JP4304122B2

JP4304122B2 - 電気車制御装置

Info

Publication number: JP4304122B2
Application number: JP2004154743A
Authority: JP
Inventors: 高央丸山; 聖東
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: CN100345371C; CN1722606A; US20050264255A1; JP2005341669A; EP1603226A3; US6995540B2; EP1603226A2

Description

この発明は、架線から集電された直流電力を電力変換器で交流電力に変換して交流電動機を駆動する電気車制御装置に関するものである。

従来の電気車制御装置においては、帰線電流に含まれる障害電流を除去するためにフィルタコンデンサの電圧振動に基づいてｑ軸電圧指令ｖｑ１に補正ｄｖｑ１を印加することにより、第１のｑ軸電流ｉｑ１を制御する。ｄ軸電流ｉｄ及び第１のｑ軸電流ｉｑ１は検出された電動機電流を位相に基づいて回転座標変換により求められる。
ｄｑ軸−回転座標系における交流電動機の電圧方程式（記載省略）から、ｄ軸とｑ軸及び電流と磁束が相互に関係することが分かる。即ち、周波数ω１のみを操作すると第１のｑ軸電流ｉｑ１が制御されるだけでなく、ｄ軸電流ｉｄ、ｄ軸磁束φｄ、及びｑ軸磁束φｑが変動して干渉を引き起こす。そこで、第１のｑ軸電流ｉｑ１をｑ軸電圧ｖｑで制御し、ｑ軸磁束φｑを周波数ω１で制御し、ｄ軸電流ｉｄをｄ軸電圧ｖｄで制御して、第１のｑ軸電流ｉｑ１を制御した際にｄ軸電流ｉｄとｑ軸磁束φｑの変動を抑制する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２３８２９８号公報（第５頁、第７頁、図６）

従来の電気車制御装置においては、ｄ軸とｑ軸の電流及び磁束の干渉を抑制する手段が必要になるので、構成が複雑になるという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、フィルタコンデンサまたはフィルタリアクトルのエネルギー量を制御対象としてエネルギー量に含有する高調波成分を低減することにより、帰線電流の高調波成分を低減させることができる電気車用制御装置を提供する。

この発明に係わる電気車制御装置は、架線から集電された直流電力をフィルタリアクトルとフィルタコンデンサとで平滑して、電力変換器で交流電力に変換して車両駆動用交流電動機を駆動し、指令されたｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とに基づいて電圧座標変換器で電力変換器への電圧指令を演算する電気車制御装置において、フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器の出力からフィルタコンデンサのエネルギー量を演算するエネルギー量演算器と、エネルギー量に含有する所定の帯域周波数成分を抽出する帯域周波数成分検出器と、帯域周波数成分に所定の係数を乗じてｑ軸電流指令補正値を出力する帯域周波数成分係数器と、ｑ軸電流指令値にｑ軸電流指令補正値を加算してｑ軸電流指令値を補正するｑ軸電流指令補正値加算器とを備えたものである。

この発明は、ｑ軸電流指令値を補正することによりコンデンサのエネルギー量に含有する所定の帯域周波数成分を低減するので、軌道回路の帰線電流における所定の帯域周波数成分である高調波成分を低減することができるため、軌道回路に付設された保安機器に対する障害を防止できる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における電気車制御装置を示す構成図である。図１において、架線１から直流電力を集電する集電器２にフィルタリアクトル３及びフィルタコンデンサ４を介して電力変換器５が接続されている。そして、電力変換器５の交流電力が出力される側に電気車駆動用の誘導電動機６が接続されている。
架線１から集電器２を介して直流電力が入力され、フィルタリアクトル３及びフィルタコンデンサ４により直流電圧が平滑されたあと、電力変換器５により直流電力が任意の交流電力に変換されて車両駆動用誘導電動機６を駆動する。
また、電流検出器７は誘導電動機６を任意の速度に制御するために誘導電動機６の電流（三相電流、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）を検出する。さらに回転速度検出器８は誘導電動機６の回転速度ωｒを検出する。
電圧検出器９でフィルタコンデンサ４の電圧Ｅｆｃが検出される。そして、電圧Ｅｆｃは乗算器１０に入力されＥｆｃの２乗が演算される。乗算器１０の演算結果はエネルギー量演算器１１により０．５×Ｃ（Ｃ：フィルタコンデンサ４の静電容量）と乗算される。エネルギー量演算器１１からフィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃが出力される。このエネルギー量Ｗｃは帯域周波数成分検出器１２により所定の帯域周波数成分ｄＷｃが抽出され、帯域周波数成分係数器１３によりＫ倍されてｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊が演算される。

減算器１４では誘導電動機６の磁束軸に対応するｄ軸電流指令値ｉｄ＊から、電流検出器７及び電流座標変換器１５より得られる誘導電動機６のｄ軸電流値ｉｄが減算される。この減算結果はｄ軸電流制御器１６により、例えば比例制御や比例積分制御がなされてｄ軸電圧補正信号値ｖｄ２が出力される。
また、ｑ軸電流指令補正値加算器１７では誘導電動機６のトルク軸に対応するｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊とが加算されて補正されたｑ軸電流指令値ｉｑ２＊が出力される。減算器１８では補正されたｑ軸電流指令値ｉｑ２＊から、電流座標変換器１５より得られる誘導電動機６のｑ軸電流値ｉｑが減算される。減算結果はｑ軸電流制御器１９により、例えば比例制御や比例積分制御がなされてｑ軸電圧補正信号値ｖｑ２が出力される。
すべり制御器２０はｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊から、すべり周波数指令値ωｓ＊を演算する。加算器２１では回転速度検出器８から出力された誘導電動機６の回転速度ωｒとすべり周波数指令値ωｓ＊とが加算されて電力変換器周波数指令ω１が出力される。これは電力変換器５から出力される周波数に相当する。ω１は積分器２２に入力されて位相θが得られる。
また、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊、及びω１が電圧補償器２３に入力されて、ｄｑ軸上での非干渉制御項ｖｄ１、ｖｑ１が演算される。加算器２４で電力変換器５が発生するｄ軸電圧値ｖｄ＊が演算され、加算器２５で電力変換器５が発生するｑ軸電圧値ｖｑ＊が演算される。そして、ｄ軸電圧値ｖｄ＊とｑ軸電圧値ｖｑ＊が電圧座標変換器２６に入力されて、最終的に電力変換器５が発生するべき電圧指令信号（ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊）が演算される。

ところで、ｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊を含む制御系に着目すると図２のようなブロック線図が得られる。図２において２７は減算器、２８はｑ軸電流制御系、２９は誘導電動機６におけるｑ軸電流からトルクへの伝達ブロック、３０は乗算器、３１は係数器、３２はフィルタリアクトル３とフィルタコンデンサ４とからなる受電手段である。係数器３１は帯域周波数成分係数器１３にマイナスを付加したものであるが、図２ではｄＷｃの指令値をゼロとして減算器２７で減算を行う表現に改めているため、例えばｄＷｃが正の符号に対してｄｉｑ＊が正の符号となり図１の符号と一致する。
ｑ軸電流制御系２８は、減算器１８、ｑ軸電流制御器１９、加算器２５、電圧座標変換器２６、電力変換器５からなり、ｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊に従って誘導電動機６のｑ軸電流値がｄｉｑとなるような制御系を構成する。なお、入力信号であるｉｑ＊の制御系については図２ではｑ軸電流指令補正値加算器１７の図示を省略しているが、同時にｑ軸電流指令値ｉｑ＊に従って誘導電動機６のｑ軸電流がｉｑとなるように制御される。従って、誘導電動機６の電流値はｉｑ２＊（ｉｑ＊＋ｄｉｑ＊）となるように制御される。しかし、図２においてはｑ軸電流補正値ｄｉｑ＊に対する制御系に着目したブロック線図を示している。

伝達ブロック２９ではｑ軸電流からトルクへの伝達特性を示しており、ｑ軸電流ｉｑにより誘導電動機６が発生するトルクを表す。またトルク（ｄτ）×回転数（ωｒ）＝パワー（ｄｐ）の関係があるため、乗算器３０では誘導電動機６が発生するパワーｄｐを表す。誘導電動機６が発生するパワーは電力変換器５を通して受電手段３２へ流れ、フィルタコンデンサ３のエネルギーＷｃとなる。
なお、直流架線ではフィルタコンデンサ３の電圧Ｅｆｃは直流成分を持つため、ＥｆｃからＷｃを演算するとエネルギー量Ｗｃは直流成分のエネルギーを含む。直流成分は抑制対象成分ではないため、受電手段３２におけるフィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃのうち、所定の交流成分が帯域周波数成分検出器１２で所定の帯域周波数成分ｄＷｃとして抽出される。帯域周波数成分ｄＷｃがゼロになるようにフィードバックループが構成され、指令値ゼロに対して減算器２７で誤差が演算され、係数器３１を介してｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊が演算される。上述のようにｑ軸電流制御系はｑ軸電流制御器１９を含む制御系であり、ここではｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊に対して充分に高い応答で電流が追従し、ｄｉｑ＊と概ね一致したｄｉｑが得られる。
ところで、電流座標変換器１５により誘導電動機６のｄｑ軸上で制御されるという前提において、一般的に誘導電動機におけるｑ軸電流ｉｑとトルクτの関係は式（１）で示される。従って、ｄｉｑとｄτの関係も式（１）と同様に表現でき、ｄｉｑからｄτへの伝達ブロック２９が得られる。なお、Ｐｍは極対数、Ｍは相互インダクタンス、Ｌｒは２次インダクタンス、φｄｒはｄ軸磁束である。

またトルクｄτと誘導電動機６の回転速度ωｒとの積はパワーｄｐとなるため、図２において乗算器３０を用いてパワーｄｐを表現できる。更にパワーｄｐは受電手段３２に入力され、フィルタコンデンサ４にエネルギー量Ｗｃが蓄積される。
ここで、制御対象はフィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃに含まれる所定の帯域周波数成分の交流成分ｄＷｃとなり、その指令値はゼロである。フィルタコンデンサ４のエネルギー変動が図２のフィードバックループにより低減され、結果として帰線電流の交流成分が抑制される。
次に受電手段３２におけるパワーｄｐからエネルギー量Ｗｃへの伝達関数について述べる。交流成分のみ扱うため、受電手段３２における直流要素（架線の直流電圧源）を無視すると、受電手段３２はフィルタリアクトル３とフィルタコンデンサ４のみの構成となる。誘導電動機６から受電手段３２へのパワーをＰとすると、ＰとＷｃの関係は式（２）で示される。すなわち、誘導電動機６のパワーによりフィルタコンデンサ４のエネルギー量を制御することができる。なお、式（２）において、Ｌはフィルタリアクトル３のインダクタンス値、Ｃはフィルタコンデンサ４の静電容量、Ｒはフィルタリアクトル３の抵抗成分値、ｓは時間関数をラプラス変換したｓ関数における複素パラメータである。

図２のブロック線図による開ループボード線図の例を図３に示す。ここではｑ軸電流制御系２８を３００（ｒａｄ／ｓｅｃ）の応答に設定し、係数器３１にてＫ＝１に設定し、帯域周波数成分検出器１２を４０ｄｂ／ｄｅｃの遮断特性かつ通過帯域を１０〜３００Ｈｚに設定した。またＬ＝１０ｍＨ、Ｃ＝４０００μＦ、Ｒ＝０．４Ω、Ｐｍ＝２、Ｌｒ＝３５．５ｍＨ、Ｍ＝３４．３ｍＨ、φｄｒ＝３．４［Ｗｂ］としている。パラメータとして誘導電動機６の回転速度ωｒを図３（ａ）に示すように、２π×５０（ｒａｄ／ｓｅｃ）、２π×２５（ｒａｄ／ｓｅｃ）、２π×１０（ｒａｄ／ｓｅｃ）の３通り選定している。回転速度ωｒがアップするほど開ループゲイン（Ｇａｉｎ「ｄＢ」）がアップする。この場合、図３（ｂ）に示すように、いずれのケースにおいてもゲインが０ｄＢ以上において位相（Ｐｈａｓｅ［ｄｅｇ］）が±１８０°とならないため安定な制御系となる。従って、フィルタコンデンサ４のエネルギーＷｃに含有する所定の帯域周波数成分の交流成分は開ループボード線図におけるゲインが０ｄＢ以上の帯域においてそのゲイン量だけ低減される。
次に、フィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃと、フィルタリアクトル３の電流（帰線電流Ｉｓ）の関係について述べる。Ｅｆｃを直流成分ｖｄｃと交流成分ｖａｃに分離すると、エネルギー量Ｗｃは式（３）のようになる。エネルギー量Ｗｃの交流成分Ｗｃａｃは式（４）のようになる。

例えば、受電手段３２の直流電圧が１５００Ｖの場合には、ｖａｃ＜＜２ｖｄｃ（＝３０００Ｖ）となるから式（５）が成り立つ。よって、エネルギー量Ｗｃの交流成分を抑制することはｖａｃを抑制することと等価となるので、結果として帰線電流Ｉｓを抑制することと等価となる。

このような構成によれば、フィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃを検出し、エネルギー量Ｗｃの所定の帯域周波数成分がゼロとなるようにフィードバック制御がかかり、エネルギー量Ｗｃの交流成分が低減するので、軌道回路におけるの帰線電流の所定の帯域周波数の交流成分を減衰させることができ、軌道回路の障害を回避することができる。
また、フィードバック制御を実現するにはｑ軸電流指令値の変更のみでよく、簡便な構成とすることができる。
さらに、フィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃを制御対象とすることによりフィードバック制御の線形化が図れるため、単純な開ループボード線図による設計で帰線電流の交流成分の低減量を精度よく設計することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明を実施するための実施の形態２における電気車制御装置を示す構成図である。図４において、１〜８，１４〜２６は実施の形態１のものと同様である。
フィルタリアクトル３の電流Ｉｓを電流検出器３３で検出する。電流Ｉｓは乗算器３４に入力されて電流Ｉｓの２乗が演算される。さらに、乗算器３４の結果はエネルギー量演算器３５により０．５×Ｌ（Ｌはフィルタリアクトル３のインダクタンス値）と乗算される。エネルギー量演算器３５の出力としてはフィルタリアクトル３のエネルギー量ＷＬが演算される。エネルギー量演算器３５からフィルタリアクトル３のエネルギー量ＷＬが出力される。このエネルギー量ＷＬから帯域周波数成分検出器３６により所定の帯域周波数成分ｄＷＬが抽出される。帯域周波数成分ｄＷＬは位相補償器３７の係数器３７ａによりＫ倍されてｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊が演算される。さらに、位相補償器３７は例えば式（６）に示す伝達特性Ｇ（ｓ）とし、フィードバック制御系が安定となるように定数を選定する。式（６）において、Ｔ_１，Ｔ_２は時定数である。

さて、ｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊を含む制御系に着目すると図５のようなブロック線図が得られる。図５において、３８は減算器である。係数器３７ａにマイナスを付加したものであるが、図５ではｄＷＬの指令値をゼロとして減算器３８で減算を行う表現に改めているため、例えばｄＷＬが正の符号に対してｄｉｑ＊が正の符号となり図４の符号と一致する。

受電手段３２におけるフィルタリアクトル３のエネルギー量ＷLのうち、所定の周波数帯域の交流成分が帯域周波数成分検出器３６で所定の帯域周波数成分ｄＷLとして抽出される。帯域周波数成分ｄＷＬがゼロになるようにフィードバックループが構成され、指令値ゼロに対して減算器３８で誤差が演算され、位相補償器３７を介してｑ軸電流指令補正値としてのｄｉｑ＊が演算される。ｑ軸電流制御系はｑ軸電流制御器１９を含む制御系であり、ｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊に対して充分に高い応答で電流が追従して、ｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊と概ね一致したｄｉｑが得られる。
次に、受電手段３２におけるパワーｄｐからエネルギー量ＷＬへの伝達関数について述べる。交流成分のみ扱うため、受電手段３２における直流要素（架線の直流電圧源）を無視すると、受電手段３２はフィルタリアクトル３とフィルタコンデンサ４のみの構成となる。誘導電動機６から受電手段３２へのパワーをＰとすると、Ｐとエネルギー量ＷＬの関係は式（７）で示される。すなわち、誘導電動機６のパワーによりフィルタリアクトル３のエネルギー量を制御することができる。なお、式（７）において、Ｌはフィルタリアクトル３のインダクタンス値、Ｃはフィルタコンデンサ４の静電容量、Ｒはフィルタリアクトルの抵抗成分値である。

図５のブロック線図による開ループボード線図の例を図６に示す。ここではｑ軸電流制御系を３００（ｒａｄ／ｓｅｃ）の応答に設定して、係数器３７ａにおけるゲインＫを０．００５に設定し、帯域周波数成分検出器３６を４０ｄｂ／ｄｅｃの遮断特性かつ通過帯域を１０〜３００Ｈｚに設定した。また、Ｌ＝１０ｍＨ、Ｃ＝４０００μＦ、Ｒ＝０．４Ω、Ｐｍ＝２、Ｌｒ＝３５．５ｍＨ、Ｍ＝３４．３ｍＨ、φｄｒ＝３．４［Ｗｂ］としている。さらに、式（６）のＴ_１を０．０１６に、Ｔ_２を０．００１６に選定している。また、パラメータとして誘導電動機６の回転速度ωｒを図６（ａ）に示すように、２π×５０（ｒａｄ／ｓｅｃ）、２π×２５（ｒａｄ／ｓｅｃ）、２π×１０（ｒａｄ／ｓｅｃ）の３通り選定している。回転速度ωｒがアップするほど開ループゲインがアップする。また、図６（ｂ）に示すように、いずれのケースにおいてもゲインが０ｄＢ以上において位相が±１８０°とならないため安定な制御系となる。従って、フィルタリアクトル３のエネルギー量ＷＬの交流成分は開ループボード線図におけるゲインが０ｄＢ以上の帯域においてゲイン量だけ低減される。なお、図６の例では回転速度ωｒが２π×１０［ｒａｄ／ｓｅｃ］の場合にはゲインが０ｄＢ以下となるため、エネルギーＷＬの交流成分の低減効果は無いが、回転速度ωｒがアップするとゲインが０ｄＢ以上となり低減効果が現れる。

このような構成によれば、フィルタリアクトル３のエネルギー量ＷＬを検出し、エネルギー量ＷＬの所定の帯域周波数成分がゼロになるようにフィードバック制御がかかるため、エネルギー量ＷＬの交流成分が低減して帰線電流の所定の帯域周波数の交流成分を減衰させることにより軌道回路の障害を回避することができる。
また、フィードバック制御を実現するにはｑ軸電流指令値の変更のみでよく、簡便な構成にすることができる。
また、フィルタリアクトル３のエネルギー量ＷＬを制御対象とするため、フィードバック制御の線形化が図れて単純な開ループボード線図による設計により、帰線電流の交流成分の低減量を精度よく設計することができる。
また、帰線電流の交流成分を抑制するためのフィルタリアクトル３とフィルタコンデンサ４の容量を低減することができるため、全体の小型軽量化を図ることができる。

実施の形態３．
図７は、この発明を実施するための実施の形態３における電気車制御装置を示す構成図である。図７において、１〜２６は図１と同様のものである。
帯域周波数成分係数器１３から出力されたｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊が回転速度乗算器３９に入力される。また、回転速度検出器８から出力された回転速度ωｒは回転速度係数器４０で回転速度係数Ｋ２に設定される。
図２及び図５のブロック線図や、図３及び図６の開ループボード線図に示すように、ゲインは誘導電動機６の回転速度ωｒに比例して変化する。例えば、回転速度ωｒが２π×２５（ｒａｄ／ｓｅｃ）のときと、２π×５０（ｒａｄ／ｓｅｃ）のときでは６ｄＢの差が発生し、回転速度ωｒが低いほどフィルタコンデンサ４やフィルタリアクトル３におけるエネルギー量の交流成分の低減が損なわれる。
そこで、回転速度ωｒが低くとも回転速度係数Ｋ２により開ループボード線図でのゲインが下がらないようにする。図２及び図５のブロック線図より開ループボード線図のゲインは回転速度ωｒに比例するため、回転速度係数Ｋ２（ωｒ）を図８に示すように回転速度ωｒに反比例するゲインに設定する。この例では開ループボード線図のゲインを、たとえば、どんな周波数のときでも高い方に設定する。ここでは、ωｒ＝２π×５０（ｒａｄ／ｓｅｃ）のときの状態とするように、回転速度係数Ｋ２と回転速度ωｒとの関係を式（８）としている。

このような構成によれば、誘導電動機６の回転速度ωｒに関わらず、常に一定の開ループゲインが得られる設計とすることができるため、回転速度ωｒが低いときにおいてもフィルタコンデンサ４における交流成分を低減させることができる。
なお、実施の形態３において、フィルタコンデンサ４のエネルギーを制御対象としたものについて説明したが、実施の形態２の図４に示したようなフィルタリアクトル３のエネルギーを制御対象として構成しても、同様の効果を期待することができる。
さらに、実施の形態３において、回転速度係数器４０の入力を誘導電動機６の回転速度ωｒとしたものについて説明したが、すべり制御器２０の出力ωｓ＊の値が回転速度ωｒと比較して充分小さい場合には、電力変換器周波数指令ωｌを回転速度係数器４０の入力としても同様の効果を期待することができる。

実施の形態４．
図９は、この発明を実施するための実施の形態４における電気車制御装置を示す構成図である。図９において、１〜１６，１８，１９，２１，２２〜２６は実施の形態１のものと同様のものである。図９において、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊とを加算器４１で加算して、補正されたｑ軸電流指令値ｉｑ２＊が出力される。この補正されたｑ軸電流指令値ｉｑ２＊をすべり制御器４２に入力することによりすべり周波数ωｓ＊もｑ軸電流指令値ｉｑ＊と共に変更する。このように、誘導電動機６を原理的にｄｑ軸上に制御するためには、すべり周波数ωｓ＊もｑ軸電流指令値ｉｑ２＊に合わせて変更するとよい。
このような構成によれば、誘導電動機６に一致したｄｑ軸上にてｑ軸電流が制御されるため、フィルタコンデンサ４のエネルギー量における交流成分を、より精度よく低減させることができる。
なお、実施の形態４において、フィルタコンデンサ４のエネルギーを制御対象としたが、フィルタリアクトル３のエネルギー量を制御対象としても、同様の効果を期待することができる。

実施の形態５．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態５における電気車制御装置を示す構成図である。図１０において、１〜２６は実施の形態１のものと同様のものである。方向指令係数器４３は電気車の前進又は後進の進行方向指令を受けると、前進指令のときに「１」を、後進指令のときに「−１」を出力する。そして、帯域周波数成分係数器１３から出力されたｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊と方向指令係数器４３から出力された進行方向指令が方向指令乗算器４４に入力されると、方向指令乗算器４４から進行方向指令に対応した符号が付されたｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊＊が出力される。
図１１は前進時（誘導電動機６の正転時）におけるフィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃとｉｑ２＊の関係を模式的に示した説明図である。図１１において（ａ）は加速時、（ｂ）は減速時である。（ａ）ではフィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃが所定の帯域周波数成分ｄＷｃだけ上昇したときに、誘導電動機６がフィルタコンデンサ４のエネルギーを奪うようにｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊＊が得られる。（ｂ）ではフィルタコンデンサ４にエネルギーを戻さないようにｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊＊が得られる。
図１２は後進時（誘導電動機６の逆転時）におけるフィルタコンデンサ４のエネルギー量Ｗｃとｉｑ２＊の関係を模式的に示した説明図である。図１２において(ａ)は加速時、（ｂ）は減速時である。(ａ)ではフィルタコンデンサ４のエネルギーを奪うようにｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊＊が得られる。（ｂ）ではフィルタコンデンサ４にエネルギーを戻さないようにｑ軸電流指令補正値ｄｉｑ＊＊が得られる。
前進と後進では元来ｑ軸電流指令ｉｑ＊の符号が逆転するため、図１１及び図１２に示したようにｑ軸電流指令補正ｄｉｑ＊の符号が逆転する。すなわち、前進と後進の指令によりｑ軸電流指令補正ｄｉｑ＊＊のように符号を変えるとよい。

このような構成によれば、前進と後進によりｑ軸指令補正信号ｄｉｑ＊＊のように符号を変えることにより、前進又は後進いずれにおいてもフィルタコンデンサ４におけるエネルギーの交流成分を効果的に低減させることができる。
なお、実施の形態５ではフィルタコンデンサ４のエネルギーを制御対象としたが、フィルタリアクトル３のエネルギーを制御対象としても、同様の効果を期待することができる。
また、実施の形態１から実施の形態５において、誘導電動機６の回転速度ωｒを回転速度検出器８で検出するものについて説明したが、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊等から回転速度推定値ωｒを推定するようにしても同様の効果を期待することができる。
さらに、実施の形態１から実施の形態５において、電力変換器５の出力で誘導電動機６を駆動するものについて説明したが、同期電動機等の交流電動機についても同様の効果を期待することができる。

この発明を実施するための実施の形態１における電気車制御装置を示す構成図である。図１におけるフィルタコンデンサのエネルギー量の制御ブロックを示す説明図である。図１におけるフィルタコンデンサのエネルギー量の制御に関する開ループボード線図を示す説明図である。この発明を実施するための実施の形態２における電気車制御装置を示す構成図である。図４におけるフィルタリアクトルのエネルギー量の制御ブロックを示す説明図である。図４におけるフィルタリアクトルのエネルギー量の制御に関する開ループボード線図を示す説明図である。この発明を実施するための実施の形態３における電気車制御装置を示す構成図である。図７のゲインを示す説明図である。この発明を実施するための実施の形態４における電気車制御装置を示す構成図である。この発明を実施するための実施の形態５における電気車制御装置を示す構成図である。図１０における正転時のフィルタコンデンサのエネルギー量を示す説明図である。図１０における逆転時のフィルタコンデンサのエネルギー量を示す説明図である。

符号の説明

１架線、３フィルタリアクトル、４フィルタコンデンサ、６交流電動機、
９検圧検出器、１１，３５エネルギー量演算器、１２，３６周波数成分検出器、
１３帯域周波数成分係数器、１７ｑ軸電流指令補正加算器、
３９回転速度乗算器、４０回転速度係数器、４３方向指令係数器、
４４方向指令乗算器。

Claims

架線から集電された直流電力をフィルタリアクトルとフィルタコンデンサとで平滑して、電力変換器で交流電力に変換して車両駆動用交流電動機を駆動し、指令されたｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とに基づいて電圧座標変換器で上記電力変換器への電圧指令を演算する電気車制御装置において、上記フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出器の出力から上記フィルタコンデンサのエネルギー量を演算するエネルギー量演算器と、上記エネルギー量に含有する所定の帯域周波数成分を抽出する帯域周波数成分検出器と、上記帯域周波数成分に所定の係数を乗じてｑ軸電流指令補正値を出力する帯域周波数成分係数器と、上記ｑ軸電流指令値に上記ｑ軸電流指令補正値を加算して上記ｑ軸電流指令値を補正するｑ軸電流指令補正値加算器とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
架線から集電された直流電力をフィルタリアクトルとフィルタコンデンサとで平滑して、電力変換器で交流電力に変換して車両駆動用交流電動機を駆動し、指令されたｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とに基づいて電圧座標変換器で上記電力変換器への電圧指令を演算する電気車制御装置において、上記フィルタリアクトルの電流を検出する電流検出器と、この電流検出器の出力から上記フィルタリアクトルのエネルギー量を演算するエネルギー量演算器と、上記エネルギー量に含有する所定の帯域周波数成分を抽出する帯域周波数成分検出器と、上記帯域周波数成分に所定の係数を乗ずると共に位相補償してｑ軸電流指令補正値を出力する位相補償器と、上記ｑ軸電流指令値に上記ｑ軸電流指令補正値を加算して上記ｑ軸電流指令値を補正するｑ軸電流指令補正値加算器とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の電気車制御装置において、上記交流電動機の回転速度を検出する回転速度検出器と、上記回転速度に反比例した回転速度係数を出力する回転速度係数器と、上記ｑ軸電流指令補正値と上記回転速度係数とを乗算して上記ｑ軸電流指令補正値を上記回転速度に応じて補正する回転速度乗算器とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の電気車制御装置において、上記電気車の前進又は後進の進行方向指令を受けて進行方向に応じた方向係数を出力する方向指令係数器と、上記ｑ軸電流指令補正値と上記方向指令係数とを乗算して上記ｑ軸電流指令補正値を上記進行方向に応じて補正する方向指令乗算器とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。