| 【発明の名称】 |
電気車の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】野田 智史
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| 【要約】 |
【課題】車両が急に勾配に差掛かったとき等の加速度の急変時でも加速度を一定に制御することにある。
【解決手段】架線からパンタグラフを介して供給される直流をインバータにより交流に変換して得られる電流を車上１次のリニア誘導電動機に与え、このリニア誘導電動機より発生する推進力により車輪を回転させて走行する電気車において、車両に設けられた速度センサの回転数を微分して得られる加速度と基準加速度との偏差に基いて目的とする加速度になるようなモータ電流を求める演算手段と、前記インバータの主回路素子の許容温度から制限されるモータ電流の制限値を考慮して複数の異なるパワー制限値が設定された電気車のパワー制限手段と、前記演算手段により求められたモータ電流と前記パワー制限手段のパワー制限値とによって決定されるモータ電流指令値にて前記インバータを制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 架線からパンタグラフを介して供給される直流をインバータにより交流に変換して得られる電流を車上１次のリニア誘導電動機に与え、このリニア誘導電動機より発生する推進力により車輪を回転させて走行する電気車において、車両に設けられた速度センサの回転数を微分して得られる加速度と基準加速度との偏差に基いて目的とする加速度になるようなモータ電流を求める演算手段と、前記インバータの主回路素子の許容温度から制限されるモータ電流の制限値を考慮して複数の異なるパワー制限値が設定された電気車のパワー制限手段とを備え、前記演算手段により求められたモータ電流と前記パワー制限手段のパワー制限値とによって決定されるモータ電流指令値にて前記インバータを制御することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】 架線からパンタグラフを介して供給される直流をインバータにより交流に変換して得られる電流を回転型誘導電動機に与え、この回転型誘導電動機より車輪を駆動させて走行する電気車において、前記電気車の車両に取付けられた遊輪の回転数を検出する速度センサと、この速度センサで検出された回転数を微分して得られる加速度と基準加速度との偏差に基いて目的とする加速度になるようなモータ電流を求める演算手段と、前記インバータの主回路素子の許容温度から制限されるモータ電流の制限値を考慮して複数の異なるパワー制限値が設定された電気車のパワー制限手段とを備え、前記演算手段により求められたモータ電流と前記パワー制限手段のパワー制限値とによって決定されるモータ電流指令値にて前記インバータを制御することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の電気車の制御装置において、演算手段は比例ゲインに加えて加速度の偏差を小さくする積分ゲインを有することを特徴とする電気車の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車上一次方式のリニアモータで駆動する電気車の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気車の制御装置としては、回転型誘導電動のようにモータ電流を一定に制御する電流フィードバック回路を有するものと、軌道に対して車両側に推進力を発生させる車上一次方式のリニアモータのように電流フィードバック回路を持たないものがある。
【０００３】図１は車上一次方式のリニアモータで駆動する電気車の主回路構成を示すものである。図１において、パンタグラフＰＴを通して給電される直流を高速度遮断器ＨＢ、フィルタリアクトルＦＬ及び単位スイッチＬ１，Ｌ２を直列に介してＶＶＶＦインバータＩＮＶに入力し、このＶＶＶＦインバータＩＮＶで直流を交流に変換してリニアモータＬＩＭ１，ＬＩＭ２に電流を供給し、軌道に対して車両側に推進力を発生させることで電気車を駆動している。
【０００４】上記単位スイッチＬ２には、充電抵抗器ＣＨＲが並列に設けられている。また、一つの軸には速度センサＴＧが取付けられている。さらに、ＶＶＶＦインバータＩＮＶの他方の入力端は接地スイッチＧＳを介して接地されている。
【０００５】また、ＣＯＮＴは速度センサＴＧで検出された車軸の回転数ｆｒ、架線電圧及び電流、すべり周波数等のリニアモータの制御に必要な電気信号を取込んでＶＶＶＦインバータＩＮＶの主回路素子を制御する制御回路である。
【０００６】このような構成の電気車において、主回路動作としては回転形誘導電動機の電気車とは殆ど変わらない。しかし、回転形誘導電動機の電気車の場合は、モータ電流を一定にすると、牽引力はほぼ一定となるので、限流値を一定にして起動から速度を上げて行けばよいが、リニアモータの場合にはモータ電流を一定にしてもリニアモータの端効果のため、一定牽引力とはならない。
【０００７】従って、一定牽引力とするには、速度と共にモータ電流を増加させて行く必要がある。
【０００８】この様子を図４に回転形誘導電動機とリニアモータの速度−モータ電流特性を比較して示す。図４において、ＲＩMは回転形誘導電動機のモータ電流、ＬＩMはリニアモータのモータ電流である。なお、ｖは速度を示す。
【０００９】このときのリニアモータの電流制御を図５に示す制御系にて説明する。
【００１０】図５において、ｆｒは車軸の回転数であり、この回転数ｆｒは微分回路１により微分されて加速度が求められる。この加速度は比較器２にて加速度基準（ｄｆｒ／ｄｔ）・ｒａと比較され、その偏差が固定の制限値を有するリミッタ回路３により制限がかけられ、さらにゲインＫの一次遅れの時定数回路４を通してすべり周波数ｆSAとし、これを加算器５によりすべり周波数のパターンｆSPと加算してその時点のすべり周波数ｆSBとする。そして、このすべり周波数ｆSBは補正回路６にて補正され、モータ電流指令値ＩM*を出力する。これにより、リニアモータはＴ0＝ＫΦＩM*（ＫΦはモータの磁束）のトルクを発生し、このトルクＴ0により車軸の回転数ｆｒが変化する。
【００１１】ここで、Ｔ0を車輪の半径で割算することで牽引力（踏面トルク）となる。
【００１２】このような制御系において、リニアモータの回転数ｆｒは加速度の基準値に一致するように、すべり周波数→モータ電流→牽引力→ｆｒというループによりフィードバックをかけている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような制御系においては、電気車の加速度と加速度基準値との偏差に対して固定の制限値を有するリミッタ回路により制限がかけらるため、車両が急に勾配等に差し掛かり、加速度と基準値との偏差が大きくなってもこの偏差がリミッタ回路の制限値に固定されてしまう。従って、モータ電流指令値ＳM*が大きく変化できないため、加速度を一定に制御することができないという問題があった。
【００１４】本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、車両が急に勾配に差し掛かったとき等の加速度の急変時でも加速度を一定に制御することができる電気車の制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により電気車の制御装置を構成する。
【００１６】請求項１に対応する発明は、架線からパンタグラフを介して供給される直流をインバータにより交流に変換して得られる電流を車上１次のリニア誘導電動機に与え、このリニア誘導電動機より発生する推進力により車輪を回転させて走行する電気車において、車両に設けられた速度センサの回転数を微分して得られる加速度と基準加速度との偏差に基いて目的とする加速度になるようなモータ電流を求める演算手段と、前記インバータの主回路素子の許容温度から制限されるモータ電流の制限値を考慮して複数の異なるパワー制限値が設定された電気車のパワー制限手段とを備え、前記演算手段により求められたモータ電流と前記パワー制限手段のパワー制限値とによって決定されるモータ電流指令値にて前記インバータを制御する。
【００１７】請求項２に対応する発明は、架線からパンタグラフを介して供給される直流をインバータにより交流に変換して得られる電流を回転型誘導電動機に与え、この回転型誘導電動機より車輪を駆動させて走行する電気車において、前記電気車の車両に取付けられた遊輪の回転数を検出する速度センサと、この速度センサで検出された回転数を微分して得られる加速度と基準加速度との偏差に基いて目的とする加速度になるようなモータ電流を求める演算手段と、前記インバータの主回路素子の許容温度から制限されるモータ電流の制限値を考慮して複数の異なるパワー制限値が設定された電気車のパワー制限手段とを備え、前記演算手段により求められたモータ電流と前記パワー制限手段のパワー制限値とによって決定されるモータ電流指令値にて前記インバータを制御する。
【００１８】請求項３に対応する発明は、請求項１又は請求項２記載の電気車の制御装置において、演算手段は比例ゲインに加えて加速度の偏差を小さくする積分ゲインを有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】図１は本発明が適用される電気車の主回路を示すもので、その構成は従来例で説明したのと同様なので、ここではその説明を省略する。
【００２１】図２は本発明による電気車の制御装置の構成例を示すブロック図である。
【００２２】図２において、ｆｒは図１の速度センサにより検出された一つの車軸の回転数であり、この回転数ｆｒは微分回路２１により微分されて加速度が求められる。この加速度は比較器２２により加速度基準値（ｄｆｒ／ｄｔ）・ｒａと比較され、その偏差がゲイン（Ｋｐ）を有する比例回路２３と積分ゲイン（Ｋｉ）を有する積分回路２４をそれぞれ通して加算器２５により加算し、これを一次遅れの時定数回路２６を通してすべり周波数ｆSAを求める。
【００２３】このすべり周波数ｆSAは加算器２７にてすべり周波数パターンｆSPと加算することで補正されたすべり周波数ｆSBを得て補正回路２８に与える。この補正回路２８では、補正されたすべり周波数ｆSBに応じてモータ電流指令値ＩM*を発生し、これをパワー制限回路２９に与える。
【００２４】ここで、微分回路２１、比較器２２、比例回路２３、積分回路２４、１次遅れの時定数回路２６及び加算器２７は演算手段により構成される。
【００２５】上記パワー制限回路２９は詳細を後述するが、インバータの主回路素子の温度許容値から制限されるモータ電流の制限値を考慮して電気車のパワー制限を行うものである。
【００２６】このパワー制限回路２９で決定されたモータ電流指令値ＩM１*に基いてモータ電流を供給することによりモータにトルクＴ0が発生し、車軸の回転数が変化する。
【００２７】ここで、パワー制限回路２９の詳細を図３により説明する。
【００２８】このパワー制限回路２９は、図３に示すように基準加速度と現在の車両の加速度との偏差によって決定されるモータ電流指令値ＩM*と架線電圧Ｅｓが入力され、このモータ電流指令値ＩM*と架線電圧Ｅｓを定格架線電圧ＥSRの比で表される定数ｋ１に基いて決定されるモータ電流指令値ＩM*を出力する。
【００２９】即ち、Ｅｓ／ＥSR＝ｋ１が１より大きいか小さいかによってリミッタ値を変える。ｋ１＞１ではリミッタ値を下げ、ｋ１＜１ではリミッタ値を大きくし、インバータ１次側の電力を一定とするように制御する。
【００３０】但し、インバータの素子に流す電流が素子の許容温度を超えないようなリミッタの設定を行う。実際には架線電圧の線区での走行の場合に架線電圧に応じたリミッタの制限が必要であるが、通常の線区ではｋ１＝１のみとし、その設定値も素子の許容温度から決まる値となる。
【００３１】このような制御系とすることにより、リミッタの値を大きくでき、且つＫｐの比例ゲインとＫｉの積分ゲインによりすべり周波数ｆSAを高速に且つ精度よく計算できる。従って、少しの勾配の変化に対しても短時間であれば、大きな電流を流すことができるので、回転型誘導電動機の低トルク領域に相当する速度領域で、車両の加速度を一定にすることができる。また、すべり周波数ｆSAに対してもＫｐの比例ゲインとＫｉの積分ゲインによりある不感帯を持たせることができるので、制御系に発生するハンチングを防止することができる。
【００３２】上記実施の形態では、リニアモータを制御する制御系の場合について述べたが、通常の回転型誘導電動機の電気車の場合にも前述同様の機能を持たせることで、同様の効果を得ることができる。
【００３３】この場合、回転型誘導電動機の電気車に遊輪を取付け、この遊輪の車軸に速度センサを取付ける必要がある。これは車輪に空転や滑走が生じると、正確な速度信号が得られないためである。
【００３４】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、車両が急に勾配に差し掛かったとき等の加速度の急変時でも加速度を一定に制御することができる電気車の制御装置を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１２年９月１４日（２０００．９．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−９５１１１（Ｐ２００２−９５１１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年３月２９日（２００２．３．２９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２８０８２６（Ｐ２０００−２８０８２６） |
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