JP2004023934A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、エレベータ等の三相交流電源を利用して駆動する装置を有するマンション，雑居ビル等において、定期交換部品たる電池を用いること無く、マンション，雑居ビルで使用する電力の省エネ及び使用電力料の低減を実現できる電源システムを提供することにある。
【解決手段】本発明は、エレベータ等の回生時に発生する電力を三相交流電源ではなく、単相交流電源に逆潮流することを特徴とする。
マンション，雑居ビル等では、入居者もしくはテナント利用者が共同で利用する電力負荷の多くは、単相交流電源２３に接続されている。エレベータ等で回生時発生した電力を単相電力計２０よりも電気利用者側の接続点ａに電力を逆潮流することにより、この逆潮流電力の多くが、共用情報機器２１や共用照明２２で消費される。この結果、単相交流電源から単相電力計２０を経由して取得する電力が、逆潮流を受けた分だけ減少し、電力使用料の減額につながる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータにより負荷を駆動する装置に付随した省エネ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機からの回生電力を有効利用する手段として、受電電圧の整流に三相ＰＷＭコンバータ装置を用いる方式が特開平１０−３０４６６９号として知られている。この従来技術では、回生電力発生時には、力行時に電力を取得した三相交流電源に電力を逆潮流することにより省エネを実現している。
【０００３】
一般的なマンション，雑居ビルでは、エレベータが電力を取得する三相交流電源には、エレベータ以外では不定期に運転されるポンプが接続される程度であり、その電源系統の負荷は小さい。従って、エレベータからの回生電力を三相交流電源系統に逆潮流した場合には、電力計２３が逆回転しないタイプであれば、電力計２３の電力使用料を支払う電気利用者は、回生電力量に見合った電力使用量の減額を享受できない。
【０００４】
また、別の従来技術である特開２００１−１３９２４４号では、回生時に発生した電力を二次電池に蓄えて置き、力行時に二次電池から電動機につながるインバータに電力供給することで省エネを実現している。この従来技術では、前述の特開平１０−３０４６６９号とは異なり、回生電力に見合った電力使用料の低減効果が実現できる。しかしながら、消耗部品の二次電池を利用している為、定期的な電池交換が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、エレベータ等の三相交流電源を利用して駆動する装置を有するマンション，雑居ビル等において、定期交換部品たる電池を用いること無く、マンション，雑居ビルで使用する電力の省エネ及び使用電力料の低減を実現できる電源システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、エレベータ等の回生時に発生する電力を三相交流電源ではなく、単相交流電源に逆潮流することを特徴とする。
【０００７】
マンション，雑居ビル等では、入居者もしくはテナント利用者が共同で利用する電力負荷の多くは、単相交流電源２３に接続されている（図２参照）。エレベータなどで回生時発生した電力を単相電力計２０よりも電気利用者側の接続点ａに電力を逆潮流することにより、この逆潮流電力の多くが、共用情報機器２１や共用照明２２で消費される。この結果、単相交流電源から単相電力計２０を経由して取得する電力が、逆潮流を受けた分だけ減少し、電力使用料の減額につながる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面により説明する。
【０００９】
図１は本発明の第１の実施形態である電源システムを示す図である。この図では、三相交流電源の負荷をエレベーターの電動機とした電力回生装置付きエレベータの構成図を示している。
【００１０】
図１において、１は三相交流電源、２は三相交流電源１を直流電圧に変換するダイオードブリッジ、３はダイオードブリッジ２の出力電圧を平滑化する平滑コンデンサ、１６は平滑コンデンサ３の端子間電圧Ｖｄｃを検出する電圧検出器、４はインバータ、５はインバータ４により駆動される電動機、６は電動機５の駆動軸、７は駆動軸６に取り付けられた駆動用滑車、１１はロープ、１０は乗りかご、９は乗りかご１０と釣合うバランスウェイト、８は反らせ車、１２は電動機５からの回生電力を逆潮流する先の単相交流電源、１３はＡＣリアクトル、１４は単相ＰＷＭ整流器、１５は単相ＰＷＭ整流器１４を制御する回生制御装置、１７は単相交流電源１２の端子間電圧ｅｓ　を検出する電圧検出器、１８はＡＣリアクトル１３を経由して単相ＰＷＭ整流器１４に流入する電流ｉｓ　を正方向に検出する電流検出器である。また、単相ＰＷＭ整流器１４を逆潮流専用、ダイオードブリッジ２を力行時の受電専用とするために満たすべき必要条件として、単相交流電源１２を単純にダイオード整流した電圧値Ｖｄｃ＿ｓｔ１と三相交流電源１を単純にダイオード整流した電圧値Ｖｄｃ＿ｓｔ３との間には、次式（１）の関係が成立しなければならない。
【００１１】
Ｖｄｃ＿ｓｔ１＜Ｖｄｃ＿ｓｔ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
よって、第１の実施例では、単相交流電源１２と三相交流電源１の電圧振幅が（１）式を満たす大小関係の場合とする。
【００１２】
以上の構成において、図１における単相交流電源１２を、図２のマンション，雑居ビル等の電源系統図に示すａ点に選び、エレベータの電動機５からの回生電力を単相ＰＷＭ整流器１４を介して、系統に逆潮流することにより、エレベータからの回生電力を共用機器２１，２２で有効に利用することができる。
【００１３】
単相ＰＷＭ整流器１４を制御する回生制御装置１５の基本動作は、エレベータが回生運転したことを検出すると、平滑コンデンサ３の端子間電圧Ｖｄｃを一定値Ｖｄｃ＊　に制御しつつ、ＡＣリアクトル電流ｉｓ　を正弦波状に制御することである。図４に回生制御装置１５の動作シーケンスを示す。図４のシーケンスは、回生制御装置１５に搭載されたマイコンのタスクの１つとして割込みタイマにより一定間隔（数ｍｓ〜数十ｍｓ間隔）で実行される。図４において、処理４０でスタートしたタスクは、条件判断文４１で電圧検出器１６により検出した平滑コンデンサ電圧Ｖｄｃを、前述の制御指令値電圧Ｖｄｃ＊　よりも大きな値であるＶｄｃ＿ｒｅｇと比較する。Ｖｄｃ＞Ｖｄｃ＿ｒｅｇが成立した場合には、電動機５が回生状態にあると判断し、処理４２として単相ＰＷＭ整流器の制御（スイッチング）を開始する。これにより、平滑コンデンサ３の端子間電圧Ｖｄｃを一定値Ｖｄｃ＊　に制御しながら逆潮流する制御が始まる。次に条件判断文４３にて、ＡＣリアクトル電流ｉｓ　の実効値レベルでの指令値Ｉｓ＊を零と比較し、Ｉｓ＊≧０が成立した場合には、電動機５が停止もしくは力行状態にあると判断し、処理４４として単相ＰＷＭ整流器の制御（スイッチング）を停止する。条件判断文４１，４３で条件が成立しなかった場合には、その後は処理を実行せずに本タスクを終了する。
【００１４】
次に図３を用いて、単相ＰＷＭ整流器の制御の詳細を説明する。
【００１５】
図３において、３０は後段の電流制御器３４の電流指令値を生成する電圧制御器、３１は電流指令値リミッタ、３２は正弦波発生装置、３３は電気角検出器、３４は電流制御器、３５はＰＷＭ発生手段である。
【００１６】
前段の電圧制御系では、平滑コンデンサ電圧Ｖｄｃと指令値Ｖｄｃ＊　の偏差を電圧制御器３０に入力し、その出力を上限を零に制限するリミッタ３１に入力する。次に、このリミッタ出力をＡＣリアクトル電流ｉｓ　の実効値レベルでの指令値
Ｉｓ＊とする。このリミット処理は、単相ＰＷＭ整流器を介した電動機５への力行電力の供給を阻止することから、単相ＰＷＭ整流器を構成する半導体素子の電流容量をダイオードブリッジ２の電流容量に比べて低減する効果がある。
【００１７】
後段の電流制御系の動きは、電圧検出器１７によって得た交流電圧ｅｓ　から交流電圧の電気角θを求める電気角検出器３３によって交流電圧ｅｓ　の電気角θを検出し、このθを正弦波発生装置３２に入力して得た正弦波とＩｓ＊を乗じ、交流電流瞬時指令ｉｓ＊を得る。この電流指令値ｉｓ＊と電流検出器１８によって検出したＡＣリアクトル電流の瞬時値ｉｓ　の偏差を電流制御器３４に入力し、その出力を交流電圧の検出値ｅｓ　から減じた値をＰＷＭ発生手段３５に入力する。このように、交流電圧源ｅｓ　をフィードフォワード補償した上で、変調波を発生し、
ＰＷＭ発生手段３５で単相ＰＷＭ整流器１４を駆動するためのＰＷＭパルスを発生し、単相ＰＷＭ整流器１４を動作させることによって、交流電流の瞬時値ｉｓ　を交流電流瞬時指令ｉｓ＊に一致させると共に、平滑コンデンサ電圧Ｖｄｃが指令値電圧Ｖｄｃ＊　に一致するように単相ＰＷＭ整流器１４を制御する。この結果、電動機５の回生電力は平滑コンデンサ３に蓄積することなく、単相交流電源１２に正弦波状に逆潮流されることとなる。
【００１８】
次に本発明の第２の実施形態を図７を用いて説明する。
【００１９】
図７において、７０は絶縁トランスである。絶縁トランス７０の目的は２つあり、１つは単相交流電源１２と三相交流電源１を電気的に絶縁する目的であり、２つ目は単相交流電源１２の電圧が、前述の（１）式も満たさない場合に（１）式を満たすように降圧する目的である。絶縁を目的とする場合は、建屋の配電方式が図６に示す電灯動力共用方式の場合に適用する。図６の配電方式では、単相交流電源１２のいずれかの相が接地されているために、絶縁トランス７０無しでは単相ＰＷＭ整流器１４を構成する半導体素子を介して、三相交流電源１を地絡する危険が有るのが理由である。一方、図５に示す三相４線式の配電方式では、三相交流電源１と単相交流電源１２が絶縁トランス５４を介して絶縁された状態で、電気利用者に提供されることから、絶縁を目的として第２に実施形態を採用する必要はない。
【００２０】
次に本発明の第３の実施形態を図８を用いて説明する。
【００２１】
図８において８０はインバータ４への流入電流ｉｄｃを検出する電流検出器である。第３の実施例では、単相ＰＷＭ整流器の制御（スイッチング）の開始，停止条件としてインバータ４への流入電流ｉｄｃを利用する。図９に回生制御装置１５の動作シーケンスを示す。図９のシーケンスは、回生制御装置１５に搭載されたマイコンのタスクの１つとして割込みタイマにより一定間隔（数ｍｓ〜数十ｍｓ間隔）で実行される。図９において、処理１００でスタートしたタスクは、条件判断文１０１で電流検出器８０により検出したインバータ４への流入電流ｉｄｃを、零と比較する。ｉｄｃ＜０が成立した場合には、電動機５が回生状態にあると判断し、処理１０２として単相ＰＷＭ整流器の制御（スイッチング）を開始する。これにより、図３を用いて前述した平滑コンデンサ３の端子間電圧Ｖｄｃを一定値Ｖｄｃ＊　に制御しながら逆潮流する制御が始まる。次に条件判断文１０３にて、インバータ４への流入電流ｉｄｃを零と比較し、Ｉｄｃ≧０が成立した場合には、電動機５が停止もしくは力行状態にあると判断し、処理１０４として単相ＰＷＭ整流器の制御（スイッチング）を停止する。条件判断文１０１，１０３で条件が成立しなかった場合には、その後は処理を実行せずに本タスクを終了する。
【００２２】
次に本発明の第４の実施形態を図１０を用いて説明する。
【００２３】
図１０において、１１０は三相ＰＷＭ整流器、１１１は三相分のＡＣリアクトル、１１２はＲ相，Ｓ相からの三相ＰＷＭ整流器１１０への流入電流を検出する電流検出器、１１３はＲ相の相電圧を検出する電圧検出器、１１４は三相ＰＷＭ整流器を制御する三相整流制御装置である。第４の実施形態では、三相交流電源の整流にダイオードブリッジではなく、三相ＰＷＭ整流器も利用した点が、前述した実施形態と異なる。本実施形態での単相ＰＷＭ整流器の制御方法は第１の実施形態と同一のため、三相ＰＷＭ整流器の制御方法に関して、図１１を用いて説明する。図１１において、Ｖｄｃ３＊は三相ＰＷＭ整流器１１０が平滑コンデンサ電圧Ｖｄｃを制御する電圧指令値、１２０は電圧制御器、１２１は電圧制御器１２０が出力する有効分電流をリミット処理するリミッタ、ｉｑ＊は有効分電流の指令値、ｉｄ＊は無効分電流の指令値、１２２は有効分電流を指令値ｉｑ＊に制御する電流制御器、１２６は無効分電流を指令値ｉｄ＊に制御する電流制御器、１２３は有効分と無効分で表現された電流値を三相の電流値に変換し、後段のＰＷＭ発生器に入力する変調波とするｄｑ　逆変換器、１２５は三相ＰＷＭ整流器に与えるＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ発生器、１２７はＲ相電流ｉｒ　、Ｓ相電流ｉｓ　から有効分電流ｉｑ　と無効分電流ｉｄ　を生成するｄｑ　変換器、１２８はＲ相の相電圧から三相交流電源１の電気角を計算する電気角計算器、１２８はｄｑ　変換器１２７の変換過程で発生するｉｑ，ｉｄ間の干渉項をキャンセルする為の値を出力する非干渉制御演算器である。
【００２４】
図１１に示す制御系は最終的には、平滑コンデンサ電圧Ｖｄｃを一定の指令値に制御する電圧制御系として構成しており、その電圧指令値Ｖｄｃ３＊は、前述のＶｄｃ＿ｓｔ３，Ｖｄｃ＊に関して（２）式の関係を満たす値とする。
【００２５】
Ｖｄｃ＿ｓｔ３＜Ｖｄｃ３＊＜Ｖｄｃ＊　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）
Ｖｄｃ３＊を（２）式のように決めることによって、逆潮流動作を担当する単相
ＰＷＭ整流器の制御系と力行時の電力供給を担当する三相ＰＷＭ整流器の制御系との相互干渉を無くしている。また、三相ＰＷＭ整流器１１０に流入する電流の力率を１に制御する為に、無効分電流指令値であるｉｄ＊をｉｄ＊＝０としている。さらに、三相ＰＷＭ整流器１１０から三相交流電源１に逆潮流することが無いように、リミッタ１２１の下限値を零に設定する。このリミッタ効果により、電動機５の回生時にはＶｄｃをＶｄｃ３＊に制御する電圧制御が無効となり、前述した図４もしくは図９に示すシーケンスを経て単相ＰＷＭ整流器による逆潮流動作が開始する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、エレベータ等を有するマンション，雑居ビル等において、エレベータ等もしくはビルの管理者が負担するエレベータ等に起因する電気料金を、定期交換部品たる電池を用いること無く低減可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す電力回生装置の付いたエレベータの構成図。
【図２】本発明の適用先となるマンション，雑居ビル等の電源系統の構成図。
【図３】本発明の第１の実施形態における逆潮流制御系を表す図。
【図４】本発明における回生制御装置の動作フローチャート図。
【図５】三相４線式の配電方式を表す図。
【図６】電灯動力共用方式の配電方式を表す図。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す電力回生装置の付いたエレベータの構成図。
【図８】本発明の第３の実施形態を示す電力回生装置の付いたエレベータの構成図。
【図９】本発明の第３の実施形態における回生制御装置の動作フローチャート図。
【図１０】本発明の第４の実施形態を示す電力回生装置の付いたエレベータの構成図。
【図１１】本発明の第４の実施形態における三相整流制御系を表す図。
【符号の説明】
１…交流電源、２…ダイオードブリッジ、３…平滑コンデンサ、４…インバータ、５…電動機、６…駆動軸、７…駆動用滑車、８…反らせ車、９…バランスウェイト、１０…乗りかご、１１…ロープ、１２…単相交流電源、１３…ＡＣリアクトル、１４…単相ＰＷＭ整流器、１５…回生制御装置、１６，１７…電圧検出器、１８…電流検出器。

Claims (10)

1. 三相交流電源に接続され、交流を直流に変換するコンバータと、平滑コンデンサを介して前記コンバータの直流側に接続され、直流を交流に変換するインバータと、このインバータの交流側に接続された負荷と、単相ＰＷＭ整流器と、この単相ＰＷＭ整流器を介して前記平滑コンデンサに並列に接続された単相交流電源と、前記電動機の回生動作中に、前記整流器を逆潮流動作させる制御手段を備えたことを特徴とする電源システム。
2. 三相交流電源に接続され、交流を直流に変換するダイオードブリッジと、平滑コンデンサを介して前記ダイオードブリッジの直流側に接続され、直流を交流に変換するインバータと、このインバータの交流側に接続された負荷と、単相ＰＷＭ整流器を介して、前記平滑コンデンサに並列に接続された単相交流電源と、前記電動機の回生動作中に、前記単相ＰＷＭ整流器を逆潮流動作させる制御手段を備えたことを特徴とする電源システム。
3. 三相交流電源に接続され、交流を直流に変換する三相ＰＷＭ整流器と、平滑コンデンサを介して前記ダイオードブリッジの直流側に接続され、直流を交流に変換するインバータと、このインバータの交流側に接続された負荷と、単相ＰＷＭ整流器を介して、前記平滑コンデンサに並列に接続された単相交流電源と、前記電動機の回生動作中に、前記単相ＰＷＭ整流器を逆潮流動作させる制御手段を備えたことを特徴とする電源システム。
4. 請求項１，２、又は３において、
   前記単相ＰＷＭ整流器と前記単相交流電源は、絶縁トランスを介して接続されることを特徴とする電源システム。
5. 請求項２において、前記単相ＰＷＭ整流器は、前記平滑コンデンサの電圧Ｖｄｃを前記三相交流電源を単純にダイオード整流した電圧値Ｖｄｃ＿ｓｔ３よりも高い電圧値Ｖｄｃ＊　に制御することを特徴とする電源システム。
6. 請求項４において、
   前記絶縁トランスの電圧変換比は、その出力交流電圧を単純にダイオード整流した電圧値が、前記三相交流電源を単純にダイオード整流した電圧値Ｖｄｃ＿ｓｔ３よりも低くなるように決定されることを特徴とする電源システム。
7. 請求項１，２、又は３において、
   前記単相ＰＷＭ整流器と建物の単相交流電源系統との接続部位は、単相交流電源の電力計よりも消費者の負荷側にあることを特徴とする電源システム。
8. 請求項１，２、又は３において、
   前記電動機が力行動作中、前記平滑コンデンサへの電力供給を阻止するように、前記単相ＰＷＭ整流器を制御する電流制御手段を備えたことを特徴とする電源システム。
9. 三相交流電源に接続され、交流を直流に変換するコンバータと、平滑コンデンサを介して前記コンバータの直流側に接続され、直流を交流に変換するインバータと、このインバータの交流側に接続された電動機と、単相ＰＷＭ整流器と、この単相ＰＷＭ整流器を介して前記平滑コンデンサに並列に接続された単相交流電源と、前記電動機の回生動作中に、前記整流器を逆潮流動作させる制御手段を備えたことを特徴とする電力回生装置付きエレベータ。
10. 三相交流電源に接続され、交流を直流に変換するダイオードブリッジと、平滑コンデンサを介して前記ダイオードブリッジの直流側に接続され、直流を交流に変換するインバータと、このインバータの交流側に接続された電動機と、単相
    ＰＷＭ整流器を介して、前記平滑コンデンサに並列に接続された単相交流電源と、前記電動機の回生動作中に、前記単相ＰＷＭ整流器を逆潮流動作させる制御手段を備えたことを特徴とする電力回生装置付きエレベータ。

Images