(57)【要約】【課題】  インバータ停止状態で惰性走行している電気車の速度を正確に知り、再度力行又はブレーキ動作に移行する際に不必要な過電流やトルクの発生を防ぐ。【解決手段】  インバータ４と、インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機５と、交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段１５と、推定回転速度と、トルク指令値、磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいてインバータを制御するベクトル制御手段１１と、走行指令信号ＣＯＭ＊から電気車の惰性走行状態を判定する惰性走行状態判定手段１６と、電気車の惰性走行状態において、ベクトル制御手段に交流電動機に磁束指令値だけを与えてインバータを動作させるインバータ補助動作手段１１とを備えている。【選択図】      図１
2005124366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を直流から交流に変換するインバータと、
前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、
前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段と、
前記回転速度推定手段により得られた回転速度と、トルク指令値、磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、
走行指令信号から電気車の惰性走行状態を判定する惰性走行状態判定手段と、
電気車の惰性走行状態において、前記ベクトル制御手段に磁束指令値だけを与えて前記インバータを動作させるインバータ補助動作手段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
電力を直流から交流に変換するインバータと、
前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、
前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段と、
前記回転速度推定手段により得られた回転速度と、トルク指令値、第１の磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、
走行指令信号から電気車の惰性走行状態を判定する惰性走行状態判定手段と、
電気車の惰性走行状態において、前記インバータに力行又はブレーキ動作時の前記第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与えて前記インバータを動作させるインバータ補助動作手段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
前記インバータ補助動作手段は、前記惰性走行状態では、力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与え、かつ前記交流電動機の回転速度に応じて当該第２の磁束指令値を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
前記交流電動機の温度を推定する電動機温度推定手段を備え、
前記インバータ補助動作手段は、前記惰性走行状態では、力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与え、かつ前記交流電動機の温度推定値に応じて当該第２の磁束指令値を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項５】
前記インバータの温度を検出するインバータ温度検出手段を備え、
前記インバータ補助動作手段は、前記惰性走行状態では、力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与え、かつ前記インバータの温度に応じて当該第２の磁束指令値を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項６】
電力を直流から交流に変換するインバータと、
前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、
前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段と、
前記回転速度推定手段により得られた回転速度と、トルク指令値、第１の磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、
走行指令信号から電気車の惰性走行状態を判定する惰性走行状態判定手段と、
電気車の惰性走行状態において、前記インバータに力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与えて前記インバータを動作させるインバータ補助動作手段と、
前記インバータの入力側に接続されたコンデンサと、
このコンデンサに直流電圧を供給するコンバータと、
前記コンバータが出力する直流電圧を制御する電圧制御手段とを備え、
前記電圧制御手段は、前記惰性走行状態においても前記コンバータを動作させ、当該コンバータの供給する直流電圧を力行又はブレーキ動作時に比べて低い電圧に制御し、かつ前記交流電動機の回転速度に応じて当該電圧を変化させることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項７】
電力を直流から交流に変換するインバータと、
前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、
前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段と、
前記回転速度推定手段により得られた回転速度と、トルク指令値、第１の磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、
電気車の惰性走行状態において、前記インバータに力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与えて前記インバータを動作させるインバータ補助動作手段と、
前記インバータの入力側の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧と前記電圧指令値とから変調率を演算する変調率演算手段と、
前記変調率演算手段の指示する変調率に応じて前記インバータのスイッチング周波数を設定する周波数設定器とを備え、
前記周波数設定器は、前記惰性走行状態では、前記インバータのスイッチング周波数を力行又はブレーキ時と比べて低い周波数に設定し、かつ当該周波数を前記インバータの変調率に応じて変化させることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項８】
電力を直流から交流に変換するインバータと、
前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、
前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する第１の回転速度推定手段と、
前記第１の回転速度推定手段が推定した回転速度と、トルク指令値、第１の磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、
前記インバータが停止した状態での前記交流電動機の回転速度を推定する第２の回転速度推定手段と、
前記第１の回転速度推定手段と前記第２の回転速度推定手段とを切替える切替器と、
前記インバータが停止した状態から力行又はブレーキ動作へ移行する時は、前記第２の回転速度推定手段による回転速度を使用してインバータを起動させ、力行又はブレーキ動作時は、前記第１の回転速度推定手段による回転速度を使用してインバータを制御させるように前記切替器を切替動作させるインバータ停止時制御手段とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項９】
前記第２の回転速度推定手段は、インバータ停止直前に前記第１の速度推定手段で得られた回転速度から求めた電気車の加速度又は減速度と、インバータ停止直前に前記第１の速度推定手段で得られた回転速度とトルク指令値で求まる電気車の加速度又は減速度とを使用して前記インバータの停止状態における前記交流電動機の回転速度を推定することを特徴とする請求項８に記載の電気車制御装置。
【請求項１０】
インバータ停止時制御手段は、前記インバータが停止して一定時間経過した時にインバータを再起動させ、その時に前記インバータに与えるトルク指令値は零とし磁束指令値のみ与え、前記第１の回転速度推定手段により回転速度を推定し、回転速度を推定した後は前記インバータを停止させ、前記第２の回転速度推定手段に切替えることにより前記インバータが停止状態における前記交流電動機の回転速度を推定することを特徴とする請求項９に記載の電気車制御装置。
【請求項１１】
前記第２の回転速度推定手段は、インバータを停止する直前に前記インバータへ与えるトルク指令値は零とし磁束指令値のみをある一定時間与え、この一定時間中に前記第１の回転速度推定手段より得られた回転速度から求めた電気車の加速度又は減速度を使用して、前記インバータが停止した状態における前記交流電動機の回転速度を推定することを特徴とする請求項８に記載の電気車制御装置。
【請求項１２】
前記インバータ停止時制御手段は、前記インバータを停止して一定時間経過した後、前記インバータを起動して、そのときは前記インバータに与えるトルク指令値は零とし磁束指令値のみ与え、前記第１の回転速度推定手段により回転速度を推定し、回転速度を推定した後は、再びインバータを停止し、前記第２の回転速度推定手段に切替えることにより前記インバータが停止状態における前記交流電動機の回転速度を推定することを特徴とする請求項１１に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気車の制御では、インバータにより誘導電動機をある速度まで加速した後、インバータを停止して、電気車の惰性にまかせて走行する惰行状態が存在する。この惰行状態からインバータを再起動して力行あるいは回生といった動作へ移行する場合、設置された速度センサの情報から、惰行状態での誘導電動機の速度を検出してインバータ周波数を制御する。
【０００３】
従来の電気車制御装置について説明する。図１８は、従来の電気車制御装置の構成図である。従来の電気車制御装置は、パンタグラフ１、接触器２、リアクトル３、インバータ４、誘導電動機５、車輪６、インバータの制御部７、力行・ブレーキ指令器９、により構成されている。このように構成された電気車制御装置において、パンタグラフ１は接触器２と接続される。接触器２はリアクトル３と接続される。リアクトル３は、インバータ４と接続される。インバータ４は、誘導電動機５、車輪６、インバータの制御部７と接続される。制御部７は誘導電動機５を制御するベクトル制御部８を含んでいる。制御部７は力行・ブレーキ指令器９に接続されている。
【０００４】
このように構成された電気車制御装置において、パンタグラフ１は架線（図示しない）と接触し架線電力を架線から供給される。パンタグラフ１に供給された架線電力は、接触器２、リアクトル３を介してインバータ４に供給される。インバータ４は、入力された直流電力を三相交流電力に変換し、誘導電動機５へと供給する。誘導電動機５はインバータ４より供給された三相交流電力により駆動し、車輪６を回転させる。制御部７は、運転手の操作する力行・ブレーキ指令器９より入力される指令に応じて、ベクトル制御部８により演算された三相電圧指令によりインバータ４を駆動させる。
【０００５】
図１９は、従来の電気車制御装置におけるベクトル制御部８の詳細図である。ベクトル制御器１００は、トルク指令値Ｔｍ＊と２次磁束指令値φ２ｄ＊を入力し、磁束軸（以下、ｄ軸という。）電圧指令値Ｖｄ＊とトルク軸（以下、ｑ軸という。）電圧指令値Ｖｑ＊を演算して出力する。すべり周波数演算器１０１は、トルク指令値Ｔｍ＊と２次磁束指令値φ２ｄ＊を入力し、すべり周波数基準ωｓ＊を演算して出力する。座標変換器１０２は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を入力し、三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換して出力する。インバータ４は、三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従い、架線から供給される直流を交流に変換して誘導電動機５を駆動する。速度センサ１０５は、誘導電動機５の回転速度（以下、ロータ周波数という。）ωｒを検出する。加算器１０６は、すべり周波数基準ωｓ＊とロータ周波数ωｒを加算し、インバータ周波数ωｉｎｖを出力する。積分器１０７は、インバータ周波数ωｉｎｖを積分して座標変換器１０２に出力する。
【０００６】
このような従来のベクトル制御による電気車制御装置では、インバータ４が停止した状態からその起動を行なう場合、速度センサ１０５が誘導電動機５のロータ周波数ωｒを検出できるので、インバータ周波数ωｉｎｖを得ることができ、安定かつ確実な起動を行なうことが可能である。
【０００７】
しかしながら、電気車制御装置に速度センサ１０５を採用する場合、インバータ制御回路・機器から誘導電動機５へ電力線を配線すると共に速度センサ１０５の信号線を配線しなければならず、また速度センサ１０５の取り付け作業やメンテナンスチェックをインバータ制御回路・機器とは別の場所で行わなければならず、インバータ制御回路・機器内で電動機回転速度が推定できればそのような煩わしさがなくなる。そこで、速度センサ１０５を備えない速度センサレスベクトル制御を採用した電気車制御装置が採用されるようになっている。
【０００８】
この速度センサレスの電気車制御装置では、電動機側には速度センサを備えないために、誘導電動機５のロータ周波数情報を直接に得ることができない。このようなロータ周波数が特定できない状態でインバータ４を起動すると、過渡的なトルクが大きく発生したり、過電流が発生してインバータが停止したりする問題点があった。
【特許文献１】特開２０３−１８７０３号公報
【特許文献２】特開平１１−４１９８６号公報
【特許文献３】特開平８−８００９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、インバータが停止した状態からインバータを起動する場合に、交流電動機のロータ周波数を推定し、安定かつ確実に起動を行なうことのできる、速度センサレスベクトル制御により交流電動機を制御する電気車制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明の電気車制御装置は、電力を直流から交流に変換するインバータと、前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段と、前記回転速度推定手段により得られた回転速度と、トルク指令値、磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、走行指令信号から電気車の惰性走行状態を判定する惰性走行状態判定手段と、電気車の惰性走行状態において、前記ベクトル制御手段に磁束指令値だけを与えて前記インバータを動作させるインバータ補助動作手段とを備えたものである。
【００１１】
請求項２の発明の電気車制御装置は、電力を直流から交流に変換するインバータと、前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段と、前記回転速度推定手段により得られた回転速度と、トルク指令値、第１の磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、走行指令信号から電気車の惰性走行状態を判定する惰性走行状態判定手段と、電気車の惰性走行状態において、前記インバータに力行又はブレーキ動作時の前記第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与えて前記インバータを動作させるインバータ補助動作手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の電気車制御装置において、前記インバータ補助動作手段は、前記惰性走行状態では、力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与え、かつ前記交流電動機の回転速度に応じて当該第２の磁束指令値を変化させることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２の電気車制御装置において、前記交流電動機の温度を推定する電動機温度推定手段を備え、前記インバータ補助動作手段は、前記惰性走行状態では、力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与え、かつ前記交流電動機の温度推定値に応じて当該第２の磁束指令値を変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項２の電気車制御装置において、前記インバータの温度を検出するインバータ温度検出手段を備え、前記インバータ補助動作手段は、前記惰性走行状態では、力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与え、かつ前記インバータの温度に応じて当該第２の磁束指令値を変化させることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の発明の電気車制御装置は、電力を直流から交流に変換するインバータと、前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段と、前記回転速度推定手段により得られた回転速度と、トルク指令値、第１の磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、走行指令信号から電気車の惰性走行状態を判定する惰性走行状態判定手段と、電気車の惰性走行状態において、前記インバータに力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与えて前記インバータを動作させるインバータ補助動作手段と、前記インバータの入力側に接続されたコンデンサと、このコンデンサに直流電圧を供給するコンバータと、前記コンバータが出力する直流電圧を制御する電圧制御手段とを備え、前記電圧制御手段は、前記惰性走行状態においても前記コンバータを動作させ、当該コンバータの供給する直流電圧を力行又はブレーキ動作時に比べて低い電圧に制御し、かつ前記交流電動機の回転速度に応じて当該電圧を変化させるものである。
【００１６】
請求項７の発明の電気車制御装置は、電力を直流から交流に変換するインバータと、前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段と、前記回転速度推定手段により得られた回転速度と、トルク指令値、第１の磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、電気車の惰性走行状態において、前記インバータに力行又はブレーキ動作時の第１の磁束指令値と比べて低い第２の磁束指令値を与えて前記インバータを動作させるインバータ補助動作手段と、前記インバータの入力側の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記直流電圧と前記電圧指令値とから変調率を演算する変調率演算手段と、前記変調率演算手段の指示する変調率に応じて前記インバータのスイッチング周波数を設定する周波数設定器とを備え、前記周波数設定器は、前記惰性走行状態では、前記インバータのスイッチング周波数を力行又はブレーキ時と比べて低い周波数に設定し、かつ当該周波数を前記インバータの変調率に応じて変化させるものである。
【００１７】
請求項８の発明波の電気車制御装置は、電力を直流から交流に変換するインバータと、前記インバータから供給される交流電力により駆動される交流電動機と、前記交流電動機に供給される電力状態からこの交流電動機の回転速度を推定する第１の回転速度推定手段と、前記第１の回転速度推定手段が推定した回転速度と、トルク指令値、第１の磁束指令値とに基づいて出力電圧指令値を演算し、この出力電圧指令値に基づいて前記インバータを制御するベクトル制御手段と、前記インバータが停止した状態での前記交流電動機の回転速度を推定する第２の回転速度推定手段と、前記第１の回転速度推定手段と前記第２の回転速度推定手段とを切替える切替器と、前記インバータが停止した状態から力行又はブレーキ動作へ移行する時は、前記第２の回転速度推定手段による回転速度を使用してインバータを起動させ、力行又はブレーキ動作時は、前記第１の回転速度推定手段による回転速度を使用してインバータを制御させるように前記切替器を切替動作させるインバータ停止時制御手段とを備えたものである。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８の電気車制御装置において、前記第２の回転速度推定手段は、インバータ停止直前に前記第１の速度推定手段で得られた回転速度から求めた電気車の加速度又は減速度と、インバータ停止直前に前記第１の速度推定手段で得られた回転速度とトルク指令値で求まる電気車の加速度又は減速度とを使用して前記インバータの停止状態における前記交流電動機の回転速度を推定することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項９の電気車制御装置において、前記インバータ停止時制御手段は、前記インバータが停止して一定時間経過した時にインバータを再起動させ、その時に前記インバータに与えるトルク指令値は零とし磁束指令値のみ与え、前記第１の回転速度推定手段により回転速度を推定し、回転速度を推定した後は前記インバータを停止させ、前記第２の回転速度推定手段に切替えることにより前記インバータが停止状態における前記交流電動機の回転速度を推定することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１の発明は、請求項８の電気車制御装置において、前記第２の回転速度推定手段は、インバータを停止する直前に前記インバータへ与えるトルク指令値は零とし磁束指令値のみをある一定時間与え、この一定時間中に前記第１の回転速度推定手段より得られた回転速度から求めた電気車の加速度又は減速度を使用して、前記インバータが停止した状態における前記交流電動機の回転速度を推定することを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１２の発明は、請求項１１の電気車制御装置において、前記インバータ停止時制御手段は、前記インバータを停止して一定時間経過した後、前記インバータを起動して、そのときは前記インバータに与えるトルク指令値は零とし磁束指令値のみ与え、前記第１の回転速度推定手段により回転速度を推定し、回転速度を推定した後は、再びインバータを停止し、前記第２の回転速度推定手段に切替えることにより前記インバータが停止状態における前記交流電動機の回転速度を推定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、インバータが停止した状態で惰性走行している電気車の速度を正確に知ることができるため、インバータ停止状態から再度力行又はブレーキ動作に移行する際に、不必要な過電流やトルクの発生を防ぐことができ、安定かつ確実に起動を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。なお、図１において、図１８、図１９に記載したものと同一構成要素については同一の符号を付して示してある。第１の実施の形態の電気車制御装置は、パンタグラフ１、接触器２、リアクトル３、インバータ４、誘導電動機５、車輪６、インバータの制御部７、力行・ブレーキ指令器９、ベクトル制御器１１、電流検出器１４、ロータ周波数推定器１５、インバータ動作判定器１６から構成されている。
【００２４】
ベクトル制御器１１は、トルク指令値Ｔｍ＊と２次磁束指令値φ２ｄ＊と後述するロータ周波数ωｒｈを入力し、３相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する。インバータ４は、３相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従い、架線（図示しない）から供給される直流を交流に変換して誘導電動機５を駆動する。電流検出器１４は、誘導電動機５に流れる電流Ｉｕ、Ｉｗを検出する。ロータ周波数推定器１５は、ベクトル制御器１１が出力した３相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と、電流検出器１４が検出した電流Ｉｕ、Ｉｗとを入力し、従来公知の演算式に基づき誘導電動機５のロータ周波数ωｒｈを推定する。インバータ周波数ω１は、
【数１】
2005124366.tif 000003
であり、
ロータ周波数ωｒｈは、
【数２】
2005124366.tif 000004
である。
【００２５】
ここで、ω１はインバータ周波数、Ｅｑはｑ軸誘起電圧、Ｅｄはｄ軸誘起電圧、φ２＊は２次磁束指令値、Ｋｐ，Ｋｉはそれぞれ比例、積分定数、ｓはラプラス演算子、Ｌ１，Ｌ２，Ｍ，Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ誘導電動機の１次もれインダクタンス、２次もれインダクタンス、相互インダクタンス、１次抵抗、２次抵抗、σはもれ係数、Ｉｄ，Ｉｑはそれぞれｄ軸電流、ｑ軸電流、Ｉｄ＊，Ｉｑ＊はそれぞれｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、Ｖｄ＊，Ｖｑ＊はそれぞれｄ軸電圧指令値、ｑ軸電圧指令値、ωｒｈはロータ周波数推定値である。
【００２６】
このロータ周波数推定器１５によって推定されたロータ周波数ωｒｈが、ベクトル制御器１１に入力される。
【００２７】
インバータ動作判定器１６は、ロータ周波数推定器１５より得られたロータ周波数ωｒｈと、力行・ブレーキ指令器９の出力のオン・オフ指令とにより、インバータ４を動作又は停止させるか否かを判定すること、及び、トルク指令値Ｔｍ＊、２次磁束指令値φ２ｄ＊の指令値を切替えることを行なう。ここで、インバータ動作判定器１６は、表１のような動作判定出力を出す。
【表１】
2005124366.tif 000005
つまり、（１）力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつ力行・ブレーキ指令器９がオフする直前のロータ周波数が零近傍である時、ＭＯＤＥ＊＝「０」、ＩＮＶ＿ＣＯＭ＊＝「オフ」を出力し、トルク指令値Ｔｍ＊＝０、２次磁束指令値φ２ｄ＊＝０として、インバータ４を停止させる。（２）力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつ力行・ブレーキ指令器９がオフする直前のロータ周波数が零近傍以外である時、ＭＯＤＥ＊＝「１」、ＩＮＶ＿ＣＯＭ＊＝「オン」を出力し、トルク指令値Ｔｍ＊＝０、２次磁束指令値φ２ｄ＊は出力するとして、インバータ４を動作させる。（３）力行・ブレーキ指令器９の出力がオン、かつロータ周波数が零近傍である時、ＭＯＤＥ＊＝「２」、ＩＮＶ＿ＣＯＭ＊＝「オン」を出力し、電気車が速度零の停止状態から起動するとして、インバータ４を動作させる。そして（４）力行・ブレーキ指令器９の出力がオンの場合は、力行・ブレーキ動作としてインバータ４を動作させるのである。
【００２８】
ここで、例えば電気車の制御を考えた場合、インバータ４の動作を完全に停止して、惰性で走行する状態が存在する。この状態では、誘導電動機５には、ごく微小な残留磁束が残るのみである。このため、ロータ周波数推定器１５によりロータ周波数を推定することが困難となる。
【００２９】
図２は、図１で示した電気車制御装置における動作シーケンス図である。本シーケンスでは、電気車の力行・ブレーキ指令器９の出力がオフする直前のロータ周波数をロータ周波数推定器１５により判定し、ロータ周波数が零近傍である場合は、電気車の速度が零近傍すなわち電気車は停止しているとインバータ動作判定器１６により判断し、インバータ４を完全に停止させる。また、ロータ周波数が零近傍以外である場合は、電気車がある速度において惰性で走行しているとインバータ動作判定器１６により判断し、インバータ４を停止させないで、ベクトル制御器１１にトルク指令値Ｔｍ＊は与えず、２次磁束指令値φ２ｄ＊のみを与え続けてインバータ４を動作させる。
【００３０】
以上のような制御により、電気車がある速度において惰性で走行している状態でもインバータを動作させて、誘導電動機にトルクを発生させない程度の磁束を与え続けるようにすることで、ロータ周波数を特定することが可能となる。また、電気車が惰性で走行している状態から力行又はブレーキ動作に移行する場合において、ロータ周波数は特定されているので、インバータ周波数を得ることができ、安定かつ確実に力行又はブレーキ動作に移行することが可能となる。すなわち、ロータ周波数の推定は、磁束により発生する誘起電圧を元にするものであり、インバータが停止した状態では、ロータ周波数を推定するために必要な誘起電圧が存在しないため、何らかの電圧を与え、磁束すなわち誘起電圧を発生させることが不可欠である。また、インバータが停止した状態では、ロータ周波数が未知であるため、磁束とトルクを非干渉に制御することが困難で、何らかの過渡的なトルクや電流が発生する。よって、特定されたロータ周波数に従い磁束の立ち上げを行うことにより、過渡トルクや過電流の発生を抑制することができる。また、電気車が力行・ブレーキ指令器の出力がオフとなった場合、オフする直前のロータ周波数が零近傍の場合においては、電気車が停止したものとして、インバータを停止させる。
【００３１】
また、図３に示すようなシーケンスに基づき、電気車が惰性で走行している状態において、インバータ４を動作させてもよい。本シーケンスでは、電気車の力行・ブレーキ指令器９の出力がオフする直前のロータ周波数をロータ周波数推定器１５により判定し、ロータ周波数が零近傍である場合は、電気車の速度が零近傍すなわち停止していると判断し、インバータ動作判定器１６により、インバータ４を完全に停止させる。また、ロータ周波数が零近傍以外である場合は、電気車がある速度において惰性で走行している状態と判定し、インバータ４を停止させない。すなわち、ベクトル制御器１１にトルク指令値Ｔｍ＊は与えず、２次磁束指令値φ２ｄ＊のみを与え続けてインバータ４を動作させる。さらに本シーケンスでは、電気車がある速度において惰性で走行している状態においてベクトル制御器１１に与え続ける２次磁束指令値φ２ｄ＊は、力行又はブレーキ動作時に与えられる２次磁束指令値に対して小さく設定する。この小ささの程度は電動機、インバータ、電気車等の特性によりまちまちであるため、車種ごとに実験的に求めた最適な値を設定する。そして、電気車が惰性で走行している状態から力行又はブレーキ動作に移行する場合において、力行又はブレーキ動作時に与えられる２次磁束指令値に対して小さく設定された値で、インバータ４の磁束立ち上げを行う。他のシーケンスは図２に示したシーケンスと同様である。
【００３２】
この図３のシーケンス制御により、図２に示したシーケンス制御の効果に加えて、電気車が惰性で走行している状態におけるインバータの出力電流値を小さくすることができ、損失を低減することができる。
【００３３】
また、図４に示すようなシーケンスに基き、電気車が惰性で走行している状態において、インバータ４を動作させてもよい。本シーケンスでは、図３に示すシーケンスに加えて、力行又はブレーキ動作時に与えられる２次磁束指令値φ２ｄ＊に対して小さく設定された２次磁束指令値φ２ｄ＊を、ロータ周波数推定器１５で得られたロータ周波数ωｒｈに応じて変化させることが特徴である。すなわち、ロータ周波数ωｒｈが高くなるに従い、さらに２次磁束指令値φ２ｄ＊を小さくする。他のシーケンスは図３に示したシーケンスと同様である。
【００３４】
この図４のシーケンス制御により、図３に示したシーケンス制御の効果に加えて、電気車が惰性で走行している状態におけるインバータ４の出力電流値を小さくすることができ、ロータ周波数ωｒｈに応じて適切な２次磁束指令値φ２ｄ＊を設定することにより、さらに損失を低減することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置を、図５を用いて説明する。なお、図５において、図１に記載した第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図５に示した第２の実施の形態の電気車制御装置は、第１の実施の形態の電気車制御装置に対して、誘導電動機温度推定器１７を追加的に備えたことを特徴としている。この誘導電動機温度推定器１７は、電流ＩｕとＩｗとを入力とし、数３式により誘導電動機５の温度ＩＭｔｅｍｐを推定し、ベクトル制御器１１に入力する。
【数３】
2005124366.tif 000006
ここで、Ｋは熱損失から温度までの換算係数、τは熱時定数、ｓはラプラス演算子、ＩＭｔｅｍｐ０は誘導電動機温度初期値、Ｐｌｏｓｓはモータ内の損失、Ｒ１は１次抵抗、Ｒ２は２次抵抗、Ｍは相互インダクタンス、Ｌ２は２次もれインダクタンス、またＩｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流であり、Ｉｕ，Ｉｗはｄｑ座標軸上で表したものである。
【００３７】
図６は、図５で示した電気車制御装置における動作シーケンス図である。本シーケンスでは、図３に示すシーケンスに加えて、電気車が惰性で走行している状態において、力行又はブレーキ動作時に与えられる２次磁束指令値φ２ｄ＊に対して小さく設定された２次磁束指令値φ２ｄ＊を、誘導電動機温度推定器１７により推定した誘導電動機温度推定値ＩＭｔｅｍｐに応じて変化させている。すなわち、誘導電動機温度推定値ＩＭｔｅｍｐが高くなるに従い、さらに２次磁束指令値φ２ｄ＊を小さくする。他のシーケンスは図３に示したシーケンスと同様である。
【００３８】
図６に示した第２の実施の形態のシーケンス制御により、惰性走行状態での電気車の速度を正確に推定できる上に、図３に示したシーケンス制御の効果に加えて、電気車が惰性で走行している状態におけるインバータ４の出力電流値をより小さくすることができ、誘導電動機の温度推定値に応じて適切な２次磁束指令値φ２ｄ＊を設定することにより、さらに損失を低減することができる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置について、図７を用いて説明する。なお、図７において、図１に記載した第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図７に示した第３の実施の形態の電気車制御装置は、図１に示した第１の実施の形態の電気車制御装置に加え、インバータの温度を検出するインバータ温度検知器１８を備えたことを特徴とし、インバータ４の温度ＩＮＶｔｅｍｐをこのインバータ温度検知器１８により検出し、ベクトル制御器１１に入力する。
【００４１】
図８は、図７の第３の実施の形態の電気車制御装置による動作シーケンスである。本実施の形態のシーケンスでは、図３に示したシーケンス制御に加えて、電気車が惰性で走行している状態において、力行又はブレーキ動作時に与えられる２次磁束指令値φ２ｄ＊に対して小さく設定された２次磁束指令値φ２ｄ＊を、インバータ温度検知器１８で得られたインバータ温度ＩＮＶｔｅｍｐに応じて変化させることが特徴である。すなわち、インバータ温度ＩＮＶｔｅｍｐが高くなるに従い、さらに２次磁束指令値φ２ｄ＊を小さくする。他のシーケンスは図３に示したシーケンスと同様である。
【００４２】
図８に示した本実施の形態のシーケンス制御により、惰性走行状態での電気車の速度を正確に推定できる上に、図３に示したシーケンス制御の効果に加えて、電気車が惰性で走行している状態におけるインバータ４の出力電流値をより小さくすることができ、インバータ温度に応じて適切な２次磁束指令値φ２ｄ＊を設定することにより、さらに損失を低減することができる。
【００４３】
次に、本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置を、図９を用いて説明する。なお、図９において、図１に示した第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態は、図２に示した動作シーケンス図による制御のように、電気車が惰性で走行している状態においてインバータを動作させる。そして、電気車が惰性で走行している状態において動作し続けるインバータ４がコンバータ２１、コンデンサ２２に接続されている点が特徴である。
【００４４】
本実施の形態の電気車制御装置では、架線（図示しない）から供給される交流電力をコンバータ２１で直流電力に変換し、インバータ４で交流電力に変換して誘導電動機５を駆動する。ロータ周波数推定器１５で推定されたロータ周波数ωｒｈはベクトル制御器１１とインバータ動作判定器１６と電圧指令値設定器２３に入力される。
【００４５】
インバータ動作判定器１６は表１に示した動作判定を行い、（１）力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつ力行・ブレーキ指令器９がオフする直前のロータ周波数が零近傍である時には、ＭＯＤＥ＊＝「０」、（２）力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつ力行・ブレーキ指令器９がオフする直前のロータ周波数が零近傍以外である時、ＭＯＤＥ＊＝「１」、（３）力行・ブレーキ指令器９の出力がオン、かつロータ周波数が零近傍である時、ＭＯＤＥ＊＝「２」とし、この出力ＭＯＤＥ＊をベクトル制御器１１と共に、電圧指令値設定器２３に入力する。
【００４６】
電圧指令値設定器２３は、インバータ動作判定器１６の出力ＭＯＤＥ＊と、ロータ周波数推定器１５の出力ωｒｈに基づいて電圧指令値Ｖｄｃ＊を設定し、比較器２５に出力する。電圧検出器２４で検出されるコンデンサ２２の端子間電圧Ｖｄｃは、比較器２５において電圧指令値Ｖｄｃ＊との偏差が演算され、電圧制御器２６に入力される。電圧制御器２６は、端子間電圧Ｖｄｃが電圧指令値Ｖｄｃ＊に一致するようにコンバータ２１の出力電圧を制御する。
【００４７】
図１０は、インバータ動作判定器１６と電圧指令値Ｖｄｃ＊の関係図である。インバータ動作判定器１６の出力が「２」から「１」に変化すると、電圧指令値設定器２３によって電圧指令値Ｖｄｃ＊は力行又はブレーキ動作時に比べて低く設定される。また、ロータ周波数推定器１５で得られたロータ周波数ωｒｈによっても電圧指令値Ｖｄｃ＊を変化させ、ωｒｈが小さくなるに従い、さらにＶｄｃ＊は低く設定される。そして、電圧指令値Ｖｄｃ＊が端子間電圧Ｖｄｃに一致するようにコンバータ２１を制御する。そして、力行又はブレーキ時より低い電圧に制御された端子間電圧Ｖｄｃをインバータ４で交流に変換する。また、インバータ動作判定器１６の出力が「２」の場合、電圧指令値Ｖｄｃ＊は力行又はブレーキ動作時の値に設定され、「０」の場合、電圧指令値Ｖｄｃ＊は零とし、コンバータ２１を停止させる。
【００４８】
本実施の形態では、図１０に示したシーケンス制御をすることにより、電気車が惰性で走行している状態における端子間電圧Ｖｄｃを低く制御することができる。さらに、ロータ周波数が小さくなるに従い電圧指令値Ｖｄｃ＊を低く設定することにより、インバータ４の損失は端子間電圧Ｖｄｃの大きさにも依存するため、惰性で走行している際にも動作し続けるインバータ４の損失を低減することができる。
【００４９】
次に、本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置について、図１１を用いて説明する。なお、図１１において、図１に記載したものと同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態は、図２に示した動作シーケンスによる制御のように、電気車が惰性で走行している状態においてインバータ４を動作させるものである。そして、電気車が惰性で走行している状態において動作し続けるインバータ４のスイッチング周波数Ｆｓｗを制御することを特徴とする。
【００５０】
電圧検出器２４で検出されるコンデンサ２２の端子間電圧Ｖｄｃと、ベクトル制御器１１から出力される３相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊はインバータ４の変調率演算器３０に入力され、ここでインバータ４の変調率ＡＬを演算する。
【００５１】
インバータ動作判定器１６は表１に示したような入力の組み合わせに対応して、インバータ動作モードＭＯＤＥ＊を出力する。このインバータ動作モードＭＯＤＥ＊は、（１）力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつ力行・ブレーキ指令器９がオフする直前のロータ周波数が零近傍である時、ＭＯＤＥ＊＝「０」、（２）力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつ力行・ブレーキ指令器９がオフする直前のロータ周波数が零近傍以外である時、ＭＯＤＥ＊＝「１」、（３）力行・ブレーキ指令器９の出力がオン、かつロータ周波数が零近傍である時、ＭＯＤＥ＊＝「２」となり、インバータ４のスイッチング周波数設定器３１に入力される。スイッチング周波数設定器３１は、変調率演算器３０で演算される変調率ＡＬとインバータ動作設定器１６の出力に応じてスイッチング周波数Ｆｓｗを設定し、スイッチング周波数Ｆｓｗとしてインバータ４に出力する。
【００５２】
図１２は、変調率ＡＬ及びインバータ動作判定器１６の出力ＭＯＤＥ＊と、スイッチング周波数Ｆｓｗの関係を示している。スイッチング周波数Ｆｓｗは、変調率ＡＬ及びインバータ動作設定器１６の動作モードＭＯＤＥ＊に応じて制御し、インバータ動作設定器１６の動作モードＭＯＤＥ＊が「０」、「２」の時はスイッチング周波数Ｆｓｗを通常のスイッチング周波数Ｆｓｗ０に設定する。また、インバータ動作設定器１６の動作モードＭＯＤＥ＊が「１」の時は、Ｆｓｗを通常のスイッチング周波数Ｆｓｗ０より低い周波数Ｆｓｗ１に設定する。また、Ｆｓｗ１は、変調率ＡＬの上昇に応じて変化させ、変調率が上昇していくに従い、スイッチング周波数Ｆｓｗ１を低下させるよう制御する。
【００５３】
このように制御することにより、第５の実施の形態の電気車制御装置では、電気車が惰性で走行している状態におけるインバータ４のスイッチング周波数を力行又はブレーキ時より低くすることができる。さらに、インバータ４の変調率が上昇するに従いスイッチング周波数を低下させることにより、インバータ４の損失はインバータを構成するスイッチング素子のスイッチング回数に比例するため、惰性で走行している際にも動作し続けるインバータ４の損失を低減することができる。
【００５４】
次に、本発明の第６の実施の形態の電気車制御装置を、図１３を用いて説明する。なお、図１３において、従来例の図１８、図１９に記載したものと同一の構成要素については、同一の符号を付して示してある。
【００５５】
本発明の第６の実施の形態の電気車制御装置は、パンタグラフ１、接触器２、リアクトル３、インバータ４、誘導電動機５、車輪６、力行・ブレーキ指令器９、インバータ動作判定器１６、ベクトル制御器４１、すべり周波数演算器４２、座標変換器４３、電流検出器４６、座標変換器４７、ロータ周波数推定器４８、４９、加算器５０、積分器５１、切替え器５２、切替え信号生成器５３から構成される。
【００５６】
ここで、インバータ動作判定器１６は、次のように動作する。（１）力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつ力行・ブレーキ指令器９がオフする直前のロータ周波数が零近傍である時にＭＯＤＥ＊＝「０」、ＩＮＶ＿ＣＯＭ＊＝「オフ」を出力し、トルク指令値Ｔｍ＊＝０、２次磁束指令値φ２ｄ＊＝０として、インバータ４を停止させる。（２）力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつ力行・ブレーキ指令器９がオフする直前のロータ周波数が零近傍以外である時にＭＯＤＥ＊＝「１」、ＩＮＶ＿ＣＯＭ＊＝「オン」を出力し、トルク指令値Ｔｍ＊＝０、２次磁束指令値φ２ｄ＊は出力するとして、インバータ４を動作させる。（３）力行・ブレーキ指令器９の出力がオン、かつロータ周波数が零近傍である時にＭＯＤＥ＊＝「２」、ＩＮＶ＿ＣＯＭ＊＝「オン」を出力し、電気車が速度零の停止状態から起動するとして、インバータ４を動作させる。（４）力行・ブレーキ指令器９の出力がオンの場合は、力行・ブレーキ動作としてインバータ４を動作させる。
【００５７】
ベクトル制御器４１は、トルク指令値Ｔｍ＊と２次磁束指令値φ２ｄ＊を入力し、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を出力する。すべり周波数演算器４２は、トルク指令値Ｔｍ＊と２次磁束指令値φ２ｄ＊を入力し、すべり周波数基準ωｓ＊を演算して出力する。座標変換器４３は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を入力し、３相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換して出力する。
【００５８】
インバータ４は、３相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に従い、図示しない電力源から供給される直流を交流に変換して誘導電動機５を駆動する。電流検出器４６は、誘導電動機５に流れる電流Ｉｕ、Ｉｗを検出する。座標変換器４７は、電流Ｉｕ、Ｉｗを入力し、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに変換して出力する。ロータ周波数推定器４８は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊とｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑと、後述するロータ周波数推定器４９の出力ωｒｈ２とを入力し、誘導電動機５のロータ周波数ωｒｈ１を出力する。ロータ周波数推定器４９は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑと、ロータ周波数推定器４８の出力ωｒｈ１を入力し、誘導電動機５のロータ周波数ωｒｈ２を出力する。
【００５９】
加算器５０は、すべり周波数基準ωｓ＊と後述する切替え器５２を介して出力されたロータ周波数ωｒｈを加算し、インバータ周波数ωｉｎｖを出力する。積分器５１は、インバータ周波数ωｉｎｖを積分して、座標変換器４３、４７に出力する。切替え信号生成器５３は、力行・ブレーキ指令器９から出力された力行指令又はブレーキ指令とロータ周波数推定器４８の出力を入力し、ＭＯＤＥ１＊を出力する。
【００６０】
切替え器５２は、切替え信号生成器５３の出力ＭＯＤＥ１＊により、「０」又は「１」を選択する。ここで、切替え信号生成器５３の出力ＭＯＤＥ１＊は、力行・ブレーキ指令器９の出力がオフ、かつロータ周波数推定器４８で得られたインバータ停止直前のロータ周波数ωｒｈ１が零以外である時、「１」を切替え器５２に出力する。その他の場合は「０」を切替え器５２に出力する。また、切替え器５２は、切替え信号生成器５３の出力ＭＯＤＥ１＊が「０」の場合はロータ周波数推定器４８の出力ωｒｈ１を選択し、「１」の場合はロータ周波数推定器４９の出力ωｒｈ２を選択し、加算器５０へωｒｈとして出力する。
【００６１】
図１４は、図１３に示した第６の実施の形態の電気車制御装置による動作シーケンス図である。まず、力行又はブレーキ動作時は、上述したように、力行・ブレーキ指令器９の出力がオンのため、切替え信号生成器５３はＭＯＤＥ１＊＝「０」を切替え器５２に出力する。切替え器５２は、切替え信号生成器５３の出力ＭＯＤＥ１＊＝「０」のため、第１のロータ周波数推定器４８の出力ωｒｈ１を選択し、ロータ周波数ωｒｈとなる。つまり、ベクトル制御器４１の出力であるｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊、Ｖｑ＊と、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑとを入力として推定したロータ周波数ωｒｈ１がロータ周波数ωｒｈとして得られる。そして加算器５０によって得られたロータ周波数ωｒｈとすべり周波数ωｓ＊との加算値であるインバータ周波数ωｉｎｖが得られる。以上の動作はいわゆる速度センサレスベクトル制御の動作と同様である。
【００６２】
しかしながら、インバータ４が停止したが状態では、第１のロータ周波数推定器４８で得られるロータ周波数を特定することができなくなる。このため、インバータが停止している状態から起動する場合は、インバータが停止している状態でのロータ周波数を推定する必要がある。
【００６３】
そこで、力行又はブレーキ動作時からインバータを停止する場合は、力行・ブレーキ指令器９の出力はオフ、かつロータ周波数推定器４８で得られたインバータ停止直前のロータ周波数ωｒｈ１は零以外となるため、切替え信号生成器５３はＭＯＤＥ１＊＝「１」を切替え器５２に出力する。切替え器５２は、切替え信号生成器５３の出力ＭＯＤＥ１＊＝「１」のため、ロータ周波数推定器４９の出力ωｒｈ２を選択し、ロータ周波数ωｒｈとなる。
【００６４】
また、インバータ停止直前は、第１のロータ周波数推定器４８によりロータ周波数が特定できる。このため、第２のロータ周波数推定器４９は、インバータ停止直前の第１のロータ周波数推定器４８の出力ωｒｈ１を、インバータ停止後のロータ周波数の初期値ωｒｈＡとして使用する。次に、インバータ停止直前のロータ周波数ωｒｈＡから、インバータ停止直前の加速度α０を演算する。次に、インバータ停止直前のトルク指令値Ｔｍ＊とωｒｈＡにより、インバータ停止直前における電気車の所望の加速度α１（電気車の車両性能から要求される加速度）を演算する。
【００６５】
そして、α０とα１を比較し、α０＞α１の場合、α０が電気車の所望の加速度α１より大きいため、インバータ停止後に電気車の速度が増加する方向にあるとして、第２のロータ周波数推定器４９にてロータ周波数ωｒｈ２を推定する。一方、α０≦α１の場合、α０が電気車の所望の加速度α１より小さいため、インバータ停止後に電気車の速度が低下する方向にあるとして、第２のロータ周波数推定器４９にてロータ周波数ωｒｈ２を推定する。
【００６６】
ブレーキ動作の場合は、α０＞α１の場合、電気車の速度が低下する方向にあるとして、第２のロータ周波数推定器４９にてロータ周波数ωｒｈ２を推定し、α０≦α１の場合、電気車の速度が増加する方向にあるとして、ロータ周波数推定器４９にてロータ周波数ωｒｈ２を推定する。
【００６７】
次に、インバータ４が停止した状態から起動する（力行又はブレーキ動作時に移行する）場合、インバータ４が起動する直前の第２のロータ周波数推定器４９にて推定したロータ周波数ωｒｈＢを第１のロータ周波数推定器４８に与え、インバータ４が起動する際のロータ周波数として使用する。また、インバータ起動後は、力行・ブレーキ指令器９の出力はオンのため、切替え信号生成器５３がＭＯＤＥ＊＝「０」を切替え器５２に出力し、第１のロータ周波数推定器４８の出力ωｒｈ１がロータ周波数ωｒｈとして選択される。すなわち、上述した力行又はブレーキ動作、すなわちセンサレスベクトル制御の動作に移行する。
【００６８】
速度センサレスベクトル制御ではロータ周波数を推定する必要があり、このロータ周波数の推定には、ほぼ正確に把握できたある程度の磁束の存在が不可欠であるが、インバータ停止状態では磁束が存在せず、また存在していてもごく微少であるため、力行又はブレーキ動作時にロータ周波数を推定している推定器が安定に動作せず、ロータ周波数の推定が困難となる場合がある。このようなロータ周波数の推定値が安定しない状態で、磁束の立ち上げを行う場合、過大な過渡トルクが発生したり、あるいは、磁束が立ち上がらない状態となる。
【００６９】
そこで、本実施の形態のように、インバータが停止した状態におけるロータ周波数を、力行又はブレーキ動作時とは別に設けたロータ周波数推定器によりロータ周波数を推定し、ロータ周波数が特定できなくなるインバータ停止中においても、ロータ周波数を特定することにより、再度、力行又はブレーキ動作に移行する際、安定かつ確実な起動を行うことができる。
【００７０】
また、図１５に示すようなシーケンスに基づき、インバータ停止状態において、ロータ周波数を推定してもよい。本シーケンスでは、図１４に示すシーケンスに加えて、インバータ停止後の時間が一定時間Ｔ１を超過した場合、一旦インバータ４を起動させる。インバータが起動している状態では、第１のロータ周波数推定器４８によりロータ周波数ωｒｈＤが特定できる。そして、ロータ周波数を特定した後、すぐにインバータ４を停止させる。すなわち、インバータ停止後の時間が一定時間Ｔ１を超過した場合、ロータ周波数を再度正しい値ωｒｈＤに特定するためにインバータを起動させ、特定できたらすぐにインバータを停止する。他のシーケンスは図１４で示したシーケンスと同様である。
【００７１】
この図１５に示すシーケンスのように制御することにより、図１４に示したシーケンス制御の効果に加えて、インバータ停止後の時間が一定時間を超過した場合、一旦インバータを起動させることにより、インバータ停止中のロータ周波数を正確な値に特定し直すため、実際のロータ周波数とインバータ停止中のロータ周波数との誤差が小さくなり、再度力行又はブレーキ動作に移行する際に、実際のロータ周波数に近い値に特定されるため、より安定かつ確実な起動を行うことができる。
【００７２】
また、図１６に示すようなシーケンスに基づき、インバータ停止状態において、ロータ周波数を推定してもよい。本シーケンスでは、インバータを停止する直前、インバータに与えるトルク指令値Ｔｍ＊は零とするが、２次磁束指令値φ２ｄ＊はインバータを停止する直前にある一定時間Ｔ２だけ与えておく。すなわちこの一定時間Ｔ２の期間は、トルク指令値は零であるので、電気車を駆動する誘導電動機にトルクは発生しておらず、惰性で走行している状態となる。また、２次磁束指令値φ２ｄ＊は与えているので、第１のロータ周波数推定器４８によりロータ周波数を特定することができる。よって、この一定時間Ｔ２の期間に推定したロータ周波数ωｒｈＥから電気車の加速度又は減速度を求めることにより、惰性で走行している際の加速度又は減速度を求めることができる。そして、インバータが停止した状態は、以上により求めた加速度又は減速度を維持しているとして、第２のロータ周波数推定器４９により誘導電動機のロータ周波数を推定する。
【００７３】
次に、インバータが停止した状態から起動する（力行又はブレーキ動作時に移行する）場合、インバータが起動する直前の第２のロータ周波数推定器４９にて推定したロータ周波数ωｒｈＢを第１のロータ周波数推定器４８に与え、インバータ４が起動する際のロータ周波数として使用する。また、力行又はブレーキ動作時は、力行・ブレーキ指令器９の出力はオンのため、切替え信号生成器５３がＭＯＤＥ＊＝「０」を切替え器５２に出力し、ロータ周波数推定器４８の出力ωｒｈ１がロータ周波数ωｒｈとして選択される。すなわち、上述した力行又はブレーキ動作、すなわちセンサレスベクトル制御の動作に移行する。
【００７４】
この図１６のシーケンスによる制御により、インバータが停止した状態におけるロータ周波数を、力行又はブレーキ動作時とは別に設けたロータ周波数推定器によりロータ周波数を推定し、ロータ周波数が特定できなくなるインバータ停止中においても、ロータ周波数を特定することにより、再度、力行又はブレーキ動作に移行する際、安定かつ確実な起動を行うことができる。
【００７５】
また、図１７に示すようなシーケンスに基づき、インバータ停止状態において、ロータ周波数を推定してもよい。本シーケンスでは、図１６に示すシーケンスに加えて、インバータ停止後の時間が一定時間Ｔ３を超過した場合、一旦インバータ４を起動させる。インバータが起動している状態では、第１のロータ周波数推定器４８によりロータ周波数ωｒｈＤが特定できる。そして、ロータ周波数を特定した後、すぐにインバータ４を停止させる。すなわち、インバータ停止後の時間が一定時間Ｔ３を超過した場合、ロータ周波数を再度正しい値ωｒｈＤに特定するためにインバータ４を起動させ、特定できたらすぐにインバータを停止する。他のシーケンスは図１６で示したシーケンスと同様である。
【００７６】
この図１７に示したシーケンスのように制御することにより、図１６に示したシーケンス制御の効果に加えて、インバータ停止後の時間が一定時間を超過した場合、一旦インバータを起動させることにより、インバータ停止中のロータ周波数を正確な値に特定し直すため、実際のロータ周波数とインバータ停止中のロータ周波数との誤差が小さくなり、再度力行又はブレーキ動作に移行する際に、実際のロータ周波数に近い値に特定されるため、より安定かつ確実な起動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の機能ブロック図。
【図２】第１の実施の形態による電気車が惰性で走行する場合の１つのシーケンス制御のシーケンス図。
【図３】第１の実施の形態による電気車が惰性で走行する場合の別のシーケンス制御のシーケンス図。
【図４】第１の実施の形態による電気車が惰性で走行する場合のさらに別のシーケンス制御のシーケンス図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置の機能ブロック図。
【図６】第２の実施の形態による電気車が惰性で走行する場合のシーケンス制御のシーケンス図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置の機能ブロック図。
【図８】第３の実施の形態による電気車が惰性で走行する場合のシーケンス制御のシーケンス図。
【図９】本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置の機能ブロック図。
【図１０】第４の実施の形態による動作信号と電圧指令値、ロータ周波数との関係を示すタイミングチャート。
【図１１】本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置の機能ブロック図。
【図１２】第５の実施の形態による動作信号と変調率とスイッチング周波数との関係を示すタイミングチャート。
【図１３】本発明の第６の実施の形態の電気車制御装置の機能ブロック図。
【図１４】第６の実施の形態による切替信号とロータ周波数推定値との関係を示すタイミングチャート。
【図１５】第６の実施の形態による切替信号とロータ周波数推定値との別の関係を示すタイミングチャート。
【図１６】第６の実施の形態による切替信号とトルク指令値と２次磁束指令値とロータ周波数推定値の関係を示すタイミングチャート。
【図１７】第６の実施の形態による切替信号とロータ周波数推定値とのさらに別の関係を示すタイミングチャート。
【図１８】従来の電気車制御装置の機能ブロック図。
【図１９】従来の電気車制御装置におけるベクトル制御部の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００７８】
４  インバータ
５  誘導電動機
７  インバータ制御部
９  力行・ブレーキ指令器
１１、４１、１００  ベクトル制御器
１４、４６  電流検出器
１５、４８、４９  ロータ周波数推定器
１６  インバータ動作判定器
１７  誘導電動機温度推定器
１８  インバータ温度検知器
２１  コンバータ
２２  コンデンサ
２３  電圧指令値設定器
２４  電圧検出器
２５  比較器
２６  電圧制御器
３０  変調率演算器
３１  スイッチング周波数設定器
４２  すべり周波数演算器
４３、４７  座標変換器
５０  加算器
５１  積分器
５２  切替器
５３  切替え信号生成器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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