JP2015000776A - エレベーター制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、インバータの制御手段を動作させる制御電源が故障しているか否かを判定できるエレベーター制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】エレベーター制御装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ５から出力される直流電力を平滑する平滑コンデンサ８の電圧値を検出する第１の電圧検出手段１３と、平滑された直流電力を交流電力に変換するインバータ７のパワー半導体素子のスイッチング制御を行うゲート駆動回路１２と、ゲート駆動回路１２に直流電力を供給するゲート電源１１と、ゲート電源１１の出力電圧値を検出する第２の電圧検出手段１４と、第１の電圧検出手段１３により検出された電圧値が予め設定された第１の電圧値以下となった後に第２の電圧検出手段１４により検出された電圧値に基づいて、ゲート電源１１が故障しているか否かを判定する故障判定手段１８と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベーター制御装置に関するものである。

下記特許文献１には、エレベーターの制御装置が記載されている。このエレベーターの制御装置は、インバータの制御手段を備えている。インバータの制御手段は、電動機を駆動するインバータの制御を行う。インバータの制御手段は、例えば、制御電源から供給される電力により動作する。

特開平６−９１６４号公報 国際公開第２０１０／０２１０８２号

特許文献１に記載のエレベーター制御装置では、制御電源の故障を検出できない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされた。その目的は、インバータの制御手段を動作させる制御電源が故障しているか否かを判定できるエレベーター制御装置を提供することである。

本発明に係るエレベーター制御装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータから出力される直流電力を平滑するコンデンサの電圧値を検出する第１の電圧検出手段と、コンデンサにより平滑された直流電力を交流電力に変換するインバータのパワー半導体素子のスイッチング制御を行う制御手段と、制御手段に直流電力を供給する制御電源と、制御電源の出力電圧値を検出する第２の電圧検出手段と、第１の電圧検出手段により検出された電圧値が予め設定された第１の電圧値以下となった後に第２の電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて、制御電源が故障しているか否かを判定する故障判定手段と、を備えたものである。

本発明によれば、エレベーター制御装置において、インバータの制御手段を動作させる制御電源が故障しているか否かを判定できる。

本発明の実施の形態１におけるエレベーター制御装置を備えたエレベーターシステムの構成図である。

添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるエレベーター制御装置を備えたエレベーターシステムの構成図である。

実施の形態１．
エレベーターシステムは、電動機１及び巻上機２を備えている。電動機１は、電力を供給されることにより駆動される。巻上機２は、電動機１の駆動力により回転される。巻上機２には、ロープが巻き掛けられている。ロープの一端には、かご３が接続されている。ロープの他端には、カウンタ４が接続されている。かご３及びカウンタ４は、巻上機２の回転により昇降される。

エレベーター制御装置は、コンバータ５を備えている。コンバータ５は、交流電源６と接続されている。エレベーター制御装置は、インバータ７を備えている。インバータ７は、母線を介してコンバータ５と接続されている。母線には、平滑コンデンサ８が接続されている。なお、インバータ７は、例えば、電圧駆動型のパワー半導体素子等により形成されている。

コンバータ５は、交流電源６から供給される交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ８は、コンバータ５から入力される直流電力を平滑する。インバータ７は、平滑コンデンサ８により平滑された直流電力を交流電力に変換する。そして、インバータ７は、電動機１に交流電力を供給する。

母線には、放電抵抗９が接続されている。放電抵抗９には、放電スイッチ１０が直列に接続されている。放電抵抗９及び放電スイッチ１０は、平滑コンデンサ８と並列に接続されている。放電抵抗９及び放電スイッチ１０は、平滑コンデンサ８の電荷を放電するための放電手段として設けられている。

エレベーター制御装置は、ゲート電源１１を備えている。ゲート電源１１は、交流電源６から電力の供給を受け、直流電力を出力する。

エレベーター制御装置は、ゲート駆動回路１２を備えている。ゲート駆動回路１２は、ゲート電源１１の出力電圧により動作し、インバータ７のパワー半導体素子のスイッチング制御を行う。ゲート駆動回路１２は、スイッチングによりパワー半導体素子のオン状態とオフ状態とを切り替える。ゲート駆動回路１２は、エレベーター動作時以外は、パワー半導体素子のゲートに負の電圧をかけることによりパワー半導体素子をオフ状態とする。この負バイアスによりパワー半導体素子の誤動作が防止される。

エレベーター制御装置は、第１の電圧検出手段１３を備えている。第１の電圧検出手段１３は、母線電圧値を検出する。図１に示すように、第１の電圧検出手段１３により検出される母線電圧値は、平滑コンデンサ８の電圧値である。また、エレベーター制御装置は、第２の電圧検出手段１４を備えている。第２の電圧検出手段１４は、ゲート電源１１の出力電圧値を検出する。

エレベーター制御装置は、コンバータ用遮断手段１５を備えている。コンバータ用遮断手段１５は、交流電源６からコンバータ５への電力供給を遮断する。また、エレベーター制御装置は、ゲート電源用遮断手段１６を備えている。ゲート電源用遮断手段１６は、交流電源６からゲート電源１１への電力供給を遮断する。

エレベーター制御装置は、制御回路１７を備えている。制御回路１７は、放電スイッチ１０、ゲート駆動回路１２、コンバータ用遮断手段１５及びゲート電源用遮断手段１６の動作を制御する。また、制御回路１７は、時間を計測する機能を備えている。

エレベーター制御装置は、故障判定手段１８を備えている。故障判定手段１８は、ゲート電源１１が故障しているか否かの判定を行う。また、故障判定手段１８は、時間を計測する機能を備えている。

以下、故障判定手段１８によるゲート電源１１の故障判定方法について説明する。まず、制御回路１７は、コンバータ用遮断手段１５により交流電源６からコンバータ５への電力供給を遮断する。コンバータ用遮断手段１５が動作した後、制御回路１７は、放電スイッチ１０をオンにする。放電スイッチ１０がオンになると、放電抵抗９により平滑コンデンサ８の電荷が消費され始める。平滑コンデンサ８の電荷が消費されることで、母線電圧が低下していく。

制御回路１７は、放電スイッチ１０がオンになってから、第１の電圧検出手段１３により検出される母線電圧値が予め設定された第１の電圧値以下となるまでの時間を計測する。以下、この時間を「母線電圧の放電時間」という。制御回路１７は、母線電圧値が予め設定された第１の電圧値以下となった後に、ゲート電源用遮断手段１６により交流電源６からゲート電源１１への電力供給を遮断する。交流電源６からの電力供給が遮断されると、ゲート電源１１の出力電圧値が低下していく。

故障判定手段１８は、ゲート電源用遮断手段１６が動作してから、第２の電圧検出手段１４により検出されるゲート電源１１の出力電圧値が予め設定された第２の電圧値以下となるまでの時間を計測する。以下、この時間を「ゲート電源１１の電圧低下時間」という。故障判定手段１８は、ゲート電源１１の電圧低下時間が予め設定された規定時間以下である場合に、ゲート電源１１が故障していると判定する。一方、ゲート電源１１の電圧低下時間が規定時間以下でない場合、故障判定手段１８は、ゲート電源１１が正常であると判定する。故障判定手段１８によりゲート電源１１が故障していると判定された場合、制御回路１７は、エレベーターのサービスを停止させる等の動作を行う。

なお、第２の電圧値は、パワー半導体素子をオフ状態にできる程度の負バイアスをかけることが可能なゲート電源１１の出力電圧値に基づいて設定される。また、規定時間は、交流電源６が喪失してから母線電圧値が第１の電圧値になるまでの時間よりも、交流電源６が喪失してからゲート電源１１の出力電圧値が第２の電圧値になるまでの時間が長くなるように設定される。交流電源６の喪失とは、例えば、停電又は電源遮断等によるものである。

上述したとおり、本実施の形態では、制御回路１７は、平滑コンデンサ８の放電により母線電圧を低下させた後に、ゲート電源１１への電力供給を遮断する。故障判定手段１８は、ゲート電源１１の出力電圧の低下を監視することで、ゲート電源１１が故障しているか否かを判定する。このため、エレベーター制御装置の主電源が喪失した場合に、ゲート電源１１の故障により、インバータ７の母線電圧が低下する前にゲート電源１１の出力が喪失することを防止できる。これにより、パワー半導体素子の誤動作による母線短絡の発生を防止できる。その結果、パワー半導体素子の故障又は短寿命化等を防止することができる。なお、本実施の形態では、ゲート電源１１の故障判定を実施する際に、先に母線電圧を低下させてからゲート電源１１への電力供給を遮断している。これは、ゲート電源１１が故障していた場合に、故障判定を実施したことが原因となってパワー半導体素子が故障することを防止するためである。

本実施の形態では、故障判定手段１８は、ゲート電源１１の電圧低下時間が規定時間以下である場合に、ゲート電源１１が故障していると判定する。しかし、ゲート電源用遮断手段１６が動作してから規定時間経過後におけるゲート電源１１の出力電圧値が第２の電圧値以下である場合に、ゲート電源１１が故障していると判定してもよい。この場合も、インバータ７の母線電圧が低下する前にゲート電源１１の出力が喪失することを防止できる。

また、本実施の形態では、故障判定手段１８は、ゲート電源１１の電圧低下時間を規定時間と比較することで、ゲート電源１１が故障しているか否かを判定する。さらに、ゲート電源１１の出力電圧値が第２の電圧値以下となるまでの時間を計測する際に、制御回路１７がゲート駆動回路１２にパワー半導体素子のスイッチングを繰り返し行わせることとしてもよい。このようにしてゲート電源１１に負荷をかけることにより、ゲート電源１１の出力電圧値がより早く第２の電圧値以下に低下する。その結果、故障判定手段１８は、より迅速にゲート電源１１が故障しているか否かを判定することができる。なお、この場合の規定時間は、ゲート電源１１に意図的に負荷がかけられることを考慮して設定される。

また、本実施の形態では、故障判定手段１８は、ゲート電源１１の電圧低下時間が規定時間以下である場合に、ゲート電源１１が故障していると判定する。しかし、ゲート電源１１の電圧低下時間が母線電圧の放電時間より短い場合に、ゲート電源１１が故障していると判定することとしてもよい。この故障判定方法は、母線電圧の放電時間が最も長くなる状態で実施する。母線電圧の放電時間が最も長くなる状態とは、エレベーター動作中の回生電力が最大となる状態である。回生電力が最大となる状態とは、かご３が定格速度で回生運転されている状態である。定格速度での回生運転とは、乗客及び貨物が積載されていない無負荷状態のかご３が上昇運転されることである。また、定格速度での回生運転とは、定格積載量を積載したかご３が下降運転されることである。この故障判定方法によれば、エレベーターがどのような状態にあっても、母線電圧が低下する前にゲート電源１１の出力が喪失することを防止できる。さらに、母線電圧の放電時間を予め計測しておくこととしてもよい。この場合、故障判定手段１８は、ゲート電源１１の電圧低下時間だけを計測し、予め計測された母線電圧の放電時間と比較することでゲート電源１１が故障しているか否かを判定する。このため、故障判定手段１８は、より迅速にゲート電源１１が故障しているか否かを判定することができる。

ここで、インバータに用いるパワー半導体素子が、ワイドバンドギャップ半導体により形成されている場合について述べる。ワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体素子は、Ｓｉを用いたパワー半導体素子に比べてゲートがオンになる電圧の閾値が低い傾向がある。このため、本発明は、特にワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体素子の誤作動を防止するのに効果的である。なお、ワイドバンドギャップ半導体とは、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンド等である。

本実施の形態では、インバータに用いるパワー半導体素子に関して説明した。しかし、本発明はコンバータに用いるパワー半導体素子にも適用できる。

１ 電動機、２ 巻上機、３ かご、４ カウンタ、５ コンバータ、６ 交流電源、７ インバータ、８ 平滑コンデンサ、９ 放電抵抗、１０ 放電スイッチ、１１ ゲート電源、１２ ゲート駆動回路、１３ 第１の電圧検出手段、１４ 第２の電圧検出手段、１５ コンバータ用遮断手段、１６ ゲート電源用遮断手段、１７ 制御回路、１８ 故障判定手段

Claims (8)

1. 交流電力を直流電力に変換するコンバータから出力される直流電力を平滑するコンデンサの電圧値を検出する第１の電圧検出手段と、
   前記コンデンサにより平滑された直流電力を交流電力に変換するインバータのパワー半導体素子のスイッチング制御を行う制御手段と、
   前記制御手段に直流電力を供給する制御電源と、
   前記制御電源の出力電圧値を検出する第２の電圧検出手段と、
   前記第１の電圧検出手段により検出された電圧値が予め設定された第１の電圧値以下となった後に前記第２の電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて、前記制御電源が故障しているか否かを判定する故障判定手段と、
   を備えたエレベーター制御装置。
2. 交流電源から前記制御電源への電力供給を遮断する制御電源用遮断手段を備え、
   前記故障判定手段は、前記制御電源用遮断手段が動作してから前記第２の電圧検出手段により検出される電圧値が予め設定された第２の電圧値以下となるまでの時間に基づいて、前記制御電源が故障しているか否かを判定する請求項１に記載のエレベーター制御装置。
3. 前記故障判定手段は、前記制御電源用遮断手段が動作してから予め設定された時間経過後に前記第２の電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて、前記制御電源が故障しているか否かを判定する請求項２に記載のエレベーター制御装置。
4. 前記交流電源から前記コンバータへの電力供給を遮断するコンバータ用遮断手段と、
   前記コンデンサの電荷を放電させる放電手段と、
   を備え、
   前記故障判定手段は、前記コンバータ用遮断手段が動作した状態で前記放電手段が動作し始めてから前記第１の電圧検出手段により検出される電圧値が前記第１の電圧値以下となるまでの第１の時間及び前記制御電源用遮断手段が動作してから前記第２の電圧検出手段により検出される電圧値が前記第２の電圧値以下となるまでの第２の時間に基づいて、かごが定格速度で回生運転されているときに前記制御電源が故障しているか否かを判定する請求項２又は３に記載のエレベーター制御装置。
5. 前記第１の時間は予め計測された請求項４に記載のエレベーター制御装置。
6. 前記制御手段は、前記第１の電圧検出手段により検出された電圧値が前記第１の電圧値以下となってから、前記パワー半導体素子のスイッチングを繰り返し行う請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエレベーター制御装置。
7. 前記パワー半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエレベーター制御装置。
8. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ、窒化ガリウム系材料及びダイヤモンドのいずれかである請求項７に記載のエレベーター制御装置。

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