KR950015169B1 - 유도전동기식 전기차의 제어장치 - Google Patents

유도전동기식 전기차의 제어장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

유도전동기식 전기차의 제어장치
제1도는 본 발명의 일실시예를 표시한 유도전동기식 전기차 제어장치의 블록도.
제2도 및 제3도는 제1도에 의한 전기차 특성의 설명도.
제4도는 본 발명에 의한 다른 실시예의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6 : VVVF 인버터 7,8 : 3상유도전동기
9,10 : 속도센서 11,12 : 변류기
16 : 최대치검출회로 17 : 전류패턴회로
23 : 전류패턴보정회로
본 발명은 유도전동기 전기차의 제어장치의 개량에 관한 것이다.
유도전동기식 전기차는 직류를 입력하고 가변전압, 가변주파수의 3상교류로 변환하는 인버터와, 이 인버터에서 급전되는 복수의 3상유도전동기를 구비하고, 이들의 유도전동기에 의하여 전기차를 구동한다.
인버터의 출력(동작) 주파수(fINV)는 유도전동기의 회전속도(전기차속도)에 상당한 주파수(fr)에 슬립주파수(fs)를 가감산하여 설정되는 것이 보통이다.
또 인버터의 출력전압(V)에는 상기 인버터 주파수지령(fINV)에 비례한 지령을 부여하고 있다.
여기에서 슬립주파수(fs)는 토오크요구에 응한 기본지령(fsp)가 설정되어 있고, 이것을 전류제어계의 출력에 의하여 보정한다.
이 전류제어계에 부여한 전류지령은 최소한 인버터의 가변전압 가변주파수(VVVF)영역에서는 일정치이고, 정전압가변주파수(CVVF)영역에서는 후술하는 2종의 방식이 있다.
이 전류지령에 대하여 귀환하는 전동기 전류치로서는 복수의 전동기 전류의 평균치를 사용하는 것외에 복수의 전동기전류의 최대치를 사용하는 것이 있다.
특히 재점착성능을 중시할 경우에는 최대 전류제어계로 하는 것이 바람직하다.
이에 의하면, 일부의 동륜에 공전이 생겨서 이 공전축에 연결된 전동기의 전류가 감소되었다 하여도 최대 전류를 검출하고 있기 때문에 일부 공전에 영향되지 않는다.
이 때문에 전류를 함부로 증대시켜서 토오크를 증대시키는 일없이 공전축을 재점착시킬 수 있는 것이다.
이러한 제어계에 대하여서는 예를 들면 제18회(1981년 11월) 철도에 있어 사이버네덱스 이용 국내 심포지움 논문집(일본철도 사이버네덱스 협의회) NO. 423[교류 전기기관차의 PWM 제어방식의 개발] P245-249의 특히 제6도와 그 설명에 개시되어 있다.
그런데, 이 최대전류제어계를 구비한 유도전동기식 전기차에 있어서는 소정의 토오크가 얻을수 없는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 최대제어전류계를 구비한 전기차에 있어서, 토오크 제어성능을 향상하고 소망의 전기차 특성을 실현하는 유도전동기식 전기차의 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 어느 일면에 있어서는 적어도 인버터의 가변전압 가변주파수(VVVF)영역에 있어서 전동기 전류지령을 인버터 동작주파수 또는 전기 차속도에 상단한 신호의 함후로 하여 증가시키는 수단을 설정하였다.
또한 본 발명의 다른 일면에 있어서는 적어도 인버터의 VVVF영역에 있어서, 인버터 동작주파수의 함수로서의 인버터출력 전압지령을 보정하는 수단을 설정한다.
복수의 유도전동기가 연결된 각기의 차륜간의 차륜경의 오차는 어느정도 피할수 없는 것이다.
이 차륜경차에 의한 각 전동기의 회전주파수차는 전기차의 속도증대와 함께 커지게 된다.
한편, 동일 인버터에서 급전되는 복수의 유도전동기의 주기속도는 동일하기 때문에 각 전동기간의 슬립주파수차가 커지게 되어 토오크 언밸런스도 커진다.
이때 최대전루제어계는 가장 커다란 토오크를 부담하고 있는 전동기의 전류를 소망치에 제어하고 있고, 전기차의 속도가 높아질수록 기타의 전동기의 토오크가 감소하여 전체토오크가 저하하려고 한다.
그리하여 인버터 동작주파수 또는 전기차속도의 함수로 하여 전동기 전류를 증가시키는 것에 의하여 차륜경차에 의한 전체토오크의 감소를 방지하고, 정토오크 특성을 개선한다.
또 다른 수법으로서는 인버터 동작주파수의 함수로서의 인버터출력 전압지령을 소정비율로 보정하는 것에 의하여서도 인버터의 VVVF 영역에 있어 정토오크 특성의 개선이 가능하다.
이하 본 발명의 일실시예를 제1도에 의하여 설명한다.
제1도에 있어서 1은 직류가선, 2는 팬타그래프, 3은 단류기, 4는 필터리엑터, 5는 필터콘덴서, 6은 VVVF 인버터이다.
7, 8은 3상유도전동기이다.
9, 10은 상기 유도전동기의 회전수를 검출하는 속도센서이다.
11, 12는 상기 유도전동기의 일차전류를 검출하는 변류기, 13은 속도연산회로, 14,15는 기본파 전류검출회로, 16은 최대치검출(고위우선)회로, 17은 상기 유도전동기의 1차전류치를 지령하는 전류지령 발생회로이다.
18은 전류지령(Ip)와 전동기전류 최대치(IMmAX)를 비교하여 편차(ΔI)를 연산하는 비교회로, 19는 전류제어기이다.
20은 슬립주파수 설정치(fsp)를, 전류제어계의 출력으로 보정하여 슬립주파수(fs)를 얻는 보정회로이다.
21은 전동기의 회전주파수(fr)에 슬립주파수(fs)를 가감산하는 가감산회로이고, 역행(力行)시에는 가산회로로, 희생브레이크시에는 감산회로가 된다.
22는 fr±fs 즉 인버터주파수(fINV)를 입력으로 하여, 전동기 전압(V)를 출력시키기 위한 변조도(r)지령회로이다.
23은 전류지령 보정회로이며, 전기차 속도를 대표하는 전동기 회전주파수(fr)와, 복수동륜간의 차륜경차(ΔWD), 역행지령(24) 및 희생제등 지령(25)를 입력하고, 전류지령보정치(ΔIp)를 연산한다.
제1도의 구성에 있어서 동작의 개요를 설명한다.
전기차의 운전지령은 도시하지 않은 주간제어기에 의하여 지령된다.
지금 역행닛치가 들어갔다고 하면 전류지령발생기(17)이 전류지령(Ip)를 지령하고, 전류제어기(19)가 작용하여 슬립주파수 보정치(Δfs)를 출력한다.
인버터(6)은 그 출력전압(V)대 출력주파수(f)의 비 V/f=일정이 되도록 하는 모우터전압(V)를 출력하는 모우터에 토오크를 발생시킨다.
모우터 전류의 피이드백은 상술한 바와 같이, 기본파 검출회로(14) 및 (15)와 최대치검출(고위우선)회로(16)에 의하여 실행된다.
전기차가 가속하는데 따라 속도(fr)에 대응한 전류패턴(Ip)가 발생하고, 소정의 토오크 제어가 된다.
여기에서 본 발명의 요부가 되는 전류패턴 보정회로(23)에 대하여 설명한다.
VVVF 인버터(6)의 제어는 고정도의 연산이 필요하므로 마이크로 프로세서를 제어증차에 사용하기 때문에 여러 가지 연산을 시키는 것이 비교적 용이하다.
따라서 각 모우터측의 차륜경차는 전기차기 타행(넛치오프)하고 있을 때, 동륜답면의 속도(동륜의 주속도)가 같으므로, 각축 회전수를 독해하면 용이하게 구할 수가 있다.
속도연산부(13)은 타행시에 복수차륜간의 차륜경차(ΔWD)를 구한다.
보정회로(23)에서는 이러한 차륜경차(ΔWD)에서 보정계수 K를 구한다.
그리고 회전주파수(fr)가 예정회전주파수(fr1) 이하 즉 fr≤fr1에서는 ΔIp=kfr를 연산하고, 회전주파수(fr)가 예정회전수(fr1)를 초과하면 영역 즉 fr＞fr1에서는 ΔIp=kfr1를 연산하여 전류지정 발생기(17)에 출력한다.
이와 같은 기능을 설치하므로서 최대치 검출방식을 취하면서 전체토오크의 감소를 억제할 수 있다.
제2도 및 제3도는 차륜경차가 있을 경우의 전압, 전류 및 토오크 특성의 설명도이다.
우선 제2도는 정전압 가변주파수(CVVF) 영역의 속도(fr1)까지 정토오크 제어하는 경우를 표시하고 있고, 전압(IM)는 VVVF 영역을 지나면, 속도(fr)에 비례하여 증대시키는 제어를 하고 있다.
여기에서 복수의 동륜간에 차륜경차가 있으면 전동기 전류(IM)의 최대치를 파선(IMO)가 되도록 제어하면 총합 토오크는 파선(TO)로 표시한 바와 같이 속도(fr)의 증가에 따라 감소돼 버린다.
즉 차륜경이 작은 차륜에 연결된 전동기 예를 들면 8의 회전수 fr(8), 차륜경이 최대인 차륜에 연결된 전동기 예를 들면 7의 회전수 fr(7)과의 차 fr(8)-fr(7)은 고속이 될 수록 크게 된다.
따라서 전동기(7)의 슬립주파수 fs(7)=fINV-(fr)(7)≒ 일정에 비교하여 전동기(8)의 슬립주파수 fs(8)=fINV-(fr)(8)은 고속이 될 수록 작아져버린다.
이 때문에 최대전류를 유입하고 있는 차륜경 최대의 차륜에 연결된 전동기 예를 들면 7이외의 전동기의 토오크는 각기 감소되는 것이다.
그리하여 차륜경차(ΔWD)에서 보정계수(K)를 구하여 상술한 전류지령보정치(ΔIp)를 가산하여 전동기 최대전류가 실선(IM1)이 되도록 제어하면, 총합 토오크는 실선(T1)로 표시한 바와 같이 진정하게 일정한 토오크가 된다. 제3도는 정토오크 영역, 정출력영역 및 모우터의 특성 영역으로 제어를 하는 케이스 이다.
이 경우에는 보정은 상술한 바와 동일하게 실행할 수 있어 도시한 바와 같이 전기차의 토오크 특성(T1)을 얻을 수 있다.
더우기 상기 실시예에서는 속도(fr1) 이하에서의 전류보정치(ΔIp)를 ΔIp=kfr로 하여, 직선상태에 변화하는 특성으로 하였지만 이것은 제어의 간편성을 중시한 것으로서 바람직하게는 속도(fr)의 증대에 대하여 약간의 포화 특성을 가진다.
즉, 보정계수(K)자체가 속도(fr)의 증가에 따라 약간 감소하고, 약간 선형의 전류곡선(IM1)으로 한다.
즉4도는 본 발명에 의한 타실시예의 유도전동식 전기차 제어장치의 블록도이다.
제1도와 상이한 점은 전류지령 보정회로(23)에 대신하여 전압지령 보정회로(26)을 설치한 것이다.
이 예에서는 인버터(6)이 VVVF 영역에 있을때에만 보정효과를 얻을 수 있는 것이다.
본 발명에 의하면, 재점착성이 높은 최대전류 제어방식을 채용하면서 속도의 증대에 따른 전체토오크의 가소를 보정할 수가 있으므로 가속성능이 양호한 유도전동기식 전기차의 제어장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 가변전압 가변주파수의 인버터와, 이 인버터에 의하여 급전되어 각각 상이한 차륜에 연결된 복수의 유도전동기와, 이들의 전동기전류를 각각 검출하는 수단과, 이들 전동기전류의 최대치를 검출하는 수단과, 전동기 전류지령을 발생하는 수단과, 상기 전동기전류의 최대치를 상기 전류지령에 추종시키는 전류제어계를 구비하고 상기 인버터의 동작주파수 또는 전기차 속도에 상당한 신호의 함수로서 상기 전동기전류 지령을 증가시키는 수단을 설정한 유도전동기식 전기차의 제어장치.
  2. 가변전압 가변주파수의 인버터와, 이 인버터에 의하여 급전되는 각각 상이한 차륜에 연결된 복수의 유도전동기와, 이들의 전동기전류를 각각 검출하는 수단과, 이들의 전동기전류의 최대치를 검출하는 수단과, 전동기 전류지령을 발생하는 수단과, 상기 전동기전류의 최대치를 상기 전류지령에 추종시키는 전루제어계와, 이 전류제어계의 출력에 상응하여 슬립주파수를 조정하는 수단과, 전기차의 속도 또는 그것에 상당한 신호에 상기 슬립주파수 신호를 가감산하여 인버터 동작주파수를 지령하는 수단과, 이 인버터 동작주파수 지령의 함수로서 인버터출력 전압지령을 발생하는 수단을 구비하고 상기 인버터의 가변전압 가변주파수 영역에서 인버터의 동작주파수의 함수로서의 인버터출력 전압지령을 보정하는 수단을 설정한 유도전동기식 전기차의 제어장치.
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