JP2004357429A - エレベーターの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スナバ回路の適正化を図ることができるエレベーターの制御装置を得る。
【解決手段】エレベーターのインバータに使用する主半導体素子のスイッチングオフ時にスナバ回路４１ａ、４１ｂに流れる電流を検出する電流検出手段１１と、可変ゲート抵抗部４０ａ、４０ｂのゲート抵抗値を制御する制御手段１５とを備える。しかも、この制御手段１５は、電流検出手段１１が検出した電流の有無を監視するスナバ監視手段１２と、スナバ回路４１ａ、４１ｂの故障を検出するスナバ故障検出手段１３と、例えばスナバ回路４１ａの故障が検出された場合は、スイッチング速度を遅くすべく可変ゲート抵抗部４０ａのゲート抵抗値を可変する指令を行う抵抗値指令手段１４とを設ける。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エレベーターの制御装置にかかり、特に、エレベーターのインバータに使用する主半導体素子のスイッチングにより生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路を備えたエレベーターの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータに使用される主半導体素子、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、高速のスイッチングが可能であり、スイッチングの際、電流変化分に応じたサージ電圧が発生する。そのサージ電圧の抑制方法として、サージ電圧を吸収するスナバ回路を用いる方法や、主半導体素子のスイッチング速度を遅くする方法が挙げられる。
インバータ用主半導体素子のサージ電圧を抑制する方法として、コンデンサ（Ｃ）、抵抗（Ｒ）、ダイオード（Ｄ）を使用したＣＲＤスナバ回路を用いた方法が挙げられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１７１４１３号公報（第１頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、ＣＲＤスナバ回路の部品が故障した場合には、ＣＲＤスナバ回路が、主半導体素子のＴＵＲＮ−ＯＦＦ時に発生する過大なサージ電圧を吸収できなくなるため、主半導体素子が過電圧破壊してインバータが故障し、その結果、エレベーターが停止して乗客を閉じ込めるおそれがある。スナバ回路の定数は、サージ電圧が最も高くなるところで決定されるので、エレベーターの走行状態でサージ電圧が低い場合においては、スナバ回路の定数が過剰になり、スナバ回路の適正化を図ることができない。したがって、スナバ回路の適正化を図ることができないという不都合があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、スナバ回路の適正化を図ることができるエレベーターの制御装置を得るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るエレベーターの制御装置においては、エレベーターのインバータに使用する主半導体素子のスイッチングにより生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路と、主半導体素子のゲート抵抗を有する可変ゲート抵抗部と、スイッチングオフ時に前記スナバ回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、可変ゲート抵抗部のゲート抵抗値を制御する制御手段とを設ける。そして、制御手段は、電流検出手段が検出した電流の有無を監視するスナバ監視手段と、スナバ監視手段における監視結果に基づいてスナバ回路の故障を検出するスナバ故障検出手段と、スナバ回路の故障が検出された場合は、スイッチング速度を遅くすべく前記ゲート抵抗値を可変する指令を行う抵抗値指令手段とを設けたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエレベーターの制御装置を含む全体構成を示す図である。
【０００８】
図１において、三相交流電源１はコンバータ部２に交流電源を供給し、コンバータ部２は交流を直流に変換する。平滑コンデンサ３はコンバータ部２で変換された直流を平滑化し、インバータ部４は平滑化された直流を交流に変換する。このインバータ部４は、それぞれ、直列接続された主半導体素子４ａおよび４ｂと、直列接続された主半導体素子４ｃおよび４ｄと、直列接続された主半導体素子４ｅおよび４ｆとが正側共通線３１と負側共通線３２との間に並列に接続されて構成されている。各主半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆには、環流用ダイオードが逆並列接続されている。各主半導体素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆには、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられる。電動機（モータ）５は、インバータ部４の出力に応じて、巻上機の綱車６を介してかご８を昇降する。かご８は、綱車６に巻き掛けられたロープ７を介してつり合いおもり９とつながれている。
【０００９】
図２は、この発明の実施の形態１に係るエレベーターの制御装置のうち１アーム分のスナバ回路および制御手段を示す構成図である。ここでは、主半導体素子４ａ側の１アームについての説明を主にするが、主半導体素子４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ及び４ｆ側のアームについてもほぼ同じ構成である。
【００１０】
図２において、スナバ回路４１ａは、可変ゲート抵抗部４０ａのゲート抵抗（駆動抵抗）の大きさに応じて、主半導体素子４ａがターンオフによるスイッチングで発生するサージ電圧を吸収する。このスナバ回路４１ａは、スナバコンデンサ４１１及びスナバダイオード４１２の直列回路とスナバ放電抵抗４１３とを有する。この直列回路は、主半導体素子４ａと並列に接続されている。そして、スナバ放電抵抗４１３は、スナバコンデンサ４１１とスナバダイオード４１２との接続点から負側共通線３２への放電路に設けられている。スナバコンデンサ４１１は、サージ電圧を吸収するためのものであり、スナバダイオード４１２は、逆方向電流を阻止するためのものである。
【００１１】
電流検出手段１１は、スナバ回路４１ａに流れる放電電流を検出するものであり、スナバコンデンサ４１１とスナバダイオード４１２との接続点から負側共通線３２への放電路に設けられている。
【００１２】
スナバ監視手段１２は、電流検出手段１１が検出した放電電流を監視する。具体的には、このスナバ監視手段１２は、放電電流の有無により、スナバ回路４１の故障を判断する。例えば、主半導体素子４ａのターンオフによるスイッチング時に放電電流がない場合は、スナバ監視手段１２は、スナバダイオード４１２のオン故障等によるスナバ放電抵抗４１３の断線と判断する。
【００１３】
スナバ故障検出手段１３は、スナバ回路の故障を検出する。また、ゲート抵抗値指令手段１４は、可変ゲート抵抗部（ゲートドライブ回路）４０ａのゲート抵抗値を指令する。
【００１４】
制御手段１５は、上述したスナバ監視手段１２、スナバ故障検出手段１３およびゲート抵抗値指令手段１４を備え、可変ゲート抵抗部４０のゲート抵抗値を制御する。
【００１５】
可変ゲート抵抗部４０ａは、主半導体素子４ａのゲート端子と接続されている。この可変ゲート抵抗部４０ａは、スイッチ４０１及び第１のゲート抵抗４０２の直列回路と、第２のゲート抵抗４０３とが並列接続されている。通常の運転状態では、スイッチ４０１がオンになっているので、ゲート抵抗値が小さい状態でかご８が昇降する。例えば、第１及び第２のゲート抵抗４０２および４０３が、それぞれ抵抗値Ｒの場合、ゲート抵抗部４０ａの抵抗値は、スイッチ４０１がオンのときは（Ｒ÷２）で、スイッチ４０１がオフのときはＲである。
【００１６】
以下において、可変ゲート抵抗部４０というときは、各アームの可変ゲート抵抗部４０ａから４０ｆまでの可変ゲート抵抗部を指す。また、スナバ回路４１というときは、各アームのスナバ回路４１ａから４１ｆまでのスナバ回路を指す。
【００１７】
つぎに、上記エレベーターの制御装置の制御手段１５の動作について説明する。図３は、この実施の形態１に係るエレベーターの制御装置の制御手段１５の動作を示すフローチャートである。
【００１８】
ステップ１００において、主半導体素子のスイッチングオフ時に、電流検出手段１１が、スナバ回路４１に流れる電流を検出すると、スナバ監視手段１２は、電流検出手段１１からの検出電流を入力する。
【００１９】
次に、ステップ１０１において、制御手段１５は、スナバ監視手段１２が検出電流を入力した場合は、スナバ故障検出手段１３はスナバ回路４１の故障を検出せず、可変ゲート抵抗部４０のスイッチ４０１が閉じられた状態でかご８を昇降する（通常の運転）。
【００２０】
一方、ステップ１０２において、スナバ監視手段１２が、例えば、スナバ回路４１ａの電流検出手段１１からの検出電流を入力しなかった場合は、スナバ監視手段１２は、その旨の通知をスナバ故障検出手段１３に出力する。すると、スナバ故障検出手段１３は、スナバ監視手段１２からの上記通知を入力し、スナバ回路４１ａの故障を検出してエラー情報を出力する。この出力先は、例えば、図示しない警報器、外部のコンピューターである。これにより、エレベーターの保守員に通報することができる。
【００２１】
次に、ステップ１０３において、ゲート抵抗値指令手段１４は、上記故障が検出されたスナバ回路４１ａがサージ電圧を吸収していた主半導体素子４ａのスイッチングの速度が遅くなるように、可変ゲート抵抗部４０ａのゲート抵抗値を可変する指令を行う。この指令は、例えば、可変ゲート抵抗部４０ａのスイッチ４０１をオフにする指令である。これにより、可変ゲート抵抗部４０ａのゲート抵抗値が大きくなる。したがって、主半導体素子４ａのスイッチングの速度が遅くなり、主半導体素子４ａのターンオフにより生じるサージ電圧の発生を抑制することができ、主半導体素子４ａの過電圧による破壊を防止することができる。
【００２２】
次に、ステップ１０４において、制御手段１５は、かご８を目的階まで昇降して停止する。このとき、乗客がかご８から降りる。なお、この停止に際し、主半導体素子４ａは、例えば、図示しない切替スイッチによりインバータ部４から電気的に切り離される。
【００２３】
次に、ステップ１０５において、制御手段１５は、次の目的階まで、エレベーターを通常の運転の場合よりも低速で運転し、又は、ドアの開閉時間を延長して運転する。このようにすると、電動機５への通電量を低減することができるので、主半導体素子のスイッチングの速度を低速にしてそのスイッチングによる損失を低減することが可能となる。したがって、スナバ回路４１ａが故障してから、保守員がエレベーターの修理を行うまでの間も、エレベーターの運転を行うことが可能となる。
【００２４】
なお、その後、保守員が、故障したスナバ回路４１ａを修理して、エレベーターの制御装置は、通常通り、エレベーターを制御して運転を再開する。
【００２５】
以上説明したように、この実施の形態１では、エレベーターの制御装置は、インバータ制御時、スナバ故障検出手段１３でスナバ回路４１ａの故障が検出された場合は、ゲート抵抗値指令手段１４で、スイッチング速度を遅くすべく可変ゲート抵抗部４０ａのゲート抵抗値を可変する指令を行う。このようにすると、サージ電圧の発生が抑制され、主半導体素子が破損するという状況を回避でき、インバータ部４の故障を回避することができる。したがって、乗客を閉じ込めることなく、エレベーターを制御してかご８を目的階に停止することができる。以上から、スナバ回路の適正化を図ることができる。
【００２６】
なお、この実施の形態１において、スナバ監視手段１２は、スナバ回路４１ａの電流検出手段１１からの電流を入力しなかった場合に、スナバ回路４１ａの故障を検出してエラー情報を出力したが、これに限られない。例えば、放電電流が所定の値に達しないとき、スナバ監視手段１２は、エラー情報を出力してもよい。
【００２７】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係るエレベーターの制御装置のうち１アーム分のスナバ回路、かご負荷検出器および制御手段を示す図である。なお、図中、上記実施の形態１と同一部分については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図４において、かご内負荷検出器２０は、かご８内の負荷を検出する。ゲート抵抗制限値判定手段２１は、かご８内の負荷に基づいてゲート抵抗制限値を判定する。電動機駆動制御器（速度指令手段）２２は、エレベーターの速度を指令する。この指令には、例えば、モータ電流指令、トルク電流指令を用いる。ゲート抵抗値決定手段２３は、電動機駆動制御器２２の指令値に基づいて可変ゲート抵抗部４０のゲート抵抗値を決定（演算）する。制御手段１５ａは、上述したゲート抵抗制限値判定手段２１、電動機駆動制御器２２、ゲート抵抗値決定手段２３およびゲート抵抗値指令手段１４を備え、可変ゲート抵抗部４０のゲート抵抗値を制御する。
【００２９】
図５は、図１に示したインバータの出力電流と図４に示したかご内負荷検出器が検出するかご内の負荷との関係を示す図である。図５では、インバータの出力電流は、つり合いおもり９がかご８内の負荷とつり合うとき（負荷比率が５０％、つまり、かご積載量が５０％のとき）に最も小さくなり、他方、かご８内の負荷比率が、０％および１００％のときに最も大きくなる。第１の範囲Ｓ１は、かご８内の負荷が比較的小さいとき（例えば、負荷比率が０から２５％までのとき）を指し、第２の範囲Ｓ２は、かご８内の負荷が比較的大きいとき（例えば、負荷比率が７５％以上のとき）を指す。なお、第１の範囲Ｓ１および第２の範囲Ｓ２以外の範囲を標準という。
【００３０】
このように、インバータの出力電流は、かご８内の負荷の大きさに応じて変化するが、上述したサージ電圧は、このインバータの出力電流の大きさに基づいて変化する。例えば、インバータの出力電流が小さいときはサージ電圧が小さくなり、他方、その出力電流が大きいときはサージ電圧が大きくなる。
【００３１】
このサージ電圧を吸収するスナバ回路４１は、サージ電圧が最大のときに、それを構成するコンデンサ、抵抗、ダイオードの仕様（容量）が決まる。そこで、この実施の形態２に係るエレベーターの制御装置は、かご８内の負荷の状況に応じて、可変ゲート抵抗部４０のゲート抵抗値を許容範囲内で強制的に可変し、サージ電圧の最大値を強制的に小さくすることにより、スナバ回路を構成する部品（スナバコンデンサ４１１、スナバダイオード４１２、スナバ放電抵抗４１３）の仕様を省力化するというものである。
【００３２】
つぎに、このエレベーターの制御装置の制御手段１５ａの動作を説明する。図６はこの発明の実施の形態２に係るエレベーターの制御装置の制御手段１５の動作を示すタイミングチャートである。
【００３３】
まず、エレベーターの起動時、かご内負荷検出器２０は、かご８内の負荷を検出し、検出後における負荷をゲート抵抗制限値判定手段２１へ出力する。
【００３４】
次に、ゲート抵抗制限値判定手段２１は、かご内負荷検出手段２０が検出した負荷に基づいて可変ゲート抵抗部４０のゲート抵抗値の制限値を判定するとともに、判定後における制限値をゲート抵抗値指令手段１４へ出力する。上記判定例を図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）によると、ゲート抵抗値制限値ｄ４は、かご８内の負荷が標準のときのものであり、ゲート抵抗値制限値ｄ５は、かご８内の負荷が第１の範囲Ｓ１または第２の範囲Ｓ２のときのものである。
【００３５】
電動機駆動制御部２２は、エレベーターの速度指令をゲート抵抗値決定手段２３に出力する。この出力例を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）では、モータ電流指令値ｄ２は、エレベーターの速度ｄ１に従ってかご８が上昇する場合において、かご８内の負荷が定格負荷（例えば、第１の範囲Ｓ１又は第２の範囲Ｓ２での負荷）のときのものである。また、モータ電流指令値ｄ３は、かご８内の負荷がつり合いおもり９とつり合った状態で上昇運転するときのものである。
【００３６】
ゲート抵抗値決定手段２３は、例えば、電動機駆動制御部２２からのモータ電流指令ｄ２に基づいて、可変ゲート抵抗部４０のゲート抵抗値を決定（演算）し、決定後におけるゲート抵抗値ｄ６をゲート抵抗値指令手段１４に指令する。この指令例を図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）によると、決定後のゲート抵抗値ｄ６は、加速時に最も大きく、減速時に最も小さい。
【００３７】
ゲート抵抗値指令手段１４は、ゲート抵抗制限値判定手段２１から、例えば、ゲート抵抗制限値ｄ５を入力したときは、決定後のゲート抵抗値ｄ６を許容範囲内でゲート抵抗制限値ｄ５に可変し、可変後におけるゲート抵抗値に可変ゲート抵抗部４０を設定する指令ｄ７を行う。この指令ｄ７は、例えば、スイッチ４０１をオンからオフにする指令である。また、許容範囲というのは、主半導体素子の特性などを考慮して予め設定しておく。
【００３８】
上記指令例を図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）のゲート抵抗値指令ｄ７によると、ゲート抵抗値の最小値はゲート抵抗制限値ｄ５で、その最大値は決定後のゲート抵抗値ｄ６である。例えば、エレベーターが加速する場合を除く運転状況においては、ゲート抵抗値指令ｄ７が示すゲート抵抗値は、ゲート抵抗値制限値ｄ５とほぼ同じ値である。これにより、可変ゲート抵抗部４０の抵抗値が強制的に大きくなり、主半導体素子のスイッチングにより発生するサージ電圧の最大値が強制的に小さくなる。
【００３９】
以上説明したように、この実施の形態２では、ゲート抵抗値指令手段１４は、かご８内の負荷が所定の範囲内の場合は、ゲート抵抗値ｄ６を許容範囲内でゲート抵抗制限値ｄ５に可変して、可変後のゲート抵抗制限値に可変ゲート抵抗部４０を設定する指示ｄ７を行う。このため、かご８内の負荷の状況に応じて、可変ゲート抵抗部４０における抵抗値を許容範囲内で可変することができ、これにより、エレベーターの運転状態にかかわらず、主半導体素子のスイッチングにより生じるサージ電圧の最大値を小さくできる。したがって、スナバ回路４１を形成する部品の仕様を従来に比べて省力化することができる。以上から、エレベーターの運転状況に応じてスナバ回路の適正化を図ることができる。また、このようにすることにより、主半導体素子のスイッチングによるロスを低減することができ、かつ、主半導体素子の寿命を延ばすことができる。
【００４０】
なお、この実施の形態２において、かご８内の負荷が第１の範囲Ｓ１および第２の範囲Ｓ２の場合で説明したが、これに限られない。例えば、かご８内の負荷比率が５０％の場合、ゲート抵抗値指令手段１４は、可変ゲート抵抗部４０のゲート抵抗値が上記許容範囲内で大きくなるように可変してもよい。例えば、抵抗値Ｒから抵抗値（Ｒ÷２）に可変してもよい。この場合、サージ電圧は、抵抗値Ｒの場合に比べて高くなるが、インバータの出力電流が小さいので問題にならない。
【００４１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、主半導体素子のスイッチングオフ時にスナバ回路の故障が検出された場合は、スイッチング速度を遅くすべく主半導体素子のゲート抵抗値を可変する指令を行うので、スナバ回路の適正化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るエレベーターの制御装置を含む全体構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るエレベーターの制御装置のうち１アーム分のスナバ回路および制御手段を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るエレベーターの制御装置の制御手段の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係るエレベーターの制御装置のうち１アーム分のスナバ回路、かご内負荷検出手段および制御手段を示す図である。
【図５】図１に示したインバータ部の出力電流と図４に示したかご内負荷検出器が検出したかご内の負荷との関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るエレベーターの制御装置の制御手段の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 三相交流電源、２ コンバータ部、３ 平滑コンデンサ、４ インバータ部、５ 電動機、６ 巻上機の綱車、７ ロープ、８ かご、９ つり合いおもり、１１ 電流検出手段、１２ スナバ監視手段、１３ スナバ故障検出手段、１４ ゲート抵抗値指令手段、２０ かご内負荷検出器、２１ ゲート抵抗制限値判定手段、２２ 電動機駆動制御器、２３ ゲート抵抗値決定手段、４０ａ、４０ｂ 可変ゲート抵抗部、４１ａ、４１ｂ スナバ回路、４０１ スイッチ、４０２ 第１のゲート抵抗、４０３ 第２のゲート抵抗、４１１ スナバコンデンサ、４１２ スナバダイオード、４１３ スナバ放電抵抗。

Claims (2)

1. エレベーターのインバータに使用する主半導体素子のスイッチングにより生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路と、
   前記主半導体素子のゲート抵抗を有する可変ゲート抵抗部と、
   前記主半導体素子のスイッチングオフ時に前記スナバ回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記可変ゲート抵抗部のゲート抵抗値を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記電流検出手段が検出した電流の有無を監視するスナバ監視手段と、
   前記スナバ監視手段における監視結果に基づいて前記スナバ回路の故障を検出するスナバ故障検出手段と、
   前記スナバ回路の故障が検出された場合は、スイッチング速度を遅くすべく前記ゲート抵抗値を可変する指令を行う抵抗値指令手段と
   を備えたことを特徴とするエレベーターの制御装置。
2. エレベーターのインバータに使用する主半導体素子のスイッチングにより生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路と、
   前記主半導体素子のゲート抵抗を有する可変ゲート抵抗部と、
   前記エレベーターのかご内の負荷を検出するかご内負荷検出手段と、
   前記可変ゲート抵抗部のゲート抵抗値を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記エレベーターの速度を指令する速度指令手段と、
   前記速度指令手段の指令値に基づいて、前記主半導体素子のゲート抵抗値を決定する抵抗値決定手段と、
   前記かご内負荷検出手段が検出した負荷に基づいて、前記ゲート抵抗値の制限値を判定する制限値判定手段と、
   前記かご内負荷検出手段が検出した負荷が所定の範囲内の場合は、前記抵抗値決定手段が決定したゲート抵抗値を許容範囲内で前記制限値に可変し、可変後におけるゲート抵抗値に可変する指示を行う抵抗値指令手段と
   を備えたことを特徴とするエレベーターの制御装置。

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