JPH01270706A - Controller for linear motor electric railcar - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To supplement a decrease in a thrust due to end effect and to maintain predetermined thrust characteristic by increasing the output voltage of an inverter in response to the increase in an inverter frequency when it is located in a PWM range. CONSTITUTION:An adder/subtractor 10 adds or subtract an acceleration signal v from a pulse generator 8 and or from a slip frequency signal fs from a slip frequency controller 11, and outputs an inverter frequency signal finv. A voltage controller 13 outputs an inverter output voltage signal vinv responsive to the signal finv. A PWM modulator 7 outputs a PWM control signal to an inverter 2 in response to an inverter frequency signal and an inverter output voltage signal. Here, the inverter output voltage is increased in response to an increase in the inverter frequency and the slip frequency is also increased in response to the increase in the inverter frequency in a PWM range (variable voltage range).

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、誘導型リニアモータ推進による電気車の制御
装置に係り、特に、比較的早い速度で運行されるリニア
モータ電気車に好適な制御装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a control device for an electric vehicle propelled by an induction linear motor, and in particular, a control device suitable for a linear motor electric vehicle operated at a relatively high speed. Regarding equipment.

［従来の技術］ 従来の装置では、電気車推進用のリニアモータにおいて
も、そのリニアモータ駆動用のインバータについては、
通常の誘導電動機と同じようにして、インバータの出力
電圧と滑り周波数を制御していた。[Prior Art] In conventional devices, even in linear motors for propulsion of electric vehicles, the inverter for driving the linear motors is
The inverter's output voltage and slip frequency were controlled in the same way as a normal induction motor.

すなわち、従来技術では、インバータの出力電圧と周波
数の関係につ、いては、第２図のように、ＰＷＭ領域（
可変電圧領域）では、インバータ出力電圧を周波数に比
例して、はぼ直線的に変化させ、他方、滑り周波数は、
第３図に示すように、ＰＷＭ領域では所定値に一定に保
ち、全電圧領域では、インバータ周波数に応じて変化さ
せるようにし、これにより、リニアモータを定トルク、
定出力制御するようにしていた。In other words, in the conventional technology, the relationship between the output voltage and frequency of the inverter is determined in the PWM region (
In the variable voltage region), the inverter output voltage is changed approximately linearly in proportion to the frequency, while the slip frequency is
As shown in Figure 3, the PWM region is kept constant at a predetermined value, and the entire voltage region is varied according to the inverter frequency, thereby driving the linear motor at a constant torque.
I was trying to control constant output.

なお、この種の装置として関連するものとしては、例え
ば、 電気学会技術報告（■部）、第２５１号電気車の制御方
式専門委員会（昭６２年）；電気車の交流電動機駆動・
インバータ制御方式”。Related devices of this type include, for example, Technical Report of the Institute of Electrical Engineers of Japan (Part ■), No. 251 Expert Committee on Control Methods for Electric Vehicles (1986);
Inverter control method”.

第２８頁、５．２図 の開示を挙げることができる。Page 28, Figure 5.2 The following disclosures can be cited.

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、比較的高速で運行される電気車の駆動
にリニアモータを適用した場合での、リニアモータの推
力特性の変化について配慮がされておらず、電気車に必
要な、所定の推力特性保持の点で開運があった。[Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned prior art does not take into account changes in the thrust characteristics of the linear motor when the linear motor is applied to drive an electric vehicle that operates at relatively high speeds. We had good luck in maintaining the specified thrust characteristics necessary for electric vehicles.

すなわち、リニアモータ推進方式の電気車では、例えば
第７図に示すように、電気車２ｏの台車の下方にリニア
モータの一次導体（電機子）２１を取付け、これが、軌
道面に設置されているリニアモータの二次導体２２に作
用して、必要な推力を得るようになっているものである
が、このとき、電気車の走行速度が上昇して、−次導体
２１と二次導体２２の相対速度が大きくなると、すベリ
周波数が一定であるにもかかわらず、推力が低下してし
まうのである。これは、−次導体と二次導体の相対速度
が大きくなると、−次導体で発生した磁力線が二次導体
に達し、これにより二次導体から磁力線が発生して一次
導体に作用して推力となる前に、−次導体と二次導体の
相対位置が変化し、−次導体の端部での推力が低下して
しまう、いわゆる端部効果のためである。なお、第７図
で、２３はレール、２４は車輪、そして２５は車軸であ
る。That is, in an electric car using a linear motor propulsion system, for example, as shown in FIG. It acts on the secondary conductor 22 of the linear motor to obtain the necessary thrust, but at this time, as the running speed of the electric car increases, the negative conductor 21 and the secondary conductor 22 As the relative speed increases, the thrust force decreases even though the overburden frequency remains constant. This is because when the relative speed between the -order conductor and the secondary conductor increases, the lines of magnetic force generated in the -order conductor reach the secondary conductor, and as a result, magnetic lines of force are generated from the secondary conductor and act on the primary conductor, creating thrust. This is due to the so-called end effect, in which the relative positions of the minus-order conductor and the secondary conductor change before the end of the minus-order conductor changes, reducing the thrust at the end of the minus-order conductor. In addition, in FIG. 7, 23 is a rail, 24 is a wheel, and 25 is an axle.

本発明の目的は、電気車推進用のリニアモータを制御し
て、常に充分な推力特性を与え、高速度での運行に際し
ても、必要とする走行特性が容易に保たれるようにした
、リニアモータ電気車制御装置を提供することにある。An object of the present invention is to control a linear motor for electric vehicle propulsion to always provide sufficient thrust characteristics, and to easily maintain the required running characteristics even when operating at high speed. An object of the present invention is to provide a motor electric vehicle control device.

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、リニアモータ駆動用のインバータを、それ
が上記したＰＷＭ領域にあるとき、その出力であるイン
バータ周波数と出力電圧との比を一定に保つのではなく
、インバータ周波数の上昇に応じて大きくしてゆくよう
に制御することにより、或いは、インバータ周波数の増
加に伴ってすべり周波数も増加させてゆくように制御す
ることにより達成される。[Means for solving the problem] The above purpose is not to keep the ratio of the inverter frequency and output voltage constant when the inverter for driving the linear motor is in the above-mentioned PWM region. This is achieved by controlling the slip frequency to increase as the inverter frequency increases, or by controlling the slip frequency to increase as the inverter frequency increases.

［作用］ 上記のように制御することにより、ＰＷＭ領域では、電
気車の速度が上昇してゆくにつれ、リニアモータの推力
が増加してゆくように作用することになり、端部効果に
よる推力の低下が補われ、所定の推力特性の維持が可能
になる。[Function] By controlling as described above, in the PWM region, as the speed of the electric car increases, the thrust of the linear motor increases, and the thrust due to the end effect is reduced. The decrease is compensated for and it becomes possible to maintain predetermined thrust characteristics.

［実施例］ 以下１本発明によるリニアモータ電気車制御装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。[Embodiments] Hereinafter, a linear motor electric vehicle control device according to the present invention will be described in detail with reference to illustrated embodiments.

第１図は本発明の一実施例で、本発明を、４個の一次導
体ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＬＤからなるリニアモータ１を可
変電圧可変周波数インバータ２で駆動し、電気車を推進
させる方式のものに適用した場合を示しており、インバ
ータ２は、架線３からパンタグラフ４、フィルタリアク
トル５、それにフィルタコンデンサ６を介して直流電力
を取入れ、これを可変電圧可変周波数の３相交流電力に
変換してリニアモータ１に供給し、電気車を推進させる
ようになっている。なお、これらの−次導体ＩＡ、ＩＢ
、ＩＣ，ＩＤは、第６図の一次導体２１に対応する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a linear motor 1 consisting of four primary conductors IA, IB, IC, and LD is driven by a variable voltage variable frequency inverter 2 to propel an electric vehicle. The inverter 2 takes in DC power from the overhead wire 3 via the pantograph 4, filter reactor 5, and filter capacitor 6, and converts it into three-phase AC power with variable voltage and variable frequency. The electric vehicle is then supplied to the linear motor 1 to propel the electric vehicle. In addition, these −order conductors IA, IB
, IC, and ID correspond to the primary conductor 21 in FIG.

インバータ２はＰＷＭ変調装置７により制御され、直流
電力を可変電圧可変周波数の３相交流電力に変換してリ
ニアモータ１に供給するが、このため、ＰＷＭ変調装置
ｆ！７は以下の通りの動作を行なう。The inverter 2 is controlled by the PWM modulator 7, converts DC power into variable voltage variable frequency three-phase AC power, and supplies it to the linear motor 1. For this reason, the PWM modulator f! 7 performs the following operations.

電気車の車輪２４（第７図）にはパルスジェネレータ８
が取付けてあり、これにより電気車の速度に対応した周
波数ｆのパルスを取出し、Ｆ−Ｖ変換器９で速度信号Ｖ
を得る。A pulse generator 8 is installed in the wheel 24 (Fig. 7) of the electric car.
is installed, which extracts a pulse with a frequency f corresponding to the speed of the electric car, and converts it into a speed signal V using the F-V converter 9.
get.

この速度信号Ｖは加算器１０に入力され、すべり周波数
制御装置１１から供給される、すべり周波数ｆ、に対応
した電圧信号を加算（力行時）、または減算（回生時）
してインバータ周波数信号ｆ　ＩＩＩＶとなり、周波数
制御袋！！１２に供給される。This speed signal V is input to the adder 10, and a voltage signal corresponding to the slip frequency f, supplied from the slip frequency control device 11, is added (during power running) or subtracted (during regeneration).
Then, the inverter frequency signal becomes fIIIV, and the frequency control bag! ! 12.

周波数制御装置Ｅ１２は、このインバータ周波数信号ｆ
　ｉａｖをＰＷＭ変調装置７と電圧制御装置１３に供給
する。また、これにより、電圧制御装置１３は、このイ
ンバータ周波数信号ｆ　ｉａｖと、内部に持つ電圧パタ
ーンとを比較し、インバータ出力電圧信号ｖ３．９を出
力してＰＷＭ変調装置７に供給する。The frequency control device E12 controls this inverter frequency signal f
iav is supplied to the PWM modulator 7 and voltage controller 13. Further, the voltage control device 13 compares this inverter frequency signal f iav with an internal voltage pattern, outputs an inverter output voltage signal v3.9, and supplies it to the PWM modulation device 7.

この結果、ＰＷＭ変調装置７は、これらのインバータ周
波数信号ｆｌａｖとインバータ出力電圧信号Ｖ□Ｉｌｖ
とにより所定のＰＷＭ制御信号を作成し、それをインバ
ータ２に供給して、必要とするインバータ周波数Ｆｉｌ
ｌＶとインバータ出力電圧ｖｉａｖを有する３相交流電
力を、このインバータ２から出力させ、リニアモータ１
を駆動し、電気車を推進させるのである。As a result, the PWM modulator 7 outputs these inverter frequency signals flav and inverter output voltage signals V□Ilv.
Create a predetermined PWM control signal and supply it to the inverter 2 to set the required inverter frequency Fil.
The inverter 2 outputs three-phase AC power having an inverter output voltage of lV and an inverter output voltage of viav, and the linear motor 1
It drives the electric car and propels the electric car.

すベリ周波数制御装置１１は、主管制御器（図示してい
ない）からのカ行指令、又は回生指令に応じて所定のす
ベリ周波数信号ｆｊを出力し、リニアモータ１に所定の
推進力が発生するように制御するが、このとき、電気車
が所定の速度以下のときには定推力（定トルク）、それ
以上の速度のときには定出力となるように制御する必要
があり、このため、上記したように、従来技術では、イ
ンバータ周波数ｆ　ＩＫＩＶとインバータ出力電圧ｖｉ
Ｑｖとの関係が第２図の特性を示すように、そして、イ
ンバータ周波数ｆｌｌｌＶとすべり周波数ｆ、どの関係
が第３図の特性となるように、それぞれ制御していたの
であるが、リニアモータには端部効果があるため、この
ままではＰＷＭ領域で正しい定推力特性が得られない。The full frequency control device 11 outputs a predetermined full frequency signal fj in response to a drive command or a regeneration command from a main controller (not shown), and generates a predetermined propulsive force in the linear motor 1. However, at this time, it is necessary to control the electric vehicle so that it has a constant thrust (constant torque) when the speed is below a predetermined speed, and a constant output when the speed is higher than that. In the conventional technology, the inverter frequency f IKIV and the inverter output voltage vi
The relationship between the inverter frequency flllV and the slip frequency f was controlled so that the relationship with Qv showed the characteristics shown in Figure 2, and the relationship between the inverter frequency flllV and the slip frequency f showed the characteristics shown in Figure 3. Since there is an end effect, correct constant thrust characteristics cannot be obtained in the PWM region if this is done as it is.

第４図はリニアモータの端部特性の一例を示したもので
、この図から明らかなように、ＰＷＭ領域でも定推力が
保たれず、約２０　Ｋ　ｍ　／　ｈ以上では著しい低下
を生じて°いる。Figure 4 shows an example of the end characteristics of a linear motor.As is clear from this figure, a constant thrust is not maintained even in the PWM region, and a significant decrease occurs above approximately 20 Km/h. There is.

そこで１本発明の一実施例では、電圧制御装置１３に非
直線制御機能をもたせ、ＰＷＭ領域でのインバータ周波
数ｆ、。９に対するインバータ出力電圧ｖｌａｖの比を
、第２図に示すような直線特性から外し、第５図に示す
ように、インバータ周波数ｆ　１１１Ｖの増加割合より
もインバータ出力電圧ｖｉ！１ｖの増加割合の方が大と
なるように構成しである。Therefore, in one embodiment of the present invention, the voltage control device 13 is provided with a non-linear control function, and the inverter frequency f in the PWM region is adjusted. The ratio of the inverter output voltage vlav to 9 is removed from the linear characteristic as shown in FIG. 2, and as shown in FIG. 5, the inverter output voltage vi! The configuration is such that the increase rate of 1v is larger.

周知のように、誘導電動機型のリニアモータの推力は（
ｆ　ｔ　ｎｖ／　Ｖ　＝アリの値に比例するから、この
実施例によれば、ＰＷＭ領域でインバータ周波数ｆ　Ｌ
ｎ％Ｉが大きくなるにつれ、推力が増加してゆくように
作用し、結果として端部効果による推力の低下が補償さ
れ、定推力特性を与えることができる。As is well known, the thrust of an induction motor type linear motor is (
Since f t nv/V is proportional to the value of ant, according to this embodiment, the inverter frequency f L in the PWM region
As n%I increases, the thrust acts to increase, and as a result, the decrease in thrust due to the end effect is compensated for, and a constant thrust characteristic can be provided.

なお、このとき５周波数制御装置１２は、入力された信
号をそのまま出力するようになっており、従って、この
ときには、インバータ周波数ｆ１＋１Ｖに対するすべり
周波数ｆ、の特性は第３図のように、すなわち従来例と
同じになるようにしである。At this time, the 5-frequency control device 12 outputs the input signal as it is, and therefore, at this time, the characteristic of the slip frequency f with respect to the inverter frequency f1+1V is as shown in FIG. 3, that is, the characteristic of the conventional It should be the same as the example.

次に、本発明の他の一実施例では、周波数制御装置！１
２に、入力されたインバータ周波数ｆ　ｔｎｖと出力さ
れるインバータ周波数ｆ　ｉａｖとの間に、１以上の比
例定数をもつ比例関係を与える機能を付与し、これによ
りＰＷＭ変調装置７に入力されるインバータ周波数ｆ、
ｖとすべり周波数ｆ、との間に第６図の特性が与えられ
るようにしたものである。なお、このとき、電圧制御装
置１３に供給されるインバータ周波数ｆ　ｉａｖは加減
算器１０からの信号のままとなっており、その特性も第
２図の従来例と同じに保たれている。Next, in another embodiment of the present invention, a frequency control device! 1
2 is provided with a function of providing a proportional relationship with a proportionality constant of 1 or more between the input inverter frequency f tnv and the output inverter frequency f iav, thereby increasing the inverter frequency input to the PWM modulator 7. frequency f,
The characteristics shown in FIG. 6 are given between v and the slip frequency f. At this time, the inverter frequency f iav supplied to the voltage control device 13 remains the signal from the adder/subtractor 10, and its characteristics are also kept the same as in the conventional example shown in FIG.

周知のように、リニアモータの推力は、すべり周波数ｆ
□の大きさに比例するから、この実施例によっても、Ｐ
ＷＭ領域では、インバータ周波数ｆ　ｉａｖの増加に伴
ってリニアモータ１の推力も増加してゆくようにされ、
端部効果による推力低下が補償され、定推力特性を与え
ることができる。As is well known, the thrust of a linear motor depends on the slip frequency f
Since it is proportional to the size of □, P
In the WM region, as the inverter frequency f iav increases, the thrust of the linear motor 1 is also increased.
Thrust reduction due to end effects is compensated for, and constant thrust characteristics can be provided.

なお１以上の実施例において、電圧制御装置１３に与え
るべき非直線制御機能については、適用すべきリニアモ
ータの端部効果による推力低下に合わせて、それの補償
に必要な特性を選択するようにしてやればよい。In one or more embodiments, regarding the nonlinear control function to be provided to the voltage control device 13, characteristics necessary to compensate for the reduction in thrust due to the end effect of the linear motor to be applied are selected. Just do it.

また、上記実施例において１周波数制御装置１２に付与
すべき比例関係特性についても同様で、同じく使用すべ
きリニアモータ１の特性に合わせ、端部効果による推力
低下の補償が得られるように定めてやればよい。The same applies to the proportionality characteristic to be given to the single frequency control device 12 in the above embodiment, and it is determined in accordance with the characteristics of the linear motor 1 to be used so as to compensate for the reduction in thrust due to the end effect. Just do it.

［発明の効果］ 本発明によれば、誘導電動機型リニアモータを用いた電
気車の走行特性を充分に改善できる効果がある。[Effects of the Invention] According to the present invention, there is an effect that the running characteristics of an electric vehicle using an induction motor type linear motor can be sufficiently improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明によるリニアモータ電気車制御装置の一
実施例を示すブロック図、第２図及び第３図は従来技術
における制御特性図、第４図はリニアモータにおける端
部効果の一例を示す特性図、第５図及び第６図は本発明
の実施例における制御特性図、第７図はリニアモータ電
気車の一例を示す説明図である。 １・・・・・・リニアモータ、ＬＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＩＤ
・・・・・・リニアモータの一次導体、２・・・・・・
可変電圧可変周波数インバータ、７・・・・・・ＰＷＭ
変調装置、８・・・・・・パルスジェネレータ、９・・
・・・・Ｆ−Ｖ変換器、１０・・・・・・加減算器、１
１・・・・・・すべり周波数制御装置、１２・・・・・
・周波数制御装置、１３・・・・・・電圧制御装置。 第２図 第３図 インパーク、昌邦辷数 第４図 第７図Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the linear motor electric vehicle control device according to the present invention, Figs. 2 and 3 are control characteristic diagrams in the prior art, and Fig. 4 shows an example of the end effect in a linear motor. 5 and 6 are control characteristic diagrams in an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a linear motor electric vehicle. 1...Linear motor, LA, IB, IC, ID
...Primary conductor of linear motor, 2...
Variable voltage variable frequency inverter, 7...PWM
Modulation device, 8...Pulse generator, 9...
...F-V converter, 10... Addition/subtraction device, 1
1...Slip frequency control device, 12...
- Frequency control device, 13... Voltage control device. Fig. 2 Fig. 3 In-Park, Changbun Rolling Number Fig. 4 Fig. 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、可変電圧可変周波数型インバータを備え、推進力発
生用の誘導型リニアモータを可変電圧領域と全電圧領域
とに分けて制御する方式のリニアモータ推進による電気
車制御装置において、上記インバータの出力電圧に対す
る周波数の特性を線形から非線形に変化させる制御手段
を設け、上記リニアモータが上記可変電圧領域にあると
きは、その端子電圧と周波数の比が、周波数の増加に応
じて大きくなつてゆくように構成したことを特徴とする
リニアモータ電気車制御装置。 ２、可変電圧可変周波数型インバータを備え、推進力発
生用の誘導型リニアモータを可変電圧領域と全電圧領域
とに分けて制御する方式のリニアモータ推進による電気
車制御装置において、上記インバータの出力周波数に対
する上記リニアモータの滑り周波数の関係を変化させる
制御手段を設け、上記リニアモータが上記可変電圧領域
にあるときは、その端子電圧の周波数に比例して上記滑
り周波数が変化してゆくように構成したことを特徴とす
るリニアモータ電気車制御装置。[Claims] 1. Electric vehicle control device using linear motor propulsion, which is equipped with a variable voltage variable frequency inverter and controls an induction linear motor for generating propulsive force by dividing it into a variable voltage region and a full voltage region. A control means is provided for changing the frequency characteristic with respect to the output voltage of the inverter from linear to non-linear, and when the linear motor is in the variable voltage region, the ratio of the terminal voltage to the frequency is adjusted as the frequency increases. A linear motor electric vehicle control device characterized in that the linear motor electric vehicle control device is configured to increase in size. 2. In an electric vehicle control device using a linear motor propulsion, which is equipped with a variable voltage variable frequency inverter and controls an induction linear motor for generating propulsive force by dividing it into a variable voltage region and a full voltage region, the output of the inverter A control means is provided for changing the relationship of the sliding frequency of the linear motor to the frequency, so that when the linear motor is in the variable voltage region, the sliding frequency changes in proportion to the frequency of the terminal voltage. A linear motor electric vehicle control device comprising: