JP4536272B2 - エレベータ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変周波数の交流電力にて同期電動機で駆動制御しエレベータを運転制御するエレベータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、同期電動機は誘導電動機に比べ、同じ出力に対し小型に製作できるので、近年エレベータシステムの駆動部に使われつつある。そして、この同期電動機は電力変換装置のインバータ回路から供給される可変電圧可変周波数の交流電源で駆動される。
【0003】
図8は、従来のエレベータ制御装置の構成図である。商用電源1である三相交流はコンバータ回路2により直流に変換され、平滑コンデンサ3によりリップル分が除去される。インバータ回路4はコンバータ回路2で得られた直流を可変周波数交流電源に変換するものであり、IGBT等の半導体素子から構成される。
【0004】
インバータ回路4からの可変周波数交流電源は、エレベータを駆動する同期電動機5の電源として入力され、これによりエレベータは運転制御される。同期電動機の回転数はエレベータの速度として速度検出装置6で検出され、演算制御装置7に入力される。また、演算制御装置7には、モータ電流検出装置8で検出されたインバータ回路4の出力電流が入力される。
【0005】
演算制御装置7は、これらのモータ電流および速度信号さらには同期電動機5のトルク指令値に基づいて、駆動回路9を介して電力変換装置のインバータ回路4の各々の半導体素子に対してPWM制御を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなエレベータ制御装置では、同期電動機5が何らかの原因で脱調してしまった場合には、低周波数もしくは直流の電流が同期電動機5に供給されることになる。インバータ回路4を構成している半導体素子は、定格電流内の使用であっても連続しての低周波数もしくは直流の通電があると、半導体素子内部の温度が熱暴走して破損することがある。また、同期電動機が破損することもある。
【0007】
本発明の目的は、同期電動機が脱調した場合にも、インバータ回路もしくは同期電動機が破損することない信頼性向上を図ったエレベータ制御装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係わるエレベータ制御装置は、商用周波数の電力を電力変換装置で可変周波数の交流電力に変換し同期電動機を駆動制御してエレベータを運転するエレベータ制御装置において、前記同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定するトルク指令値異常検出装置と、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する電流周波数異常検出装置と、前記トルク指令値異常検出装置および前記電流周波数異常検出装置の双方が異常を検出したときに保護動作信号を出力してエレベータの走行を停止する保護動作装置とを備えたことを特徴とする。
【0009】
請求項1の発明に係わるエレベータ制御装置においては、トルク指令値異常検出装置は同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定し、電流周波数異常検出装置は電力変換装置から同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。保護動作装置は、トルク指令値異常検出装置および電流周波数異常検出装置の双方が異常を検出したときに保護動作信号を出力してエレベータの走行を停止する。
【0010】
請求項2の発明に係わるエレベータ制御装置は、請求項1の発明において、前記電流周波数異常検出装置は、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定することを特徴とする。
【0011】
請求項2の発明に係わるエレベータ制御装置においては、トルク指令値異常検出装置は同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定し、電流周波数異常検出装置は電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。
【0012】
請求項3の発明に係わるエレベータ制御装置は、請求項1の発明において、前記電流周波数異常検出装置は、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子を駆動するPWM制御信号のパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定することを特徴とする。
【0013】
請求項3の発明に係わるエレベータ制御装置においては、トルク指令値異常検出装置は同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定し、電流周波数異常検出装置は電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子を駆動するPWM制御信号のパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。
【0014】
請求項4の発明に係わるエレベータ制御装置は、請求項1の発明において、前記電流周波数異常検出装置に代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子の温度異常を検出する温度異常検出装置を設け、前記温度異常検出装置は、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する半導体素子のうち一対でアームを形成した一方の半導体素子が所定の温度上昇範囲を逸脱したときに異常と判定することを特徴とする。
【0015】
請求項4の発明に係わるエレベータ制御装置においては、トルク指令値異常検出装置は同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定し、温度異常検出装置は電力変換装置のインバータ回路を構成する半導体素子のうち一対でアームを形成した一方の半導体素子が所定の温度上昇範囲を逸脱したときに異常と判定する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図である。商用電源1は50Hzまたは60Hzの三相交流であり、この三相交流はコンバータ回路2により直流に変換される。平滑コンデンサ3はコンバータ回路2で整流された直流からリップル分を除去するものである。インバータ回路4は、半導体素子で構成されコンバータ回路2で得られた直流を可変周波数交流電源に変換する。
【0017】
インバータ回路4からの可変周波数交流電源は、エレベータを駆動する同期電動機5に入力され、周波数を可変制御することによりエレベータの速度制御し、またトルク制御を行う。同期電動機の回転数はエレベータの速度として速度検出装置6で検出され、演算制御装置7の電力変換制御装置10に入力される。また、演算制御装置7には、モータ電流検出装置8で検出されたインバータ回路4の出力電流(モータ電流)が入力され、A/D変換装置11および電力変換制御装置10に入力される。
【0018】
電力変換制御装置10は、モータ電流検出装置8で検出されたモータ電流および速度検出装置6で検出された速度信号さらには同期電動機5のトルク指令値12に基づいて、駆動回路9を介して電力変換装置のインバータ回路4の各々の半導体素子に対してPWM制御を行う。
【0019】
モータ電流検出装置8で検出された同期電動機5への供給電流はA/D変換装置11でA/D変換され、電流周波数異常検出装置13に入力される。電流周波数異常検出装置13は、モータ電流検出装置8で検出された電流の周波数が所定の範囲を逸脱したか否かを判定する。すなわち、A/D変換装置11の出力により、同期電動機5へ供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときは、低周波数もしくは直流の電流であるので異常と判定する。
【0020】
一方、トルク指令値異常検出装置14は同期電動機5へのトルク指令値12を入力し、そのトルク指令値12が所定の範囲を逸脱したか否かを判定し、トルク指令値12が所定の範囲を逸脱したときは異常と判定する。トルク指令値12の異常検出するレベルとしては、同期電動機5へ供給される電流が低周波数もしくは直流となった場合にインバータ回路4が破損しない限界の最大トルク指令値と通電時間とより決定する。
【0021】
トルク指令値異常検出装置14の異常判定信号および電流周波数異常検出装置13の異常判定信号はAND回路15に入力され、これらの双方が異常を検出したときに保護動作装置16が起動される。保護動作装置16はトルク指令値異常検出装置14が異常を検出しかつ電流周波数異常検出装置13が異常を検出したときに保護動作信号を出力し、電力変換制御装置10のPWM制御を停止してエレベータを停止させる。
【0022】
図2は、本発明の第1の実施の形態による電流周波数の異常検出する場合の説明図である。モータ電流検出装置8から出力されるアナログ電流波形はA/D変換装置11によりデジタル値に変換される。
【0023】
例えば、図2(a)に示すように電流波形が正弦波の場合は、極性「+」の期間において、図2(a)では「0〜1」の期間において、A/D変換装置11により「B〜C」の値になり、一方、極性「−」の期間においては、図2では「1〜2」の期間においては、A/D変換装置11により「A〜B」の値になる。
【0024】
また、図2(b)に示すように電流波形が直流である場合には、A/D変換装置11により「B〜C」の値が継続する。
【0025】
低周波数もしくは直流がモータ電流検出装置8から出力されると、A/D変換装置11により、「A〜B」の範囲内もしくは「B〜C」の範囲内の値が出力される。インバータ装置14aが破損しない限界の最大トルク指令値と通電時間とより決定する所定期間「A〜B」もしくは「B〜C」の範囲内の値が継続した場合は、電流周波数異常検出装置13は電流周波数の異常として出力する。
【0026】
保護動作装置16はトルク指令値異常検出装置14が異常を検出し、かつ電流周波数異常検出装置13が異常を検出したときに保護動作信号を電力変換制御装置10に出力し、PWM制御を停止する。
【0027】
すなわち、トルク指令値12が異常であり、かつ低周波数もしくは直流の電流が流れると、インバータ回路4が破損する恐れがあるため、保護動作信号によりPWM制御を停止してインバータ回路4の保護動作をする。
【0028】
この第1の実施の形態によれば、電力変換装置のインバータ回路4に低周波数もしくは直流の電流が通常のエレベータ運転では流れないようなレベルで流れたときに、インバータ回路の破損が発生する前に保護を動作させPWM制御を停止させる。従って、インバータ回路4および同期電動機5の保護が図れる。
【0029】
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図3は本発明の第2の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、半導体素子通電電流検出装置17を設け、電流周波数異常検出装置13は、電力変換装置から同期電動機5に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、電力変換装置のインバータ回路4を構成する各々の半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定するようにしたものである。その他の構成は、図1に示す第1の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する記載は省略する。
【0030】
半導体素子通電電流検出装置17は、インバータ回路4を構成する各半導体素子に流れる電流を検出するために外部に取り付ける。もしくは、半導体素子内に内蔵して設けても良い。
【0031】
インバータ回路4の各半導体素子に流れる電流は、半導体素子通電電流検出装置17で検出され、演算制御装置7のA/D変換装置11に入力される。A/D変換装置11でデジタル信号に変換された半導体素子に流れる電流は、電流周波数異常検出装置13に入力され、ここで、半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化したか否かが判定され、半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定し異常判定信号をAND回路15に出力する。
【0032】
図4は、本発明の第2の実施の形態による電流周波数を異常検出する場合の説明図である。例えば、電流が半導体素子のトランジスタ部Trを流れる場合は極性「+」となり、図2(a)に示すようにA/D変換装置11により変換されたデジタル信号は「B〜C」の値になる。一方、半導体素子の還流ダイオード部Dを流れる場合は極性「−」となり、A/D変換装置11により変換されたデジタル信号は「A〜B」の値になる。
【0033】
低周波数もしくは直流が同期電動機5に供給されると、ある特定の半導体素子の電流は、「B〜C」または「A〜B」の範囲内の値が連続して出力される。
【0034】
インバータ回路4が破損しない限界の最大トルク指令値と通電時間とより決定する所定期間に「B〜C」または「A〜B」の範囲内の値が継続した場合は、電流周波数異常検出装置13は電流周波数の異常として出力する。
【0035】
保護動作装置16はトルク指令値異常検出装置14が異常を検出し、かつ電流周波数異常検出装置13が異常を検出したときに保護動作信号を電力変換制御装置10に出力し、PWM制御を停止し、インバータ回路4の保護動作をする。
【0036】
第2の実施の形態よれば、低周波数もしくは直流の電流の判別を、インバータ回路4を構成する各半導体素子に流れる電流を検出する半導体素子通電電流検出装置17の出力により判別するので、低周波数もしくは直流の電流が同期電動機に供給されることを早期に検出できる。
【0037】
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。図5は本発明の第3の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図である。この第3の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、A/D変換装置11に代えてパルス幅検出装置18を設け、電流周波数異常検出装置13は、電力変換装置から同期電動機5に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、電力変換装置のインバータ回路4を構成する各々の半導体素子を駆動するPWM制御信号のパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定するようにしたものである。その他の構成は、図1に示した第1の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【0038】
パルス幅検出装置18は、電力変換制御装置10から出力されるインバータ回路4の各半導体素子を駆動するPWM制御信号のパルス幅を検出し、そのパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。
【0039】
電流周波数異常検出装置13は、パルス幅検出装置18で検出されたパルス幅が所定時間一定であったか否かを判定する。そして、パルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する。
【0040】
図6は、本発明の第3の実施の形態による電流周波数を異常検出する場合の説明図である。直流通電が行われる時はPWM制御により半導体素子を駆動するパルス幅は一定となる。よって、インバータ回路4が破損しない限界の最大トルク指令値と通電時間とより決定する所定期間Tの各パルスn、n−1、n−2、n−3…の幅tn、tn−1、tn−2、tn−3…をパルス幅検出装置18により検出し、各パルス幅が等しいときに直流が流れたと判定し、電流周波数異常検出装置13は電流周波数の異常として出力する。
【0041】
保護動作装置16はトルク指令値異常検出装置14が異常を検出し、かつ電流周波数異常検出装置13が異常を検出したときに保護動作信号を電力変換制御装置10に出力し、PWM制御を停止し、インバータ回路4の保護動作をする。
【0042】
第3の実施の形態によれば、直流電流の判別はPWM制御信号のパルス幅で判別するので、同期電動機5が脱調したことを早期に検出でき保護動作を速やかに行うことができる。
【0043】
次に、本発明の第4の実施の形態を説明する。図7は本発明の第4の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図である。この第4の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、A/D変換装置11に代えて温度検出装置19を設け、電流周波数異常検出装置13に代えて温度異常検出装置20を設けたものである。
【0044】
温度検出装置19は、電力変換装置のインバータ回路を構成する半導体素子のうち一対でアームを形成した双方の温度を検出する。そして、温度異常検出装置20は、一対でアームを形成した一方の半導体素子が所定の温度上昇範囲を逸脱したときに異常と判定する。
【0045】
すなわち、低周波数もしくは直流の電流が流れているときは、アーム上下の半導体素子の内どちらかの半導体素子内部のジャンクション部温度が短時間に急上昇する。そこで、温度検出装置19は、インバータ回路4のアーム上下半導体素子内部のジャンクション部温度を検出する。
【0046】
温度異常検出装置20では、アームの上下の半導体素子の温度を比較して、所定の時間内に所定の温度上昇範囲を逸脱したか否かを判定し、検出温度差が所定の温度を逸脱した場合に異常と判定する。
【0047】
保護動作装置16はトルク指令値異常検出装置14が異常を検出し、かつ温度異常検出装置20が異常を検出したときに保護動作信号を電力変換制御装置10に出力し、PWM制御を停止し、インバータ回路4の保護動作をする。
【0048】
第4の実施の形態によれば、低周波数もしくは直流の電流の判別は、インバータ回路4を構成する半導体素子の内部温度を検出する温度検出装置19の出力で行うので、インバータ回路4の適切な保護が可能となる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、同期電動機が脱調により、低周波数もしくは直流の電流が同期電動機に供給されることになっても、保護動作によりインバータ回路もしくは同期電動機が破損することない。従って、信頼性の向上を図ったエレベータ制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図。
【図2】本発明の第1の実施の形態による電流周波数の異常検出する場合の説明図。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図。
【図4】本発明の第2の実施の形態による電流周波数を異常検出する場合の説明図。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図。
【図6】本発明の第3の実施の形態による電流周波数を異常検出する場合の説明図。
【図7】本発明の第4の実施の形態に係わるエレベータ制御装置の構成図
【図8】従来のエレベータ制御装置の構成図。
【符号の説明】
1…商用電源、2…コンバータ回路、3…平滑コンデンサ、4…インバータ回路、5…同期電動機、6…速度検出装置、7…演算制御装置、8…モータ電流検出装置、9…駆動回路、10…電力変換制御装置、11…A/D変換装置、12…トルク指令値、13…電流周波数異常検出装置、14…トルク指令値異常検出装置、15…AND回路、16…保護動作装置、17…半導体素子通電電流検出装置、18…パルス幅検出装置、19…温度検出装置、20…温度異常検出装置
Claims (4)
- 商用周波数の電力を電力変換装置で可変周波数の交流電力に変換し同期電動機を駆動制御してエレベータを運転するエレベータ制御装置において、前記同期電動機へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したときに異常と判定するトルク指令値異常検出装置と、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定する電流周波数異常検出装置と、前記トルク指令値異常検出装置および前記電流周波数異常検出装置の双方が異常を検出したときに保護動作信号を出力してエレベータの走行を停止する保護動作装置とを備えたことを特徴とするエレベータ制御装置。
- 前記電流周波数異常検出装置は、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子に流れる電流の極性が所定の時間内に変化しないときは異常と判定することを特徴とする請求項1に記載のエレベータ制御装置。
- 前記電流周波数異常検出装置は、前記電力変換装置から前記同期電動機に供給される電流の極性が所定の時間内に変化しないときに異常と判定することに代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子を駆動するPWM制御信号のパルス幅が所定の時間内に変化しないときは異常と判定することを特徴とする請求項1に記載のエレベータ制御装置。
- 前記電流周波数異常検出装置に代えて、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する各々の半導体素子の温度異常を検出する温度異常検出装置を設け、前記温度異常検出装置は、前記電力変換装置のインバータ回路を構成する半導体素子のうち一対でアームを形成した一方の半導体素子が所定の温度上昇範囲を逸脱したときに異常と判定することを特徴とする請求項1に記載のエレベータ制御装置。
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