JP5228793B2 - エレベータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベータ制御装置に関するものである。

近年のエレベータにおいて、インバータやアクティブコンバータ等の電力変換装置は、ＰＷＭ方式で制御される。そして、エレベータの小型化、省エネ化、省スペース化により、ノイズ発生量が増加している。このノイズが、エレベータの設置されたビル内部の機器へ悪影響を及ぼす場合もある。

このため、ビルの電源を取り込む入力及びモータ出力に、ノイズフィルタが設けられる。このノイズフィルタは、主にコンデンサとコモンモードリアクトルからなる。コモンモードリアクトルは、コモンモードコイルと磁性体からなる。そして、コモンモードコイルの巻き付けターン数、磁性体の数量、大きさは、要求されるノイズ低減効果に基づいて決定される。

ここで、磁性体の磁気飽和が発生すると、コモンモードリアクトルのインダクタンスが、ほぼ０まで低下する。このため、ノイズフィルタとしてのノイズ低減効果が失われる。従って、ノイズフィルタに流れる最大のコモンモード電流が流れた場合でも磁性体の磁気飽和が発生しないように、コモンモードリアクトルが選定される。

また、磁性体の磁気飽和により、非常に大きくなった漏洩電流を打ち消す方法も提案されている。この方法は、漏洩電流を電流計で測定し、その位相、大きさを検出し、逆位相で同じ大きさの電流を接地ラインに流すものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１１１４２９号公報

コモンモード電流は、エレベータの加速、定速、減速、停止等の運行状態によって、明らかに異なる。即ち、インバータが動いていない停止中は、コモンモード電流が小さくなる。一方、ディファレンシャル電流が大きくなる力行運転の最大加速時や回生運転の最大減速時に、コモンモード電流が大きくなる。このため、ディファレンシャル電流が大きくなるポイントで飽和しないためには、大きな磁性体を多数必要とし、コモンモードリアクトルの大型化、コストの増大の問題が生じていた。

また、特許文献１記載のものは、装置自体の電力に制限された電流しか流すことができない。このため、全ての事象に対応させようとすると、装置の大型化が必要であった。また、特許文献１記載のものは、根本的に発生する漏洩電流を打ち消しているにすぎないため、絶えず、電力供給し続ける必要があった。

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、その目的は、ノイズ除去性能を犠牲にすることなく、コモンモードリアクトルを小型にすることができるエレベータ制御装置を提供することである。

この発明に係るエレベータ制御装置は、電源とエレベータ用モータとの間で、電力変換装置と直列に接続されたコモンモードリアクトルと、前記コモンモードリアクトルの磁性体に巻き付けられた磁気飽和抑制用コイルと、前記磁気飽和抑制用コイルに近接して設けられた磁気飽和抑制用抵抗と、エレベータの運転パターンに基づいて、前記磁性体が磁気飽和するか否かを判定し、前記磁性体が磁気飽和すると判定した場合は、前記磁気飽和抑制用コイルと前記磁気飽和抑制用抵抗とを接続して閉回路を構成し、前記磁性体が磁気飽和しないと判定した場合は、前記磁気飽和抑制用コイルと前記磁気飽和抑制用抵抗とを切り離す切替装置とを備えたものである。

この発明によれば、ノイズ除去性能を犠牲にすることなく、コモンモードリアクトルを小型にすることができる。

この発明を実施するための最良の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置が利用されるエレベータの全体構成図である。
図において、１は電源である。この電源１は、ビル側に設けられる。２はエレベータ用モータである。このエレベータ用モータ２は、エレベータの巻上機を駆動する機能を備える。３は電力変換装置である。この電力変換装置３は、インバータからなる。この電力変換装置３は、電源１とエレベータ用モータ２との間に設けられる。また、電源１と電力変換装置３との間には、エレベータ制御盤４が設けられる。

このエレベータ制御盤４は、ノイズフィルタを備える。このノイズフィルタは、電源用コモンモードリアクトル５、相間コンデンサ６、接地コンデンサ７を備える。電源用コモンモードリアクトル５は、電力変換装置３と直列に接続される。相間コンデンサ６は、電源用コモンモードリアクトル５と電力変換装置３との間で、各相間に接続される。接地コンデンサ７は、相間コンデンサ６と電力変換装置３との間で、各相と大地との間に接続される。さらに、電力変換装置３とエレベータ用モータ２との間には、モータ用コモンモードリアクトル８が単体で電力変換装置３と直列に接続される。

かかる構成のエレベータシステムにおいて、電力変換装置３の出力は、エレベータ用モータ２の対地間浮遊容量を通じて、エレベータ制御盤４や電源１との間で、漏洩電流のループを形成する。この漏洩電流は、電源用及びモータ用コモンモードリアクトル５、８により抑制される。しかし、電源用及びモータ用コモンモードリアクトル５、８の磁性体が磁気飽和した場合は、ノイズ源である電力変換装置３と電源１、エレベータ用モータ２との間の高周波インピーダンスが低くなる。この場合、漏洩電流が非常に大きくなり、ビル内の電器システムに悪影響を及ぼす場合がある。

そこで、本実施の形態においては、上記悪影響を排除するため、電源用コモンモードリアクトル５近傍に、電源用磁気飽和対策回路９が設けられる。電源用コモンモードリアクトル５は、磁気飽和抑制用コイル１０、磁気飽和抑制用抵抗１１、スイッチ１２を備える。磁気飽和抑制用コイル１０は、電源用コモンモードリアクトル５の磁性体（図１においては図示せず）に巻き付けられる。また、磁気飽和抑制用抵抗１１は、磁気飽和抑制用コイル１０に近接して設けられる。スイッチは、ＯＮした場合に、磁気飽和抑制用コイル１０と磁気飽和抑制用抵抗１１とを接続して閉回路を構成する機能を備える。

また、モータ用コモンモードリアクトル８近傍にも、モータ用磁気飽和対策回路１３が設けられる。モータ用コモンモードリアクトル８は、磁気飽和抑制用コイル１４、磁気飽和抑制用抵抗１５、スイッチ１６を備える。磁気飽和抑制用コイル１４は、電源用コモンモードリアクトル５の磁性体（図１においては図示せず）に巻き付けられる。また、磁気飽和抑制用抵抗１５は、磁気飽和抑制用コイル１４に近接して設けられる。スイッチ１６は、ＯＮした場合に、磁気飽和抑制用コイル１４と磁気飽和抑制用抵抗１５とを接続して閉回路を構成する機能を備える。

そして、エレベータ制御盤４は、かご呼に基づいて、エレベータの運転パターンを決定する機能を備える。また、エレベータ制御盤４は、エレベータの運転パターンに基づいて、電源用及びモータ用コモンモードリアクトル５、８の磁性体が磁気飽和するポイントを推測する機能を備える。そして、エレベータ制御盤４は、推測結果に基づいて、磁性体が磁気飽和するか否かを判定する機能を備える。

そして、エレベータ制御盤４は、磁性体が磁気飽和すると判定した場合は、磁気飽和抑制用コイル１１、１４と磁気飽和抑制用抵抗１２、１５とを接続して閉回路を構成する機能を備える。一方、エレベータ制御盤４は、磁性体が磁気飽和しないと判定した場合は、磁気飽和抑制用コイル１１、１４と磁気飽和抑制用抵抗１２、１５とを切り離す機能を備える。即ち、エレベータ制御盤４は、エレベータの運転パターンに基づいて、電源用及びモータ用磁気飽和対策回路９、１３の動作及び動作の解除を行う切替装置として機能する。これにより、根本的に、漏洩電流を消去することができる。

次に、図２を用いて、電源用コモンモードリアクトル５と電源用磁気飽和対策回路９との構成を、より具体的に説明する。なお、モータ用コモンモードリアクトル８とモータ用磁気飽和対策回路１３の構成も同様である。従って、以下では、これらの構成の説明は、省略する。
図２はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置に利用する電源用コモンモードリアクトルの斜視図である。

図２において、１７は磁性体である。この磁性体１７は、フェライトやアモルファス等からなる磁性体コアとして機能する。この磁性体１７には、電源１の三相の配線１８が平行状態を維持してコイル状に巻き付けられる。これらの配線１８は、電源用コモンモードリアクトル５のコモンモードコイルとして機能する。かかる構成の電源用コモンモードリアクトル５のリアクタンスは、以下の（１）式で表される。

Ｌ（Ｈ）＝μ_０・μ´・Ａｅ・Ｎ^２／Ｌｅ （１）
ただし、μ_０；真空透磁率 μ´；比透磁率 Ａｅ；コア断面積 Ｎ；巻数
Ｌｅ；コア有効磁路長

通常、μ´は、磁性体１７が有する数千という値である。しかし、磁性体１７の磁気飽和が発生した場合、μ´は、ほぼ１となる。このため、対応するインダクタンスは、ほぼ０となる。ここで、磁性体１７の磁束密度は、以下の（２）式で表される。
Ｈ（Ａ／ｍ）＝Ｎ・ｉ_ｃ／Ｌｅ （２）
ただし、ｉ_ｃ；コモンモード電流ピーク値

そして、この磁束密度と磁性体１７のＢ−Ｈカーブとに基づいて、磁性体１７の磁気飽和が発生する条件が求められる。このとき、この配線１８の太さは、ディファレンシャルモード電流を考慮して決定される。エレベータの場合、ディファレンシャルモード電流は、大きいもので数百アンペアにもなる。このため、配線１８は、かなりの太さになる。従って、配線１８の磁性体１７への巻き付けは、完全な均一とはならない。そして、この巻き付けのばらつきの影響が、コモンモード電流として現れる。

本実施の形態においては、さらに、磁気飽和抑制用コイル１０が、各コモンモードコイル近傍で、磁性体１７に巻き付いている。この磁気飽和抑制用コイル１０と、磁気飽和抑制用抵抗１１、スイッチ１２とで、電源用磁気飽和対策回路９が構成される。ここで、一般に、抵抗は、温度上昇により選定される。本実施の形態では、運行中のある期間のみ、磁気飽和抑制用抵抗１１が電力を消費する。従って、磁気飽和抑制用抵抗１１として、スイッチ１２が常時ＯＮしている場合に選定される抵抗よりも小型のものが選定される。

具体的には、磁気飽和抑制用抵抗１１は、磁性体１７が磁気飽和する継続時間に基づいて設定された瞬時電力定格の閾値よりも大きい瞬時電力定格を有するとともに、瞬時電力定格の閾値よりも小さい通常電力定格を有する。例えば、磁性体１７が磁気飽和する継続時間が５秒間の場合、５秒間は通常電力定格よりも１０倍の瞬時電力定格を有する磁気飽和抑制用抵抗１１が利用される。即ち、磁気飽和抑制用抵抗１１は、最大瞬間電力を通常電力定格とする抵抗の１／１０の大きさからなる。

次に、図３及び図４を用いて、エレベータ制御盤４の機能を、より具体的に説明する。
図３はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置が利用されるエレベータの速度とコモンモードコイルに流れる電流の関係を示す図である。図４はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置に利用される磁気飽和抑制用コイルと磁気飽和抑制用抵抗とが閉回路を構成した場合の等価回路である。

図３には、エレベータの力行加速時の場合の各種波形が示される。具体的には、図３（１）は、Ｒ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒの波形である。また、図３（２）は、エレベータの速度ｖの波形である。さらに、図３（３）は、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕの波形である。ここで、図３（１）〜（３）の横軸は、時間を表す。また、図３（１）、（３）の縦軸は、電流値を表す。また、図３（２）の縦軸は、エレベータの速度を表す。

コモンモード電流が大きくなるポイントは、エレベータの速度ｖや運行状態によって決定される。また、コモンモード電流は、ディファレンシャル電流に対応して大きくなる。さらに、図３に示すように、エレベータの速度ｖとディファレンシャル電流との関係は、各配線１８毎に異なる。従って、磁性体１７の磁気飽和が発生するポイントも、エレベータの運行状態における各配線１８毎に異なる。

具体的には、図３（１）に示すように、Ｒ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒが閾値ｉ_Ｒ０を超えた場合に、磁性体の磁気飽和が発生する。また、図３（３）に示すように、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕが閾値ｉ_Ｕ０を超えた場合に、磁性体１７の磁気飽和が発生する。また、Ｒ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒは、エレベータの速度ｖの増加に対し、比較的緩やかに増加する。一方、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕは、エレベータの速度ｖの増加に対し、急激に増加にする。その結果、Ｒ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒの磁気飽和継続時間は、比較的短い。一方、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕの磁気飽和継続時間は、比較的長い。

そこで、エレベータ制御盤４は、磁性体１７の磁気飽和が発生するＲ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒ、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕとエレベータの速度の関係を予め実験的に調べておく。このＲ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒ、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕは、電流制御用のＤＣ−ＣＴにより検出される。また、エレベータの速度は、巻上機の回転検出器により検出される。また、これらの関係は、テーブル状の磁気飽和条件データとして記憶される。

さらに、エレベータ制御盤４は、エレベータの運行状態を監視する。具体的には、エレベータ制御盤４は、エレベータの実速度を検出するとともに、Ｒ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒ、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕの実電流を検出する。また、エレベータ制御盤４は、実速度と実電流値とを磁気飽和条件データと比較し、磁性体１７が磁気飽和するか否かを判定する。そして、エレベータ制御盤４は、磁性体１７が磁気飽和すると判定した場合は、スイッチ１２をＯＮして、磁気飽和抑制用コイル１０と磁気飽和抑制用抵抗１１とを接続して閉回路を構成する。また、エレベータ制御盤４は、磁性体１７が磁気飽和しないと判定した場合は、スイッチ１２をＯＦＦして、磁気飽和抑制用コイル１０と磁気飽和抑制用抵抗１１とを切り離す。

ここで、エレベータ制御盤４がスイッチ１２をＯＮした場合は、図４に示す等価回路が成立する。図４において、１９はコモンモード電流源である。このコモンモード電流源１９に対し、磁性体１７のインダクタンス２０と磁気飽和抑制用抵抗１１とが並列に接続される。このため、コモンモード電流源１９から発生する電流は、磁性体１７のインダクタンス２０と磁気飽和抑制用抵抗１１とに分流される。即ち、磁気飽和抑制用抵抗１１が、電力の一部を熱に変換する。このため、磁性体１７の磁気飽和が抑制される。

最後に、図５を用いて、上記構成のエレベータ制御装置の動作を説明する。
図５はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、エレベータが始動すると、ステップＳ１で、エレベータの速度ｖが、閾値ｖ_０よりも大きいか否か判断される。エレベータの速度ｖが閾値ｖ_０よりも大きい場合は、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、Ｒ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒが、閾値ｉ_Ｒ０よりも大きいか否かが判断される。Ｒ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒが閾値ｉ_Ｒ０よりも大きい場合は、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、スイッチ１２がＯＮにされ、ステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ１で、レベータの速度ｖが閾値ｖ_０よりも小さい場合や、ステップＳ２で、Ｒ相電源側ディファレンシャル電流ｉ_Ｒが閾値ｉ_Ｒ０よりも小さい場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、スイッチ１２がＯＦＦされ、ステップＳ１に戻る。

一方、エレベータ用モータ２側についても、同様の動作となる。即ち、まず、ステップＳ５で、エレベータの速度ｖが、閾値ｖ_０よりも大きいか否か判断される。エレベータの速度ｖが閾値ｖ_０よりも大きい場合は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕが、閾値ｉ_Ｕ０よりも大きいか否かが判断される。Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕが閾値ｉ_Ｕ０よりも大きい場合は、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、スイッチ１６がＯＮにされ、ステップＳ５に戻る。一方、ステップＳ５で、エレベータの速度ｖが閾値ｖ_０よりも小さい場合や、ステップＳ６で、Ｕ相モータ側ディファレンシャル電流ｉ_Ｕが閾値ｉ_Ｕ０よりも小さい場合は、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、スイッチ１６がＯＦＦされ、ステップＳ４に戻る。

以上で説明した実施の形態１によれば、磁性体１７が磁気飽和するときは、磁気飽和抑制用コイル１０等と磁気飽和抑制用抵抗１１等とが接続され、閉回路が構成される。また、磁性体１７が磁気飽和しないときは、磁気飽和抑制用コイル１０等と磁気飽和抑制用抵抗１１等とが切り離される。このため、例えば、従来の使用方法であれば、力行加速等の運行の一部で数秒磁気飽和してしまうコモンモードリアクトルでも利用することができる。即ち、従来よりも小型のコモンモードリアクトルを選定することができる。また、コモンモードリアクトルの個数を減らすこともできる。

具体的には、エレベータの実速度とコモンモードリアクトルのコイルに流れる実電流とを磁気飽和条件と比較して、磁性体１７が磁気飽和するか否かが判定される。このため、確実に、磁性体１７の磁気飽和抑制しつつ、ノイズフィルタのノイズ抑制効果を発揮することができる。

また、磁気飽和抑制用抵抗１１等は、磁性体１７が磁気飽和する継続時間に基づいて設定された瞬時電力定格の閾値よりも大きい瞬時電力定格を有するとともに、瞬時電力定格の閾値よりも小さい通常電力定格を有する。このため、磁気飽和抑制用抵抗１１を小型にすることができる。即ち、ノイズフィルタ全体を小型にすることができる。

この発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置が利用されるエレベータの全体構成図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置に利用する電源用コモンモードリアクトルの斜視図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置が利用されるエレベータの速度とコモンモードコイルに流れる電流の関係を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置に利用される磁気飽和抑制用コイルと磁気飽和抑制用抵抗とが閉回路を構成した場合の等価回路である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 電源、 ２ エレベータ用モータ、 ３ 電力変換装置、
４ エレベータ制御盤（切替装置）、 ５ 電源用コモンモードリアクトル、
６ 相間コンデンサ、 ７ 接地コンデンサ、
８ モータ用コモンモードリアクトル、 ９ 電源用磁気飽和対策回路、
１０ 磁気飽和抑制用コイル、 １１ 磁気飽和抑制用抵抗、 １２ スイッチ、
１３ モータ用磁気飽和対策回路、 １４ 磁気飽和抑制用コイル、
１５ 磁気飽和抑制用抵抗、 １６ スイッチ、 １７ 磁性体、 １８ 配線、
１９ コモンモード電流源、 ２０ インダクタンス

Claims (3)

1. 電源とエレベータ用モータとの間で、電力変換装置と直列に接続されたコモンモードリアクトルと、
   前記コモンモードリアクトルの磁性体に巻き付けられた磁気飽和抑制用コイルと、
   前記磁気飽和抑制用コイルに近接して設けられた磁気飽和抑制用抵抗と、
   エレベータの運転パターンに基づいて、前記磁性体が磁気飽和するか否かを判定し、
   前記磁性体が磁気飽和すると判定した場合は、前記磁気飽和抑制用コイルと前記磁気飽和抑制用抵抗とを接続して閉回路を構成し、
   前記磁性体が磁気飽和しないと判定した場合は、前記磁気飽和抑制用コイルと前記磁気飽和抑制用抵抗とを切り離す切替装置と、
   を備えたことを特徴とするエレベータ制御装置。
2. 前記切替装置は、
   前記磁性体が磁気飽和する場合の前記エレベータの速度と前記コモンモードリアクトルのコイルに流れる電流との関係を磁気飽和条件として予め記憶し、
   前記エレベータの実速度を検出するとともに、前記コモンモードリアクトルのコイルに流れる実電流を検出し、
   前記実速度と前記実電流とを前記磁気飽和条件と比較して、前記磁性体が磁気飽和するか否かを判定することを特徴とする請求項１記載のエレベータ制御装置。
3. 前記磁気飽和抑制用抵抗は、前記磁性体が磁気飽和する継続時間に基づいて設定された瞬時電力定格の閾値よりも大きい瞬時電力定格を有するとともに、前記瞬時電力定格の閾値よりも小さい通常電力定格を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレベータ制御装置。

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