JP2007195347A

JP2007195347A - 電動機の制御方法

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Publication number: JP2007195347A
Application number: JP2006011797A
Authority: JP
Inventors: Norio Nochida; 則夫後田
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP4876591B2

Abstract

【課題】昇降機械の運転開始時および停止時に、騒音発生を抑制しつつエレベータの起動・停止時間を短縮する。
【解決手段】エレベータ４を駆動する誘導電動機３の速度実際値と速度指令値との偏差から、速度調節器８はトルク指令値τ^**を出力するとともに、エレベータ４の昇降荷重に見合ったトルクバイアス指令値τ^***をトルクバイアス指令演算器３２が出力する。この両者の和である合計トルク指令値τ^*で誘導電動機３を制御するが、誘導電動機３の運転開始指令が入力されると、ステップ的に第１所定値のトルクバイアス指令値τ^***を与え、その後第１の変化率で所定値まで上昇させ、停止指令が入力されると、第２の変化率で合計トルク指令値τ^*を第２の変化率で第２所定値まで低下させ、その後ステップ的に合計トルク指令値τ^*を零にする。
【選択図】図１

Description

この発明は、エレベータ等の昇降機械を駆動する電動機の制御方法に関する。

一般的にエレベータ等の昇降機械を着床させる場合、電動機によって駆動されるかごは、その電動機を制御するインバータによる速度制御によって電気的に停止保持する手段と、機械ブレーキによって機械的に停止保持する手段とを有しており、かごの落下防止に対して安全に停止保持がなされている。

このような昇降機械を駆動する電動機の制御方法としては、例えば、図５に示すものが知られている（特許文献１）。

図５は昇降機械を駆動する電動機の制御装置の従来例を示した回路図であるが、以下では昇降機械としてエレベータを例にして本発明の詳細を説明する。

図５の従来例回路において、商用電源１からの交流電力は、インバータ２により可変電圧・可変周波数の交流電力に変換され、この変換された交流電力で誘導電動機３は所望のトルクと回転速度で運転する。この誘導電動機３には、負荷である昇降機械としてのエレベータ４と、図示は省略しているが機械ブレーキとが結合されている。

速度設定器６は、誘導電動機３が運転するべき回転速度の速度設定値Ｎ^#を設定して速度指令演算回路７へ与える。速度指令演算回路７は、予め定めた速度変化率で変化する速度指令値Ｎ^*を出力するのであるが、この速度指令値Ｎ^*は最終的には当該速度指令演算回路７へ入力する速度設定値Ｎ^#に一致した値となる。一方、誘導電動機３に結合されているパルス発信器等の速度検出器５が、当該誘導電動機３の速度実際値Ｎを出力しており、加算器８では、速度指令値Ｎ^*と速度実際値Ｎとの偏差が演算される。速度調節器９は、これら速度指令値Ｎ^*と速度実際値Ｎとの偏差が入力され、その調節動作により入力偏差を零にするトルク指令演算値τ^**を出力する。

一方、エレベータ４は、人や貨物を搭載するかごを吊り下げているワイヤの反対側にカウンタウエイトを備えているが、人や貨物の乗降によってかごの全質量が変動するので、かごとカウンタウエイトとの質量の差は一定せず、また、このかごが上昇するか下降するかによっても、当該エレベータ４を駆動する誘導電動機３が必要とするトルクは変化する。そこで運転・停止を繰り返すエレベータ４では、運転を開始する際にはその都度、エレベータ荷重が計測され、当該エレベータ４を駆動するべき荷重に見合ったトルクをトルクバイアス指令設定器１１で設定し、これをトルクバイアス指令演算器１２へ出力する。

トルクバイアス指令演算器１２は、運転指令接点１４から運転開始の指令を受けると、零から予め定めた変化率でその値を上昇させて最終的にはトルクバイアス指令演算器１２が設定した値に一致するトルクバイアス指令値τ^***を出力する。

加算器１３は速度調節器９が出力するトルク指令値τ^**とトルクバイアス指令演算器１２が出力するトルクバイアス指令値τ^***との和を演算し、その演算結果である合計トルク指令値τ^*を信号切り換え器２２でトルク指令演算器２１を介して出力するか否かを切り換えてベクトル制御回路１０へ出力する。

ベクトル制御回路１０は、合計トルク指令値τ^*と別途に得られる磁束指令値Φ^*とを入力して、インバータ２をベクトル制御する制御信号を出力することで、誘導電動機３を所望のトルクと回転速度で運転させることができる。このベクトル制御については公知であるので、その詳細な説明は省略する。

図６は、図５で示した従来例の動作を示したタイムチャートである。図６において、ｔ₁時点で運転開始指令が入力されて運転指令がＯＮになると、前述したようにエレベータの荷重が計測され、トルクバイアス指令値τ^***は、零からＡなる変化率に従ってこの計測荷重に見合った値まで上昇するが、このとき機械ブレーキはＯＮのままである。ｔ₂時点で機械ブレーキがＯＦＦになると誘導電動機３は回転するので速度実際値Ｎは上昇を開始するが、ｔ₃時点までの加速期間中の合計トルク指令値τ^*は、トルクバイアス指令値τ^***とトルク指令演算値τ^**との和となる。ｔ₃〜ｔ₄の期間は速度一定の期間であって、合計トルク指令値τ^*も一定である。ｔ₄時点で減速を開始すると、トルク指令演算値τ^**は逆方向の減速トルクとなるから、合計トルク指令値τ^*は小さな値となる。ｔ₅時点で機械ブレーキがＯＮになって誘導電動機３を停止させるが、ｔ₅〜ｔ₆の期間では運転指令はＯＮのままであるから、合計トルク指令値τ^*はトルクバイアス指令値τ^***を出力している。

ｔ₆時点で運転指令はＯＮからＯＦＦに切り替わり停止指令が入力されると、この停止指令に対応して、信号切り換え器２２の常時開接点２２Ａは閉路から開路へ切り替わり、常時閉接点２２Ｂは開路から閉路へ切り替わる。このときトルク指令演算器２１から出力される合計トルク指令値τ^*は、トルク指令演算器２１の作用によりＢなる変化率でその値を減少させるから、この時点で機械ブレーキは既にＯＮ状態にあっても、騒音の発生が抑制される。
特開２００３−２６３７５号公報

上述の従来技術においては、起動時および減速時に機械ブレーキが作用する状態では、合計トルク指令値τ^*を所定の変化率で上昇あるいは低下させて合計トルク指令値τ^*が急激に変化することを抑えているので、騒音の発生を抑制することができる。

しかしながら、機械ブレーキが作用した状態でかご速度が零である状態から所定の変化率でトルクバイアス指令設定器１１が設定した値までトルクを徐々に立ち上げたり、機械ブレーキが作用する状態で停止保持しているときに合計トルク指令値τ^*から所定の変化率で零まで減衰させるため、トルクの変化が完了するまでに時間を要することになる。このため、エレベータの階移動が指令されてから実際にエレベータが移動を開始するまでと、エレベータが停止して電気的な停止保持がなくなるまでに余分な時間が生じることになり、エレベータの乗客に不快感を持たせてしまうとう不都合があった。

この発明は、上記の不都合を解決するものであり、騒音発生を抑制しつつエレベータの起動・停止時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の電動機の制御方法は、速度設定器に設定される速度設定値から予め定めた速度変化率に従って速度指令値を出力する速度指令演算回路と、昇降機械を駆動する電動機の速度実際値を出力する速度検出器と、前記速度指令値と前記速度実際値との偏差からトルク指令値を演算する速度調節器と、前記昇降機械を昇降させる荷重に見合ったトルクバイアス指令値を出力するトルクバイアス指令演算器と、前記トルク指令値とトルクバイアス指令値とを加算する加算器とを備え、この加算結果である合計トルク指令値に基づいて前記電動機をトルク制御する電動機の制御方法において、
前記電動機の運転開始指令が入力されると、ステップ的に第１所定値の合計トルク指令値を与え、その後第１の変化率で合計トルク指令値を上昇させるものである。

また、上記において、停止指令が入力されると、第２の変化率で合計トルク指令値を第２所定値まで低下させ、その後ステップ的に合計トルク指令値を零にするものである。

また、停止指令とは別に設けた減衰開始信号が入力されると、第２の変化率で合計トルク指令値を第２所定値まで低下させ、その後運転指令が解除されるまで合計トルク指令値を保持するものである。

この発明によれば、エレベータの機械ブレーキが作用している状態のかご速度が零の状態にて、まずステップ的に任意のトルクバイアス分を変化率なしで与え、その後所定の変化率で増加する。また、機械ブレーキが作用する状態で停止保持しているときの合計トルク指令値から所定の変化率で任意のトルク値まで減少させた後、ステップ的に合計トルク指令値を変化率なしで零にする。このようにすることにより、騒音発生の抑制を図るとともに、起動・停止の動作時間が短縮されることになり、エレベータの乗客への不快感を改善することができる。

図１は、この発明の第１の実施の形態を示す回路図であり、図５に示した従来例と同一機能を有するものには同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、図１においては、従来例回路のトルクバイアス指令演算器１２，トルク指令演算器２１，信号切り換え器２１，常時開接点２２Ａ，常時閉接点２２Ｂに代えて、第１トルクバイアス指令演算器３２，第１トルク指令演算器３３，信号切り換え器３４，常時開接点３４Ａ，常時閉接点３４Ｂを備えた点が異なっている。

このような構成において、第１トルクバイアス指令演算器３２は、運転開始指令が入力されると、トルクバイアス指令設定器１１により当該エレベータ４を駆動するべき荷重に見合ったトルクが設定され、トルクバイアス指令値τ^***は、まず、ステップ的に第１所定値の指令値を与え、その後、予め定めた第１の変化率で指令値を上昇させて最終的には第１トルクバイアス指令演算器３２に設定した値に一致するトルクバイアス指令値τ^***を出力する。第１トルク指令演算器３３は、停止指令が入力されると、まず、予め定めた第２の変化率で合計トルク指令値τ^*を第２所定値まで低下させ、その後、第２所定値からステップ的に合計トルク指令値τ^*を零にする。

ここで、前記第１所定値，第２所定値は、第１トルクバイアス指令演算器１２が設定した値と零との間の任意の値（例えば、第１トルクバイアス指令演算器１２が設定した値の５０％程度）が予め設定されるが、第１所定値と第２所定値とをいくらにするかは、負荷に応じて定めることになる。

また、前記第１の変化率，第２の変化率は、変化に要する時間を任意に設定することで定まるものであり、第１の変化率は、第１所定値から第１トルクバイアス指令演算器１２が設定した値まで変化するのに要する時間（例えば、０．５ｓ程度）を予め設定し、前記第２の変化率は、第１トルクバイアス指令演算器１２が設定した値から第２所定値までの変化するのに要する時間（例えば、０．５ｓ程度）を予め設定することになる。

図２は、第１の実施の形態の動作を示したタイムチャートである。図２において、ｔ₁₁時点で運転開始指令が入力されて運転指令がＯＮになると、当該エレベータ４を駆動するべき荷重に見合ったトルクをトルクバイアス指令設定器１１で設定し、これを第１トルクバイアス指令演算器３２へ出力する。トルクバイアス指令値τ^***は、まず、Ｃなるステップ状のバイアス値（第１所定値）を変化率なしで出力し、その後、Ｄなる変化率に従ってこの計測荷重に見合った値まで上昇する。ｔ₁₁時点で機械ブレーキは未だＯＮの状態にあるが、ｔ₁₁時点において合計トルク指令値τ^*をステップ的に第１所定値にしたとしても、誘導電動機３による発生トルクは十分に小さいので、運転開始時の機械ブレーキからの騒音の発生は抑制される。

ｔ₁₂時点で機械ブレーキがＯＦＦになると誘導電動機３は回転するので速度実際値Ｎは上昇を開始するが、ｔ₁₃時点までの加速期間中の合計トルク指令値τ^*は、トルクバイアス指令値τ^***とトルク指令演算値τ^**との和となる。ｔ₁₃〜ｔ₁₄の期間は速度一定の期間であって、合計トルク指令値τ^*も一定である。ｔ₁₄時点で減速を開始すると、トルク指令演算値τ^**は逆方向の減速トルクとなるから、合計トルク指令値τ^*は小さな値となる。ｔ₁₅時点で機械ブレーキがオンになって誘導電動機３を停止させるが、ｔ₁₅〜ｔ₁₆の期間では運転指令はオンのままであるから、合計トルク指令値τ^*はトルクバイアス指令値τ^***を出力している。

ｔ₁₆時点で運転指令がＯＮからＯＦＦに切り替わり停止指令が入力されると、この停止指令に対応して、信号切り換え器３４の常時開接点３４Ａは閉路から開路へ切り替わり、常時閉接点３４Ｂは開路から閉路へ切り替わる。このとき第１トルク指令演算器３３から出力される合計トルク指令値τ^*は、まず、第１トルク指令演算器３３の作用によりＥなる変化率でその値を第２所定値まで減少させ、その後、ｔ₁₇時点においてＦなるステップ状に合計トルク指令値τ^*を零にする。ｔ₁₇時点で機械ブレーキはＯＮ状態にあるが、誘導電動機３による発生トルクは十分に小さくなっているので、ｔ₁₇時点においてステップ的に合計トルク指令値τ^*を変化率なしで零にしたとしても、停止時の機械ブレーキからの騒音の発生は抑制される。

図３は、この発明の第２の実施の形態を示す回路図であり、図１に示した第１の実施の形態と同一機能を有するものには同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、図３においては、図１の第１トルク指令演算器３３，信号切り換え器３４，常時開接点３４Ａ，常時閉接点３４Ｂに代えて、第２トルク指令演算器４３，信号切り換え器４４，常時閉接点４４Ａ，常時開接点４４Ｂを備えた点が異なっている。

このような構成において、第２トルク指令演算器４３は、停止指令とは別に設けた減衰開始信号が入力されると、まず、予め定めた第２の変化率で合計トルク指令値τ^*を第２所定値まで低下させた後、運転指令が解除されるまで合計トルク指令値τ^*を第２所定値のまま保持し、その後、運転指令が解除されて停止指令が入力されると、第２所定値からステップ状に合計トルク指令値τ^*を零にする。

図４は、第２の実施の形態の動作を示したタイムチャートであるが、ｔ₂₁時点からｔ₂₆時点までは、図２で示した₁₁時点からｔ₁₆時点までと同じであるから、その説明は省略する。

ｔ₂₆時点で停止指令とは別に設けた減衰開始指令が入力されると、この減衰開始指令に対応して、信号切り換え器４４の常時閉接点４４Ａは閉路から開路へ切り替わり、常時開接点４４Ｂは開路から閉路へ切り替わる。このとき第２トルク指令演算器４３から出力される合計トルク指令値τ^*は、第２トルク指令演算器４３の作用によりＥなる変化率でその値を減少させ、その後、ｔ₂₇時点からｔ₂₈時点までは運転指令が解除されていないので、合計トルク指令値τ^*をＧなる第２所定値に保持する。そして、ｔ₂₈時点で運転指令がＯＮからＯＦＦに切り替わり停止指令が入力されると、Ｆなるステップ状に合計トルク指令値τ^*を変化率なしで零にする。ｔ₂₈時点では機械ブレーキはＯＮ状態にあるが、誘導電動機３による発生トルクは十分に小さくなっているので、ｔ₂₈時点においてステップ的に合計トルク指令値τ^*を変化率なしで零にしたとしても、停止時の機械ブレーキからの騒音の発生は抑制される。

本発明の第１の実施の形態を示した回路図第１の実施の形態の動作を示したタイムチャート本発明の第２の実施の形態を示した回路図第２の実施の形態の動作を示したタイムチャート従来例を示した回路図従来例の動作を示したタイムチャート

符号の説明

２インバータ
３電動機
５速度検出器
９速度調節器
１０ベクトル制御回路
１１トルクバイアス指令設定器
３２第１トルクバイアス指令演算器
３３第１トルク指令演算器
４３第２トルク指令演算器

Claims

速度設定器に設定される速度設定値から予め定めた速度変化率に従って速度指令値を出力する速度指令演算回路と、昇降機械を駆動する電動機の速度実際値を出力する速度検出器と、前記速度指令値と前記速度実際値との偏差からトルク指令値を演算する速度調節器と、前記昇降機械を昇降させる荷重に見合ったトルクバイアス指令値を出力するトルクバイアス指令演算器と、前記トルク指令値とトルクバイアス指令値とを加算する加算器とを備え、この加算結果である合計トルク指令値に基づいて前記電動機をトルク制御する電動機の制御方法において、
前記電動機の運転開始指令が入力されると、ステップ的に第１所定値の合計トルク指令値を与え、その後第１の変化率で合計トルク指令値を上昇させることを特徴とする電動機の制御方法。
請求項１に記載の電動機の制御方法において、
停止指令が入力されると、第２の変化率で合計トルク指令値を第２所定値まで低下させ、その後ステップ的に合計トルク指令値を零にすることを特徴とする電動機の制御方法。
請求項１に記載の電動機の制御方法において、
停止指令とは別に設けた減衰開始信号が入力されると、第２の変化率で合計トルク指令値を第２所定値まで低下させ、その後運転指令が解除されるまで合計トルク指令値を保持することを特徴とする電動機の制御方法。