JP4559665B2 - 電動機駆動制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両駆動制御装置に適用されて好適な電動機駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の車両駆動に用いられる電動機としては誘導電動機が一般的に用いられている。誘導電動機は電動機間を並列接続した上で１台のインバータ装置で駆動する、いわゆる並列駆動を安定に行うことができるため、インバータ装置の低コスト化が可能になるためである。
【０００３】
近年さらなる高効率化を目的として永久磁石電動機を車両駆動用電動機に適用しようとする試みがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、永久磁石同期電動機は、以下の理由により並列駆動が容易でなく、１つの電動機に１台のインバータ装置を用意するいわゆる個別駆動方式にならざるを得ないため、高コストなシステムとなってしまっていた。
【０００５】
永久磁石電動機の並列駆動が容易でないのは、それが同期電動機の一種であるからである。直径の異なる車輪と直結又はギヤで接続された複数の同期電動機は、それぞれが異なる回転数で回転するのが一般的である。
【０００６】
従って、回転数の異なる同期電動機を並列に接続すると、インバータ装置の動作のいかんにかかわらず、互いの逆起電圧の位相差により過大な横流が発生し、その電流によって振動トルクが発生し、本来の目的である安定な駆動力の確保ができなくなってしまう。
【０００７】
また、インバータ装置の主回路の主用部品であるスイッチング素子は、従来の個別制御のインバータ装置では架線電圧である例えば１５００Ｖの高電圧を直接印加することができるようにするため、最大電圧定格３３００Ｖ以上のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子が用いられるのが一般的である。
【０００８】
しかし、最大電圧定格１７００Ｖ以下の一般産業で広く用いられているＩＧＢＴ素子に比較して格段に高価であり、またスイッチング損失、導通損失も大きいので、インバータ動作で発生する熱を吸収する冷却器も大型で高価なものになってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、複数の多相同期電動機を個別駆動するに際しインバータ装置のコスト低減を図り得る電動機駆動制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の観点に従った電動機駆動制御装置は、２つの同期電動機を駆動制御する電動機駆動制御装置において、前記２つの同期電動機をそれぞれ駆動制御し、直流側が直列に直流中間点で接続された第１のインバータと第２のインバータとからなる２つのインバータと、２つのスイッチング素子の直列に接続された接続点が前記２つのインバータの前記直流中間点とリアクトルを介して接続され、正極側が前記第１のインバータの正極側と接続され、負極側が前記第２のインバータの負極側と接続された双方向チョッパと、前記２つのインバータの前記直流中間点の電圧のアンバランスを抑制するために、前記双方向チョッパを制御する直流中間点電圧バランス制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、一又は複数のインバータ装置が万一故障した場合でも、スイッチの開閉制御により双方向チョッパ装置により前記電動機を駆動制御することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電動機駆動制御装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
本実施形態における電動機駆動制御装置は、車両駆動制御装置への適用例であり、第１，第２の３相永久磁石電動機１１，１２と、第１，第２のインバータ装置２１，２２と、双方向チョッパ装置３と、第１のスイッチ４１と、第２のスイッチ４２と、第３のスイッチ４３と、第４のスイッチ４４と、第１の切り離しスイッチ７１と、第２の切り離しスイッチ７２と、コンデンサ３Ａ，２１Ａ，２２Ａとで構成される。
【００１４】
第１の永久磁石電動機１１は、第１の切り離しスイッチ７１を介して第１のインバータ装置２１に接続される。この第１の切り離しスイッチ７１は、第１の永久磁石電動機１１の各相を電気的に切り離すことができるスイッチで構成され、第１のインバータ装置２１の故障時など第１の永久磁石電動機１１と第１のインバータ装置２１を切り離したい時に、外部信号により切り離し動作する。
【００１５】
同様に、第２の永久磁石電動機２１は、第２の切り離しスイッチ７２を介して第２のインバータ装置２２に接続される。第２の切り離しスイッチ７２は、第２の永久磁石電動機１２の各相を電気的に切り離すことができるスイッチで構成され、第２のインバータ装置２２の故障時など第２の永久磁石電動機１２と第２のインバータ装置２２を切り離したい時に、外部信号により切り離し動作する。
【００１６】
また、第１の永久磁石電動機１１は、第１のギヤ１１Ａを介して第１の車輪１１Ｂに回転トルクを伝達する。第１の永久磁石電動機１１には、回転子位置情報を検出するレゾルバなどの回転センサ１１Ｃが装備されている。第２の永久磁石電動機１２は同様に、第２のギヤ１２Ａを介して第２の車輪１２Ｂに回転トルクを伝達する。第２の永久磁石電動機１２には、回転子位置情報を検出するレゾルバなどの回転センサ１２Ｃが装備されている。
【００１７】
第１のインバータ装置２１の直流負側は、第２のインバータ装置２２の直流正側と電気的に接続される。第１のインバータ装置２１の直流正側は、第１のスイッチ４１（ＳＷｉｎｖ１）と、ＤＣリアクトル５と、パンタグラフ６を介して直流電源正側である架線７に接続される。第２のインバータ装置２２の直流負側は第２のスイッチ４２（ＳＷｉｎｖ２）を介して直流電源負側であるレール８に接続される。
【００１８】
双方向チョッパ装置３は、ダイオードを逆並列に接続したＩＧＢＴ素子を２個直列接続し、ＩＧＢＴ素子の中間点にリアクトルの一端を接続した構成となっている。
【００１９】
また双方向チョッパ装置３を構成するＩＧＢＴ素子の直列正側は、スイッチ４３（ＳＷｃｈ１）を介して、第１のスイッチ４１（ＳＷｉｎｖ１）とＤＣリアクトル５との中間点に接続される。
【００２０】
さらに双方向チョッパ装置３を構成するＩＧＢＴ素子の直列負側は、スイッチ４４（ＳＷｃｈ２）を介して、第２のスイッチ４２（ＳＷｉｎｖ２）とレールとの中間点に接続される。
【００２１】
上記のように構成された本実施形態の電動機駆動制御装置について、まず、２台のインバータ装置２１，２２と双方向チョッパ装置３とが故障していない時の正常時の動作について説明する。
【００２２】
正常時には、４つのスイッチ４１、４２、４３、４４及び２つの切り離しスイッチ７１、７２はすべて閉じている。
【００２３】
第１のインバータ装置２１は、第１の永久磁石電動機１１が運転台指令などから与えられるトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆに追従するトルクを出力することができるように、第１のインバータ装置２１の主回路部を構成する６つのスイッチング素子をパルス幅変調動作する。
【００２４】
第１のインバータ装置２１の制御動作は、一般的に知られた永久磁石電動機のベクトル制御方式である。
【００２５】
以下、その制御部の動作について図２を参照して説明する。
【００２６】
第１のインバータ装置２１の制御部は、運転手指令などによるトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆを入力し、また第１，第２の永久磁石電動機１１，１２に設けた回転センサ１１Ｃ，１２Ｃからの回転子位置情報も入力して、第１，第２のインバータ装置２１，２２の主回路部を制御する。
【００２７】
かかる制御部は、電流指令演算部１０２と、ｄ軸電流制御部１０３と、ｑ軸電流制御部１０４と、ｄｑ３相変換部１０５と、３相ｄｑ変換部１０６とで構成される。
【００２８】
本実施形態におけるｄ軸は、永久磁石磁束方向と定義し、ｑ軸はそれと直角方向と定義する。
【００２９】
電流指令演算部１０２においては、トルク指令ＴｏｒｑＲｅｆを入力として次の演算によりｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆを求めて出力する。
【００３０】
先ず、制御対象電動機が表面磁石式永久磁石電動機である場合は、次の演算による。
【００３１】
【数１】
【００３２】
表面磁石式永久磁石電動機は回転子磁気的突極性がないためリラクタンストルクは発生しない。したがってｄ軸電流を流し込んでもその電流はトルクには寄与しない。よって上記設定により、同一電流で最大のトルクを出力することができて、高効率な駆動が可能になる。
【００３３】
次に、制御対象電動機が永久磁石リラクタンス電動機及び埋め込み磁石式永久磁石電動機のようにリラクタンストルクと永久磁石トルクを併用する原理に基づく電動機である場合は、次の式を満たすようなゼロでないｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆを設定することで、上記と同様に、同一電流で最大トルクを出力することが可能になる。
【００３４】
【数２】
【００３５】
ｄ軸電流制御部１０３においては、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆとｄ軸電流フィードバック値Ｉｄとの偏差を入力として、偏差がゼロとなるようにＰＩ（比例・積分）制御の結果をｄ軸電圧指令Ｖｄとして出力する。
【００３６】
【数３】
ＫｐＡＣＲは電流制御比例ゲイン、
ＫｉＡＣＲは電流制御積分ゲイン、
ｓは微分演算子である。
【００３７】
ｑ軸電流制御部１０４においては、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆとｑ軸電流フィードバック値Ｉｑとの偏差を入力として、偏差がゼロとなるようにＰＩ（比例・積分）制御の結果をｑ軸電圧指令Ｖｑとして出力する。
【００３８】
【数４】
ＫｐＡＣＲは電流制御比例ゲイン、
ＫｉＡＣＲは電流制御積分ゲイン、
ｓは微分演算子である。
【００３９】
ｄｐ３相変換部１０５においては、ｄ軸電圧指令Ｖｄと、ｑ軸電圧指令Ｖｑと、ベクトル制御基準位相θｒとを入力としてつぎの演算により３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求めて出力する。
【００４０】
【数５】
【００４１】
３相ｄｑ変換部１０６においては、Ｕ相電流フィードバック値Ｉｕと、Ｗ相電流フィードバック値Ｉｗと、ベクトル制御基準位相θｒとを入力として次の演算によりｄｑ軸電流フィードバック値Ｉｄ、Ｉｑを求めて出力する。
【００４２】
【数６】
【００４３】
ｄｑ３相変換部１０５から出力された３相電圧指令を三角波比較などの一般的に用いられるＰＷＭ（パルス幅変調）手法によりインバータ動作に変換し指令どおりの電圧を出力させることで、トルク指令どおりのトルクを永久磁石電動機に発生させることが可能になる。
【００４４】
第２のインバータ装置２２の制御部も第１のインバータ装置２１の制御部と同一の動作をする。
【００４５】
次に、双方向チョッパ装置３の制御動作を、図１と同一部分には同一符号付し、一部省略した図３を参照して説明する。
【００４６】
図３に示すように、双方向チョッパ装置３の制御部３１は、双方向チョッパ装置３の入力電圧ＶｄｃＣと、第２のインバータ装置２２の入力電圧Ｖｄｃ２と、双方向チョッパ装置３出力電流Ｉｃｈを入力として次の演算により、双方向チョッパ装置３の電圧指令Ｖｃｈを求めて出力する。
【００４７】
【数７】
ＫｐＣＨはチョッパ電圧制御比例ゲイン、
ＫｉＣＨはチョッパ電圧制御積分ゲイン、
Ｋｐは振動制御ゲインである。
【００４８】
上式右辺第一項は、第２のインバータ装置２２の電圧Ｖｄｃ２が、直流入力電圧ＶｄｃＣの１／２になる様に比例積分制御していることを表し、この結果、インバータ装置直流中性点は入力直流電圧の略半分に制御される。
【００４９】
右辺第二項は、制御安定化のための振動抑制項で、双方向チョッパ装置３のリアクトルとインバータ装置２１，２２の入力コンデンサ２１Ａ，２２Ａとの間に発生する電気的な共振現象を抑制するために必要である。
【００５０】
上記計算により求めたＶｃｈを一般的に用いられる三角波比較ＰＷＭ手法にしたがって双方向チョッパ装置３上のアームのゲート信号ＧｃｈＰを出力する。双方向チョッパ装置３の下アームのゲート信号は、ＧｃｈＰが１の時０、０の時１となる逆動作をさせる。
【００５１】
以上の動作により、双方向チョッパ装置３は第１のインバータ装置２１と第２のインバータ装置２２との出力アンバランスに起因した直流中性点アンバランスを抑制することができる。
【００５２】
次に、第１のインバータ装置２１のＩＧＢＴ素子が故障を起こした場合の動作を図４及び図５を参照して説明する。
【００５３】
図４及び図５においては、図１と同一部分には同一符号付し、故障した第１インバータ装置２１の図示は省略してある。
【００５４】
第１のインバータ装置２１が故障した場合、故障の可能性としてＩＧＢＴ素子の両端が短絡する故障があり得、この場合、正常時と同様に直流電圧を印加すると第１のインバータ装置２１が短絡され、第２のインバータ装置２２に直流全電圧が印加されるため、第２のインバータ装置２２も過電圧により壊れてしまう。
【００５５】
第１のインバータ装置２１が故障した時には、第１のスイッチ４１と、第１の切り離しスイッチ７１を切り離し、第２のインバータ装置２２と双方向チョッパ装置３のみで動作を継続する。
【００５６】
この時の電気的接続は図４に示すとおり、架線電圧１５００Ｖが双方向チョッパ装置３で降圧され、第２のインバータ装置２２に給電される主回路構成になる。第２のインバータ装置２２の制御部の動作は、正常時の第２のインバータ装置２２の制御部の動作と同一である。
【００５７】
双方向チョッパ装置３の制御部３１の動作を、図５を参照して説明する。
【００５８】
双方向チョッパ装置３の制御部３１は、双方向チョッパ装置３の入力電圧ＶｄｃＣと、第２のインバータ装置２２の入力電圧Ｖｄｃ２と、双方向チョッパ装置３出力電流Ｉｃｈを入力として次の演算により、双方向チョッパ装置３の電圧指令Ｖｃｈを求めて出力する。
【００５９】
【数８】
ＫｐＣＨはチョッパ電圧制御比例ゲイン、
ＫｉＣＨはチョッパ電圧制御積分ゲイン、
Ｋｐは振動抑制ゲインである。
【００６０】
ＶｄｃＲｅｆは第２のインバータ装置２２の直流電圧指令値であり、第２のインバータ装置２２のＩＧＢＴ素子の最大電圧定格を鑑みて、例えば１０００Ｖなどの値を用いる。
【００６１】
上式右辺第一項は、第２のインバータ装置２２電圧Ｖｄｃ２が、インバータ装置電圧指令ＶｄｃＲｅｆに比例積分制御していることを表し、この結果、インバータ装置直流中性点は直流電圧指令値に追従するように制御される。
【００６２】
右辺第二項は、制御安定化のための振動抑制項で、双方向チョッパ装置３のリアクトルとインバータ装置２１，２２の入力コンデンサ２１Ａ，２１Ｂとの間に発生する電気的な共振現象を抑制するために必要である。
【００６３】
上記計算により求めたＶｃｈを一般的に用いられる三角波比較ＰＷＭ手法にしたがって双方向チョッパ装置３の上アームのゲート信号ＧｃｈＰを出力する。双方向チョッパ装置３の下アームのゲート信号は、ＧｃｈＰが１の時０、０の時１となる逆動作をさせる。
【００６４】
以上の構成及び動作により、第１のインバータ装置２１が故障を起こした場合にも、第２のインバータ装置２２は通常どおりに第２の永久磁石電動機を駆動することが可能になり、システムの冗長性を向上させることができる。
【００６５】
次に、第２のインバータ装置２２がＩＧＢＴ素子故障を起こした場合の動作を図６を参照して説明する。
【００６６】
図６においては、図１と同一部分には同一符号付し、故障した第２インバータ装置２２の図示は省略してある。
【００６７】
第１のインバータ装置２１が故障した場合、故障の可能性としてＩＧＢＴ素子両端短絡故障があり、この場合、正常時と同様に直流全電圧を印加すると第２のインバータ装置２２が短絡され、第１のインバータ装置２１に直流全電圧が印加されるため、第１のインバータ装置２１も過電圧により壊れてしまう。第２のインバータ装置２２が故障した時には、第２のスイッチ４２と、第２の切り離しスイッチ７２を切り離し、第１のインバータ装置２１と双方向チョッパ装置３のみで動作を継続する。
【００６８】
この時の電気的接続は図６に示すとおり、架線電圧１５００Ｖが双方向チョッパ装置３で降圧され、第１のインバータ装置２１に給電される主回路構成になる。第１のインバータ装置２１の制御部の動作は、正常時の第１のインバータ装置２１の制御部の動作と同一である。
【００６９】
ここで、双方向チョッパ装置３の制御部３１の動作を図６を参照して説明する。
【００７０】
双方向チョッパ装置３の制御部３１は、双方向チョッパ装置３の入力電圧ＶｄｃＣと、第１のインバータ装置２１の入力電圧Ｖｄｃ１と、双方向チョッパ装置３の出力電流Ｉｃｈを入力として次の演算により、双方向チョッパ装置３電圧指令Ｖｃｈを求めて出力する。
【００７１】
【数９】
ＫｐＣＨはチョッパ電圧制御比例ゲイン、
ＫｉＣＨはチョッパ電圧制御積分ゲイン、
Ｋｐは振動抑制ゲインである。
【００７２】
ＶｄｃＲｅｆは第１のインバータ装置２１の直流電圧指令値であり、第１のインバータ装置２１のＩＧＢＴ素子の最大電圧定格を鑑みて、例えば１０００Ｖなどの値を用いる。
【００７３】
上式右辺第一項は、第１のインバータ装置２１の電圧Ｖｄｃ１が、インバータ装置電圧指令ＶｄｃＲｅｆに比例積分制御していることを表し、この結果、インバータ装置直流中性点は直流電圧指令値に追従するように制御される。右辺第二項は、制御安定化のための振動抑制項で、双方向チョッパ装置３のリアクトルとインバータ装置２１，２２の入力コンデンサ２１Ａ，２２Ａとの間に発生する電気的な共振現象を抑制するために必要である。
【００７４】
制御ゲインは、第１のインバータ装置２１が故障した時にはＫｐであったが、本故障モードにおいては−Ｋｐを用いる。双方向チョッパ装置３と出力直流の接続が第１のインバータ装置２１故障時とは反対であるからである。
【００７５】
上記計算により求めたＶｃｈを一般的に用いられる三角波比較ＰＷＭ手法にしたがって双方向チョッパ装置３の下アームのゲート信号ＧｃｈＮを出力する。双方向チョッパ装置３の上アームのゲート信号は、ＧｃｈＮが１の時０、０の時１となる逆動作をさせる。
【００７６】
以上の構成及び動作により、第２のインバータ装置２２が故障を起こした場合にも、第１のインバータ装置２１は通常どおりに第１の永久磁石電動機を駆動することが可能になり、システムの冗長性を向上させることができる。
【００７７】
次に、双方向チョッパ装置３が故障した場合の動作を図７及び図８を参照して説明する。
【００７８】
双方向チョッパ装置３が故障した場合は、第３のスイッチ４３と第４のスイッチ４４を切り離す。なお、図７は図１において双方向チョッパ装置３を削除して図示しており、図８は図７の構成における動作を示している。
【００７９】
第１のインバータ装置２１の制御部では、運転台からのトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ０と、以下に示す直流中間点電圧のバランス制御の結果であるトルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆとで合成される新たなトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆをもとに、第１の永久磁石電動機１１の出力トルクがトルク指令値ＴｏｒｑＲｅｆに追従するように３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。
【００８０】
ＴｏｒｑＲｅｆから３相電圧指令までの演算は図２に示す制御ブロックに示すものと同一である。直流中間点のバランス制御は、第１のインバータ装置２１の直流入力電圧Ｖｄｃ１と、双方向チョッパ装置３入力電圧ＶｄｃＣを用いて次の演算により、トルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆを求める。
【００８１】
【数１０】
ＫｐＮＶはバランス制御比例ゲイン、
ＫｉＮＶはバランス制御積分ゲインである。
【００８２】
新たなトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆは、運転台からのトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ０と前記計算により求めたトルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆを用いて次の演算により求める。
【００８３】
TorqRef = TorqRef0 + ΔTorqRef
第２のインバータ装置２２の制御部では、運転台からのトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ０と、以下に示す直流中間点電圧のバランス制御の結果であるトルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆとで合成される新たなトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆをもとに、第２の永久磁石電動機１２の出力トルクがトルク指令値ＴｏｒｑＲｅｆに追従するように３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。ＴｏｒｑＲｅｆから３相電圧指令までの演算は図２に示す制御ブロックに示すものと同一である。
【００８４】
直流中間点のバランス制御は、第２のインバータ装置２２の直流入力電圧Ｖｄｃ２と、双方向チョッパ装置３の入力電圧ＶｄｃＣを用いて次の演算により、トルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆを求める。
【００８５】
【数１１】
ＫｐＮＶはバランス制御比例ゲイン、
ＫｉＮＶはバランス制御積分ゲインである。
【００８６】
新たなトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆは、運転台からのトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ０と前記計算により求めたトルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆを用いて次の演算により求める。
【００８７】
ΔTorqRef = TorqRef0 + ΔTorqRef
以上のインバータ動作により、双方向チョッパ装置３が故障した場合にも、直流中間点電圧が架線電圧の略半分に安定に制御され、一方のインバータ装置のみに過電圧が印加されることなく、したがって運転を継続することが可能になる。
【００８８】
このように本実施形態では、最大電圧定格の低いスイッチング素子を用いることができるように２台のインバータ装置を直列に接続した上で、架線直流電源に接続する。これだけでは、一台のインバータ装置が万一故障した場合、他方のインバータ装置にも電圧を供給することができなくなって、システムとしての冗長性が低下してしまう。
【００８９】
そこで、ダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子でなる２個のアームを直列接続して直列接続インバータ装置の直流両端に接続し、前記直列インバータ装置の接続中間点と前記２個のアームの直列接続点間にリアクトルを設けた双方向チョッパ装置３を形成する。
【００９０】
さらに直列接続された前記２台のインバータ装置の直流側入力のインバータ装置同士の接続点でない配線にそれぞれ電気的に切り離すことができるスイッチを設け、前記双方向チョッパ装置３の入力の両端にも電気的に切り離すことができるスイッ４３，４４を設ける。
【００９１】
例えば直列接続された第１のインバータ装置２１が故障した時は、第１インバータ装置２１の直流正側スイッチを切り離し、双方向チョッパ装置３により第２インバータ装置の両端電圧を所望の電圧、例えば架線電圧が１５００Ｖの場合はその半分の７５０Ｖに制御する。第２インバータ装置は通常の動作により負荷として接続された同期電動機に給電することで、２台のインバータ装置が故障していない時の半分の推進力で加速することができる。
【００９２】
第２のインバータ装置は故障した時も同様に、第２インバータ装置負側スイッチを切り離し、双方向チョッパ装置３で第１インバータ装置の両端電圧を制御する。
【００９３】
双方向チョッパ装置３が故障した時には、双方向チョッパ装置３の入力に取り付けられた２つのスイッチをそれぞれ切り離し、２台のインバータ装置のみで動作させる。各インバータ装置２１，２２に取り付けられた電動機の回転数差などにより負荷電力差が発生すると、直列接続された直流中間点がアンバランスになり、一方のインバータ装置に最大定格以上の電圧が印加される可能性があるが、直流中間点電圧のアンバランスを検出し、直流電圧がバランスするように２台の電動機の出力トルク指令を補正することで、上記アンバランスを抑制することができる。すなわち、例えば第１インバータ装置２１の直流電圧が、第２インバータ装置２２の直流電圧よりも大きくなった時は、第１インバータ装置２１に接続された同期電動機１１のトルク指令を増加させ、同時に第２インバータ装置２２に接続された同期電動機１２のトルク指令を減少させることで、直流中間点に流れこむ電流が増加し、電圧アンバランスを抑制することができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、最大電圧定格が比較的低く一般産業で広く用いられている半導体スイッチング素子を適用することができるため、装置の低コスト化を図ることができ、また、一台のインバータ装置が故障した場合にも、双方向チョッパ装置の動作により半分のトルクで運転を継続することが可能になり、システムの冗長性を高めることが可能な電動機駆動制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電動機駆動制御装置における回路構成を説明する図。
【図２】永久磁石電動機の制御ブロックを示す図。
【図３】健全時の双方向チョッパ装置の制御動作を説明する図。
【図４】第１のインバータ装置が故障した時の回路構成を説明する図。
【図５】第１のインバータ装置が故障した時の双方向チョッパ装置の制御動作を説明する図。
【図６】第２のインバータ装置が故障した時の双方向チョッパ装置の制御動作を説明する図。
【図７】双方向チョッパ装置が故障した時の回路構成を説明する図。
【図８】双方向チョッパ装置の故障時の第１のインバータ装置の制御動作を説明する図。
【符号の説明】
３…双方向チョッパ装置
５…ＤＣリアクトル
６…パンタグラフ
７…架線
８…レール
１１，１２…第１，第２の永久磁石電動機
２１，２２…第１，第２のインバータ装置
４１，４２，４３，４４…スイッチ
７１，７２…第１，第２の切離スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両駆動制御装置に適用されて好適な電動機駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の車両駆動に用いられる電動機としては誘導電動機が一般的に用いられている。誘導電動機は電動機間を並列接続した上で１台のインバータ装置で駆動する、いわゆる並列駆動を安定に行うことができるため、インバータ装置の低コスト化が可能になるためである。
【０００３】
近年さらなる高効率化を目的として永久磁石電動機を車両駆動用電動機に適用しようとする試みがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、永久磁石同期電動機は、以下の理由により並列駆動が容易でなく、１つの電動機に１台のインバータ装置を用意するいわゆる個別駆動方式にならざるを得ないため、高コストなシステムとなってしまっていた。
【０００５】
永久磁石電動機の並列駆動が容易でないのは、それが同期電動機の一種であるからである。直径の異なる車輪と直結又はギヤで接続された複数の同期電動機は、それぞれが異なる回転数で回転するのが一般的である。
【０００６】
従って、回転数の異なる同期電動機を並列に接続すると、インバータ装置の動作のいかんにかかわらず、互いの逆起電圧の位相差により過大な横流が発生し、その電流によって振動トルクが発生し、本来の目的である安定な駆動力の確保ができなくなってしまう。
【０００７】
また、インバータ装置の主回路の主用部品であるスイッチング素子は、従来の個別制御のインバータ装置では架線電圧である例えば１５００Ｖの高電圧を直接印加することができるようにするため、最大電圧定格３３００Ｖ以上のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子が用いられるのが一般的である。
【０００８】
しかし、最大電圧定格１７００Ｖ以下の一般産業で広く用いられているＩＧＢＴ素子に比較して格段に高価であり、またスイッチング損失、導通損失も大きいので、インバータ動作で発生する熱を吸収する冷却器も大型で高価なものになってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、複数の多相同期電動機を個別駆動するに際しインバータ装置のコスト低減を図り得る電動機駆動制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の観点に従った電動機駆動制御装置は、２つの同期電動機を駆動制御する電動機駆動制御装置において、前記２つの同期電動機をそれぞれ駆動制御し、直流側が直列に直流中間点で接続された第１のインバータと第２のインバータとからなる２つのインバータと、２つのスイッチング素子の直列に接続された接続点が前記２つのインバータの前記直流中間点とリアクトルを介して接続され、正極側が前記第１のインバータの正極側と接続され、負極側が前記第２のインバータの負極側と接続された双方向チョッパと、前記２つのインバータの前記直流中間点の電圧のアンバランスを抑制するために、前記双方向チョッパを制御する直流中間点電圧バランス制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、一又は複数のインバータ装置が万一故障した場合でも、スイッチの開閉制御により双方向チョッパ装置により前記電動機を駆動制御することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電動機駆動制御装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
本実施形態における電動機駆動制御装置は、車両駆動制御装置への適用例であり、第１，第２の３相永久磁石電動機１１，１２と、第１，第２のインバータ装置２１，２２と、双方向チョッパ装置３と、第１のスイッチ４１と、第２のスイッチ４２と、第３のスイッチ４３と、第４のスイッチ４４と、第１の切り離しスイッチ７１と、第２の切り離しスイッチ７２と、コンデンサ３Ａ，２１Ａ，２２Ａとで構成される。
【００１４】
第１の永久磁石電動機１１は、第１の切り離しスイッチ７１を介して第１のインバータ装置２１に接続される。この第１の切り離しスイッチ７１は、第１の永久磁石電動機１１の各相を電気的に切り離すことができるスイッチで構成され、第１のインバータ装置２１の故障時など第１の永久磁石電動機１１と第１のインバータ装置２１を切り離したい時に、外部信号により切り離し動作する。
【００１５】
同様に、第２の永久磁石電動機２１は、第２の切り離しスイッチ７２を介して第２のインバータ装置２２に接続される。第２の切り離しスイッチ７２は、第２の永久磁石電動機１２の各相を電気的に切り離すことができるスイッチで構成され、第２のインバータ装置２２の故障時など第２の永久磁石電動機１２と第２のインバータ装置２２を切り離したい時に、外部信号により切り離し動作する。
【００１６】
また、第１の永久磁石電動機１１は、第１のギヤ１１Ａを介して第１の車輪１１Ｂに回転トルクを伝達する。第１の永久磁石電動機１１には、回転子位置情報を検出するレゾルバなどの回転センサ１１Ｃが装備されている。第２の永久磁石電動機１２は同様に、第２のギヤ１２Ａを介して第２の車輪１２Ｂに回転トルクを伝達する。第２の永久磁石電動機１２には、回転子位置情報を検出するレゾルバなどの回転センサ１２Ｃが装備されている。
【００１７】
第１のインバータ装置２１の直流負側は、第２のインバータ装置２２の直流正側と電気的に接続される。第１のインバータ装置２１の直流正側は、第１のスイッチ４１（ＳＷｉｎｖ１）と、ＤＣリアクトル５と、パンタグラフ６を介して直流電源正側である架線７に接続される。第２のインバータ装置２２の直流負側は第２のスイッチ４２（ＳＷｉｎｖ２）を介して直流電源負側であるレール８に接続される。
【００１８】
双方向チョッパ装置３は、ダイオードを逆並列に接続したＩＧＢＴ素子を２個直列接続し、ＩＧＢＴ素子の中間点にリアクトルの一端を接続した構成となっている。
【００１９】
また双方向チョッパ装置３を構成するＩＧＢＴ素子の直列正側は、スイッチ４３（ＳＷｃｈ１）を介して、第１のスイッチ４１（ＳＷｉｎｖ１）とＤＣリアクトル５との中間点に接続される。
【００２０】
さらに双方向チョッパ装置３を構成するＩＧＢＴ素子の直列負側は、スイッチ４４（ＳＷｃｈ２）を介して、第２のスイッチ４２（ＳＷｉｎｖ２）とレールとの中間点に接続される。
【００２１】
上記のように構成された本実施形態の電動機駆動制御装置について、まず、２台のインバータ装置２１，２２と双方向チョッパ装置３とが故障していない時の正常時の動作について説明する。
【００２２】
正常時には、４つのスイッチ４１、４２、４３、４４及び２つの切り離しスイッチ７１、７２はすべて閉じている。
【００２３】
第１のインバータ装置２１は、第１の永久磁石電動機１１が運転台指令などから与えられるトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆに追従するトルクを出力することができるように、第１のインバータ装置２１の主回路部を構成する６つのスイッチング素子をパルス幅変調動作する。
【００２４】
第１のインバータ装置２１の制御動作は、一般的に知られた永久磁石電動機のベクトル制御方式である。
【００２５】
以下、その制御部の動作について図２を参照して説明する。
【００２６】
第１のインバータ装置２１の制御部は、運転手指令などによるトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆを入力し、また第１，第２の永久磁石電動機１１，１２に設けた回転センサ１１Ｃ，１２Ｃからの回転子位置情報も入力して、第１，第２のインバータ装置２１，２２の主回路部を制御する。
【００２７】
かかる制御部は、電流指令演算部１０２と、ｄ軸電流制御部１０３と、ｑ軸電流制御部１０４と、ｄｑ３相変換部１０５と、３相ｄｑ変換部１０６とで構成される。
【００２８】
本実施形態におけるｄ軸は、永久磁石磁束方向と定義し、ｑ軸はそれと直角方向と定義する。
【００２９】
電流指令演算部１０２においては、トルク指令ＴｏｒｑＲｅｆを入力として次の演算によりｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆを求めて出力する。
【００３０】
先ず、制御対象電動機が表面磁石式永久磁石電動機である場合は、次の演算による。
【００３１】
【数１】
表面磁石式永久磁石電動機は回転子磁気的突極性がないためリラクタンストルクは発生しない。したがってｄ軸電流を流し込んでもその電流はトルクには寄与しない。よって上記設定により、同一電流で最大のトルクを出力することができて、高効率な駆動が可能になる。
【００３３】
次に、制御対象電動機が永久磁石リラクタンス電動機及び埋め込み磁石式永久磁石電動機のようにリラクタンストルクと永久磁石トルクを併用する原理に基づく電動機である場合は、次の式を満たすようなゼロでないｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆを設定することで、上記と同様に、同一電流で最大トルクを出力することが可能になる。
【００３４】
【数２】
ｄ軸電流制御部１０３においては、ｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆとｄ軸電流フィードバック値Ｉｄとの偏差を入力として、偏差がゼロとなるようにＰＩ（比例・積分）制御の結果をｄ軸電圧指令Ｖｄとして出力する。
【００３６】
【数３】
ＫｉＡＣＲは電流制御積分ゲイン、
ｓは微分演算子である。
【００３７】
ｑ軸電流制御部１０４においては、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆとｑ軸電流フィードバック値Ｉｑとの偏差を入力として、偏差がゼロとなるようにＰＩ（比例・積分）制御の結果をｑ軸電圧指令Ｖｑとして出力する。
【００３８】
【数４】
ＫｉＡＣＲは電流制御積分ゲイン、
ｓは微分演算子である。
【００３９】
ｄｐ３相変換部１０５においては、ｄ軸電圧指令Ｖｄと、ｑ軸電圧指令Ｖｑと、ベクトル制御基準位相θｒとを入力としてつぎの演算により３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求めて出力する。
【００４０】
【数５】
３相ｄｑ変換部１０６においては、Ｕ相電流フィードバック値Ｉｕと、Ｗ相電流フィードバック値Ｉｗと、ベクトル制御基準位相θｒとを入力として次の演算によりｄｑ軸電流フィードバック値Ｉｄ、Ｉｑを求めて出力する。
【００４２】
【数６】
ｄｑ３相変換部１０５から出力された３相電圧指令を三角波比較などの一般的に用いられるＰＷＭ（パルス幅変調）手法によりインバータ動作に変換し指令どおりの電圧を出力させることで、トルク指令どおりのトルクを永久磁石電動機に発生させることが可能になる。
【００４４】
第２のインバータ装置２２の制御部も第１のインバータ装置２１の制御部と同一の動作をする。
【００４５】
次に、双方向チョッパ装置３の制御動作を、図１と同一部分には同一符号付し、一部省略した図３を参照して説明する。
【００４６】
図３に示すように、双方向チョッパ装置３の制御部３１は、双方向チョッパ装置３の入力電圧ＶｄｃＣと、第２のインバータ装置２２の入力電圧Ｖｄｃ２と、双方向チョッパ装置３出力電流Ｉｃｈを入力として次の演算により、双方向チョッパ装置３の電圧指令Ｖｃｈを求めて出力する。
【００４７】
【数７】
ＫｉＣＨはチョッパ電圧制御積分ゲイン、
Ｋｐは振動制御ゲインである。
【００４８】
上式右辺第一項は、第２のインバータ装置２２の電圧Ｖｄｃ２が、直流入力電圧ＶｄｃＣの１／２になる様に比例積分制御していることを表し、この結果、インバータ装置直流中性点は入力直流電圧の略半分に制御される。
【００４９】
右辺第二項は、制御安定化のための振動抑制項で、双方向チョッパ装置３のリアクトルとインバータ装置２１，２２の入力コンデンサ２１Ａ，２２Ａとの間に発生する電気的な共振現象を抑制するために必要である。
【００５０】
上記計算により求めたＶｃｈを一般的に用いられる三角波比較ＰＷＭ手法にしたがって双方向チョッパ装置３上のアームのゲート信号ＧｃｈＰを出力する。双方向チョッパ装置３の下アームのゲート信号は、ＧｃｈＰが１の時０、０の時１となる逆動作をさせる。
【００５１】
以上の動作により、双方向チョッパ装置３は第１のインバータ装置２１と第２のインバータ装置２２との出力アンバランスに起因した直流中性点アンバランスを抑制することができる。
【００５２】
次に、第１のインバータ装置２１のＩＧＢＴ素子が故障を起こした場合の動作を図４及び図５を参照して説明する。
【００５３】
図４及び図５においては、図１と同一部分には同一符号付し、故障した第１インバータ装置２１の図示は省略してある。
【００５４】
第１のインバータ装置２１が故障した場合、故障の可能性としてＩＧＢＴ素子の両端が短絡する故障があり得、この場合、正常時と同様に直流電圧を印加すると第１のインバータ装置２１が短絡され、第２のインバータ装置２２に直流全電圧が印加されるため、第２のインバータ装置２２も過電圧により壊れてしまう。
【００５５】
第１のインバータ装置２１が故障した時には、第１のスイッチ４１と、第１の切り離しスイッチ７１を切り離し、第２のインバータ装置２２と双方向チョッパ装置３のみで動作を継続する。
【００５６】
この時の電気的接続は図４に示すとおり、架線電圧１５００Ｖが双方向チョッパ装置３で降圧され、第２のインバータ装置２２に給電される主回路構成になる。第２のインバータ装置２２の制御部の動作は、正常時の第２のインバータ装置２２の制御部の動作と同一である。
【００５７】
双方向チョッパ装置３の制御部３１の動作を、図５を参照して説明する。
【００５８】
双方向チョッパ装置３の制御部３１は、双方向チョッパ装置３の入力電圧ＶｄｃＣと、第２のインバータ装置２２の入力電圧Ｖｄｃ２と、双方向チョッパ装置３出力電流Ｉｃｈを入力として次の演算により、双方向チョッパ装置３の電圧指令Ｖｃｈを求めて出力する。
【００５９】
【数８】
ＫｉＣＨはチョッパ電圧制御積分ゲイン、
Ｋｐは振動抑制ゲインである。
【００６０】
ＶｄｃＲｅｆは第２のインバータ装置２２の直流電圧指令値であり、第２のインバータ装置２２のＩＧＢＴ素子の最大電圧定格を鑑みて、例えば１０００Ｖなどの値を用いる。
【００６１】
上式右辺第一項は、第２のインバータ装置２２電圧Ｖｄｃ２が、インバータ装置電圧指令ＶｄｃＲｅｆに比例積分制御していることを表し、この結果、インバータ装置直流中性点は直流電圧指令値に追従するように制御される。
【００６２】
右辺第二項は、制御安定化のための振動抑制項で、双方向チョッパ装置３のリアクトルとインバータ装置２１，２２の入力コンデンサ２１Ａ，２１Ｂとの間に発生する電気的な共振現象を抑制するために必要である。
【００６３】
上記計算により求めたＶｃｈを一般的に用いられる三角波比較ＰＷＭ手法にしたがって双方向チョッパ装置３の上アームのゲート信号ＧｃｈＰを出力する。双方向チョッパ装置３の下アームのゲート信号は、ＧｃｈＰが１の時０、０の時１となる逆動作をさせる。
【００６４】
以上の構成及び動作により、第１のインバータ装置２１が故障を起こした場合にも、第２のインバータ装置２２は通常どおりに第２の永久磁石電動機を駆動することが可能になり、システムの冗長性を向上させることができる。
【００６５】
次に、第２のインバータ装置２２がＩＧＢＴ素子故障を起こした場合の動作を図６を参照して説明する。
【００６６】
図６においては、図１と同一部分には同一符号付し、故障した第２インバータ装置２２の図示は省略してある。
【００６７】
第１のインバータ装置２１が故障した場合、故障の可能性としてＩＧＢＴ素子両端短絡故障があり、この場合、正常時と同様に直流全電圧を印加すると第２のインバータ装置２２が短絡され、第１のインバータ装置２１に直流全電圧が印加されるため、第１のインバータ装置２１も過電圧により壊れてしまう。第２のインバータ装置２２が故障した時には、第２のスイッチ４２と、第２の切り離しスイッチ７２を切り離し、第１のインバータ装置２１と双方向チョッパ装置３のみで動作を継続する。
【００６８】
この時の電気的接続は図６に示すとおり、架線電圧１５００Ｖが双方向チョッパ装置３で降圧され、第１のインバータ装置２１に給電される主回路構成になる。第１のインバータ装置２１の制御部の動作は、正常時の第１のインバータ装置２１の制御部の動作と同一である。
【００６９】
ここで、双方向チョッパ装置３の制御部３１の動作を図６を参照して説明する。
【００７０】
双方向チョッパ装置３の制御部３１は、双方向チョッパ装置３の入力電圧ＶｄｃＣと、第１のインバータ装置２１の入力電圧Ｖｄｃ１と、双方向チョッパ装置３の出力電流Ｉｃｈを入力として次の演算により、双方向チョッパ装置３電圧指令Ｖｃｈを求めて出力する。
【００７１】
【数９】
ＫｉＣＨはチョッパ電圧制御積分ゲイン、
Ｋｐは振動抑制ゲインである。
【００７２】
ＶｄｃＲｅｆは第１のインバータ装置２１の直流電圧指令値であり、第１のインバータ装置２１のＩＧＢＴ素子の最大電圧定格を鑑みて、例えば１０００Ｖなどの値を用いる。
【００７３】
上式右辺第一項は、第１のインバータ装置２１の電圧Ｖｄｃ１が、インバータ装置電圧指令ＶｄｃＲｅｆに比例積分制御していることを表し、この結果、インバータ装置直流中性点は直流電圧指令値に追従するように制御される。右辺第二項は、制御安定化のための振動抑制項で、双方向チョッパ装置３のリアクトルとインバータ装置２１，２２の入力コンデンサ２１Ａ，２２Ａとの間に発生する電気的な共振現象を抑制するために必要である。
【００７４】
制御ゲインは、第１のインバータ装置２１が故障した時にはＫｐであったが、本故障モードにおいては−Ｋｐを用いる。双方向チョッパ装置３と出力直流の接続が第１のインバータ装置２１故障時とは反対であるからである。
【００７５】
上記計算により求めたＶｃｈを一般的に用いられる三角波比較ＰＷＭ手法にしたがって双方向チョッパ装置３の下アームのゲート信号ＧｃｈＮを出力する。双方向チョッパ装置３の上アームのゲート信号は、ＧｃｈＮが１の時０、０の時１となる逆動作をさせる。
【００７６】
以上の構成及び動作により、第２のインバータ装置２２が故障を起こした場合にも、第１のインバータ装置２１は通常どおりに第１の永久磁石電動機を駆動することが可能になり、システムの冗長性を向上させることができる。
【００７７】
次に、双方向チョッパ装置３が故障した場合の動作を図７及び図８を参照して説明する。
【００７８】
双方向チョッパ装置３が故障した場合は、第３のスイッチ４３と第４のスイッチ４４を切り離す。なお、図７は図１において双方向チョッパ装置３を削除して図示しており、図８は図７の構成における動作を示している。
【００７９】
第１のインバータ装置２１の制御部では、運転台からのトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ０と、以下に示す直流中間点電圧のバランス制御の結果であるトルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆとで合成される新たなトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆをもとに、第１の永久磁石電動機１１の出力トルクがトルク指令値ＴｏｒｑＲｅｆに追従するように３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。
【００８０】
ＴｏｒｑＲｅｆから３相電圧指令までの演算は図２に示す制御ブロックに示すものと同一である。直流中間点のバランス制御は、第１のインバータ装置２１の直流入力電圧Ｖｄｃ１と、双方向チョッパ装置３入力電圧ＶｄｃＣを用いて次の演算により、トルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆを求める。
【００８１】
【数１０】
ＫｉＮＶはバランス制御積分ゲインである。
【００８２】
新たなトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆは、運転台からのトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ０と前記計算により求めたトルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆを用いて次の演算により求める。
【００８３】
TorqRef = TorqRef0 + ΔTorqRef
第２のインバータ装置２２の制御部では、運転台からのトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ０と、以下に示す直流中間点電圧のバランス制御の結果であるトルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆとで合成される新たなトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆをもとに、第２の永久磁石電動機１２の出力トルクがトルク指令値ＴｏｒｑＲｅｆに追従するように３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力する。ＴｏｒｑＲｅｆから３相電圧指令までの演算は図２に示す制御ブロックに示すものと同一である。
【００８４】
直流中間点のバランス制御は、第２のインバータ装置２２の直流入力電圧Ｖｄｃ２と、双方向チョッパ装置３の入力電圧ＶｄｃＣを用いて次の演算により、トルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆを求める。
【００８５】
【数１１】
ＫｉＮＶはバランス制御積分ゲインである。
【００８６】
新たなトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆは、運転台からのトルク指令ＴｏｒｑＲｅｆ０と前記計算により求めたトルク指令補正値ΔＴｏｒｑＲｅｆを用いて次の演算により求める。
【００８７】
ΔTorqRef = TorqRef0 + ΔTorqRef
以上のインバータ動作により、双方向チョッパ装置３が故障した場合にも、直流中間点電圧が架線電圧の略半分に安定に制御され、一方のインバータ装置のみに過電圧が印加されることなく、したがって運転を継続することが可能になる。
【００８８】
このように本実施形態では、最大電圧定格の低いスイッチング素子を用いることができるように２台のインバータ装置を直列に接続した上で、架線直流電源に接続する。これだけでは、一台のインバータ装置が万一故障した場合、他方のインバータ装置にも電圧を供給することができなくなって、システムとしての冗長性が低下してしまう。
【００８９】
そこで、ダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子でなる２個のアームを直列接続して直列接続インバータ装置の直流両端に接続し、前記直列インバータ装置の接続中間点と前記２個のアームの直列接続点間にリアクトルを設けた双方向チョッパ装置３を形成する。
【００９０】
さらに直列接続された前記２台のインバータ装置の直流側入力のインバータ装置同士の接続点でない配線にそれぞれ電気的に切り離すことができるスイッチを設け、前記双方向チョッパ装置３の入力の両端にも電気的に切り離すことができるスイッ４３，４４を設ける。
【００９１】
例えば直列接続された第１のインバータ装置２１が故障した時は、第１インバータ装置２１の直流正側スイッチを切り離し、双方向チョッパ装置３により第２インバータ装置の両端電圧を所望の電圧、例えば架線電圧が１５００Ｖの場合はその半分の７５０Ｖに制御する。第２インバータ装置は通常の動作により負荷として接続された同期電動機に給電することで、２台のインバータ装置が故障していない時の半分の推進力で加速することができる。
【００９２】
第２のインバータ装置は故障した時も同様に、第２インバータ装置負側スイッチを切り離し、双方向チョッパ装置３で第１インバータ装置の両端電圧を制御する。
【００９３】
双方向チョッパ装置３が故障した時には、双方向チョッパ装置３の入力に取り付けられた２つのスイッチをそれぞれ切り離し、２台のインバータ装置のみで動作させる。各インバータ装置２１，２２に取り付けられた電動機の回転数差などにより負荷電力差が発生すると、直列接続された直流中間点がアンバランスになり、一方のインバータ装置に最大定格以上の電圧が印加される可能性があるが、直流中間点電圧のアンバランスを検出し、直流電圧がバランスするように２台の電動機の出力トルク指令を補正することで、上記アンバランスを抑制することができる。すなわち、例えば第１インバータ装置２１の直流電圧が、第２インバータ装置２２の直流電圧よりも大きくなった時は、第１インバータ装置２１に接続された同期電動機１１のトルク指令を増加させ、同時に第２インバータ装置２２に接続された同期電動機１２のトルク指令を減少させることで、直流中間点に流れこむ電流が増加し、電圧アンバランスを抑制することができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、最大電圧定格が比較的低く一般産業で広く用いられている半導体スイッチング素子を適用することができるため、装置の低コスト化を図ることができ、また、一台のインバータ装置が故障した場合にも、双方向チョッパ装置の動作により半分のトルクで運転を継続することが可能になり、システムの冗長性を高めることが可能な電動機駆動制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電動機駆動制御装置における回路構成を説明する図。
【図２】永久磁石電動機の制御ブロックを示す図。
【図３】健全時の双方向チョッパ装置の制御動作を説明する図。
【図４】第１のインバータ装置が故障した時の回路構成を説明する図。
【図５】第１のインバータ装置が故障した時の双方向チョッパ装置の制御動作を説明する図。
【図６】第２のインバータ装置が故障した時の双方向チョッパ装置の制御動作を説明する図。
【図７】双方向チョッパ装置が故障した時の回路構成を説明する図。
【図８】双方向チョッパ装置の故障時の第１のインバータ装置の制御動作を説明する図。
【符号の説明】
３…双方向チョッパ装置
５…ＤＣリアクトル
６…パンタグラフ
７…架線
８…レール
１１，１２…第１，第２の永久磁石電動機
２１，２２…第１，第２のインバータ装置
４１，４２，４３，４４…スイッチ
７１，７２…第１，第２の切離スイッチ
Claims (4)
- ２つの同期電動機を駆動制御する電動機駆動制御装置において、
前記２つの同期電動機をそれぞれ駆動制御し、直流側が直列に直流中間点で接続された第１のインバータと第２のインバータとからなる２つのインバータと、
２つのスイッチング素子の直列に接続された接続点が前記２つのインバータの前記直流中間点とリアクトルを介して接続され、正極側が前記第１のインバータの正極側と接続され、負極側が前記第２のインバータの負極側と接続された双方向チョッパと、
前記２つのインバータの前記直流中間点の電圧のアンバランスを抑制するために、前記双方向チョッパを制御する直流中間点電圧バランス制御手段と
を備えたことを特徴とする電動機駆動制御装置。 - 前記第１のインバータの正極側と前記双方向チョッパの正極側との接続を開閉する第１のスイッチと、
前記第１のスイッチが開放された場合、前記双方向チョッパに入力される直流電圧を降圧して、前記第２のインバータに印加する第１の双方向チョッパ降圧制御手段と、
前記第２のインバータの負極側と前記双方向チョッパの負極側との接続を開閉する第２のスイッチと、
前記第２のスイッチが開放された場合、前記双方向チョッパに入力される直流電圧を降圧して、前記第１のインバータに印加する第２の双方向チョッパ降圧制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動制御装置。 - 前記双方向チョッパと直流電力を供給する直流回路との接続を開閉する双方向チョッパ側スイッチを備え、
前記２つのインバータは、前記双方向チョッパ側スイッチが開放された場合、前記直流回路から供給される直流電力により、前記２つの同期電動機を駆動すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動機駆動制御装置。 - 前記２つのインバータの前記直流中間点の電圧のアンバランスを抑制するために、前記２つのインバータのそれぞれの前記２つの同期電動機に対するトルク指令を補正する制御をするインバータ用直流中間点電圧バランス制御手段
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動機駆動制御装置。
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