JPS63305707A - チヨツパ制御方式 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄道車両などのチョッパ駆動に関し車輪の空
転滑走を防止し、車輪とレールの粘着力の限界まで引張
力を向上し、良好な加速特性を得るのに好適なチョッパ
制御方式に関する。

〔従来の技術〕

一般に直流電動機をチョッパ駆動する場合、通常は定加
速度を得るため、定電流制御を行なっているが、車軸が
空転滑走した場合でも、その定電流制御を続けるため、
それを抑制するために、空転滑走を検出し、指令を抑制
する方法が採用されている。その検出手段としては、複
数の車軸モータの差電圧、あるいは速度差、あるいは非
駆動軸との速度差により空転滑走を検出し、それでもっ
て指令電流を減じる方法が採用されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の従来技術は、空転滑走を電圧、あるいは速度差で
検出するため、軸輪径の誤差、あるいは検出時の誤差に
伴なっである量の不感帯を設けなければならず、一定量
以上の空転がなければ検出されないため、制御に遅れが
生じると共に、微小な空転は検出できないという問題が
あった。

本発明の目的は、従来方式における制御遅れを取り除い
て、空転滑走に対する高い応答性を実現し、空転抑止の
向上を図ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

車輪に空転滑走が発生すると、電圧制御を行なっている
場合、モータの回転速度が上昇すると共に電機子の逆起
電力が大きくなり、モータの印加電圧が低下するため、
電機子電流は減少し、空転を防げる方向に働く、シかし
、車両用として用いる場合には、定態減速度を得るため
にチョッパ装置により定電流制御を行なっていることか
ら、系としては空転が発生して電流が減少しても、制御
系がその変化を補償し定電流に維持するため、結果とし
て空転の緩和はされない、空転を抑制するには、何らか
の方法で空転を検出し、それに見合う分だけ指令電流値
を絞り、それを実現するよう電圧を制御し、空転速度を
低下させ、粘着力を大きくする必要がある。

そこで、定態減速度を得るための電流制御に加え、電圧
制御を併用して行ない空転発生時には電機子電流が低下
するようにすると共に、電機子電流の低下から空転を検
出して指令電流値の絞り量を算出する。また、電圧制御
における電機子印加電圧には車輪径誤差等による誤差が
あるが、これを非常にゆっくりとした時間で行なう、前
述した問題点は以上の手段により達成される。

〔作用〕

直流電動機の電機子誘起電圧Ｅ８はモータ回転速度Ｖ、
と界磁束Φ１の積に比例し、１．ａ＝Ｋｔ・Ｖ、・Φｌ
と書ける。所要の加速度を得るための電流値Ｉａｐを実
現するモータへの印加電圧Ｅ、は、この電機子誘起電圧
Ｅａに電機子抵抗Ｒａによる電圧降下を電流指令値Ｉａ
ｐで推定した値Ｒａ・Ｉａｐを加えたものになる。

すべての値に誤差がなければ上記Ｅ１を加えれば所望の
電流値Ｉａｐを得ることができるはずであるが、車速度
検出時における車輪径誤差、電機子抵抗の温度依存性、
等の誤差により、Ｅ、をそのまま印加してもＩａｐを得
ることはできない。

印加電圧Ｅ、の補正を、所望の電流値Ｉａｐと実際の電
機子電流の検出値Ｉａとの差を用いて、誤差は定常的な
値であるから、緩慢に行なう、この補正値を、Ｅ、′　
とする。

電機子印加電圧をＥ　ｍ’　　にする制御を行なうこと
により、空転発生時にはモータ回転速度が上昇して電機
子電流が低下し、これにより空転の検出が行える。また
、車輪径等による誤差補正を定常的な値であるとして緩
慢に行なっているため、空転検出時の不感帯を設ける必
要がなく、空転発生に即応することができる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明す
る。第１図は、鉄道車両のチョッパ駆動を例とした、駆
動系全体の構成を示したものである。

第１図の構成において、電流指令発生部５は、外部より
与えられる荷重Ｗの情報に基づいて、指令電流工ａｐを
発生し、電機子制御部６．および界磁制御部７に与える
。車輪９に付けられた速度検出器８による検出速度Ｖｔ
により、電機子制御部６は与えられた指令電流Ｉａｐに
対して、モータ電機子電流Ｉａを検出し、ＩａがＩａｐ
と等しくなるようチョッパ３の通流率ｒａを制御し、そ
のｒａに従ってモータ電機子１に電圧ＥＩＩを印加し、
電機子電流を制御する。また、空転制御部１０では、電
機子電流指令値ＩＪＩＦと、電機子制御部１とから、後
述する方法により、１！様子電流指令の絞り量Ｉｓｐを
算出する。

一方、界磁制御部７は、指令電流Ｉａｐおよび。

電機子電流Ｉａに基づいて最適な界磁電流を計算し、界
磁チョッパ４に対して通流率ｒｘ　を与え、モータ界磁
２に対し所望の界磁電流Ｉｚ　を得るよう制御する。さ
らに電機子制御におけるチョッパの通流率ｒａの値によ
って界磁電流を調整し、電機子通流率ｒａが制限を越え
ないようにする。

定加速度を得るために電流制御を行なう場合には、モー
タによって駆動されている車輪に空転が発生した場合、
電機子誘起電圧は上昇し、それに従って電機子電流１．
は低下するが、電機子制御系は定電流制御のためそれを
補償し、　ＩＪＬが指令通りになるよう印加電圧Ｅ、を
上昇させ、結果として工、は一定となる。ところが一般
に、車軸が空転すると、車輪とレールの間の摩擦係数が
低下し、さらに空転の度合いが大きくなる。したがって
、空転の発生と共に電流を減らし、トルクを減らさなけ
れば、その空転を止めることはできない。

本発明は、そのために電機子制御部６にモータによって
駆動されない車軸軸（非駆動軸）より列車速度Ｖ↑を検
出し取り込むことによって、電機子印加電圧Ｅ、の空転
の起らなかった場合に必要とされる値を計算し、その電
圧以下に電機子電圧を制限すると共に、その結果低下す
る電機子電流から空転を検出し、電機子電流を低下して
、空転を抑制するものである。以下、空転を防止するた
めの具体的手段について説明する。

第２図は１本発明の一実施例における直流分巻電動機の
電気回路を示したもので、電機子には、回転速度Ｖ　ａ
　１界磁束Φｌの積に比例した誘起電圧Ｅ、が発生し、
印加電圧Ｅ、どの差とその内部抵抗Ｒ１によって決まる
電流Ｉｔが流れる。今、仮に印加電圧ＥＩＩを一定とし
た場合、モータの回転速度Ｖ、が上昇すると電機子電流
Ｉ＆は低下するが、一般に電機子抵抗Ｒ＆は損失を少な
くするため極めて低く、若干の速度変化でもＩａは急激
に変化する。これはいわゆる分巻特性と呼ばれるもので
、電圧を一定としておけば空転が発生しても電流が減少
し、定速度に保たれる特性を持つ。

第４図は、それを実現する球めの電機子制御部６の詳細
を示したものである。

第４図において、電機子電流制御部６２では、電機子電
流を帰還し、その値が電機子電流指令値になるようにモ
ータ印加電圧Ｅ１１を算出する。

一方、電機子電圧制御部６１は界磁電流■、により界磁
特性曲線を用いて界磁束Φｉの推定値Φｌ′　を算出し
、速度検出ｌ１８によって得られる列車速度ＶＴおよび
指令電流Ｉａｐおよび電機子抵抗Ｒａにより次式によっ
て所要電機子電圧Ｅ　、　ｔを算出する。

Ｅｓ’　”Ｋｔ’Φｆ′　・Ｖｒ＋　Ｉ　ａｔ　”　Ｒ
ａ　　　・・・（１）今、仮にすべての値に誤差がなけ
れば、このＥ　、　Ｉ　　を電機子に印加すれば電機子
電流工１は所要の値Ｉａｐと等しくなる筈であるが、車
速度検出においては、検出軸の車輪径とモータ駆動軸の
車輪径誤差、電機子抵抗の巻線温度依存性など諸々の誤
差があり、ここで求めたＥ　ｓ’そのものでモータを駆
動することはできない。

そこで電機子電圧制御部６１は１式（１）で算出した電
圧Ｅ、に、電圧誤差補正部６３で算出した補正項Ｅｓｃ
を加えて指令値Ｅａ’として出力する。

電圧誤差補正部６３では、電機子電流指令ＩＪＩＦと電
機子電流工、との差を算出する。補正値はこれに比例し
た値とするが、ある限界値を設け、その値以上は誤差と
みなさずに本質的な差であるとし、限界値以上の補正は
行なわない、また、補正値の出力は、十分長い時定数を
もって行なうものとし、具体的には十分長い時定数によ
った１次遅れによって行なうものとする。これは、ＥＩ
Ｉｃは誤差の補正であり、この誤差は急に変化するもの
ではないからである。

ゲートパルス出力部６４では、ＥｍｇＥ％　　の両者を
比較し、その値の小さい方によりチョッパ通流率ｒａを
決定する。

以上のような電圧制御と電流制御を併用した方式のもと
では、空転が発生し車軸速度が上昇した場合、電圧制御
によれば定電圧に保たれるため電機子電流は減少するが
、電流制御によれば電機子電流を一定値に保つため印加
電圧を増加させるが、ゲートパルス出力部６４により両
者の電圧指令の低位がとられるため、電圧制御が有効に
なり電圧は一定に保たれ、電機子電流は低下する。この
電圧制御自体、空転の抑制に有効であるのだが、空転量
が多い場合には再粘着を起こすまでには至らない、再粘
着のためには、電機子電流指令を直接絞る必要がある。

第３図は、その電機子電流指令の絞り量の算出方法を示
すブロック図である。

第３図において、まず電機子電流絞値Ｉａｐと電機子電
流検出値工１との差ニーを作る。リミッタ−３７により
その値ニーが正であれば定格電流値ｒａｎで制限した値
を、負であれば０を、Ｉ　ｓｐａとする。一方、スイッ
チ３３によりニーが定格電流の１％（Ｉ−ｎ）を越えた
場合、電機子電流指令値の１０％を、越えない時にはＯ
を、Ｉｓｐ＊とする。

この２つの値Ｉ　ｓｐｎとＩ□１の和を、ゲインＧ、、
。

時定数Ｔｓｐである１次遅れ３２を通した値を電機子電
流の絞り量Ｉｘｐとする。ここでのパラメータＧｓｐｇ
　Ｔｓｐは制御対象とする電動機により変わってくるが
１時定数Ｔｉｐは空転発生に即応する必要から前記の電
機子印加電圧補正の時定数よりも小さい値を設定する必
要がある。

〔発明の効果〕 本発明によれば、車輪径誤差、電機子抵抗誤差による電
圧誤差を定常的な値として補正しているため、従来のよ
うな空転検出における不感帯を設けずに空転の検出がで
きるため、車輪の粘着力の限界までトルクを高めること
ができ、車両の加速性能が向上し、性能、経済性の上で
、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるシステム構成ブロッ
ク図、第２図は分巻モータの等価回路。 第３図は本発明の一実施例における電機子電流絞り量計
算のブロック図、第４図は本発明第１図に示した実施例
の電機子制御部の詳細ブロック図を示す。 １・・・電機子、２・・・界磁、３・・・電機子チョッ
パ、６弄　１　図 １卓輌 茅２図 工ａ ＊５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車両等を駆動する直流電動機のチョッパ制御方式に
   おいて、所要の加速度を得るのに必要な電機子電流指令
   値を算出し、電機子電流検出値を帰還して該電機子電流
   指令値となるように電流制御系による電機子印加電圧指
   令値を算出すると共に、車軸より検出した車速と、電動
   機の界磁電流より電機子誘起電圧を算出し、電機子抵抗
   及び電機子電流により電機子による電圧降下分を算出し
   、該電圧降下分を前記電機子誘起電圧に加えることによ
   り電圧制御系による電機子印加電圧指令値を算出し、電
   機子電流指令値と電機子電流検出値とから該電圧制御系
   による電機子電圧指令値の補正を行ない、前記電流制御
   系による電機子印加電圧指令値と前記電圧制御系による
   電機子印加電圧指令値の補正された値との低位優先によ
   り電機子チョッパの通流率を制御することを特徴とする
   チョッパ制御方式。 ２、第１項記載のチョッパ制御方式において、前記電機
   子電流指令値と前記電機子電流検出値とから電機子電流
   指令の低減量を算出することを特徴とするチョッパ制御
   方式。