JP3569164B2 - Starting method of elevator driven by permanent magnet type synchronous motor - Google Patents

Starting method of elevator driven by permanent magnet type synchronous motor Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式同期モータで駆動されるエレベータの起動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
小型で強力な永久磁石を界磁に使用した同期モータを利用することにより、同期モータおよび同期モータを含む駆動装置の小型化および効率の向上が図られるため、永久磁石式同期モータのエレベータ装置への適用が進みつつある。
【0003】
同期モータのトルクを制御するには、電流の大きさを制御するだけでなく、同期モータの磁極位置に対応して、電流位相を制御するために同期モータの磁極位置(磁極位相・回転角度)を把握することが必須である。磁極位置の検出には、実用的に磁極位置検出器が用いられる。
【0004】
磁極位置の検出には、物理的に磁極位置を検出したり、同期モータの誘起電圧から実際の磁極位置を推定する手法がある。特開平1−129796号公報は後者、すなわち、誘起電圧から磁極位置を推定する方法を開示するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁極位置の検出に、物理的な磁極位置検出器を用いるには、モータ軸端に磁極位置検出器を設けなければならず、取り付けのためにモータに構造上の制約が生じたり、磁極位置検出器の取り付け時にモータ軸と検出軸の位置合わせが必要となる。
【0006】
同期モータの誘起電圧から実際の磁極位置を推定する場合には、物理的な磁極位置検出器の取付けに伴う欠点は回避できるが、一方、同期モータが停止している時は誘起電圧が発生しないために磁極位置の検出が不可能となる。
【0007】
本発明の目的は、物理的な磁極位置検出器を設けることなく、磁極位置(磁極位相)の推定を可能にする永久磁石式同期モータを用いたエレベータの起動方法を提案するものである。
【0008】
さらに、本発明の目的は、エレベータの停止時、すなわち同期モータが停止している起動時においても磁極位置を検出できる永久磁石式同期モータを用いたエレベータの起動方法を提案するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、可変電圧・可変周波数の電力変換器によって駆動される永久磁石式同期モータと、前記同期モータによって駆動される機械装置と、前記同期モータの回転時の誘起電圧を検出することにより、前記同期モータの磁極位置を推定する手段を備え、前記同期モータを停止位置に保持するブレーキを開放した後に、低周波電圧を前記同期モータに印加することにより起動し、前記同期モータが所定の速度に達した時点で電圧印加を停止してフリーランに移行し、前記同期モータの回転に伴い発生する誘起電圧のゼロクロス点から磁極位置を検出し、前記同期モータを制御するものである。
【0010】
さらに本発明は、可変電圧・可変周波数の電力変換器によって駆動される永久磁石式同期モータと、前記同期モータによって駆動される機械装置と、前記同期モータの回転時の誘起電圧を検出することにより、前記同期モータの磁極位置を推定する手段を備え、前記同期モータの負荷の不平衡分を乗りかごの荷重検出器出力から検出し、不平衡負荷の場合は、前記同期モータを停止保持するブレーキを開放してフリーランに移行し、前記同期モータの回転に伴い発生する誘起電圧のゼロクロス点から磁極位相を検出し、また平衡負荷の場合は、ブレーキを開放した後に低周波電圧をモータに印加することにより起動し、モータが所定の速度に達した時点で電圧印加を停止して前記フリーランに移行し、前記同期モータの回転に伴い発生する誘起電圧のゼロクロス点から磁極位置を検出し、前記同期モータを制御するものである。
【0011】
さらに、本発明は可変電圧・可変周波数の電力変換器によって駆動される永久磁石式同期モータと、前記同期モータによって駆動される機械装置と、前記同期モータの回転時の誘起電圧を検出することにより、前記同期モータの磁極位置を推定する手段を備え、前記同期モータに電圧を印加することなく前記同期モータを停止保持するブレーキを開放してフリーランに移行し、開放の結果、前記同期モータが回転する場合には、前記同期モータの回転に伴い発生する誘起電圧のゼロクロス点から磁極位置を検出し、また回転しない場合には低周波電圧を印加することにより起動し、前記同期モータが所定の速度に達した時点で電圧印加を停止してフリーランに移行し、前記同期モータの回転に伴い発生する誘起電圧のゼロクロス点から磁極位置を検出し、前記同期モータを制御するものである。
【0012】
速度検出器からの信号による回転位置の検出は、同期モータ停止時にもその値を保持させておき、次の起動はこの値を磁極位相として利用することもできる。また、磁極位相検出後は、同期モータに低周波電圧を印加し、同期モータを停止することなく最寄り階へ移動することもできる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図1ないし図4を用いて説明する。
【0014】
図1は、本実施形態に係わる永久磁石式同期モータの制御装置を適用したエレベータ装置の一例を示すブロック線図である。かご11およびカウンタウエイト12は、ロープ13の両端にそれぞれ吊り下げられ、ロープ13は、永久磁石式同期モータ51の回転軸に固定されたシーブ52に巻きかけられている。
【0015】
ロープ13が巻きかけられたシーブ52,かご11を制動および停止させるためのブレーキドラム53,同期モータ51の回転を検出するエンコーダ54は、それぞれ永久磁石式同期モータ51の回転軸に接続される。
【0016】
制御装置21は、ブレーキドラム53を制御するブレーキ装置31にブレーキ信号を出力し、またエンコーダ54によって永久磁石式同期モータ51の回転角度を検出して永久磁石式同期モータ51への速度制御信号を出力するものである。
【0017】
このエレベータ装置は、永久磁石式同期モータ51が駆動されると、シーブ52が回転し、ロープ13を介してかご11、カウンタウエイト12が図示されていない昇降路内を昇降する。制御装置21からの指令によりブレーキ装置31のコイルに電流が流れると、ブレーキドラム53を押し付けているブレーキシュー32が解放され、ブレーキがかからない状態になる。エンコーダ54は、永久磁石式同期モータ51の回転角度に従ったパルスを出力し、その周波数は永久磁石式同期モータ51の回転速度に比例する。
【0018】
図ではエンコーダ54は、永久磁石式同期モータ51の軸端に接続したが、同期モータの回転角度に比例したパルス信号を検出することができればよいので、軸端にこだわる必要はない。例えば、エンコーダ54をシーブ52の周りに沿わせて装着し、シーブ52の回転に合わせて信号を得たり、かご11やカウンタウエイト12に装着して、その動きに合わせて信号を得てもよい。即ち、エンコーダ54の信号は、モータの回転角度の絶対値に比例しなくとも、相対的な動きがわかればよい。このため、エンコーダ54の設置の自由度は増す。
【0019】
制御装置21は、インバータ(電力変換器)211、速度制御演算部213、電流制御演算部214、磁極位置推定部215を備え、交流電源22に接続されている。インバータ211は、電流制御演算部214からの制御信号によってPMW制御により交流電源22からの電力を変換して永久磁石式同期モータ51に可変電圧および可変周波数を出力する。
【0020】
速度制御演算部213は、速度指令212による速度指令信号とエンコーダ54からの回転速度信号との偏差に応じてトルク指令信号を出力する。電流制御演算部214は、後述するように、起動電流指令部218からの磁極位相の推定を行うための起動電流指令信号を出力するか、またはエレベータ装置の運転時、速度制御演算部213からの速度指令信号、エンコーダ54からの回転速度信号、電流検出器217によって検出される電機子電流信号、および磁極位置推定部215によって推定される磁極位置信号の各信号に基づいて、インバータ211に所定の制御信号を出力する。起動電流指令部218からの磁極位相の推定を行うための起動電流指令信号を出力すると、電流制御演算部214はインバータ211に同期モータ51へ低周波電圧を供給し、同期モータ51を低周波で回転させるように動作する。
【0021】
磁極位置推定部215は、後述するように、電流検出器217によって検出される電機子電流信号および電圧検出器216によって検出された永久磁石式同期モータ51の端子電圧信号に基づいて磁極位置(磁極位相)を演算する。
【0022】
起動電流指令部218は、エンコーダ54によって出される磁極位置(磁極位相)を修正する起動電流指令信号を出力し、同期モータ51を低周波で回転させる。上記のごとく、速度制御を行うには、磁極位置の推定が不可欠である。
【0023】
なお、上記の磁極位置信号を基準にして永久磁石式同期モータの速度をベクトル制御することは、例えば、「中野道雄他著:サーボ技術とパワーエレクトロニクス(共立出版1994年9月発行)136頁〜137頁」や、「中野孝良著:交流モータのベクトル制御(日刊工業新聞社1996年3月発行)58頁〜59頁」に記載されているように周知であるので、詳細な動作説明を省略する。
【0024】
次に、電源投入直後の磁極位置推定の処理手順を図2に示すフローチャートを用いて説明する。
【0025】
ステップS1において、電源22を投入し、制御電源、主回路電源を確立する。次に、ステップS2において、磁極位置の推定を行うモード(位相検出モード)であるか否かを判定する。磁極位置推定モードでなければ通常運転に入る。
【0026】
磁極位置推定モードであれば、ステップS3で制御装置21はブレーキ31を解放する。その結果、同期モータ51にかかる負荷がアンバランスであれば、自然に何れかの方向へ回転を始めるので、同期モータ51の端子間に図3(A)に示すような誘起電圧が発生する。負荷の大きさ、方向は荷重検出器35によって検出されるが、アンバランス負荷の場合は起動電流司令部218は特別な動作はしない。
【0027】
同期モータ51の端子間の電圧、すなわち誘起電圧は、電圧検出器216によって検出される。一方エンコーダ54からのパルス信号は、磁極位置推定部215に与えられ積算される。この積算値は、モータの回転速度と1:1に対応するので、磁極の相対位相の演算値と等価である。その結果、図3(E)に示すような磁極位相の積算値が得られる。
【0028】
次に、誘起電圧のゼロクロス点を磁極位相の真値と見做して、積算した位相を補正する。この時、電圧検出値は、一般に観測ノイズを含むので、誘起電圧が受ける観測ノイズの影響が十分小さくなる速度敷居値を事前に与えておき、この敷居値を速度が上回った後に位相補正を行う。このようにして同期モータ51の磁極位置の推定が継続して行われる。その後、磁極位相推定モードをオフし、通常の速度制御が行われる。
【0029】
同期モータ51にかかる負荷がバランスしている場合には、ブレーキを31を解放しても同期モータ51は回転しない。この場合には、荷重検出器35は負荷のバランスを検出し、起動電流司令部218にその信号を供給する。そこで、起動電流司令部218は電流制御演算部214を介してインバータに211を制御し、同期モータ51に低周波の交流電流を印加し、周波数を少しづつ増加させることによりモータを回転させる。回転速度が設定値を越えたら電流の印加を停止し、フリーランに移行させる。このフリーラン期間中に、前記の方法により磁極位相を演算する。その後は、通常の運転に入る。
【0030】
以上のように制御すれば、電源投入直後に磁極位置検出器を用いることなくモータの磁極位置を推定することが可能であり、運転が行われる。初期位置推定モードへは、電源の投入直後であることを認識し、自動的に移行することが出来る。
【0031】
また、初期位置推定モードへは保守員などの操作により自動で推移してもよい。手動で移行する場合には、初期位置推定モードであることを認識させるため、ボタンなどでそれを押している間だけ初期位置推定を実行させ、ボタンを押すと直ちにブレーキ31が動作し、かご11を停止させるようにしても良い。回転角度の演算後は、そのときの指令に従って運転を継続してもよいし、図2のステップS8に示すようにブレーキ31をオンとし、一旦停止してから通常運転を行っても良い。
【0032】
次に、初期位置を推定後運転中の位置検出方法について説明する。前記のように速度検出器54からのパルス信号の積分値とモータの回転角度、すなわち磁極位相は1:1に対応するので、磁極位相は速度検出器54のパルスを積算することによって得られる。停止時はパルスの積算値を記憶装置に保持する。再起動時には保持した磁極位相を用いて運転を再開する。図2のような起動は電源投入直後や事故時など、積算位相が消失したときに行う。
【0033】
次に、運転中の磁極位置推定の原理について説明する。
【0034】
はじめに、永久磁石式同期モータ51の端子電圧(相電圧)をe 、永久磁石式同期モータ51での誘起電圧(相電圧)をe、同期インダクタンスをL、電機子電流をiとすると、一般に、下式の関係が得られる。
【0035】
=e−L(di/dt) (数1)
なお、この式では、電機子抵抗はある速度以上では、相対的に小さいので無視しているが、精度を上げるため考慮してもよい。
【0036】
モータの磁束Φは、数式1から下式のように求められる。
【0037】
Φ=∫e dt=∫e dt−Li (数2)
数式2から明らかなように、端子電圧e 、同期インダクタンスL、および電機子電流iを知ることができれば、モータの磁束Φの磁極位相を演算によって求めることができる。
【0038】
図4は、図1に示す磁極位置推定部215の構成を示すブロック図であり、電圧検出器216によって検出される永久磁石式同期モータ51の端子電圧e を積分する積分器2151、電流検出器217によって検出される電機子電流iに同期インダクタンスLをかけ算するゲイン設定器2152、数式2に従って磁束Φを演算する加算器2153、演算された磁束Φが零クロスする磁極位相の零点を検出する比較器2154、永久磁石式同期モータ51の磁極位置の推定に適した回転速度にあるかを判定する速度判定部2154、磁極位置の推定に適した回転速度に達した時、速度判定部2155からの指令により閉成されるスイッチ2156、上述の電源投入直後の処理の結果得られて記憶されている磁極位置の初期値に、エンコーダ54からのパルス信号を回転方向によって積分(加算または減算)して磁極位置信号を出力するとともに、比較器2154からの零クロス信号が出力される毎に、積分値が修正された磁極位置信号を出力する積分器2157とから構成されている。
【0039】
ここで、エレベータ装置の運転時、磁極位置推定部215は、電圧検出器216を介して端子電圧e および電流検出器217を介して電機子電流iを検出する。
【0040】
検出された端子電圧e は積分器2151で積分され、また検出された電機子電流iはゲイン設定器2152によって同期インダクタンスLがかけ算され、それぞれの出力は、数式3に従って、加算器2153において加算される。
【0041】
加算器2153からは磁束Φが出力され、その出力はさらに、比較器2154において零クロスする磁極位相の零点が検出され、零クロス信号が出力される毎に、積分器2157の積分値が修正された磁極位置信号が出力される。この修正により、エンコーダ54からのパルス信号にノイズなどが入り、それを誤積分した誤った磁極位置信号の出力を出し続けるのを防止することができる。
【0042】
上記のごとく、本実施形態では、エレベータ装置の運転中の電極位置の推定は、電源投入直後の処理によって推定された電極位置を初期値として、その初期値をエンコーダ54からのパルス信号を回転方向によって積分(加算または減算)して得られる運転中の電極位置を、別途演算によって得られる磁束Φに基づく零クロス信号によって修正しようとするものである。
【0043】
本実施形態によれば、極低速度から定格速度まで、速度に無関係に磁極位置の推定演算ができる。
【0044】
なお、エレベータ装置の停止時は、これまで積分器2157によって積分された値を記憶すればよい。そして、次の起動時には、この記憶した値を磁極位置に対応させて運転を開始することができる。
【0045】
従って、電源投入直後の磁極位置の推定は、積分器2157における積分した値が記憶されなくなった時だけ行なえばよい。このため、例えば、エレベータの運転を休止する時は、主回路電源だけを遮断し、積分器2157を活かしておけばよい。さらに、長期間停止する時などは、積分値だけを不揮発メモリに記憶しておき、次に運転する時にこの値を利用すればよい。
【0046】
なお、本実施形態の、上記の磁極位置の修正は零クロス点ではなく、そのときの磁束信号そのものを利用してもよい。また、磁極位相の演算も、3相交流であることを利用し、3つの電圧の互いの大きさから位相を測定してもよい。
【0047】
また、磁極位置推定部215をハード回路で構成したが、無論、マイコンなどによってソフト的で行なってもよい。さらに、端子電圧e の検出を主回路の端子電圧を検出して行なうようにしたが、インバータ211を制御する信号から得ることもできる。即ち、電流制御演算部214からインバータ211への制御信号は後述するように電圧指令信号であり、この信号は端子電圧e に比例するので、インバータ211への制御信号を用いてもよい。
【0048】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明によれば、永久磁石式同期モータの制御に必要な磁極位置の推定に、物理的絶対磁極位置を検出するための磁極位置検出器を使用しないので、モータ、マシンの設計の自由度が大きくなり、また、磁極位置検出器を使用しないため、メンテナンスが容易でコストの低減が可能となる。
【0049】
また、負荷がアンバランスであっても、バランスしているときでもそれぞれ適切な制御ができる。さらに、起動時には容易に磁極位置を推定できるとともに、運転中は磁極位置を修正する機能を設けたので、高精度の磁極位置の推定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係わる永久磁石式同期モータの制御装置を適用したエレベータ装置の一例を示す図である。
【図2】電源投入直後の磁極位置推定の処理手順を示すフローチャートである。
【図3】電源投入直後の磁極位置推定を説明するための図である。
【図4】図1に示す磁極位置推定部215の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
21…制御装置、211…インバータ、212…速度指令、213…速度制御演算部、214…電流制御演算部、215…磁極位置推定部、2151…積分器、2152…レベル設定器、2153…加算器、2154…比較器、2155…速度判定部、2157…積分器、218…起動電流指令部、22…電源、31…ブレーキ装置、51…永久磁石式同期モータ、53…ブレーキドラム、54…エンコーダ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for starting an elevator driven by a permanent magnet synchronous motor.
[0002]
[Prior art]
By using a synchronous motor that uses a small and strong permanent magnet for the field, the synchronous motor and the drive device including the synchronous motor can be downsized and the efficiency can be improved. Is being applied.
[0003]
In order to control the torque of the synchronous motor, not only the magnitude of the current is controlled, but also the magnetic pole position (magnetic pole phase / rotation angle) of the synchronous motor to control the current phase corresponding to the magnetic pole position of the synchronous motor. It is essential to understand For detecting the magnetic pole position, a magnetic pole position detector is practically used.
[0004]
For the detection of the magnetic pole position, there are methods for physically detecting the magnetic pole position and estimating the actual magnetic pole position from the induced voltage of the synchronous motor. Japanese Patent Laying-Open No. 1-129796 discloses the latter, that is, a method of estimating a magnetic pole position from an induced voltage.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to use a physical magnetic pole position detector to detect the magnetic pole position, a magnetic pole position detector must be provided at the end of the motor shaft. When mounting the position detector, it is necessary to align the position of the motor shaft with the position of the detection shaft.
[0006]
When estimating the actual magnetic pole position from the induced voltage of the synchronous motor, the drawbacks associated with physically attaching the magnetic pole position detector can be avoided, but no induced voltage is generated when the synchronous motor is stopped. Therefore, the detection of the magnetic pole position becomes impossible.
[0007]
An object of the present invention is to propose a method of starting an elevator using a permanent magnet type synchronous motor that enables estimation of a magnetic pole position (magnetic pole phase) without providing a physical magnetic pole position detector.
[0008]
Furthermore, an object of the present invention is to propose an elevator starting method using a permanent magnet type synchronous motor capable of detecting a magnetic pole position even when the elevator is stopped, that is, when the synchronous motor is stopped.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a permanent magnet type synchronous motor driven by a variable voltage / variable frequency power converter, a mechanical device driven by the synchronous motor, and Means for estimating the position of the magnetic pole of the synchronous motor by detecting the induced voltage of the synchronous motor, and after releasing the brake that holds the synchronous motor at the stop position, start by applying a low-frequency voltage to the synchronous motor. When the synchronous motor reaches a predetermined speed, the application of voltage is stopped to shift to free run, and a magnetic pole position is detected from a zero-cross point of an induced voltage generated with the rotation of the synchronous motor, and the synchronous motor is detected. Is controlled.
[0010]
Further, the present invention provides a permanent magnet synchronous motor driven by a variable voltage / variable frequency power converter, a mechanical device driven by the synchronous motor, and detecting an induced voltage when the synchronous motor rotates. Means for estimating the magnetic pole position of the synchronous motor, detecting an unbalanced portion of the load of the synchronous motor from an output of a load detector of a car, and, in the case of an unbalanced load, a brake for stopping and holding the synchronous motor. To shift to free run, detect the magnetic pole phase from the zero-cross point of the induced voltage generated by the rotation of the synchronous motor, and in the case of a balanced load, apply the low frequency voltage to the motor after releasing the brake When the motor reaches a predetermined speed, the motor stops applying voltage and shifts to the free run. Detecting a magnetic pole position from the zero-cross point of the voltage, and controls the synchronous motor.
[0011]
Further, the present invention provides a permanent magnet type synchronous motor driven by a variable voltage / variable frequency power converter, a mechanical device driven by the synchronous motor, and detecting an induced voltage when the synchronous motor rotates. Means for estimating the magnetic pole position of the synchronous motor, releasing the brake for stopping and holding the synchronous motor without applying a voltage to the synchronous motor to shift to free run, and as a result of the release, the synchronous motor When the synchronous motor rotates, the magnetic pole position is detected from the zero-cross point of the induced voltage generated by the rotation of the synchronous motor, and when the synchronous motor does not rotate, the magnetic pole is started by applying a low-frequency voltage, and the synchronous motor starts to operate at a predetermined speed. When the speed is reached, the application of voltage is stopped and the mode shifts to free run. Detects and controls the synchronous motor.
[0012]
The detection of the rotational position by the signal from the speed detector keeps its value even when the synchronous motor is stopped, and this value can be used as the magnetic pole phase at the next start. After the magnetic pole phase is detected, a low frequency voltage is applied to the synchronous motor, and the synchronous motor can be moved to the nearest floor without stopping.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0014]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an elevator apparatus to which a control device for a permanent magnet type synchronous motor according to the present embodiment is applied. The car 11 and the counterweight 12 are suspended from both ends of a rope 13, and the rope 13 is wound around a sheave 52 fixed to a rotating shaft of a permanent magnet type synchronous motor 51.
[0015]
The sheave 52 around which the rope 13 is wound, the brake drum 53 for braking and stopping the car 11, and the encoder 54 for detecting the rotation of the synchronous motor 51 are connected to the rotating shaft of the permanent magnet synchronous motor 51, respectively.
[0016]
The control device 21 outputs a brake signal to the brake device 31 that controls the brake drum 53, detects the rotation angle of the permanent magnet synchronous motor 51 by the encoder 54, and outputs a speed control signal to the permanent magnet synchronous motor 51. Output.
[0017]
In this elevator apparatus, when the permanent magnet synchronous motor 51 is driven, the sheave 52 rotates, and the car 11 and the counterweight 12 move up and down in the hoistway (not shown) via the rope 13. When a current flows through the coil of the brake device 31 according to a command from the control device 21, the brake shoe 32 pressing the brake drum 53 is released, and the brake is not applied. The encoder 54 outputs a pulse according to the rotation angle of the permanent magnet synchronous motor 51, and its frequency is proportional to the rotation speed of the permanent magnet synchronous motor 51.
[0018]
In the figure, the encoder 54 is connected to the shaft end of the permanent magnet type synchronous motor 51. However, the encoder 54 need only be able to detect a pulse signal proportional to the rotation angle of the synchronous motor. For example, the encoder 54 may be mounted along the sheave 52 to obtain a signal in accordance with the rotation of the sheave 52, or may be mounted to the car 11 or the counterweight 12 to obtain a signal in accordance with the movement. . That is, the signal of the encoder 54 need not be proportional to the absolute value of the rotation angle of the motor, but only needs to know the relative movement. Therefore, the degree of freedom in installing the encoder 54 is increased.
[0019]
The control device 21 includes an inverter (power converter) 211, a speed control calculator 213, a current control calculator 214, and a magnetic pole position estimator 215, and is connected to the AC power supply 22. The inverter 211 converts power from the AC power supply 22 by PWM control according to a control signal from the current control calculation unit 214 and outputs a variable voltage and a variable frequency to the permanent magnet synchronous motor 51.
[0020]
The speed control calculation unit 213 outputs a torque command signal according to a deviation between a speed command signal based on the speed command 212 and a rotation speed signal from the encoder 54. The current control calculation unit 214 outputs a start current command signal for estimating the magnetic pole phase from the start current command unit 218 as described later, or outputs the speed control calculation unit 213 from the speed control calculation unit 213 during operation of the elevator apparatus. Based on the speed command signal, the rotation speed signal from the encoder 54, the armature current signal detected by the current detector 217, and the magnetic pole position signal estimated by the magnetic pole position estimating unit 215, a predetermined signal is given to the inverter 211. Outputs control signal. When a starting current command signal for estimating the magnetic pole phase is output from the starting current command unit 218, the current control calculation unit 214 supplies the inverter 211 with a low-frequency voltage to the synchronous motor 51, and drives the synchronous motor 51 at a low frequency. Operate to rotate.
[0021]
The magnetic pole position estimating unit 215, based on the armature current signal detected by the current detector 217 and the terminal voltage signal of the permanent magnet synchronous motor 51 detected by the voltage detector 216, as will be described later, Phase).
[0022]
The starting current command unit 218 outputs a starting current command signal for correcting the magnetic pole position (magnetic pole phase) output by the encoder 54, and rotates the synchronous motor 51 at a low frequency. As described above, in order to perform speed control, estimation of the magnetic pole position is indispensable.
[0023]
The vector control of the speed of the permanent magnet synchronous motor based on the magnetic pole position signal is described in, for example, "Michio Nakano et al .: Servo technology and power electronics (published by Kyoritsu Shuppan, September 1994), page 136- 137 ”and“ Takayoshi Nakano: Vector Control of an AC Motor (Nikkan Kogyo Shimbunsha, March 1996), pp. 58-59 ”, and detailed description of the operation is omitted. I do.
[0024]
Next, a processing procedure of magnetic pole position estimation immediately after power-on will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
[0025]
In step S1, the power supply 22 is turned on to establish a control power supply and a main circuit power supply. Next, in step S2, it is determined whether or not the mode (phase detection mode) for estimating the magnetic pole position is set. If not in the magnetic pole position estimation mode, the normal operation starts.
[0026]
If it is the magnetic pole position estimation mode, the control device 21 releases the brake 31 in step S3. As a result, if the load on the synchronous motor 51 is unbalanced, the motor starts rotating in any direction naturally, and an induced voltage as shown in FIG. The magnitude and direction of the load are detected by the load detector 35, but in the case of an unbalanced load, the starting current command unit 218 does not perform any special operation.
[0027]
The voltage between the terminals of the synchronous motor 51, that is, the induced voltage is detected by the voltage detector 216. On the other hand, the pulse signal from the encoder 54 is provided to the magnetic pole position estimating unit 215 and integrated. Since this integrated value corresponds to the rotation speed of the motor at a ratio of 1: 1, it is equivalent to the calculated value of the relative phase of the magnetic pole. As a result, an integrated value of the magnetic pole phase as shown in FIG.
[0028]
Next, the integrated phase is corrected by regarding the zero-cross point of the induced voltage as the true value of the magnetic pole phase. At this time, since the voltage detection value generally includes observation noise, a speed threshold value at which the influence of the observation noise on the induced voltage is sufficiently reduced is given in advance, and phase correction is performed after the speed exceeds the threshold value. . In this way, the estimation of the magnetic pole position of the synchronous motor 51 is continuously performed. Thereafter, the magnetic pole phase estimation mode is turned off, and normal speed control is performed.
[0029]
When the load on the synchronous motor 51 is balanced, the synchronous motor 51 does not rotate even if the brake 31 is released. In this case, the load detector 35 detects the load balance and supplies the signal to the starting current command unit 218. Therefore, the starting current command unit 218 controls the inverter 211 via the current control calculation unit 214 to apply a low-frequency AC current to the synchronous motor 51 and rotate the motor by gradually increasing the frequency. When the rotation speed exceeds the set value, the application of the current is stopped and the mode is shifted to the free run. During this free-run period, the magnetic pole phase is calculated by the above method. After that, normal operation starts.
[0030]
With the above control, it is possible to estimate the magnetic pole position of the motor immediately after turning on the power without using the magnetic pole position detector, and the operation is performed. It is possible to automatically shift to the initial position estimation mode by recognizing that it is immediately after the power is turned on.
[0031]
The mode may be automatically shifted to the initial position estimation mode by an operation of a maintenance person or the like. In the case of manual shift, the initial position estimation is executed only while the button is being pressed by a button or the like in order to recognize the initial position estimation mode. When the button is pressed, the brake 31 operates immediately and the car 11 is moved. You may make it stop. After the calculation of the rotation angle, the operation may be continued in accordance with the command at that time, or the brake 31 may be turned on as shown in step S8 of FIG.
[0032]
Next, a method of detecting a position during operation after estimating the initial position will be described. As described above, the integral value of the pulse signal from the speed detector 54 and the rotation angle of the motor, that is, the magnetic pole phase corresponds to 1: 1. Therefore, the magnetic pole phase is obtained by integrating the pulses of the speed detector 54. When stopped, the integrated value of the pulse is stored in the storage device. At the time of restart, the operation is restarted using the retained magnetic pole phase. The startup as shown in FIG. 2 is performed when the integrated phase has disappeared, for example, immediately after turning on the power or at the time of an accident.
[0033]
Next, the principle of magnetic pole position estimation during operation will be described.
[0034]
First, assuming that the terminal voltage (phase voltage) of the permanent magnet type synchronous motor 51 is e t , the induced voltage (phase voltage) in the permanent magnet type synchronous motor 51 is e 0 , the synchronous inductance is L, and the armature current is i, In general, the following relationship is obtained.
[0035]
e 0 = e t -L (di / dt) ( number 1)
In this equation, the armature resistance is neglected at a certain speed or higher because it is relatively small, but may be considered in order to increase the accuracy.
[0036]
The magnetic flux Φ of the motor is obtained from Expression 1 as shown below.
[0037]
Φ = ∫e 0 dt = ∫e t dt-Li ( Number 2)
As is clear from Equation 2, if the terminal voltage et , the synchronous inductance L, and the armature current i can be known, the magnetic pole phase of the magnetic flux Φ of the motor can be obtained by calculation.
[0038]
Figure 4 is a block diagram showing the configuration of a magnetic pole position estimation unit 215 shown in FIG. 1, the integrator 2151 for integrating the terminal voltage e t of the permanent magnet synchronous motor 51 is detected by the voltage detector 216, a current detection A gain setting unit 2152 for multiplying the armature current i detected by the unit 217 by the synchronous inductance L, an adder 2153 for calculating the magnetic flux Φ according to Equation 2, and detecting a zero point of a magnetic pole phase at which the calculated magnetic flux Φ crosses zero. The comparator 2154, a speed determination unit 2154 that determines whether the rotation speed is suitable for estimating the magnetic pole position of the permanent magnet type synchronous motor 51, and when the rotation speed suitable for the estimation of the magnetic pole position is reached, the speed determination unit 2155 The switch 2156 which is closed by the instruction of the above-mentioned command, the encoder 5 is added to the initial value of the magnetic pole position obtained and stored as a result of the above-described processing immediately after power-on. And outputs a magnetic pole position signal by integrating (adding or subtracting) the pulse signal from the comparator in accordance with the rotation direction, and outputs a magnetic pole position signal having an integrated value corrected each time a zero cross signal is output from the comparator 2154. And an integrator 2157 that performs the operation.
[0039]
Here, during the operation of the elevator apparatus, the magnetic pole position estimation unit 215 via a terminal voltage e t, and the current detector 217 via a voltage detector 216 for detecting the armature current i.
[0040]
The detected terminal voltage e t is integrated by integrator 2151 and the detected armature current i synchronous inductance L by the gain setting device 2152 is multiplied, each output, according to Equation 3, added by the adder 2153 Is done.
[0041]
The magnetic flux Φ is output from the adder 2153, and the output of the adder 2153 further detects the zero point of the magnetic pole phase that crosses zero in the comparator 2154, and every time the zero cross signal is output, the integrated value of the integrator 2157 is corrected. The magnetic pole position signal is output. With this correction, it is possible to prevent noise or the like from being included in the pulse signal from the encoder 54 and to continue to output an erroneous magnetic pole position signal obtained by erroneously integrating the noise.
[0042]
As described above, in the present embodiment, the estimation of the electrode position during the operation of the elevator apparatus is performed by setting the electrode position estimated by the process immediately after turning on the power as an initial value, and setting the initial value to the pulse signal from the encoder 54 in the rotation direction. The electrode position during operation obtained by integration (addition or subtraction) is corrected by a zero cross signal based on the magnetic flux Φ obtained by a separate calculation.
[0043]
According to the present embodiment, the magnetic pole position can be estimated from the extremely low speed to the rated speed regardless of the speed.
[0044]
When the elevator device is stopped, the value integrated so far by the integrator 2157 may be stored. Then, at the next start-up, the operation can be started by associating the stored value with the magnetic pole position.
[0045]
Therefore, the estimation of the magnetic pole position immediately after power-on may be performed only when the integrated value in the integrator 2157 is no longer stored. For this reason, for example, when the operation of the elevator is stopped, only the main circuit power supply may be cut off, and the integrator 2157 may be used. Further, when the operation is stopped for a long period of time, only the integral value may be stored in the nonvolatile memory, and this value may be used at the next operation.
[0046]
In the present embodiment, the above-described correction of the magnetic pole position may use the magnetic flux signal itself at that time instead of the zero cross point. Also, the calculation of the magnetic pole phase may use the three-phase alternating current and measure the phase from the mutual magnitude of the three voltages.
[0047]
Further, the magnetic pole position estimating unit 215 is configured by a hardware circuit, but may be performed by a microcomputer or the like in a software manner. Furthermore, although the detection of the terminal voltage e t as performed by detecting the terminal voltage of the main circuit, can also be obtained from a signal for controlling the inverter 211. That is, the control signal from the current control calculation unit 214 to the inverter 211 is a voltage command signal as will be described later, since the signal is proportional to the terminal voltage e t, it may be used a control signal to the inverter 211.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a magnetic pole position detector for detecting a physical absolute magnetic pole position is not used for estimating a magnetic pole position required for controlling a permanent magnet synchronous motor. Since the degree of freedom is increased and the magnetic pole position detector is not used, the maintenance is easy and the cost can be reduced.
[0049]
Further, appropriate control can be performed even when the load is unbalanced or when the load is balanced. Furthermore, the magnetic pole position can be easily estimated at the time of start-up, and the function of correcting the magnetic pole position during operation is provided, so that the magnetic pole position can be estimated with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an elevator apparatus to which a control device for a permanent magnet synchronous motor according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing procedure of magnetic pole position estimation immediately after power-on.
FIG. 3 is a diagram for explaining magnetic pole position estimation immediately after power-on.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a magnetic pole position estimating unit 215 shown in FIG.
[Explanation of symbols]
21: control device, 211: inverter, 212: speed command, 213: speed control calculator, 214: current control calculator, 215: magnetic pole position estimator, 2151: integrator, 2152: level setter, 2153: adder Reference numeral 2154 Comparator 2155 Speed judging unit 2157 Integrator 218 Starting current command unit 22 Power supply 31 Brake device 51 Permanent magnet synchronous motor 53 Brake drum 54 Encoder

Claims (2)

可変電圧・可変周波数の電力変換器によって駆動される永久磁石式同期モータと、前記同期モータによって駆動される機械装置と、前記同期モータの回転時の誘起電圧を検出することにより、前記同期モータの磁極位置を推定する手段を備え、前記同期モータの負荷の不平衡分を乗りかごの荷重検出器出力から検出し、不平衡負荷の場合は、前記同期モータを停止保持するブレーキを開放してフリーランに移行し、前記同期モータの回転に伴い発生する誘起電圧のゼロクロス点から磁極位相を検出し、また平衡負荷の場合は、ブレーキを開放した後に低周波電圧をモータに印加することにより起動し、モータが所定の速度に達した時点で電圧印加を停止して前記フリーランに移行し、前記同期モータの回転に伴い発生する誘起電圧のゼロクロス点から磁極位置を検出し、前記同期モータを制御することを特徴とする永久磁石式同期モータで駆動されるエレベータの起動方法。A permanent magnet type synchronous motor driven by a variable voltage / variable frequency power converter, a mechanical device driven by the synchronous motor, and detecting an induced voltage at the time of rotation of the synchronous motor. Means for estimating the magnetic pole position, detecting the unbalance of the load of the synchronous motor from the output of the load detector of the car, and in the case of an unbalanced load, releasing the brake for stopping and holding the synchronous motor to free In the run, the phase of the magnetic pole is detected from the zero-cross point of the induced voltage generated by the rotation of the synchronous motor. When the motor reaches a predetermined speed, the application of the voltage is stopped, and the mode shifts to the free run. Elevator Starting driven by permanent magnet synchronous motors, characterized in that detecting the magnetic pole position from the point, and controls the synchronous motor. 請求項1において、磁極位置検出後は、モータに低周波電圧を印加し、モータを停止することなく最寄り階へ移動することを特徴とする永久磁石式同期モータで駆動されるエレベータの起動方法。2. The method according to claim 1, wherein after detecting the magnetic pole position, a low-frequency voltage is applied to the motor, and the motor is moved to the nearest floor without stopping, to start the elevator driven by the permanent magnet synchronous motor.
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