JP4581400B2

JP4581400B2 - エレベータ用インバータの速度制御方法および装置

Info

Publication number: JP4581400B2
Application number: JP2003432191A
Authority: JP
Inventors: 周一舛添
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: CN1898142A; US20070187186A1; JP2005187172A; US7588124B2; WO2005063603A1

Description

本発明は、インバータにより駆動されるエレベータ用誘導電動機の速度制御方法および装置に係り、特にオープンループ速度制御系による減速制御方法および装置に関する。

最近のエレベータは、原動機として、保守が容易で堅牢な誘導電動機を使用し、この誘導電動機を可変電圧・可変周波数（Variable Voltage Variable Frequency：ＶＶＶＦ）インバータによって駆動するものが多くなっている。このような、誘導電動機とＶＶＶＦインバータを組み合わせたエレベータ駆動装置において、誘導電動機の速度制御は、一般的には、低速エレベータには構成を簡素化してコストダウンを図るために、電圧形インバータによるオープンループ制御が採用され、中・高速エレベータには、レベリング精度を上げるために、速度検出器を設けた速度フィードバック制御が採用されている。なお、レベリングとは、エレベーターが停止階に接近したときに、エレベータ乗車かごを停止階の床にピッタリ着床するように停止させることである。
前記のオープンループ速度制御方式は、速度パターンに従ってインバータの出力周波数、さらには出力電圧を制御することによって、速度パターンに一致する加速、定速および減速を行う。

図１は、本発明と共通のエレベータ用インバータの速度制御装置を示す装置構成図である。
図１において、エレベータ用インバータの速度制御装置は、交流電源１と、交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換する整流器２と、整流器２により整流された全波または半波整流電圧を平滑するコンデンサ３と、コンデンサ３によって平滑された直流電圧を所定の周波数および電圧の交流電圧に変換する電圧形インバータ主回路４と、この電圧形インバータ主回路４によって生成された交流電圧により駆動される誘導電動機５と、電圧形インバータ主回路４の周波数および電圧を制御する制御装置６と、誘導電動機５によって回転駆動される巻取機７と、この巻取機７に懸けられたワイヤーロープの一端に吊られた乗車かご８と、前記ワイヤーロープの他端に吊られた釣合い錘９とより構成されている。制御装置６はさらに、ＣＰＵ（中央処理装置）１０とＰＷＭ（パルス幅変調器）発生部１１とを備えている。
ＣＰＵ１０を中枢部とする制御装置６は、エレベータの運転指令によって、定められた加減速度を持ちかつ昇降距離に応じた定速度時間を持つ速度パターンを生成して、インバータ運転周波数及び電圧の振幅を求め、これら周波数と電圧に従ってＰＷＭ発生部１１に供給するＰＷＭ波形のゲートパルスを得る。

図６は従来装置の動作例、図７は図１におけるＣＰＵ１０の従来装置の動作フローを示す。ＣＰＵ１０は、エレベータ乗車かご８が運転中か停止中かの監視を行っており（Ｓ２００）、運転中は、通常は基準周波数（Ｖｎ）で運転するように制御される（Ｓ２１０，Ｓ２２０）。エレベータ乗車かご８が減速開始点に達すると、ＣＰＵ１０には減速開始点に到達したときにレベリング周波数（Ｖｊ）指令の信号が与えられ（Ｓ２１０）、この信号タイミングで、基準周波数（Ｖｎ）からレベリング周波数（Ｖｊ）まで一定の減速度で減速する（Ｓ２３０）。
この従来装置では、エレベータの基準周波数（Ｖｎ）で固定しているため運転中に減速開始位置に到達したときにレベリング周波数（Ｖｊ）に切り替え、基準周波数（Ｖｎ）からレベリング周波数（Ｖｊ）まで一定の減速度で減速させた時の昇降距離（Ｓ）は常に同じになることで、着床位置の精度を上げている。
この制御方式は、速度検出器が不要であって低コストになると共に、速度検出系の故障に対するバックアップ手段が不要となる。

特開平１−２６８４７９号公報特開平５−１７０７９号公報特開平７−２９１５４２号公報

しかし、上記の従来の制御方法では、次の階などの短い昇降距離を移動する場合、基準周波数からレベリング周波数まで急減速してしまうと、重力の変化や振動などによる乗車かごの乗り心地が悪くなることがある。
なお、速度センサを持たないオープンループ速度制御方式によるエレベータ用インバータにおいて、負荷変動による着床精度を向上させる方法としては、特許文献１、特許文献２、特許文献３等に開示されたものがあるが、これらはいずれも、短い昇降距離を移動する場合の重力の変化や振動などによる乗車かごの乗り心地の改善策を提供するものではない。
本発明は、次の階などのような短い昇降距離を移動する場合の、重力の変化や振動などによる乗車かごの乗り心地を改善し、着床位置精度を向上させることを目的とする。

本発明の第１の構成は、誘導電動機をオープンループ制御のインバータで加速・定速・
減速制御し、減速制御は、エレベータ乗車かごが着床位置から一定の距離にある減速開始
位置に到達したときに一定の減速度で減速させるエレベータ用インバータの速度制御方法
において、前記誘導電動機の停止時に、基準周波数からレベリング周波数まで一定の減速
度で減速させた時の昇降距離を予め求めておき、この昇降距離と、任意の周波数からレベ
リング周波数まで一定の減速度で減速させた時の昇降距離とが同じになるように、基準周波数に１以下の所定の係数を乗じた中間周波数で一定速運転して昇降距離を調整し、その後、自動的に前記レベリング周波数まで一定の減速度で減速させることを特徴とするエレベータ用インバータの速度制御方法である。
また、本発明の第２の構成は、誘導電動機をオープンループ制御のインバータで加速・
定速・減速制御し、減速制御は、エレベータ乗車かごが着床位置から一定の距離にある減
速開始位置に到達したときに一定の減速度で減速させるエレベータ用インバータの速度制
御装置において、前記誘導電動機の停止時に、基準周波数からレベリング周波数まで一定
の減速度で減速させた時の昇降距離を予め求めておく手段と、前記求めた昇降距離と、任
意の周波数からレベリング周波数まで一定の減速度で減速させた時の昇降距離とが同じに
なるように、基準周波数に１以下の所定の係数を乗じた中間周波数で一定速運転して昇降距離を調整する手段と、前記昇降距離の調整後、自動的に前記レベリング周波数まで一定の減速度で減速させる手段とを含む速度補正制御手段を備えたことを特徴とするエレベータ用インバータの速度制御装置である。

本発明においては、任意の周波数（Ｖｓ）で運転中に、減速開始位置に到達した時、レベリング周波数（Ｖｊ）指令に切り替えるようにしている。
このとき、任意の周波数（Ｖｓ）からレベリング周波数（Ｖｊ）まで一定の減速度で減速させた時の昇降距離（Ｓ１）に、中間周波数（Ｖo）で一定速運転させた昇降距離と、その後自動的にレベリング周波数（Ｖｊ）まで一定の減速度で減速させた昇降距離とを加算することで、基準周波数（Ｖｎ）からレベリング周波数（Ｖｊ）まで一定の減速度で減速させた時の昇降距離Ｓとを等しくすることができる。

本発明によれば、停止時に予め基準周波数（Ｖｎ）からレベリング周波数（Ｖｊ）まで一定の減速度で減速させた時の昇降距離（Ｓ）と、任意の周波数からレベリング周波数まで一定の減速度で減速させた時の昇降距離（Ｓ１）が同じになるように、中間周波数（Ｖo）で一定速運転して昇降距離を調整し、その後自動的にレベリング周波数まで一定の減速度で減速させることで、昇降距離ＳとＳ１は同等のものを得ることができ、基準周波数からレベリング周波数まで急減速することによる重力の変化や振動などによる乗車かごの乗り心地に対して、任意の周波数に変更することで乗車かごの乗り心地を改善して、中間周波数で一定速運転して昇降距離を調整することで、着床精度を高めることができる。

図１は本発明の一実施形態を示す装置構成図である。
本実施形態において、エレベータ用インバータの速度制御装置は、交流電源１と、交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換する整流器２と、整流器２により整流された全波または半波整流電圧を平滑するコンデンサ３と、コンデンサ３によって平滑された直流電圧を所定の周波数および電圧の交流電圧に変換する電圧形インバータ主回路４と、この電圧形インバータ主回路４によって生成された交流電圧により駆動される誘導電動機５と、電圧形インバータ主回路４の周波数および電圧を制御する制御装置６と、誘導電動機５によって回転駆動される巻取機７と、この巻取機７に懸けられたワイヤーロープの一端に吊られた乗車かご８と、前記ワイヤーロープの他端に吊られた釣合い錘９とより構成されている。制御装置６はさらに、ＣＰＵ（中央処理装置）１０とＰＷＭ（パルス幅変調器）発生部１１とを備えている。

本実施形態においては、交流電源１の交流電圧は整流器２によって直流電圧に変換され、コンデンサ３によって平滑される。この直流電圧は電圧形インバータ主回路４によって出力周波数及び電圧が制御された交流電圧に変換されてエレベータの原動機である誘導電動機５に供給される。インバータ主回路４の運転周波数及び電圧の制御は、制御装置６からのゲートパルス周波数とパルス幅制御によって行われ、これにより誘導電動機５の運転速度が制御される。誘導電動機５は巻取機７を介して乗車かご８と釣合い錘９の負荷を駆動する。
ＣＰＵ１０を中枢部とする制御装置６は、エレベータの運転指令によって、定められた加減速度を持ちかつ昇降距離に応じた定速度時間を持つ速度パターンを生成して、インバータ運転周波数及び電圧の振幅を求め、これら周波数と電圧に従ってＰＷＭ発生部１１に供給するＰＷＭ波形のゲートパルスを得る。
ＣＰＵ１０に設ける速度補正制御手段は、任意の周波数（Ｖｓ）の設定値が変わっても、中間周波数（Ｖo）で一定速運転して昇降距離を調整し、その後エレベータの乗車かご８が減速開始位置に到達したときに自動的にレベリング周波数（Ｖｊ）まで一定の減速度で減速させる制御を行う。

図２は本発明の実施形態の動作例、図３はＣＰＵ１０における本発明実施後の動作フローを示す。ＣＰＵ１０は、エレベータ乗車かご８が運転中か停止中かの監視を行っており（Ｓ１００）、運転中は、通常は任意の周波数（Ｖｓ）で運転するように制御される（Ｓ１２０，Ｓ１３０）。乗車かご８が減速開始点に達すると、ＣＰＵ１０には減速開始点に到達したときにレベリング周波数（Ｖｊ）指令の信号が与えられ（Ｓ１２０）、この信号タイミングから中間周波数（Ｖ₀）で一定速運転して昇降距離を調整し（Ｓ１９０）、中間周波数（Ｖ₀）の減速度と同じ減速度でレベリング周波数（Ｖｊ）まで減速する（Ｓ１５０）。
昇降距離は、図６で示す領域（Ｓ）の面積で、停止中に予め求められ（Ｓ１１０）、基準周波数（Ｖｎ）からレベリング周波数（Ｖｊ）までの昇降距離（Ｓ）は下記の式で求まる。

ここで、Ｔｄｅｃ：減速時間、ｆｍａｘ：最高周波数、Ｖｎ：基準周波数、Ｖｓ：任意の周波数、Ｖｊ：レベリング周波数、Ｔ１：減速開始時のＳ字特性時間、Ｔ２：減速完了時のＳ字特性時間
この昇降距離Ｓの求め方を、図４および図５を参照して具体的に説明する。
図４において、ＶｎからＶｊまで減速するまでの昇降距離は、網かけ部分の面積となる。この面積を求めるために、先ず図５のようにＳ字の特性を考える。図５のＳ字特性時間Ｔ１の間は、加速度の増加が一定となるので次式で表される。

これより図４のＴ１間の速度は、次式で表される。

Ｔ１経過後は加速度が一定となり、速度は傾きfmax/Tdecで増加する直線となり、Ｔ２区間はＴ１区間とは逆向きの放物線となる。これらの面積を求めるために、Ｓ字特性区間を分解して考える。Ａ区間の関数は、次式で表される。

したがって、その面積Ａは次式のようになる。

Ｃ区間の関数は、

なので、その面積Ｃは次式となる。

Ｂ区間は上底がＶＴ２、下底がＶＴ１、高さＴ３の台形の面積を求めれば良い。
Ｂ区間は傾き

で線形に変化するので、高さＴ３は次式のようになる。

また、

なので、

となる。ここでＴ１≒Ｔ２を考えると、

を無視できる。

以上のことから、ＶｎからＶｊまでＳ字付きで減速した時の昇降距離Ｓは

となる（Ｓ１１０）。
また、図２に示す領域（Ｓ１）の面積は、任意の周波数（Ｖｓ）からレベリング周波数（Ｖｊ）までの昇降距離（Ｓ１）は下記の式で求まる（Ｓ１７０）。

昇降距離がＳ１＜Ｓの場合（Ｓ１８０）、Ｖoで運転する（Ｓ１９０）。次のスキャンで、停止中に求めたＳから現在の速度で進む距離を減算していく（Ｓ１６０）。

昇降距離がＳ１＝Ｓとなるまで、中間周波数（Ｖo）で待ってからレベリング周波数（Ｖｊ）まで減速することで、昇降距離ＳとＳ１を等しくすることができる。
つまり、下記の式が成立するように周波数指令を時間ｔで自動的に切り替えることで実現できる。

本発明の実施形態においては、ＶｓからＶｊ到達までの昇降距離が基準のＳと同じとなるように中間周波数（Ｖo）での運転時間を調整する。
すなわち、Ｖｓ（＜Ｖｎ）で運転中（Ｓ１３０）にＶｊを選択した（Ｓ１４０）時は、一旦Ｖｎの４０％（Ｖo）まで減速して（Ｓ１９０）、Ｖｊまで到達するまでの昇降距離がＳとなる時間まで待って（Ｓ１８０）から、Ｖｊまで減速する（Ｓ１５０）。
Ｖｎの４０％より小さい速度で運転中にＶｊを選択した時は、その速度でＶｊまで到達するまでの昇降距離がＳとなる時間まで待ってからＶｊまで減速する。
加速中にＶｊを選択した時は、その時の周波数指令により動作が異なる。
周波数指令＞（Ｖｎの４０％）の時は、Ｖｎの４０％でＶｊまで到達するまでの昇降距離がＳとなる時間まで待ってからＶｊまで減速し、周波数指令＜Ｖｎの４０％の時は、その周波数でＶｊまで到達するまでの移動時間がＳとなる時間まで待ってからＶｊまで減速する。
このようにして、昇降距離ＳとＳ１は同等のものを得ることができ、次の階などのような短い昇降距離を移動する場合、任意の周波数に変更することで、重力の変化や振動などによる乗車かごの乗り心地を改善して、中間周波数で一定速運転して昇降距離を調整することで、着床位置が大きくずれるという問題はなくなる。

本発明は、エレベータの乗車かごの急減速することによる重力の変化や振動などによる乗車かごの乗り心地を良くし、また、着床精度を高めたインバータ駆動のエレベータ用誘導電動機の速度制御に利用することができる。

本発明の一実施形態のエレベータ用インバータの速度制御装置を示す構成図である。本実施形態の実施後の動作例を示す説明図である。本実施形態の実施後の動作フロー図である。昇降距離の求め方を示す説明図である。Ｓ字特性の昇降距離の求め方を示す説明図である。従来装置の動作例を示す説明図である。従来装置の動作フロー図である。

符号の説明

１交流電源
２整流器
３コンデンサ
４インバータ主回路
５誘導電動機
６制御装置
７巻取機
８乗車かご
９釣合い錘
１０ＣＰＵ
１１ＰＷＭ発生部

Claims

誘導電動機をオープンループ制御のインバータで加速・定速・減速制御し、減速制御は
、エレベータ乗車かごが着床位置から一定の距離にある減速開始位置に到達したときに一
定の減速度で減速させるエレベータ用インバータの速度制御方法において、
前記誘導電動機の停止時に、基準周波数からレベリング周波数まで一定の減速度で減速
させた時の昇降距離を予め求めておき、この昇降距離と、任意の周波数からレベリング周
波数まで一定の減速度で減速させた時の昇降距離とが同じになるように、基準周波数に１以下の所定の係数を乗じた中間周波数で一定速運転して昇降距離を調整し、その後、自動的に前記レベリング周波数まで一定の減速度で減速させることを特徴とするエレベータ用インバータの速度制御方法。
誘導電動機をオープンループ制御のインバータで加速・定速・減速制御し、減速制御は
、エレベータ乗車かごが着床位置から一定の距離にある減速開始位置に到達したときに一
定の減速度で減速させるエレベータ用インバータの速度制御装置において、
前記誘導電動機の停止時に、基準周波数からレベリング周波数まで一定の減速度で減速
させた時の昇降距離を予め求めておく手段と、
前記求めた昇降距離と、任意の周波数からレベリング周波数まで一定の減速度で減速さ
せた時の昇降距離とが同じになるように、基準周波数に１以下の所定の係数を乗じた中間周波数で一定速運転して昇降距離を調整する手段と、
前記昇降距離の調整後、自動的に前記レベリング周波数まで一定の減速度で減速させる
手段と
を含む速度補正制御手段を備えたことを特徴とするエレベータ用インバータの速度制御装
置。