JP6021980B1 - Elevator control device - Google Patents
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Abstract
【課題】電力充電/アシスト機能を有するバッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせる。【解決手段】一実施形態に係るエレベータの制御装置30は、電圧検出部41、電圧予測部42、異常判定部43と、保護動作部44を備える。電圧予測部42は、乗りかご4の運転パターンに基づいてバッテリ装置20の電力アシスト量または電力充電量を予測し、その予測した電力からIGBT22aに流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンからIGBT22aのVce電圧値を予測する。電圧検出部41は、乗りかご4の運転時にIGBT22aのVce電圧値を検出する。異常判定部43は、Vceの予測値と検出値とを比較してIGBT22aの異常状態を判定する。保護動作部44は、異常判定部43の判定結果に基づいてIGBT22aの保護動作を実施する。【選択図】図1An abnormal state of a semiconductor switching element mounted on a power converter in a battery device having a power charging / assist function is detected and a protective operation is immediately performed. An elevator control device according to an embodiment includes a voltage detection unit, a voltage prediction unit, an abnormality determination unit, and a protection operation unit. The voltage prediction unit 42 predicts the power assist amount or the power charge amount of the battery device 20 based on the operation pattern of the car 4, predicts the current pattern that flows to the IGBT 22a from the predicted power, and determines the current pattern from the predicted current pattern. The Vce voltage value of the IGBT 22a is predicted. The voltage detector 41 detects the Vce voltage value of the IGBT 22 a when the car 4 is in operation. The abnormality determination unit 43 compares the predicted value of Vce and the detected value to determine the abnormal state of the IGBT 22a. The protection operation unit 44 performs the protection operation of the IGBT 22a based on the determination result of the abnormality determination unit 43. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、電力の充電/アシストが可能なバッテリ装置を備えたハイブリッド駆動型のエレベータの制御装置に関する。 The present invention relates to a hybrid drive type elevator control device including a battery device capable of charging / assisting electric power.
一般に、エレベータでは、巻上機の回転軸に巻き掛けられたロープの両端に乗りかごとカウンタウェイトが吊り下げられ、巻上機の回転によりロープを介して乗りかごがカウンタウェイトと反対方向につるべ式に昇降動作する。 Generally, in an elevator, a car and a counterweight are suspended from both ends of a rope wound around a rotating shaft of a hoisting machine, and the car hangs in a direction opposite to the counterweight via the rope by the rotation of the hoisting machine. It moves up and down.
ここで、例えば乗りかごが昇降路の下方向に動く場合に、そのときの乗りかごの荷重がカウンタウェイトより重ければ、巻上機が発電機として機能して電力が生じる。同様に、乗りかごが上方向に動く場合に、そのときの乗りかごの荷重がカウンタウェイトより軽い場合でも電力が生じる。このような電力を「回生電力」と呼び、そのときの運転を「回生運転」と呼んでいる。逆に、電力を必要とする運転を「力行運転」と呼ぶ。 Here, for example, when the car moves downward in the hoistway, if the load of the car at that time is heavier than the counterweight, the hoisting machine functions as a generator to generate electric power. Similarly, when the car moves upward, electric power is generated even if the load on the car at that time is lighter than the counterweight. Such power is called “regenerative power”, and the operation at that time is called “regenerative operation”. Conversely, an operation that requires electric power is called “power running operation”.
近年、このような回生運転時に生じた電力をバッテリに充電しておき、力行運転時または停電時にバッテリの電力を駆動系へアシスト可能なバッテリ装置(電源装置)を備えたハイブリッド型のエレベータが考えられている。 In recent years, a hybrid elevator equipped with a battery device (power supply device) that can charge a battery with electric power generated during such regenerative operation and assist the battery power in a driving system during powering operation or power failure is considered. It has been.
上記バッテリ装置には、DC/DC変換器等の電力変換器が組み込まれており、その電力変換器にIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を代表とした半導体スイッチング素子が用いられる。近年、この種の半導体スイッチング素子は小型化により短絡耐量が低くなっており、素子に短絡電流が流れ始めてから破壊に至るまでの時間が非常に短い。したがって、何らかの原因で短絡等の異常が発生した場合には直ぐに保護動作を働かせる必要がある。 The battery device incorporates a power converter such as a DC / DC converter, and a semiconductor switching element represented by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used as the power converter. In recent years, this type of semiconductor switching element has a low short-circuit tolerance due to downsizing, and the time from when a short-circuit current begins to flow to the element until destruction is very short. Accordingly, when an abnormality such as a short circuit occurs for some reason, it is necessary to immediately activate the protective operation.
エレベータ(乗りかご)の運転中に何らかの原因で半導体スイッチング素子に短絡等の異常が発生すると、上述したバッテリ装置の電力充電/アシスト機能が働かず、運転動作に支障がでる。 If an abnormality such as a short circuit occurs in the semiconductor switching element for some reason during the operation of the elevator (car), the above-described power charging / assist function of the battery device does not work and the driving operation is hindered.
本発明が解決しようとする課題は、電力充電/アシスト機能を有するバッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせることのできるエレベータの制御装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is an elevator that can detect an abnormal state of a semiconductor switching element mounted on a power converter in a battery device having a power charging / assist function and can immediately perform a protective operation. It is to provide a control device.
一実施形態に係るエレベータの制御装置は、乗りかごの回生運転時に発生する電力をバッテリに充電し、力行運転時または停電時に上記バッテリの電力を駆動系にアシストするバッテリ装置の駆動を制御する。このエレベータの制御装置は、電圧予測手段と、電圧検出手段と、異常判定手段と、保護動作手段とを備える。 A control device for an elevator according to an embodiment controls a drive of a battery device that charges a battery with electric power generated during regenerative operation of a car and assists the drive system with the electric power of the battery during powering operation or power failure. The elevator control device includes voltage predicting means, voltage detecting means, abnormality determining means, and protective operation means.
上記電圧予測手段は、上記乗りかごの運転パターンに基づいて上記バッテリ装置の電力アシスト量または電力充電量を予測し、その予測した電力から上記バッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子に流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンから上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を予測する。上記電圧検出手段は、上記乗りかごの運転時に上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する。上記異常判定手段は、上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値とを比較して上記半導体スイッチング素子の異常状態を判定する。上記保護動作手段は、この異常判定手段の判定結果に基づいて上記半導体スイッチング素子の保護動作を実施する。 The voltage predicting means predicts a power assist amount or a power charge amount of the battery device based on an operation pattern of the car, and semiconductor switching mounted on a power converter in the battery device from the predicted power. A current pattern flowing through the element is predicted, and a voltage value between the collector and the emitter of the semiconductor switching element is predicted from the predicted current pattern. The voltage detecting means detects a voltage value between a collector and an emitter of the semiconductor switching element during operation of the car. The abnormality determination unit compares the voltage value predicted by the voltage prediction unit with the voltage value detected by the voltage detection unit to determine an abnormal state of the semiconductor switching element. The protection operation unit performs the protection operation of the semiconductor switching element based on the determination result of the abnormality determination unit.
以下、図面を参照して実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係るハイブリッド駆動型のエレベータの構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hybrid drive type elevator according to the first embodiment.
このエレベータは、駆動装置10、バッテリ装置20、エレベータ制御装置30を備える。駆動装置10は、コンバータ11、平滑コンデンサ12、インバータ装置13を有し、エレベータ制御装置30の駆動指示に従って巻上機2の駆動に必要な電力を供給する。
The elevator includes a
なお、コンバータ11は、商用電源1から供給される交流電圧を直流電圧に変換するものである。商用電源1は、三相の交流電源からなる。平滑コンデンサ12は、コンバータ11によって変換された直流電圧のリプルを平滑する。インバータ装置13は、コンバータ11から平滑コンデンサ12を介して与えられた直流電圧をPWM(Pulse Width Modulation)制御により任意の周波数、電圧値の交流電圧に変換し、これを駆動電力として巻上機2に供給する。
Note that the
巻上機2は、同期電動機からなり、駆動装置10からの電力供給によって回転する。巻上機2には図示せぬシーブを介してロープ3が巻回されており、そのロープ3の一端には乗りかご4、他端にはカウンタウェイト5が連結されている。これにより、巻上機2の回転に伴い、ロープ3を介して乗りかご4とカウンタウェイト5がつるべ式に昇降動作する。
The hoisting
エレベータの駆動系に備えられたインバータ装置13には、少なくとも1組のIGBT(半導体スイッチング素子)13aと、このIGBT13aに逆並列に接続されるダイオード(整流素子)13bが回路素子として組み込まれている。
The
バッテリ装置20は、「電源装置」とも呼ばれ、電力の充電/アシスト機能を有する。バッテリ装置20は、AC/DC変換器21、DC/DC変換器22、DC/DC変換器23、バッテリ24からなり、商用電源1からの電力と回生運転時に生じた電力を駆動装置10から得てバッテリ24に蓄え、力行運転時にバッテリ24の電力を駆動装置10に供給する。また、このバッテリ装置20は、エレベータ制御装置30に対して所要の電力を供給可能な構成にある。
The
AC/DC変換器21は、AC側はエレベータ制御装置30に設けられた制御電源トランス31の一次側に、DC側はバッテリ装置20の直流母線に接続されている。このAC/DC変換器21は、AC(交流電流)からDC(直流電流)への変換機能と、DC(直流電流)からAC(交流電流)への変換機能を持つ。
The AC /
本実施形態では、通常運転時にバッテリ装置20からエレベータ制御装置30に対して所要の電力を供給する。その際、バッテリ装置20の電力(直流電流)をAC/DC変換器21で電圧の異なる交流電流に変換してエレベータ制御装置30の制御電源トランス31の一次側に与えている。
In the present embodiment, required power is supplied from the
DC/DC変換器22は、バッテリ24の前段に設けられており、DC(直流電流)から電圧の異なるDC(直流電流)への変換機能を持つ。本実施形態では、回生運転時に生じた電力を駆動装置10から得てバッテリ24に蓄える。その際、DC/DC変換器22でバッテリ24の規格電圧に変換してバッテリ24に蓄積する。また、力行運転時にバッテリ24の電力を駆動装置10に供給する際に、所定の電圧に変換して駆動装置10に与える。
The DC /
DC/DC変換器23は、非常用電源装置32とバッテリ装置20の直流母線との間に設けられ、DC(直流電流)から電圧の異なるDC(直流電流)への変換機能を持つ。このDC/DC変換器23は、駆動装置10で得られた回生電力またはバッテリ24の電力をエレベータ制御装置30の非常用電源として利用する場合に用いられる。
The DC /
エレベータ制御装置30は、「制御盤」とも言われ、エレベータ全体の制御を行う部分である。エレベータ制御装置30には、制御電源トランス31、非常用電源装置32、制御電源装置33、照明電源装置34、制御マイコン35が設けられている。
The elevator control device 30 is also referred to as a “control panel” and is a part that controls the entire elevator. The elevator control device 30 is provided with a
制御電源トランス31は、一次側に2種類の異なる電圧を入力可能な構成を有する。この制御電源トランス31の一次側の一方に商用電源1が接続され、一次側の他方にバッテリ装置20のAC/DC変換器21が接続されており、これらの電力が変圧されて二次側に接続された制御電源装置33、照明電源装置34に与えられる。
The
なお、例えばバッテリ装置20から供給される電力の電圧値V2は、商用電源1から供給される電力の電圧値V1よりも低く設定されていてもよい(V2<V1)。これは、駆動装置10とバッテリ装置20との間の電圧降下を考慮してのことである。
For example, the voltage value V2 of power supplied from the
非常用電源装置32は、非常灯やインターホンなどの非常時に用いられる機器に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。制御電源装置33は、制御マイコン35に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。照明電源装置34は、乗りかご4内の照明・空調機器に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。
The emergency
これらのうち、制御電源装置33と照明電源装置34は制御電源トランス31にて変圧された電力を受けて動作し、非常用電源装置32についてはバッテリ装置20からDC/DC変換器23を介して直接電力を受けて動作する。
Among these, the control
バッテリ24は、大容量かつ高性能な充放電機能を有する。このバッテリ24としては、例えばリチウムイオン電池が用いられる。
The
制御マイコン35は、エレベータ運転制御用のコンピュータである。この制御マイコン35は、駆動装置10の駆動制御やバッテリ装置20の充放電制御など、エレベータの運転に関する全体制御を行う。
The
また、図中のSW1〜4は電力供給/遮断切り替え用のスイッチである。 Also, SW1 to SW4 in the figure are switches for power supply / cutoff switching.
SW1は、商用電源1とエレベータ制御装置30の電力入力側である制御電源トランス31との間に接続された3相の電力供給ラインに設けられている。このSW1がONしているとき、商用電源1からエレベータ制御装置30に対して電力が供給される。
SW <b> 1 is provided in a three-phase power supply line connected between the commercial power supply 1 and a
SW2は、商用電源1と駆動装置10の電力入力側であるコンバータ11との間に接続された3相の電力供給ラインに設けられている。このSW2がONしているとき、商用電源1から駆動装置10に対して電力が供給される。
SW2 is provided in a three-phase power supply line connected between the commercial power source 1 and the
SW3は、駆動装置10の直流母線間とバッテリ装置20の直流母線間に接続された2本の電力供給ラインに設けられている。このSW3がONしているとき、駆動装置10からバッテリ装置20に対して電力が供給され、また、バッテリ装置20から駆動装置10に対して電力が供給される。
SW <b> 3 is provided in two power supply lines connected between the DC buses of the driving
SW4は、バッテリ装置20の電力出力側であるAC/DC変換器21とエレベータ制御装置30の電力入力側である制御電源トランス31に接続された3相の電力供給ラインに設けられている。このSW4がONしているとき、バッテリ装置20からエレベータ制御装置30に対して電力が供給され、また、エレベータ制御装置30を通じてバッテリ装置20に対して電力が供給される。
SW4 is provided in a three-phase power supply line connected to an AC /
このような構成において、駆動装置10とエレベータ制御装置30に対してバッテリ装置20が互いの電力をやり取り可能に接続されている。したがって、通常運転時に駆動装置10で得られた回生電力や商用電源電力をバッテリ装置20に蓄え、その蓄えた電力を力行運転時に駆動装置10に供給するだけでなく、エレベータ制御装置30にも与えてエレベータの運転に利用することができる。さらに、パーキング時に駆動装置10に対する電力供給が遮断されている状態でも、商用電源1の電力をエレベータ制御装置30を介してバッテリ装置20に与えてバッテリ24を充電することができる。
In such a configuration, the
すなわち、通常運転時には、SW1がOFF、SW2〜4がONしている。これにより、駆動装置10は商用電源1から供給される電力の他にバッテリ装置20からも電力を受けて動作することができ、また、回生運転時に得られた電力をバッテリ装置20に与えて充電することができる。
That is, during normal operation, SW1 is OFF and SW2-4 are ON. As a result, the
一方、エレベータ制御装置30もバッテリ装置20から供給される電力を受けて動作する。この場合、バッテリ装置20からエレベータ制御装置30に対して供給される電力には、駆動装置10で得られた回生電力が含まれる。
On the other hand, the elevator control device 30 also operates by receiving electric power supplied from the
このように、通常運転時にバッテリ装置20を有効活用してエレベータの運転を行うことができる。また、停電あるいは商用電源1の欠相異常が発生した場合でも、バッテリ24に蓄えられた電力を利用してエレベータの運転を継続することができる。その際、バッテリ装置20がエレベータ制御装置30に接続されているので、商用電源1からバッテリ装置20への切替え回路は不要であり、バッテリ電力を利用して乗りかご4を最寄階に一旦停止させた後、所定の時間だけ低速あるいは定格速度で運転を続けることができる。
Thus, the elevator can be operated by effectively utilizing the
また、例えば夜間などにおいて、通常運転が終了するとエレベータの運転を停止する。これを「パーキング」と呼んでいる。 In addition, for example, at night, when the normal operation ends, the operation of the elevator is stopped. This is called “parking”.
パーキング時には、SW1がON、SW2〜3がOFF、SW4がONしている。これにより、商用電源1からエレベータ制御装置30の制御電源トランス31を経由してバッテリ24を充電することができる。したがって、パーキングの間にバッテリ24に十分な電力を蓄えてから通常運転を開始することができる。なお、例えば駆動装置10が故障した場合にバッテリ装置20から非常用電源装置32に対して電力を与えることも可能である。
During parking, SW1 is ON, SW2-3 are OFF, and SW4 is ON. Thereby, the
ここで、エレベータ制御装置30には、上述したようなバッテリ装置20を用いた電力供給制御の他に、バッテリ装置20の電力変換器(21,22,23)に用いられている半導体スイッチング素子(IGBT)の異常状態を検出するための機能が備えられている。
Here, in addition to the power supply control using the
以下では、バッテリ装置20のDC/DC変換器22を例にして、このDC/DC変換器22に搭載されたIGBT22aの異常検出を行う構成について説明する。
Below, the structure which performs abnormality detection of IGBT22a mounted in this DC /
エレベータ制御装置30には、半導体スイッチング素子の異常検出機能として、電圧検出部41、電圧予測部42、異常判定部43、保護動作部44が備えられている。なお、図1の例では、異常検出機能を実現する電圧検出部41、電圧予測部42、異常判定部43、保護動作部44が制御マイコン35とは別に設けられているが、制御マイコン35内に設けておくことでも良い。
The elevator control device 30 includes a
電圧検出部41は、乗りかご4の運転時に監視対象とするIGBT22aのコレクタ−エミッタ間電圧Vceを検出する。
The
電圧予測部42は、乗りかご4の運転パターンに基づいてバッテリ装置20の電力アシスト量または電力充電量を予測し、その予測した電力からIGBT22aに流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンからIGBT22aのコレクタ−エミッタ間電圧Vceを予測する。上記運転パターンには、乗りかご4の運転方向、積載荷重および行先階が含まれる。つまり、運転前に乗りかご4の運転パターンとして得られる運転方向、積載荷重および行先階に基づいてインバータ装置13から得られる回生電力(充電電力)またはインバータ装置13に供給するアシスト電力(放電電力)を求め、その予測した電力からIGBT22aに流れる電流と電圧を予測する。
The
異常判定部43は、電圧予測部42によって予測されたコレクタ−エミッタ間電圧Vceと電圧検出部41によって検出されたコレクタ−エミッタ間電圧Vceとを比較してIGBT22aの異常状態を判定する。この場合、両者の電圧値の差分が予め設定された値以上であれば、IGBT22aが短絡状態にあると判定される。
The
保護動作部44は、異常判定部43の判定結果に基づいてIGBT22aの保護動作を実施する。具体的には、異常判定部43によってIGBT22aが短絡している状態が判定された場合には、保護動作部44は、直ちに乗りかご4を最寄階に停止させて、バッテリ装置20の駆動を停止する。
The
次に、IGBT22aの短絡状態を検出する方法について説明する。
Next, a method for detecting the short-circuit state of the
図2に示すように、IGBT22aが短絡すると、大きなコレクタ電流Ic(高di/dt)が短絡電流として流れる。このとき、素子の浮遊容量を通じてゲート−エミッタ間電圧Vgeが上昇する現象が発生する。また、図3および図4に示すように、コレクタ電流Icの上昇に伴い、通電時のコレクタ−エミッタ間電圧Vceの値も変化する。
As shown in FIG. 2, when the
ここで、乗りかご4の運転方向、積載荷重および行先階から回生電力(充電電力)またはアシスト電力(放電電力)が予測可能であり、その予測した電力からIGBT22aに対する通電電流のパターンを予測し、その通電電流からVceの電圧変化を予測することができる。何かの不具合でIGBT22aに短絡が発生すると、上述したようにIGBT22aに大きなコレクタ電流Icが流れるので、Vceの電圧値も変化する。したがって、その変化分を検出すれば、IGBT22aが短絡していることを検出できる。
Here, it is possible to predict the regenerative power (charging power) or assist power (discharging power) from the driving direction, loading load and destination floor of the
そこで、図1に示した電圧予測部42では、乗りかご4の運転前にそのときの運転パターン(運転方向、積載荷重および行先階)から回生電力(充電電力)またはアシスト電力(放電電力)を予測し、その予測した電力からIGBT22aに流れる電流パターンを予測し、その電流パターンからIGBT22aのコレクタ−エミッタ間電圧Vceを予測して異常判定部43に与える。なお、予測方法としては、例えば乗りかご4の運転パターン毎にIGBT22aに流れる電流と電圧との関係式を予め用意しておき、その関係式に従って予測する方法などがある。
Therefore, in the
一方、乗りかご4が運転されると、電圧検出部41によってIGBT22aのコレクタ−エミッタ間電圧Vceが検出され、異常判定部43に与えられる。異常判定部43では、電圧予測部42から与えられたVceの予測値と、電圧検出部41から与えられたVceの検出値とを比較する。
On the other hand, when the
この場合、IGBT22aが正常な状態であれば、予測値と検出値とは同じ値あるいは近似した値になる。IGBT22aが異常な状態であれば、予測値と検出値とは異なる値になる。そこで、異常判定部43は、予測値と検出値との差分を求め、その差分が予め設定された値以上であれば、IGBT22aが異常な状態つまり短絡状態であると判定する。
In this case, if the
異常判定部43によってIGBT22aが短絡状態であると判定されると、保護動作部44は、直ちに乗りかご4を最寄階に停止させて、バッテリ装置20の駆動を停止する。これにより、IGBT22aが破損する前にバッテリ装置20の駆動を停止でき、また、乗りかご4の運転を止めて乗客の安全を確保できる。
When the
このように、乗りかご4の運転パターンからVceの電圧値を予測し、その予測された電圧値と運転時に検出した電圧値とを比較することで、IGBT22aの異常状態を検出でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。
Thus, by predicting the voltage value of Vce from the driving pattern of the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
第2の実施形態では、上記第1の実施形態の構成に加え、監視対象であるIGBT22aの劣化状態に応じてVceの予測値を補正する機能を設けたものである。
In the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a function of correcting the predicted value of Vce according to the deterioration state of the
図5は第2の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。なお、上記第1の実施形態における図1の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。 FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an elevator control device according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the structure of FIG. 1 in the said 1st Embodiment, and the description shall be abbreviate | omitted.
図5の構成において、図1と異なる点は、エレベータ制御装置21に補正部45が設けられることである。この補正部45は、監視対象であるIGBT22aの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。
In the configuration of FIG. 5, the difference from FIG. 1 is that the
図6はIGBT22aの概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the
シリコンからなるIGBTチップ51は、ボンディングワイヤ52を介してセラミック基板53上に形成された主電極に接続される。セラミック基板53は放熱用の銅ベース55に半田54で接合されている。銅ベース55の下には放熱器56が設けられており、矢印で示すように、IGBTチップ51に発生した熱を放熱板である銅ベース55を介して放熱器56に逃がしている。
The IGBT chip 51 made of silicon is connected to a main electrode formed on the ceramic substrate 53 via a
ここで、エレベータの運転に伴い、IGBT22aが発熱/休止を繰り返して、銅ベース55に温度変動が生じると、セラミック基板53と銅ベース55の熱膨張係数の違いによって、接合部の半田54に応力がかかり、脆化(クラック)が生じる問題がある。
Here, when the
このときの状態が図7である。IGBT22aの経年的な使用に伴い、セラミック基板53と銅ベース55とを接合している半田54の脆化が激しくなると、放熱性能が著しく低下し、ジャンクション温度が上昇してIGBTチップ51が熱で破損する。特にエレベータのような急加速・停止を繰り返す使い方をしている場合、IGBT22aに加わる熱ストレスは大きくなり、上記現象が顕著に現れる。
The state at this time is shown in FIG. With the aging of the
IGBT22aに通電している電流が一定であれば、図8に示すように、IGBTチップ51の温度Tjによってコレクタ−エミッタ間電圧Vceが変動する。つまり、温度Tjが高くなるほど、Vceの電圧値が上がる。
If the current applied to the
そこで、保守点検時あるいは図示せぬ監視センタからの遠隔操作により、所定の条件でバッテリ装置20を駆動、IGBT22aの電圧変化を初期値と比較することで、劣化の状態を判定する。
Therefore, the deterioration state is determined by driving the
「所定の条件」とは、例えば乗りかご4をパーキングした状態で、SW1をON、SW2〜3をOFF、SW4をONして、商用電源1をバッテリ装置20に接続して充電中の状態にすることである。乗りかご4をパーキングした状態で、商用電源1をバッテリ装置20に接続して充電中の状態にすると、IGBT22aに一定のコレクタ電流Icが流れる。したがって、そのときのコレクタ−エミッタ間電圧Vceを測定すれば、初期値との比較により劣化の進行度が分かる。
The “predetermined condition” is, for example, when the
図5に示した補正部45は、上記のように一定の条件でIGBT22aを通電したときに検出されるVceの電圧値からIGBT22aの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。この場合、IGBT22aの劣化が進んでいるほど、電圧値を上げるようにVceの電圧特性を補正する。異常判定部43では、補正後の電圧特性から得られるVceの予測値と運転時のVceの検出値とを比較してIGBT22aの異常判定を行う。
The
(変形例)
上記第2の実施形態では、一定の条件でIGBT22aを通電したときに検出されるVceの電圧値からIGBT22aの劣化状態を判定したが、Vgeの電圧値を計測することでも劣化状態を判定することが可能である。
(Modification)
In the second embodiment, the deterioration state of the
図8に示した特性図は、Vge=15Vのデータである。同じIGBT素子の温度でも、図9に示すようにVgeの値によって、コレクタ−エミッタ間電圧Vceの値が変化する。この例では、Vge=20V,15V,12V,10V,8Vに変えた場合のVceの特性が示されている。 The characteristic diagram shown in FIG. 8 is data of Vge = 15V. Even at the temperature of the same IGBT element, the value of the collector-emitter voltage Vce varies depending on the value of Vge as shown in FIG. In this example, the characteristics of Vce when Vge = 20V, 15V, 12V, 10V, and 8V are changed are shown.
IGBT素子のゲート回路には、アルミ電解コンデンサ等の特性劣化する用品が実装されているので、コレクタ−エミッタ間電圧Vgeが経年的に変化する場合がある。したがって、IGBT22aを通電したときのVgeを測定して初期値と比較すれば、その変動分からIGBT22aの劣化状態を判定できる。
Since the gate circuit of the IGBT element is mounted with an article that deteriorates characteristics such as an aluminum electrolytic capacitor, the collector-emitter voltage Vge may change over time. Therefore, if Vge when the
図5に示した補正部45は、上記のように一定の条件でIGBT22aを通電したときに検出されるVceの電圧値からIGBT22aの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。この場合、IGBT22aの劣化が進んでいるほど、電圧値を上げるようにVceの電圧特性を補正する。異常判定部43では、補正後の電圧特性から得られるVceの予測値と運転時のVceの検出値とを比較してIGBT22aの異常判定を行う。
The
このように、監視対象とするIGBT22aの劣化状態に応じて電圧予測部42によって予測される電圧値を補正することで、IGBT22aの異常状態をより正確に判定でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。
In this way, by correcting the voltage value predicted by the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
第3の実施形態では、上記第1の実施形態の構成に加え、監視対象とするIGBT22aの温度条件を考慮してVceの予測値を補正する機能を設けたものである。
In the third embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a function for correcting the predicted value of Vce in consideration of the temperature condition of the
図10は第3の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。なお、上記第1の実施形態における図1の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。 FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an elevator control device according to the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the structure of FIG. 1 in the said 1st Embodiment, and the description shall be abbreviate | omitted.
図10の構成において、図1と異なる点は、エレベータ制御装置21に温度検出部46と補正部47が設けられることである。この温度検出部46は、監視対象とするIGBT22aの周囲の温度を検出する。IGBT22aの周囲とは、IGBT22aが搭載されたバッテリ装置20の周囲を含む。補正部47は、温度検出部46によって検出された温度からIGBT22aのジャンクション温度の上昇状態を予測し、そのジャンクション温度の上昇状態に応じて電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。
In the configuration of FIG. 10, the difference from FIG. 1 is that the
すなわち、IGBT22aが搭載されたバッテリ装置20の周囲の温度は常に一定とは限らず、エレベータの稼働率や季節によっても異なる。特に、夏と冬とでは温度差が顕著に現れる。バッテリ装置20に用いられているIGBT22aのジャンクション温度もその周囲温度の影響を受けるため、Vceの電圧特性を変動するものと考えられる。
That is, the temperature around the
そこで、バッテリ装置20の近傍に図示せぬ温度センサを設置しておき、この温度センサによって測定された温度を温度検出部46にて検出する。補正部47では、温度検出部46によって検出された温度を考慮して電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。
Therefore, a temperature sensor (not shown) is installed in the vicinity of the
例えば、IGBT22aの周囲温度が初期時に測定した温度よりも5度高い状況であったとする。このような場合には、その温度差の5度だけ電圧値を上げるようにVceの電圧特性を補正する。これにより、異常判定部43では、補正後の電圧特性から得られるVceの予測値と運転時のVceの検出値とを比較してIGBT22aの異常判定を行う。
For example, it is assumed that the ambient temperature of the
(変形例)
上記第3の実施形態では、IGBT22aの周囲温度を考慮してVceの電圧特性を補正したが、IGBT22aの内部温度を考慮してVceの電圧特性を補正することでも良い。
(Modification)
In the third embodiment, the Vce voltage characteristic is corrected in consideration of the ambient temperature of the
すなわち、夏と冬では冷却の時定数が異なり、通電時のIGBTチップの温度変化に差が発生する。例えば、前からの通電により熱がこもっている場合には、内部温度が高めになる。 That is, the time constant of cooling differs between summer and winter, and a difference occurs in the temperature change of the IGBT chip during energization. For example, when heat is accumulated due to the energization from the front, the internal temperature becomes high.
そこで、IGBT22aの内部温度を図示せぬ温度センサで測定する構成とし、その温度を温度検出部46にて検出する。補正部47では、温度検出部46によって検出された温度を考慮して電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。
Therefore, the internal temperature of the
例えば、IGBT22aの内部温度が初期時に測定した温度よりも5度高い状況であったとする。このような場合には、その温度差の5度だけ電圧値を上げるようにVceの電圧特性を補正する。これにより、異常判定部43では、補正後の電圧特性から得られるVceの予測値と運転時のVceの検出値とを比較してIGBT22aの異常判定を行う。
For example, it is assumed that the internal temperature of the
このように、監視対象とするIGBT22aの温度条件を考慮してVceの予測値を補正することで、IGBT22aの異常状態をより正確に判定でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。
In this way, by correcting the predicted value of Vce in consideration of the temperature condition of the
なお、上記各実施形態では、バッテリ装置20の中のDC/DC変換器22に搭載されたIGBT22aの異常状態を検出する場合について説明したが、バッテリ装置20に組み込まれた他の電力変換器(AC/DC変換器21,DC/DC変換器23)についても同様である。
In each of the above-described embodiments, the case where the abnormal state of the
以上述べた少なくとも1つの実施形態によれば、電力充電/アシスト機能を有するバッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせることのできるエレベータの制御装置を提供することができる。 According to at least one embodiment described above, it is possible to detect an abnormal state of a semiconductor switching element mounted on a power converter in a battery device having a power charging / assist function and to immediately perform a protective operation. An elevator control device can be provided.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…商用電源、2…巻上機、3…ロープ、4…乗りかご、5…カウンタウェイト、10…駆動装置、11…コンバータ、12…平滑コンデンサ、13…インバータ、13a…IGBT、20…バッテリ装置、21…AC/DC変換器、22…DC/DC変換器、22a…IGBT、23…DC/DC変換器、24…バッテリ、30…エレベータ制御装置、31…制御電源トランス、32…非常用電源装置、33…制御電源装置、34…照明電源装置、35…制御マイコン、30…エレベータ制御装置、41…電圧検出部、42…電圧予測部、43…異常判定部、44…保護動作部、45…補正部、46…温度検出部、47…補正部、51…IGBTチップ、52…ボンディングワイヤ、53…セラミック基板、54…半田、55…銅ベース、56…放熱器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Commercial power supply, 2 ... Hoisting machine, 3 ... Rope, 4 ... Car, 5 ... Counter weight, 10 ... Drive apparatus, 11 ... Converter, 12 ... Smoothing capacitor, 13 ... Inverter, 13a ... IGBT, 20 ... Battery Equipment: 21 ... AC / DC converter, 22 ... DC / DC converter, 22a ... IGBT, 23 ... DC / DC converter, 24 ... Battery, 30 ... Elevator control device, 31 ... Control power transformer, 32 ... Emergency
Claims (7)
上記乗りかごの運転パターンに基づいて上記バッテリ装置の電力アシスト量または電力充電量を予測し、その予測した電力から上記バッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子に流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンから上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を予測する電圧予測手段と、
上記乗りかごの運転時に上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する電圧検出手段と、
上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値とを比較して上記半導体スイッチング素子の異常状態を判定する異常判定手段と、
この異常判定手段の判定結果に基づいて上記半導体スイッチング素子の保護動作を実施する保護動作手段と
を具備したことを特徴とするエレベータの制御装置。 In an elevator control device that controls the driving of a battery device that charges the battery with electric power generated during regenerative operation of the car and assists the drive system with the electric power of the battery during powering operation or power failure,
A power assist amount or a power charge amount of the battery device is predicted based on an operation pattern of the car, and a current pattern flowing from the predicted power to a semiconductor switching element mounted on a power converter in the battery device is determined. Voltage predicting means for predicting and predicting a voltage value between the collector and emitter of the semiconductor switching element from the predicted current pattern;
Voltage detecting means for detecting a voltage value between a collector and an emitter of the semiconductor switching element during operation of the car;
An abnormality determination unit that compares the voltage value predicted by the voltage prediction unit with the voltage value detected by the voltage detection unit to determine an abnormal state of the semiconductor switching element;
An elevator control apparatus comprising: a protection operation unit that performs a protection operation of the semiconductor switching element based on a determination result of the abnormality determination unit.
上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値との差分が予め設定された値以上であった場合に上記半導体スイッチング素子が短絡状態にあると判定することを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。 The abnormality determination means is
Determining that the semiconductor switching element is in a short-circuited state when the difference between the voltage value predicted by the voltage predicting means and the voltage value detected by the voltage detecting means is greater than or equal to a preset value. The elevator control device according to claim 1, wherein:
A deterioration state of the semiconductor switching element is determined from a comparison between a voltage value between the collector and the emitter when the semiconductor switching element is energized under a certain condition and a preset initial value, and the voltage is determined according to the deterioration state. 2. The elevator control apparatus according to claim 1, further comprising correction means for correcting a voltage value predicted by the prediction means.
この温度検出手段によって検出された温度から上記半導体スイッチング素子のジャンクション温度の上昇状態を予測し、そのジャンクション温度の上昇状態に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。 Temperature detecting means for detecting the ambient temperature of the semiconductor switching element;
The semiconductor device further includes a correcting unit that predicts a rising state of the junction temperature of the semiconductor switching element from the temperature detected by the temperature detecting unit and corrects a voltage value predicted by the voltage predicting unit according to the rising state of the junction temperature. The elevator control device according to claim 1.
この温度検出手段によって検出された温度変化に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。 Temperature detecting means for detecting a temperature change inside the semiconductor switching element;
2. The elevator control apparatus according to claim 1, further comprising a correcting unit that corrects a voltage value predicted by the voltage predicting unit in accordance with a temperature change detected by the temperature detecting unit.
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