JP3621419B2 - エレベータの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、速度制御式エレベータ駆動装置の制御方法に関するものであり、エレベータ機械装置を駆動する交流モータを周波数コンバータによって制御し、この周波数コンバータは、制御された周波数および電圧を交流モータを供給し、上記エレベータ駆動装置にはエレベータの負荷状態を検知する装置が設けられている。
通常状態でのエレベータの制御の目的は、エレベータの作動毎に、始発階と目標階との間の距離をできる限り速く走るようにエレベータを駆動することにある。したがって、エレベータモータは一般に、すべての状況で、乗客に不便を生じることなく、機械装置が許す限りエレベータの加速、減速および速度が高くなるように制御される。この制御に必要なことは、エレベータ駆動装置に給電する電気回路網がエレベータの作動中、すべての状況において充分な電力を発生することである。通常の使用の場合、これは概して問題ない。
電力供給に障害が発生すると、エレベータは所期の方法では作動しなくなる。停電に対処するために、エレベータには安全装置を設けて、エレベータのかごを乗り場まで駆動できるようにしている。電気の供給が長く中断すると、予備電源系を接続する必要があり、予備電源系は一般に、およそ４台のエレベータのうち１台を乗客の使用可能に維持するように設計されている。この場合、エレベータの輸送能力は著しく減少する。
障害は、実際に停電が発生しない場合でも、電力エネルギーの供給に発生することがある。給電回路網内の電圧が定格値以下に低下し、もしくは周波数変動が許容限界を越えることがある。そのような場合、ある設定限界値に達すると、電気回路網内や電気利用者に用いられている保護装置が一般に作動する。エレベータの駆動装置では、このような状況は、配電回路網が弱い地域や、また容量の不充分な臨時給電装置によって給電する工事中に発生することもある。回路網内の電圧が低下すると、回路網の負荷容量が全体に減少して、正常な大きさの負荷でも回路網に過負荷を生じ、電圧の更なる低下、保護装置の作動および電源断を生じることになる。
コネ エレベータ ゲーエムベーハーによる米国特許明細書第5 229 558号によれば、供給電圧が低下すると、エレベータが低い速度および／または加速で駆動され、これに対応して電力条件を減少させる方式が公知である。しかしこの明細書は、エレベータの実際の電力の必要度を考慮に入れていないが、輸送能力、すなわちエレベータの走行速度は電気回路網の状態に基づいて減速される。
本発明は、制限された給電能力を回路網が有する場合、例えば予備電源の使用中、最適に作動する新規の速度制御式エレベータ駆動装置を達成することを目的とする。さらに、回路網の許容限度を超える負荷をその回路網に課すことなく、様々な負荷条件で最大の駆動速度を出すことができるエレベータモータの制御方法を達成することを目的とする。本発明の方法は、電力限界値を基準値としてエレベータ機械装置へ入力し、周波数コンバータへ与えられる速度基準値を電力限界値および負荷状態に基づいて決定することを特徴としている。
本発明の実施例によれば、電力限界値はエレベータの定格電力に関する相対値として与えられる。本発明の他の実施例によれば、負荷状態はエレベータの負荷計量装置の測定信号から決める。本発明の第３の実施例では、電力限界値はその回路網の給電容量に従って決める。
この本発明によれば、エレベータ駆動装置に使用可能なすべてのエネルギーが最適に利用される。これは、使用可能な電力が通常より明らかに低い値に限定される予備電力の場合にとくに重要である。
本発明の方式では、エレベータ制御系におけるモータ駆動装置は、与えられた条件に従って自身でその走行速度を決めることができる。有利な状態モードは、相対電力を用いることである。新型の周波数コンバータの特性を使用すれば、エレベータを最大負荷条件下でさえも定格電力の12〜25％で始動することができる。しかしこうすると、空のエレベータが下方へ非常にゆっくり動くことになる。エレベータのかごに乗客がいれば、下方へ駆動するのに必要な電力は、エレベータがカウンタウエートによって約50％にまで平衡しているため、減少する。救出作業では、負荷が定格負荷の半分を明らかに越えると、主に機械装置の効率に応じて、エレベータはかごを動かす電力をもはや必要としない。しかし、モータの励磁および制御機器には定格電力の10〜25％が必要である。
例えば、４台のエレベータから成るエレベータグループで、予備電力容量が中規模の建物に典型的な原理に基づいて設計されている場合、使用可能なエネルギーはすべての作動状態において１台のエレベータで充分である。本発明の方式を用いることによって、これらエレベータのそれぞれに定格電力の25％を割り当てることができる。負荷状態に応じて、これらエレベータのうちのいくつか、もしくは全部でさえ、全速で動かすことができる。
予備電源作動に関連して本発明を適用することにより得られる大きな利点は、乗客に安全感覚を生み出すことである。この安全感覚は、停電後、明かりが再点灯した直後にエレベータが動き始めることによって達成される。または、市場の要求および利用可能な資源に応じて、運行の質に関する利点部分としては費用の節減と言い換えることができ、現行の運行水準はかなりの低価格で達成することができる。この利点は、例えば、一般にエレベータを２台有する高層賃貸建物で達成することができる。これは、待ち時間の問題がないことを意味している。この利点はまた、運行の質の水準を大きく減じることなく、予備電力装置の定格電力を約半分に、もしくは現在の電力水準の約1/4にまで、しかも緩慢であってもすべての状態においてすべてのエレベータに救援作業を保証しながら、低下させることができることによって生ずる。
本発明は、停電が非常に日常的な地域においてとくに大きな利点を提供する。この場合、本発明の方式によれば、ほとんど正常な、もしくは準正常なエレベータの作動が可能である。したがって、異常状態に必ずしも特別な指示を与える必要がないばかりでなく、また乗客の行動に影響を及ぼすこともない。電池のみの作動による方式に比較すると、本発明では、エネルギー貯蔵装置の設置費用および保守費用を節減することができる。更なる利点が制御および周辺装置へ電気供給に達成される。
本発明がとくに大きな利益を提供する他の利用分野は、非常に高層な建物の火災の場合である。このような建物では、いわゆるギアレスエレベータが用いられ、これは、現在の技術でも、例えばエレベータを全負荷で下方へ、もしくは空のかごで上方へ駆動する際に、エネルギーを回路網へ送り戻すことが合理的である。最高で、送り戻される電力は定格電力の90％に相当する。この目的でモータ駆動装置には、正しい周波数、波形および電圧の流れを生成するいわゆる制御電源ブリッジが設けられている。
火災の場合、エレベータは建物の内部回路網を介して他のエレベータにより生成されるエネルギーを利用することができ、したがって、すべてのエレベータをこの場合、実際に常時全速で駆動することができる。なぜなら、救援状況では、かごは一般に満載状態で下へ、また上へはほとんど空のかごで、すなわちそのような場合、かごには一般に常時一人の消防士が乗って、走行するからである。他のエレベータにより生じた動力は、例えばエレベータが空のかごで下へ動いている時にエレベータ機械装置に一時的に大きな負荷がかかった場合、予備電源装置に過負荷が生ずるのを防止する。
火災の場合における更なる利点は、救援作業中にエレベータを全速で動かすことができれば、これらのエレベータによって、建物内の通常の照明やポンプなどの他の機器のために大量の余剰電力さえも発生することができることである。したがって、本発明の方式を用いることによって、高層建物で火災の場合や救援作業を予備電力に頼っている場合に全エレベータの運行を利用したいという救援作業の計画や要求に際して、基本的前提を変更する助けになる。これは、全体の費用を著しく増加させることなしに実現することができる。
電力限界値は稼動中の各エレベータの間で均衡するように設定することができる。こうすれば、電力が充分に供給されない地域では、回路網における他の一次負荷を考慮することによって電力限界値を決めることができ、もしくは利用可能な電力が日中変動する場合、電力限界値は１日のリズムに従って調節することもできる。
次に、本発明によるエレベータ駆動装置を示す第１図を参照して本発明を説明する。
巻上げモータ28は、エレベータかご６およびカウンタウエート８をエレベータ巻上げロープ４およびトラクションシーブ２によってエレベータ技術でそれ自体公知の方法で動かす。トラクションシーブ２は、モータシャフトへ直接もしくはギア装置を介して連結されている。周波数コンバータは電源へ３相導体40を介して、またモータ28へは３相導体41を介して接続されている。エレベータ制御装置のその部分は、乗客によって与えられる呼出しおよびエレベータ装置内の内部指示に従ってかごの走行を制御する。これらの実施例は、適用例に応じてかなり変化するが、本発明の作動には影響を及ぼさない。それぞれのエレベータは、もちろんエレベータグループが標準設計の同一のエレベータから成っていても、個々の定格電力を有している。
エレベータの荷重は、エレベータかご６に取り付けられた荷重計量装置32によって測定する。その重量データを用いて、装置37は、エレベータの巻上げ装置の機構および構成部品の質量に基づく荷重信号を発生する。この荷重データは、巻上げモータのシャフトに作用する荷重トルク、すなわち負荷状態を示す。この荷重トルクは、カウンタウエート、かごおよびロープの質量と、ロープの懸垂比およびギア装置の伝動比によって決まる。
通常の周波数コンバータ制御式エレベータ駆動装置では、モータには制御された周波数の電圧が供給され、これによって所望の加速および走行速度のための充分なトルクが発生する。４クォドラント制御の駆動装置では、モータが発電モードで作動していると、モータにより発生する電力を電源回路網へ戻すことができる。または、発生したエネルギー、もしくはその一部を抵抗器で熱に変換する。周波数コンバータには、エレベータの走行速度、またはモータの回転速度、負荷もしくはトルク、および電圧、さらに場合によっては電流の実際値を表わす入力データが供給される。
本発明を利用する方式では、周波数コンバータは、電源回路網へ接続された電源ブリッジ42およびモータへ接続されたモータブリッジ46から成っている。モータブリッジおよび電源ブリッジはコンデンサ44に接続され、これは直流中間回路によって中間回路導体43および45の間に接続されている。これら２つのブリッジは、例えばIGBTとして実現される制御スイッチから成る。これらブリッジは速度制御器48によって制御され、この制御は、モータへ供給される電力およびその供給周波数と電源回路網へ返送される電力とが作動状況の条件に合致するように行なわれる。中間回路コンデンサに蓄積されたエネルギーを利用して急な負荷変動に対処する。
それぞれの作動状況において、エレベータには最大電力P_Aが割り当てられ、回転速度の基準値はそれに従って決まる。許容出力電力値は、電力制限器33から得られ、例えばエレベータが予備発電機で発生された電力により作動する場合、そのエレベータの定格電力の1/4になる。許容最大出力電力値はまた、エレベータ制御装置に与えるパラメータなどの他の手段によって限定することもできる。
本エレベータ駆動装置で用いられるカウンタウエートの大きさは、かご荷重が定格荷重の半分であると、トラクションシーブおよびエレベータモータの各シャフトに均衡状態が生ずるように選択する。かご荷重が小さいときは、カウンタウエートの方向に作用するトルクがモータシャフト上にあり、かご荷重が定格荷重の半分を越えると、かご方向に働くトルクがモータシャフト上に存在する。したがって、荷重重量データはトルクに直接比例する量を与え、機械装置に必要な駆動電力が速度およびトルクに比例し、すなわちＰ＝wTであり、さらにｗ＝P/Tになる。これらの量を定格値に対する相対値として表わすことによって、w_r＝P_r/T_rが得られる。ただし、添字ｒは相対値を表わす。すなわちP_r＝P/P_Nである。したがって、電力を定格電力の25％に制限することは、相対値がP_r＝0.25になることを意味する。したがって、回転速度の基準値が直接、電力限界値および荷重重量データから得られる。許容電力限界値は、予備電力の大きさ、すなわちエレベータに割り当てられた予備電力の定格電力に対する比に対応する相対値として与えられる。数台のエレベータが１台の同じ予備電力発電機へ接続されている場合、それぞれのエレベータに個々の電力限界値を与えることができる。これは、エレベータ駆動装置に当てられるように設計された予備電力全体を各エレベータが均等に分かち合うことを意味している。
許容電力P_Aおよび荷重データを決めるエレベータ37からの信号（導体36）が割り算器34へ入力され、割り算器は、利用できる電力で可能な基準速度ω_ref＝P_A/T_Lを決める。ただし、T_Lは荷重データである。割り算器34で決められた速度基準ω_refは、導体38を介して周波数コンバータ26内の速度制御器48へ入力され、その出力を速度制御器が対応して調節する。したがって、周波数コンバータにより電源回路網から取り込まれた電力は所定の限界内にとどまる。モータシャフトに連結されている回転速度計31が実速度値ω_actを出力し、これは導体39を介して速度制御器48へ入力される。
エレベータの荷重および走行方向に応じて、様々な負荷状態を識別することができる。エレベータが定員の約半分のかごで運行していると、荷重トルクは非常に低く、前節に従って設定された電力限界値では実際に走行速度が全く減速されない。エレベータが空のかごで下へ、もしくは満載のかごで上へ走行中は、負荷は最大であり、走行速度は電力限界値に従って減る。エネルギー消費の点で最も有利な状況は、エレベータが空のかごで上方向に、もしくは満載のかごで下方向に走行している時である。このような状況では、電力限界値が実際に個々のエレベータの駆動速度に制限を課すことはなく、エレベータモータは発電モードで作動し、回路網で消費されるか、もしくは戻さなければならない電力を発生する。もちろん、すべての状況においてモータは、その励磁および電力消費のために出力を生成しなければならない。
エレベータモータが発電モードで作動していると、発電した電力を回路網へ戻して、予備電力回路網に接続された他の機器によってエネルギーを使用することができることは有利である。これが不可能な場合、電力は抵抗器で消費される。他の可能性としてはエレベータを定位置で作動することであるが、その場合は、始動トルクに対応するゼロ周波数電流をモータに供給する。
相対電力限界値を本発明の枠組内でいくつかの方法で決めることができる。あらかじめ設定した相対値の他に、電力限界値は、回路網の状態を表わす量の関数にしてもよい。回路網電圧が低下すると、これによって電力限界値の階段状減少が生じる。
第１図に示すような電力制御装置は複数のエレベータを別個に制御することを基にしている。これによって、それぞれのエレベータ、例えば同一のエレベータグループに属する各エレベータの電力消費量をモニタして、それぞれのエレベータの電力限界値を荷重状態に従って変えることが可能である。始動に必要なトルクを生成して、エレベータを動かし始めることができるようにしなければならない。エレベータの速度および輸送能力、すなわち乗客の数、もしくはむしろ質量を単位時間の走行階距離に乗じたものをそれぞれのエレベータごとに個々に決める。電力限界値がエレベータにより消費される電力量として表わされるので、モータが発電モードで作動している時、これによって速度が制限されない。満載状態で下方向へ走行するエレベータは、避難中の通常の状態であり、上述したように電力消費の点で有利であり、事実、モータが発電モードで作動しているので、電力を発生する。モータは全速で運転することができ、これは輸送能力が最大である、すなわちエレベータが最大負荷で全速で走行することを意味する。そこで、発電された電力は何とかして消費するか、もしくは回路網へ戻す必要がある。他方、荷重が小さい時は、下方向には低速しか得られない。反対に、上方向の空のかご、もしくは緊急の場合によくあるように、上方向で一人の救助員が乗っているかごは、上述したように、同様の利点を与える。
以上、本発明をその実施例の幾つかを挙げて説明したが、これらの例は特許の保護範囲を限定するものでなく、本発明の実施例は次の請求の範囲に明記する限度内で改変することができる。

Claims (4)

1. エレベータ機械装置を駆動する交流モータ（28）を周波数コンバータ（26）によって制御し、該周波数コンバータは、制御された周波数、および速度基準 値に基づく電圧を前記モータ（28）に供給し、エレベータの負荷状態を検知する装置（32）を含み、複数のエレ ベータを別個に制御する速度制御式エレベータ駆動装置において、該方法は、予備電源作動において個々のエレ ベータに割り当てられた電力を表わす電力限界値（P_A）を基準値として用い、前記駆動装置自身が、前記周波数コンバータへ与える前記速度基準値（38）を直接、該電力限界値（P_A）および前記負荷状態に基づいて算出することを特徴とする速度制御式エレベータ駆動装置。
2. 請求の範囲第１項記載のエレベータ駆動装置において、前記電力限界値（P_A）は、前記エレベータの定格電力に対する相対値として与えられることを特徴とするエレベータ駆動装置。
3. 請求の範囲第１項記載のエレベータ駆動装置において、前記負荷状態は、エレベータかごにおける荷重計量装置（32）から出力される測定信号から決められることを特徴とするエレベータ駆動装置。
4. 請求の範囲第１項記載のエレベータ駆動装置において、前記電力限界値（P_A）は、回路網の給電能力に従って決められることを特徴とするエレベータ駆動装置。

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