JP2010168139A - エレベーター制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受電電圧が許容範囲以下に低下した場合に、真に必要な場合のみに走行性能の一部を抑えて、エレベーターの運転を継続する。
【解決手段】受電電圧が低下したとき、乗りかごの荷重と運転方向に応じて、速度指令パターンの加速度と減速度のうちの少なくとも一方、および／または最高速度を低減させることにより、一部の条件下でのみ、加減速度あるいは運転速度を抑えるだけで、エレベーターを休止せずに、サービスを継続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機を可変速制御するＰＷＭインバータを備えたエレベーター制御装置に関し、特に、受電電圧が所定値以下に低下した場合におけるエレベーター制御装置に関する。

一般的に、電動機における入出力の関係は式（１）のように表される。

Ｐｉ＝Ｐｏ＋Ｐｌ …………………………………………………………………（１）
ただし、Ｐｉ：入力電力［Ｗ］、Ｐｏ：機械的出力［Ｗ］、Ｐｌ：損失［Ｗ］であり、入力電力、機械的出力は、式（２），（３）のように表される。

Ｐｉ＝√３・Ｖｉ・Ｉｉ …………………………………………………………（２）
Ｐｏ＝ω・Ｔ ………………………………………………………………………（３）
ただし、Ｖｉ：入力受電電圧（線間）［Ｖ］、Ｉｉ：入力受電電流［Ａ］、ω：回転角速度［ｒａｄ／ｓ］、Ｔ：トルク［Ｎｍ］である。ここで、損失Ｐｌは、機械的出力Ｐｏと比べると非常に小さく無視できるので、式（１）は、式（２），（３）を用いて式（４）のように書き換えることができる。

√３・Ｖｉ・Ｉｉ＝ω・Ｔ ………………………………………………………（４）
したがって、受電電圧Ｖｉが低下した場合に、電動機の機械的出力Ｐｏを一定に保つためには、受電電流Ｉｉを増加させる必要がある。しかし、電動機を制御するコンバータ及びＰＷＭインバータに使用する素子に定格以上の電流を流すと、素子破壊を起こし、エレベーターの非常停止となる。このような、素子破壊によるエレベーターの非常停止を防止するために、エレベーターを駆動する前に受電電圧Ｖｉを検出し、あらかじめ設定した閾値以下に低下した場合、エレベーターの運行を休止していた。

この問題に対し、特許文献１では、交流である受電電圧Ｖｉをコンバータによって直流に変換したコンデンサ電圧を検出し、このコンデンサ電圧が閾値以下に低下したことを検知したときに動作するコンパレータ回路を備えている。そして、このコンパレータ回路の出力により電動機のトルクをある値以下に制限するトルクリミッタ回路によってトルクを制限することにより、受電電流Ｉｉの増加を低減し、素子破壊によるエレベーターの非常停止を防止している。

特開平７−１７７７８４号公報

しかしながら、起動・停止を繰り返すエレベーターでは、所定の負荷状態での加減速時に最もトルクを必要とするが、受電電圧が低下した場合に、一律にトルクを制限する特許文献１の方法では、無駄に能力を制限してしまうという課題があった。

本発明の目的は、受電電圧が低下した場合に、半導体スイッチング素子などを過負荷に晒すことなく、持っている能力を発揮させ、真に必要なときに性能を抑制しながら、エレベーターの運転を継続できるエレベーター制御装置を提供することである。

そこで本発明は、上記の課題を解決するために、交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの出力電圧を可変電圧可変周波数の交流に変換するＰＷＭインバータと、前記ＰＷＭインバータから可変電圧可変周波数の交流を給電される電動機と、この電動機で昇降駆動されるエレベーター乗りかごと、時間またはエレベーター乗りかごの位置の関数として変化する速度指令パターンを発生する速度指令パターン発生手段と、この速度指令パターンに前記電動機の回転角速度が追従するようにトルク指令を発生する速度制御手段を備えたエレベーター制御装置において、前記コンバータに入力される交流受電電圧またはその相当値を検出する受電電圧検出手段と、前記乗りかご内の荷重を検出する荷重検出手段と、前記受電電圧検出手段及び前記荷重検出手段の出力に基づいて前記速度指令パターンを補正する速度指令パターン補正手段を備えたことを特徴とする。

速度指令パターンの補正は、加減速度を定格よりも下げる方法、最高速度を定格よりも下げる方法、加減速度及び最高速度の両方を定格よりも下げる方法、あるいは、かご内の荷重と運転方向とから決まる加速度か減速度のいずれか一方を下げる方法などがある。

加減速度及び／又は最高速度を定格よりも下げる方法については、電動機の特性から受電電圧及び乗りかご荷重に応じた速度指令パターンの補正量を予め設定することが望ましい。しかし、電動機の特性に基づき、受電電圧及び乗りかご荷重からその都度速度指令パターンの補正量を算出する方法を採ることもできる。

本発明の望ましい実施態様によれば、受電電圧が所定値以下に低下した場合においても、真に必要な場合においてのみ、性能の一部を抑制しながら、持っている能力を十分に発揮させながらエレベーターを駆動することができる。

例えば、乗りかごと釣合い錘がバランスするような場合は、速度指令パターンを補正せずに制御可能な場合が多いので、速度指令パターンを補正する条件に乗りかごの荷重を加えることによって、無用に加減速度や最高速度を低下させることなく運行可能となる。

本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。

本発明の一実施例によるエレベーター制御装置の全体概略構成図である。 エレベーターにおける速度、加速度、トルクの変化の様子を示す図である。 電動機のトルク−回転角速度特性の一例を示した図である。 電動機のトルク−回転角速度特性において、受電電圧が低下した場合のトルク制限例を示した図である。 図２の特性において、トルク指令を制限する場合の一例を示した図である。 加減速度指令を加速、減速時ともに補正した場合の一例を示した図である。 Ｆｕｌｌ−Ｌｏａｄ上昇運転において、加速時のみ加速度指令を補正した場合の一例を示した図である。 Ｎｏ−Ｌｏａｄ上昇運転において、減速時のみ減速度指令を補正した場合の一例を示した図である。 本発明の一実施例による受電電圧低下時の制御処理フロー図である。 本発明の他の実施例によるエレベーター制御装置の全体概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例によるエレベーター制御装置の全体概略構成図である。

ここに示すインバータ駆動のロープ式エレベーター制御装置は、まず、商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２と、このコンバータ２の出力電圧を平滑するコンデンサ３とで直流電源を形成している。そして、この直流電圧を、可変電圧可変周波数の交流電圧に変換するＰＷＭインバータ４と、このＰＷＭインバータ４から給電される電動機６と、この電動機６で駆動される乗りかご１１及び釣合い錘１０から構成される。これらの乗りかご１１及び釣合い錘１０は、シーブ7に巻きかけられたロープ９によって吊られており、かご１１内の荷重を検出するために、荷重検出手段１２が設けられている。

この実施例においては、コンバータ２は、いわゆるダイオード整流回路であり、電源１への回生制動はできない。このため、減速中に回生された電力を消費するために、主回路中に発電制動抵抗部２１を設けている。また、電動機６に流れる電流を検出するために電流検出手段５が設けられている。

電動機６を駆動するためのＰＷＭインバータ４は、次のような制御機能部によって制御される。まず、運転距離に応じた最高速度に達するまで、時間の関数として一定の加速度で加速し、目標停止位置までの残存距離の関数としてやはり一定の減速度で減速するような速度指令パターンを発生する速度指令発生手段１３がある。

この実施例においては、受電電圧低下時に速度指令パターンを補正する速度指令パターン補正手段２０を備えているが、その詳細は後述する。速度制御手段１４は、速度指令発生手段１３の出力である速度指令に、電動機６の回転角速度が追従するようにトルク指令を発生する。また、電動機６の回転位置検出手段８の信号により回転角速度を算出する速度演算手段１９、速度制御手段１４が発生するトルク指令に対応したトルクを電動機６が発生するように電動機６に流れる電流を調整する電流制御手段１５を備えている。さらに、電流検出手段５の出力によって電流を演算する電流演算手段１８、電流制御手段１５に基づいてＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御回路１６を備えている。

図２は、エレベーターにおける速度、加速度、トルクの変化の様子を示す図である。ここでは、エレベーター上昇時のＦｕｌｌ−Ｌｏａｄ、Ｈａｌｆ−Ｌｏａｄ、ならびにＮｏ−Ｌｏａｄ時における一般的な速度、加速度、ならびにトルク指令パターンの一例を図示している。ある階に停止している乗りかご１１に乗客が乗り込んだとき、あるいは別の階で図示しない呼び釦が押されたときに、乗りかご１１を目的階まで昇降させるために、電動機６を図２に示す速度指令パターンにより駆動する。加速時には、時間の関数としてあらかじめ設定した一定の加速度により最高速度まで加速させる。最高速度で走行した後、目的階に向ってあらかじめ設定した一定の減速度となるように、残存距離の関数として速度指令を減少させ、目的階に着床させる。

そのときのトルクＴは、乗りかご１１の荷重により変化し、一般的にトルクは式（５）によって表される。

Ｔ＝Ｊ・ｄω／ｄｔ＋Ｔｗ…………………………………………………………（５）
ただし、Ｊ：慣性モーメント、ｄω／ｄｔ：回転角加速度、Ｔｗ：負荷トルクである。

なお、エレベーター下降時は、トルク指令のみは時間軸に対して線対称となる。

図３は、一般的な電動機６のトルク−回転角速度特性を示している。電動機６のトルク−回転角速度は、ある一定電圧においては図のように比例し、電圧が高ければ高いほど、より大きなトルク、回転角速度を出力できる。

起動・停止を繰り返すエレベーターでは、起動時に最もトルクを必要とするので、このトルクを十分に発生させることができるか判断する必要がある。

そこで、図４のハッチング部に示すように、起動時に必要なトルクを発生可能な受電電圧Ｖｉの許容範囲を設け、エレベーター運転前に受電電圧Ｖｉがこの許容範囲内であるか確認する。なお、受電電圧Ｖｉを直接検出してもよいが、受電電圧Ｖｉを整流したコンデンサ電圧Ｖｄｃを検出することにより間接的に検出することもできる。受電電圧Ｖｉとコンデンサ電圧Ｖｄｃの関係は次式で表される。

Ｖｄｃ＝√２・Ｖｉ…………………………………………………………………（６）
ここで、何らかの理由で受電電圧が許容範囲を超えて低下したとする。

図４に示すように、通常時に受電電圧Ｖｉ＝Ｖｏ、トルクＴ＝Ｔｏ、回転角速度Ｎ＝Ｎｏで駆動する場合に、受電電圧ＶｉがＶｏ’まで低下したとすると、回転角速度Ｎを一定に保つためには、トルクＴをＴｏからＴｏ’まで低減する必要がある。

図５は、図２の特性において、トルク指令を制限する場合の一例を示した図である。

この場合、図５に示すように、Ｈａｌｆ−Ｌｏａｄの場合は必要となるトルクＴはＴｏ’以内であるので、速度指令パターンを変更することなく制御可能である。しかし、Ｆｕｌｌ−ＬｏａｄやＮｏ−Ｌｏａｄの場合、それぞれ、加速時または減速時に必要となるトルクＴがＴｏ’以上となるため、通常の速度指令パターンでは駆動できないことが分かる。なお、乗りかご１１の荷重検出は、荷重検出手段１２によって行われる。

図６は、加減速度指令を加速時、減速時ともに補正した場合の一例を示した図である。

そこで、図６に示すように、加速度を定格よりも下げた速度指令とする。図のように、Ｆｕｌｌ−Ｌｏａｄ、Ｎｏ−Ｌｏａｄ時に必要となるトルクＴをＴｏ’以下に制限することで、加速度が定格よりも低くなるものの、エレベーターを停止させることなくサービスを提供することが可能となる。

図７は、Ｆｕｌｌ−Ｌｏａｄ上昇運転において、加速時のみ加速度指令を補正した場合の一例を示した図である。図７に示すように、Ｆｕｌｌ−Ｌｏａｄの上昇運転での減速時には、加速度を制限せずとも十分なトルクを発生できるので、加速時のみ加速度を制限すればよい。

図８は、Ｎｏ−Ｌｏａｄ上昇運転において、減速時のみ減速度指令を補正した場合の一例を示した図である。図８に示すように、Ｎｏ−Ｌｏａｄの下降運転における加速時は、加速度を制限せずとも十分にトルクを発生できるので、減速時のみ加速度を制限すればよい。

さらに、図４から明らかなように、受電電圧Ｖｉ＝Ｖｏ’時のトルク特性においても、回転角速度ＮをＮｏよりも下げれば、Ｔｏ’以上のトルクを発生させることが可能なので、最高速度を下げることによっても運転可能である。

以上のような速度指令パターンの補正は、速度指令パターン補正手段２０にて行う。電圧検出手段１７により検出した受電電圧値と、荷重検出手段１２により検出した乗りかご１１の荷重を入力とし、それらの入力値から、昇降方向に応じた速度指令パターンの補正を行う。

速度指令パターンの補正方法としては、電動機６のトルク−回転角速度特性に応じた速度指令パターンの補正値をあらかじめ設定しておくことが望ましい。また、トルク−回転角速度特性をモデル化し、検出した受電電圧Ｖｉと乗りかご１１の荷重から、その都度、速度指令補正値を算出することもできる。

図９は、本発明の一実施例による受電電圧低下時の制御処理フロー図である。

まず、エレベーター運転開始前に、受電電圧が許容範囲内であるかを判定する（Ｓ１）。ここでいう許容範囲とは、乗りかご１１の荷重に関わらず、電動機６を通常の速度指令パターンで制御可能である受電電圧の範囲である。許容範囲内である場合は、通常の速度指令パターンで運転させる（Ｓ２）。許容範囲外である場合は、乗りかご１１の荷重が所定値内であるかを判定する（Ｓ３）。ここでいう所定値とは、電動機６の特性から決めることができるものであり、受電電圧が低下しても加減速度や最高速度を下げることなく、制御可能な荷重の範囲である。所定値内である場合、通常の速度指令パターンで運転させる（Ｓ２）。所定値外である場合は、速度指令パターンの加減速度あるいは最高速度を、電動機６の特性から決まる値まで制限する（Ｓ４）。

以上の構成とすることで、受電電圧が低下した場合においても、無駄に走行性能を制限することなく、真に必要な場合にのみ、一部の性能を抑えながら、エレベーターを休止させずにサービスさせることができる。

ここで、本発明の他の実施例として、受電電圧と荷重の関係で、加減速度の補正量を予め計算してデータテーブルとして設定しておき、検出した受電電圧と荷重があてはまるマトリクスに現された補正量に従ってトルクを補正する一例を説明する。

表１は、受電電圧と荷重の関係で、加減速度の補正量を予め計算したデータテーブルの一例である。

速度指令パターン補正手段は、受電電圧検出手段の出力と荷重検出手段の出力との関係に基づいて、表１内の速度指令パターンの加減速度すなわちトルクの補正量を設定しており、この制限の下で、加減速度を制限しながら運転する。

図１０は、本発明の他の実施例によるエレベーター制御装置の全体概略構成図である。

図１と異なるところは、コンバータ２をＰＷＭコンバータで構成していることであり、これによって、減速時に、電源１への電力回生制御が可能となる。その他の構成は図１と同じである。

１：商用電源、２：コンバータ、３：コンデンサ、４：インバータ、５：電流検出手段、６：電動機、７：シーブ、８：回転位置検出手段、９：ロープ、１０：釣合い錘、１１：乗りかご、１２：荷重検出手段、１３：速度指令発生手段、１４：速度制御手段、１５：電流制御手段、１６：ＰＷＭ制御回路、１７：電圧検出手段、１８：電流演算手段、１９：速度演算手段、２０：速度指令パターン補正手段、２１：発電制動抵抗部。

Claims (7)

1. 交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの出力電圧を可変電圧可変周波数の交流に変換するＰＷＭインバータと、前記ＰＷＭインバータから可変電圧可変周波数の交流を給電される電動機と、この電動機で昇降駆動されるエレベーター乗りかごと、時間またはエレベーター乗りかごの位置の関数として変化する速度指令パターンを発生する速度指令パターン発生手段と、この速度指令パターンに前記電動機の回転角速度が追従するようにトルク指令を発生する速度制御手段を備えたエレベーター制御装置において、
   前記コンバータに入力される交流受電電圧またはその相当値を検出する受電電圧検出手段と、前記乗りかご内の荷重を検出する荷重検出手段と、前記受電電圧検出手段及び前記荷重検出手段の出力に基づいて前記速度指令パターンを補正する速度指令パターン補正手段を備えたことを特徴とするエレベーター制御装置。
2. 請求項１において、前記速度指令パターン補正手段は、所定の最高速度に到るまでの加速度および／または最高速度状態から停止に到るまでの減速度を補正することを特徴とするエレベーター制御装置。
3. 請求項１または２において、前記速度指令パターン補正手段は、所定の最高速度に到るまでの加速度または最高速度状態から停止に到るまでの減速度のうち、前記乗りかご内荷重に応じて決まる一方を補正することを特徴とするエレベーター制御装置。
4. 請求項１において、前記速度指令パターン補正手段は、前記受電電圧検出手段及び／又は前記荷重検出手段の出力に基づいて、前記速度指令パターンの最高速度を補正することを特徴とするエレベーター制御装置。
5. 請求項１において、前記速度指令パターン補正手段は、前記受電電圧検出手段及び／又は前記荷重検出手段の出力に基づいて、前記速度指令パターンの最高速度と加減速度を補正することを特徴とするエレベーター制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、前記速度指令パターン補正手段は、前記受電電圧検出手段の出力と前記荷重検出手段の出力との関係に基づいて、前記速度指令パターンの加減速度及び／又は最高速度の補正量を設定しておくことを特徴とするエレベーター制御装置。
7. 請求項１〜５のいずれかにおいて、前記速度指令パターン補正手段は、エレベーターの起動の都度、前記受電電圧検出手段の出力と前記荷重検出手段の出力との関係に基づいて前記速度指令パターンの加減速度及び／又は最高速度の補正量を演算する補正量演算手段を備えたことを特徴とするエレベーター制御装置。

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