｒ＝ω１ ・・・（１０）
【００５５】本実施の形態の場合も、上記実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００５６】実施の形態５．上記各実施の形態では、トルク指令制御回路で第一のトルク指令値Ｔｑ＊を入力しフィルタコンデンサ電圧Ｅｆｃの動きに合わせて制御された第二のトルク指令値Ｔｑ＊＊を出力するものとしたが、電動機の制御によってはトルク指令値の代わりにトルク電流指令値や電動機電流指令値を用いてもよい。これらの場合にも、トルクをトルク電流または電動機電流と置き換えることで同様の構成で実現でき、同様の効果が得られる。
【００５７】実施の形態６．上記各実施の形態では、基準回転速度検出値ωｒは複数の電動機を駆動する場合にはそれらの回転数の内の最大値としているが、最大値の代わりに平均値を用いる場合にも同様に適用可能であり、同様の効果が得られる。なお、この発明のトルク指令制御回路は、マイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサなどで実現されることを前提としているため、制御演算は所定の制御周期で実施されるいわゆるサンプル値制御になる。
【００５８】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、直流リアクトルとフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ回路と、上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電動機に発生するように電力変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償してトルク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段と、第一のトルク指令値と基準回転速度検出値と上記フィルタコンデンサ電圧の基準値に基づいて予測回生電流を演算する予測回生電流演算手段と、上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を発生するヒステリシスコンパレータと、実際の回生電流と上記予測回生電流から求まるフィルタコンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と上記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算するトルク指令減少量演算手段と、上記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量に制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指令値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指令値を得るので、ブレーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に制御し、しかも回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値を制御してフィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくすことで回生ブレーキを有効に活用できるという効果がある。
【００５９】請求項２の発明によれば、直流リアクトルとフィルタコンデンサを含み、整流出力を平滑して直流電力を出力するフィルタ回路と、上記直流電力を入力し、トルク指令に応じたトルクが電動機に発生するように電力変換する電力変換器と、予め設定したフィルタコンデンサ電圧の基準値とフィルタコンデンサ電圧の実際値との偏差を比例積分補償してトルク絞り込み量を演算するトルク絞り込み量演算手段と、上記フィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ容量からフィルタコンデンサ電流を演算するフィルタコンデンサ電流演算手段と上記フィルタコンデンサ電圧の偏差に応じて制御情報を発生するヒステリシスコンパレータと、上記フィルタコンデンサ電流と上記フィルタコンデンサ電圧基準値と上記基準回転速度検出値と上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報とに基づいてトルク指令減少量を演算するトルク指令減少量演算手段と、上記トルク絞り込み量演算手段からのトルク絞り込み量に制限をかけるリミッタとを備え、上記第一のトルク指令値から上記リミッタの出力を減算して第二のトルク指令値を得るので、ブレーキ動作時に直流架線電圧が上昇してもフィルタコンデンサ電圧を振動させずに安定に制御し、しかも回生負荷の変動に対して応答よくトルク指令値を制御してフィルタコンデンサ電圧の過電圧をなくすことで回生ブレーキを有効に活用でき、更に回生電流の検出が不要になるという効果がある。
【００６０】請求項３の発明によれば、上記トルク絞り込み量演算手段は積分器を含み、該積分器は上下限値制限を有し、上記ヒステリシスコンパレータからの制御情報の値が変化したときに、その出力をリセットされるので、トルク絞り込み量を確実に得ることが出来るという効果がある。
【００６１】請求項４の発明によれば、調整された第二のトルク指令値を電動機制御手段を通して上記電力変換器に出力させるトルク指令出力手段を備えたので、安定した制御と、回生ブレーキの有効な活用化に寄与できるという効果がある。
【００６２】請求項５の発明によれば、上記トルク指令値の代わりにトルク電流指令値または電動機電流指令値を用いたので、装置の汎用化に寄与できるという効果ある。
【００６３】請求項６の発明によれば、上記基準回転速度検出値としてその最大値または平均値を用いたので、トルク指令減少量を効率よく算出できるという効果がある。
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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１１年１２月６日（１９９９．１２．６） |
| 【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２００１−１６９４０３（Ｐ２００１−１６９４０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２２日（２００１．６．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３４６４１２ |
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