JPS6158404A - 電気車の制御装置 - Google Patents

電気車の制御装置

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JPS6158404A
JPS6158404A JP59182251A JP18225184A JPS6158404A JP S6158404 A JPS6158404 A JP S6158404A JP 59182251 A JP59182251 A JP 59182251A JP 18225184 A JP18225184 A JP 18225184A JP S6158404 A JPS6158404 A JP S6158404A
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JP
Japan
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control device
motor
vibration
frequency component
electric vehicle
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Pending
Application number
JP59182251A
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English (en)
Inventor
Shinzo Hirao
平尾 新三
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/10Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は電気車の制御装置に係り、とくに粘着性能を
最大限に発揮することができるものの構成に関するもの
である。
〔従来技術〕
電気車輌の駆動は車輪とレールとの間の摩擦力によって
行われるため、この摩擦力を最大限に利用することが車
輌技術の基本である。第1図は車輪とレールとの間の摩
擦係数とすべり速度との関係を示す特性図で、摩擦係数
の値自体はレールの表面状態、天候、走行速度等によっ
て大巾に変動する。(車輪の引張力/軸重)が第1図P
点の摩擦係数(粘着係数と呼ばれる)を越えると大空転
が発生し、主電動機、歯車装置等の回転部分、レー/し
表面、車輪踏面に機械的損傷が発生するとともに引張力
も低下するためこれを防止し、しかもできるだけP点に
近い状態で運転を行うのが大きな課題である。一般にす
べり速度がP点以下の領域を微小空転、即ちクリープ領
域、P点以上をスリップ領域と称す、ところで、従来は
空転の発生を検知してから引張力を低減するいわゆる空
転発生後の事後処理制御システムが採用されていた。
第2図ないし第4図は従来の電気車の制御装置における
空転検知方式である。それぞれ電圧比較方式、電流比較
方式及び速度発電機方式を示す説明図で、各方式の検出
感度、処理、問題点の比較をしかるに、上記のような従
来の電気車の制御装置(こおいては、空転検知方式によ
ってその検出感度に若干の差異は認められるが、いずれ
も空転発生後即ちスリップ領域での検出であるため第1
図の8点近傍で空転を検知し、8点まで引張力を下げて
再粘着させる方式であり、実用粘着係数が比較的低い領
域で使用されることになり以下のような欠点があった。
即ち、電気機関車においては、動軸を増す必要から製作
コストが高くなり、また動輪数を一定とするとけん側荷
重が小さくなる。
そして、電車においては一編成中の(電動車/付随車)
即ち電動車比率が大きくなり製作コスト及び保守コスト
が高くなる。
〔発明の概要〕
この発明はこのような従来のものの欠点を解消するため
になされたもので、大空転が発生する前の前駆現象にお
ける輪軸の自励振動における固有振動周波数成分を検出
し、この固有振動周波数成分をその車輌速度に比例した
許容最大振巾基準と比較し上記固有振動周波数成分が一
定になるように電動機の引張力を制御することにより、
微小空転を許容しながら粘着性能を最大限に発揮するこ
とができる電気車の制御装置を提供することを目的とす
るものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の実施例を図面(こついて説明する。
第5図はこの発明を適用した一実施例における電気車の
制御装置の制御ブロック図である。図において、(’P
an)はパンタグラフ、((H)は/〈ンタグラフ(、
Pan )からの直流入力を制御して台車(BG)内に
組み込まれた主電動機(TM)に直流電流を供給するチ
ョッパ回路、(TS)は台車(BG)の輪軸の自励振動
を検出するトルクセンサ、(TG)は台車(BG)内に
組み込まれた速度発電機で車輌の速度に比例した信号を
出力する。(DF)はトルクセンサ(’I’S)で検出
した自励振動のうち空転前駆現象としての固有振動周波
数成分のみを取り出すディジタルフィルタ回路である。
デイジタルフイルり回路(DF )はその入力部に増巾
器(図示せず)を設は所定の範囲の周波数帯を通過せし
め、その中から固有振動周波数をマイクロプロセッサを
使ってディジタル的に処理して抽出するもので、信号処
理時間は1ms程度と極めて早い信号処理を行うことが
できる。セしてトルクセンサ(TS)とディジタルフィ
ルタ回路(DF)とにより振動検出装置(VS)を構成
する。(C!PR)は上記固有振動周波数成分の許容最
大振巾基準(As)と速度発電機(T G 、)が検出
した速度信号とを加算した車輌速度に比例した許容最大
振巾M準(REF)と、ディジタルフィルタ回路(DF
)からの出力とを比較する比較器、(SC)は比較器(
OPR)からの出力を受けてクリープ量を制御する制御
信号を出力するクリープ制御器、(AMIl)はクリー
プ制御器(SC)からの制御信号と加速電流指令(IP
)と直流変成器(DCOT)により検出した主電動機電
流(IM)とを入力してチョッパ回路(OH)にゲート
信号を出力する増巾器である。そして、チョッパ回路(
OH) 、車輌速度に比例した許容最大振巾基準(RE
F)、比較器(CPR)、クリープ制御器(SC)及び
増巾器(AMP)により電動機制御装置としてチョッパ
制御装置(TMC)を構成する。
なお、上記の輪軸の自励振動における固有振動周波数は
駆動系のねじりバネ、車軸のねじりバネ系のねじりバネ
剛性の定数によって決まり第6図はこの一例を示す。即
ち、第6図(a)はすべり速度Xのときのシミュレーシ
ョン結果:こ基づく自励振動の振巾の周波数特性を示し
、この例では固有振動周波数はF、E[zとなっている
。そしてクリープ領域においてすべり速度がXからyに
増大すると同図(blに示すように、上記振巾はすべり
速度の大きさに比例して大きくなっていることが判る。
なお、上記振巾は車輌速度に比例することが明らか(こ
なっている。
次に、上記のように構成されたこの発明の一実施例とし
ての電気車の制御装置の動作を説明する。
台車(BC)の輪軸装置に組み込まれた主電動機(TM
)によって車軸が駆動されるが、車輪に微小空転が発生
すると車軸にねじりの自励振動が発生する。そして、こ
の自励振動の固有振動周波数成分は第6図に示すように
すべり速度の上昇ととも(こ増加する。また、上記自励
振動の固有振動周波数成分は、第7図に示すように、車
輌速度にほぼ比例して増加する。従って、トルクセンサ
(TS)により上記自励振動を検出し、これからデイジ
タルフイルり回路(D F 、)によりその固有振動周
波数成分のみを取り出し、第1図のQ点)こ対応する振
動成分の車輌速度Iこ比例した許容最大振巾基準(RE
F )と比較器(CPR)により比較しその結果がクリ
ープ制御器(SC)を介して増巾器(Ba)に入力され
る。そして、加速電流指令(IP)を受けた増巾器(A
MP)はチョッパ回路(C!H)のゲート制御回路を制
御し、上記振動成分が第1図のQ点近傍(こ対応する値
を維持するように主電動機電流指令(IP)を制御して
主電動機(TM)の引張力を制御する。
上記のように、この発明の一実施例においては、上記制
御によって電気車は第1図のQ点(こおけるすべり速度
vSで運転することになり、し〒ルの表面状態や天候等
の条件に関係なく、車輪とレールとの間の最大摩擦係数
にほぼ近い値を利用できるので、電気機関車の場合にあ
っては動軸数を減少させることができ(例えば6動軸か
ら4動軸に減少可能)電気機関車の製作コストの大巾な
低減、省資源が図られ、また主電動機等の単機容量の増
大によって効率向上による省エネルギー化を図ることが
できる。更に、電車の場合には粘着係数の改善によって
一編成列車1こおける電動車比率を低減することができ
、初期投資の大巾な節減と省資源、また列車重量の低減
による省エネルギー化と保守費の低減を図ることができ
る〇 第8図はこの発明を適用した他の実施例における電気車
の制御装置の制御ブロック図で、第5図のチョッパ回路
(CEP)に代わり主変圧器(M’l’几)とその2次
側に接続されたサイリスタブリッジ回路(THE)が採
用されており、車輌速度に比例した許容最大振巾基準(
几EF) 、比較器(CPR) 、クリープ制御器(8
0)及び増巾器(AMP)を含めて電動機制御装置とし
てのサイリスタ位相制御装置(TMC’)を構成してい
る。この場合、交流電気車として、上記一実施例の場合
と同様の効果を達成することができる。
第9図は第5図のディジタルフィルタ回路(DF)をア
ナログフィルタ回路(AF)と検波回路(1)ET )
とで構成した実施例でトルクセンサ(’I’s)による
輪軸の自励振動のうち固有振動周波数成分を検出する方
式である。
第10図は第8図のディジタ/I/フィルタ回路(DF
)をアナログフィルタ回路(AF)と検波回路(DET
 )とで構成した実施例で、トルクセンサ(TS)によ
る輪軸の自励振動のうち、固有振動周波数成分を検出す
る方式である。
第9図および第10図に示す実施例においても1上記固
有振動周波数成分の振巾をその車輌速度に比例した許容
最大振巾基準(REF)と比較し上記固有振動周波数成
分が一定になるよう主電動機(TM)の引張力を制御す
ることにより、微小空転を許容しながら粘着性能を最大
限に発揮することができる電気車の制御装置を提供する
第11図は電動機制御装置として可変電圧可変周波数制
御回路(VVVF)を使用したサイリスタ可変電圧可変
周波数制御装置(TMO)を適用した場合のこの発明の
他の実施例を示し、この場合主電動機(TM)として8
相かご形誘導電動機を使用する電気車の制御装置を提供
する。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように、大空転が発生する前の
前駆現象における輪軸の自励振動の固有振動周波数取分
を検出し1この固有振動周波数取分をその車輌速度に比
例した許容最大振巾基準と比較し上記固有振動周波数成
分が一定となるよう蚤ζ電動機の引張力を制御する構成
としたので、車仲とレールとの最大摩擦係数にほぼ近い
摩擦係数を利用することができ粘着性能を最大限に発揮
することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は車輪とレールとの間の摩擦係数とすべり速度と
の関係を示す特性図、第2図ないし第4図は従来の電気
車の制御装置における全幅検知方式であるそれぞれ電圧
比較方式、電流比較方式及び速度発電機方式を示す説明
図、第6図はこの発明の一実施例におけろ電気車の制御
装置の制御ブロック図、第6図は自励振動の振巾の周波
数特性を示す特性図、第7図は車輌速度と固有振動周波
数成分の振巾との関係を示す特性図、第8図ないし第1
1図はこの発明のそれぞれ異なる他の実施例における電
気車の制御装置の制御ブロック図である。 図において、(TM)は電動機としての主電動機、(V
S)は振動検出装置、(REF)は車輌速度に比例した
許容最大振巾基準、(TMC)は電動機制御装置である
。 なお図中同一符号は同−又は和尚部分を示す。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電動機によって駆動される輪軸の自励振動におけ
    る固有振動周波数成分を検出して振動検出信号を出力す
    る振動検出装置、上記振動検出信号と上記固有振動周波
    数成分の車輌速度に比例した許容最大振巾基準とを比較
    し上記固有振動周波数成分が一定になるように上記電動
    機の引張力を制御する電動機制御装置を備えたことを特
    徴とする電気車の制御装置。
  2. (2)振動検出装置は輪軸に取り付けられ上記輪軸の自
    励振動を検出して検出信号を出力するトルクセンサと上
    記検出信号を入力して上記自励振動の固有振動周波数成
    分を取り出し振動検出信号を出力するフィルタ回路とか
    ら構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の電気車の制御装置。
  3. (3)フィルタ回路はディジタルフィルタ回路であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の電気車の制
    御装置。
  4. (4)フィルタ回路はアナログフィルタ回路と検出回路
    とから構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の電気車の制御装置。
  5. (5)電動機制御装置はチョッパ回路を使用して電動機
    の電流を制御することにより上記電動機の引張力を制御
    するチョッパ制御装置であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の電気車の
    制御装置。
  6. (6)電動機制御装置はサイリスタブリッジ回路を使用
    して電動機の電流を制御することにより上記電動機の引
    張力を制御するサイリスタ位相制御装置であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれか
    に記載の電気車の制御装置。
  7. (7)電動機制御装置は8相かご形誘動電動機の引張力
    を制御するサイリスタ可変電圧可変周波数制御装置であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項
    のいずれかに記載の電気車の制御装置。
JP59182251A 1984-08-29 1984-08-29 電気車の制御装置 Pending JPS6158404A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS563721A (en) * 1979-06-20 1981-01-16 Kunimoto Shokai:Kk Strip footing constructing method
JPS573502A (en) * 1980-06-04 1982-01-09 Hitachi Ltd Slip detecting device
JPS5813382A (ja) * 1981-07-16 1983-01-25 Tax Adm Agency 無蒸煮穀類の糖化発酵法

Patent Citations (3)

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