JP2005102455A - 電気車制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直流を交流に変換するインバータ1と、インバータ1の交流側に接続された主電動機3と、インバータ1が出力する電圧の出力周波数を演算するインバータ出力周波数演算部11,13,14と、インバータ1出力する電圧の大きさを演算するインバータ出力電圧演算部5と、インバータ1が出力する電圧の周波数と大きさに基づきインバータ1のゲート指令を生成するゲート指令演算部9とから成る電気車制御装置において、ゲート指令演算部9は、正弦波半周期に1パルスを出力する1パルス制御部25を少なくとも備えると共に、所定条件下においては前記1パルス制御を行わない1パルス制御制限手段(制御モード選択部29)を有する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図7に示した従来例と同一構成部分には同一番号が付されている。
ALmax = 1.0 if Flg_AllimCmd = 0
= β if Flg_AllimCmd = 1
ここに、βは所定のセット値であり、β<1.0で定義される。
Flg_AllimCmd = 1 if |IqRef| < γ
= 0 if |IqRef|>=γ
ここに、γは所定のセット値である。
Pnum = 1 if AL* < x1
= 2 if x1 <= AL* < x2
= 3 if AL* = 1
ここに、x1,x2は所定のセット値でx1<x2の関係を有するものとする。
図4は、本発明の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図1に示す第1の実施形態と比べ、変調率リミット指令演算部31の構成が異なるため、他を省略して説明する。
Ploss = R1×(Id 2 + Iq 2 ) + ( M / L2 ) 2 × R2 × Iq 2
ここに、R1:1次抵抗、R2:2次抵抗、M:相互インダクタンス、L2:2次
自己インダクタンスである。
Tmot = K / (τ×s + 1) × Ploss + Tmot0
ここにKは熱損失から温度までの換算係数、τは熱時定数、sはラプラス演算子、
Tmot0は温度初期値である。
Flg_AllimCmd = 1 if Tmot < Tmot_Set
= 0 if Tmot >= Tmot_Set
以上により、モータの温度に基づき、1パルス制御を用いるか、1パルス制御を用いないかが決定される。前述のように、1パルス制御は損失が低いのに対し、それ以外の制御モードでは損失が増加する。よって、モータ温度が低い場合には、低騒音化が可能な1パルス制御を用いない制御モードを選択し、モータ温度が上昇した場合には、モータ温度上昇を抑制するため、損失が少ない1パルス制御を選択するようにする。よって、温度上昇によるモータ焼損あるいは保護といった信頼性の劣化を引き起こすことなく、可能な限り低騒音化を図ることができる。
図5は、本発明の第3の実施形態の構成を示すブロック図である。
IsRef=[(Kp・s+Ki)/s]・(VdcRef−Vdc)・sin(θs)
電流制御部43では、出力電流指令値IsRefに検出された出力電流Isが一致するように、次式のように出力電圧補正量Vccmpを算出する。
Vccmp = Kp・(IsRef−Is)
また、架線電圧のフィードフォワード項VsFFを電源電圧FF演算部45にて次式に算出する。ここにVs*は、架線定格電圧のコンバータ交流側への換算値である。
VsFF = Vs*・sin(θs)
加算器44では、架線電圧フィードフォワード項VsFFと出力電圧補正量Vccmpとを加算することで、コンバータの出力電圧指令値VcRefが算出できる。PWM制御部46では、コンバータの出力電圧指令値Vc*に一致した出力電圧が得られるように、コンバータ15へのゲート指令が三角波比較PWM制御等により生成される。
VdcRefCmp = K2・sin ( 6 ×θv + Δ)
ここに、K2は所定のゲイン、Δは所定の位相シフト量である。
図6は、本発明の第4の実施形態の構成を示すブロック図である。
なお、第3の実施形態、第4の実施形態のポイントは、インバータの直流電圧を脈動させ、1パルス制御を用いていても、各相出力電圧を正弦波に近づけることである。第3、第4の実施形態では、コンバータやエネルギー蓄積変換手段47を用いた構成を示したが、インバータ自身でトルク電流や励磁電流など電流をインバータ出力周波数の6倍で故意に脈動させて、インバータ直流電圧を脈動させることができる。ただし、トルク電流を脈動させた場合には、トルクに同成分が現れるため、好ましくない。一方、励磁電流をインバータ出力周波数の6倍にて脈動させても、トルクの振動にはほぼ影響を与えない。励磁電流は磁束を制御するものであるが、磁束の応答時定数は数百msである。インバータ出力周波数の6倍とは、数百Hzのオーダーであるため、磁束はほぼ反応しない。よって、トルク電流は一定とし、励磁電流をインバータ出力周波数の6倍にて脈動させることで、インバータ直流電圧を同周波数にて脈動させることが可能となる。これにより、低騒音化が期待できる。
図8は、本発明の第5の実施形態の構成を示すブロック図である。
2…フィルタコンデンサ
3…主電動機
4,35,50…電流検出器
5…電圧演算部
6,7…座標変換部
8…積分器
9…ゲート指令演算部
10…速度検出部
11…すべり周波数演算部
12,53…ビートレス制御部
13,14,24,38,44…加算器
15…コンバータ
16…主変圧器
17…架線
18…パンタグラフ
19,34…電圧検出器
20…車輪
21…レール
22…変調率演算部
23…リミッタ
25…1パルス制御部
26…1ダッシュパルス制御部
27…三角波比較PWM制御部
28…切替器
29…制御モード選択部
30…相電圧指令演算部
31…変調率リミット指令演算部
32…インバータ制御部
33…コンバータ制御部
36…ゼロクロス検知部
37…位相同期制御部
39…直流脈動指令演算部
40,42…減算器
41…電圧制御部
43…電流制御部
45…電源電圧FF演算部
46…PWM制御部
47…エネルギー蓄積変換手段
48…エネルギー変換部
49…リアクトル
51…エネルギー蓄積部
52…エネルギー蓄積変換制御部
54…除算器
55…乗算器
Claims (13)
- 直流を交流に変換するインバータと、前記インバータの交流側に接続された主電動機と、前記インバータが出力する電圧の出力周波数を演算するインバータ出力周波数演算手段と、前記インバータが出力する電圧の大きさを演算するインバータ出力電圧演算手段と、前記インバータが出力する電圧の周波数と大きさに基づき前記インバータのゲート指令を生成するゲート指令演算手段とから成る電気車制御装置において、
前記ゲート指令演算手段は、正弦波半周期に1パルスを出力する1パルス制御手段を少なくとも備えると共に、所定条件下においては前記1パルス制御を行わない1パルス制御制限手段を有することを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項1に記載の電気車制御装置において、
前記1パルス制御制限手段は、前記インバータが出力する電圧の大きさを制限する手段であることを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項1に記載の電気車制御装置において、
前記所定条件下とはトルク指令の大きさが所定値よりも小さい場合であり、トルク指令の大きさが所定値よりも小さい場合には1パルス制御制限手段を動作させ、トルク指令の大きさが所定値よりも大きい場合には前記1パルス制御制限手段を動作させないことを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項1に記載の電気車制御装置において、
当該電気車制御装置は、編成中の特に低騒音化を必要とする車両に設置させる場合には前記1パルス制御制限手段を動作させることを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項1に記載の電気車制御装置において、
前記インバータまたは前記主電動機の温度を予測もしくは検出する温度検知手段と、当該温度が所定値より小さい場合には前記1パルス制御制限手段を動作させ、当該温度が所定値より大きい場合には前記1パルス制御制限手段を動作させないことを特徴とする電気車制御装置。 - 直流を交流に変換するインバータと、前記インバータの交流側に接続された主電動機と、前記インバータが出力する電圧の出力周波数を演算するインバータ出力周波数演算手段と、前記インバータが出力する電圧の大きさを演算するインバータ出力電圧演算手段と、前記インバータが出力する電圧の周波数と大きさに基づき前記インバータのゲート指令を生成するゲート指令演算手段とから成る電気車制御装置において、
前記インバータの直流側電圧を制御する直流制御手段と、
前記直流制御手段に作用してインバータ出力周波数の6倍の周波数で前記インバータの直流側電圧を脈動させる直流脈動手段と、
を備えたことを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項6に記載の電気車制御装置において、
前記直流制御手段は、
交流架線に主変圧器を介して接続されるコンバータと、当該コンバータの直流側が前記インバータの直流側に接続され、当該インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出手段と、当該電圧検出手段が所定の直流電圧指令値に一致するように前記コンバータを制御する直流電圧制御手段を備え、
前記直流脈動手段は、
前記インバータ出力周波数を入力し6倍の周波数を算出する周波数算出手段と、当該算出された周波数で所定の振幅および位相を持つ直流電圧脈動指令を演算する直流電圧脈動指令演算手段と、当該演算された直流電圧脈動指令によって前記直流電圧指令値を補正する補正手段とを備えた、
ことを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項6に記載の電気車制御装置において、
前記直流制御手段は、
前記インバータの直流側に接続されたチョッパ手段と、当該チョッパの他方に接続されたエネルギー蓄積手段と、前記インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出手段と、当該電圧検出手段が所定の直流電圧指令値に一致するように前記チョッパを制御する直流電圧制御手段とを備え、
前記直流脈動手段は、
前記インバータ出力周波数を入力し6倍の周波数を算出する周波数算出手段と、当該算出された周波数で所定の振幅および位相を持つ直流電圧脈動指令を演算する直流電圧脈動指令演算手段と、当該演算された直流電圧脈動指令によって前記直流電圧指令値を補正する手段とを備えた、
ことを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項1に記載の電気車制御装置において、
単相の交流架線と、当該架線に主変圧器を介して接続される単相コンバータと、当該コンバータの直流側に接続されるフィルタコンデンサと、当該コンバータの直流側と前記インバータの直流側とを接続するものであって、
前記フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧検出手段と、当該電圧に基づき主電動機で生じるビートを抑制するためのインバータ出力周波数への補償量を演算するビート制御手段と、当該補償量を前記インバータ出力周波数へと加算することで補正するインバータ出力周波数補正手段と、
を備えたことを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項1に記載の電気車制御装置において、
前記1パルス制御制限手段は、前記インバータが出力する電圧の大きさを制限する際、制限される出力電圧の大きさを速度あるいはモータ出力に応じて可変とすることを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項10に記載の電気車制御装置において、
前記出力電圧を制限する大きさは速度に応じて可変とする際、高速時に比べ低速時には出力電圧の制限値を小さくしたことを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項10に記載の電気車制御装置において、
単相交流架線に主変圧器を介して接続さえるコンバータと、当該コンバータの直流側が前記インバータの直流側に接続され、当該インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出手段と、当該電圧検出手段が所定の直流電圧指令値に一致するように前記コンバータを制御する直流電圧制御手段であって、
前記出力電圧を制限する大きさを、前記インバータ出力周波数が前記単相交流の周波数の2倍の周波数帯と一致する時に、最も小さい値に制限するように設定する直流制限手段を備えたことを特徴とする電気車制御装置。 - 請求項12に記載の電気車制御装置において、
前記インバータ出力周波数が前記単相交流の周波数の2倍の周波数帯と一致するときに制限される値は、直流電圧の脈動率より小さい値であることを特徴とする電気車制御装置。
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