JP3867262B2

JP3867262B2 - Electric vehicle control device

Info

Publication number: JP3867262B2
Application number: JP19848999A
Authority: JP
Inventors: 俊彦関澤; 勉小澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2019-07-13
Also published as: JP2001028808A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアインダクションモータによって駆動される電気車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の一例を図２に示す。直流電気線１から集電装置２を介して直流を集電し、フィルタリアクトル３、フィルタコンデンサ４を含む逆Ｌ型フィルタを通して電力変換器５へ給電する。電気線１が交流である場合には、交流−交流変換器を用いる。電力変換器５の可変電圧、可変周波数出力は、４個のリニアインダクションモータ３１〜３４へ並列に給電される。電気車は、力行推進力をモータから加えられない、レール６上を転動する車輪群７によって支持され、リニアインダクションモータ（一次側コイル）３１〜３４がリアクションプレート３５との間に発生する推進力によって加速、走行する。
次に、制御系について、まず、周波数制御系から説明する。車輪７にはパルス発生器８が連結され、速度検出器１１によって速度周波数を速度電圧ｆｒに変換する。この速度電圧ｆｒは車両の速度であるが、リニアインダクションモータ３１〜３４のモータ周波数に換算した値と考えてよい。一方、リニアインダクションモータの滑り周波数（ｆｓ）演算器１６が設けられ、所要の滑り周波数を設定する。加算器１７によって、
ｆｒ±ｆｓ＝ｆ
の演算が行われ、周波数指令ｆが出力される。但し、＋は力行時、−は回生ブレーキ時である。この周波数指令ｆはＰＷＭ制御器１８へ出力され、ＰＷＭ制御器１８は電力変換器５の動作周波数を決定する。
次に、電圧制御系について説明する。電流検出器４１〜４３で検出されたモータ電流と、ＰＷＭ制御器１８に与えられる出力電圧位相指令δから、モータ電流座標変換部１２で推力電流成分Ｉｑと励磁電流成分Ｉｄとの２相の直流量を変換検出する。電流指令発生部１３は、所要の推力を発生させる為のモータ電流推力成分指令Ｉｑｐ及び同励磁成分指令Ｉｄｐを出力し、自動電流補正（ＡＣＲ）系１４でＩｑｐとＩｑを比較演算して推力電流成分指令補正値Ｉｑ１を出力する。
また、自動電流補正（ＡＣＲ）系１４’でＩｄｐとＩｄを比較演算して励磁電流成分指令補正値Ｉｄ１を出力する（フィードバック制御）。電圧ベクトル演算部１５は、Ｉｑ１とＩｄ１から出力電圧値指令Ｖと出力電圧位相指令δをＰＷＭ制御器１８に出力し、ＰＷＭ制御器１８は電力変換器５の動作位相と出力電圧を決定する。
【０００３】
図３に、リニアモータ駆動による電気車の縦断面概要を示す。軌道側には、レール６１、６２の間の中央部にリアクションプレート３５が敷設されている。車体側では、車輪７に装荷された台車の中央部に、リニアインダクションモータの一次側コイル３１が軌道側のリアクションプレート３５に対向するように配置される（図示略）。台車上には車体１０が置かれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車輪支持形リニアモータ電車は、車上にリニアインダクションモータの一次側を搭載し、地上にリニアインダクションモータの二次側としてのリアクションプレートを敷設し、力行推力が伝達されない車輪によって支持され、リニアインダクションモータによって推進力及びブレーキ力が与えられる。このリニアモータ電車の最大の利点は、電車の床下寸法を小さくでき、特に地下鉄の掘削断面を著しく小さくできることから、小断面地下鉄の実現に寄与する。
ところで、このリニアモータ電車に関して、ポイント部や車庫内の検査線などでリアクションプレートを設置できないところがあり、このような場所では励磁インピーダンスが極小となって励磁電流成分が大きくなるが、モータ電流の推力成分が流れず、推力成分を流そうとする為に、電力変換器は滑りを極大まで大きくする作用が働く。この状態でリアクションプレートが敷設されている場所に再進入すると、制御が過補償の状態になっているから、過大な電流が流れて乗り心地を損なうと共に、過電流保護機能動作を誘発するなどの問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、リニアモータのリアクションプレートが敷設されてない場所にリニアモータ電車が進入しても、推力成分制御系の過大な補償動作を抑制し、モータ電流の過上昇を防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、電力変換器に指令された滑り周波数とリニアモータに流れる電流から検出された推力成分と励磁成分に基づいてリニアモータの二次側の状態を検出する手段を具備し、このリニアモータの二次側の状態によって電力変換器に指令するリニアモータに流れる電流の推力成分を補正する。
ここで、リニアモータの二次側の状態を検出する手段は、電力変換器に指令する滑り周波数と前記検出された励磁成分からリニアモータに流れる電流の推力成分を推定演算する手段と、この推定演算した推力成分と前記検出された推力成分を比較する手段を有し、この比較結果を電力変換器に指令するリニアモータに流れる電流の推力成分から減算し、この電力変換器に指令するリニアモータに流れる電流の推力成分を補正する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による電気車の制御装置を示す。本実施形態は、図２に対して乗算器１９、比較器２０、減算器２１を追加する。また、モータ電流励磁成分Ｉｄの制御はフィードバック制御からフィードフォワード制御に変更する。リアクションプレートの空隙が大きくなると、モータ電流励磁成分Ｉｄは大きくなるが、補正はしない。実際のリアクションプレートへの到達磁束が減少して、推力電流が減少するので、主として滑り周波数を増加させて推力電流を補正する。その他の構成要素については、動作も含めて図２と同一である。
【０００８】
リニアモータ電車がリアクションプレート３５の敷設されていない場所に差し掛かると、推力が発生せずにモータ電流だけ流れる状態になる。即ち、モータ電流の推力成分検出値Ｉｑが殆ど０となり、モータ電流励磁成分Ｉｄのみが検出される状態となる。リアクションプレート３５が敷設された場所では滑り周波数ｆｓと（推力成分Ｉｑ）／（励磁成分Ｉｄ）とは比例する関係にあるので、乗算器１９は、滑り周波数ｆｓとモータ電流励磁成分Ｉｄから、リアクションプレート３５が敷設されていれば流れると推定されるモータ電流推力成分Ｉｑ２を出力する。比較器２０は、Ｉｑ２と、実際に検出された推力成分Ｉｑとを比較し、これらに差があれば、ある補償値を乗算して△Ｉｑを出力する。減算器２１は、モータ電流推力指令Ｉｑｐから△Ｉｑを減算し、Ｉｑｐ１を出力する。電流自動補正系１４は、このＩｑｐ１とＩｑを比較演算して推力電流成分指令補正値Ｉｑ１を出力する。
リアクションプレート３５が敷設された場所では、比較器２０が出力する△Ｉｑは０、若しくは０に近い値となり、従来技術通り、モータ電流推力成分Ｉｑは電流指令発生部１３の出力値Ｉｑｐに基づいて制御される。
一方、リアクションプレート３５が敷設されていない場所にリニアモータ電車が差し掛かると、比較器２０が出力する△Ｉｑは、Ｉｑｐ若しくはそれに近い値となり、減算器２１によって演算されるＩｑｐと△Ｉｑの差であるＩｑｐ１によって推力電流の制御系が作用する。
このため、リアクションプレートが敷設できない場所でも、モータ電流の推力成分指令が補正されるため、モータの推力電流を大きく流そうとする電力変換器の動きを抑制することができ、リアクションプレートが敷設された場所へリニアモータ電車が再進入した時のモータ電流の過上昇を防止できる。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リニアモータ電車がリアクションプレートの敷設されていない場所に差し掛かったとき、モータ電流の推力成分指令が補正されるので、推力電流制御系の過大な補償動作を抑制することができ、これによって、リアクションプレートが敷設された場所へリニアモータ電車が再進入した場合のモータ電流の過上昇を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電気車の制御装置
【図２】従来技術における電気車の制御装置
【図３】電気車の縦断面概要
【符号の説明】
１…直流電車線、２…集電装置、３…フィルタリアクトル、４…フィルタコンデンサ、５…電力変換器、６…レール、７…車輪、８…パルス発生器、１０…車体、１１…速度検出器、１２…モータ電流座標変換器、１３…電流指令発生器、１４…自動電流補償系、１５…電圧ベクトル演算部、１６…滑り周波数演算器、１７…加算器、１８…ＰＷＭ制御器、１９…乗算器、２０…比較器、２１…減算器、３１〜３４…リニアインダクションモータの一次側コイル、３５…同二次側インダクションプレート、４１〜４３…電流検出器、ｆ…周波数指令、ｆｒ…速度検出器出力、ｆｓ…滑り周波数、Ｉｑ…モータ電流推力成分、Ｉｄ…モータ電流励磁成分、Ｉｑｐ…モータ電流推力成分指令値、Ｉｄｐ…モータ電流励磁成分指令値、Ｖ…電圧指令値、δ…電圧位相指令値[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an electric vehicle driven by a linear induction motor.
[0002]
[Prior art]
An example of the prior art is shown in FIG. The direct current is collected from the direct current electric line 1 through the current collector 2, and is supplied to the power converter 5 through the inverse L-type filter including the filter reactor 3 and the filter capacitor 4. When the electric wire 1 is alternating current, an alternating current-alternating current converter is used. The variable voltage and variable frequency output of the power converter 5 is fed in parallel to the four linear induction motors 31 to 34. Electric vehicles, not a force line thrust from the motor, is supported by the wheel groups 7 rolling on the rail 6, linear induction motors (primary coil) 31 to 34 is generated between the reaction plate 35 Accelerate and drive with propulsion.
Next, the control system will be described first from the frequency control system. A pulse generator 8 is connected to the wheel 7 and a speed detector 11 converts a speed frequency into a speed voltage fr. Although this speed voltage fr is the speed of the vehicle, it may be considered as a value converted to the motor frequency of the linear induction motors 31-34. On the other hand, a slip frequency (fs) calculator 16 of the linear induction motor is provided to set a required slip frequency. By the adder 17,
fr ± fs = f
And the frequency command f is output. However, + the time of the power line, - is a time of regenerative braking. This frequency command f is output to the PWM controller 18, and the PWM controller 18 determines the operating frequency of the power converter 5.
Next, the voltage control system will be described. From the motor current detected by the current detectors 41 to 43 and the output voltage phase command δ given to the PWM controller 18, the motor current coordinate conversion unit 12 directly converts the two phases of the thrust current component Iq and the excitation current component Id. Convert and detect the flow rate. The current command generator 13 outputs a motor current thrust component command Iqp and the same excitation component command Idp for generating a required thrust, and compares and calculates Iqp and Iq by the automatic current correction (ACR) system 14. The component command correction value Iq1 is output.
Further, the automatic current correction (ACR) system 14 'compares Idp and Id and outputs an excitation current component command correction value Id1 (feedback control). The voltage vector calculation unit 15 outputs the output voltage value command V and the output voltage phase command δ from Iq1 and Id1 to the PWM controller 18, and the PWM controller 18 determines the operation phase and output voltage of the power converter 5.
[0003]
FIG. 3 shows an outline of a longitudinal section of an electric vehicle driven by a linear motor. On the track side, a reaction plate 35 is laid in the center between the rails 61 and 62. On the vehicle body side, the primary coil 31 of the linear induction motor is arranged in the center of the carriage loaded on the wheels 7 so as to face the reaction plate 35 on the track side (not shown). A vehicle body 10 is placed on the carriage.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A wheel-supported linear motor train is equipped with a primary side of a linear induction motor on the vehicle, a reaction plate as a secondary side of the linear induction motor is laid on the ground, and is supported by wheels that do not transmit power running thrust. Propulsive force and braking force are applied by the motor. The greatest advantage of this linear motor train is that the size under the floor of the train can be reduced, and in particular, the excavation cross section of the subway can be remarkably reduced, which contributes to the realization of a small cross section subway.
By the way, with this linear motor train, there are places where reaction plates cannot be installed at point points or inspection lines in the garage, and in such places the excitation impedance becomes minimal and the excitation current component increases, but the thrust of the motor current Since the component does not flow and the thrust component is tried to flow, the power converter works to maximize the slip. If you re-enter the place where the reaction plate is laid in this state, the control will be in an overcompensated state, so excessive current will flow and the ride comfort will be impaired, and overcurrent protection function operation will be triggered. There was a problem.
[0005]
An object of the present invention is to suppress excessive compensation operation of a thrust component control system and prevent an excessive increase in motor current even when a linear motor train enters a place where a reaction plate of a linear motor is not laid. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem , there is provided means for detecting the secondary side state of the linear motor based on the thrust frequency and the excitation component detected from the slip frequency commanded to the power converter and the current flowing through the linear motor. The thrust component of the current flowing through the linear motor commanded to the power converter is corrected according to the secondary side state of the linear motor.
Here, the means for detecting the state of the secondary side of the linear motor includes means for estimating and calculating the thrust component of the current flowing through the linear motor from the slip frequency commanded to the power converter and the detected excitation component. linear motors have a means for comparing the computed thrust component and the detected thrust component is subtracted from the thrust component of the current flowing to the linear motor for commanding the comparison result to the power converter, to command to the power converter The thrust component of the current flowing through is corrected .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an electric vehicle control apparatus according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, a multiplier 19, a comparator 20, and a subtracter 21 are added to FIG. Further, the control of the motor current excitation component Id is changed from feedback control to feedforward control. When the gap of the reaction plate increases, the motor current excitation component Id increases but is not corrected. Since the magnetic flux reaching the actual reaction plate decreases and the thrust current decreases, the thrust current is corrected mainly by increasing the slip frequency. Other components are the same as those in FIG. 2 including the operation.
[0008]
When the linear motor train reaches a place where the reaction plate 35 is not laid, no thrust is generated and only the motor current flows. That is, the thrust component detection value Iq of the motor current is almost 0, and only the motor current excitation component Id is detected. Since the slip frequency fs is proportional to (thrust component Iq) / (excitation component Id) at the place where the reaction plate 35 is laid, the multiplier 19 reacts from the slip frequency fs and the motor current excitation component Id. If the plate 35 is laid, the motor current thrust component Iq2 estimated to flow is output. The comparator 20 compares Iq2 with the actually detected thrust component Iq. If there is a difference between them, the comparator 20 multiplies a certain compensation value and outputs ΔIq. The subtracter 21 subtracts ΔIq from the motor current thrust command Iqp and outputs Iqp1. The automatic current correction system 14 compares Iqp1 and Iq and outputs a thrust current component command correction value Iq1.
At the place where the reaction plate 35 is laid, ΔIq output from the comparator 20 is 0 or a value close to 0, and the motor current thrust component Iq is based on the output value Iqp of the current command generator 13 as in the prior art. Be controlled.
On the other hand, when the linear motor train reaches a place where the reaction plate 35 is not laid, ΔIq output from the comparator 20 becomes Iqp or a value close thereto, and the difference between Iqp and ΔIq calculated by the subtractor 21. The control system of the thrust current acts by Iqp1.
For this reason, since the thrust component command of the motor current is corrected even in a place where the reaction plate cannot be laid, it is possible to suppress the movement of the power converter that attempts to flow a large amount of motor thrust current, and the reaction plate is laid. It is possible to prevent the motor current from excessively rising when the linear motor train re-enters the place.
[0009]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the linear motor train reaches a place where the reaction plate is not laid, the thrust component command of the motor current is corrected, so that excessive compensation operation of the thrust current control system is performed. As a result, it is possible to prevent an excessive increase in the motor current when the linear motor train re-enters the place where the reaction plate is laid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a control device for an electric vehicle according to the prior art.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC train line, 2 ... Current collector, 3 ... Filter reactor, 4 ... Filter capacitor, 5 ... Power converter, 6 ... Rail, 7 ... Wheel, 8 ... Pulse generator, 10 ... Car body, 11 ... Speed detector , 12 ... Motor current coordinate converter, 13 ... Current command generator, 14 ... Automatic current compensation system, 15 ... Voltage vector calculator, 16 ... Slip frequency calculator, 17 ... Adder, 18 ... PWM controller, 19 ... Multiplier, 20 ... Comparator, 21 ... Subtractor, 31-34 ... Primary coil of linear induction motor, 35 ... Secondary induction plate, 41-43 ... Current detector, f ... Frequency command, fr ... Speed Detector output, fs ... slip frequency, Iq ... motor current thrust component, Id ... motor current excitation component, Iqp ... motor current thrust component command value, Idp ... motor current excitation component command value, V ... voltage command , Δ ... voltage phase command value

Claims

電源に接続された電力変換器と、この電力変換器の出力により駆動されるリニアモータと、このリニアモータに流れる電流を励磁成分と推力成分とに変換して検出する手段と、所要の推力成分及び励磁成分を指令する手段と、前記指令された励磁成分及び前記検出された推力成分と前記指令された推力成分の比較値に基づいて電力変換器の出力電圧と滑り周波数を制御する手段と、電気車の速度と指令された滑り周波数から前記電力変換器の動作周波数を出力する手段を備えた電気車の制御装置において、前記指令された滑り周波数と前記検出された推力成分と励磁成分からリニアモータの二次側の状態を検出する手段を具備し、このリニアモータの二次側の状態によって前記指令するリニアモータに流れる電流の推力成分を補正することを特徴とする電気車の制御装置。 A power converter connected to the power source, a linear motor driven by the output of the power converter, means for detecting the current flowing through the linear motor by converting it into an excitation component and a thrust component, and a required thrust component And means for commanding the excitation component; means for controlling the output voltage and slip frequency of the power converter based on the commanded excitation component and the detected thrust component and a comparison value of the commanded thrust component; In a control apparatus for an electric vehicle comprising means for outputting the operating frequency of the power converter from the speed of the electric vehicle and the commanded slip frequency, linearly calculated from the commanded slip frequency, the detected thrust component, and the excitation component Means for detecting the state of the secondary side of the motor, and correcting the thrust component of the current flowing in the commanded linear motor according to the state of the secondary side of the linear motor; Electric vehicle control apparatus according to symptoms.

請求項１において、リニアモータの二次側の状態を検出する手段は、前記指令された滑り周波数と前記検出された励磁成分からリニアモータに流れる電流の推力成分を推定演算する手段と、この推定演算した推力成分と前記検出された推力成分を比較する手段を有し、この比較結果を前記指令するリニアモータに流れる電流の推力成分から減算し、前記指令するリニアモータに流れる電流の推力成分を補正することを特徴とする電気車の制御装置。The means for detecting the secondary side state of the linear motor according to claim 1 is configured to estimate and calculate a thrust component of a current flowing through the linear motor from the commanded slip frequency and the detected excitation component, and the estimation have a means for comparing the computed thrust component and the detected thrust component, the comparison result is subtracted from the thrust component of the current flowing to the linear motor to the command, the thrust component of the current flowing to the linear motor to the commanded electric vehicle control device and correcting.