JP4679756B2 - エレベータの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２次電池を応用した省エネルギー形のエレベータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のエレベータの制御装置を示すシステム構成図である。
図５において、１は三相交流等の一般的な商用電源、２はインダクションモータ等の電動機を示し、この電動機２により巻上機３を回転駆動することにより、ロープ４の両端に接続されたエレベータのかご５および釣合い錘６を昇降させ、かご内の乗客を所定の階に運ぶ。
【０００３】
商用電源１から供給された交流電力は、ダイオード等で構成されたコンバータ（ＣＮＶ）１１を介して整流されて直流電力に変換され、変換された直流電力は直流母線９に供給される。その直流電力は、トランジスタやＩＧＢＴ等で構成されたインバータ（ＩＮＶ）１５を介して可変電圧可変周波数の交流電力に変換される。
【０００４】
マイクロコンピュータ等で構成されたコントローラ８は、エレベータ全体の管理・制御を行うものであり、このコントローラ８は、エレベータの起動・停止指令とともに、エレベータの位置・速度指令を作成する。インバータ制御回路１３は、電流検出装置１２からの電流帰還と、巻上機３に搭載したエンコーダなどからなる速度検出装置７からの速度帰還の情報をもとに、また、コントローラ８からの指令に基づいて、電動機２を回転駆動して、エレベータの位置・速度制御を実現する。この際、インバータ制御回路１３は、ゲートドライブ回路１４を介してインバータ１５の出力電圧及び出力周波数を制御する。
【０００５】
エレベータの釣合い錘６は、かご５に適度の負荷（通常は定格負荷の半分）が乗車しているときに釣り合う重さに設定されている。そこで、一般に、無負荷でかごを昇降させる場合において、かごが下降する時は電力を消費しながら運転する力行運転、上昇する時は速度エネルギーを電力に戻す回生運転となる。また、逆に、定格負荷で下降する時は回生運転、上昇する時は力行運転となる。一般的なエレベータでは、この回生運転時の回生電力は、回生抵抗制御回路１７により、回生抵抗１６で熱エネルギーに変換して消費される。
【０００６】
２次電池を応用した省エネルギー形のエレベータは、一般的に、２次電池として鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池を用いた電力蓄積装置２１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ等で構成される充放電回路２２と、充放電回路２２の充放電電力を制御する充放電制御回路２３と、エレベータの所要電力を演算し、商用電源１で足りない電力を電力蓄積装置２１から放電すべく充放電制御回路２３を制御する所要電力演算回路２４とを備えている。
【０００７】
そして、一般的に装置を小型化、安価に構成するために、２次電池の個数は少なく押さえられ、電池の出力電圧は直流母線９の電圧よりも低い。直流母線９の電圧は、一般的に商用電源１をコンバータ１１で整流した電圧近辺に制御されている。よって、電池放電時は、充放電回路２２の母線側出力を母線電圧まで昇圧させ、また、電池充電時は、充放電回路２２の母線側入力をコンバータ出力電圧よりも降圧させる必要があるため、充放電回路２２にはＤＣ−ＤＣコンバータが採用される。このＤＣ−ＤＣコンバータの放電ゲート及び充電ゲート制御を、充放電制御回路２３により行う。
【０００８】
図６は、上記充放電制御回路２３の回路例のブロック図を示す。
図６に示すように、充放電制御回路２３としては、電圧コントローラ３１、充電電流コントローラ３２、ＰＷＭ信号回路３３及びゲートドライブ回路３４からなる充電電力用制御回路と、放電電流コントローラ４１、ＰＷＭ信号回路４２、ゲートドライブ回路４３及び除算器４４でなる放電電力用制御回路とを備えている。
【０００９】
充電電力用制御回路において、電圧コントローラ３１は、図５に示すコントローラ８からの電圧指令と直流母線９の電圧帰還との偏差を例えば比例積分演算して充電電流指令値として出力する。充電電流コントロー３２は、上記電圧コントローラ３１からの充電電流指令と図５に示す電力蓄積装置２１と充放電回路２２との間に設けられた電流検出装置１０からの電流帰還との偏差を例えば比例積分演算して充電制御指令値として出力する。ＰＷＭ（パルス幅変調）信号回路３３は、上記充電電流コントローラ３２からの充電制御指令値に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータでなる充放電回路２２をＰＷＭ制御する制御信号を出力する。ゲートドライブ回路３４は、ＰＷＭ信号回路３３からの制御信号に基づいて充放電回路２２の充電ゲートを制御する。
【００１０】
ここで、電動機２から電力回生があった場合、直流母線９の電圧は、その回生電力により上昇し、直流母線９の電圧がコンバータ１１からの出力電圧よりも高くなった場合には、商用電源１からの電力供給は停止する。この直流母線９の電圧上昇がある規定電圧まで達すると、電圧コントローラ３１からの充電電流指令値の極性が反転し、充放電制御回路２３の制御により回生電力が電力蓄積装置２１に充電される。
【００１１】
一方、放電電力用制御回路において、除算器４５は、エレベータの所要電力を演算する所要電力演算装置２４の出力から、商用電源１で足りない電力を電力蓄積装置２１から放電するために放電電流指令値を出力する。つまり所要電力演算装置２４からの出力電力と、コントローラ８からの商用電源１の最大供給量の指令値となる商用電力との電力偏差値を電力蓄積装置２１のバッテリ電圧で除算して得られる放電電流指令値を出力する。放電電流コントローラ４１は、その放電電流指令値と図５に示す電力蓄積装置２１と充放電回路２２との間に設けられた電流検出装置１０からの電流帰還との差を例えば比例積分演算して放電制御指令値として出力する。ＰＷＭ信号回路４２は、上記放電電流コントローラ４１からの放電制御指令値に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータでなる充放電回路２２をＰＷＭ制御する制御信号を出力する。ゲートドライブ回路４３は、ＰＷＭ信号回路４２からの制御信号に基づいて充放電回路２２の放電ゲートを制御する。
【００１２】
ここで、力行運転時に、エレベータは電力供給を必要としており、必要とする電力を電力蓄積装置２１からの放電と商用電源１からの供給との両方でまかなう。除算器４５は、エレベータの所要電力を演算する所要電力演算装置２４の出力から、商用電源１で足りない電力を電力蓄積装置２１から放電するために放電電流指令値を出力する。このことにより、充放電制御回路２３の制御により電力が電力蓄積装置２１から放電され、適切な母線電圧に落ち着き、エレベータに必要な電力を供給することができる。
【００１３】
このように、回生電力を電力蓄積装置２１に蓄積し電力を再利用することにより、省エネルギーが実現される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、商用電源１からの電力に加え、二次電池などの電力蓄積装置２１からの充放電制御構成を備えるハイブリッドシステムでなるエレベータの制御装置では、電力蓄積装置２１のコストを下げたいという要求があるが、そのために小容量の電力蓄積装置にならざるを得ない。このように小容量の電力蓄積装置で、かつエレベータ運転時の回生電力を電力蓄積装置２１にできるだけ充電し力行運転時に活用することで、より省エネルギー効果をあげることが課題とされている。
【００１５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エレベータ運行状況もしくは電力蓄積装置の利用状況を把握することで、充放電電流を可変とすることにより、より有効に電力蓄積装置を活用することができ、省エネルギー効果を損なわず、かつ、低容量・安価な電力蓄積装置を用いた省エネルギー効果の高いエレベータの制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段とを備え、前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電流量と積算放電電流量を演算し、演算された積算充電電流量と積算放電電流量の比による充放電比率と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定するものである。
【００１９】
また、この発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段とを備え、前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量を演算し、演算された積算充電電力量と積算放電電力量の比による回生比率と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定するものである。
【００２０】
また、前記電流値制限回路は、力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かによって充放電電流制限値を可変するものである。
【００２２】
また、この発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段とを備え、前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電流量と積算放電電流量を演算し、演算された積算充電電流量と積算放電電流量の加算値と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転頻度が閑散運転状態かピーク運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定するものである。
【００２３】
また、この発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段とを備え、前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量を演算し、演算された積算充電電力量と積算放電電力量の加算値と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転頻度が閑散運転状態かピーク運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定するものである。
【００２４】
また、前記電流値制限回路は、閑散運転状態かピーク運転状態かによって充放電電流制限値を可変するものである。
【００２５】
さらに、前記電流値制限回路は、エレベータの運転頻度がピーク運転状態の場合に、前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量の比による回生比率と所定の判定値との比較に基づいて力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かによって充放電電流制限値を可変するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
この発明においては、電力蓄積装置の使用状態を計測し、計測データに応じた回生電力の充電および電力蓄積装置からの放電を制御することにより、電池寿命の長い充放電制御を行う。
【００２７】
以下、具体的な実施の形態について説明する。
実施の形態１．
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を示すシステム構成図である。
図１において、図５に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、５０は、電力蓄積装置２１の充放電電流、充放電電圧を計測する計測装置である。また、本実施の形態１に係る充放電制御回路２３Ａには、図２に示す如く、図６に示す従来例の充放電制御回路２３の回路ブロックに対し、充放電電流値制限回路５１が追加されて、充電と放電の電流最大指令値を調整することを可能にしている。
【００２８】
この実施の形態１において、前記充放電電流値制限回路５１は、計測装置５０の出力に基づいてエレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を可変設定して、充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える。
【００２９】
以下、図３に示すフローチャートを参照して充放電電流値制限回路５１の動作を説明する。
まず、エレベータ運転状態、つまりエレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定するため、判定時間として、例えば５分をタイマーに設定し、タイムカウントをスタートさせる（ステップＳ３１）。このタイマーの設定時間内で、計測装置５０による蓄電池（電力蓄積装置２１）の電流と電圧の測定出力を入力し（ステップＳ３２）、これに基づいて積算充放電電流量もしくは積算充放電電力量を演算する（ステップＳ３３）。
【００３０】
そして、タイマーによる設定時間が経過した時点で（ステップＳ３４）、演算された積算充電電流量／積算放電電流量による電力蓄積装置２１の充放電比率、もしくは積算充電電力量／積算放電電力量による回生比率を算出する（ステップＳ３５）。この値は、エレベータ運転状況が力行放電勝手の運転状態の時小さくなり、回生充電勝手の運転状態の時大きくなる。そこで、力行・回生勝手運転状態判定値を設定し、充放電比率もしくは回生比率が判定値より小さければ、エレベータは力行勝手運転状態であり、他方、充放電比率もしくは回生比率が判定値以上であれば、回生勝手運転状態であることが判定できる（ステップＳ３５，Ｓ３６，Ｓ３７）。
【００３１】
よって、力行勝手運転状態においては、力行時の放電電流を小さくし、回生時の充電電流を大きくするような、充放電電流制限値を設定する（ステップＳ３８）。また、回生勝手運転状態においては、力行時の放電電流を大きくし、回生時の充電電流を小さくするような、充放電電流制限値を設定する（ステップＳ３９）。
【００３２】
このように力行勝手か回生勝手かによって充放電電流制限値を設けることで、小容量の電力蓄積装置２１を有効に活用することができる。また、ステップＳ３５における判定値を複数設定することや、比率の算出に関数を設定すれば、力行・回生勝手運転状態を、より徴密に判定することが可能であり、その判定ごとに充放電電流制限値を設定させることで、より繊密な電力蓄積装置２１の充放電制御が可能となる。
【００３３】
電力蓄積装置２１の容量は、運転中の電力を充分に充放電できるだけの容量で設計されるのが常であるが、上述した実施の形態１によれば、力行勝手運転状態時には、放電電流の制限を小さく、充電電流の制限を高くし、逆に、回生勝手運転状態時には、放電電流の制限を高く、充電電流の制限を小さくすることで、電力蓄積装置２１の容量を低減することができる。
【００３４】
実施の形態２．
次に、この実施の形態２では、エレベータの運転頻度をさらに判定することで、より級密な電力蓄積装置２１の充放電を行うものである。
【００３５】
以下、図４に示すフローチャートを参照して充放電電流値制限回路５１の動作を説明する。
まず、エレベータ運転頻度を判定するため、つまりエレベータの運転頻度が閑散かピーク運転かを判定するため、判定時間として、例えば５分をタイマーに設定し、タイムカウントをスタートさせる（ステップＳ４１）。このタイマーの設定時間内で、計測装置５０による蓄電池（電力蓄積装置２１）の電流と電圧の測定出力を入力し（ステップＳ４２）、これに基づいて積算充放電電流量もしくは電力量を演算する（ステップＳ４３）。
【００３６】
そして、タイマーによる設定時間が経過した時点で（ステップＳ４４）、積算充電電流量＋積算放電電流量もしくは積算充電電力量＋積算放電電力量を算出する（ステップＳ４５）。この値は、エレベータの運転頻度が多いピーク運転時には大きくなり、エレベータの運転頻度が少ない閑散運転時には小さくなる。そこで、予め、閑散・ピーク運転状態判定値を設定し、積算充放電電流量の加算値もしくは積算充放電電力量の加算値が判定値以下であれば、エレベータは閑散運転状態であり、積算充放電電流量の加算値もしくは積算充放電電力量の加算値が判定値より大きければ、エレベータはピーク時運転状態であることが判定できる（ステップＳ４５，Ｓ４６，Ｓ４７）。
【００３７】
エレベータの運転頻度が少ない閑散運転時には、それに応じた充放電電流制限値を設定し、充放電電流指令値を制限値以内に抑える（ステップＳ４８）。また、エレベータの運転頻度が多いピーク運転時には、図３に示すステップＳ３５からＳ３９と同様にして充放電電流制限値を設定し、充放電電流指令値を制限値以内に抑える。
【００３８】
なお、ステップＳ４５における運転頻度の判定値を複数設定することや、積算量の加算値を関数として設定すれば、エレベータの運転頻度を、より徴密に判定することが可能であり、その判定ごとに充放電電流制限値を設定させることで、より繊密な電力蓄積装置２１の充放電制御が可能となる。
【００３９】
また、上記実施の形態２では、運転頻度の判定に、電力蓄積装置２１の充放電量の積算値を用いたが、充放電量ではなく、図１に示すコントローラ８でエレベータの起動頻度をカウントするようにしてもよく、図１に示す電流検出装置ＣＴ１２による所定時間内のモータ電流の積算値を用いるようにしても良いのは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上ように、この発明によれば、エレベータ運行状況もしくは電力蓄積装置の利用状況を把握することで、充放電電流を可変とすることにより、容量の小さな安価な電力蓄積装置を用いても、省エネルギー効果を低減することなく、かつ電池寿命の長い電力蓄積装置を用いた省エネルギー効果の高いエレベータの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るエレベータの制御装置を示すシステム構成図である。
【図２】 図１に示す充放電制御回路２３Ａの内部ブロック図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係るもので、図２に示す充放電電流値制限回路５１の動作を説明するフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態２に係るもので、図２に示す充放電電流値制限回路５１の動作を説明するフローチャートである。
【図５】 従来のエレベータの制御装置を示すシステム構成図である。
【図６】 図５に示す充放電制御回路２３の装置の内部ブロック図である。
【符号の説明】
１ 商用電源、２ 電動機、３ 巻上機、４ ロープ、５ かご、６ 釣り合い錘、７ 速度検出装置、８ コントローラ、９ 直流母線、１０ 電流検出装置、１１ コンバータ、１２ 電流検出装置、１３ インバータ制御回路、１４ゲートドライブ回路、１５ インバータ、１６ 回生抵抗、１７ 回生抵抗制御回路、２１ 電力蓄積装置、２２ 充放電回路、２３，２３Ａ 充放電制御回路、２４ 所要電力演算回路、５０ 計測装置、５１ 充放電電流値制限回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、２次電池を応用した省エネルギー形のエレベータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のエレベータの制御装置を示すシステム構成図である。
図５において、１は三相交流等の一般的な商用電源、２はインダクションモータ等の電動機を示し、この電動機２により巻上機３を回転駆動することにより、ロープ４の両端に接続されたエレベータのかご５および釣合い錘６を昇降させ、かご内の乗客を所定の階に運ぶ。
【０００３】
商用電源１から供給された交流電力は、ダイオード等で構成されたコンバータ（ＣＮＶ）１１を介して整流されて直流電力に変換され、変換された直流電力は直流母線９に供給される。その直流電力は、トランジスタやＩＧＢＴ等で構成されたインバータ（ＩＮＶ）１５を介して可変電圧可変周波数の交流電力に変換される。
【０００４】
マイクロコンピュータ等で構成されたコントローラ８は、エレベータ全体の管理・制御を行うものであり、このコントローラ８は、エレベータの起動・停止指令とともに、エレベータの位置・速度指令を作成する。インバータ制御回路１３は、電流検出装置１２からの電流帰還と、巻上機３に搭載したエンコーダなどからなる速度検出装置７からの速度帰還の情報をもとに、また、コントローラ８からの指令に基づいて、電動機２を回転駆動して、エレベータの位置・速度制御を実現する。この際、インバータ制御回路１３は、ゲートドライブ回路１４を介してインバータ１５の出力電圧及び出力周波数を制御する。
【０００５】
エレベータの釣合い錘６は、かご５に適度の負荷（通常は定格負荷の半分）が乗車しているときに釣り合う重さに設定されている。そこで、一般に、無負荷でかごを昇降させる場合において、かごが下降する時は電力を消費しながら運転する力行運転、上昇する時は速度エネルギーを電力に戻す回生運転となる。また、逆に、定格負荷で下降する時は回生運転、上昇する時は力行運転となる。一般的なエレベータでは、この回生運転時の回生電力は、回生抵抗制御回路１７により、回生抵抗１６で熱エネルギーに変換して消費される。
【０００６】
２次電池を応用した省エネルギー形のエレベータは、一般的に、２次電池として鉛蓄電池やニッケル水素蓄電池を用いた電力蓄積装置２１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ等で構成される充放電回路２２と、充放電回路２２の充放電電力を制御する充放電制御回路２３と、エレベータの所要電力を演算し、商用電源１で足りない電力を電力蓄積装置２１から放電すべく充放電制御回路２３を制御する所要電力演算回路２４とを備えている。
【０００７】
そして、一般的に装置を小型化、安価に構成するために、２次電池の個数は少なく押さえられ、電池の出力電圧は直流母線９の電圧よりも低い。直流母線９の電圧は、一般的に商用電源１をコンバータ１１で整流した電圧近辺に制御されている。よって、電池放電時は、充放電回路２２の母線側出力を母線電圧まで昇圧させ、また、電池充電時は、充放電回路２２の母線側入力をコンバータ出力電圧よりも降圧させる必要があるため、充放電回路２２にはＤＣ−ＤＣコンバータが採用される。このＤＣ−ＤＣコンバータの放電ゲート及び充電ゲート制御を、充放電制御回路２３により行う。
【０００８】
図６は、上記充放電制御回路２３の回路例のブロック図を示す。
図６に示すように、充放電制御回路２３としては、電圧コントローラ３１、充電電流コントローラ３２、ＰＷＭ信号回路３３及びゲートドライブ回路３４からなる充電電力用制御回路と、放電電流コントローラ４１、ＰＷＭ信号回路４２、ゲートドライブ回路４３及び除算器４４でなる放電電力用制御回路とを備えている。
【０００９】
充電電力用制御回路において、電圧コントローラ３１は、図５に示すコントローラ８からの電圧指令と直流母線９の電圧帰還との偏差を例えば比例積分演算して充電電流指令値として出力する。充電電流コントロー３２は、上記電圧コントローラ３１からの充電電流指令と図５に示す電力蓄積装置２１と充放電回路２２との間に設けられた電流検出装置１０からの電流帰還との偏差を例えば比例積分演算して充電制御指令値として出力する。ＰＷＭ（パルス幅変調）信号回路３３は、上記充電電流コントローラ３２からの充電制御指令値に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータでなる充放電回路２２をＰＷＭ制御する制御信号を出力する。ゲートドライブ回路３４は、ＰＷＭ信号回路３３からの制御信号に基づいて充放電回路２２の充電ゲートを制御する。
【００１０】
ここで、電動機２から電力回生があった場合、直流母線９の電圧は、その回生電力により上昇し、直流母線９の電圧がコンバータ１１からの出力電圧よりも高くなった場合には、商用電源１からの電力供給は停止する。この直流母線９の電圧上昇がある規定電圧まで達すると、電圧コントローラ３１からの充電電流指令値の極性が反転し、充放電制御回路２３の制御により回生電力が電力蓄積装置２１に充電される。
【００１１】
一方、放電電力用制御回路において、除算器４５は、エレベータの所要電力を演算する所要電力演算装置２４の出力から、商用電源１で足りない電力を電力蓄積装置２１から放電するために放電電流指令値を出力する。つまり所要電力演算装置２４からの出力電力と、コントローラ８からの商用電源１の最大供給量の指令値となる商用電力との電力偏差値を電力蓄積装置２１のバッテリ電圧で除算して得られる放電電流指令値を出力する。放電電流コントローラ４１は、その放電電流指令値と図５に示す電力蓄積装置２１と充放電回路２２との間に設けられた電流検出装置１０からの電流帰還との差を例えば比例積分演算して放電制御指令値として出力する。ＰＷＭ信号回路４２は、上記放電電流コントローラ４１からの放電制御指令値に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータでなる充放電回路２２をＰＷＭ制御する制御信号を出力する。ゲートドライブ回路４３は、ＰＷＭ信号回路４２からの制御信号に基づいて充放電回路２２の放電ゲートを制御する。
【００１２】
ここで、力行運転時に、エレベータは電力供給を必要としており、必要とする電力を電力蓄積装置２１からの放電と商用電源１からの供給との両方でまかなう。除算器４５は、エレベータの所要電力を演算する所要電力演算装置２４の出力から、商用電源１で足りない電力を電力蓄積装置２１から放電するために放電電流指令値を出力する。このことにより、充放電制御回路２３の制御により電力が電力蓄積装置２１から放電され、適切な母線電圧に落ち着き、エレベータに必要な電力を供給することができる。
【００１３】
このように、回生電力を電力蓄積装置２１に蓄積し電力を再利用することにより、省エネルギーが実現される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、商用電源１からの電力に加え、二次電池などの電力蓄積装置２１からの充放電制御構成を備えるハイブリッドシステムでなるエレベータの制御装置では、電力蓄積装置２１のコストを下げたいという要求があるが、そのために小容量の電力蓄積装置にならざるを得ない。このように小容量の電力蓄積装置で、かつエレベータ運転時の回生電力を電力蓄積装置２１にできるだけ充電し力行運転時に活用することで、より省エネルギー効果をあげることが課題とされている。
【００１５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エレベータ運行状況もしくは電力蓄積装置の利用状況を把握することで、充放電電流を可変とすることにより、より有効に電力蓄積装置を活用することができ、省エネルギー効果を損なわず、かつ、低容量・安価な電力蓄積装置を用いた省エネルギー効果の高いエレベータの制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段とを備え、前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電流量と積算放電電流量を演算し、演算された積算充電電流量と積算放電電流量の比による充放電比率と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定するものである。
【００１９】
また、この発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段とを備え、前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量を演算し、演算された積算充電電力量と積算放電電力量の比による回生比率と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定するものである。
【００２０】
また、前記電流値制限回路は、力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かによって充放電電流制限値を可変するものである。
【００２２】
また、この発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段とを備え、前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電流量と積算放電電流量を演算し、演算された積算充電電流量と積算放電電流量の加算値と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転頻度が閑散運転状態かピーク運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定するものである。
【００２３】
また、この発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段とを備え、前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量を演算し、演算された積算充電電力量と積算放電電力量の加算値と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転頻度が閑散運転状態かピーク運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定するものである。
【００２４】
また、前記電流値制限回路は、閑散運転状態かピーク運転状態かによって充放電電流制限値を可変するものである。
【００２５】
さらに、前記電流値制限回路は、エレベータの運転頻度がピーク運転状態の場合に、前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量の比による回生比率と所定の判定値との比較に基づいて力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かによって充放電電流制限値を可変するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
この発明においては、電力蓄積装置の使用状態を計測し、計測データに応じた回生電力の充電および電力蓄積装置からの放電を制御することにより、電池寿命の長い充放電制御を行う。
【００２７】
以下、具体的な実施の形態について説明する。
実施の形態１．
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を示すシステム構成図である。
図１において、図５に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、５０は、電力蓄積装置２１の充放電電流、充放電電圧を計測する計測装置である。また、本実施の形態１に係る充放電制御回路２３Ａには、図２に示す如く、図６に示す従来例の充放電制御回路２３の回路ブロックに対し、充放電電流値制限回路５１が追加されて、充電と放電の電流最大指令値を調整することを可能にしている。
【００２８】
この実施の形態１において、前記充放電電流値制限回路５１は、計測装置５０の出力に基づいてエレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を可変設定して、充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える。
【００２９】
以下、図３に示すフローチャートを参照して充放電電流値制限回路５１の動作を説明する。
まず、エレベータ運転状態、つまりエレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定するため、判定時間として、例えば５分をタイマーに設定し、タイムカウントをスタートさせる（ステップＳ３１）。このタイマーの設定時間内で、計測装置５０による蓄電池（電力蓄積装置２１）の電流と電圧の測定出力を入力し（ステップＳ３２）、これに基づいて積算充放電電流量もしくは積算充放電電力量を演算する（ステップＳ３３）。
【００３０】
そして、タイマーによる設定時間が経過した時点で（ステップＳ３４）、演算された積算充電電流量／積算放電電流量による電力蓄積装置２１の充放電比率、もしくは積算充電電力量／積算放電電力量による回生比率を算出する（ステップＳ３５）。この値は、エレベータ運転状況が力行放電勝手の運転状態の時小さくなり、回生充電勝手の運転状態の時大きくなる。そこで、力行・回生勝手運転状態判定値を設定し、充放電比率もしくは回生比率が判定値より小さければ、エレベータは力行勝手運転状態であり、他方、充放電比率もしくは回生比率が判定値以上であれば、回生勝手運転状態であることが判定できる（ステップＳ３５，Ｓ３６，Ｓ３７）。
【００３１】
よって、力行勝手運転状態においては、力行時の放電電流を小さくし、回生時の充電電流を大きくするような、充放電電流制限値を設定する（ステップＳ３８）。また、回生勝手運転状態においては、力行時の放電電流を大きくし、回生時の充電電流を小さくするような、充放電電流制限値を設定する（ステップＳ３９）。
【００３２】
このように力行勝手か回生勝手かによって充放電電流制限値を設けることで、小容量の電力蓄積装置２１を有効に活用することができる。また、ステップＳ３５における判定値を複数設定することや、比率の算出に関数を設定すれば、力行・回生勝手運転状態を、より徴密に判定することが可能であり、その判定ごとに充放電電流制限値を設定させることで、より繊密な電力蓄積装置２１の充放電制御が可能となる。
【００３３】
電力蓄積装置２１の容量は、運転中の電力を充分に充放電できるだけの容量で設計されるのが常であるが、上述した実施の形態１によれば、力行勝手運転状態時には、放電電流の制限を小さく、充電電流の制限を高くし、逆に、回生勝手運転状態時には、放電電流の制限を高く、充電電流の制限を小さくすることで、電力蓄積装置２１の容量を低減することができる。
【００３４】
実施の形態２．
次に、この実施の形態２では、エレベータの運転頻度をさらに判定することで、より級密な電力蓄積装置２１の充放電を行うものである。
【００３５】
以下、図４に示すフローチャートを参照して充放電電流値制限回路５１の動作を説明する。
まず、エレベータ運転頻度を判定するため、つまりエレベータの運転頻度が閑散かピーク運転かを判定するため、判定時間として、例えば５分をタイマーに設定し、タイムカウントをスタートさせる（ステップＳ４１）。このタイマーの設定時間内で、計測装置５０による蓄電池（電力蓄積装置２１）の電流と電圧の測定出力を入力し（ステップＳ４２）、これに基づいて積算充放電電流量もしくは電力量を演算する（ステップＳ４３）。
【００３６】
そして、タイマーによる設定時間が経過した時点で（ステップＳ４４）、積算充電電流量＋積算放電電流量もしくは積算充電電力量＋積算放電電力量を算出する（ステップＳ４５）。この値は、エレベータの運転頻度が多いピーク運転時には大きくなり、エレベータの運転頻度が少ない閑散運転時には小さくなる。そこで、予め、閑散・ピーク運転状態判定値を設定し、積算充放電電流量の加算値もしくは積算充放電電力量の加算値が判定値以下であれば、エレベータは閑散運転状態であり、積算充放電電流量の加算値もしくは積算充放電電力量の加算値が判定値より大きければ、エレベータはピーク時運転状態であることが判定できる（ステップＳ４５，Ｓ４６，Ｓ４７）。
【００３７】
エレベータの運転頻度が少ない閑散運転時には、それに応じた充放電電流制限値を設定し、充放電電流指令値を制限値以内に抑える（ステップＳ４８）。また、エレベータの運転頻度が多いピーク運転時には、図３に示すステップＳ３５からＳ３９と同様にして充放電電流制限値を設定し、充放電電流指令値を制限値以内に抑える。
【００３８】
なお、ステップＳ４５における運転頻度の判定値を複数設定することや、積算量の加算値を関数として設定すれば、エレベータの運転頻度を、より徴密に判定することが可能であり、その判定ごとに充放電電流制限値を設定させることで、より繊密な電力蓄積装置２１の充放電制御が可能となる。
【００３９】
また、上記実施の形態２では、運転頻度の判定に、電力蓄積装置２１の充放電量の積算値を用いたが、充放電量ではなく、図１に示すコントローラ８でエレベータの起動頻度をカウントするようにしてもよく、図１に示す電流検出装置ＣＴ１２による所定時間内のモータ電流の積算値を用いるようにしても良いのは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上ように、この発明によれば、エレベータ運行状況もしくは電力蓄積装置の利用状況を把握することで、充放電電流を可変とすることにより、容量の小さな安価な電力蓄積装置を用いても、省エネルギー効果を低減することなく、かつ電池寿命の長い電力蓄積装置を用いた省エネルギー効果の高いエレベータの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るエレベータの制御装置を示すシステム構成図である。
【図２】 図１に示す充放電制御回路２３Ａの内部ブロック図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係るもので、図２に示す充放電電流値制限回路５１の動作を説明するフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態２に係るもので、図２に示す充放電電流値制限回路５１の動作を説明するフローチャートである。
【図５】 従来のエレベータの制御装置を示すシステム構成図である。
【図６】 図５に示す充放電制御回路２３の装置の内部ブロック図である。
【符号の説明】
１ 商用電源、２ 電動機、３ 巻上機、４ ロープ、５ かご、６ 釣り合い錘、７ 速度検出装置、８ コントローラ、９ 直流母線、１０ 電流検出装置、１１ コンバータ、１２ 電流検出装置、１３ インバータ制御回路、１４ゲートドライブ回路、１５ インバータ、１６ 回生抵抗、１７ 回生抵抗制御回路、２１ 電力蓄積装置、２２ 充放電回路、２３，２３Ａ 充放電制御回路、２４ 所要電力演算回路、５０ 計測装置、５１ 充放電電流値制限回路。
Claims (7)
- 交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、
前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、
前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段と
を備え、
前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、
前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電流量と積算放電電流量を演算し、演算された積算充電電流量と積算放電電流量の比による充放電比率と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定する
ことを特徴とするエレベータの制御装置。 - 交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、
前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、
前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段と
を備え、
前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、
前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量を演算し、演算された積算充電電力量と積算放電電力量の比による回生比率と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転状態が力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定する
ことを特徴とするエレベータの制御装置。 - 請求項１または請求項２に記載のエレベータの制御装置において、
前記電流値制限回路は、力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かによって充放電電流制限値を可変する
ことを特徴とするエレベータの制御装置。 - 交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、
前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、
前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段と
を備え、
前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、
前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電流量と積算放電電流量を演算し、演算された積算充電電流量と積算放電電流量の加算値と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転頻度が閑散運転状態かピーク運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定する
ことを特徴とするエレベータの制御装置。 - 交流電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動してエレベータを運転するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線間に設けられて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積装置と、
前記直流母線に対する前記電力蓄積装置の充放電を制御する充放電制御手段と、
前記電力蓄積装置の電流・電圧の少なくとも１つを計測する計測手段と
を備え、
前記充放電制御手段は、前記計測手段からの出力に応じて充放電電流指令値を所定の充放電電流制限値以内に抑える電流値制限回路を備え、
前記電流値制限回路は、演算値として、所定時間内の前記計測手段からの出力に基づいて前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量を演算し、演算された積算充電電力量と積算放電電力量の加算値と所定の判定値との比較に基づいて、エレベータの運転頻度が閑散運転状態かピーク運転状態かを判定し、その判定結果に応じた充放電電流制限値を設定する
ことを特徴とするエレベータの制御装置。 - 請求項４または請求項５に記載のエレベータの制御装置において、
前記電流値制限回路は、閑散運転状態かピーク運転状態かによって充放電電流制限値を可変する
ことを特徴とするエレベータの制御装置。 - 請求項６に記載のエレベータの制御装置において、
前記電流値制限回路は、エレベータの運転頻度がピーク運転状態の場合に、前記電力蓄積装置の積算充電電力量と積算放電電力量の比による回生比率と所定の判定値との比較に基づいて力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かを判定し、力行勝手運転状態か回生勝手運転状態かによって充放電電流制限値を可変する
ことを特徴とするエレベータの制御装置。
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