JP4663849B2

JP4663849B2 - エレベータの制御装置

Info

Publication number: JP4663849B2
Application number: JP2000178339A
Authority: JP
Inventors: 正徳安江
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: JP2001354366A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、巻上機を駆動させる電動機にインバータによリ変換された可変電圧可変周波数の交流電力を供給して制御するエレベータの制御装置に関するものであり、特に、電動機の電気的制動力の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータによリ変換された可変電圧可変周波数の交流電力を供給して電動機を制御するものとして図６に示すものがある。
図６は、例えば特開平６−９１６４号公報などに示されるものと同様なエレベータの制御装置を示す全体構成図である。
図６において、１は電動機、２は電動機１により駆動される巻上機の綱車、３は巻上機の綱車２に巻きかけられた主索、４は主索３の一端に取り付けられたエレベータのかご、５は主索３の他端に取り付けられた釣合おもリ、６は機械的制動力を発生するブレーキであり、ブレーキ６を開放し、電動機１を駆動することによって、エレベータのかご４を昇降させる。
【０００３】
また、７は三相交流電源、８はエレベータ起動時に閉成される電磁接触器の接点、９は交流を直流に変換するコンバータ、１０は直流を平滑化する直流母線間コンデンサ、１１はスイッチング素子１１ａとダイオード１１ｂが並列接続で構成され、直流母線電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換する電圧形インバータ、１２はインバータ１１の出力電流を帰還電流として検出するための帰還電流検出器、１３はインバータ１１のスイッチング素子を制御するインバータ制御回路である。
【０００４】
さらに、１４は回生電力を消費するための抵抗、１５は抵抗１４と共に放電回路を構成するもので、抵抗１４に電流を流すための通電素子、１６は直流母線間コンデンサ１０の電圧が所定値を越えたときに、通電素子１５に導通指令を出す母線電圧制御回路である。なお、１７は電動機１の回転軸に設けられ電動機１の帰還速度を検出するための速度検出器、１８はエレベータの速度指令を生成する速度指令回路、１９は帰還速度と速度指令に基づいて電流指令を発生する速度制御回路、２０は直流母線の電流を検出する電流検出器、２１は電流検出器２０の信号を監視する過電流検出回路である。
【０００５】
次に、従来のエレベータの制御装置に係る動作について説明する。
エレベータに起動指令が入ると、電磁接触器の接点８が閉成して、三相電源７からコンバータ９へ交流電力が流入する。コンバータ９は、交流電力を直流電力に変換してコンデンサ１０を充電しインバータ１１への電力供給する。そして、ブレーキ６が開放すると、速度指令発生回路１８から速度指令が発生し、速度指令と帰還速度に基づき速度制御回路１９がインバータ制御回路１３に電流指令を送る。インバータ制御回路１３は、電流指令と帰還電流に基づきインバータ１１を制御し、可変電圧可変周波数の交流電圧を発生して電動機１を回転させ、これに係合された巻上機の綱車２および主索３を介してエレベータのかご４を昇降させる。
【０００６】
また、かご内が無負荷で上昇運転をする場合など、電動機１が回生運転に入ると、回生電力がインバータのダイオード１１ｂを介して環流し、コンデンサ１０の電圧が上昇する。この電圧が所定値以上になったことを母線電圧制御回路１６が検出して、通電素子１５に導通指令を出すと、回生電力が抵抗１４で消費されてコンデンサ１０の電圧、即ち直流母線電圧が低下する。これを繰り返すことで、回生電力が消費され、直流母線間の電圧が所定値以下に保たれる。
【０００７】
さらに、過電流検出回路２１は、直流母線の電流検出器２０により常にインバータ１１に流入する直流電流を監視しており、負荷短絡などの故障によリ電流値が所定値を超えると、過電流検出回路２１が異常を認識して、インバータのスイッチング素子１１ａの遮断あるいは接点８の開放によって瞬時にエレベータを急停止させる。
【０００８】
なお、電動機制御系の故障、例えば帰還電流検出器１２や速度検出器１７、インバータのスイッチング素子１１ａの故障、電磁接触器の接点８のＯＦＦ故障などによって、電動機に供給する交流電力を制御できない場合には、重故障ということでエレベータの再起動を阻止するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエレベータの制御装置は以上のように構成されているため、電動機制御系の故障によリエレベータのかごが階間に停止した場合、エレベータの再起動ができなくなり、乗客がかご内に閉じ込められるといった間題があった。
また、閉じ込めを防ぐために２重系として検出器や駆動回路を２系統用意しておくことも考えられるが、制御装置が高価なものとなるという間題がある。
【００１０】
この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたもので、階間に閉じ込められた乗客を安全に最寄リの階床まで導き、救出することのできるエレベータの制御装置を提供することを目的とする。
また、専用の検出器や駆動装置を設けることなく、安価に前記のエレベータの制御装置を構成することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決させるための手段】
この発明に係るエレベータの制御装置は、三相交流電源と、前記三相交流電源からの交流を直流に変換するコンバータと、前記三相交流電源と前記コンバータとを切り離す電磁接触器と、前記コンバータの直流母線側に接続されて直流を平滑化するコンデンサと、スイッチング素子とダイオードとの並列接続体を有し、前記コンバータの直流母線電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータからの出力に基づいて巻上機を駆動させる電動機と、前記電動機により駆動される巻上機の綱車に機械的制動力を発生するブレーキと、抵抗と当該抵抗に流れる電流を制御する通電素子とが直列接続してなり、かつ前記コンデンサに並列接続されてなり、コンデンサの充電電圧を放電させる放電回路と、前記インバータと前記電動機との間に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段による検出電流に基づいて前記インバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御回路と、前記コンデンサに充電される母線電圧に基づいて前記通電素子を制御する母線電圧制御回路とを備えたエレベータの制御装置において、前記電動機として永久磁石形同期電動機を採用すると共に、前記永久磁石形動機電動機がエレベータのかごの荷重が変動することに伴い変動する荷重不平衡による外力により回転されるとき速度が所定値以下になるような基準電圧を生成して前記母線電圧制御回路に出力する母線電圧指令回路をさらに備え、エレベータが階間で停止して、電動機制御系が故障して起動できない場合に、前記電磁接触器および前記インバータのスイッチング素子を遮断状態としたまま前記ブレーキを解放し、前記インバータのダイオードを介して前記直流母線に回生される回生電力により母線電圧が前記基準電圧を越えた場合に、前記母線電圧制御回路により前記通電素子を導通させて母線電圧を前記基準電圧以下に制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記インバータは、電圧型インバータであることを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記母線電圧指令回路は、前記基準電圧を、かごと釣合おもりの不平衡荷重と救出運転速度に基づいて決定することを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記母線電圧指令回路は、前記基準電圧を、電動機の回転速度と速度指令との差に基づいて決定することを特徴とするものである。
【００１５】
また、電動機の回転速度を、直流母線の電流の脈動により検出することを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、電動機の回転速度を、直流母線の電圧の脈動により検出することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施の形態１に係るエレベータの制御装置の構成を示すもので、特に救出運転時の構成を示し、通常運転時における図６に示す従来例と同様な部分を一部省略して示している。
【００１８】
図１において、図６に示す従来例と同一符号は同一部分を示しその説明は省略する。ただし、電動機１は永久磁石形同期電動機を採用している。新たな符号として、２２は、直流母線電圧の基準電圧を生成する母線電圧指令回路、３０、かご内の負荷を計測する秤装置を示し、母線電圧指令回路２２は、秤装置３０による検出値に基づくかご４と釣合おもり５の不平衡荷重と救出運転速度に基づいて基準電圧を決定して母線電圧制御回路１６に出力するようになされ、これに基づき、母線電圧制御回路１６は、直流母線電圧、つまりコンデンサ１０に蓄電される母線電圧が基準電圧を超えた場合に、通電素子１５を導通させるようにして、エレベータが階間で停止して、電動機制御系が故障して起動できない場合に、電磁接触器８およびインバータ１１のスイッチング素子１１ａを遮断状態としたままブレーキ６を解放し、母線電圧を基準電圧以下に制御するようになされている。
【００１９】
次に、本実施の形態に係るエレベータの制御装置の救出運転時の動作を示す。
なお、本実施の形態に係るエレベータの制御装置は、通常運転時は図６に示す従来例と同様の構成を備えてなリ、同様に動作するので、ここでは省略する。
【００２０】
エレベータが階間で停止しておリ、電動機制御系の故障により再起動ができない場合に、本制御装置は次の様に動作する。
まず、電磁接触器の接点８を開放したまま、ブレーキ６を開放する。また、インバータ制御回路１３によリインバータのスイッチング素子１１ａを電気的に遮断したままとしておく。
【００２１】
通常、かご４と釣合おもり５との間には多少の荷重不平衡があり、ブレーキ開放によってどちらか重い方に引かれるように巻上機の綱車２が回転し、これと係合された電動機１が回転する。電動機１が永久磁石形同期電動機の場合、電動機１は外力による回転のために発電機として作用し、発生した電力がインバータ１１へ流入する。インバータ１１のスイッチング素子１１ａは電気的に遮断されているため、電動機１からの発生電力はインバータ１１のダイオード１１ｂを通って直流母線に流れ込む。この電流によって、電動機１は制動力を発生する。
【００２２】
ところが、コンバータ９は電源側に電力を回生しないため、コンデンサ１０に充電されることになり、母線電圧は徐々に上昇し、電動機１の誘起電圧と母線電圧が釣り合ったところで、電動機１から直流母線への電力の流入ができなくなり、電動機１の制動力がゼロとなる。その結果、かご４の速度が一段と増速してしまうことになる。
【００２３】
そこで、この発明に係る制御装置では、速度指令発生回路１８から指令される救出運転速度以下に電動機１の速度を抑えるため、秤装置３０で計測されたかご内負荷に応じて予め設定された不平衡荷重に基づき母線電圧指令回路２２が母線電圧の基準電圧を指令する。母線電圧、つまりコンデンサ１０の蓄電電圧が基準電圧を超えた場合に、母線電圧制御回路１６が通電素子１６を導通させることで、直流母線、即ちコンデンサ１０に蓄えられた電力を抵抗１４で消費し、直流母線の電圧を低下させる。
これを繰り返すことで、母線電圧を基準電圧以下に保ち、電動機の制動力を連続的に確保する。なお、前記抵抗１４は等価的に電動機１の制動抵抗として作用する。
このようにして、母線電圧を基準電圧以下にすることによリ、エレベータかご４の速度を安全な速度に保ちながら、かご４を最寄りの階床まで遅転することが可能となる。
【００２４】
ここで、母線電圧を制御することによって、かご４の速度を制御できるのは次の理由による。
永久磁石形同期電動機１において、誘起電圧が速度に比例し、電流が誘起電庄と母線電圧の差電圧に比例し、制動トルクが電流に比例することを考慮すれば、母線電圧、電動機速度、制動トルクは、図２のような関係となる。
また、定常速度時を考えれば、制動トルクは不平衡荷重とみなすことができる。
したがって、そのときの不平衡荷重に応じて、母線電圧を制御すれば、電動機１の速度を所定値以下に抑えることができ、かご４の速度を制御することができる。
【００２５】
このようにすることで、この実施の形態１に係るエレベータの制御装置によれば、救出運転の際に、故障の考えられる速度検出器１７、帰還電流検出器１２、インバータ１１のスイッチング素子１１ａ、並びに電磁接触器８を用いずに、安全にかご４を最寄階まで運転し乗客を救出することができる。
なお、上述した制御では、電動機毎に図２に示す母線電圧と電動機速度、制動トルクの関係を把握することと、救出運転時の不平衡荷重を精度良く検出しておく必要がある。
【００２６】
実施の形態２．
これに対し、図２に示す母線電圧、電動機速度、制動トルクの関係データを用いない構成として、図３に示す実施の形態２に係る構成が考えられる。
図３は、この発明の実施の形態２に係るエレベータの制御装置の構成を示すもので、特に救出運転時の構成を示し、図１に示す実施の形態１と同様に、通常運転時における図６に示す従来例と同様な部分を一部省略して示している。
【００２７】
図３において、図１および図６に示す実施の形態１および従来例と同一符号は同一部分を示しその説明は省略する。新たな符号として、２３は、救出運転時に、速度指令発生回路１８からの速度指令と速度検出器１７からの帰還速度の偏差に基づいて母線電圧の基準電圧を作成する母線電圧指令回路である。
【００２８】
制動時には、図２に示すとおり、電動機速度と母線電圧との間に比例関係があるため、母線電圧指令回路２３により前記速度の偏差に基づいて基準電圧を指令すれば、帰還速度を指令速度に追従させることができる。
これによリ、電動機速度の検出値に基づいて、確実に指令速度でかごを運転できるので、乗客をより安全に救出することが可能となる。
【００２９】
実施の形態３．
上述した実施の形態２では、帰還速度を求めるのに速度検出器１７を用いたが、速度検出器の故障を考慮すると、速度検出器によらない構成として、図４に示す実施の形態３に係る構成が考えられる。
図４は、この発明の実施の形態３に係るエレベータの制御装置の構成を示すもので、特に救出運転時の構成を示し、図１および図３に示す実施の形態１および２と同様に、通常運転時における図６に示す従来例と同様な部分を一部省略して示している。
【００３０】
図４において、図１、図３および図６に示す実施の形態１、２および従来例と同一符号は同一部分を示しその説明は省略する。新たな符号として、２４は電流検出器２０により検出した直流母線の電流から回転速度を求める回転速度検出回路であり、この実施の形態３において、母線電圧指令回路２３は、回転速度検出回路２４からの帰還速度と速度指令発生回路１８からの速度指令との偏差に基づいて基準電圧を決定する。
【００３１】
前記のとおり、インバータ１１のスイッチング素子１１ａは電気的に遮断されているため、電動機１からの発生電力はインバータ１１のダイオード１１ｂを通って直流母線に流れ込む。この時のダイオード１１ｂは三相電源に対するダイオードコンバータ９と同様に作用するため、直流母線の電圧および電流は、図５の様に変化する。
【００３２】
図５に示すとおり、電動機１からの発電電力によって生じた直流母線の電流は電動機１の電気角１周期に対し、６回の脈動波形を呈する。この直流母線の電流の脈動を電流検出器２０による検出値に基づき回転速度検出回路２４で監視することで、電動機１の電気角速度を検出することができ、さらには、電動機１の極対数で電気角速度を除することで回転速度を検出することができる。
また、同様に、直流母線の電圧の脈動を監視することによっても電動機１の回転速度を検出することが可能である。
【００３３】
以上のように、故障の考えられる速度検出器１７によらず電動機１の回転速度を監視することで、より安全にかごを最寄階まで運転することができ、乗客の安全な救出が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の様に、この発明によれば、母線電圧制御回路により、母線電圧が基準電圧を越えた場合に通電素子を導通させるようにして、エレベータが階間で停止して、電動機制御系が故障して起動できない場合に、電磁接触器およびインバータのスイッチング素子を遮断状態としたままブレーキを解放し、母線電圧を基準電圧以下に制御することことで、エレベータの速度を安全な速度に保ちながら最寄階まで運転することができるので、安全に乗客を救出でき、電動機制御系の故障による乗客の閉じ込め率を下げることができる。また、救出運転装置の構成に、従来の制御装置の検出器や駆動回路を利用して、安全な救出運転を実現しているため、専用機器を追加することなく安価に救出運転装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるエレベータの制御装置を示す構成図である。
【図２】この発明による永久磁石形同期電動機の制動特性を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるエレベータの制御装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるエレベータの制御装置を示す構成図である。
【図５】この発明による救出運転時の直流母線の電圧と電流波形を示す説明図である。
【図６】従来のエレベータの制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１電動機（永久磁石形同期電動機）、２綱車、３主索、４かご、５釣合おもり、６ブレーキ、７三相交流電源、８電磁接触器、９コンバータ、１０コンデンサ、１１インバータ、１１ａスイッチング素子、１１ｂダイオード、１２電流検出器、１３インバータ制御回路、１４抵抗、１５通電素子、１６母線電圧制御回路、１７速度検出器、１８速度指令回路、１９速度制御回路、２０電流検出器、２１過電流検出回路、２２母線電圧指令回路、２３母線電圧指令回路、２４回転速度検出回路、３０秤装置。

Claims

三相交流電源と、
前記三相交流電源からの交流を直流に変換するコンバータと、
前記三相交流電源と前記コンバータとを切り離す電磁接触器と、
前記コンバータの直流母線側に接続されて直流を平滑化するコンデンサと、
スイッチング素子とダイオードとの並列接続体を有し、前記コンバータの直流母線電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータからの出力に基づいて巻上機を駆動させる電動機と、
前記電動機により駆動される巻上機の綱車に機械的制動力を発生するブレーキと、
抵抗と当該抵抗に流れる電流を制御する通電素子とが直列接続してなり、かつ前記コンデンサに並列接続されてなり、コンデンサの充電電圧を放電させる放電回路と、
前記インバータと前記電動機との間に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段による検出電流に基づいて前記インバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御回路と、
前記コンデンサに充電される母線電圧に基づいて前記通電素子を制御する母線電圧制御回路と
を備えたエレベータの制御装置において、
前記電動機として永久磁石形同期電動機を採用すると共に、
前記永久磁石形動機電動機がエレベータのかごの荷重が変動することに伴い変動する荷重不平衡による外力により回転されるとき速度が所定値以下になるような基準電圧を生成して前記母線電圧制御回路に出力する母線電圧指令回路をさらに備え、
エレベータが階間で停止して、電動機制御系が故障して起動できない場合に、前記電磁接触器および前記インバータのスイッチング素子を遮断状態としたまま前記ブレーキを解放し、前記インバータのダイオードを介して前記直流母線に回生される回生電力により母線電圧が前記基準電圧を越えた場合に、前記母線電圧制御回路により前記通電素子を導通させて母線電圧を前記基準電圧以下に制御することを特徴とするエレベータの制御装置。
請求項１に記載のエレベータの制御装置において、
前記インバータは、電圧型インバータであることを特徴とするエレベータの制御装置。
請求項１または２に記載のエレベータの制御装置において、
前記母線電圧指令回路は、前記基準電圧を、かごと釣合おもりの不平衡荷重と救出運転速度に基づいて決定することを特徴とするエレベータの制御装置。
請求項１または２に記載のエレベータの制御装置において、
前記母線電圧指令回路は、前記基準電圧を、電動機の回転速度と速度指令との差に基づいて決定することを特徴とするエレベータの制御装置。
請求項４に記載のエレベータの制御装置において、
電動機の回転速度を、直流母線の電流の脈動により検出することを特徴とするエレベータの制御装置。
請求項４に記載のエレベータの制御装置において、
電動機の回転速度を、直流母線の電圧の脈動により検出することを特徴とするエレベータの制御装置。