(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と運転指令と誘導電動機電流を入力とするトルク制御部と、前記誘導電動機の電圧と電流を入力とし、前記誘導電動機の一次角周波数とすべり角周波数から回転角周波数を演算し、これを前記トルク制御部へ出力する速度演算器を有する電気車制御装置において、前記一次角周波数と検知境界値を入力とし、前記一次角周波数に応じて出力を変化させるようにした重み関数演算器と、この重み関数演算器の出力値を積分する積分器と、この積分器の出力値と０ｆ停滞時間設定値とを比較して制御切換フラグを出力する比較器とを有し、この比較器出力を前記トルク制御部へ入力するよう構成したことを特徴とする前記電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電動機のトルクを制御する電気車制御装置に関するものであり、特に誘導電動機の一次角周波数が０付近に停滞していることを検知する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、一従来例を示すブロック図であり、同図において、１１はトルク制御部、１２は誘導電動機、１３は速度演算器、１４はＩＭ状態検出部である。
トルク制御部１１は誘導電動機電流Ｉ、回転角周波数ωｍ、トルク指令Ｔ＊と電源電圧ＶＤＣ、運転指令Ｓを入力とし、誘導電動機１２のトルクがトルク指令Ｔ＊に追従するように電圧Ｖを誘導電動機１２に出力する。速度演算器１３は誘導電動機１２の電流Ｉと電圧Ｖを入力し、一次角周波数ω、すべり角周波数ωｓ、回転角周波数ωｍを演算する。
【０００３】
しかし、運転指令Ｓが入った直後には速度演算器１３は正しい回転角周波数ωｍを演算できないため、トルク制御部１１は正しい回転角周波数ωｍが得られるまでの間はトルク制御を行なわず、例えば、印可した電流及び電圧の状態によって残留磁束や回転角周波数ωｍを推定する等の手段を実施する。このような運転指令Ｓが入った直後の回転角周波数ωｍを推定する手段を、以後起動モードと呼ぶ。
【０００４】
また、供給される電圧と電流から誘導電動機１２の回転角周波数ωｍを演算できる理由については、誘導電動機１２の定常状態の下記特性方程式（１）、（２）から以下のように説明できる。
ここで、式中の一次電圧Ｖ１ 、一次電流Ｉ１ 、二次電流Ｉ２ はすべてベクトルであり、Ｒ１ は一次抵抗、Ｒ２ は二次抵抗、Ｌ１ は一次インダクタンス、Ｌ２ は二次インダクタンス、Ｍは相互インダクタンス、ωは一次角周波数、ωｓはすべり角周波数である。
Ｖ１＝（Ｒ１＋ｊωＬ１）Ｉ１＋ｊωＭＩ２    …（１）
０＝ｊωｓＭＩ１＋（Ｒ２＋ｊωｓＬ２）Ｉ２…（２）
上記（１）式より一次電圧Ｖ１ 、一次電流Ｉ１  が決まれば二次電流Ｉ２ が決まり、（２）式よりすべり角周波数ωｓが求められる。よって誘導電動機１２の回転角周波数ωｍは下記（３）式により求めることができる。
ωｍ＝ω−ωｓ…（３）
【０００５】
ところが、このようにして誘導電動機１２の回転角周波数ωｍを演算する場合、一次角周波数ωが０の時には、（１）式より二次電流Ｉ２ を求められなくなり、回転角周波数ωｍを演算できない状態となる。そして、この状態が継続すると、実際の回転角周波数との誤差が漸増してトルク制御ができなくなる。
従って、この時には運転手が加速の異常を判断して、再起動の操作を行う必要があった。
【０００６】
次に、ＩＭ状態検出部１４は一次角周波数ωと検知一次角周波数ωｘと０ｆ停滞時間設定値ｔ０を入力し、制御切換フラグＦを出力する。図５はＩＭ状態検出部１４の構成例を表す図であり、同図において、１９は停滞検知部、２０はタイマー部、１８は比較器である。
停滞検知部１９は、一次角周波数ωと検知一次角周波数ωｘを入力し、−ωｘ＜ω＜ωｘ領域でＡ＝１、ω≦−ωｘまたはω≧ωｘ領域でＡ＝０となる周波数帯域フラグＡを出力する。
タイマー部２０は、周波数帯域フラグＡを入力し、停滞時間Ｔωを出力する。タイマー部２０では、Ａ＝１においては、Ａ＝１となっている時間を停滞時間Ｔωとして出力する。また、Ａ＝０においては、停滞時間Ｔωを０にクリアする。
比較器１８は、停滞時間Ｔωと０ｆ停滞時間設定値ｔ０を入力し、制御切替フラグＦを出力する。Ｔω＜ｔ０であれば、Ｆ＝０とする。ＴωＧ≧ｔ０であれば、Ｆ＝１とする。なお、運転指令Ｓが無い状態および前記起動モードでは、ＩＭ状態検出部１４の処理は行わず、制御切替フラグＦは０とする。
【０００７】
図５に示した構成とすることにより、一次角周波数ωが−ωｘ＜ω＜ωｘの状態が時間ｔ０持続したら、Ｆ＝１になる。
従って、運転指令Ｓが入った状態で、前記制御切換フラグＦが１になると、トルク制御を中断して、前記起動モードを実行した後に、トルク制御を実行することになり、運転手の判断と操作に頼らずに再起動することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来技術には、以下の問題点がある。
トルク指令Ｔ＊が小さい場合には、誘導電動機１２の加減速度が小さく、誘導電動機１２が正常に加減速しても、一次角周波数ωが０付近に滞在する時間が長くなり、ＩＭ状態検出部１４によって制御切替フラグＦが１になる場合がある。この時、もし電気車が坂道にいれば、トルク制御を中断しているときには電気車は後退する。再度トルク制御を開始すると電気車は前進するが、加速が小さく再び制御切替フラグＦが１になる。以上のように、トルク制御の実施、中断を繰り返して、電気車が前進と後退を繰り返すことになる可能性があった。
【０００９】
一次角周波数ωの絶対値が設定された検知一次角周波数ωｘ以下の場合に、設定された検知時間ｔ０毎に制御切換フラグＦを１とするのであるが、一次角周波数ωがωｘを挟む形で０．５／ｔ０より大きい周波数リップルを持って停滞している場合には、制御切換フラグＦは１にならない。この時、電気車は加減速できていないにもかかわらず、制御切替フラグＦは１にならないので、運転手の判断と操作に頼ることになる。
【００１０】
〔課題を解決するための手段〕本発明は、上述の問題点を解決するために考案されたもので、誘導電動機の電圧と電流を入力とし、誘導電動機の一次角周波数とすべり角周波数から回転角周波数を演算し、前記トルク制御部へ出力する速度演算器を有する電気車制御装置において、前記一次角周波数と検知境界値を入力とし、前記一次角周波数に応じて出力を変化させるようにした重み関数演算器と、この重み関数演算器の出力値を積分する積分器と、この積分器の出力値と０ｆ停滞時間設定値とを比較して制御切換フラグを出力する比較器とを有し、この比較器出力を前記トルク制御部へ入力するよう構成する。
【００１１】
以上の構成により、一次角周波数ωが０付近で停滞していることを検知することができ、さらに、一次角周波数毎に重みを付ける重み関数演算器により、一次角周波数毎に停滞検知するまでの時間を可変することができる。
さらに、重み関数演算器の正領域の面積が誘導電動機の最小加速度に対応するので、最小加速度を基に重み関数演算器の形状を決めることができる。
その結果、最小加速度以上での正常加速中に制御切替フラグＦが１になることはない。
また、重み関数演算器の出力値ωＧを積分しているので、検知境界値ω０付近の重み関数演算器の出力値を工夫することにより、一次角周波数ωが検知境界値ω０を中心にリップルを含んでいても、検知可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例を示すブロック図であり、同図において、図４と同一番号のものは、同一ブロックを表わし、１５は０ｆ停滞検知器である。
以下に、図１の０ｆ停滞検知器１５について詳述する。
０ｆ停滞検知器１５は、速度演算器１３から出力される一次角周波数ωを入力し、さらに検知境界値ω０と０ｆ停滞時間設定値ｔ０を入力して、一次角周波数ωが停滞していることを示す制御切替フラグＦを出力する。
【００１３】
図２に、０ｆ停滞検知器１５の構成ブロック図例を示し、同図において、１６は重み関数演算器、１７は積分器、１８は比較器である。
図３は、重み関数演算器１６の一演算例を示す図であり、０ｆ停滞検知器１５の動作例を図２と図３を用いて説明する。
重み関数演算器１６は、一次角周波数ωと検知境界値ω０を入力し、例えば図３に示す関数で停滞度ωＧを演算する。重み関数演算器１６は、一次角周波数ωに対し、重み（停滞度ωＧ）を割り当てている。
図３では、一次角周波数ω＝０に一番重みを置き、停滞度ωＧ＝１という値を出力する。停滞度ωＧの値は、一次角周波数ωが０から−ω０及びω０に近づくにつれ減少する。そして、一次角周波数ωが−ω０からω０の間を外れると、滞度ωＧは０となる。
【００１４】
積分器１７は、停滞度ωＧを積分して、停滞時間Ｔωを演算する。停滞度ωＧが図３で示す関数で演算されていれば、一次角周波数ωが−ω０からω０の間では、停滞時間Ｔωは徐々に大きくなる。特に、一次角周波数ωが０であれば、停滞時間Ｔωの増加率は最大である。一次角周波数ωが−ω０からω０の間から外れていれば、停滞時間Ｔωは保持される。
比較器１８は、停滞時間Ｔωと０ｆ停滞時間設定値ｔ０とを比較する。
Ｔω＜ｔ０であれば、誘導電動機周波数停滞と判断せず、出力Ｆ＝０とし、Ｔω≧ｔ０であれば、誘導電動機周波数停滞と判断し、出力Ｆ＝１とする。
【００１５】
上述の図２と図３による説明をまとめると、一次角周波数ωが０に停滞しているとき、周波数停滞検知器１５による制御切替フラグＦが１（誘導電動機周波数停滞と判断する）となるまでの時間が最も短くなり、ｔ０となる。
そして、一次角周波数ωが０から−ω０及びω０に近づくにつれて、周波数停滞検知器１５による制御切替フラグＦが１（誘導機周波数停滞と判断する）となるまでの時間が長くなる。そして、一次角周波数ωが−ω０からω０の間から外れていれば、周波数停滞検知器１５による制御切替フラグＦが０（誘導機周波数停滞と判断せず）となる。
【００１６】
周波数停滞検知器１５を図２のように構成し、重み関数演算器１６の出力である停滞度ωＧを図３のように一次角周波数ωにより変化させれば、一次角周波数毎に停滞検知するまでの時間を変えることができる。
誘導電動機１２が−ω０からω０まで等加速度で加速したとき、重み関数演算器１６の正領域の面積（これをＧＳとする）が０ｆ停滞時間設定値ｔ０以上ならば制御切替フラグＦが１となり、ＧＳ＜ｔ０ならば制御切替フラグＦは０のままである。
すなわち、誘導機１２の加速度がＧＳ／ｔ０以下ならば制御切替フラグＦが１となり、ＧＳ／ｔ０より高ければ制御切替フラグＦは０である。これは、重み関数演算器１６の正領域の面積により最小加速度が決まることを示している。
逆に言えば、最小加速度を決めて重み関数演算器１６の形状を決めることができる。その結果、最小加速度以上での正常加速中に制御切替フラグＦが１になることはない。
また、何らかの原因で、一次角周波数ωが検知境界値ω０付近でリップルを持って停滞した場合でも、重み関数演算器１６を図３のようにすることにより、停滞時間ＴωＧは徐々に大きくなり、制御切替フラグＦを１にすることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明によれば、誘導電動機の一次角周波数が０付近に停滞していることを最短時間で検知することができ、実用上大いに有用である。
また、重み関数演算器の演算方法を変えることによって、一次角周波数毎に停滞検知するまでの時間を可変することもできるだけでなく、重み関数演算器の正領域の面積が最小加速度となるので、この最小加速度を基に重み関数演算器の形状を決めれば、正常加速中に制御切替フラグを出力することが無くなる。
なお、一次角周波数がリップルを含んで検知境界値付近に停滞している場合においても、周波数停滞検知可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の０ｆ停滞検知器の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の重み関数演算器の一演算例を示す図である。
【図４】図４は、一従来例を示すブロック図である。
【図５】図５は、一従来例のＩＭ状態検出部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１・・・・・・トルク制御部
１２・・・・・・誘導電動機
１３・・・・・・速度演算器
１４・・・・・・ＩＭ状態検出部
１５・・・・・・０ｆ停滞検知器
１６・・・・・・重み関数演算器
１７・・・・・・積分器
１８・・・・・・比較器
１９・・・・・・帯域検知部
２０・・・・・・タイマー部
ＶＤＣ・・・・入力電圧
Ｓ・・・・運転指令
Ｔ＊・・・・トルク指令
Ｖ・・・・電圧
Ｉ・・・・電流
ω・・・・一次角周波数
ωｍ・・・・回転角周波数
Ｆ・・・・制御切替フラグ
ωｘ・・・・検知一次角周波数
ω０・・・・検知境界値
ｔ０・・・・０ｆ停滞時間設定値
ωＧ・・・・停滞度
Ｔω・・・・停滞時間
Ａ・・・・周波数帯域フラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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