JP2003009600A - 電気車制御装置 - Google Patents
電気車制御装置Info
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- JP2003009600A JP2003009600A JP2001192191A JP2001192191A JP2003009600A JP 2003009600 A JP2003009600 A JP 2003009600A JP 2001192191 A JP2001192191 A JP 2001192191A JP 2001192191 A JP2001192191 A JP 2001192191A JP 2003009600 A JP2003009600 A JP 2003009600A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 速度センサレスで誘導機のトルク制御をする
場合、一次角周波数が零近傍で速度演算誤差が生じ、誘
導機のトルク制御を正確に実施できない。速度演算誤差
が大きければ、誘導機は脱調してトルクが出なくなり、
一次角周波数は零近傍に留まるなどの要因がある。 【解決手段】 誘導機の電流を検出する電流検出器と、
一次角周波数と回転子角速度を演算する速度演算器と、
トルク指令と電流と回転子角速度を入力しトルク制御電
圧指令を出力するトルク制御手段と、一次角周波数指令
を出力する周波数演算器と、トルク指令と一次角周波数
指令を入力しパターン電圧指令を出力するパターン作成
器と、一次角周波数指令及び一次角周波数によりトルク
制御電圧指令とパターン電圧指令を選択し誘導機電圧指
令とする選択器と、誘導機電圧指令を入力し誘導機に電
力を供給する電力変換器とから構成する。
場合、一次角周波数が零近傍で速度演算誤差が生じ、誘
導機のトルク制御を正確に実施できない。速度演算誤差
が大きければ、誘導機は脱調してトルクが出なくなり、
一次角周波数は零近傍に留まるなどの要因がある。 【解決手段】 誘導機の電流を検出する電流検出器と、
一次角周波数と回転子角速度を演算する速度演算器と、
トルク指令と電流と回転子角速度を入力しトルク制御電
圧指令を出力するトルク制御手段と、一次角周波数指令
を出力する周波数演算器と、トルク指令と一次角周波数
指令を入力しパターン電圧指令を出力するパターン作成
器と、一次角周波数指令及び一次角周波数によりトルク
制御電圧指令とパターン電圧指令を選択し誘導機電圧指
令とする選択器と、誘導機電圧指令を入力し誘導機に電
力を供給する電力変換器とから構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の速度セン
サレストルク制御装置に係り、特に一次角周波数の零通
過を実現する電気車制御装置に関するものである。
サレストルク制御装置に係り、特に一次角周波数の零通
過を実現する電気車制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、一従来例を示すブロック図であ
り、1は誘導機、2は電流検出器、3は速度演算器、4
はトルク制御手段、5は電力変換器である。図3におい
て、電流検出器2は誘導機1に流れる電流iを検出す
る。速度演算器3においては、誘導機1の電流iと電圧
vを入力し、次式
り、1は誘導機、2は電流検出器、3は速度演算器、4
はトルク制御手段、5は電力変換器である。図3におい
て、電流検出器2は誘導機1に流れる電流iを検出す
る。速度演算器3においては、誘導機1の電流iと電圧
vを入力し、次式
【0003】
【数1】
【0004】を用いて、一次角周波数ω1とすべり角周
波数ωsと回転子角速度ωmを演算する。ここで、R
1、R2、L1、L2は誘導機1の定数であり、各々、
一次抵抗、二次抵抗、一次自己インダクタンス、二次自
己インダクタンスである。また、i2は誘導機1の二次
電流である。トルク制御手段4は、電流iと回転子角速
度ωmを基に、トルク指令τ*通りに誘導機1のトルク
を高精度、高応答に制御するためのトルク制御電圧指令
vT*を作成する。電力変換器5は、トルク制御電圧指
令vT*を増幅して、誘導機1に電力を供給する。以上
の構成により、速度センサレスにおいても、速度演算器
で回転子速度ωmを演算することにより、誘導機1のト
ルクが制御可能となる。
波数ωsと回転子角速度ωmを演算する。ここで、R
1、R2、L1、L2は誘導機1の定数であり、各々、
一次抵抗、二次抵抗、一次自己インダクタンス、二次自
己インダクタンスである。また、i2は誘導機1の二次
電流である。トルク制御手段4は、電流iと回転子角速
度ωmを基に、トルク指令τ*通りに誘導機1のトルク
を高精度、高応答に制御するためのトルク制御電圧指令
vT*を作成する。電力変換器5は、トルク制御電圧指
令vT*を増幅して、誘導機1に電力を供給する。以上
の構成により、速度センサレスにおいても、速度演算器
で回転子速度ωmを演算することにより、誘導機1のト
ルクが制御可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述した[数1]か
ら、一次角周波数ω1が零の場合、誘導機1は一次抵抗
R1によってのみ電圧vと電流iの関係が成立し、二次
電流i2の影響を全く受けない。このことは、ω1=0
においては、二次電流i2を求めることが不可能であ
り、すべり角周波数ωsと回転子角速度ωmを電圧vと
電流iだけでは演算できないことを示す。よって、一次
角周波数ω1が零近傍では速度演算器3の出力である回
転子角速度ωmには誤差が生じ、誘導機1のトルク制御
が正確に行えなくなる。回転子角速度ωmの誤差が大き
くなれば、誘導機1は脱調し、トルク制御は全く不能と
なり、一次角周波数ω1は零近傍に留まってしまう。
ら、一次角周波数ω1が零の場合、誘導機1は一次抵抗
R1によってのみ電圧vと電流iの関係が成立し、二次
電流i2の影響を全く受けない。このことは、ω1=0
においては、二次電流i2を求めることが不可能であ
り、すべり角周波数ωsと回転子角速度ωmを電圧vと
電流iだけでは演算できないことを示す。よって、一次
角周波数ω1が零近傍では速度演算器3の出力である回
転子角速度ωmには誤差が生じ、誘導機1のトルク制御
が正確に行えなくなる。回転子角速度ωmの誤差が大き
くなれば、誘導機1は脱調し、トルク制御は全く不能と
なり、一次角周波数ω1は零近傍に留まってしまう。
【0006】しかし、電気車を上り勾配上で発進させる
場合、機械ブレーキ緩めと運転台指令とのタイミングが
ずれると、電気車が後退している状態から誘導機1のト
ルク制御を開始することになり、一次角周波数ω1が零
になることがある。さらに、電気車を電気ブレーキで停
止させる場合も、一次角周波数ω1が零を通過する。
場合、機械ブレーキ緩めと運転台指令とのタイミングが
ずれると、電気車が後退している状態から誘導機1のト
ルク制御を開始することになり、一次角周波数ω1が零
になることがある。さらに、電気車を電気ブレーキで停
止させる場合も、一次角周波数ω1が零を通過する。
【0007】このような状態で上記理由によりトルク制
御不能となった場合、誘導機1のトルクは無くなり、上
り勾配では電気車は後退し続け、電気ブレーキでは電気
車は停止しない。また、トルク制御が高精度にできない
ため、乗り心地が悪くなる可能性がある。本発明は、上
記問題点を解決するためになされたものである。
御不能となった場合、誘導機1のトルクは無くなり、上
り勾配では電気車は後退し続け、電気ブレーキでは電気
車は停止しない。また、トルク制御が高精度にできない
ため、乗り心地が悪くなる可能性がある。本発明は、上
記問題点を解決するためになされたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに以下の手段を施す。請求項1においては、一次角周
波数指令ω1*を出力する周波数演算器6と、トルク指
令τ*と一次角周波数指令ω1*を入力しパターン電圧
指令vp*を出力するパターン作成器7と、一次角周波
数指令ω1*及び一次角周波数ω1によりトルク制御電
圧指令vT*とパターン電圧指令vp*を選択し誘導機
電圧指令v*とする選択器8を新たに追加し、誘導機電
圧指令v*をトルク制御電圧指令vT*の代わりに電力
変換器5に入力する。
めに以下の手段を施す。請求項1においては、一次角周
波数指令ω1*を出力する周波数演算器6と、トルク指
令τ*と一次角周波数指令ω1*を入力しパターン電圧
指令vp*を出力するパターン作成器7と、一次角周波
数指令ω1*及び一次角周波数ω1によりトルク制御電
圧指令vT*とパターン電圧指令vp*を選択し誘導機
電圧指令v*とする選択器8を新たに追加し、誘導機電
圧指令v*をトルク制御電圧指令vT*の代わりに電力
変換器5に入力する。
【0009】請求項2においては、周波数演算器6に磁
束指令Φ*とトルク指令τ*と電流iを新たに入力す
る。周波数演算器6を以下の構成にする。 (1)磁束指令Φ*とトルク指令τ*を入力し電流指令
i*を出力する電流指令演算器603 (2)電流指令i*と電流iを入力し加速度指令α*を
出力する加速度演算器601 (3)加速度指令α*を積分し一次角周波数指令ω1*
とする積分器602
束指令Φ*とトルク指令τ*と電流iを新たに入力す
る。周波数演算器6を以下の構成にする。 (1)磁束指令Φ*とトルク指令τ*を入力し電流指令
i*を出力する電流指令演算器603 (2)電流指令i*と電流iを入力し加速度指令α*を
出力する加速度演算器601 (3)加速度指令α*を積分し一次角周波数指令ω1*
とする積分器602
【0010】以上の手段を施すことにより、回転子角速
度ωmを用いない電圧パターンを誘導機1に印加可能と
なる。請求項2により、負荷に応じた一次角周波数指令
ω1*を得ることができる。その結果、誘導機1のトル
クリップルが小さくなり、乗り心地の改善ができる。以
下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
度ωmを用いない電圧パターンを誘導機1に印加可能と
なる。請求項2により、負荷に応じた一次角周波数指令
ω1*を得ることができる。その結果、誘導機1のトル
クリップルが小さくなり、乗り心地の改善ができる。以
下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施例を示す
ブロック図であり、1は誘導機、2は電流検出器、3は
速度演算器、4はトルク制御手段、5は電力変換器、6
は周波数演算器、7はパターン作成器、8は選択器であ
る。ここでは、従来技術に対して変更した点のみを説明
する。
ブロック図であり、1は誘導機、2は電流検出器、3は
速度演算器、4はトルク制御手段、5は電力変換器、6
は周波数演算器、7はパターン作成器、8は選択器であ
る。ここでは、従来技術に対して変更した点のみを説明
する。
【0012】周波数演算器6は、直線的に変化する一次
角周波数指令ω1*を作成する。パターン作成器7は、
磁束指令Φ*とトルク指令τ*と一次角周波数指令ω1
*を基に次式の[数2]でパターン化したパターン電圧
指令vp*を出力する。
角周波数指令ω1*を作成する。パターン作成器7は、
磁束指令Φ*とトルク指令τ*と一次角周波数指令ω1
*を基に次式の[数2]でパターン化したパターン電圧
指令vp*を出力する。
【0013】
【数2】
【0014】ここで、i(Φ*、τ*)は誘導機1の電
流指令で、後述する[数4]を用いて、i(Φ*、τ
*)=if*+j・ip*と表せる。パターン作成器7
を前述した[数2]で与えることにより、誘導機1が脱
調していなければ、誘導機1の一次磁束はΦ*、トルク
はすべりに比例した量に収束する。
流指令で、後述する[数4]を用いて、i(Φ*、τ
*)=if*+j・ip*と表せる。パターン作成器7
を前述した[数2]で与えることにより、誘導機1が脱
調していなければ、誘導機1の一次磁束はΦ*、トルク
はすべりに比例した量に収束する。
【0015】選択器8は、トルク制御手段4の出力であ
るトルク制御電圧指令vT*とパターン電圧指令vp*
と速度演算器3の出力である一次角周波数ω1と一次角
周波数指令ω1*を入力して、一次角周波数ω1と一次
角周波数指令ω1*を基に、トルク制御電圧指令vT*
とパターン電圧指令vp*の内一方を選択して、誘導機
電圧指令v*として電力変換器5に送る。電力変換器5
は、誘導機電圧指令v*を増幅して、誘導機1に電力を
供給する。
るトルク制御電圧指令vT*とパターン電圧指令vp*
と速度演算器3の出力である一次角周波数ω1と一次角
周波数指令ω1*を入力して、一次角周波数ω1と一次
角周波数指令ω1*を基に、トルク制御電圧指令vT*
とパターン電圧指令vp*の内一方を選択して、誘導機
電圧指令v*として電力変換器5に送る。電力変換器5
は、誘導機電圧指令v*を増幅して、誘導機1に電力を
供給する。
【0016】以上の構成とすることにより、誘導機1の
トルクを一次角周波数ω1=0近傍を除いて高精度に制
御できるトルク制御電圧指令vT*と、回転子角速度ω
mを使用せず一次角周波数指令ω1*で電圧をパターン
化したパターン電圧指令vp*とを選択可能となる。
トルクを一次角周波数ω1=0近傍を除いて高精度に制
御できるトルク制御電圧指令vT*と、回転子角速度ω
mを使用せず一次角周波数指令ω1*で電圧をパターン
化したパターン電圧指令vp*とを選択可能となる。
【0017】選択器8に一次角周波数ω1と一次角周波
数指令ω1*を入力することにより回転子角速度ωm誤
差があり、トルク制御手段4での誘導機1のトルク制御
が困難な一次角周波数ω1=0近傍で、回転子角速度ω
mを用いないパターン電圧指令vp*を誘導機電圧指令
v*とすることができる。さらに、一次角周波数ω1が
0から離れている場合、すなわち、速度演算機3で回転
子角速度ωmが精度良く演算できるようになった場合、
トルク制御手段4で誘導機1のトルク制御が高精度にで
きるようになるので、トルク制御電圧指令vT*を誘導
機電圧指令v*とすることができる。以下では、選択器
8でv*=vp*を選択する場合を考える。電気車を勾
配上で起動したとき、電気車に発生させたいトルクτv
は、[数3]で与えられる。
数指令ω1*を入力することにより回転子角速度ωm誤
差があり、トルク制御手段4での誘導機1のトルク制御
が困難な一次角周波数ω1=0近傍で、回転子角速度ω
mを用いないパターン電圧指令vp*を誘導機電圧指令
v*とすることができる。さらに、一次角周波数ω1が
0から離れている場合、すなわち、速度演算機3で回転
子角速度ωmが精度良く演算できるようになった場合、
トルク制御手段4で誘導機1のトルク制御が高精度にで
きるようになるので、トルク制御電圧指令vT*を誘導
機電圧指令v*とすることができる。以下では、選択器
8でv*=vp*を選択する場合を考える。電気車を勾
配上で起動したとき、電気車に発生させたいトルクτv
は、[数3]で与えられる。
【0018】
【数式3】
【0019】ここで、τFは誘導機1によって発生する
トルク、τDは重力により発生する後退トルクである。
また、一次角周波数指令ω1*の変化率dω1*/d
t、すなわち加速度指令α*は、電気車の慣性をJとし
て、τF/Jが適当である。しかし、τFは誘導機1の
すべりに比例するので、リップルを発生する可能性があ
る。そこで、誘導機1の発生トルクをトルク指令τ*と
するために、(τ*−τF)/J相当の加速度を補正す
る必要がある。以下、加速度指令α*の推定方法につい
て説明する。
トルク、τDは重力により発生する後退トルクである。
また、一次角周波数指令ω1*の変化率dω1*/d
t、すなわち加速度指令α*は、電気車の慣性をJとし
て、τF/Jが適当である。しかし、τFは誘導機1の
すべりに比例するので、リップルを発生する可能性があ
る。そこで、誘導機1の発生トルクをトルク指令τ*と
するために、(τ*−τF)/J相当の加速度を補正す
る必要がある。以下、加速度指令α*の推定方法につい
て説明する。
【0020】図2は本発明の周波数演算器6の一実施例
を示すブロック図であり、603は電流指令演算器、6
01は加速度演算器、602は積分器である。電流指令
演算器603は、磁束指令Φ*とトルク指令τ*から電
流指令i*を演算する。電流指令演算器603の一例と
して、次式がある。
を示すブロック図であり、603は電流指令演算器、6
01は加速度演算器、602は積分器である。電流指令
演算器603は、磁束指令Φ*とトルク指令τ*から電
流指令i*を演算する。電流指令演算器603の一例と
して、次式がある。
【0021】
【数4】
【0022】加速度演算器601は、電流指令i*と電
流iを入力し、電流iから実効値irmsを演算する。
そして、実効値irmsが電流指令i*に追従するよう
に次式で加速度指令α*を制御する。
流iを入力し、電流iから実効値irmsを演算する。
そして、実効値irmsが電流指令i*に追従するよう
に次式で加速度指令α*を制御する。
【0023】
【数式5】
【0024】ここで、Kaは積分ゲインである。積分器
602は、加速度指令α*を積分し、一次角周波数指令
ω1*を出力する。
602は、加速度指令α*を積分し、一次角周波数指令
ω1*を出力する。
【0025】以下、図2に示す動作について説明する。
最初に、τF>τ*の場合を説明する。この場合、電流
iは大きくなるので、601で加速度指令α*が小さく
なる。すると、ω1*の上がり方が鈍るのでvp*の上
昇率も小さくなり、電流iが減少し、誘導機1のトルク
が減少する。よって、τFは減少して、τ*に近づく。
最初に、τF>τ*の場合を説明する。この場合、電流
iは大きくなるので、601で加速度指令α*が小さく
なる。すると、ω1*の上がり方が鈍るのでvp*の上
昇率も小さくなり、電流iが減少し、誘導機1のトルク
が減少する。よって、τFは減少して、τ*に近づく。
【0026】次に、τF<τ*の場合を説明する。この
場合、電流iは小さくなるので、601で加速度指令α
*が大きくなる。すると、ω1*の上がり方が大きくな
るのでvp*の上昇率も大きくなり、電流iが増加し、
誘導機1のトルクが増加する。よって、τFは増加し
て、τ*に近づく。
場合、電流iは小さくなるので、601で加速度指令α
*が大きくなる。すると、ω1*の上がり方が大きくな
るのでvp*の上昇率も大きくなり、電流iが増加し、
誘導機1のトルクが増加する。よって、τFは増加し
て、τ*に近づく。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
次角周波数零近傍において、回転子角速度を用いない電
圧パターンを誘導機に印加することにより、回転子角速
度の誤差の影響を受けずに一次角周波数零通過を実現で
きる。また、電流を制御することにより、負荷に応じた
一次角周波数指令ω1*を得ることができ、誘導機1の
トルクリップルが小さくなり、電気車の乗り心地を改善
できる。
次角周波数零近傍において、回転子角速度を用いない電
圧パターンを誘導機に印加することにより、回転子角速
度の誤差の影響を受けずに一次角周波数零通過を実現で
きる。また、電流を制御することにより、負荷に応じた
一次角周波数指令ω1*を得ることができ、誘導機1の
トルクリップルが小さくなり、電気車の乗り心地を改善
できる。
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】本発明の周波数演算器の一実施例を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図3】一従来例を示すブロック図である。
1 誘導機
2 電流検出器
3 速度演算器
4 トルク制御手段
5 電力変換器
6 周波数演算器
7 パターン作成器
8 選択器
601 加速度演算器
602 積分器
603 電流指令演算器
ω1 一次角周波数
ωm 回転子角速度
v 電圧
i 電流
ω1* 一次角周波数指令
vT* トルク制御電圧指令
vp* パターン電圧指令
v* 誘導機電圧指令
τ* トルク指令
i* 電流指令
α* 加速度指令
Φ* 磁束指令
Claims (2)
- 【請求項1】 誘導機の電流を検出する電流検出器と、
前記電流を入力し前記誘導機の一次角周波数と回転子角
速度を演算する速度演算器と、トルク指令と前記電流と
前記回転子角速度を入力しトルク制御電圧指令を出力す
るトルク制御手段と、前記トルク制御電圧指令を入力し
前記誘導機に電力を供給する電力変換器を備えた電気車
制御装置において、 一次角周波数指令を出力する周波数演算器と、前記トル
ク指令と前記一次角周波数指令を入力しパターン電圧指
令を出力するパターン作成器と、前記一次角周波数指令
及び前記一次角周波数により前記トルク制御電圧指令と
前記パターン電圧指令を選択し誘導機電圧指令とする選
択器とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。 - 【請求項2】 前記周波数演算器に磁束指令と前記トル
ク指令と前記電流を新たに入力して電流指令を出力する
電流指令演算器と、前記電流指令と前記電流を入力し加
速度指令を出力する加速度演算器と、前記加速度指令を
積分し前記一次角周波数指令とする積分器から構成する
請求項1記載の電気車制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001192191A JP2003009600A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 電気車制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001192191A JP2003009600A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 電気車制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003009600A true JP2003009600A (ja) | 2003-01-10 |
Family
ID=19030681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001192191A Pending JP2003009600A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 電気車制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003009600A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007060777A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Toshiba Corp | 電気車制御装置及び電気車制御システム |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH089507A (ja) * | 1994-06-08 | 1996-01-12 | Hitachi Ltd | 電気車用制御装置 |
JPH10290600A (ja) * | 1997-04-11 | 1998-10-27 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 電気車走行制御装置 |
JP2000060200A (ja) * | 1998-08-10 | 2000-02-25 | Hitachi Ltd | インバータ制御車両の制御装置 |
JP2001086799A (ja) * | 1999-09-16 | 2001-03-30 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 速度センサレス制御装置 |
-
2001
- 2001-06-26 JP JP2001192191A patent/JP2003009600A/ja active Pending
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JPH089507A (ja) * | 1994-06-08 | 1996-01-12 | Hitachi Ltd | 電気車用制御装置 |
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