(57)【要約】【課題】  速度センサレスベクトル制御で電動機を駆動する際にも電気車の停止間際に電動機の逆転を防止でき、乗り心地を向上できる電気車制御装置を提供することである。【解決手段】  電動機の速度を検出するための速度センサを用いない速度センサレスベクトル制御により電動機を制御する場合、電動機のブレーキ時に、ＶＶＶＦインバータ１５にゲート信号を出力するＰＷＭゲート演算部１４へのインバータ周波数ｆｉ’が負の値にならないように、ブレーキ時インバータ周波数制限部１６は、速度センサレスベクトル制御演算部１３からのインバータ周波数ｆｉを制限する。これにより、電動機停止間際でインバータ出力電圧の相順が入れ替わらないようにして、電動機１２の逆転を防止し停止間際の乗り心地を向上させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車駆動用の電動機の速度を検出するための速度センサを有さないで前記電動機をＶＶＶＦインバータによりベクトル制御する電気車制御装置において、前記電動機のトルクパターンを演算するトルクパターン演算部と、前記トルクパターン演算部で演算されたトルクパターンに基づいてインバータ周波数を出力する速度センサレスベクトル制御演算部と、前記速度センサレスベクトル制御演算部からのインバータ周波数に制限を加え負の値のインバータ周波数を出力しないようにするブレーキ時インバータ周波数制限部と、前記インバータ周波数制限部を通したインバータ周波数に基づいてＶＶＶＦインバータにゲート信号を出力するＰＷＭゲート演算部とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
電気車駆動用の電動機の速度を検出するための速度センサを有さないで前記電動機をＶＶＶＦインバータによりベクトル制御する電気車制御装置において、前記電動機のトルクパターンを演算するトルクパターン演算部と、前記トルクパターン演算部で演算されたトルクパターンに基づいてインバータ周波数を出力する速度センサレスベクトル制御演算部と、前記速度センサレスベクトル制御演算部からのインバータ周波数に基づいてＶＶＶＦインバータにゲート信号を出力するＰＷＭゲート演算部と、前記速度センサレスベクトル制御演算部からのインバータ周波数がゼロとなったところで前記ＰＷＭゲート演算部にゲートオフ指令を出力するインバータゲートオフ指令出力部とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車駆動用の電動機の速度を検出するための速度センサを有さないでベクトル制御を行う電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車駆動用の電動機の速度を検出するための速度センサを有さないでベクトル制御を行う電気車制御装置の場合、電動機を駆動するためのＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）の周波数は、すべり周波数の指令値、電動機電圧指令値、電動機電流値から決まる。電動機の速度は、このＶＶＶＦインバータ周波数からすべり周波数の指令値を引いた値として計算される。
【０００３】
一方、電動機のブレーキトルクは機械ブレーキのブレーキ力と異なり、電動機を逆回転させる方向にトルクを出力する。従って、電動機が停止しても電動機にブレーキトルクを発生させ続けると電動機は逆転する。よって、電動機が停止したことを正確に検知して電動機のブレーキトルクをゼロに落とす必要がある。
【０００４】
電動機の実速度を検出し、電動機の実速度に応じてトルク電流パターンを絞り込み、電動機の実速度がゼロとなるときにはトルク電流がゼロとなるように制御するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２５１７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のものでは速度センサを有しているので、電動機の実速度を検出できるが、速度センサを有さない速度センサレスベクトル制御においては、電動機速度が読み込めない。電動機速度センサを有さないベクトル制御を行う場合には、電動機速度は、このＶＶＶＦインバータの周波数からすべり周波数の指令値を引いた値として計算されるいわば推定値である。この推定値は、インバータ出力電流センサや直流電圧センサの誤差によって実速度からずれることがあり、特に電動機の停止間際のような速度が低いところでは、インバータ出力電圧が小さいため速度推定値の誤差も出やすい特性がある。
【０００６】
電動機が停止したことを検知するのは、この電動機の推定速度に基づき行うため、電動機の停止間際で電動機速度推定値が実速度と一致して正確に推定できていれば電動機が逆転することはないが、電動機実速度がゼロで電動機速度推定値がゼロとなっていない状態であると、電動機推定速度がゼロとなるまでそのままブレーキトルク、すなわち電動機を逆転させる方向にトルクを出し続けてしまい電動機が逆転することとなる。
【０００７】
電動機推定速度と電動機実速度との誤差は概ね１Ｈｚ以下で抑えられるので、電動機推定速度がゼロとなれば、電動機の逆トルクはゼロに制御される。このため、電動機の逆回転は一時的で済むが、このような現象となると停止間際の乗り心地は大きく悪化してしまう。
【０００８】
図４は従来の電気車制御装置のブロック構成図である。トルクパターン演算部１１からの電動機１２のトルクパターンは、速度センサレスベクトル制御演算部１３に電動機トルク指令として入力される。速度センサレスベクトル制御演算部１３はトルクパターンに基づいてインバータ周波数ｆｉを演算し、ＰＷＭゲート演算部１４を介してＶＶＶＦインバータ１５に出力する。これにより、ＶＶＶＦインバータ１５は電動機１２を駆動する。
【０００９】
図５は従来の電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図である。ブレーキ時は電動機１２のすべり周波数ｆｓはマイナスとなるため、電動機速度ｖよりもインバータ周波数ｆｉの方が小さくなる。電動機速度ｖが低下してくると、インバータ周波数ｆｉはゼロに近づき電動機速度ｖがすべり周波数ｆｓと同じ値まで低下した時点ｔ１で、インバータ周波数ｆｉはゼロとなる。そのままの状態を継続すると、インバータ周波数ｆｉはマイナスに転じ、インバータ出力電圧の相順が入れ替わり、時点ｔ２で電動機速度はゼロになる。
【００１０】
図６は電動機実速度ｖと電動機推定速度ｖ０とがずれていた場合の従来の電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図である。電動機実速度ｖと電動機推定速度ｖ０とがずれていた場合、電動機実速度ｖが時点ｔ２でゼロとなっていても推定速度ｖ０がプラスの値であると、すべり周波数指令値を出し続ける。従って、電動機１２の実すべり周波数ｆｓも出し続けて電動機１２を逆転させる方向にトルクを出し続ける。その結果、時点ｔ３で電動機１２は逆転を開始し、電動機速度推定値ｖ０がゼロとなった時点ｔ４でようやく、すべり周波数指令値をゼロとして、電動機１２を逆転させるトルクが減少して電動機１２は停止する。電動機実速度ｖと電動機推定速度ｖ０とがずれていた場合には電動機が逆転するので、電気車の停止間際の乗り心地が悪くなる。
【００１１】
本発明の目的は、速度センサレスベクトル制御で電動機を駆動する際にも電気車の停止間際に電動機の逆転を防止でき、乗り心地を向上できる電気車制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電気車制御装置は、電気車駆動用の電動機の速度を検出するための速度センサを有さないで前記電動機をＶＶＶＦインバータによりベクトル制御する電気車制御装置において、前記電動機のトルクパターンを演算するトルクパターン演算部と、前記電気車のブレーキ時に前記トルクパターン演算部で演算されたブレーキトルクパターンに基づいてインバータ周波数を出力する速度センサレスベクトル制御演算部と、前記速度センサレスベクトル制御演算部からのインバータ周波数に制限を加え負の値のインバータ周波数を出力しないようにするブレーキ時インバータ周波数制限部と、前記インバータ周波数制限部を通したインバータ周波数に基づいてＶＶＶＦインバータにゲート信号を出力するＰＷＭゲート演算部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、速度センサレスベクトル制御で電動機を駆動する際にも電気車の停止間際に電動機の逆転を防止でき、乗り心地を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる電気車制御装置のブロック構成図である。この第１の実施の形態は、図４に示した従来例に対し、速度センサレスベクトル制御演算部１３からのインバータ周波数ｆｉに制限を加えるブレーキ時インバータ周波数制限部１６を追加して設けたものである。図４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００１５】
トルクパターン演算部１１で演算されたブレーキトルクパターンは電動機トルク指令値として速度センサレスベクトル制御演算部１３へ入力される。速度センサレスベクトル制御演算部１３はトルクパターンに基づいてインバータ周波数ｆｉを演算し、ブレーキ時インバータ周波数制限部１６に出力する。ブレーキ時インバータ周波数制限部１６は、電気車のブレーキ時はインバータ周波数ｆｉがゼロ以下とならないよう制限し、その制限を加えたインバータ周波数ｆｉ’をＰＷＭゲート演算部１４に出力する。ＰＷＭゲート演算部１４では、インバータ周波数ｆｉ’に基づいてＰＷＭゲート信号を作成しＶＶＶＦインバータ１５を駆動する。これにより、電動機１２は逆転することがなくなる。
【００１６】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図である。ブレーキ時は電動機１２のすべり周波数ｆｓはマイナスとなるため、電動機速度ｖよりもインバータ周波数ｆｉの方が小さくなる。電動機速度ｖが低下してくると、インバータ周波数ｆｉはゼロに近づき電動機速度ｖがすべり周波数ｆｓと同じ値まで低下した時点ｔ１でインバータ周波数ｆｉはゼロとなる。
【００１７】
インバータ周波数ｆｉがゼロとなった時点ｔ１で、ブレーキ時インバータ周波数制限部１６は、ＰＷＭゲート演算部１４に出力するインバータ周波数ｆｉ’がマイナスとならないようにプラスの値で制限するので、インバータ出力電圧の相順が入れ替わることを防止できる。インバータ出力電圧の相順が入れ替わらなければ、仮に電動機速度推定値ｖ０が実速度からずれていたとしても電動機１２が逆転することはなくなる。
【００１８】
第１の実施の形態によれば、ブレーキ時停止間際でＰＷＭゲート演算部１４に出力するインバータ周波数ｆｉ’がマイナスとならないようにするので、インバータ出力電圧の相順が入れ替わることがない。従って、電動機１の逆転を防ぎ、電気車の停止間際での乗り心地を向上できる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、ブレーキ時インバータ周波数制限部１６に代えて、速度センサレスベクトル制御演算部１３からのインバータ周波数ｆｉがゼロとなったところでＰＷＭゲート演算部１４にゲートオフ指令ｓ０を出力するインバータゲートオフ指令出力部１７を設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２０】
インバータゲートオフ指令出力部１７は、速度センサレスベクトル制御演算部１３からのインバータ周波数ｆｉがゼロとなったことを検知してＰＷＭゲート演算部１４にゲートオフ指令ｓ０を出力する。これにより、ＰＷＭゲート演算部１４はＶＶＶＦインバータ１５へのゲート信号をオフするので、電動機１２は逆転することがない。
【００２１】
すなわち、インバータ周波数ｆｉがゼロとなったところでＶＶＶＦインバータ１５のゲート信号がオフするため、インバータ周波数ｆｉがマイナスとなってインバータ出力電圧の相順が逆転することはなく、電動機１２も逆転することなく制御できる。
【００２２】
第２の実施の形態によれば、ブレーキ時停止間際でインバータ周波数ｆｉがマイナスとならないようにするので、インバータ出力電圧の相順が入れ替わらない。従って、電動機１２の逆転を防ぐことができ、電気車の停止間際で乗り心地を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる電気車制御装置のブロック構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる電気車制御装置のブロック構成図。
【図４】従来の電気車制御装置のブロック構成図。
【図５】従来の電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図。
【図６】電動機実速度ｖと電動機推定速度ｖ０とがずれていた場合の従来の電気車制御装置のブレーキ時の動作説明図。
【符号の説明】
【００２４】
１１…トルクパターン演算部、１２…電動機、１３…速度センサレスベクトル制御演算部、１４…ＰＷＭゲート演算部、１５…ＶＶＶＦインバータ、１６…ブレーキ時インバータ周波数制限部、１７…インバータゲートオフ指令出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006197658.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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