JP2016074523A - エレベータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生コンバータを介して回生電力を電力系統側へ戻すエレベータ制御装置であって、回生運転に発生した電力系統の停電を確実に且つ迅速に検出することが可能なエレベータ制御装置を提供する。【解決手段】エレベータ制御装置１は、商用交流電力系統７から供給される交流電力を直流電力に変換して第１及び第２の電源線を介して出力する順変換部１０と、第１及び第２の電源線を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、エレベータのかご３を上下駆動する交流電動機２に供給する逆変換部３０と、エレベータの回生運転時に発生する回生電力を交流電力に変換して電力系統側７へ戻す回生コンバータ５２と、電力系統７の出力電圧に基づいて電力系統７の停電を検出する停電検出部６０と、エレベータの回生運転中に所定の周期で一定時間だけ回生コンバータ５２を停止させる制御部４０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エレベータの回生運転時に、かごを上下駆動する交流電動機にて発生する回生電力を商用電力系統側に戻す制御を行うエレベータ制御装置に関する。

エレベータのかごを駆動する交流電動機を制御するエレベータ制御装置は、一般的に、電力会社が管理する商用の三相交流電力系統から共有される交流電力をダイオードブリッジなどの順変換部及び平滑化コンデンサ等を用いて直流電力に変換し、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子よりなる逆変換部におけるスイッチング制御によりその直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給する。この種のエレベータ制御装置によれば、逆変換部におけるスイッチング周期を制御することにより交流電動機に供給する交流電力の周波数等を制御することができ、これにより交流電動機の可変速制御が実現される。

かごと巻上ロープを介してかごに繋がれた釣合い錘のうち重量が大きい方が上昇している場合、エレベータは力行運転状態になっており、逆変換部からの交流電力は交流電動機で消費される。重量が大きい方が下降している場合には、エレベータは回生運転状態になっており、交流電動機は発電機として作用して回生電力を発生させる。

例えば、特開２００５−３２４８７８号公報には、エレベータの回生運転時に発生した回生電力を蓄電装置に蓄電し、力行運転時に利用するエレベータ制御装置が開示されている。このエレベータ制御装置では、蓄電装置以外にバックアップ用コンデンサにも回生電力が蓄電されており、電力系統の停電時におけるエレベータの運転に利用されている。

エレベータが設置されている施設や建物には、電力系統から給電されるエレベータ以外の負荷（例えば、空調装置や照明装置）がある。このため、エレベータの回生運転時に発生する回生電力を蓄電池や大容量コンデンサに蓄電するのではなく、エレベータ制御装置に設けられた回生コンバータを介して回生電力を電力系統側へ戻して、エレベータ以外の負荷を動作させるのに利用することも行われている。

特開２００５−３２４８７８号公報

エレベータの回生運転中に電力系統が停電すると、電力系統に流れ込む回生電力に起因した感電事故が発生する虞がある。そのため、回生コンバータを用いて回生電力を電力系統側に戻すようなエレベータ制御装置を設備に設置する場合、電力会社からの要求によって、停電発生から所定の時間内(例えば、０.５秒以上、２秒以内)に停電を検出して、回生コンバータを電力系統から切り離す必要がある。

しかしながら、回生コンバータを介して回生電力を電力系統側へ戻して、エレベータ以外の負荷を動作させる場合、エレベータの回生運転中に電力系統の停電が起こると、回生電力が邪魔をして、停電検出手段が停電を検出できない事態が起こる可能性が高い。このような事態が起こると、回生コンバータを電力系統から切り離すのに時間が掛かって、ひいては、回生電力が逆潮流となって電力系統に大量に流れ込んでしまう。また、上述した電力会社の要求を満たすこともできない。

本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであり、回生コンバータを介して回生電力を電力系統側へ戻すエレベータ制御装置であって、エレベータの回生運転中に生じた電力系統の停電を、確実且つ速やかに検出できるエレベータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明のエレベータ制御装置は、商用交流電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して第１及び第２の電源線を介して出力する順変換部と、前記第１及び第２の電源線を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、エレベータのかごを上下駆動する交流電動機に供給する逆変換部と、前記エレベータの回生運転時に発生する回生電力を前記第１及び第２の電源線を介して受け取り、交流電力に変換して前記電力系統側へ戻す回生コンバータと、前記電力系統の出力電圧に基づいて前記電力系統の停電を検出する停電検出部と、前記エレベータの回生運転中に所定の周期で一定時間だけ前記回生コンバータを停止させる制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明のエレベータ制御装置は、前記第１及び第２の電源線の間に、直列に介挿されたスイッチ及び抵抗を更に備えており、前記制御部は、前記回生コンバータの停止中に前記スイッチをオフからオンにして通電してよい。

本発明では、エレベータの回生運転時に発生する回生電力は回生コンバータによって電力系統側に戻されるが、回生運転時に周期的に一定時間（例えば２秒毎に０.１〜０.５秒間）だけ回生コンバータを停止させる。その一定時間中であれば、停電検出部は、回生電力の影響を受けることなく停電を検出できる。このようにして、本発明によれば、回生コンバータを介して回生電力を電力系統側へ戻しても、電力系統の停電を確実且つ速やかに検出することができ、ひいては、上述したような電力会社の要求を満たすことが可能となる。

さらに、上記のようなスイッチ及び抵抗を設けることで、回生コンバータを停止させた際、逆変換部→第１の電源線→スイッチ及び抵抗→第２の電源線という電流経路が形成されて、エレベータの回生運転中発生する回生電力はこの抵抗にてジュール熱として消費される。このため、回生電力がエレベータ制御装置中にて行き場を失うことに起因する不具合（例えば、逆変換部の破損など）の発生が回避される。

本発明の一実施形態であるエレベータ制御装置の概要を示す説明図である。 本発明の一実施形態であるエレベータ制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態であるエレベータ制御装置に係る停電検出タイミング及び停電検出期間の一例を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態のエレベータ制御装置１の概要を示す説明図である。エレベータ制御装置１は、施設(又は建物)に設置されるエレベータの駆動源となる交流電動機２の可変速制御を行う装置である。一端側にエレベータのかご３が、他端側に釣合い錘４が取り付けられた巻上ロープ５が掛けられているシーブ６が、交流電動機２によって回転駆動されることで、かご３が上下に移動する。

交流電動機２を動作させるのに要する電力は、電力会社が管理する商用の三相交流電力系統７から供給される。電力系統７には、エレベータが設置されている施設に設けられているエレベータ以外の負荷（例えば、空調装置や照明装置）も接続されており、これら負荷も、電力系統７から給電される。図１では、エレベータ以外の負荷を纏めて負荷８として示している。

図１に示すように、エレベータ制御装置１は、順変換部１０、平滑化コンデンサ２０Ａ、逆変換部３０、制御部４０、電源回生ユニット５０、停電検出器６０、スイッチ７０、及び抵抗８０を含んでいる。

順変換部１０は、電力系統７から供給される交流電力を直流電力に変換し、高電位側電源線（以下、第１の電源線）Ｌ１及び低電位側電源線（以下、第２の電源線）Ｌ２を介して逆変換部３０に与える。図１では詳細な図示を省略したが第２の電源線Ｌ２は接地されている。順変換部１０は、例えばダイオードブリッジを用いて構成されている。

平滑化コンデンサ２０Ａは、第１の電源線Ｌ１と第２の電源線Ｌ２の間に介挿されている。平滑化コンデンサ２０Ａは、順変換部１０より出力される直流電力の脈動分を平滑化するためのものである。

逆変換部３０は、第１の電源線Ｌ１と第２の電源線Ｌ２を介して与えられる直流電力を三相交流電力に変換して交流電動機２に与える。逆変換部３０は、例えば、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子とダイオードの並列回路をブリッジ接続した回路構成(図示省略)を有している。逆変換部３０の具体的な回路構成は、公知のエレベータ制御装置におけるものと特段に変わるところはないため、詳細な説明は省略する。

制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、このＣＰＵに実行させる制御プログラムを記憶した不揮発性メモリと、この制御プログラムを実行する際にワークエリアとして使用される揮発性メモリと、制御プログラムの実行時に参照される各種設定値等を記憶した書換え可能な不揮発性メモリとを含んでいる（何れも図示省略）。上記制御プログラムに従って作動しているＣＰＵは、上位装置（例えば、エレベータ全体の制御を統括的に行うホストＣＰＵ）から与えられるトルク指令などの指令値に応じて、その指令値の示すトルクが出力されるように、逆変換部３０に含まれるスイッチング素子のオン/オフをＰＷＭ(パルス幅変調)方式で制御する。これにより、交流電動機２の可変速駆動制御が実現される。

かご３と釣合い錘４のうち重量が大きい方が上昇している場合、エレベータは力行運転状態になっており、逆変換部３０からの交流電力は交流電動機２で消費される。かご３と釣合い錘４のうち重量が大きい方が下降している場合、エレベータは回生運転状態になっており、交流電動機２は発電機として作用して回生電力を発生させる。なお、当然のことながら、乗客の人数に応じてかご３の重量は異なる。

電源回生ユニット５０は、回生運転状態にて交流電動機２において発生する誘導起電力を電力系統７側へ回生するためのものである。電源回生ユニット５０は、第１の電源線Ｌ１と第２の電源線Ｌ２に接続されていると共に、図１に示すように、昇圧リアクトル６２、キャリアフィルタ６４、電磁開閉器６６、及び絶縁トランス６８を介して電力系統７に接続されている。

図１に示すように、電源回生ユニット５０は、平滑化コンデンサ２０Ｂと回生コンバータ５２とを含んでいる。回生コンバータ５２は、例えば、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子とダイオードの並列回路をブリッジ接続した回路構成(図示省略)を有している。回生コンバータ５２を構成する各スイッチング素子のオン／オフは、制御部４０によってＰＷＭ方式で行われる。回生コンバータ５２の具体的な回路構成は、公知のエレベータ制御装置におけるものと特段に変わるところはないため、詳細な説明は省略する。

エレベータが回生運転状態になると、交流電動機２で発生した誘導起電力が平滑化コンデンサ２０Ｂの両端に流れ込む。平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧は、電圧検出器によって検出されて、その値が制御部４０に送られる。制御部４０は、例えば、平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧が、力行運転状態における値から上昇したことを検知すると、エレベータが回生運転状態にあると判断して、回生コンバータ５２を構成する各スイッチング素子のオン／オフをＰＭＷ方式で制御して、回生電力を交流に変換する。回生コンバータ５２で交流に変換された回生電力は、電力系統７側へと流れ込む。

停電検出部６０は、電力系統７の出力電圧に基づいて電力系統７が停電したか否かを判断して、その結果に応じた停電検出信号を制御部４０に与える。例えば、停電検出部６０は、電力系統７の停電を検出しなかった場合には非アクティブレベル（例えばＬｏｗレベル）の停電検出信号を制御部４０に与え、逆に停電を検出した場合にはアクティブレベル（例えばＨｉｇｈレベル）の停電検出信号を制御部４０に与える。なお、停電検出部６０における停電検出手法及び停電検出部６０の具体的な回路構成については周知のものを適宜用いるようにすればよい。

スイッチ７０及び抵抗８０は、第１の電源線Ｌ１と第２の電源線Ｌ２の間に、直列に介挿されている。本実施形態のスイッチ７０は例えばＩＧＢＴであり、そのゲートは制御部４０のＣＰＵに接続されている。つまり、本実施形態では、制御部４０のＣＰＵによってスイッチ７０のオン／オフ制御が行われる。

図２は、制御部４０のＣＰＵが、本発明に係る制御プログラムに従って実行する処理の流れを示すフローチャートである。制御プログラムに従って作動しているＣＰＵは、逆変換部３０に含まれる各スイッチング素子のオン／オフ制御や、回生コンバータ５２に含まれる各スイッチング素子のオン／オフ制御に加えて、エレベータの回生運転中に電力系統７の停電を検出すると、回生コンバータ５２を電力系統７から遮断する処理も行う。ＣＰＵは、例えば、エレベータ制御装置１への電力供給開始を契機として、当該制御プログラムを不揮発性メモリから揮発性メモリへ読み出し、その実行を開始する。

まず、制御部４０のＣＰＵは、上位装置から与えられた指令値に応じて逆変換部３０の作動制御を開始する(ステップＳ１００)。例えば、上位装置から与えられた指令値が交流電動機２の出力トルクを指定するトルク指令であれば、ＣＰＵは、その出力トルクを実現する交流電力が供給されるように、逆変換部３０に含まれる各スイッチング素子のスイッチング制御を行う。また、上位装置から与えられた指令値が交流電動機２に与える電流の電流値を指定する電流指令或いは交流電動機２に印加する電圧を指定する電圧指令であれば、ＣＰＵは、それら電流指令の示す電流値或いは電圧指令の示す電圧の交流電力が供給されるように、逆変換部３０に含まれる各スイッチング素子のスイッチング制御を行う。なお、交流電動機２の駆動制御の開始に先立って電源回生ユニット５０の回生コンバータ５２は停止状態にされている。また、スイッチ７０もオフ状態にされており、通電していない。

ステップＳ１００の後、制御部４０のＣＰＵは、エレベータが回生運転状態であるか否かを判定する(ステップＳ１１０)。ステップＳ１１０では、電源回生ユニット５０の平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧について電圧検出器６０によって検出された値が、所定の電圧値、例えば、力行運転状態における値を超えている場合、ＣＰＵは、エレベータが回生運転状態にあると判定する。なお、上位装置から与えられた制御部４０に与えられた指令値、交流電動機２について計測された出力トルクや回転速度の値、かご３内の乗客等の重量を測定する重量センサの計測値などに基づいて、ＣＰＵは、エレベータが回生運転状態であるか否かを判定してもよい。

ステップＳ１１０にてエレベータが回生運転状態であると判定された場合、制御部４０のＣＰＵは、電源回生ユニット５０の回生コンバータ５２を駆動する(ステップＳ１２０)。交流電動機２で発生し、平滑化コンデンサ２０Ｂの両端に流れ込んだ回生電力は、回生コンバータ５２で交流に変換されて、電力系統７側に送られる。電力系統７側に戻された回生電力は、エレベータが設置されている施設に設けられているエレベータ以外の負荷８で消費される。

ステップＳ１１０にてエレベータが回生運転状態であると判定された場合、制御部４０のＣＰＵは、ステップＳ１２０に加えて、停電検出タイミングを得るための時間計測を開始する(ステップＳ１３０)。ステップＳ１３０の後、制御部４０のＣＰＵは、停電検出タイミングに至ったか否かを判定する(ステップＳ１４０)。ステップＳ１４０にて、停電検出タイミングに至ったと判定された場合、ＣＰＵは、一定の停電検出期間に渡って回生コンバータ５２を停止すると共に、スイッチ７０をオンにして通電させる(ステップＳ１５０)。

図３は、停電検出タイミング及び停電検出期間の一例を模式的に示す説明図である。本実施形態では、制御部４のＣＰＵは、一定の周期Ｔ１（例えば、２秒）で一定期間Ｔ２（例えば、０１〜０.５秒）だけ回生コンバータ５２を停止させる。より具体的には、ＣＰＵは、リアルタイムクロックなどにより取得される現在時刻が、ステップＳ１３０を起点としたときの一定時間Ｔ１−Ｔ２＋(ｎ−１)×Ｔ１＝ｎ×Ｔ１−Ｔ２（ｎは、１以上の整数）後の時刻であれば停電検出タイミングであると判定し、当該時刻ではない場合には停電検出タイミングではないと判定する。停電検出タイミングであると判定した場合、ＣＰＵは、一定期間、つまり停電検出期間Ｔ２に渡って回生コンバータ５２を停止させると共に、スイッチ７０をオンにして通電させる。

ステップＳ１５０によって、回生コンバータ５２が停止すると共に、スイッチ７０がオンにされると、回生電力は電力系統７側に戻されず、抵抗８０にて消費される。そして、停電検出部６０は、回生電力による影響を受けることなく、電力系統７の出力電圧に基づいて停電の有無を検出することが可能となる。

ステップＳ１５０の後、制御部４０のＣＰＵは、停電の有無を判定する(ステップＳ１６０)と共に、ステップＳ１５０の実行後、停電検出期間Ｔ２を経過したか否かを判定する(ステップＳ１７０)。ステップＳ１６０にて、停電が検知された場合、ＣＰＵは、電磁開閉器６６をオフにして、回生コンバータ５２を電力系統７から遮断する（ステップＳ１８０）。ステップＳ１７０にて、停電検出期間Ｔ２を経過したと判定された場合、ＣＰＵは、回生コンバータ５２を駆動させると共にスイッチ７０をオフにして、回生電力を電力系統７側に送る（ステップＳ１９０）。

電力会社の電力系統との系統連携において、停電発生後、０.５秒以上かつ２秒以内に回生コンバータ５２を電力系統７から遮断することが求められている場合、例えば、停電検出タイミングの周期Ｔ１は２秒、停電検出期間の時間長Ｔ２は０.１〜０.５秒程度とされる。なお、停電検出タイミングの周期Ｔ１及び停電検出期間の時間長Ｔ２については、電力会社の要求等に応じて好適な値に定めるようにすればよい。

ステップＳ１４０にて、停電検出タイミングに至ったと判定されない場合、及び、ステップＳ１９０の後、制御部４０のＣＰＵは、回生運転状態が終了したか否かを判定する(ステップＳ２００)。ステップＳ２００では、電源回生ユニット５０の平滑化コンデンサ２０Ｂの極板間電圧について電圧検出器６０によって検出された値が、上記の所定電圧値以下になった場合、ＣＰＵは、回生運転状態が終了して、エレベータは力行運転状態になったと判定する。

ステップＳ２００にて、回生運転状態が終了したと判定されない場合、ステップＳ１４０及びそれ以降のステップが実行される。ステップＳ２００にて、回生運転状態が終了したと判定された場合、制御部４０のＣＰＵは、回生コンバータ５２を停止させると共に(ステップＳ２１０)、ステップＳ１３０で開始した時間計測を終了する(ステップＳ２２０)。ステップＳ２２０の後、ステップＳ１１０及びそれ以降の処理が実行される。

本実施形態によれば、エレベータの回生運転中に発生する回生電力は、回生コンバータ５２によって電力系統７側に戻されるのであるが、回生運転中に周期Ｔ１で一定の停電検出期間Ｔ２に渡って回生コンバータ５２を停止させ、その停電検出期間Ｔ２において停電検出部６０による停電検出が行われる。ある停電検出期間Ｔ２の終了後、次の停電検出期間までの時間区間（時間長Ｔ１−Ｔ２の区間）に電力系統７の停電が発生したとしても、当該次の停電検出タイミングを起点とする停電検出期間Ｔ２において、電力系統７の停電が検出される。

以上に説明したように、本発明によれば、エレベータの回生運転中に発生する回生電力を、回生コンバータ５２を介してエレベータ以外の負荷８に送って有効活用しつつ、回生運転中に電力系統７の停電が発生しても、その停電を確実に且つ速やかに検出して、電力系統７への逆潮流を防ぐ処置を取ることが可能となっている。

上記実施形態では、回生コンバータ５２の停止中に、回生電力は抵抗８０にてジュール熱として消費されているが、エレベータ制御装置１に、蓄電池や大容量のコンデンサを設けて、回生コンバータ５２の停止中に発生する回生電力を蓄電してもよい。また、蓄電した回生電力は、停電中又は力行運転中にエレベータを動作させるのに使用されてよい。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１ エレベータ制御装置
２ 交流電動機
３ かご
７ 電力系統
８ 負荷
１０ 順変換部
２０Ａ、２０Ｂ 平滑化コンデンサ
３０ 逆変換部
４０ 制御部
５０ 電源回生ユニット
５２ 回生コンバータ
６０ 停電検出部
７０ スイッチ
８０ 抵抗

Claims (2)

1. 商用交流電力系統から供給される交流電力を直流電力に変換して第１及び第２の電源線を介して出力する順変換部と、
   前記第１及び第２の電源線を介して供給される直流電力を交流電力に変換して、エレベータのかごを上下駆動する交流電動機に供給する逆変換部と、
   前記エレベータの回生運転時に発生する回生電力を前記第１及び第２の電源線を介して受け取り、交流電力に変換して前記電力系統側へ戻す回生コンバータと、
   前記電力系統の出力電圧に基づいて前記電力系統の停電を検出する停電検出部と、
   前記エレベータの回生運転中に所定の周期で一定時間だけ前記回生コンバータを停止させる制御部と、
   を備えることを特徴とするエレベータ制御装置。
2. 前記第１及び第２の電源線の間に、直列に介挿されたスイッチ及び抵抗を更に備えており、
   前記制御部は、前記回生コンバータの停止中に前記スイッチをオフからオンにして通電させる、請求項１に記載のエレベータ制御装置。

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