JP2009035393A - エレベーターの片系駆動方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２台の電力変換器を並列接続したセット並列構成の電力変換器で１巻線交流電動機を駆動するエレベーターにおいて、一方の電力変換器に故障が発生した場合においても、１巻線交流電動機に特有の出力側リアクトルの悪影響無く、片系駆動を実現し、休止させる回数を低減する。
【解決手段】故障した一方の電力変換器を切離し、出力側リアクトルの両端を短絡し、かつ二重星形結線の電動機巻線を各相二巻線直列接続に切替える。また、並列構成の電力変換器で１巻線交流電動機を駆動する場合に用いる制循環電流抑制制御から、健全な他方の電力変換器の単機運転制御に切替える。
【選択図】図１

Description

本発明はエレベーターに関わり、特に、大容量化を目的に２台の電力変換器を並列接続して交流電動機に給電して駆動するエレベーターにおける異常時の片系駆動方法および装置に関する。

特許文献１に開示されたエレベーターの制御装置では、並列化して大容量化を図った電力変換装置を用いたエレベーターにおいて、電力変換回路の動作状態に基づいて故障を検出する手段を設け、故障を検出したときエレベーターを一旦停止させる。その上で、健全な一方の電力変換回路のみを用い、かごを最寄階まで移動させている。

また、特許文献２の移動機械の運転制御装置には、交流電動機巻線の接続状態を高速側接続と低速側接続との間で切替える接続切替手段が開示されている。すなわち、正常であれば、交流電動機の結線接続状態を高速側接続とし、何れか一方の交流電動機駆動系が異常であるときには低速側接続とするよう接続切替手段を制御する方式である。

なお、特許文献３には、大容量化のために電力変換器２セットを並列接続するとともに、出力側リアクトルを介して交流電動機に給電するセット並列運転方式において、不要な循環電流を抑制する制御方法について詳しく開示されている。

特開２００２−２８４４６４号公報 特開２０００−２３８９８９号公報 特開２００２−１０６８４号公報

特許文献１、２では、２巻線型の交流電動機を前提としているため、出力側リアクトルは不要である。

しかしながら、２巻線型の交流電動機は、汎用性に乏しく、特別な仕様となる場合が多いため、経済性に難点を伴うことがある。

本発明の目的は、並列構成の電力変換器の一方が故障し、並列制御から単機制御へ切替えるに際し、汎用性に優れた１巻線型交流電動機に特有の出力側リアクトルの悪影響を防止したエレベーターの片系駆動方法または片系駆動装置を提供することである。

本発明の望ましい実施態様においては、故障した電力変換器を開閉器で切離し、かつ、出力側リアクトルの全部または一部を短絡してそのインダクタンスを低下させる。

また、本発明の望ましい実施態様においては、並列構成の電力変換器で１巻線型交流電動機を駆動する場合に用いる循環電流抑制制御系を切離した速度制御系によって健全な電力変換器を単機で制御する。

また、並列接続した電力変換器の両方に異常が発生した場合において、複数号機がある並設エレベーターの場合には、他の号機の電力変換器で単機運転を行うようにする。

本発明の望ましい実施態様によれば、１巻線型の交流電動機に複数の電力変換器から給電するエレベーターにおいて、一部の電力変換器の異常時においても、出力側リアクトルの悪影響を防止し、エレベーターを少なくとも最寄階まで運転させることができる。

本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例の中で明らかにする。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１によるエレベーターの片系駆動装置の電気系構成図であり、商用電源１に対して、１号機エレベーターシステム１３と、２号機エレベーターシステム１４を接続した構成である。各号機のエレベーターシステム１３，１４では、電力変換器の大容量化を図るために、２組の電力変換器を、出力側リアクトル８を介して並列接続し、出力側リアクトル８の中点を交流電動機２に接続している。

１号機エレベーターシステム（電気系）１３は、コンバータ３Ａとインバータ４Ａおよび平滑コンデンサ５Ａを備えた１系電力変換器と、コンバータ３Ｂ、インバータ４Ｂおよび平滑コンデンサ５Ｂを備えた２系電力変換器から、駆動用交流電動機２に給電する。交流電動機２は１巻線型であり、各電力変換器の各相出力端間に出力側リアクトル８を接続し、それらの中点に交流電動機２の巻線が接続される。この実施例においては、コンバータ側制御基板６と、インバータ側制御基板７は独立しており、それぞれ、電力変換器を制御する。商用交流電源１と、各電力変換器の入力端間には、開閉器としての電磁接触器９Ａおよび９Ｂが挿入され、各電力変換器の出力端と、前記出力側リアクトル８との間にも、それぞれ開閉器としての電磁接触器９Ｃおよび９Ｄが挿入されている。

この実施例においては、各相の出力側リアクトル８の両端間に、短絡用スイッチ１０を備えている。また、出力側リアクトル８と交流電動機２との間には、交流電動機結線変更用接点１１を備えている。なお、エレベーターすなわち交流電動機２の速度制御のために、交流電動機２の回転角度を検出するロータリエンコーダ１２を備えている。

２号機エレベーターシステム１４の構成は、図示していないが、１号機エレベーターシステム１３の構成と同様である。

実施例１の１系コンバータ３Ａおよび２系コンバータ３Ｂの制御演算は、それぞれ、入力電流や平滑コンデンサ部分の直流電圧などを基に、コンバータ側制御基板６に搭載したコンバータ側演算処理装置によって行われる。１系インバータ４Ａ、２系インバータ４Ｂは、それぞれ１系平滑コンデンサ５Ａ、２系平滑コンデンサ５Ｂを介して得られる直流電力を所望の可変電圧・可変周波数の交流電力に変換して交流電動機２を駆動する。１系インバータ４Ａ、２系インバータ４Ｂの制御演算は、出力電流やロータリエンコーダ１２より得られる交流電動機２の磁極位置情報を基に、インバータ側制御基板７に搭載した演算処理装置によって行われる。

図１の実施例１のように、制御基板をコンバータ側とインバータ側で個別に扱うことにより、例えば各系インバータ同士の出力信号の同期を取りやすくなり、各系の電力変換器間を循環する横流を抑制できる上、電磁騒音を低減できる効果がある。ここでの演算処理装置は、マイコン、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰあるいは特定の用途のために設計、製造されるＩＣであるＡＳＩＣなどの演算装置を意味している。例えば、１マイコンで２系統の電力変換器駆動が可能な形態の演算装置を使用することで、横流抑制の効果は高くなる。

実施例１の各号機のエレベーターシステムでは、一方の系統のコンバータあるいはインバータが故障した場合、異常時の運転として他方の系統の電力変換器のみで交流電動機２を駆動する。

図２は、本発明の実施例１による異常時運転を実施する場合の処理フロー図であり、２系コンバータあるいはインバータが故障して非常停止した場合において、異常時運転を開始する場合について示している。まず、ステップ１５において、２系電力変換器の入出力側電磁接触器９Ｂおよび９Ｄを開放して２系を切離す。これは、２系の電力変換器を構成する半導体素子が短絡し、かつ、固着している可能性があるためであり、この場合は半導体素子の駆動信号としてＯＦＦ信号を与えている場合でも、短絡電流が流れる恐れがある。このため、２系電力変換器の入出力側の電磁接触器を開放状態にする必要がある。また、この場合には、２系の電力変換器には電力が供給されないため、コンバータ側制御基板６あるいはインバータ側制御基板７から２系コンバータ３Ｂあるいは２系インバータ４Ｂへの駆動指令の有無に関わらず、異常時の運転に影響を与えることはない。

次に、ステップ１６において、制御基板からの信号によりスイッチ１０を閉じ、出力側リアクトル８の両端を短絡する。

図３は本発明の実施例１における出力側リアクトルの電気系構成図であり、出力側リアクトル８のうちの一相のみを例に採って示している。出力側リアクトル８は、コア鉄心に巻線を施し、その両端を両系のインバータに接続し、かつ、巻線の中点を交流電動機２に接続した構成である。

この構成では、図３（ａ）に示すように、各系のインバータから同一の電流ｉ１、ｉ２が流れる場合には、コア鉄心において発生する磁束が相殺されるため、出力側リアクトル８は極めて小さいインダクタンスとして作用する。そして、一方のインバータから他方のインバータへ循環する電流ｉ３に対しては、出力側リアクトル８は大きなインダクタンスとして作用するため循環電流を低減する効果をもつ。

しかしながら、異常時の運転として、一方の系統の電力変換器のみで駆動する場合は、図３（ａ）の電流ｉ１、ｉ２のうち一方の電流しか流れないため、出力側リアクトル８は大きなインダクタンスとして作用し、交流電動機２の制御に支障を与える。

そこで、実施例１では、図３（ｂ）のように出力側リアクトル８の両端を短絡する。この結果、出力側リアクトル８は極めて小さいインダクタンスとなり、１系インバータ４Ａから出力される電流ｉ１は、電流ｉ１’、ｉ１’’に分流して流れ、交流電動機２の制御を良好に実施することができる。

図１の実施例１では、出力側リアクトル８の両端を短絡するようにスイッチ１０を設けているが、出力側リアクトル８の両端と中点との間にスイッチを設けて短絡する構成であっても良い。この場合は、２個のスイッチが必要になるが、実施例１と同一の効果を実現できる。

次に、図２のステップ１７において、交流電動機巻線の結線変更を行う。

図４は本発明の実施例１における交流電動機の結線形態を説明する図であり、図１の実施例１のような１巻線型の交流電動機２における結線の一例である。同図（ａ）は実施例１の交流電動機２の結線の基本形態である。外部接続端子としては、星型接続された巻線の端子Ｕ１〜Ｗ１に加え、Ｕ相の第２巻線の両端端子Ｕ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ相の第２巻線の両端端子Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ、Ｗ相の第２巻線の両端端子Ｗ２ａ，Ｗ２ｂの計９個の端子がある。

通常の運転モードでは、図４（ｂ）のように、各相の第２巻線の端子Ｕ２ｂ〜Ｗ２ｂを短絡し、第２巻線の他端子が前記星型接続された巻線端子と接続される構成とする。つまり、二重星形結線の形態で運転する。ここでは、この結線形態を通常結線モードと呼ぶ。

一方、良く知られているエレベーターの非常止め試験など、交流電動機２に過大なトルクを発生させる必要がある場合がある。このような場合には、図４（ｃ）のように、各相の第２巻線と前記星型接続された巻線が直列接続されるように、端子Ｕ１とＵ２ｂ、端子Ｖ１とＶ２ｂ、端子Ｗ１とＷ２ｂをそれぞれ接続した構成にする。すなわち、各相２巻線直列の星形結線に変更する。

図４（ｃ）の結線形態は図４（ｂ）の結線形態と比較して、巻線の集中度が高まるためトルク脈動が発生しやすい欠点があるが、同一の電流を流した場合の発生トルク量を増加できる効果がある。ここでは、図４（ｃ）の結線形態をキャッチ結線モードと呼ぶ。通常、キャッチ結線モードは、エレベーターの非常止め試験を実施する場合に巻線端子間の接続を手動で変更する。しかし、電磁接触器により、自動的に切替えるように構成することもできる。

図１の実施例１では、出力側リアクトル８と電動機の結線変更用の接触器接点１１を設け、異常発生時に制御基板からの指令により、通常結線モードからキャッチ結線モードに切替える。この構成により、片側の系統のコンバータおよびインバータで駆動する場合においても、交流電動機２で高トルクを出力することができる。

次に、図２のステップ１８において、制御方式の変更を実施する。図１の実施例１のように、並列接続された電力変換器を出力側リアクトル８を介して１巻線型交流電動機２に接続する場合は、特許文献３に開示されているように、交流電動機電流と循環電流を分離して循環電流を抑制する制御が実行される。

一方、異常運転の場合は、片側系統の電力変換器が遮断されるため、一方の系統からのみの電流で駆動する形態になり、循環電流抑制制御自体がその動作に悪影響を与える恐れがある。そこで、実施例１では、異常運転時には、循環電流抑制制御から単機の電力変換器制御に切替える。

これによって安定した制御動作を実現できる。さらに、異常時用に最大速度および／または加速度を低下させる。これにより、片側系統の電力変換器で使用する半導体素子の負担を軽減できる効果がある。

次に、図２のステップ１９において、異常時用の運転を開始する。上記の動作により、片側系統の電力変換器で故障が発生した場合においても、エレベーターを休止させる回数を低減できる効果がある。特に、並列構成の電力変換器の一方が故障し、並列制御から単機制御へ切替えるに際し、汎用性に優れた１巻線型交流電動機に特有の出力側リアクトルの悪影響を防止したエレベーターの片系駆動を実現できる。

図５は本発明の実施例２によるエレベーターの電気系構成図であり、２号機エレベーターシステム１４において並列接続した電力変換器の両方に故障が発生した場合の例である。この場合、１号機エレベーターシステム１３の片側系統の電力変換器で２号機エレベーターシステム１４の交流電動機２２を駆動させる。この場合の１号機エレベーターシステム１３は、実施例１の異常時運転の場合と同様に一方の系統の電力変換器で駆動させる。さらに、２号機エレベーターシステム１４は、１号機エレベーターシステム１３で使用していない系統の電力変換器により実施例１の異常時運転と同様の駆動を実施する。

この場合の配線の変更は手動により実施する必要があるが、両方の電力変換器が故障した２号機エレベーターシステム１４を休止させることなく駆動できる効果がある。

図６は本発明の実施例２における制御基板の構成説明図である。実施例２におけるインバータ側制御基板７は２系インバータ４Ｂにより２号機エレベーターシステム１４側の交流電動機２０を駆動する。このためには、２号機エレベーターシステム１４側のロータリエンコーダ２１から得られる交流電動機２０の磁極位置信号や、２号機エレベーターシステム１４の安全装置スイッチの信号を取得する必要がある。安全装置スイッチの信号とは、保守員による非常停止スイッチのほか、（１）上下端階強制減速スイッチ、（２）制御で止める非常停止スイッチであるダウンリミットスイッチ、あるいは（３）機械式非常停止スイッチとしてのファイナルリミットスイッチなどがある。

実施例２におけるインバータ側制御基板７では、１号機エレベーターシステム１３の交流電動機２の磁極位置信号および安全装置スイッチの信号を取り込む第１の周辺機器取り込み部２２に加え、第２の周辺機器取り込み部２３を設けた構成とする。この第２の周辺機器取り込み部２３により、他号機エレベーターシステムの交流電動機の磁極位置信号および安全装置スイッチの信号を取り込む。

第１の周辺機器取り込み部２２および第２の周辺機器取り込み部２３より受信した信号は、制御演算装置２４で制御演算される。このようにして、１号機エレベーターシステム１３の１系の電力変換器であるコンバータ３Ａおよびインバータ４Ａを制御し、１号機エレベーターシステム１３の交流電動機２を駆動する。同時に、１号機エレベーターシステム１３の２系の電力変換器であるコンバータ３Ｂおよびインバータ４Ｂにより、２号機エレベーターシステム１４の交流電動機２２を駆動することができる。

上記の動作により、両側系統の電力変換器で故障が発生した場合においても、エレベーターを休止させる回数を低減できる効果がある。特に、並設エレベーターにおいて、一方のエレベーターの電力変換器がともに故障し、他方のエレベーターの電力変換器単機制御へ切替える際、汎用性に富む１巻線型交流電動機に特有の出力側リアクトルの悪影響を防止したエレベーター片系駆動を実現できる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で様々変形して実施できることは言うまでもない。

本発明の実施例１によるエレベーター片系駆動装置の電気系構成図である。 本発明の実施例１による異常時運転を実施する場合の処理フロー図である。 本発明の実施例１における出力側リアクトルの電気系構成図である。 本発明の実施例１における交流電動機の結線形態を説明する図である。 本発明の実施例２によるエレベーターの電気系構成図である。 本発明の実施例２における制御基板の構成説明図である。

符号の説明

１…電源、２…交流電動機、３Ａ…１系コンバータ、３Ｂ…２系コンバータ、４Ａ…１系インバータ、４Ｂ…２系インバータ、５Ａ…１系平滑コンデンサ、５Ｂ…２系平滑コンデンサ、６…コンバータ側制御基板、７…インバータ側制御基板、８…出力側リアクトル、９Ａ〜９Ｄ…電磁接触器、１０…出力側リアクトル用スイッチ、１１…交流電動機結線変更用接点、１２…ロータリエンコーダ、１３…１号機エレベーターシステム、１４…２号機エレベーターシステム、２０…２号機エレベーターの交流電動機、２１…２号機エレベーターのロータリエンコーダ、２２…第１の周辺機器取り込み部、２３…第２の周辺機器取り込み部、２４…演算処理装置。

Claims (11)

1. 商用交流電源の電力を入力し可変電圧・可変周波数の交流電力を出力する２組の電力変換器と、これらの電力変換器の各相出力端間に接続されたリアクトルと、これらのリアクトルの中点に接続されたエレベーター駆動用交流電動機と、前記商用交流電源と前記電力変換器の入力端間に挿入された入力側開閉器と、前記電力変換器の出力端と前記リアクトルとの間に挿入された出力側開閉器と、２組の前記電力変換器を制御する制御装置を備えたエレベーターにおいて、前記電力変換器の異常を検出する異常検出ステップと、２組の前記電力変換器のうちいずれか一方の異常を検出したとき、異常を発生した一方の電力変換器の前記入力側および出力側開閉器を開放するステップと、前記リアクトルの全部または一部を短絡するステップと、この状態で健全な一方の前記電力変換器を制御するステップを備えたことを特徴とするエレベーターの片系駆動方法。
2. 請求項１において、前記リアクトルの全部または一部を短絡するステップは、前記リアクトルの両端間または健全な一方の電力変換器に接続された一端と前記中点間を短絡することを特徴とするエレベーターの片系駆動方法。
3. 請求項１または２において、健全な一方の前記電力変換器を制御する前記ステップでは、前記交流電動機の結線を、通常の二重星形結線から各相２巻線直列の星形結線に変更することを特徴とするエレベーターの片系駆動方法。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、健全な一方の前記電力変換器を制御する前記ステップでは、通常の循環電流抑制制御系を取り去った速度制御系に基いて、健全な一方の前記電力変換器を制御することを特徴とするエレベーターの片系駆動方法。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、健全な一方の前記電力変換器を制御する前記ステップでは、最大速度および／または加速度を低下させたエレベーターの速度指令パターンに基く速度制御系によって、健全な一方の前記電力変換器を制御することを特徴とするエレベーターの片系駆動方法。
6. 商用交流電源の電力を入力し可変電圧・可変周波数の交流電力を出力する２組の電力変換器と、これらの電力変換器の各相出力端間に接続されたリアクトルと、これらのリアクトルの中点に接続されたエレベーター駆動用交流電動機と、前記商用交流電源と前記電力変換器の入力端間に挿入された入力側開閉器と、前記電力変換器の出力端と前記リアクトルとの間に挿入された出力側開閉器と、２組の前記電力変換器を制御する制御装置を備えた複数のエレベーターが並設された並設エレベーターにおいて、前記電力変換器の異常を検出する異常検出ステップと、同一エレベーターの２組の前記電力変換器の異常を検出したとき、健全なエレベーターの１組の前記電力変換器の出力端を異常を発生したエレベーターの前記駆動用交流電動機に接続するステップと、この状態で健全なエレベーターの２組の前記電力変換器をそれぞれ独立して制御するステップを備えたことを特徴とするエレベーターの片系駆動方法。
7. 商用交流電源の電力を入力し可変電圧・可変周波数の交流電力を出力する２組の電力変換器と、これらの電力変換器の各相出力端間に接続されたリアクトルと、これらのリアクトルの中点に接続されたエレベーター駆動用交流電動機と、前記商用交流電源と前記電力変換器の入力端間に挿入された入力側開閉器と、前記電力変換器の出力端と前記リアクトルとの間に挿入された出力側開閉器と、２組の前記電力変換器を制御する制御装置を備えたエレベーターにおいて、前記電力変換器の異常を検出する異常検出装置と、２組の前記電力変換器のうちいずれか一方の異常を検出したとき、異常を発生した一方の電力変換器の前記入力側および出力側開閉器を開放する手段と、前記リアクトルの全部または一部を短絡する開閉器と、この状態で前記制御装置を用いて健全な一方の電力変換器を制御する制御手段を備えたことを特徴とするエレベーターの片系駆動装置。
8. 請求項７において、前記リアクトルの全部または一部を短絡する開閉器は、前記リアクトルの両端間または健全な一方の電力変換器に接続された一端と前記中点間を短絡する開閉器であることを特徴とするエレベーターの片系駆動装置。
9. 請求項７または８において、健全な一方の前記電力変換器を制御する前記制御手段は、前記交流電動機の結線を、通常の二重星形結線から各相２巻線直列の星形結線に変更する結線切替え手段を備えたことを特徴とするエレベーターの片系駆動装置。
10. 請求項７から９のいずれかにおいて、健全な一方の前記電力変換器を制御する前記制御手段は、通常の循環電流抑制制御系を取り去った速度制御系に基いて、健全な一方の前記電力変換器を制御するように構成したことを特徴とするエレベーターの片系駆動装置。
11. 請求項７から１０のいずれかにおいて、健全な一方の前記電力変換器を制御する前記制御手段は、最大速度および／または加速度を低下させたエレベーターの速度指令パターンに基く速度制御系によって、健全な一方の前記電力変換器を制御するように構成したことを特徴とするエレベーターの片系駆動装置。

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