(57)【要約】【課題】複数台の誘導電動機のトルク・アンバランスを改善し、空転や滑走の防止、加減速性能や乗り心地の改善を図った電気車制御装置を提供する。【解決手段】１台のインバータ３の出力側に互いに並列に接続された複数台の誘導電動機５Ａ，５Ｂにより電気車の車輪を駆動するための電気車制御装置であって、電動機の回転速度相当値と運転指令とに応じてトルク指令値及び磁束指令値を生成する手段７〜９と、前記トルク指令値、前記磁束指令値、前記回転速度相当値、及び、誘導電動機５Ａ，５Ｂの電流を用いてインバータ３の出力電圧指令値を生成する制御演算手段１２と、を備えた電気車制御装置において、トルク指令値を最大トルク指令値より低減して運転する場合に、磁束指令値を最大トルク指令値における磁束指令値よりも低減して制御演算手段１２に与える。【選択図】図１
2018011412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台のインバータの出力側に互いに並列に接続された複数台の誘導電動機により電気車の車輪を駆動するための電気車制御装置であって、前記誘導電動機の回転速度相当値と運転指令とに応じて前記誘導電動機を駆動するためのトルク指令値及び磁束指令値を生成する手段と、前記トルク指令値、前記磁束指令値、前記回転速度相当値、及び、前記誘導電動機の電流を用いて前記インバータの出力電圧指令値を生成する制御演算手段と、を備えた電気車制御装置において、
前記トルク指令値を最大トルク指令値よりも低減して運転する場合に、前記磁束指令値を、前記最大トルク指令値における磁束指令値よりも低減して前記制御演算手段に与えることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電気車制御装置において、
前記最大トルク指令値に対するトルク指令値の低減率または低減量に応じた前記磁束指令値を関数として予め定めておき、前記関数から求めた磁束指令値を前記制御演算手段に与えることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載した電気車制御装置において、
前記関数は、前記磁束指令値が、前記最大トルク指令値に対するトルク指令値の低減率の平方根に比例する関数であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した電気車制御装置において、
前記回転速度相当値が、全ての誘導電動機またはこれらの誘導電動機により駆動される車輪の速度検出値または速度推定値であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載した電気車制御装置において、
前記回転速度相当値が、複数台の誘導電動機またはこれらの誘導電動機により駆動される車輪の速度検出値または速度推定値の平均値、最大値または最小値のうち少なくとも一つである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、１台のインバータにより複数台の誘導電動機を駆動して電気車を運転する電気車制御装置において、複数台の誘導電動機のトルク・アンバランスを改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機の電流を磁束方向（ｄ軸方向）及びこれに直交するトルク方向（ｑ軸方向）に分離し、磁束を生成する励磁電流（ｄ軸電流）とトルク電流（ｑ軸電流）とを独立に制御するベクトル制御を適用した電気車制御装置として、特許文献１に記載された第１の従来技術が知られている。
【０００３】
図５は、この従来技術の構成図である。図５の主回路において、１は直流の架線、２はパンタグラフ、３はＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）方式のインバータ、５は車両駆動用の誘導電動機、４１はフィルタコンデンサ、４２は電圧検出器、４３は車輪、４４はレールである。
【０００４】
また、インバータ３の制御装置において、２０は磁束指令値演算部、３０はベクトル制御手段である。
磁束指令値演算部２０は、出力角周波数（インバータ角周波数）ωｉ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒ、ロータ回転角周波数Ｗｒ１、直流電圧検出値Ｅｄｃ、トルク指令値Ｔｍｒから磁束指令値Ｆ２Ｒを演算し、この磁束指令値Ｆ２Ｒ及びトルク指令値Ｔｍｒがベクトル制御手段３０に入力されている。
【０００５】
ベクトル制御手段３０は、磁束指令値Ｆ２Ｒ及びトルク指令値Ｔｍｒからｄ軸電流指令値Ｉｄｒ、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒを演算する電流指令値演算部３１と、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒ、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒからすべり角周波数ωｓを演算するすべり角周波数演算部３２と、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒ、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒ、ｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑ、出力角周波数ωｉからｄ軸電圧指令値Ｖｄｒ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒを演算する電圧ベクトル制御演算部３３と、誘導電動機５の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する電流検出器３５と、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑに変換する座標変換器３６と、ｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒ、出力角周波数ωｉからロータ回転角周波数Ｗｒ１を演算するロータ回転角周波数演算部３８と、すべり角周波数ωｓとロータ回転角周波数Ｗｒ１とを加算して出力角周波数ωｉを求める加算器３４と、出力角周波数ωｉを積分して位相角θを求める積分器３７と、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒ及び位相角θに基づいて、インバータ３内のＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子に対するゲート信号を生成するゲート制御部３９と、によって構成されている。
【０００６】
また、図６は、図５における磁束指令値演算部２０の構成を示している。
この磁束指令値演算部２０は、磁束指令値逆算演算部２１と、ロータ回転角周波数Ｗｒ１とその設定値Ｗｒｍとを比較する比較器２２と、比較器２２の出力により磁束指令値逆算演算部２１の出力Ｆ２ＲＢと磁束指令基準値Ｆ２ＲＭとのいずれかを磁束指令値Ｆ２Ｒとして出力する切替器２３と、を備えている。
【０００７】
上述した従来技術では、図５のベクトル制御手段３０に磁束指令値Ｆ２Ｒとトルク指令値Ｔｍｒとを与えて演算したゲート信号を用いてインバータ３を制御することにより、誘導電動機５を駆動している。
磁束指令値Ｆ２Ｒとしては、誘導電動機５の低速運転時に、図６の切替器２３によって磁束指令値逆算演算部２１からの磁束指令値Ｆ２ＲＢに切り替える場合を除き、磁束指令基準値Ｆ２ＲＭが用いられており、速度以外の電気車の運転状態に応じてトルク指令値Ｔｍｒが変化したような場合でも、磁束指令値Ｆ２Ｒが切り替わることはない。
【０００８】
ここで、図７は誘導電動機５の速度推定値と入力電圧（インバータ３の出力電圧）との関係を示している。
図７に示すように、誘導電動機５が所定の速度に達するまでは、トルク指令値Ｔｍｒに関わりなく、Ｖ／ｆ一定制御のもとで速度推定値の上昇に応じて入力電圧を増加させており、図示されていない磁束指令値Ｆ２Ｒについては一定としている。そして、誘導電動機５の速度が、電気車の制御に通常用いられているインバータ３の１パルス運転領域に達すると、電圧が一定となるように磁束指令値Ｆ２Ｒを徐々に低減させている。
【０００９】
なお、図６に示したごとく、誘導電動機５の低速運転時に磁束指令値Ｆ２Ｒを磁束指令値逆算演算部２１からの磁束指令値Ｆ２ＲＢに切り替える場合でも、誘導電動機５の入力電圧が一定となるような磁束指令値を出力しており、磁束指令値としては、低減するのではなく、むしろ増加させている。
【００１０】
更に、誘導電動機による電気車の他の制御方法として、特許文献２に記載された第２の従来技術が知られている。
この従来技術では、１台のインバータにより複数台の誘導電動機を駆動するシステムにおいて、各誘導電動機によって駆動される車輪の径に差がある場合に、その差が各電動機のすべり周波数の差となり、すべり周波数の絶対値が大きい誘導電動機に過大なトルクや電流が発生して過熱する問題が指摘されている。そのための解決策として、特許文献２には、誘導電動機の電流指令値の大きさを制限することが開示されているが、複数台の誘導電動機の間に発生するトルク・アンバランス（各誘導電動機における発生トルクの最大値に対する最小値の比率のアンバランス）やその解決策については特に言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−９４６４６号公報（段落［００１１］〜［００５１］、図１，図２，図５等）
【特許文献２】特開２０１５-５０７７９号公報（段落［００１５］〜［００４１］、図３〜図６等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように、１台のインバータで複数台の誘導電動機を駆動することにより電気車の駆動や制御を行う場合、車輪の径差により、すべり周波数の絶対値が大きな誘導電動機の発生トルクは他の電動機より大きくなる。
ここで、ベクトル制御を用いて誘導電動機を駆動している場合、トルク指令値をＴ＊、磁束指令値をφ＊、トルク電流指令値（ｑ軸電流指令値）をｉｑ＊、すべり周波数をｆｓとすると、これらの間には数式１，数式２の関係が成立する。
【００１３】
［数式１］
ｉｑ＊＝ｋ１・（Ｔ＊／φ＊）
［数式２］
ｆｓ＝ｋ２・（ｉｑ＊／φ＊）
ただし、ｋ１、ｋ２は、誘導電動機の定数（モータ定数）によって決まる定数
【００１４】
図８は、電気車の乗客が多くて満員状態にあり、最大トルク指令値のもとで運転する際の磁束指令値φ＊、トルク電流指令値ｉｑ＊、すべり周波数ｆｓ等を示したグラフである。
１台のインバータにより駆動される複数台の誘導電動機のうち、径が最大の車輪を駆動する誘導電動機のロータ周波数が最小になるため、このロータ周波数をｆｒ(ｍｉｎ)とし、径が最小の車輪を駆動する誘導電動機のロータ周波数が最大となるため、このロータ周波数をｆｒ(ｍａｘ)としたとき、両周波数の差（ｆｒ(ｍａｘ)−ｆｒ(ｍｉｎ)）をロータ周波数差Δｆｒとして、同図に示した。このロータ周波数差Δｆｒは、速度の上昇に比例して上昇する波形になる。
なお、図８の例は、インバータ出力周波数ｆｉｎｖが数式３となるように運転している場合を示している。
［数式３］
ｆｉｎｖ＝ｆｒ(ｍｉｎ)＋ｆｓ
【００１５】
次に、例えば電気車の乗客が減少してトルク指令値Ｔ＊が最大時の６０％に低下した時のφ＊，ｉｑ＊，ｆｓ，Δｆｒ等を図８と同様にグラフ化すると、図９のようになる。なお、各車輪径は、図８と全く同じ条件と仮定している。
この時、従来技術では、トルク指令値Ｔ＊の大きさに関わらず、磁束指令値φ＊を一定のパターンに従って発生させるため、磁束指令値φ＊は図８と全く同じ波形になる。また、数式１から、トルク指令値Ｔ＊に比例してトルク電流指令値ｉｑ＊が減少し、数式２から、すべり周波数ｆｓもｉｑ＊に比例して図８におけるｆｓの６０％に減少している。なお、車輪径の条件は図８と同一であるため、ロータ周波数差Δｆｒの波形は図８と同一である。
【００１６】
図９と図８とを比較してわかるように、トルク指令値Ｔ＊（トルク電流指令値ｉｑ＊）が減少すると、これに比例してすべり周波数ｆｓも減少する。このため、１台のインバータにより駆動される複数台の誘導電動機のすべり周波数ｆｓの最大値ｆｓ(ｍａｘ)に対する最小値ｆｓ(ｍｉｎ)の比率は、図９の方がいずれの速度においても小さくなっている。そして、磁束が変わらなければ誘導電動機の発生トルクはすべり周波数ｆｓに比例するため、図８に比べて図９では、誘導電動機の発生トルクの最大値に対する最小値の比率も、すべり周波数ｆｓと同様に小さくなる。
【００１７】
このため、比率として考えると、トルク指令値Ｔ＊を減少させた図９の方が、トルク・アンバランスが拡大することになる。なお、図８，図９とも、最大の径の車輪を駆動する誘導電動機以外の誘導電動機では、実際のすべり周波数ｆｓが低下していることによりそれらの電動機を流れる電流が小さくなる。実際には、ベクトル制御手段内の電流調節器等によって電動機の電流が補正されるが、トルク指令値Ｔ＊の大きさに関わらず磁束指令値φ＊を一定のパターンに従って与えているため、上述した比率としてのトルク・アンバランスがトルク指令値の低減時に拡大する傾向は変わらない。
【００１８】
このように、電気車の乗客が減少するなどしてトルク指令値が低下した場合には、１台のインバータにより駆動される複数台の誘導電動機の間のトルク・アンバランスが拡大するため、複数台の中で最大のトルクを発生している誘導電動機が駆動している車輪において、力行運転時には空転が、また、制動運転時には滑走が発生しやすくなる。
従って、車輪を再粘着させるための制御を実行する頻度が大幅に増加し、電気車の加速性能や減速性能が低下すると共に、乗り心地も悪化するという問題があった。
【００１９】
特に、近年では電気車の省エネルギー化について強いニーズがあり、今まで効率が低かった電気車駆動用誘導電動機を高効率化するために、誘導電動機自体の特性として、二次抵抗を小さくする、すなわちすべり周波数を小さくする傾向にある。この場合には、車輪径差に基づくすべり周波数や電動機発生トルクの最大値と最小値との比率が今まで以上に拡大する傾向にあり、上述したように、トルク指令値が低下する際にトルク・アンバランスが拡大するという問題が、一層顕著になってきている。
【００２０】
そこで、本発明の解決課題は、１台のインバータにより駆動される複数台の誘導電動機の間のトルク・アンバランスを改善し、車輪の空転や滑走の防止、加減速性能や乗り心地の改善を図った電気車制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、１台のインバータの出力側に互いに並列に接続された複数台の誘導電動機により電気車の車輪を駆動するための電気車制御装置であって、前記誘導電動機の回転速度相当値と運転指令とに応じて前記誘導電動機を駆動するためのトルク指令値及び磁束指令値を生成する手段と、前記トルク指令値、前記磁束指令値、前記回転速度相当値、及び、前記誘導電動機の電流を用いて前記インバータの出力電圧指令値を生成する制御演算手段と、を備えた電気車制御装置において、
前記トルク指令値を最大トルク指令値よりも低減して運転する場合に、前記磁束指令値を、前記最大トルク指令値における磁束指令値よりも低減して前記制御演算手段に与えるものである。
【００２２】
本発明においては、トルク指令値を最大トルク指令値よりも低減して運転するような運転状態では、最大トルク指令値における磁束指令値よりも磁束指令値を低減して運転することにより、磁束を変化させない従来技術に比べて数式２のすべり周波数ｆｓを大きくする。これにより、各誘導電動機の間のトルク・アンバランスが緩和され、空転や滑走の発生頻度を少なくし、加減速性能や乗り心地の改善が可能になる。
なお、トルク指令値が最大となる運転状態は、例えば電気車の乗客が満員となるラッシュアワー時など比較的短時間であり、それ以外の運転時間の方がはるかに長い。本発明によれば、その長い運転時間において複数の誘導電動機の間のトルク・アンバランスを改善することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した電気車制御装置において、前記最大トルク指令値に対するトルク指令値の低減率または低減量に応じた前記磁束指令値を関数として予め定めておき、前記関数から求めた磁束指令値を前記制御演算手段に与えるものである。
本発明のように、最大トルク指令値に対するトルク指令値の低減率または低減量に応じた磁束指令値を関数として予め定めておけば、その関数をソフトウェア化あるいはテーブル化しておくことにより、適正な磁束指令値を簡単に求めることができる。
【００２４】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載した電気車制御装置において、前記関数は、前記磁束指令値が、前記最大トルク指令値に対するトルク指令値の低減率の平方根に比例する関数であることを特徴とする。
【００２５】
ここで、前述の数式１に示したｉｑ＊を数式２に代入すると、数式４を得る。
［数式４］
ｆｓ＝ｋ・（Ｔ＊／φ＊２）
ただし、ｋ＝ｋ１・ｋ２（定数）
そして、最大トルク指令値をＴ０＊、最大磁束指令値をφ０＊とし、これらに対応するすべり周波数をｆｓ０とすると、これらを数式４に代入することにより数式５が成立する。
［数式５］
ｆｓ０＝ｋ・（Ｔ０＊／φ０＊２）
【００２６】
更に、磁束指令値φ＊をトルク指令値Ｔ＊に応じて数式６のように変化させ、最大トルク指令値Ｔ０＊に対するトルク指令値Ｔ＊の平方根に比例した低減率にて磁束指令値φ＊を低減させる。
［数式６］
φ＊＝φ０＊・√（Ｔ＊／Ｔ０＊）
数式６を数式４に代入すると、数式７を得る。
［数式７］
ｆｓ＝ｋ・［Ｔ＊／｛φ０＊２・（Ｔ＊／Ｔｏ＊）｝］＝ｋ・（Ｔ０＊／φ０＊２）
上記の数式７は、数式５の右辺と等しいため、結局、ｆｓ＝ｆｓ０となる。
【００２７】
このことから、数式６に従って磁束指令値φ＊を演算すれば、トルク指令値Ｔ＊を低減してもすべり周波数ｆｓは変化しなくなり、最大トルク指令値Ｔ０＊の場合と同等のトルク・アンバランスまで改善することができる。
よって、請求項１，２に比べて車輪の空転や滑走の発生頻度を一層少なくし、加減速性能や乗り心地の更なる改善が可能になる。
【００２８】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した電気車制御装置において、前記回転速度相当値が、全ての誘導電動機またはこれらの誘導電動機により駆動される車輪の速度検出値または速度推定値であることを特徴とする。
本発明のように、全ての誘導電動機または車輪の回転速度がわかれば、その中の最低速度に相当するロータ周波数ｆｒ(ｍｉｎ)を簡単に選択することができ、数式３により、ベクトル制御におけるインバータ出力周波数ｆｉｎｖを簡単に演算することができる。
【００２９】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した電気車制御装置において、前記回転速度相当値が、複数台の誘導電動機またはこれらの誘導電動機により駆動される車輪の速度検出値または速度推定値の平均値、最大値または最小値のうち少なくとも一つであることを特徴とする。
数式３に示すようなインバータ出力周波数ｆｉｎｖは、少なくとも一つの回転速度に相当するロータ周波数が得られれば演算可能であるから、本発明によれば、全ての誘導電動機の回転速度を検出するための複数の速度検出器や回転速度を推定するための複数の電流検出器及び速度推定器の個数を、単一にすることができ、構成の簡略化、コストの低減に寄与することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、トルク指令値を低減した場合にも最大トルク指令時と同等のすべり周波数ｆｓのバラつきのもとで複数台の誘導電動機を運転することができ、トルク・アンバランスを改善することができる。また、各誘導電動機に流れる電流のバラつき、言い換えれば各電動機の温度上昇のバラつきを小さくして特定の誘導電動機の過熱や寿命低下を防止すると共に、車輪の空転や滑走の防止、加減速性能や乗り心地の改善が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電動機制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電動機制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態における磁束指令値φ＊、トルク電流指令値ｉｑ＊、すべり周波数ｆｓ等を示すグラフである。
【図４】本発明の第３実施形態に係る電動機制御装置の構成図である。
【図５】特許文献1に記載された従来技術の構成図である。
【図６】図５における磁束指令値演算部の構成図である。
【図７】誘導電動機の速度推定値と入力電圧との関係を示す図である。
【図８】誘導電動機を最大トルク指令値のもとで運転する際の磁束指令値φ＊、トルク電流指令値ｉｑ＊、すべり周波数ｆｓ等を示すグラフである。
【図９】トルク指令値を図８の６０％に低下させて誘導電動機を運転する際の磁束指令値φ＊、トルク電流指令値ｉｑ＊、すべり周波数ｆｓ等を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る電気車制御装置の構成図であり、請求項１，２，４に係る発明に相当する。
【００３３】
図１において、架線１からパンタグラフ２を介して給電されるインバータ３の出力側には２台の誘導電動機５Ａ，５Ｂが互いに並列に接続され、これらの誘導電動機５Ａ，５Ｂにより電気車の車輪を駆動するように構成されている。誘導電動機５Ａ，５Ｂに設けられた速度検出器６Ａ，６Ｂは、各電動機５Ａ，５Ｂの回転速度に相当するロータ周波数ｆｒ１，ｆｒ２をそれぞれ検出して基準速度演算器１０に送出する。
なお、インバータ３によって駆動される誘導電動機の台数は２台に限定されるものではなく、３台以上であっても良い。
【００３４】
基準速度演算器１０は、ロータ周波数ｆｒ１，ｆｒ２のうちの最小値を選択し、基準ロータ周波数ｆｒ(ｒｅｆ)として出力する。基準ロータ周波数ｆｒ(ｒｅｆ)としては、ロータ周波数ｆｒ１，ｆｒ２のうちの最大値や平均値を用いても良く、電気車の力行運転／制動運転等の運転条件によって、これらを切り替えても良い。
【００３５】
基準ロータ周波数ｆｒ(ｒｅｆ)は、運転指令と共に、最大磁束指令演算器７、トルク指令演算器８及び最大トルク指令演算器９にそれぞれ入力されている。
各演算器７，８，９は、それぞれ最大磁束指令値φ０＊、トルク指令値Ｔ＊、最大トルク指令値Ｔ０＊を演算し、磁束指令演算器１１に出力する。
【００３６】
磁束指令演算器１１は、例えば、トルク指令値Ｔ＊及び最大トルク指令値Ｔ０＊がいずれも正である場合、各指令値を用いて、数式８により磁束指令値φ＊を演算する。
［数式８］
φ＊＝φ０＊−Ａ・（Ｔ０＊−Ｔ＊）      （Ａ：正の定数）
【００３７】
こうして演算した磁束指令値φ＊と、トルク指令値Ｔ＊、基準ロータ周波数ｆｒ(ｒｅｆ)、及び、電流検出器４によるインバータ３の出力電流検出値を用いて、ベクトル制御演算器１２がｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算し、ゲート制御部１３に出力する。ゲート制御部１３では、電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に応じた電圧をインバータ３が出力するように、インバータ３の半導体スイッチング素子に対するゲート信号を生成する。
【００３８】
以上のように、磁束指令演算器１１が数式８の演算を行うことにより、トルク指令値Ｔ＊を最大トルク指令値Ｔ０＊から低減して運転する場合に、トルク指令値Ｔ＊に応じて磁束指令値φ＊も低減することができる。
前述したごとく、磁束指令値φ＊が変わらない限り、トルク指令値Ｔ＊が小さくなればすべり周波数ｆｓも小さくなるが、本実施形態のようにトルク指令値Ｔ＊の低減に応じて磁束指令値φ＊を低減すれば、数式２から明らかなようにすべり周波数ｆｓを従来よりも大きくすることができ、複数台の誘導電動機の発生トルクの最大値に対する最小値の比率を大きくして各電動機間のトルク・アンバランスを改善することができる。
【００３９】
次に、図２は本発明の第２実施形態に係る電気車制御装置の構成図であり、請求項３，４に係る発明に相当する。
この第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、磁束指令演算器１１による演算内容のみである。この実施形態では、前述の数式６により磁束指令値φ＊を演算している。
【００４０】
図３は、第２実施形態において、トルク指令最大値に対して、トルク指令値を約８０％に低減した場合の磁束指令φ＊、すべり周波数ｆｓなどの波形を示している。なお、各車輪径は、図８と同じ条件で描いてある。この時、磁束指令値φ＊を数式６に従って低減することにより、すべり周波数ｆｓは図８と同じ波形になり、比率としてのトルク・アンバランスは図８と同等まで改善する。
【００４１】
従来技術でも説明したように、電気車駆動用のインバータでは、通常、速度が比較的高い領域において、インバータ３のスイッチング素子の損失を低減するために１パルス運転を行っている。しかし、近年では、Ｓｉ（ケイ素）を用いたスイッチング素子に代えて、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を用いたスイッチング素子をインバータに適用できるようになっている。このため、スイッチング素子による損失は減少する傾向にあり、従来、１パルス運転を行っていた速度領域でも、ＰＷＭ制御による運転が可能になってきている。
この場合には、全速度領域において、インバータの出力電圧の大きさを周波数や位相と同時に制御することができ、誘導電動機の磁束も全速度領域で制御可能になるため、例えば図３のように、磁束指令値φ＊を低減して運転することが全速度領域で実現可能である。
【００４２】
次いで、図４は、本発明の第３実施形態に係る電気車制御装置の構成図であり、請求項５に係る発明に相当する。
この第３実施形態では、第１，第２実施形態における速度検出器６Ａ，６Ｂ及び基準速度演算器１０に代えて、速度推定器１４が設けられている。磁束指令演算器１１による磁束指令値φ＊の演算方法は第２実施形態と同一であり、第２実施形態と異なるのは、速度推定器１４により、ベクトル制御演算器１２から入力されるｄ軸、ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊、ｄ軸、ｑ軸電流検出値ｉｄ，ｉｑ、及びすべり周波数ｆｓを用いて、２台の誘導電動機５Ａ，５Ｂの平均速度に相当するロータ周波数ｆｒを推定し、このロータ周波数ｆｒを基準ロータ周波数ｆｒ(ｒｅｆ)として最大磁束指令値φ０＊、トルク指令値Ｔ＊、最大トルク指令値Ｔ０＊の演算に用いる点である。
この実施形態によれば、複数の速度検出器等が不要になるため、構成の簡略化、コストの低減に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：架線
２：パンタグラフ
３：インバータ
４：電流検出器
５Ａ，５Ｂ：誘導電動機
６Ａ，６Ｂ：速度検出器
７：最大磁束指令演算器
８：トルク指令演算器
９：最大トルク指令演算器
１０：基準速度演算器
１１：磁束指令演算器
１２：ベクトル制御演算器
１３：ゲート制御部
１４：速度推定器
【図１】
2018011412.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018011412.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018011412.tif 000009
【図８】
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【図９】
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