JPH0734066Y2 - 交流エレベータの速度制御装置 - Google Patents

交流エレベータの速度制御装置

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JPH0734066Y2
JPH0734066Y2 JP1990049521U JP4952190U JPH0734066Y2 JP H0734066 Y2 JPH0734066 Y2 JP H0734066Y2 JP 1990049521 U JP1990049521 U JP 1990049521U JP 4952190 U JP4952190 U JP 4952190U JP H0734066 Y2 JPH0734066 Y2 JP H0734066Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、エレベータの巻上げ用電動機として誘導電動
機を用いた交流エレベータの速度制御装置の改良に関す
るものである。
〔従来の技術〕
近年、パワーエレクトロニクスやマイクロエレクトロニ
クスの進歩に伴い、これまでは制御性能の面から専ら直
流電動機が用いられていた多くの分野に誘導電動機が用
いられるようになってきた。
エレベータの分野においても、他励界磁巻線を有する直
流電動機を用いた直流エレベータに代わって、最近では
誘導電動機を用いた交流エレベータが実用に供されるよ
うになってきている。しかし、従来の誘導電動機による
交流エレベータの制御手段は、単に上記誘導電動機の一
次巻線電圧の大きさをサイリスタ等を用いて制御するよ
うにした、いわゆる一次電圧制御方法であったため、制
御性能において自ずから限度を有していた。
そこで、この制御性能を改善し、さらには省電力,省電
源設備容量化を図り得る交流エレベータの制御装置とし
て、可変電圧・可変周波数制御を行う如く構成された制
御装置が種々提案されている。
第2図はマイクロコンピュータを利用して可変電圧・可
変周波数制御を行わせる交流エレベータの速度制御装置
の一構成例を示すブロック図である。図中、1は三相交
流電源、2は三相交流を直流に交換するコンバータ、3
はコンバータ2によって整流された脈流を平滑するため
のコンデンサ、4は直流を交流に変換するインバータ、
5はエレベータの巻上げ用電動機として用いられる誘導
電動機、6はエレベータの速度を検出し速度信号ω
出力する速度検出器、7はエレベータ巻上げ機の綱車、
8は乗かご9とつり合い重り10を連結する主索、11はエ
レベータの理想的な速度指令信号ω を発生する速度
指令発生装置、12はインバータ4の出力電流を検出して
電流検出信号S12を出力する電流検出器、13はエレベー
タの乗かご9内の荷重を検出して荷重信号S13を出力す
る荷重検出器、20は周知のマイクロコンピュータで、こ
のマイクロコンピュータ20は速度指令信号ω ,速度
信号ω及び荷重信号S13を取り込むインターフェース
回路21,22及び23と、マイクロプロセッサ24と、このマ
イクロプロセッサ24を作動させるデータ及びプログラム
を記憶するROM25及びRAM26と、ディジタル量をアナログ
量に変換して誘導電動機5の瞬時電流指令S20を出力す
るD/A変換器27とで構成されている。31は瞬時電流指令S
20と電流検出信号S12との偏差を演算し、この偏差を零
にしようとする周知のパルス幅変調信号S31を後段のベ
ースドライブ回路32に入力するPWM回路で、このベース
ドライブ回路32ではPWM回路31の発生するパルス幅変調
信号S31に基づいてインバータ4を構成するトランジス
タのベース信号を作ってトランジスタのオン時間を制御
する。これによって、近似正弦波の任意の電圧及び周波
数の交流電圧が誘導電動機5に加えられるようになって
いる。
ここで、後の説明のためにベクトル制御の原理を簡単に
説明する。
先ず、誘導電動機のトルクは二次磁束Φと二次電流I2
との間に働く電磁力により発生するが、これを第3図に
示す如く二次磁束Φと同一の角速度ωで回転するd
−q座標系(α,βは固定子の座標軸)で考えると、二
次電流I2は二次磁束Φに平行な起磁力を生ずるI2d
と、二次磁束Φに垂直な起磁力を生ずるI2qに分解す
ることができる、このとき、電流I2dは二次磁束Φ
鎖交しないためトルクを発生しない。したがって、誘導
電動機のトルクTMは TM=−I2q・Φ …… となる。又、二次磁束Φがd軸の方向と一致すると仮
定すると、次の式が導かれる。
Φ=MI1d+L2I2d …… 0=MI1q+L2I2q …… 但し、 M ;相互インダクタンス L2 ;二次自己インダクタンス I1d ;一次電流(d軸成分) I2d ;二次電流(d軸成分) I1q ;一次電流(q軸成分) I2q ;二次電流(q軸成分) である。
このときの回転子の回転速度ω、すべり周波数ω
二次磁束Φの回転速度ωの間には、 ω=ω+ω …… の関係がある。
一方、二次側の回転子にはd軸成分として変圧器起電力
e2d、q軸成分として速度起電力e2qが発生するので次の
関係がそれぞれ得られる。
但し、R2;二次抵抗 そして、,,,式より となり、 I1=I1d+jI1q …… ,式の関係をベクトル図で表すと第4図のようにな
る。
そして、二次磁束Φは式より となり、一次電流I1のd軸成分I1dにより二次磁束Φ
を制御できることがわかる。
したがって、式に式と式とを代入すると、トルク
TM式に式を代入すると すべり周波数ωとなり、誘導電動機のトルクTMは一次電流I1のd軸成分
I1dとq軸成分I1qの積により求めることができ、すべり
周波数ωは一次電流I1のd軸成分I1dとq軸成分I1qの
商により求めることができる。
そこで、二次磁束Φを生成するI1dを一定に保てばI2q
に比例したトルクTMを誘導電動機に発生させることがで
きる。即ち、ベクトル制御は一次電流を磁束を生成させ
る成分と、トルクを生成させる成分に分解し、それぞれ
を独自に制御することにより、誘導電動機の可変速制御
を可能にする制御方式である。
このようなベクトル制御に必要な演算は通常第2図にお
けるマイクロコンピュータ20でなされるが、ここでは原
理を理解しやすくするために、機能ブロックを第5図に
示し、第5図を用いてすべり周波数ベクトル制御の概要
を以下説明する。
すべり周波数ベクトル制御は、二次磁束座標上での値と
して磁束成分電流とトルク成分電流を求めるが、これを
静止座標上での一次電流値に変換するときに二次磁束ベ
クトルを検出しないまま、誘導電動機の回路定数を用い
て変換している。
この場合、磁束成分電流とトルク成分電流とで定まるす
べり周波数を、電動機定数を用いて演算し、次に、この
すべり周波数と回転速度とを加算して二次磁束の回転速
度を求め、さらにこれを積分して求めた位置を二次磁束
の推定位置として座標変換に用いている。
したがって、制御装置には誘導電動機の状態量として電
動機速度信号ωがすべり周波数ωとの加算のために
取り込まれるが、二次磁束に関する信号は取り込まれな
い。また、磁束制御もフィードバック制御は行わず、磁
束成分電流に対する二次磁束の一次遅れ応答を補償する
ように、二次磁束指令から一次進みとして、直接演算し
て求めている。
したがって、すべり周波数ベクトル制御は磁束ベクトル
を演算によって推定しながら制御する一種の予測制御で
ある。
第5図において、マイクロコンピュータ20には速度検出
器6の速度信号ωと、速度指令発生装置11の速度指令
信号ω 及び二次磁束指令Φ とが取り込まれてお
り、このうち、速度信号ωと速度指令信号ω とが
速度調節器201に加えられ、その偏差を増幅した値がト
ルク指令TM として扱われる。このトルク指令TM は割
算器202によって二次磁束指令Φ で割算され前述の
式に基づく二次q軸電流指令(−i2q)が求められ
る。次にこの二次q軸電流指令(−i2q)は係数器203
によりL2/M倍されて前述の式に基づくトルク成分電流
指令i1qが求められる。
又、二次磁束指令Φ は微分器204によって微分され
た後、係数器205で1/R2倍され、さらに、係数器206によ
ってL2/M倍され、時間変化率に比例した二次磁束を形成
するために電流として加算器208に入力される。二次磁
束指令Φ はその一方で係数器207によって1/M倍され
前述の式に基づく二次磁束を得るための励磁電流とし
て加算器208に入力される。加算器208はこの両者の和を
求めて、磁束成分電流に対して、二次磁束が一次遅れで
補償するような磁束成分電流指令i1dを出力する。
一方、二次q軸電流指令(−i2q)は係数器209によっ
てR2倍され、次いで割算器210により二次磁束指令値Φ
で割算され、前述の式に基づくすべり周波数指令
ω として加算器211に入力される。この加算器211は
このすべり周波数指令ω と速度信号ωを加算して
二次磁束の速度指令ω を求めてベクトル発振器212
に加える。
このベクトル発振器212は第3図に示す二次磁束の予測
位置θ(=∫ω dt)を示す単位ベクトルe
jθ0*を求める。又、磁束成分ベクトル演算器213は
トルク成分電流指令i1qと磁束成分電流指令i1dとで
定まる二次磁束座標上での一次電流ベクトルi1 (θ
)を求める。
このようにして求められた単位ベクトルejθ0*と一
次電流ベクトルi1 (θ )とはベクトル乗算器214
に掛け合わされ、静止した座標での一次電流ベクトルi1
に変換され、ベクトル三相変換器215に加えられる。
そして、ベクトル三相変換器215はこの一次電流ベクト
ルi1 に基づき各相の電流指令値iU ,iV ,iW を出
力する。
又、これらの電流指令値はそれぞれ演算増幅器216A,216
B,216Cを介してトランジスタインバータ217に加えられ
る。
〔考案が解決しようとしている課題〕
かくして、第2図に示したマイクロコンピュータ20は前
述した演算制御を行うことになるが、このすべり周波数
型ベクトル制御にあっては、予め設定している誘導電動
機の定数R2,L2,Mのうち、特に二次巻線の抵抗R2につい
ては、温度によって大きく変化するため、二次磁束
Φ,及びトルクTM及びすべり周波数ωなどが変化して
しまい精度の高い速度制御が行えなくなる欠点がある。
このため、電動機の温度を検出して、この検出温度に基
づき予め設定した誘導電動機の二次巻線の抵抗値R2を適
宜修正する手段や、電動機の一次電流,電圧から二次電
流,電圧を推定し、さらに二次抵抗値を推定して、補正
を加える手段などいろいろ考えられるが、前者について
は電動機内部に温度検出器を設けねばならず、後者につ
いては測定対象から二次抵抗値までの相関関係を予め求
めておかなければならず、実用上極めて面倒である。
本考案は、上記の点に鑑みなされたもので、温度変化等
によりたとえ二次抵抗が変化しても一次電圧、発生トル
ク等が変動する虞れがなく精度の高いエレベータの速度
制御装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本考案は、誘導電動機のトルク発生に寄与するトルク成
分電流指令(i1q)及び励磁に寄与する磁束成分電流
指令(i1d)の両指令並びに該誘導電動機の一次巻
線、二次巻線間の相互インダクタンス値(M)、二次巻
線の抵抗値(R2)、二次巻線の自己インダクタンス値
(L2)の各設定値に基づき、すべりを含んだ瞬時値とし
て該誘導電動機の一次電流指令(i1 )を演算し、該一
次電流指令(i1 )に基づいて該誘導電動機に一次電流
を供給するインバータ装置を備えた交流エレベータの速
度制御装置において、エレベータかご走行中の定トルク
領域における前記トルク成分電流指令(i1q)と磁束
成分電流指令(i1d)との比率を演算する演算手段(2
20)を設け、該演算手段(220)の出力(S220)と基準
比率信号(S220)とを比較しエレベータかご停止時に
前記出力(S220)が前記基準比率信号(S220)の指示
する基準比率値(a)に一致する方向に前記二次巻線の
抵抗値(R2)を補正する補正手段(221)を備えるもの
である。
〔本考案の概要〕
本考案は、エレベータの走行パターンの中には必ず定ト
ルク領域があることを利用して二次抵抗値の設定ずれを
検出し、二次抵抗R2の変動による一次電圧,トルク変動
を抑えようとするものである。
即ち、たとえばエレベータかごの定速走行時には誘導電
動機が定トルクを発生するが、このときのトルク成分電
流指令i1qと磁束成分電流指令i1dとの比 が仮に であれば R2の値が実際より小さい値で制御が行われると、出
力トルクは指令値よりも増加し、 R2の値が実際より大きい値で制御が行われると、出
力トルクは指令値よりも減少する。
ことになり( の場合にはこの逆)、第5図に示すエレベータの速度制
御系では負荷の大小にかかわらず、このトルクの過不足
が自動的に補われて、 (a)R2の値が実際よりも小さい値で制御が行われる
と、 は正確なR2の値で制御される基準比率よりも小さく (b)R2の値が実際よりも大きい値で制御が行われる
と、 は正確なR2の値で制御される基準比率よりも大きくな
る。
このため、エレベータかごが定速走行時の の値を調べて正確なR2の値で制御したとき(つまり常温
時の の値)と比較すれば、その運転について、R2の値が多め
に制御されたか、少なめに制御されたかが判別できるこ
とになる。
〔実施例〕
以下、本考案の一実施例について図面を用いて説明す
る。
第1図は本考案にかかる装置の機能を示すブロック図、
第6図はマイクロコンピュータにより本考案を実現する
ためのアルゴリズムのフローチャートを示す図であり、
図中第5図と同一符号のものは同一のものを示すが、22
0はトルク成分電流指令i1qを磁束成分電流指令i1d
で割算して の数値の出力信号S220を出力する演算手段としての割算
器、221は速度指令発生装置11より出力される速度指令
信号ω が定速走行フェイズ(定トルク領域フェイズ
であれば別のフェイズであってもよい)の場合のみ常温
時におけるエレベータかご定速走行時の の値を指示する基準比率信号S220と割算器220の出力S
220とを比較して、後述する方法で二次抵抗値R2の補正
を行う補正手段としての補正回路である。
即ち、補正回路221は第6図からわかるように、第1図
及び第2図において速度指令発生装置11より出力される
速度指令信号ω が定速フェイズの場合に、マイクロ
コンピュータ20のRAM26にトルク成分電流指令i1qと磁
束成分電流指令i1dを読み込んで記憶させ、CPU24によ
を演算し、常温時におけるエレベータかご定速走行時の
基準比率信号S220が指示する基準比率値aと比較して のときには二次抵抗値R2をΔR小さく設定し直し、 のときには二次抵抗値R2をΔR大きく設定し直し、また のときにはそのままにしておき、エレベータの運転を継
続する。
本考案は要するに、前回の運転時の情報を元にして、予
め設定された二次抵抗値R2を自動的に逐次補正して一次
電圧変動あるいはトルク変動を抑え、正確なエレベータ
の速度制御を行わせようとするものである。
しかし、このような方法だけでは、長時間エレベータの
運転を続け、十分二次抵抗値R2が大きな値になった後
に、長時間運転を休止したりすると、冷えて小さな値と
なった実際の二次抵抗値R2に対し大きな値を設定してし
まう恐れがあるが、このようなことも考慮に入れて、一
定時間エレベータの運転を休止した場合には、休止時間
に応じて起動前に二次抵抗値R2を初期の値に戻すように
してもよい。
〔考案の効果〕
以上述べたように本考案によれば、二次抵抗値R2を検出
するための特別なセンサー(温度センサーや電圧センサ
ーなど)は全く必要なしに温度変化に基因する二次抵抗
の変動による速度制御への悪影響を極めて簡単に抑える
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案にかかる装置の機能を示すブロック図、
第2図はマイクロコンピュータを利用して可変電圧・可
変周波数制御を行わせる交流エレベータの速度制御装置
のブロック図、第3図はベクトル制御のベクトル図、第
4図は一次電流のd軸成分とq軸成分の電流分解図、第
5図はすべり周波数型ベクトル制御の概要を示す機能ブ
ロック図、第6図はマイクロコンピュータにより本考案
を実現するためのアルゴリズムを示すフローチャート図
である。 I1q,i1q……トルク成分電流指令 I1d,i1d……磁束成分電流指令 I1 ……一次電流指令 R2……二次巻線の抵抗値 L2……二次巻線の自己インダクタンス M……一次巻線と二次巻線間の相互インダクタンス 5……誘導電動機 20,20a……マイクロコンピュータ 220……割算器(演算手段) 221……補正回路(補正手段) S220……基準比率信号 S220……演算手段(220)の出力

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘導電動機のトルク発生に寄与するトルク
    成分電流指令(i1q)及び励磁に寄与する磁束成分電
    流指令(i1d)の両指令並びに該誘導電動機の一次巻
    線、二次巻線間の相互インダクタンス値(M)、二次巻
    線の抵抗値(R2)、二次巻線の自己インダクタンス値
    (L2)の各設定値に基づき、すべりを含んだ瞬時値とし
    て該誘導電動機の一次電流指令(i1 )を演算し、該一
    次電流指令(i1 )に基づいて該誘導電動機に一次電流
    を供給するインバータ装置を備えた交流エレベータの速
    度制御装置において、 エレベータかご走行中の定トルク領域における前記トル
    ク成分の電流指令(i1q)と前記磁束成分電流指令(i
    1d)との比率を演算する演算手段(220)を設け、該
    演算手段(220)の出力(S220)と基準比率信号(S220
    )とを比較しエレベータかご停止時に前記出力(S22
    0)が前記基準比率信号(S220)の指示する基準比率
    値(a)に一致する方向に前記二次巻線の抵抗値(R2
    を補正する補正手段(221)を備えたことを特徴とする
    交流エレベータの速度制御装置。
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