(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクの発生開始を指示する起動指令を発生し、前記起動指令を受けて励磁電流指令とトルク電流指令を発生し、前記励磁電流指令と前記トルク電流指令に従ってインバータに与える電圧指令と周波数指令を演算して電気車の交流電動機をインバータによって制御する電気車の交流電動機の制御装置において、
前記励磁電流指令と前記トルク電流指令を所定値から０に下げる際に、前記励磁電流指令と前記トルク電流指令を共に経過時間の一次関数で立ち下げる手段を備え、
前記励磁電流指令が０に達する前に、前記トルク電流指令が０に達することにより、前記励磁電流指令と前記トルク電流指令の立ち下げ期間をオーバーラップさせ、当該オーバーラップ期間においてトルクを経過時間に対して二次関数で変化させると共に、前記トルクの発生停止を指示する停止指令が発生してから実際に前記トルクが変化するまでの時間を短縮することを特徴とする電気車の交流電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記トルク電流指令が０に達した時点で前記励磁電流指令を強制的に０とすることを特徴とする電気車の交流電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベクトル制御を適用したインバータにより駆動する電気車の交流電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベクトル制御を適用したインバータにより交流電動機を駆動する装置で、電動機が停止或いは惰行している状態からトルクを発生させるときの制御技術について、以下の従来技術がある。
特開昭５７−１６０３８２号公報「誘導機の制御装置」（以下、従来技術１と呼ぶ。）に、誘導電動機が惰行している状態からトルクを発生するときに、まず励磁電流分だけを流し、その後トルク電流分を併せて流し、運転する旨の記載がある。また、特開平０９−２６１９９９号公報「電気車制御装置」（以下、従来技術２と呼ぶ。）に、誘導電動機の磁束が立ち上がっていない状態からトルクを発生するときに、磁束指令値に対して誘導電動機の二次時定数で決まる一時遅れで実磁束を推定し、これとトルク指令値を用いてトルク電流指令を演算により求める旨の記載がある。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１６０３８２号公報
【特許文献２】特開平０９−２６１９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
交流電動機とそれを制御するインバータからなる電気車の交流電動機駆動装置において、電動機が停止或いは惰行している状態からトルクを発生させるときや、カ行或いは回生運転でトルクを発生している状態から惰行或いは停止のためにトルク発生を停止する場合には、次のような課題がある。
第一の課題は、トルクを変化させる際に振動を発生させないようにすることである。これは電気車の乗り心地をよくしたり、車体や電動機と車輪の間にあるギアに機械的なストレスをかけないようにするためである。
第二の課題は、制御指令としてトルク発生開始や停止を指示する指令が与えられてから電動機が実際にトルク発生開始したり、停止したりし始めるまでの時間をできるだけ短縮することである。例えばこの装置を電気車駆動に適用する場合に、運転士が操作を行った後、実際にトルクの変化が始まるまでの時間差が長いと運転士が違和感を感じたり、また、特に起動時において、上り坂での発進時にトルクを速やかに立ち上げないと、車両が後退してしまう問題がある。また、自動運転装置を組み合わせて電気車の制御を行う場合にも、起動指令などの制御指令に対し、電動機が速やかに応答することが望ましいためである。
上記従来技術１には、上述の二点の課題のうち、第二番目の起動時間を短縮することが目的であると記述されているが、励磁電流とトルク電流の立ち上げの具体的な方法についての記述がない。
上記従来技術２では、上述の二点の課題のうち、第二番目の起動時間を短縮すると共に、乗り心地のよい起動制御を行なうことが目的であると記述されているが、磁束推定手段等、制御系が複雑化する。
【０００５】
本発明の課題は、これらの点に鑑み、電気車の交流電動機のトルク発生を停止する際に振動を発生させないようにし、かつ、トルクの変化が開始されるまでの時間を短くするための制御を簡便な手段により実現することにある。
また、本発明の他の課題は、更に電動機がカ行或いは回生している状態から惰行状態に入る際には、トルクの発生を停止した後に余計な電力を消費しない制御を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、励磁電流指令とトルク電流指令を所定値から０に下げる際に、励磁電流指令とトルク電流指令を共に経過時間の一次関数で立ち下げる手段を備え、励磁電流指令が０に達する前に、トルク電流指令が０に達することにより、励磁電流指令とトルク電流指令の立ち下げ期間をオーバーラップさせ、当該オーバーラップ期間においてトルクを経過時間に対して二次関数で変化させると共に、トルクの発生停止を指示する停止指令が発生してから実際にトルクが変化するまでの時間を短縮する。
ここで、トルク電流指令が０に達した時点で励磁電流指令を強制的に０とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電気車の交流電動機が力行或いは回生している状態から停止状態にするために、トルクの発生を停止させる際に、励磁電流指令とトルク電流指令を経過時間の一次関数で変化させることにより、トルクが振動的になるのを抑制することができると共に、トルク発生指令が変化してから実際にトルクが変化し始めるまでの時間を短縮することが可能となる。したがって、運転手が操作を行った後、実際にトルクの変化が始まるまでの時間差が長いと運転手が違和感を感じてしまうという問題を解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４を用いて説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態による電気車の交流電動機の制御装置の構成図である。図１において、１は誘導電動機、２は誘導電動機１を駆動するためのインバータ、３は制御指令を出力する運転制御手段、４は制御指令に従い励磁電流指令Ｉdpとトルク電流指令Ｉqpを発生する電流指令発生手段である。この電流指令発生手段４は、誘導電動機１が停止或いは惰行している状態からトルクの発生を開始する際に、経過時間に応じて励磁電流指令Ｉdpとトルク電流指令Ｉqpを変化させる機能を有し、経過時間をキーとしたテーブルや関数発生器などにより実現する。５は励磁電流指令Ｉdpとトルク電流指令Ｉqpに基づいてインバータ２に与える電圧指令Ｖcと周波数指令Ｆinvを、一般に知られているベクトル制御演算により計算するベクトル制御演算手段である。
ここで、本発明は、図１の制御装置において電動機１が停止或いは惰行している状態から、制御指令の例としてトルクの発生開始及び発生停止を指示する指令（ここでは、トルク発生指令Ｓと呼ぶことにする。）が電流指令発生手段４に与えられてトルクの発生を開始或いは停止する際に、電流指令発生手段４から出力される励磁電流指令Ｉdpとトルク電流指令Ｉqpがそれぞれ所定値或いは０に達するまでの立ち上げ及び立ち下げに関するものである。
【００１０】
まず、発明が解決しようとする課題の項で述べたように、電動機が停止或いは惰行している状態から力行或いは回生のためにトルクを発生を開始する場合や、逆にカ行或いは回生運転の状態から停止或いは惰行のためにトルク発生を停止する場合において、経過時間に対して一定の変化率でトルクを変化させることは従来から行われていた。例えば、電気車駆動用の電動機制御において、トルクの変化が長時間で行なわれる場合は、電気車の乗り心地などに影響が出ることは殆どないが、短時間のうちにトルクを変化させる場合、急激にトルクが加わったような感覚を乗客が感じることがあったり、車体が振動したりすることがある。これに対し、本発明では、トルク発生開始や停止の指令が入ってから実際にトルクが所定値に到達するまでの時間を変えずに、振動を発生させない制御装置を提供する。
【００１１】
本発明の実施形態では、トルクの発生を開始する際のトルクの変化のさせ方として、図２のトルクτに示すように立ち上げ始めの部分で傾きを緩やかにする。また、トルクの発生を停止する際には、図３のトルクτに示すようにトルクが０になる直前の傾きを緩やかにする。
誘導電動機が発生するトルクτは、図４に示す誘導電動機のＴ形等価回路の定数と励磁電流Ｉd、トルク電流Ｉqを用いて、
【００１２】
【数１】
0004146498.tif 000002
ｐ ：誘導電動機の極対数、
ｌm：誘導電動機の励磁インダクタンス、
ｌ２：誘導電動機の二次インダクタンス
と表わされるから、図２、図３に示したトルクの変化を簡便に実現するためには、励磁電流Ｉdとトルク電流Ｉqの指令である励磁電流指令Ｉdp、トルク電流指令Ｉqpをそれぞれ経過時間の一次関数で変化させればよい。これによりトルクτは経過時間に対して二次関数で変化し、上述の傾きの特性が実現できる。トルク発生開始時及び停止時の励磁電流指令Ｉdp、トルク電流指令Ｉqpを併せて図２、図３にそれぞれ示す。なお、図２、図３に記載のトルク発生指令Ｓは、１のときにトルクを発生している状態、０のときにトルク発生を停止している状態を表わす。
【００１３】
ここで、前述のように、トルクτを経過時間に対する二次関数で変化させるためには、励磁電流指令Ｉdpとトルク電流指令Ｉqpがオーバーラップしている期間が必要である。従ってトルク発生を開始する際には、励磁電流指令Ｉdpが所定の値に到達する前にトルク電流指令Ｉqpの立ち上げを開始する。これにより、発明が解決しようとする課題の項で述べたように、トルク発生指令Ｓが変化してから実際にトルクτが変化を開始するまでの時間をできるだけ短縮する効果が発揮される。
同様に、トルク発生を停止する際には、励磁電流指令Ｉdpが０に達する前にトルク電流指令Ｉqpが０に達するようにする。なお、トルク電流指令Ｉqpが０に達した時点でトルクτは０になり、その後励磁電流を流しておく必要はなくなる。そこで、この時点で図３に示すように励磁電流指令Ｉdpを強制的に０とする。これにより、余計な電力を消費しないようにすることができる。
【００１４】
本実施形態では、励磁電流指令Ｉdpとトルク電流指令Ｉqpの立ち上げ及び立ち下げの制御をそれぞれ経過時間の一次関数で変化させるように、図１の電流指令発生手段４で実現する。これにより、トルク発生を開始したり、停止したりする際に振動を発生させず、かつ、トルクの変化が開始されるまでの時間を短くするための制御を簡便に実現することが可能となる。
なお、ここでは、誘導電動機に本発明を適用する例について説明したが、同期電動機を制御する場合にも同様に本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、電気車の交流電動機が力行或いは回生している状態から停止状態にするために、トルクの発生を停止させる際に、励磁電流指令とトルク電流指令を経過時間の一次関数で変化させることにより、トルクが振動的になるのを抑制し、トルク発生指令が変化してから実際にトルクが変化し始めるまでの時間を短縮するので、電気車の交流電動機の制御に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による交流電動機の制御装置の構成図
【図２】トルク発生を開始する場合の起動指令、励磁電流指令、トルク電流指令、トルクを示す図
【図３】トルク発生を停止する場合の起動指令、励磁電流指令、トルク電流指令、トルクを示す図
【図４】誘導電動機のＴ形等価回路を示す図
【符号の説明】
【００１７】
１…誘導電動機、２…インバータ、３…運転制御手段、４…電流指令発生手段、５…ベクトル制御演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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