(57)【要約】【課題】負荷遮断時においても過電圧にならないように直流電圧を抑制することで、制御系の安定化を図ること。【解決手段】直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ６と、可変電圧可変周波数インバータ６の交流側に接続される車両駆動用の電動機７と、可変電圧可変周波数インバータ６の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ５と、トルク電流指令値に追従したトルク電流を電動機７が出力するように、可変電圧可変周波数インバータ６を制御するトルク電流制御手段１２と、フィルタコンデンサ５または架線１の電圧を検出する電圧検出手段４と、回生運転時に電圧検出手段４により検出される電圧値を所定の直流電圧目標値に一致させるように、トルク電流指令値を補正する軽負荷回生制御演算手段１１とを備える。【選択図】　　図１
2004088974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータと、
前記可変電圧可変周波数インバータの交流側に接続される車両駆動用の電動機と、
前記可変電圧可変周波数インバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、
トルク電流指令値に追従したトルク電流を前記電動機が出力するように、前記可変電圧可変周波数インバータを制御するトルク電流制御手段と、
前記フィルタコンデンサまたは河川の電圧を検出する電圧検出手段と、
回生運転時に前記電圧検出手段により検出される電圧値を所定の直流電圧目標値に一致させるように、前記トルク電流指令値を補正する軽負荷回生制御演算手段と、
を備えて成ることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の電気車制御装置において、
前記軽負荷回生制御演算手段としては、
前記電圧検出手段により検出される電圧値と所定の直流電圧目標値との偏差を積分する積分手段と、当該積分手段により積分した値にリミッタを掛けるリミッタ手段と、当該リミッタ手段を通した値にゲインを掛けて出力するゲイン手段とからなる積分制御手段を備え、
前記積分制御手段からの出力値により前記トルク電流指令値を補正するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載の電気車制御装置において、
前記軽負荷回生制御演算手段としては、前記積分制御手段に加えて、
前記電圧検出手段により検出される電圧値と所定の直流電圧目標値との偏差にゲインを掛けて出力する第１の比例制御手段と、
前記第１の比例制御手段からの出力値と前記積分制御手段からの出力値とを加算する加算手段とを備え、
前記加算手段からの出力値により前記トルク電流指令値を補正するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項４】
前記請求項２に記載の電気車制御装置において、
前記軽負荷回生制御演算手段としては、前記積分制御手段に加えて、
前記電圧検出手段により検出される電圧値と所定の直流電圧目標値との偏差にゲインを掛けて出力する第１の比例制御手段と、
前記電圧検出手段により検出される電圧値と所定の直流電圧目標値との偏差を、ローパスフィルタに通したものにゲインを掛けて出力する第２の比例制御手段と、
前記第１の比例制御手段からの出力値と前記第２の比例制御手段からの出力値との差を演算する減算手段と、
前記減算手段からの出力値と前記積分制御手段からの出力値とを加算する加算手段とを備え、
前記加算手段からの出力値により前記トルク電流指令値を補正するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項５】
前記請求項１に記載の電気車制御装置において、
前記軽負荷回生制御演算手段における直流電圧目標値を、諸条件や電気量に応じて変化させるように演算する直流電圧目標値演算手段を付加して成ることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項６】
前記請求項５に記載の電気車制御装置において、
前記直流電圧目標値演算手段としては、直流電圧目標値を前記電圧検出手段により検出される電圧値に応じて変化させるように演算するものであることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項７】
前記請求項５に記載の電気車制御装置において、
前記直流電圧目標値演算手段としては、直流電圧目標値を前記トルク電流指令値に応じて変化させるように演算するものであることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項８】
前記請求項１に記載の電気車制御装置において、
前記トルク電流指令値の代わりに、トルクを用いて制御演算を行なうようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータと称する）を用いて車両駆動用の電動機を駆動する電気車制御装置に係り、特に回生運転時に目標電圧値まではブレーキ力を絞ることなく、過電圧にならない範囲で高い電圧に維持させることで、回生電力を有効に活用することができ、同時に負荷遮断時においても過電圧にならないように直流電圧を抑制することで、制御系を安定化できるようにした電気車制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、この種の従来の直流電車における電気車制御装置の構成例を示すブロック図である。
【０００３】
図５において、架線１は、パンタグラフ２、直流フィルタリアクトル３を介して、直流フィルタコンデンサ５の正側電位点に接続されている。
【０００４】
また、直流フィルタコンデンサ５の負側電位点は、車輪８を介して、レール９に接地されている。
【０００５】
さらに、直流フィルタコンデンサ５と並列に、ＶＶＶＦインバータ６が接続されており、当該ＶＶＶＦインバータ６により電動機７が駆動されるようになっている。
【０００６】
ここで、電動機７と車輪８とは、独立した構成となっているが、これは便宜的に図示しているものであり、実際には、電動機７がギアを介して車輪８に接続され、車輪８はレール９に接している。
【０００７】
また、１０は電気車を示している。
【０００８】
一方、直流フィルタコンデンサ５には、その電圧を検出する電圧検出手段４が接続されており、当該電圧検出手段４により検出された電圧値は、軽負荷回生制御演算部１１に入力される。
【０００９】
軽負荷回生制御演算部１１では、当該入力された電圧値に基づいて比例制御器により、電圧値ＥＦＣと直流電圧目標値との偏差にゲインを掛けた値が、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして出力される。
【００１０】
そして、電気車の運転席台上の変速装置であるノッチの位置に応じたトルク電流基準値ｉｑｒｅｆＣＰＵから、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣを減算器１３で減算することにより、トルク電流指令値ｉｑｒｅｆが補正される。
【００１１】
トルク電流制御部１２では、軽負荷回生制御演算部１１において補正されたトルク電流指令値ｉｑｒｅｆに一致するトルク電流が電動機７に流れるように、ＶＶＶＦインバータ６にゲート信号を出力することにより、架線１電圧がある一定値に絞り込まれる。
【００１２】
以上のような電気車制御装置において、電気車１０が運行中にある速度から減速する場合には、レール９と車輪８との粘着力により回転力を与えられた電動機７は、発電機として動作するため、回生された直流電力は、直流フィルタコンデンサ５と直流フィルタリアクトル３とパンタグラブ２を介して、架線１に回生電力として戻す。
【００１３】
架線１上に、力行状態にある電気車１０が存在しない場合には、架線１の電圧は上昇し、ある電圧値を超えると過電圧保護のために、電気車制御装置は停止する。
【００１４】
この場合、架線１電圧の過電圧保護に掛からないようにするために、従来では、直流フィルタコンデンサ５にかかる直流電圧の値を電圧検出手段４によって検出し、当該検出した電圧値を軽負荷回生制御演算部１１に入力し、当該入力された電圧値に基づいて軽負荷回生制御演算部１１では比例制御器１により、電圧値ＥＦＣと直流電圧目標値との偏差にゲインを掛けた値を、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして出力させるようにしている。
【００１５】
電気車１０の運転席台上の変速装置であるノッチの位置に応じた基準値ｉｑｒｅｆＣＰＵから、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣを減算器１３で減算することにより、トルク電流指令値ｉｑｒｅｆを補正するようにしている。
【００１６】
トルク電流制御部１２では、当該補正されたトルク電流指令値ｉｑｒｅｆに一致するトルク電流が電動機７に流れるように、ＶＶＶＦインバータ６にゲート信号を出力して、架線１電圧をある一定値に絞り込ませるようにしている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電気車制御装置においては、次のような解決すべき課題がある。
【００１８】
図６は、従来の電気車制御装置における、直流電圧と電気ブレーキとの関係を示す模式図である。
すなわち、軽負荷回生制御演算部１１では、比例制御器の働きによって、電圧検出手段４により検出された電圧値がある値を超えると、当該電圧値に比例して徐々にトルク電流指令を絞り込むため、架線１へ電力を最大限に回生することができないという問題がある。
【００１９】
また、軽負荷回生制御演算部１１において軽負荷回生トルク電流指令値を演算する際に用いられるゲインが大きくなりがちであり、電気車制御装置の安定化を図ることが困難である。
【００２０】
さらに、図６において、力行状態の電気車１０が急に運転を停止する負荷遮断時には、負荷電気車１０が消費していた回生電力の行き場がなくなり、架線１電圧が急上昇するため、この電圧上昇を抑制して過電圧を回避することは困難である。
【００２１】
本発明の目的は、回生運転時に目標電圧値まではブレーキ力を絞ることなく、過電圧にならない範囲で高い電圧に維持させることで、回生電力を有効に活用することができ、同時に負荷遮断時においても過電圧にならないように直流電圧を抑制することで、制御系の安定化を図ることが可能な電気車制御装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明では、直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータと、可変電圧可変周波数インバータの交流側に接続される車両駆動用の電動機と、可変電圧可変周波数インバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、トルク電流指令値に追従したトルク電流を電動機が出力するように、可変電圧可変周波数インバータを制御するトルク電流制御手段と、フィルタコンデンサまたは架線の電圧を検出する電圧検出手段と、回生運転時に電圧検出手段により検出される電圧値を所定の直流電圧目標値に一致させるように、トルク電流指令値を補正する軽負荷回生制御演算手段とを備えている。
【００２３】
従って、請求項１に対応する発明の電気車制御装置においては、電圧検出手段によって検出された電圧値に基づいて、軽負荷回生制御トルク電流値を演算し、当該電圧値が直流電圧目標値を超えると、軽負荷回生制御演算手段は軽負荷回生制御トルク電流値を出力するため、当該電圧値が直流電圧目標値を超えると、トルク電流指令を絞り込む機能を持つことにより、電圧検出手段によって検出される電圧値を所定の直流電圧目標値に一致させることが可能となり、その結果架線電圧を安定化させることができる。
【００２４】
また、請求項２に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、軽負荷回生制御演算手段としては、電圧検出手段により検出される電圧値と所定の直流電圧目標値との偏差を積分する積分手段と、当該積分手段により積分した値にリミッタを掛けるリミッタ手段と、当該リミッタ手段を通した値にゲインを掛けて出力するゲイン手段とからなる積分制御手段を備え、積分制御手段からの出力値によりトルク電流指令値を補正するようにしている。
【００２５】
従って、請求項２に対応する発明の電気車制御装置においては、電圧検出手段によって検出された電圧値が直流電圧目標値を超えると、軽負荷回生制御演算手段における積分制御手段は、当該電圧値に基づいて演算された値を軽負荷回生制御トルク電流値として出力させ、当該電圧値が直流電圧目標値を超えると、トルク電流指令を絞り込み、積分値が０になるまで機能するため、電圧検出手段によって検出される電圧値を所定の直流電圧目標値に一致させることが可能となり、その結果架線電圧を安定化させることができる。
【００２６】
さらに、請求項３に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車制御装置において、軽負荷回生制御演算手段としては、積分制御手段に加えて、電圧検出手段により検出される電圧値と所定の直流電圧目標値との偏差にゲインを掛けて出力する第１の比例制御手段と、第１の比例制御手段からの出力値と前記積分制御手段からの出力値とを加算する加算手段とを備え、加算手段からの出力値によりトルク電流指令値を補正するようにしている。
【００２７】
従って、請求項３に対応する発明の電気車制御装置においては、軽負荷回生制御演算手段に、積分制御手段に加えて、第１の比例制御手段と、当該第１の比例制御手段からの出力と積分制御手段からの出力とを加算する加算手段とを備え、第１の比例制御手段、積分制御手段それぞれで得られた値を加算手段によって加算し、当該加算された軽負荷回生制御トルク電流値を用いることにより、電圧検出手段によって検出される電圧値を直流電圧目標値に一致させることが可能となり、さらに当該電圧値が直流電圧目標値を超えると、トルク電流指令を絞り込む機能を持つため、直流電圧値を安定化させることができる。
【００２８】
さらにまた、請求項４に対応する発明では、上記請求項２に対応する発明の電気車制御装置において、軽負荷回生制御演算手段としては、積分制御手段に加えて、電圧検出手段により検出される電圧値と所定の直流電圧目標値との偏差にゲインを掛けて出力する第１の比例制御手段と、電圧検出手段により検出される電圧値と所定の直流電圧目標値との偏差を、ローパスフィルタに通したものにゲインを掛けて出力する第２の比例制御手段と、第１の比例制御手段からの出力値と第２の比例制御手段からの出力値との差を演算する減算手段と、減算手段からの出力値と積分制御手段からの出力値とを加算する加算手段とを備え、加算手段からの出力値によりトルク電流指令値を補正するようにしている。
【００２９】
従って、請求項４に対応する発明の電気車制御装置においては、軽負荷回生制御演算手段に、積分制御手段に加えて、第１および第２の二つの比例制御手段と、二つの比例制御手段からの出力を減算する減算手段とを備え、さらに二つの比例制御手段からの出力の差と積分制御手段からの出力とを加算する加算手段とを備え、また二つの比例制御手段のうち、一つにはローパスフィルタを付加しているため、二つの比例制御手段から得られた値の偏差をとることにより、低周波領域分が取り除かれた出力を得、さらに加算手段によって二つの比例制御手段からの出力の差と積分制御手段からの出力と加算し、当該得られた値を軽負荷回生制御トルク電流値として用い、電圧検出手段によって検出される電圧値が直流電圧目標値を超えると、積分制御手段により当該電圧値を所定の直流電圧目標値に一致させ、さらに比例制御手段により当該電圧値の跳ね上がりを抑制することが可能となり、その結果架線電圧を安定化させることができる。
【００３０】
一方、請求項５に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、軽負荷回生制御演算手段における直流電圧目標値を、諸条件や電気量に応じて変化させるように演算する直流電圧目標値演算手段を付加している。
【００３１】
従って、請求項５に対応する発明の電気車制御装置においては、軽負荷回生制御演算手段における直流電圧目標値を可変とする、すなわちあらかじめ直流電圧目標値を上記請求項１に対応する発明よりも低く設定することにより、電圧検出手段によって検出された電圧値が、請求項１に対応する発明よりも低い電圧値から軽負荷回生制御が機能するため、検出された電圧値の急峻な跳ね上がりに対しても余裕を持たせることができ、さらに直流電圧目標値を変動させることにより、電圧検出手段によって検出される電圧値を、安定化を図りながら変化させることができ、回生電力を有効に活用することができる。
【００３２】
また、請求項６に対応する発明では、上記請求項５に対応する発明の電気車制御装置において、直流電圧目標値演算手段としては、直流電圧目標値を、電圧検出手段により検出される電圧値に応じて変化させるように演算するものとしている。
【００３３】
従って、請求項６に対応する発明の電気車制御装置においては、電圧検出手段によって検出された電圧値に基づいて、軽負荷回生制御演算手段における直流電圧目標値を変化させることにより、電圧検出手段によって検出される電圧値を、安定化を図りながら漸増あるいは漸減させることができ、回生電力を有効に活用することができる。
【００３４】
さらに、請求項７に対応する発明では、上記請求項５に対応する発明の電気車制御装置において、直流電圧目標値演算手段としては、直流電圧目標値を、トルク電流指令値に応じて変化させるように演算するものとしている。
【００３５】
従って、請求項７に対応する発明の電気車制御装置においては、上記請求項５に対応する発明で、負荷の状態に反映されるトルク電流指令値に基づいて、軽負荷回生制御演算手段における直流電圧目標値を漸減あるいは漸減させることにより、負荷急変時において電圧検出手段によって検出された電圧値の急峻な跳ね上がりに対しても余裕を持たせることができ、回生電力を有効に活用することができる。
【００３６】
さらにまた、請求項８に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、トルク電流指令値の代わりに、トルクを用いて制御演算を行なうようにしている。
【００３７】
従って、請求項８に対応する発明の電気車制御装置においては、上記請求項１に対応する発明で、制御演算を、トルク電流ではなくトルクの次元において演算を行なうことにより、トルク電流とトルクのどちらにおいても、同等の制御を行なうことができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による直流電車における電気車制御装置の構成例を示すブロック図であり、図５と同一要素には同一符号を付して示している。
【００４０】
図１において、架線１は、パンタグラフ２、直流フィルタリアクトル３を介して、直流フィルタコンデンサ５の正側電位点に接続している。
【００４１】
また、直流フィルタコンデンサ５の負側電位点は、車輪８を介して、レール９に接地している。
【００４２】
さらに、直流フィルタコンデンサ５と並列に、ＶＶＶＦインバータ６を接続しており、当該ＶＶＶＦインバータ６により電動機７を駆動するようにしている。
【００４３】
ここで、電動機７と車輪８とは、独立した構成としているが、これは便宜的に図示しているものであり、実際には、電動機７がギアを介して車輪８に接続し、車輪８はレール９に接している。
【００４４】
また、１０は電気車を示している。
【００４５】
一方、直流フィルタコンデンサ５には、その電圧を検出する電圧検出手段４を接続しており、当該電圧検出手段４により検出された電圧値ＥＦＣを、軽負荷回生制御演算部１１に入力するようにしている。
【００４６】
軽負荷回生制御演算部１１は、回生運転時に、当該入力された電圧値ＥＦＣに基づいて、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣを演算し出力する。
【００４７】
そして、電気車の運転席台上の変速装置であるノッチの位置に応じたトルク電流基準値ｉｑｒｅｆＣＰＵから、軽負荷回生制御演算部１１により得られた軽負荷回生制御トルク電流ｉｑＲＢＣを減算器１３で減算することにより、トルク電流指令値ｉｑｒｅｆを補正し、当該トルク電流指令値ｉｑｒｅｆをトルク電流制御部１２に入力するようにしている。
【００４８】
トルク電流制御部１２は、上記で補正されたトルク電流指令値ｉｑｒｅｆに追従したトルク電流を電動機７が出力するように、ＶＶＶＦインバータ６にゲート信号を出力して制御する。
【００４９】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置の作用について説明する。
【００５０】
図１において、電圧検出手段４により検出された直流フィルタコンデンサ５の電圧値ＥＦＣは、軽負荷回生制御演算部１１に入力される。
【００５１】
軽負荷回生制御演算部１１では、電圧検出手段４から入力された電圧値ＥＦＣにより、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣが演算して出力される。
【００５２】
そして、電気車の運転席台上の変速装置であるノッチ位置に応じた基準値であるトルク電流基準値ｉｑｒｅｆＣＰＵから、減算手段１３によって軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣを減算することにより、トルク電流指令値ｉｑｒｅｆが得られる。
【００５３】
当該トルク電流指令値ｉｑｒｅｆは、トルク電流制御部１２に入力され、トルク電流制御部１２によって、電動機７がトルク電流指令値ｉｑｒｅｆと一致するトルク電流を出力するように、ＶＶＶＦインバータ６がゲート信号により制御される。
【００５４】
電気車１０が、力行運転を行なっている場合には、本電気車制御装置から見ると、直流負荷として存在する。
【００５５】
すなわち、トルク電流制御部１２における制御系は、ｄｑ軸回転座標系上において、電動機７の電流、電圧、磁束を制御するベクトル制御方式である。
【００５６】
なお、当該ベクトル制御に関しては、既存の技術であるので、ここではその説明を省略する。
【００５７】
また、ｄｑ軸回転座標系を用いたベクトル制御方式は、本発明の適用の一例であり、この構成に限定されるものではない。
【００５８】
軽負荷回生制御演算部１１は、電気車１０の回生運転時において、電圧検出手段４により検出された電圧値ＥＦＣが所定の直流電圧目標値を超えると、当該電圧値ＥＦＣとトルク電流指令値ｉｑｒｅｆとに基づいて、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣを出力する。
【００５９】
上記トルク電流指令値ｉｑｒｅｆは、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣによって補正されることにより、電圧検出手段４により得られる電圧値ＥＦＣを、所定の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２に一致させることができ、その結果架線１電圧を安定化させることが可能となる。
【００６０】
上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、電圧検出手段４によって検出された電圧値ＥＦＣに基づいて、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣを演算し、当該電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値を超えると、軽負荷回生制御演算部１１は軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣを出力するため、当該電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値を超えると、トルク電流指令電流を絞り込む機能を持つようにしているので、電圧検出手段４によって検出される電圧値ＥＦＣを所定の直流電圧目標値に一致させることができ、その結果架線１電圧を安定化させることが可能となる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の内部構成例を示す制御ブロック図である。
【００６２】
なお、前記第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６３】
すなわち、本実施の形態による軽負荷回生制御演算部１１は、図２に示すように、減算器１３と、積分器２０と、リミッタ１８と、ゲイン１９とからなる積分制御部１７を備えて構成している。
【００６４】
減算器１３は、電圧検出手段４により検出される電圧値ＥＦＣと所定の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２との偏差を演算する。
【００６５】
積分器２０は、減算器１３により演算される、電圧値ＥＦＣと所定の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２との偏差を積分する。
【００６６】
リミッタ１８は、積分器２０により積分した値にリミッタを掛ける。
【００６７】
ゲイン１９は、リミッタ１８を通した値にゲインを掛け、積分制御部１７の出力値ｉｑＲＢＣ２（＝軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣ）として出力する。
【００６８】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の作用について説明する。
【００６９】
図２において、減算器１３では、電圧検出手段４により検出される電圧値ＥＦＣと直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２との偏差が出力される。
【００７０】
積分器２０では、当該出力された偏差値を積分し、当該積分値を、入力値が正の場合にのみ出力するリミッタ１８に通し、その出力値にゲインを掛けた値が、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして、軽負荷回生制御演算部１１から出力される。
【００７１】
この場合、軽負荷回生制御演算部１１中に、積分制御部１７を備えていることにより、電圧値ＥＦＣと直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２との偏差を積分した積分値がなくなるまで、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣが出力される。
【００７２】
これにより、過電圧を起こすことなく、直流フィルタコンデンサ５の電圧値ＥＦＣを、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２に一致させることが可能となる。
【００７３】
上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、電圧検出手段４によって検出された電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を超えると、軽負荷回生制御演算部１１における積分制御部１７は、当該電圧値ＥＦＣに基づいて演算された値を軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして出力させ、当該電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を超えると、トルク電流指令を絞り込み、積分値が０になるまで機能するようにしているので、電圧検出手段４によって検出される電圧値ＥＦＣを所定の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２に一致させることができ、その結果架線１電圧を安定化させることが可能となる。
【００７４】
（第３の実施の形態）
図２は、本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の内部構成例を示す制御ブロック図であり、前記第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７５】
すなわち、本実施の形態による軽負荷回生制御演算部１１は、図２に示すように、前記積分制御部１７に加えて、第１の比例制御部１５と、加算器１４とを備えて構成している。
【００７６】
第１の比例制御部１５は、減算器１３と、ゲイン１９とからなり、電圧検出手段４により検出される電圧値ＥＦＣと所定の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ１との偏差にゲイン１９を掛け、ｉｑＲＢＣ１として出力する。
【００７７】
加算器１４は、第１の比例制御部１５からの出力値ｉｑＲＢＣ１と、前記積分制御部１７からの出力値ｉｑＲＢＣ２とを加算し、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして出力する。
【００７８】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の作用について説明する。
【００７９】
なお、前記第２の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００８０】
図２において、第１の比例制御部１５では、電圧検出手段４により検出される電圧値ＥＦＣと直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ１との偏差が、減算器１３から出力され、当該出力値にゲイン１９を掛けた値であるｉｑＲＢＣ１と、前記積分制御部１７からの出力値ｉｑＲＢＣ２とを加算器１４により加算し、その得られた出力が軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして、軽負荷回生制御演算部１１から出力される。
【００８１】
この場合、電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を超えると、トルク電流指令を絞り込む機能を持つことにより、積分制御部１７の効果によって、電圧値ＥＦＣを所定の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ１に維持させることで、過電圧を抑制することが可能となる。
【００８２】
しかしながら、積分制御部１７のみでは、不安定で応答も遅いことから、電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ１を超えると、第１の比例制御部１５により直流電圧に比例してトルク電流指令を絞り込む手段を備えていることにより、電圧値ＥＦＣのより一層の安定化を図ることが可能となる。
【００８３】
上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、第１の比例制御部１５、積分制御部１７それぞれで得られた値を加算器１４によって加算し、当該加算された軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣを用いるようにしているので、電圧検出手段１４によって検出される電圧値ＥＦＣを直流電圧目標値に一致させることが可能となり、さらに当該電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値を超えると、トルク電流指令を絞り込む機能を持つため、直流電圧値を安定化させることが可能となる。
【００８４】
（第４の実施の形態）
図２は、本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の内部構成例を示す制御ブロック図であり、前記第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８５】
すなわち、本実施の形態による軽負荷回生制御演算部１１は、図２に示すように、前記積分制御部１７、および第１の比例制御部１５に加えて、第２の比例制御部１６と、減算器１３’とを備えて構成している。
【００８６】
第２の比例制御部１６は、減算器１３と、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと称する）２６と、ゲイン１９とからなり、電圧検出手段４により検出される電圧値ＥＦＣと所定の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ１との偏差を、ＬＰＦ２６に通したものにゲイン１９を掛け、ｉｑＲＢＣ１＿Ｌとして出力する。
【００８７】
減算器１３’は、前記第１の比例制御部１５からの出力値ｉｑＲＢＣ１と、第２の比例制御部１６からの出力値ｉｑＲＢＣ１＿Ｌとの差を演算する。
【００８８】
加算器１４は、減算器１３’からの出力値ｉｑＲＢＣ１と出力値ｉｑＲＢＣ１＿Ｌとの差と、前記積分制御部１７からの出力値ｉｑＲＢＣ２とを加算し、軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして出力する。
【００８９】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の作用について説明する。
【００９０】
なお、前記第３の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００９１】
図２において、第２の比例制御部１６では、電圧検出手段４により検出される電圧値ＥＦＣと直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ１との偏差が減算器１３から出力され、当該出力値をＬＰＦ２６に通し、さらにゲイン１９を掛けた値ｉｑＲＢＣ１＿Ｌが出力される。
【００９２】
減算器１３’では、前記第１の比例制御部１５からの出力値ｉｑＲＢＣ１と、第２の比例制御部１６からの出力値ｉｑＲＢＣ１＿Ｌとの差を減算し、得られた出力と前記積分制御部１７からの出力値ｉｑＲＢＣ２とを加算器１４により加算し、得られた出力が軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして、軽負荷回生制御演算部１１から出力される。
【００９３】
この場合、電圧検出手段４により検出される電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を超えると、積分制御部１７の効果によって、電圧値ＥＦＣを所定の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２に一致させるようにトルク電流指令を制御するため、直流電圧値ＥＦＣを積分制御部１７の直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２に維持させることで、過電圧を抑制することが可能となる。
【００９４】
さらに、直流電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ１を超えると、２つの比例制御部１５、１６からのそれぞれの出力の差を取ることにより、比例制御部の低周波分を取り除いた出力の効果によって、電圧値ＥＦＣの跳ね上がりを抑えることが可能となる。
【００９５】
上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、二つの比例制御部１５，１６のうち、一つの比例制御部１６にＬＰＦ２６を付加しているため、二つの比例制御部１５，１６から得られた値の偏差を減算器１３’でとることにより、低周波領域分が取り除かれた出力を得、さらに加算器１４によって二つの比例制御部１５，１６からの出力の差と積分制御部１７からの出力と加算し、当該得られた値を軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣとして用いるようにしているので、電圧検出手段４によって検出される電圧値ＥＦＣが直流電圧目標値を超えると、積分制御部１７により当該電圧値ＥＦＣを所定の直流電圧目標値に一致させ、さらに比例制御部１５，１６により当該電圧値ＥＦＣの跳ね上がりを抑制することができ、その結果架線１電圧を安定化させることが可能となる。
【００９６】
（第５の実施の形態）
図３は、本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の内部構成例を示す制御ブロック図であり、前記第１乃至第４の各実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９７】
すなわち、本実施の形態による軽負荷回生制御演算部１１は、図３に示すように、前記図２に、直流電圧目標値演算部２１を付加した構成としている。
【００９８】
直流電圧目標値演算部２１は、軽負荷回生制御演算部１１における直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を、諸条件や電気量に応じて可変値として出力するように演算する。
【００９９】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の作用について説明する。
【０１００】
なお、前記第１乃至第４の各実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０１】
図３において、直流電圧目標値演算部２１では、様々な諸条件や電気量に基づいて、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２が可変値として演算し出力される。
この場合、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を可変値としていることにより、あらかじめ直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を低く設定しておくことで、過渡状態における回生電圧の跳ね上がりに対して、抑制効果が大きくなるために安定性が高まり、なおかつ定常的な回生状態においては直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を漸増することで、回生電力を有効に活用することが可能となる。
上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、軽負荷回生制御演算部１１における直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を可変とする、すなわちあらかじめ直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を、前記第１乃至第４の各実施の形態の場合よりも低く設定するようにしているので、電圧検出手段４によって検出された電圧値ＥＦＣが、第１乃至第４の各実施の形態の場合よりも低い電圧値から軽負荷回生制御が機能するため、検出された電圧値ＥＦＣの急峻な跳ね上がりに対しても余裕を持たせることができ、さらに直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を変動させるようにしているので、電圧検出手段４によって検出される電圧値ＥＦＣを、安定化を図りながら変化させることができ、回生電力を有効に活用することが可能となる。
【０１０２】
（第６の実施の形態）
図４は、本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の直流電圧目標値演算部２１の内部構成例を示す制御ブロック図であり、図３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１０３】
すなわち、本実施の形態による直流電圧目標値演算部２１は、図４に示すように、前記図３における直流電圧目標値演算部２１を、２つの比較器２２と、論理積回路２３と、スイッチ２４と、変化率制御器２５と、リミッタ１８とから構成し、その出力である直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を、前記電圧検出手段４により検出される電圧値ＥＦＣに応じて変化させるように演算する構成としている。
【０１０４】
すなわち、直流電圧目標値演算部２１は、直流電圧目標値演算部２１の出力である直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を、電圧検出手段４によって検出される直流電圧ＥＦＣに基づいて演算するものとしている。
【０１０５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の直流電圧目標値演算部２１の作用について説明する。
【０１０６】
なお、前記第５の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０７】
図４において、直流電圧目標値演算部２１では、電圧検出手段４によって検出された電圧値ＥＦＣに基づいて、比較器２２により、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２が設定された値を超えると、比較器２２からの出力が論理積回路２３を通り、スイッチ２４が“１”となり、変化率制御器２５によって直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を電圧値ＥＦＣまで漸増させ、リミッタ１８を通すことによって、電圧値ＥＦＣが上昇し過ぎて過電圧を起こさないように、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２に制限が与えられる。
【０１０８】
そして、当該演算された直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２により、積分器２０を用いて軽負荷回生制御トルク電流値ｉｑＲＢＣが出力される。
また、逆に電圧値ＥＦＣがある値よりも小さい場合には、比較器２２からの出力が論理積回路２３を通り、スイッチ２４が“０”となり、変化率制御器２５によって直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を電圧値ＥＦＣ−５０Ｖまで漸減させ、リミッタ１８を通すことによって、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２に制限が与えられる。
【０１０９】
上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、電圧検出手段４によって検出された電圧値ＥＦＣに基づいて、軽負荷回生制御演算部１１における直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を変化させるようにしているので、電圧検出手段４によって検出される電圧値ＥＦＣを、安定化を図りながら漸増あるいは漸減させることができ、回生電力を有効に活用することが可能となる。
【０１１０】
（第７の実施の形態）
図４は、本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の直流電圧目標値演算部２１の内部構成例を示す制御ブロック図であり、前記第６の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１１】
すなわち、本実施の形態による直流電圧目標値演算部２１は、図４に示すように、前記図３における直流電圧目標値演算部２１を、２つの比較器２２と、論理積回路２３と、スイッチ２４と、変化率制御器２５と、リミッタ１８とから構成し、その出力である直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を、前記トルク電流指令値に応じて変化させるように演算する構成としている。
【０１１２】
すなわち、直流電圧目標値演算部２１は、直流電圧目標値演算部２１の出力である直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を、トルク電流指令値ｉｑｒｅｆに基づいて演算するものとしている。
【０１１３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の直流電圧目標値演算部２１の作用について説明する。
【０１１４】
なお、前記第６の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１１５】
図４において、電圧検出手段４によって検出された電圧値ＥＦＣとトルク電流指令値ｉｑｒｅｆとに基づいて、比較器２２、論理積回路２３、スイッチ２４、変化率制御器２５により、電圧値ＥＦＣが設定された値を超え、かつトルク電流指令値ｉｑｒｅｆの絶対値がトルク電流基準値ｉｑｒｅｆＬｉｍよりも小さい時にのみ、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を漸増させ、他の場合は漸減させる。
さらに、リミッタ１８を掛けることで、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２に制限が与えられる。
【０１１６】
以上のような作用により、回生電力が小さい場合には、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を上げずに、さらに大きな負荷遮断に備え、回生電力が大きい場合には、直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を漸増させることで、電気ブレーキを絞り難くして、回生電力を有効に活用することが可能となる。
上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、負荷の状態に反映されるトルク電流指令値ｉｑｒｅｆに基づいて、軽負荷回生制御演算部１１における直流電圧目標値ＶｄｃＬｉｍＬ２を漸減あるいは漸減させるようにしているので、負荷急変時において電圧検出手段４によって検出された電圧値ＥＦＣの急峻な跳ね上がりに対しても余裕を持たせることができ、回生電力を有効に活用することが可能となる。
【０１１７】
（第８の実施の形態）
本実施の形態による直流電車における電気車制御装置は、前記第１の実施の形態におけるトルク電流指令値ｉｑｒｅｆの代わりに、トルクを用いて制御演算を行なう構成としている。
【０１１８】
以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置においては、制御演算を、トルク電流ではなくトルクの次元において演算を行なうようにしていることにより、トルク電流とトルクのどちらにおいても、同等の制御を行なうことができる。
【０１１９】
上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、制御演算を、トルク電流ではなくトルクの次元において演算を行なうようにしているので、トルク電流とトルクのどちらにおいても、同等の制御を行なうことが可能となる。
【０１２０】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
例えば、上記各実施の形態では、直流電圧として、直流フィルタコンデンサ５の電圧を電圧検出手段４により検出する場合について説明したが、これに限らず、直流電圧として、架線１の電圧を電圧検出手段４により検出するようにしてもよい。
【０１２１】
また、上記各実施の形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた作用効果を得ることができる。
【０１２２】
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、上記各実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電気車制御装置によれば、軽負荷回生制御演算手段内に、積分制御手段と１つまたは２つの比例制御手段を備えるようにしているので、回生運転時、あるいは負荷遮断時においても積分制御手段により架線電圧を一定値に維持させ、なおかつ２つの比例制御手段を組み合わせることにより、架線電圧の跳ね上がりを抑えることができるので、架線電圧の安定化を実現することが可能となる。
【０１２４】
さらに、軽負荷回生制御演算手段内の直流電圧目標値を変化させるようにしているので、架線電圧の安定化と回生電力の有効活用との両立を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による直流電車における電気車制御装置の構成例を示すブロック図。
【図２】本発明の第２乃至第４の実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の内部構成例を示す制御ブロック図。
【図３】本発明の第５の実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の内部構成例を示す制御ブロック図。
【図４】本発明の第６乃至第７の実施の形態による電気車制御装置における軽負荷回生制御演算部１１の直流電圧目標値演算部２１の内部構成例を示す制御ブロック図。
【図５】従来の直流電車における電気車制御装置の構成例を示すブロック図。
【図６】直流電圧と電気ブレーキとの関係を示す模式図。
【符号の説明】
１…架線
２…パンタグラフ
３…直流フィルタリアクトル
４…電圧検出手段
５…直流フィルタコンデンサ
６…ＶＶＶＦインバータ
７…電動機
８…車輪
９…レール
１０…電気車
１１…軽負荷回生制御演算部
１２…トルク電流制御部
１３…減算器
１３’…減算器
１４…加算器
１５…第１の比例制御部
１６…第２の比例制御部
１７…積分制御部
１８…リミッタ
１９…ゲイン
２０…積分器
２１…直流電圧目標値演算部
２２…比較器
２３…論理積回路
２４…スイッチ
２５…変化率制御器
２６…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２７…絶対値演算器
ＥＦＣ…電圧値
ＩｑＲＢＣ…軽負荷回生制御トルク電流値
ＩｑｒｅｆＣＰＵ…トルク電流基準値
Ｉｑｒｅｆ…トルク電流指令値
ＶｄｃＬｉｍＬ１…直流電圧目標値
ＶｄｃＬｉｍＬ２…直流電圧目標値
ｉｑＲＢＣ１…第１の比例制御部１５からの出力値
ｉｑＲＢＣ２…積分制御部１７からの出力値
ｉｑＲＢＣ１＿Ｌ…第２の比例制御部１６からの出力値。
【図１】
2004088974.tif 000003
【図２】
2004088974.tif 000004
【図３】
2004088974.tif 000005
【図４】
2004088974.tif 000006
【図５】
2004088974.tif 000007
【図６】
2004088974.tif 000008