JP2002223503A - 電気車の駆動制御装置 - Google Patents
電気車の駆動制御装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
- H02P1/02—Details of starting control
- H02P1/029—Restarting, e.g. after power failure
Landscapes
- Motor And Converter Starters (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気車における速度センサレスベクトル制御
において、再始動の際に、過電流を防ぐと同時に、トル
ク制御の開始を早めることにある。 【解決手段】 電気車を駆動する誘導電動機５と、交流
を出力する電力変換器４と、交流電流を検出する電流検
出手段６と、交流電流を回転磁界座標系のｄ軸電流とｑ
軸電流に変換する変換手段７と、ｑ軸電流から電動機の
回転周波数を推定する速度推定手段９と、速度推定値に
基づいて電動機を駆動制御する手段から構成される電気
車の駆動制御装置において、電力変換器を停止させる電
気車の停車状態もしくは惰行運転中から電力変換器を起
動させる際に、電気車の進行方向情報に基づいて電気車
の走行速度範囲を決定し、その中心付近の値を推定速度
の初期値として設定する初期値設定手段１３と、所定の
期間、ｄ軸電流パターンを所定値以下に抑制し、ｄ軸電
流パターンの立ち上げ開始を遅延させる電流パターン演
算手段１４を備える。
において、再始動の際に、過電流を防ぐと同時に、トル
ク制御の開始を早めることにある。 【解決手段】 電気車を駆動する誘導電動機５と、交流
を出力する電力変換器４と、交流電流を検出する電流検
出手段６と、交流電流を回転磁界座標系のｄ軸電流とｑ
軸電流に変換する変換手段７と、ｑ軸電流から電動機の
回転周波数を推定する速度推定手段９と、速度推定値に
基づいて電動機を駆動制御する手段から構成される電気
車の駆動制御装置において、電力変換器を停止させる電
気車の停車状態もしくは惰行運転中から電力変換器を起
動させる際に、電気車の進行方向情報に基づいて電気車
の走行速度範囲を決定し、その中心付近の値を推定速度
の初期値として設定する初期値設定手段１３と、所定の
期間、ｄ軸電流パターンを所定値以下に抑制し、ｄ軸電
流パターンの立ち上げ開始を遅延させる電流パターン演
算手段１４を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の駆動制御
装置に係り、特に、電動機取り付けの速度センサが不要
な速度センサレスベクトル制御による電気車の駆動技術
に関する。
装置に係り、特に、電動機取り付けの速度センサが不要
な速度センサレスベクトル制御による電気車の駆動技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】速度センサレスベクトル制御では、誘導
電動機の電流検出値を用いて速度推定値を演算している
ため、電力変換器（インバータ）の動作を停止させる停
車中もしくは惰行中は、速度情報を得ることができな
い。この状態からインバータを起動させるためには、ト
ルク制御を開始させる前に、速度推定値と実際の速度と
の誤差を所定の範囲内に収束させる必要がある。この誤
差が大きいと、インバータに過大な電流が流れ、インバ
ータを構成する半導体素子を破壊する恐れがある。従
来、速度センサレスベクトル制御を用いて誘導電動機を
駆動し、再始動する際の速度推定値の演算方法として、
例えば、特開平８−８００９６号公報に記載されている
ように、再始動の際には速度推定値の初期値として電動
機速度最大値を用いるとともに、ｑ軸電流パターンをゼ
ロに維持した状態でｄ軸電流パターンをゼロから漸増さ
せていき、この状態で速度推定演算を行う手法が知られ
ている。
電動機の電流検出値を用いて速度推定値を演算している
ため、電力変換器（インバータ）の動作を停止させる停
車中もしくは惰行中は、速度情報を得ることができな
い。この状態からインバータを起動させるためには、ト
ルク制御を開始させる前に、速度推定値と実際の速度と
の誤差を所定の範囲内に収束させる必要がある。この誤
差が大きいと、インバータに過大な電流が流れ、インバ
ータを構成する半導体素子を破壊する恐れがある。従
来、速度センサレスベクトル制御を用いて誘導電動機を
駆動し、再始動する際の速度推定値の演算方法として、
例えば、特開平８−８００９６号公報に記載されている
ように、再始動の際には速度推定値の初期値として電動
機速度最大値を用いるとともに、ｑ軸電流パターンをゼ
ロに維持した状態でｄ軸電流パターンをゼロから漸増さ
せていき、この状態で速度推定演算を行う手法が知られ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特開平８−８００９６
号公報に記載されている従来技術は、再始動の際の速度
推定値の初期値として電動機速度の最大値ωｒｍａｘを
与えており、最悪の場合（速度推定値の誤差が最大すな
わち停止状態ωｒ＝０の場合）、速度推定値の誤差がω
ｒｍａｘと大きい。また、ｑ軸電流パターンをゼロに維
持した上でｄ軸電流パターンを漸増させているため、ト
ルク制御開始時の電流パターンの定格値に達するまで時
間かかかる。電気車においては、再始動の際の速度推定
値の演算に時間を要し、また、トルク制御の開始が遅れ
ると、運転士にとって加減速タイミングに違和感を感じ
るうえ、特に減速時には制動距離の増加となる恐れがあ
る。このため、電気車における速度センサレスベクトル
制御では、再始動の際に、過電流を防ぐと同時に、いか
に短時間に電動機の回転周波数を推定し、トルク制御の
開始を早めることができるかという点が課題であった。
号公報に記載されている従来技術は、再始動の際の速度
推定値の初期値として電動機速度の最大値ωｒｍａｘを
与えており、最悪の場合（速度推定値の誤差が最大すな
わち停止状態ωｒ＝０の場合）、速度推定値の誤差がω
ｒｍａｘと大きい。また、ｑ軸電流パターンをゼロに維
持した上でｄ軸電流パターンを漸増させているため、ト
ルク制御開始時の電流パターンの定格値に達するまで時
間かかかる。電気車においては、再始動の際の速度推定
値の演算に時間を要し、また、トルク制御の開始が遅れ
ると、運転士にとって加減速タイミングに違和感を感じ
るうえ、特に減速時には制動距離の増加となる恐れがあ
る。このため、電気車における速度センサレスベクトル
制御では、再始動の際に、過電流を防ぐと同時に、いか
に短時間に電動機の回転周波数を推定し、トルク制御の
開始を早めることができるかという点が課題であった。
【０００４】本発明の課題は、電気車における速度セン
サレスベクトル制御において、再始動の際に、過電流を
防ぐと同時に、トルク制御の開始を早めることにある。
サレスベクトル制御において、再始動の際に、過電流を
防ぐと同時に、トルク制御の開始を早めることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、電力変換器を停止させる電気車の停車状態もしくは
惰行運転中から電力変換器を起動させる際に、電気車の
進行方向情報に基づいて電気車の走行速度範囲を決定
し、その中心付近の値を推定速度の初期値として設定す
る初期値設定手段を備える。また、電力変換器を停止さ
せる電気車の停車状態もしくは惰行運転中から電力変換
器を起動させる際に、ｄ軸電流パターンを所定値以下に
抑制し、ｄ軸電流パターンの立ち上げ開始を遅延させる
電流パターン演算手段を備える。
に、電力変換器を停止させる電気車の停車状態もしくは
惰行運転中から電力変換器を起動させる際に、電気車の
進行方向情報に基づいて電気車の走行速度範囲を決定
し、その中心付近の値を推定速度の初期値として設定す
る初期値設定手段を備える。また、電力変換器を停止さ
せる電気車の停車状態もしくは惰行運転中から電力変換
器を起動させる際に、ｄ軸電流パターンを所定値以下に
抑制し、ｄ軸電流パターンの立ち上げ開始を遅延させる
電流パターン演算手段を備える。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。図１は、本発明の速度センサレ
スベクトル制御方式による電気車の駆動制御装置の一実
施形態を示す。図１において、電圧ベクトル演算部１
は、ｄ軸電流パターンＩｄ*とｑ軸電流パターンＩｑ*と
インバータ周波数Ｆｉｎｖと電動機定数に基づいてｄ軸
電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成する。位相演
算部２は、インバータ周波数Ｆｉｎｖを積分して位相θ
を求める。座標変換部３は、電圧ベクトル演算部１によ
り求めたｄ軸電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*と、位
相演算部２により求めた位相θに基づき二相から三相へ
の座標変換を行い、三相交流電圧指令Ｖ１を生成する。
電力変換器４は、座標変換部３により求めた三相交流電
圧指令Ｖ１より誘導電動機５を駆動する交流電圧を生成
する。電流検出部６は、誘導電動機５の交流電流を検出
し、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力する。座標変
換部７は、電流検出部６により検出した三相交流電流Ｉ
ｕ、Ｉｖ、Ｉｗおよび位相演算部２により求めた位相θ
に基づき三相から二相への座標変換を行い、ｑ軸電流Ｉ
ｑおよびｄ軸電流Ｉｄを生成する。すべり周波数演算部
８は、ｄ軸電流パターンＩｄ*とｑ軸電流パターンＩｑ*
と電動機定数よりすべり周波数指令Ｆｓを求める。イン
バータ周波数Ｆｉｎｖは、速度推定値Ｆ＾ｒにすべり周
波数演算部８により求めたすべり周波数指令Ｆｓを加算
して求める。ここで、速度推定値Ｆ＾ｒのかわりに誘導
電動機５に取り付けられた速度センサの検出値Ｆｒを用
いれば、速度センサつきのベクトル制御として動作す
る。電流制御部９は、ｑ軸電流パターンＩｑ*と座標変
換部７により求めたｑ軸電流（検出値）Ｉｑの偏差にゲ
インＫ１を乗じて出力する比例演算部１０と、偏差の積
分値にゲインＫ２を乗じて出力する積分演算部１１から
構成され、比例演算部１０と積分演算部１１の出力の和
を速度推定値Ｆ＾ｒとして出力する。収束判定部１２
は、ｑ軸電流パターンＩｑ*と座標変換部７により求め
たｑ軸電流との偏差に基づき速度推定値の収束判定を行
う。初期値設定部１３は、電力変換器４を起動させる際
に、ｄ軸電流定格値Ｉｄ０*の符号に応じて電気車の進
行方向を判別し、電気車の走行速度の範囲を決定する。
ここで、図１には図示していないが、電気車の進行方向
（前進／後進）に応じてｄ軸電流定格値Ｉｄ０*の符号
が与えられ、電気車の加減速指令（力行／回生）に応じ
てｑ軸電流定格値Ｉｑ０*の符号が与えられるものとす
る。電気車の進行方向以外の情報が与えられない場合に
は、電気車の走行速度範囲は、最小速度ゼロ（停車中）
から最大速度Ｆｒｍａｘまでとなり、速度推定値の初期
値として走行速度範囲の中心値Ｆｒｍａｘ／２を設定す
る。惰行期間が比較的短く、その間に空気ブレーキなど
の減速動作を行わなかった場合、あるいは、減速度およ
び制動時間の情報を得ることができる場合には、惰行前
の速度情報を基準として、電気車の走行する路線の勾配
条件や走行抵抗による惰行中の速度変動値を見積もるこ
とにより、再始動時の電気車の走行速度範囲をより限定
することが可能となり、その中心値を速度推定値の初期
値として設定する構成としてもよい。電流パターン演算
部１４は、電力変換器４を起動させる際に、速度推定誤
差の最大値に応じて跳ね上がり電流の大きさを所定のレ
ベル以下に抑制可能な最大のｄ軸電流パターンＩｄ*を
出力する。このときｑ軸電流パターンＩｑ*はゼロとす
る。収束判定部１２により速度推定値の収束判定情報が
与えられると、ｄ軸電流パターンＩｄ*およびｑ軸電流
パターンＩｑ*は、各々の定格値Ｉｄ０*およびＩｑ０*
までランプ関数的に増加させる。ここで、電流制御部９
は、電力変換器４の起動後から速度推定値の収束判定ま
での間、比例演算部１０のゲインＫ１および積分演算部
１１のゲインＫ２に関して各々別のゲインＫ１’および
Ｋ２’を与えることも可能である。
図面を用いて説明する。図１は、本発明の速度センサレ
スベクトル制御方式による電気車の駆動制御装置の一実
施形態を示す。図１において、電圧ベクトル演算部１
は、ｄ軸電流パターンＩｄ*とｑ軸電流パターンＩｑ*と
インバータ周波数Ｆｉｎｖと電動機定数に基づいてｄ軸
電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成する。位相演
算部２は、インバータ周波数Ｆｉｎｖを積分して位相θ
を求める。座標変換部３は、電圧ベクトル演算部１によ
り求めたｄ軸電圧指令Ｖｄ*とｑ軸電圧指令Ｖｑ*と、位
相演算部２により求めた位相θに基づき二相から三相へ
の座標変換を行い、三相交流電圧指令Ｖ１を生成する。
電力変換器４は、座標変換部３により求めた三相交流電
圧指令Ｖ１より誘導電動機５を駆動する交流電圧を生成
する。電流検出部６は、誘導電動機５の交流電流を検出
し、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力する。座標変
換部７は、電流検出部６により検出した三相交流電流Ｉ
ｕ、Ｉｖ、Ｉｗおよび位相演算部２により求めた位相θ
に基づき三相から二相への座標変換を行い、ｑ軸電流Ｉ
ｑおよびｄ軸電流Ｉｄを生成する。すべり周波数演算部
８は、ｄ軸電流パターンＩｄ*とｑ軸電流パターンＩｑ*
と電動機定数よりすべり周波数指令Ｆｓを求める。イン
バータ周波数Ｆｉｎｖは、速度推定値Ｆ＾ｒにすべり周
波数演算部８により求めたすべり周波数指令Ｆｓを加算
して求める。ここで、速度推定値Ｆ＾ｒのかわりに誘導
電動機５に取り付けられた速度センサの検出値Ｆｒを用
いれば、速度センサつきのベクトル制御として動作す
る。電流制御部９は、ｑ軸電流パターンＩｑ*と座標変
換部７により求めたｑ軸電流（検出値）Ｉｑの偏差にゲ
インＫ１を乗じて出力する比例演算部１０と、偏差の積
分値にゲインＫ２を乗じて出力する積分演算部１１から
構成され、比例演算部１０と積分演算部１１の出力の和
を速度推定値Ｆ＾ｒとして出力する。収束判定部１２
は、ｑ軸電流パターンＩｑ*と座標変換部７により求め
たｑ軸電流との偏差に基づき速度推定値の収束判定を行
う。初期値設定部１３は、電力変換器４を起動させる際
に、ｄ軸電流定格値Ｉｄ０*の符号に応じて電気車の進
行方向を判別し、電気車の走行速度の範囲を決定する。
ここで、図１には図示していないが、電気車の進行方向
（前進／後進）に応じてｄ軸電流定格値Ｉｄ０*の符号
が与えられ、電気車の加減速指令（力行／回生）に応じ
てｑ軸電流定格値Ｉｑ０*の符号が与えられるものとす
る。電気車の進行方向以外の情報が与えられない場合に
は、電気車の走行速度範囲は、最小速度ゼロ（停車中）
から最大速度Ｆｒｍａｘまでとなり、速度推定値の初期
値として走行速度範囲の中心値Ｆｒｍａｘ／２を設定す
る。惰行期間が比較的短く、その間に空気ブレーキなど
の減速動作を行わなかった場合、あるいは、減速度およ
び制動時間の情報を得ることができる場合には、惰行前
の速度情報を基準として、電気車の走行する路線の勾配
条件や走行抵抗による惰行中の速度変動値を見積もるこ
とにより、再始動時の電気車の走行速度範囲をより限定
することが可能となり、その中心値を速度推定値の初期
値として設定する構成としてもよい。電流パターン演算
部１４は、電力変換器４を起動させる際に、速度推定誤
差の最大値に応じて跳ね上がり電流の大きさを所定のレ
ベル以下に抑制可能な最大のｄ軸電流パターンＩｄ*を
出力する。このときｑ軸電流パターンＩｑ*はゼロとす
る。収束判定部１２により速度推定値の収束判定情報が
与えられると、ｄ軸電流パターンＩｄ*およびｑ軸電流
パターンＩｑ*は、各々の定格値Ｉｄ０*およびＩｑ０*
までランプ関数的に増加させる。ここで、電流制御部９
は、電力変換器４の起動後から速度推定値の収束判定ま
での間、比例演算部１０のゲインＫ１および積分演算部
１１のゲインＫ２に関して各々別のゲインＫ１’および
Ｋ２’を与えることも可能である。
【０００７】図２は、図１で示した電気車の駆動制御装
置における再始動時の波形を示す第１例である。電力変
換器４の起動タイミングすなわちゲートスタート信号が
立ち上がると、速度推定値が収束するまでの期間は、ｄ
軸電流パターンＩｄ*はある所定のレベルのステップ状
のパターン（ｄ軸電流抑制パターン）を与え、ｑ軸電流
パターンＩｑ*としてはゼロを与える。速度推定値Ｆ＾
ｒは、ゲートスタート時に速度範囲内の中心値Ｆ＾ｒ０
を初期値として設定する。図２においては、Ｆｒ（実速
度）＜Ｆ＾ｒのため、誘導電動機５の実すべり周波数が
正の値となり、ｑ軸電流検出値Ｉｑとして正の値が検出
される。このため、ｑ軸電流パターンＩｑ*とｑ軸電流
検出値Ｉｑの偏差Ｉｑ−Ｉｑ*が負となり、速度推定値
Ｆ＾ｒは減少方向に向かい、実際の速度Ｆｒに収束して
いく。速度推定値Ｆ＾ｒが収束すると、ｄ軸電流パター
ンＩｄ*およびｑ軸電流パターンＩｑ*は、各々定格値Ｉ
ｄ０*およびＩｑ０*のレベルまでランプ関数的に増加さ
せていく。
置における再始動時の波形を示す第１例である。電力変
換器４の起動タイミングすなわちゲートスタート信号が
立ち上がると、速度推定値が収束するまでの期間は、ｄ
軸電流パターンＩｄ*はある所定のレベルのステップ状
のパターン（ｄ軸電流抑制パターン）を与え、ｑ軸電流
パターンＩｑ*としてはゼロを与える。速度推定値Ｆ＾
ｒは、ゲートスタート時に速度範囲内の中心値Ｆ＾ｒ０
を初期値として設定する。図２においては、Ｆｒ（実速
度）＜Ｆ＾ｒのため、誘導電動機５の実すべり周波数が
正の値となり、ｑ軸電流検出値Ｉｑとして正の値が検出
される。このため、ｑ軸電流パターンＩｑ*とｑ軸電流
検出値Ｉｑの偏差Ｉｑ−Ｉｑ*が負となり、速度推定値
Ｆ＾ｒは減少方向に向かい、実際の速度Ｆｒに収束して
いく。速度推定値Ｆ＾ｒが収束すると、ｄ軸電流パター
ンＩｄ*およびｑ軸電流パターンＩｑ*は、各々定格値Ｉ
ｄ０*およびＩｑ０*のレベルまでランプ関数的に増加さ
せていく。
【０００８】図３は、図１で示した電気車の駆動制御装
置における再始動時の波形を示す第２例である。図３に
おいては、Ｆｒ＞Ｆ＾ｒのため、誘導電動機５の実すべ
り周波数が負の値となり、ｑ軸電流検出値Ｉｑとして負
の値が検出される。このため、ｑ軸電流パターンＩｑ*
とｑ軸電流検出値Ｉｑの偏差Ｉｑ−Ｉｑ*が正となり、
速度推定値Ｆ＾ｒは増加方向に向かい、実際の速度Ｆｒ
に収束していく。
置における再始動時の波形を示す第２例である。図３に
おいては、Ｆｒ＞Ｆ＾ｒのため、誘導電動機５の実すべ
り周波数が負の値となり、ｑ軸電流検出値Ｉｑとして負
の値が検出される。このため、ｑ軸電流パターンＩｑ*
とｑ軸電流検出値Ｉｑの偏差Ｉｑ−Ｉｑ*が正となり、
速度推定値Ｆ＾ｒは増加方向に向かい、実際の速度Ｆｒ
に収束していく。
【０００９】ここで、図１の初期値設定部１３におい
て、惰行前の速度情報、路線区間中の勾配、空気ブレー
キによる減速度などの情報を用いることによって、再始
動時の速度推定値の初期値の範囲を小さくすることが可
能であり、その一例を図４に示す。図４において、ゲー
トスタート中は、スイッチ４１ａの接点Ａがオン、接点
Ｂがオフとなり、積分器４２ａには速度推定値Ｆ＾ｒが
セットされる。同様にゲートスタート中は、スイッチ４
１ｂの接点Ａがオン、接点Ｂがオフとなり、積分器４２
ｂにも速度推定値Ｆ＾ｒがセットされる。ゲートストッ
プ中、つまり惰行中は、スイッチ４１ａの接点Ａはオ
フ、接点Ｂがオンとなり、積分器４２ａは惰行前の速度
推定値Ｆ＾ｒを初期値として積分を開始する。積分器４
２ａの入力には線路区間中の下り勾配による最大加速度
αｍａｘ−ブレーキ力指令（減速度指令）β−走行抵抗
演算器４３ａの出力が加えられ、積分器４２ａは、惰行
中の速度推定値の最大値Ｆ＾ｒ０ｍａｘを出力する。走
行抵抗演算器４３ａは、速度推定値最大値Ｆ＾ｒ０ｍａ
ｘに応じた走行抵抗を求め、減速度として出力する。同
様に、ゲートストップ中は、スイッチ４１ｂの接点Ａは
オフ、接点Ｂがオンとなり、積分器４２ｂは惰行前の速
度推定値Ｆ＾ｒを初期値として積分を開始する。積分器
４２ｂの入力には線路区間中の上り勾配による最大減速
度（−αｍａｘ）−ブレーキ力指令（減速度指令）−走
行抵抗演算器４３ｂの出力が加えられ、積分器４２ｂ
は、惰行中の速度推定値の最小値Ｆ＾ｒ０ｍｉｎを出力
する。積分器４２ｂは、惰行中の速度推定値の最小値Ｆ
＾ｒ０ｍｉｎに応じた走行抵抗を求め、減速度として出
力する。走行速度リミッタ４４ａは、速度推定値の最大
値Ｆ＾ｒ０ｍａｘを入力に加え、線路区間中の最大速度
ｍａｘＦｒおよび最低速度ｍｉｎＦｒの範囲内に出力を
制限する。同様に、走行速度リミッタ４４ｂは、速度推
定値の最小値Ｆ＾ｒ０ｍｉｎを入力に加え、線路区間中
の最大速度ｍａｘＦｒおよび最低速度ｍｉｎＦｒの範囲
内に出力を制限する。速度推定値の初期値Ｆ＾０は、走
行速度リミッタ４４ａおよび４４ｂの出力を加算し、２
で割ることによって、惰行中の走行速度範囲の中心値を
求める。
て、惰行前の速度情報、路線区間中の勾配、空気ブレー
キによる減速度などの情報を用いることによって、再始
動時の速度推定値の初期値の範囲を小さくすることが可
能であり、その一例を図４に示す。図４において、ゲー
トスタート中は、スイッチ４１ａの接点Ａがオン、接点
Ｂがオフとなり、積分器４２ａには速度推定値Ｆ＾ｒが
セットされる。同様にゲートスタート中は、スイッチ４
１ｂの接点Ａがオン、接点Ｂがオフとなり、積分器４２
ｂにも速度推定値Ｆ＾ｒがセットされる。ゲートストッ
プ中、つまり惰行中は、スイッチ４１ａの接点Ａはオ
フ、接点Ｂがオンとなり、積分器４２ａは惰行前の速度
推定値Ｆ＾ｒを初期値として積分を開始する。積分器４
２ａの入力には線路区間中の下り勾配による最大加速度
αｍａｘ−ブレーキ力指令（減速度指令）β−走行抵抗
演算器４３ａの出力が加えられ、積分器４２ａは、惰行
中の速度推定値の最大値Ｆ＾ｒ０ｍａｘを出力する。走
行抵抗演算器４３ａは、速度推定値最大値Ｆ＾ｒ０ｍａ
ｘに応じた走行抵抗を求め、減速度として出力する。同
様に、ゲートストップ中は、スイッチ４１ｂの接点Ａは
オフ、接点Ｂがオンとなり、積分器４２ｂは惰行前の速
度推定値Ｆ＾ｒを初期値として積分を開始する。積分器
４２ｂの入力には線路区間中の上り勾配による最大減速
度（−αｍａｘ）−ブレーキ力指令（減速度指令）−走
行抵抗演算器４３ｂの出力が加えられ、積分器４２ｂ
は、惰行中の速度推定値の最小値Ｆ＾ｒ０ｍｉｎを出力
する。積分器４２ｂは、惰行中の速度推定値の最小値Ｆ
＾ｒ０ｍｉｎに応じた走行抵抗を求め、減速度として出
力する。走行速度リミッタ４４ａは、速度推定値の最大
値Ｆ＾ｒ０ｍａｘを入力に加え、線路区間中の最大速度
ｍａｘＦｒおよび最低速度ｍｉｎＦｒの範囲内に出力を
制限する。同様に、走行速度リミッタ４４ｂは、速度推
定値の最小値Ｆ＾ｒ０ｍｉｎを入力に加え、線路区間中
の最大速度ｍａｘＦｒおよび最低速度ｍｉｎＦｒの範囲
内に出力を制限する。速度推定値の初期値Ｆ＾０は、走
行速度リミッタ４４ａおよび４４ｂの出力を加算し、２
で割ることによって、惰行中の走行速度範囲の中心値を
求める。
【００１０】図５は、図４に示す初期値設定部１３にお
ける再始動時の波形を示す。ゲートスタート中は、速度
推定値Ｆ＾ｒは実速度と一致しているが、ゲートストッ
プ中、つまり惰行中は速度推定値Ｆ＾ｒはゼロとなる。
惰行前の速度推定値Ｆ＾ｒを初期値として、速度推定値
の最大値Ｆ＾ｒ０ｍａｘおよび最小値Ｆ＾ｒ０ｍｉｎの
演算を開始する。惰行期間が長くなるにつれて速度推定
値の最大値と最小値の差は拡大していく。この状態から
再びゲートスタートしたとき、速度推定値の最大値と最
小値の平均値（速度範囲内の中心値）を初期値として速
度推定を開始することによって、速度推定値はより短時
間で実速度に収束することができ、収束期間も短くする
ことができる。
ける再始動時の波形を示す。ゲートスタート中は、速度
推定値Ｆ＾ｒは実速度と一致しているが、ゲートストッ
プ中、つまり惰行中は速度推定値Ｆ＾ｒはゼロとなる。
惰行前の速度推定値Ｆ＾ｒを初期値として、速度推定値
の最大値Ｆ＾ｒ０ｍａｘおよび最小値Ｆ＾ｒ０ｍｉｎの
演算を開始する。惰行期間が長くなるにつれて速度推定
値の最大値と最小値の差は拡大していく。この状態から
再びゲートスタートしたとき、速度推定値の最大値と最
小値の平均値（速度範囲内の中心値）を初期値として速
度推定を開始することによって、速度推定値はより短時
間で実速度に収束することができ、収束期間も短くする
ことができる。
【００１１】本実施形態は、電力変換器４を停止させる
電気車の停車状態もしくは惰行運転中から電力変換器４
を起動させる際に、電気車の進行方向情報に基づいて電
気車の走行速度範囲を決定し、その中心付近の値を推定
速度の初期値として設定する初期値設定手段１３を備え
ることにより、速度推定誤差の最大値が最小となる初期
値Ｆ＾ｒ０を設定することができるため、速度推定値の
収束を早くすることができる。また、速度推定値の誤差
とｄ軸電流パターンの積に応じて跳ね上がり電流の大き
さが求まる。そのため、速度推定値の誤差が小さいこと
から、跳ね上がり電流を抑制することができ、その分だ
け速度推定に必要なｄ軸電流パターンを大きくすること
ができる。このため、トルク制御開始時のｄ軸電流パタ
ーンが定格値に達するまでの時間を短縮することができ
る。
電気車の停車状態もしくは惰行運転中から電力変換器４
を起動させる際に、電気車の進行方向情報に基づいて電
気車の走行速度範囲を決定し、その中心付近の値を推定
速度の初期値として設定する初期値設定手段１３を備え
ることにより、速度推定誤差の最大値が最小となる初期
値Ｆ＾ｒ０を設定することができるため、速度推定値の
収束を早くすることができる。また、速度推定値の誤差
とｄ軸電流パターンの積に応じて跳ね上がり電流の大き
さが求まる。そのため、速度推定値の誤差が小さいこと
から、跳ね上がり電流を抑制することができ、その分だ
け速度推定に必要なｄ軸電流パターンを大きくすること
ができる。このため、トルク制御開始時のｄ軸電流パタ
ーンが定格値に達するまでの時間を短縮することができ
る。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力変換器を起動させる際の速度推定値の誤差の最大値
が最小となる初期値を設定することができ、このため、
速度推定値が実際の速度に収束する時間の最大値を最小
化し、速度推定値の収束を早くすることができる。ま
た、速度推定値の誤差とｄ軸電流パターンの積に応じて
跳ね上がり電流の大きさが求まるため、速度推定誤差を
小さくすることにより、より大きなｄ軸電流パターンを
与えることができる。この結果として、速度推定精度が
向上する他、ｄ軸電流パターンが定格値まで達する時間
を短くすることができ、トルク制御開始時間を早めるこ
とができる。
電力変換器を起動させる際の速度推定値の誤差の最大値
が最小となる初期値を設定することができ、このため、
速度推定値が実際の速度に収束する時間の最大値を最小
化し、速度推定値の収束を早くすることができる。ま
た、速度推定値の誤差とｄ軸電流パターンの積に応じて
跳ね上がり電流の大きさが求まるため、速度推定誤差を
小さくすることにより、より大きなｄ軸電流パターンを
与えることができる。この結果として、速度推定精度が
向上する他、ｄ軸電流パターンが定格値まで達する時間
を短くすることができ、トルク制御開始時間を早めるこ
とができる。
【図１】本発明の一実施形態である電気車の駆動制御装
置の構成図
置の構成図
【図２】図１に示す電気車の駆動制御装置における再始
動時の波形を示す第１例図
動時の波形を示す第１例図
【図３】図１に示す電気車の駆動制御装置における再始
動時の波形を示す第２例図
動時の波形を示す第２例図
【図４】図１に示す初期値設定部の一例を示す図
【図５】図４に示す初期値設定部における再始動時の波
形図
形図
１…電圧ベクトル演算部、２…位相演算部、３…座標変
換部（二相→三相）、４…電力変換部、５…誘導電動
機、６…電流検出部、７…座標変換部（三相→二相）、
８…すべり周波数演算部、９…電流制御部、１０…比例
演算部、１１…積分演算部、１２…収束判定部、１３…
初期値設定部、１４…電流パターン演算部、４１ａ，ｂ
…スイッチ、４２ａ，ｂ…積分器、４３ａ，ｂ…走行抵
抗演算器、４４ａ，ｂ…走行速度リミッタ
換部（二相→三相）、４…電力変換部、５…誘導電動
機、６…電流検出部、７…座標変換部（三相→二相）、
８…すべり周波数演算部、９…電流制御部、１０…比例
演算部、１１…積分演算部、１２…収束判定部、１３…
初期値設定部、１４…電流パターン演算部、４１ａ，ｂ
…スイッチ、４２ａ，ｂ…積分器、４３ａ，ｂ…走行抵
抗演算器、４４ａ，ｂ…走行速度リミッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 誠司 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 仲田 清 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸交通システム本部内 Ｆターム(参考） 5H001 AA02 AA03 AB05 AD02 AE02 5H115 PA08 PC02 PG01 PI01 PI29 PU09 PV09 QE01 QE20 QN12 QN22 QN23 QN24 QN27 RB26 TO12 TO30 5H576 AA01 BB06 BB09 DD02 DD04 EE01 EE22 FF01 GG04 HB01 JJ05 JJ22 JJ24 JJ28 LL01 LL14 LL22 LL30 LL39
Claims (4)
- 【請求項１】 電気車を駆動する誘導電動機と、前記誘
導電動機に可変電圧・可変周波数の交流を出力する電力
変換器と、前記誘導電動機に供給する交流電流を検出す
る電流検出手段と、前記検出された交流電流を回転磁界
座標系の磁束軸（ｄ軸）成分の電流（以下、ｄ軸電流）
とｄ軸に直交する成分（以下、ｑ軸電流）に変換する変
換手段と、前記ｑ軸電流から前記誘導電動機の回転周波
数を推定する速度推定手段と、前記速度推定手段により
生成された速度推定値に基づいて前記誘導電動機を駆動
制御する手段から構成される電気車の駆動制御装置にお
いて、 前記電力変換器を停止させる電気車の停車状態もしくは
惰行運転中から前記電力変換器を起動させる際に、電気
車の進行方向情報に基づいて電気車の走行速度範囲を決
定し、その中心付近の値を推定速度の初期値として設定
する初期値設定手段を備えることを特徴とする電気車の
駆動制御装置。 - 【請求項２】 電気車を駆動する誘導電動機と、前記誘
導電動機に可変電圧・可変周波数の交流を出力する電力
変換器と、前記誘導電動機に供給する交流電流を検出す
る電流検出手段と、前記検出された交流電流を回転磁界
座標系の磁束軸（ｄ軸）成分の電流（以下、ｄ軸電流）
とｄ軸に直交する成分（以下、ｑ軸電流）に変換する変
換手段と、前記ｑ軸電流から前記誘導電動機の回転周波
数を推定する速度推定手段と、前記速度推定手段により
生成された速度推定値に基づいて前記誘導電動機を駆動
制御する手段から構成される電気車の駆動制御装置にお
いて、 前記電力変換器を停止させる電気車の停車状態もしくは
惰行運転中から前記電力変換器を起動させる際に、所定
の期間、ｄ軸電流パターンを所定値以下に抑制し、ｄ軸
電流パターンの立ち上げ開始を遅延させる電流パターン
演算手段を備えることを特徴とする電気車の駆動制御装
置 - 【請求項３】 電気車を駆動する誘導電動機と、前記誘
導電動機に可変電圧・可変周波数の交流を出力する電力
変換器と、前記誘導電動機に供給する交流電流を検出す
る電流検出手段と、前記検出された交流電流を回転磁界
座標系の磁束軸（ｄ軸）成分の電流（以下、ｄ軸電流）
とｄ軸に直交する成分（以下、ｑ軸電流）に変換する変
換手段と、前記ｑ軸電流から前記誘導電動機の回転周波
数を推定する速度推定手段と、前記速度推定手段により
生成された速度推定値に基づいて前記誘導電動機を駆動
制御する手段から構成される電気車の駆動制御装置にお
いて、 前記電力変換器を停止させる電気車の停車状態もしくは
惰行運転中から前記電力変換器を起動させる際に、電気
車の進行方向情報に基づいて電気車の走行速度範囲を決
定し、その中心付近の値を推定速度の初期値として設定
する初期値設定手段と、所定の期間、ｄ軸電流パターン
を所定値以下に抑制し、ｄ軸電流パターンの立ち上げ開
始を遅延させる電流パターン演算手段を備えることを特
徴とする電気車の駆動制御装置。 - 【請求項４】 電気車を駆動する誘導電動機と、前記誘
導電動機に可変電圧・可変周波数の交流を出力する電力
変換器と、前記誘導電動機に供給する交流電流を検出す
る電流検出手段と、前記検出された交流電流を回転磁界
座標系の磁束軸（ｄ軸）成分の電流（以下、ｄ軸電流）
とｄ軸に直交する成分（以下、ｑ軸電流）に変換する変
換手段と、前記ｑ軸電流とｑ軸電流パターンの偏差に応
じてｑ軸電流制御を行うとともに前記誘導電動機の回転
周波数を推定する速度推定手段と、前記速度推定手段に
より生成された速度推定値に基づいて前記誘導電動機を
駆動制御する手段から構成される電気車の駆動制御装置
において、 前記電力変換器を停止させる電気車の停車状態もしくは
惰行運転中から前記電力変換器を起動させる際に、電気
車の進行方向情報に基づいて走行速度範囲を決定し、そ
の中心値を推定速度の初期値として設定する初期値設定
手段と、前記ｑ軸電流パターンとｑ軸電流の偏差から速
度推定値の収束を判定する速度収束判定手段と、電気車
の進行方向情報に応じてｄ軸電流パターンの符号を決定
し、前記収束判定手段の結果に基づき、速度推定値が未
収束の期間、ｑ軸電流パターンをゼロに抑制するととも
に、ｄ軸電流パターンとして所定のステップ状のパター
ンを与え、ｄ軸電流パターンおよびｑ軸電流パターンの
立ち上げ開始を遅延させる電流パターン演算手段を備え
ることを特徴とする電気車の駆動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001018136A JP2002223503A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 電気車の駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001018136A JP2002223503A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 電気車の駆動制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002223503A true JP2002223503A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=18884195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001018136A Pending JP2002223503A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 電気車の駆動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002223503A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005176490A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 電気車制御装置 |
| JP2008271660A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 誘導電動機の制御装置 |
| JP2010504731A (ja) * | 2006-09-26 | 2010-02-12 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 磁界オリエンテーション制御の量の評価による異常検知 |
| JP2016059152A (ja) * | 2014-09-09 | 2016-04-21 | 株式会社デンソー | 回転電機の制御装置 |
| JP7517939B2 (ja) | 2020-10-05 | 2024-07-17 | 株式会社日立製作所 | 誘導電動機の駆動制御装置および駆動制御方法 |
-
2001
- 2001-01-26 JP JP2001018136A patent/JP2002223503A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005176490A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 電気車制御装置 |
| JP2010504731A (ja) * | 2006-09-26 | 2010-02-12 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 磁界オリエンテーション制御の量の評価による異常検知 |
| JP2008271660A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 誘導電動機の制御装置 |
| JP2016059152A (ja) * | 2014-09-09 | 2016-04-21 | 株式会社デンソー | 回転電機の制御装置 |
| JP7517939B2 (ja) | 2020-10-05 | 2024-07-17 | 株式会社日立製作所 | 誘導電動機の駆動制御装置および駆動制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040326 |