JPH10167594A - エレベータの制御装置 - Google Patents
エレベータの制御装置Info
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- JPH10167594A JPH10167594A JP8353093A JP35309396A JPH10167594A JP H10167594 A JPH10167594 A JP H10167594A JP 8353093 A JP8353093 A JP 8353093A JP 35309396 A JP35309396 A JP 35309396A JP H10167594 A JPH10167594 A JP H10167594A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電動機に加わる負荷が如何に変化しようと
も、過渡状態も含めて高い効率を維持することにある。 【解決手段】 トルク電流指令Ｉt*と励磁電流指令Ｉm*
に基づいて誘導電動機６０を駆動するエレベータの制御
装置において、ＰＷＭインバータ４０の損失と誘導電動
機の損失が小さくなる領域のトルク電流値と励磁電流値
の関係になるようにトルク電流指令から励磁電流指令を
決定する手段２３０を設け、ＰＷＭインバータ及び誘導
電動機のそれぞれの損失を最小化する励磁電流とトルク
電流のそれぞれの関係比αINV及びαIMから、トルク電
流指令を用いてそれぞれに対応した励磁電流を演算し、
トルク電流指令と前記それぞれの励磁電流からＰＷＭイ
ンバータと誘導電動機とを合わせた総合損失をそれぞれ
演算し、求めたそれぞれの総合損失を比較し、損失が小
さくなる方を励磁電流指令とする。
も、過渡状態も含めて高い効率を維持することにある。 【解決手段】 トルク電流指令Ｉt*と励磁電流指令Ｉm*
に基づいて誘導電動機６０を駆動するエレベータの制御
装置において、ＰＷＭインバータ４０の損失と誘導電動
機の損失が小さくなる領域のトルク電流値と励磁電流値
の関係になるようにトルク電流指令から励磁電流指令を
決定する手段２３０を設け、ＰＷＭインバータ及び誘導
電動機のそれぞれの損失を最小化する励磁電流とトルク
電流のそれぞれの関係比αINV及びαIMから、トルク電
流指令を用いてそれぞれに対応した励磁電流を演算し、
トルク電流指令と前記それぞれの励磁電流からＰＷＭイ
ンバータと誘導電動機とを合わせた総合損失をそれぞれ
演算し、求めたそれぞれの総合損失を比較し、損失が小
さくなる方を励磁電流指令とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エレベータの制御
装置の改良に係り、特に、制御装置の効率を改善し、省
エネルギー化を図るエレベータの制御装置に関する。
装置の改良に係り、特に、制御装置の効率を改善し、省
エネルギー化を図るエレベータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、エレベータでは絶えずかご内の
搭乗人数が変化するため、駆動電動機に加わる負荷が常
時変化する。この結果、電動機に発生させるべきトルク
も負荷に応じて変化すると同時に、速度が速度指令に追
従するようなトルクを発生しなければならない。エレベ
ータの駆動系における効率を改善するため、特開昭５９
ー１４９２８３号公報にはエレベータの速度指令と実速
度の偏差が所定の範囲内にあるとき、すべり角周波数を
所定の値に固定することが開示されている。
搭乗人数が変化するため、駆動電動機に加わる負荷が常
時変化する。この結果、電動機に発生させるべきトルク
も負荷に応じて変化すると同時に、速度が速度指令に追
従するようなトルクを発生しなければならない。エレベ
ータの駆動系における効率を改善するため、特開昭５９
ー１４９２８３号公報にはエレベータの速度指令と実速
度の偏差が所定の範囲内にあるとき、すべり角周波数を
所定の値に固定することが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術で
は、電動機に加わる負荷の如何によらず電動機の効率を
高く維持することはできない。さらに、エレベータの制
御装置として省エネルギー化を図るために、ＰＷＭイン
バータの損失についても考慮する必要があるが、この点
ついては触れられていない。
は、電動機に加わる負荷の如何によらず電動機の効率を
高く維持することはできない。さらに、エレベータの制
御装置として省エネルギー化を図るために、ＰＷＭイン
バータの損失についても考慮する必要があるが、この点
ついては触れられていない。
【０００４】本発明の課題は、電動機に加わる負荷が如
何に変化しようとも、過渡状態も含めて高い効率を維持
するに好適なエレベータの制御装置を提供することにあ
る。
何に変化しようとも、過渡状態も含めて高い効率を維持
するに好適なエレベータの制御装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題は、ＰＷＭイン
バータの損失と電動機の損失が小さくなる領域のトルク
電流値と励磁電流値の関係になるようにトルク電流指令
から励磁電流指令を決定する手段を設け、ＰＷＭインバ
ータの損失と電動機の損失を低減すること、具体的に
は、ＰＷＭインバータの損失を最小化する励磁電流とト
ルク電流の関係比と電動機の損失を最小化する励磁電流
とトルク電流の関係比から、トルク電流指令を用いてそ
れぞれに対応した励磁電流を演算し、トルク電流指令と
前記それぞれの励磁電流からＰＷＭインバータと電動機
とを合わせた総合損失をそれぞれ演算し、求めたそれぞ
れの総合損失を比較し、損失が小さくなる方の励磁電流
を選択し、励磁電流指令とすること、または、電動機の
損失を最小化する励磁電流とトルク電流との関係と、Ｐ
ＷＭインバータの損失を最小化する励磁電流とトルク電
流との関係のうち、電動機の速度が低速の場合、ＰＷＭ
インバータの損失を最小化する励磁電流とトルク電流と
の関係比を選択し、電動機の速度が高速の場合、電動機
の損失を最小化する励磁電流とトルク電流との関係比を
選択し、トルク電流指令から励磁電流指令をこの関係比
に基づいて決定することにより、解決される。
バータの損失と電動機の損失が小さくなる領域のトルク
電流値と励磁電流値の関係になるようにトルク電流指令
から励磁電流指令を決定する手段を設け、ＰＷＭインバ
ータの損失と電動機の損失を低減すること、具体的に
は、ＰＷＭインバータの損失を最小化する励磁電流とト
ルク電流の関係比と電動機の損失を最小化する励磁電流
とトルク電流の関係比から、トルク電流指令を用いてそ
れぞれに対応した励磁電流を演算し、トルク電流指令と
前記それぞれの励磁電流からＰＷＭインバータと電動機
とを合わせた総合損失をそれぞれ演算し、求めたそれぞ
れの総合損失を比較し、損失が小さくなる方の励磁電流
を選択し、励磁電流指令とすること、または、電動機の
損失を最小化する励磁電流とトルク電流との関係と、Ｐ
ＷＭインバータの損失を最小化する励磁電流とトルク電
流との関係のうち、電動機の速度が低速の場合、ＰＷＭ
インバータの損失を最小化する励磁電流とトルク電流と
の関係比を選択し、電動機の速度が高速の場合、電動機
の損失を最小化する励磁電流とトルク電流との関係比を
選択し、トルク電流指令から励磁電流指令をこの関係比
に基づいて決定することにより、解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態によるエ
レベータの制御装置を示す。図１において、交流電源１
０の交流はコンバータ２０によって直流に変換され、こ
の直流電圧は平滑コンデンサ３０で平滑され、平滑され
た直流は更にＰＷＭインバータ４０により可変電圧・可
変周波数の交流に変換される。この交流は誘導電動機
（ＩＭ）６０に供給され、この電動機６０を可変速駆動
する。電動機６０で発生したトルクは、電動機のロータ
（回転子）に直結されたギヤ（図示せず）を介してシー
ブ７０に伝達され、シーブ７０の回転動作によってつり
合いおもり８０と乗りかご９０を連結しているロープを
作動させ、乗りかご９０を昇降駆動する。従って、電動
機６０にはつり合いおもり８０と乗りかご９０の重量差
が負荷として加わる。かかる負荷は搭乗人員に変動があ
るエレベータでは絶えず変動し、運転の大半において電
動機出力の半分以下になっている。また、エレベータが
停止している場合、電源の供給は通常、停止される。こ
のためエレベータ駆動系で省電力化を図るためには、駆
動中（過渡状態）でしかも負荷が軽い状態において電動
機の駆動効率を高くすることが望ましい。
用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態によるエ
レベータの制御装置を示す。図１において、交流電源１
０の交流はコンバータ２０によって直流に変換され、こ
の直流電圧は平滑コンデンサ３０で平滑され、平滑され
た直流は更にＰＷＭインバータ４０により可変電圧・可
変周波数の交流に変換される。この交流は誘導電動機
（ＩＭ）６０に供給され、この電動機６０を可変速駆動
する。電動機６０で発生したトルクは、電動機のロータ
（回転子）に直結されたギヤ（図示せず）を介してシー
ブ７０に伝達され、シーブ７０の回転動作によってつり
合いおもり８０と乗りかご９０を連結しているロープを
作動させ、乗りかご９０を昇降駆動する。従って、電動
機６０にはつり合いおもり８０と乗りかご９０の重量差
が負荷として加わる。かかる負荷は搭乗人員に変動があ
るエレベータでは絶えず変動し、運転の大半において電
動機出力の半分以下になっている。また、エレベータが
停止している場合、電源の供給は通常、停止される。こ
のためエレベータ駆動系で省電力化を図るためには、駆
動中（過渡状態）でしかも負荷が軽い状態において電動
機の駆動効率を高くすることが望ましい。
【０００７】エレベータでは、乗り心地が重要な要素で
あり、これを加味して速度指令発生手段１００は速度指
令ωRを発生する。速度指令ωRは加減算手段１１０の加
算側の端子に、電動機６０の回転子に取り付けられた速
度検出手段１２０から検出した電動機６０の回転子の回
転角速度ωMが加減算手段１１０の減算側の端子に入力
され、両者の偏差がとられ、速度偏差を発生させる。速
度制御手段１３０はこの速度偏差に応じて誘導電動機６
０のトルク指令τRを発生する。トルク指令τRは加減算
手段１４０の加算側端子に入力される。一方、加減算器
１４０の減算側端子には発生トルク推定手段１５０から
式（１）を使って演算して得られる現時点で電動機内部
に発生している瞬時トルクτMが入力される。 τM＝ｐ・｛Ｍ／（Ｍ＋ｌ2）｝・φ2・Ｉt （１） 但し、ｐ ：誘導電動機の極対数， Ｍ：励磁インダク
タンス ｌ2：漏れインダクタンス， φ2：二次磁束 Ｉt：検出されたトルク電流 また、二次磁束φ2は、式（２）を基に二次磁束演算手
段１６０で演算することによって推定される現時点で電
動機内部に発生しているトルク発生に寄与する瞬時磁束
である。 φ2＝（Ｍ・Ｉm）／（１＋Ｔ2・ｓ） （２） 但し、Ｔ2：二次時定数， ｓ：ラプラス演算子 Ｉm：検出された励磁電流 式（２）の励磁分電流Ｉmは、励磁・トルク電流検出手
段１７０から検出される二次磁束φ2を発生させるため
に必要な励磁電流である。ここで、励磁電流Ｉm、トル
ク電流Ｉtは、電流センサ５０，５１，５２によって検
出される三相一次電流ｉu，ｉv，ｉwから、励磁・トル
ク電流検出手段１７０により式（３）の演算を基に求め
られる。 Ｉｍ＝（√２／√３）・｛ｉu・ｃｏｓθ1 ＋ｉv・ｃｏｓ（θ1−２π／３）＋ｉw・ｃｏｓ（θ1＋２π／３）｝ Ｉｔ＝−（√２／√３）・｛ｉu・ｓｉｎθ1 ＋ｉv・ｓｉｎ（θ1−２π／３）＋ｉw・ｓｉｎ（θ1＋２π／３）｝ （３） ここで、式（３）の位相θ1は、加算手段１８０に入力
される回転角速度ωMと後述するすべり角周波数ωSとの
和となる一次角周波数ω1から積分演算手段１９０によ
り式（４）に基づいて演算される。 θ1＝∫ω1ｄｔ （４）
あり、これを加味して速度指令発生手段１００は速度指
令ωRを発生する。速度指令ωRは加減算手段１１０の加
算側の端子に、電動機６０の回転子に取り付けられた速
度検出手段１２０から検出した電動機６０の回転子の回
転角速度ωMが加減算手段１１０の減算側の端子に入力
され、両者の偏差がとられ、速度偏差を発生させる。速
度制御手段１３０はこの速度偏差に応じて誘導電動機６
０のトルク指令τRを発生する。トルク指令τRは加減算
手段１４０の加算側端子に入力される。一方、加減算器
１４０の減算側端子には発生トルク推定手段１５０から
式（１）を使って演算して得られる現時点で電動機内部
に発生している瞬時トルクτMが入力される。 τM＝ｐ・｛Ｍ／（Ｍ＋ｌ2）｝・φ2・Ｉt （１） 但し、ｐ ：誘導電動機の極対数， Ｍ：励磁インダク
タンス ｌ2：漏れインダクタンス， φ2：二次磁束 Ｉt：検出されたトルク電流 また、二次磁束φ2は、式（２）を基に二次磁束演算手
段１６０で演算することによって推定される現時点で電
動機内部に発生しているトルク発生に寄与する瞬時磁束
である。 φ2＝（Ｍ・Ｉm）／（１＋Ｔ2・ｓ） （２） 但し、Ｔ2：二次時定数， ｓ：ラプラス演算子 Ｉm：検出された励磁電流 式（２）の励磁分電流Ｉmは、励磁・トルク電流検出手
段１７０から検出される二次磁束φ2を発生させるため
に必要な励磁電流である。ここで、励磁電流Ｉm、トル
ク電流Ｉtは、電流センサ５０，５１，５２によって検
出される三相一次電流ｉu，ｉv，ｉwから、励磁・トル
ク電流検出手段１７０により式（３）の演算を基に求め
られる。 Ｉｍ＝（√２／√３）・｛ｉu・ｃｏｓθ1 ＋ｉv・ｃｏｓ（θ1−２π／３）＋ｉw・ｃｏｓ（θ1＋２π／３）｝ Ｉｔ＝−（√２／√３）・｛ｉu・ｓｉｎθ1 ＋ｉv・ｓｉｎ（θ1−２π／３）＋ｉw・ｓｉｎ（θ1＋２π／３）｝ （３） ここで、式（３）の位相θ1は、加算手段１８０に入力
される回転角速度ωMと後述するすべり角周波数ωSとの
和となる一次角周波数ω1から積分演算手段１９０によ
り式（４）に基づいて演算される。 θ1＝∫ω1ｄｔ （４）
【０００８】上述の速度制御手段１３０で得られたトル
ク指令τR及び発生トルク推定手段１５０で得られた発
生トルクτMとの偏差（トルク偏差）がトルク制御手段
２００に入力される。トルク制御手段２００はトルク偏
差がゼロになるようにするためのトルク指令τRの操作
量（補償量）τ*を決定する。通常、トルク制御手段２
００はＰＩ（比例＋積分）要素から構成される。操作量
τ*はトルク電流指令演算手段２１０に入力され、トル
ク電流指令演算手段２１０では式（５）に基づいてトル
ク電流指令Ｉt*を演算する。 Ｉt*＝（１／ｐ）・｛（Ｍ＋ｌ2）／Ｍ｝・（τ*／φ2） （５） すべり角周波数演算手段２２０は、式（６）に基づいて
すべり角周波数ωSを決定する。 ωS＝（Ｍ／Ｔ2）・（Ｉt*／φ2） （６）
ク指令τR及び発生トルク推定手段１５０で得られた発
生トルクτMとの偏差（トルク偏差）がトルク制御手段
２００に入力される。トルク制御手段２００はトルク偏
差がゼロになるようにするためのトルク指令τRの操作
量（補償量）τ*を決定する。通常、トルク制御手段２
００はＰＩ（比例＋積分）要素から構成される。操作量
τ*はトルク電流指令演算手段２１０に入力され、トル
ク電流指令演算手段２１０では式（５）に基づいてトル
ク電流指令Ｉt*を演算する。 Ｉt*＝（１／ｐ）・｛（Ｍ＋ｌ2）／Ｍ｝・（τ*／φ2） （５） すべり角周波数演算手段２２０は、式（６）に基づいて
すべり角周波数ωSを決定する。 ωS＝（Ｍ／Ｔ2）・（Ｉt*／φ2） （６）
【０００９】トルク電流指令Ｉt*に対応した励磁電流指
令Ｉm*は、最適励磁電流決定手段２３０によって次に述
べる手法により、ＰＷＭインバータ４０と誘導電動機６
０の損失を考慮し、負荷変動時と過度時について高効率
な関係になるように決定される。電動機損失最小化αIM
発生手段２３２は、電動機６０の損失が常に最小となる
励磁電流Ｉmとトルク電流Ｉtとの関係を表す電流比αIM
を発生する。誘導電動機６０の損失ＬIMを最小化する電
流比は、次の損失分析から求められる。 ＬIM＝Ａ・Ｉm 2＋Ｂ・Ｉt 2 （７） 但し、Ａ＝（Ｒ1＋Ｒm）， Ｂ＝Ｒ1＋Ｒ2・（Ｍ／
Ｌ2）2 Ｌ2＝Ｍ＋ｌ2， Ｒ1：一次抵抗 Ｒm：鉄損抵抗， Ｒ2：二次抵抗 一方、与えられたトルクτを発生するのに必要な励磁電
流Ｉmとトルク電流Ｉtの組み合わせを（Ｉt，Ｉm）とす
ると、トルクτはＩtとＩmとの積に比例することから、
式（８）を満足する上記の組み合わせは無数に存在する
ことになる。 τ＝Ｋτ・Ｉt・Ｉm （８） 但し、Ｋτ：トルク比例定数
令Ｉm*は、最適励磁電流決定手段２３０によって次に述
べる手法により、ＰＷＭインバータ４０と誘導電動機６
０の損失を考慮し、負荷変動時と過度時について高効率
な関係になるように決定される。電動機損失最小化αIM
発生手段２３２は、電動機６０の損失が常に最小となる
励磁電流Ｉmとトルク電流Ｉtとの関係を表す電流比αIM
を発生する。誘導電動機６０の損失ＬIMを最小化する電
流比は、次の損失分析から求められる。 ＬIM＝Ａ・Ｉm 2＋Ｂ・Ｉt 2 （７） 但し、Ａ＝（Ｒ1＋Ｒm）， Ｂ＝Ｒ1＋Ｒ2・（Ｍ／
Ｌ2）2 Ｌ2＝Ｍ＋ｌ2， Ｒ1：一次抵抗 Ｒm：鉄損抵抗， Ｒ2：二次抵抗 一方、与えられたトルクτを発生するのに必要な励磁電
流Ｉmとトルク電流Ｉtの組み合わせを（Ｉt，Ｉm）とす
ると、トルクτはＩtとＩmとの積に比例することから、
式（８）を満足する上記の組み合わせは無数に存在する
ことになる。 τ＝Ｋτ・Ｉt・Ｉm （８） 但し、Ｋτ：トルク比例定数
【００１０】そこで、ある与えられたトルクτを発生す
るのに、式（７）で与えられる電動機の損失ＬIMが最小
になる励磁電流Ｉmとトルク電流Ｉtとの電流比αIM（＝
Ｉm／Ｉt）は、次の式（９）になる。 αIM＝√［｛Ｒ1＋Ｒ2・（Ｍ／Ｌ2）2｝／（Ｒ1＋Ｒm）］ （９） 従って、電動機の損失を最小にする励磁電流Ｉmとトル
ク電流Ｉtとの電流比αIMは、一次抵抗Ｒ1、二次抵抗Ｒ
2、励磁インダクタンスＭ、鉄損抵抗Ｒmの関数になる。
ここで、一次抵抗Ｒ1、二次抵抗Ｒ2は電動機内部の温
度、励磁インダクタンスＭは励磁電流Ｉm、鉄損抵抗Ｒm
は一次角周波数ω1（≒電動機の電気角速度ωM）によっ
て変動する。このため、これら変動に応じて可変にする
必要がある。図１の実施形態では、電流比αIMの変動要
因のうち、Ｒ1、Ｒ2、Ｍ、Ｌ2の変動する幅は小さい
（実用的には無視できる程度）ので、支配的な鉄損抵抗
Ｒmの変動を考慮して、一次角周波数ω1による電流比α
IM補正の一例を示す。
るのに、式（７）で与えられる電動機の損失ＬIMが最小
になる励磁電流Ｉmとトルク電流Ｉtとの電流比αIM（＝
Ｉm／Ｉt）は、次の式（９）になる。 αIM＝√［｛Ｒ1＋Ｒ2・（Ｍ／Ｌ2）2｝／（Ｒ1＋Ｒm）］ （９） 従って、電動機の損失を最小にする励磁電流Ｉmとトル
ク電流Ｉtとの電流比αIMは、一次抵抗Ｒ1、二次抵抗Ｒ
2、励磁インダクタンスＭ、鉄損抵抗Ｒmの関数になる。
ここで、一次抵抗Ｒ1、二次抵抗Ｒ2は電動機内部の温
度、励磁インダクタンスＭは励磁電流Ｉm、鉄損抵抗Ｒm
は一次角周波数ω1（≒電動機の電気角速度ωM）によっ
て変動する。このため、これら変動に応じて可変にする
必要がある。図１の実施形態では、電流比αIMの変動要
因のうち、Ｒ1、Ｒ2、Ｍ、Ｌ2の変動する幅は小さい
（実用的には無視できる程度）ので、支配的な鉄損抵抗
Ｒmの変動を考慮して、一次角周波数ω1による電流比α
IM補正の一例を示す。
【００１１】図２に、発生トルクτを変えていった場合
の最高効率を与える励磁電流Ｉm−トルク電流Ｉtライン
を示す。図２から最高効率を与えるＩm−Ｉtラインは、
速度ωM（低、中、高）と共に変化していることが分か
る。この変化に対応するためには、図３に示すように、
速度ωM（≒一次角周波数ω1）によって電流比αIMを補
正すればよい。図３の最高効率を与える電流比（Ｉm／
Ｉt）の変化αIMは、速度ωMを変数とした関数テーブル
を予め用意しておけば実現できる。また、この補償は鉄
損抵抗Ｒmの速度による変動を補償するものであるか
ら、速度ωMを変数とした鉄損抵抗Ｒｍの関数テーブル
を用意しておき、式（９）を逐次計算して電流比αIMを
求める方法でもよい。
の最高効率を与える励磁電流Ｉm−トルク電流Ｉtライン
を示す。図２から最高効率を与えるＩm−Ｉtラインは、
速度ωM（低、中、高）と共に変化していることが分か
る。この変化に対応するためには、図３に示すように、
速度ωM（≒一次角周波数ω1）によって電流比αIMを補
正すればよい。図３の最高効率を与える電流比（Ｉm／
Ｉt）の変化αIMは、速度ωMを変数とした関数テーブル
を予め用意しておけば実現できる。また、この補償は鉄
損抵抗Ｒmの速度による変動を補償するものであるか
ら、速度ωMを変数とした鉄損抵抗Ｒｍの関数テーブル
を用意しておき、式（９）を逐次計算して電流比αIMを
求める方法でもよい。
【００１２】インバータ損失最小化αINV発生手段２３
１は、ＰＷＭインバータ４０の損失が常に最小となる励
磁電流Ｉmとトルク電流Ｉtとの電流比αINV（＝Ｉm／Ｉ
t）を発生する。ＰＷＭインバータ４０の損失ＬINVは、
図４に示すように、電動機６０に流れる一次電流Ｉ1の
大きさに応じて増加する。従って、ＰＷＭインバータの
損失ＬINVを最小化するには、式（８）で表せる所定の
トルクを発生するために必要な励磁電流Ｉmとトルク電
流Ｉtの組み合わせ（Ｉt，Ｉm）のうち、一次電流Ｉ1が
最も小さい組み合わせとなる。すなわち、励磁電流Ｉm
＝トルク電流Ｉtの組み合わせ(Ｉ1＝√（Ｉm 2＋
Ｉt 2），Ｉ1とＩmの角度４５度)であり、この場合の最
高効率を与える電流比（Ｉm／Ｉt）はαINV＝１とな
る。また、この電流比αINVは、図５に示すように速度
ωM（≒一次角周波数ω1）によらず一定となる。
１は、ＰＷＭインバータ４０の損失が常に最小となる励
磁電流Ｉmとトルク電流Ｉtとの電流比αINV（＝Ｉm／Ｉ
t）を発生する。ＰＷＭインバータ４０の損失ＬINVは、
図４に示すように、電動機６０に流れる一次電流Ｉ1の
大きさに応じて増加する。従って、ＰＷＭインバータの
損失ＬINVを最小化するには、式（８）で表せる所定の
トルクを発生するために必要な励磁電流Ｉmとトルク電
流Ｉtの組み合わせ（Ｉt，Ｉm）のうち、一次電流Ｉ1が
最も小さい組み合わせとなる。すなわち、励磁電流Ｉm
＝トルク電流Ｉtの組み合わせ(Ｉ1＝√（Ｉm 2＋
Ｉt 2），Ｉ1とＩmの角度４５度)であり、この場合の最
高効率を与える電流比（Ｉm／Ｉt）はαINV＝１とな
る。また、この電流比αINVは、図５に示すように速度
ωM（≒一次角周波数ω1）によらず一定となる。
【００１３】最適励磁電流指令決定手段２３０では、ト
ルク電流指令演算手段２１０、インバータ損失最小化α
INV発生手段２３１及び電動機損失最小化αIM発生手段
２３２から出力されたＩｔ*，αINV，αIMから以下に示
す手段で現時点において損失を最も小さくできる励磁電
流指令Ｉm*を決定する。
ルク電流指令演算手段２１０、インバータ損失最小化α
INV発生手段２３１及び電動機損失最小化αIM発生手段
２３２から出力されたＩｔ*，αINV，αIMから以下に示
す手段で現時点において損失を最も小さくできる励磁電
流指令Ｉm*を決定する。
【００１４】図６に、最適励磁電流指令決定手段２３０
の詳細ブロック図を示す。インバータ損失最小化励磁電
流指令決定手段２３３は、αINVとＩt*を用い、式（１
０）に基づいてＰＷＭインバータ損失を最小化する励磁
電流指令ＩmINVを出力する。 ＩmINV＝αINV・｜Ｉt*｜ （１０） また、電動機損失最小化励磁電流指令決定手段２３４
は、αIMとＩt*を用い、式（１１）に基づいて電動機損
失を最小化する励磁電流指令ＩmIMを出力する。 ＩmIM＝αIM・｜Ｉt*｜ （１１） インバータ損失演算手段２３５は、Ｉt*とＩmINVの組み
合わせからインバータ損失ＬINV1を導出し、また、Ｉt*
とＩmIMの組み合わせからインバータ損失ＬINV 2を導出
する。インバータ損失は、式（１２）に従って一次電流
Ｉ1を演算し、演算した一次電流Ｉ1から「一次電流−イ
ンバータ損失関数テーブル」を用いて導出する。ここ
で、「一次電流−インバータ損失関数テーブル」は、前
述した図４のような関係を有するテーブルを予め作成し
ておけばよい。 Ｉ1＝√｛（Ｉt*）2＋（Ｉmx）2｝ （１２） 但し、Ｉmx：ＩmINV又はＩmIM 電動機損失演算手段２３６は、Ｉt*とＩmINVの組み合わ
せから電動機損失ＬIM 1を導出し、また、Ｉt*とＩmIMの
組み合わせから電動機損失ＬIM2を導出する。電動機損
失は、前述した式（７）に従って演算する。ここで、式
（７）のパラメータは前述したように変動があるため、
可変にする必要がある。可変方法については上述したよ
うに行えばよい。加算手段２３７は、Ｉt*とＩmINVの組
み合わせのインバータ損失ＬINV1及び電動機損失ＬIM1
を加算して総合損失Ｌ1を出力する。また、加算手段２
３８は、Ｉt*とＩmIMの組み合わせのインバータ損失Ｌ
INV2及び電動機損失ＬIM2を加算して総合損失Ｌ2出力す
る。判定手段２３９は、インバータ損失を最小化した場
合の総合損失Ｌ1と電動機損失を最小化した場合の総合
損失Ｌ2のどちらが小さいか比較し、損失が少ない方の
励磁電流指令値Ｉm*を選択する処理を行う。つまり、Ｌ
1≧Ｌ2ならば、Ｉm*＝ＩmIMとし、Ｌ1＜Ｌ2ならば、Ｉm
*＝ＩmINVとして出力する。
の詳細ブロック図を示す。インバータ損失最小化励磁電
流指令決定手段２３３は、αINVとＩt*を用い、式（１
０）に基づいてＰＷＭインバータ損失を最小化する励磁
電流指令ＩmINVを出力する。 ＩmINV＝αINV・｜Ｉt*｜ （１０） また、電動機損失最小化励磁電流指令決定手段２３４
は、αIMとＩt*を用い、式（１１）に基づいて電動機損
失を最小化する励磁電流指令ＩmIMを出力する。 ＩmIM＝αIM・｜Ｉt*｜ （１１） インバータ損失演算手段２３５は、Ｉt*とＩmINVの組み
合わせからインバータ損失ＬINV1を導出し、また、Ｉt*
とＩmIMの組み合わせからインバータ損失ＬINV 2を導出
する。インバータ損失は、式（１２）に従って一次電流
Ｉ1を演算し、演算した一次電流Ｉ1から「一次電流−イ
ンバータ損失関数テーブル」を用いて導出する。ここ
で、「一次電流−インバータ損失関数テーブル」は、前
述した図４のような関係を有するテーブルを予め作成し
ておけばよい。 Ｉ1＝√｛（Ｉt*）2＋（Ｉmx）2｝ （１２） 但し、Ｉmx：ＩmINV又はＩmIM 電動機損失演算手段２３６は、Ｉt*とＩmINVの組み合わ
せから電動機損失ＬIM 1を導出し、また、Ｉt*とＩmIMの
組み合わせから電動機損失ＬIM2を導出する。電動機損
失は、前述した式（７）に従って演算する。ここで、式
（７）のパラメータは前述したように変動があるため、
可変にする必要がある。可変方法については上述したよ
うに行えばよい。加算手段２３７は、Ｉt*とＩmINVの組
み合わせのインバータ損失ＬINV1及び電動機損失ＬIM1
を加算して総合損失Ｌ1を出力する。また、加算手段２
３８は、Ｉt*とＩmIMの組み合わせのインバータ損失Ｌ
INV2及び電動機損失ＬIM2を加算して総合損失Ｌ2出力す
る。判定手段２３９は、インバータ損失を最小化した場
合の総合損失Ｌ1と電動機損失を最小化した場合の総合
損失Ｌ2のどちらが小さいか比較し、損失が少ない方の
励磁電流指令値Ｉm*を選択する処理を行う。つまり、Ｌ
1≧Ｌ2ならば、Ｉm*＝ＩmIMとし、Ｌ1＜Ｌ2ならば、Ｉm
*＝ＩmINVとして出力する。
【００１５】図７に、トルクτ一定時における電動機速
度ωMと総合損失Ｌ1，Ｌ2との関係を示す。電動機損失
が支配的な高速領域では、電動機損失を最小化する励磁
電流指令ＩmIMを選択することにより損失を最小化する
ことができる。また、インバータ損失が支配的な低速領
域では、インバータ損失を最小化する励磁電流指令Ｉ
mINVを選択することにより損失を最小化できることが分
かる。電流制御手段２４０は、以上のように得られたト
ルク電流指令Ｉt*と励磁電流指令Ｉm*との組み合わせに
対応したトルク電流Ｉtと励磁電流Ｉmが誘導電動機６０
の内部に流れるように動作する。具体的には、励磁・ト
ルク電流検出手段１７０から得られたトルク電流Ｉtと
励磁電流Ｉmがそれぞれトルク電流指令Ｉt*、励磁電流
指令Ｉm*に一致するように各成分に対応した電動機電圧
を演算し、前記した位相θ1を用いて交流電圧指令ｖ
u*，ｖv*，ｖw*に変換し、出力する。ＰＷＭパルス発生
手段２５０は、交流電圧指令ｖu*，ｖv*，ｖw*に応じた
ＰＷＭパルスを出力し、ＰＷＭインバータ４０を駆動す
る。
度ωMと総合損失Ｌ1，Ｌ2との関係を示す。電動機損失
が支配的な高速領域では、電動機損失を最小化する励磁
電流指令ＩmIMを選択することにより損失を最小化する
ことができる。また、インバータ損失が支配的な低速領
域では、インバータ損失を最小化する励磁電流指令Ｉ
mINVを選択することにより損失を最小化できることが分
かる。電流制御手段２４０は、以上のように得られたト
ルク電流指令Ｉt*と励磁電流指令Ｉm*との組み合わせに
対応したトルク電流Ｉtと励磁電流Ｉmが誘導電動機６０
の内部に流れるように動作する。具体的には、励磁・ト
ルク電流検出手段１７０から得られたトルク電流Ｉtと
励磁電流Ｉmがそれぞれトルク電流指令Ｉt*、励磁電流
指令Ｉm*に一致するように各成分に対応した電動機電圧
を演算し、前記した位相θ1を用いて交流電圧指令ｖ
u*，ｖv*，ｖw*に変換し、出力する。ＰＷＭパルス発生
手段２５０は、交流電圧指令ｖu*，ｖv*，ｖw*に応じた
ＰＷＭパルスを出力し、ＰＷＭインバータ４０を駆動す
る。
【００１６】この結果、ＰＷＭインバータ４０の端子に
は、トルク指令τRに対応したトルクが発生するような
端子電圧が発生し、電動機内部には常に最高効率を与え
るトルク電流Ｉtと励磁電流Ｉmの組み合わせが流れるよ
うになる。この関係は負荷変動の状態に拘らず維持され
ることになるため、過渡状態も含めて常に最高効率でエ
レベータを制御することになる。
は、トルク指令τRに対応したトルクが発生するような
端子電圧が発生し、電動機内部には常に最高効率を与え
るトルク電流Ｉtと励磁電流Ｉmの組み合わせが流れるよ
うになる。この関係は負荷変動の状態に拘らず維持され
ることになるため、過渡状態も含めて常に最高効率でエ
レベータを制御することになる。
【００１７】図８は、本発明の他の実施形態を示す。図
１に示す実施形態と相違する部分のみ説明する。図１に
示す実施形態において説明したように、図７の電動機速
度ωMと総合損失Ｌ1，Ｌ2との関係から電動機損失が支
配的な高速領域では、電動機損失を最小化する電流比α
IM（励磁電流指令ＩmIM）を選択することにより損失を
最小化することができ、インバータ損失が支配的な低速
領域では、インバータ損失を最小化する電流比α
INV（励磁電流指令ＩmINV）を選択することにより損失
を最小化できる。そこで、図８の実施形態では、トルク
電流Ｉtと励磁電流Ｉmとの電流比を図３のαIMと図５の
αINVとを組み合わせた図９のαTのように予め設定し、
この電流比αTを用いて励磁電流指令Ｉm*を決定するこ
とに特徴を有する。図１の実施形態では、インバータ損
失最小化αINV発生手段２３１の出力である電流比
αINV、インバータ損失最小化αINV発生手段２３１の出
力である電流比αIM、及びトルク電流指令Ｉt*から最適
励磁電流指令決定手段２３０を用いて励磁電流指令Ｉm*
を決定していた。これに対し、図８の実施形態では、総
合損失最小化αTパターン発生手段２６０によって電流
比αTを求め、電流比αTとトルク電流指令Ｉt*から総合
損失最小化励磁電流指令決定手段２６１を用いて式（１
３）を演算し、励磁電流指令Ｉm*を決定するように構成
する。ここで、総合損失最小化αTパターン発生手段２
６０は、図９に示す電流比αTを発生する。 Ｉm*＝αT・｜Ｉt*｜ （１３） このように構成することにより、インバータ損失と誘導
電動機損失を考慮した総合損失を最小化できる励磁電流
指令Ｉm*が簡単に求められる。
１に示す実施形態と相違する部分のみ説明する。図１に
示す実施形態において説明したように、図７の電動機速
度ωMと総合損失Ｌ1，Ｌ2との関係から電動機損失が支
配的な高速領域では、電動機損失を最小化する電流比α
IM（励磁電流指令ＩmIM）を選択することにより損失を
最小化することができ、インバータ損失が支配的な低速
領域では、インバータ損失を最小化する電流比α
INV（励磁電流指令ＩmINV）を選択することにより損失
を最小化できる。そこで、図８の実施形態では、トルク
電流Ｉtと励磁電流Ｉmとの電流比を図３のαIMと図５の
αINVとを組み合わせた図９のαTのように予め設定し、
この電流比αTを用いて励磁電流指令Ｉm*を決定するこ
とに特徴を有する。図１の実施形態では、インバータ損
失最小化αINV発生手段２３１の出力である電流比
αINV、インバータ損失最小化αINV発生手段２３１の出
力である電流比αIM、及びトルク電流指令Ｉt*から最適
励磁電流指令決定手段２３０を用いて励磁電流指令Ｉm*
を決定していた。これに対し、図８の実施形態では、総
合損失最小化αTパターン発生手段２６０によって電流
比αTを求め、電流比αTとトルク電流指令Ｉt*から総合
損失最小化励磁電流指令決定手段２６１を用いて式（１
３）を演算し、励磁電流指令Ｉm*を決定するように構成
する。ここで、総合損失最小化αTパターン発生手段２
６０は、図９に示す電流比αTを発生する。 Ｉm*＝αT・｜Ｉt*｜ （１３） このように構成することにより、インバータ損失と誘導
電動機損失を考慮した総合損失を最小化できる励磁電流
指令Ｉm*が簡単に求められる。
【００１８】なお、以上述べたこれらの実施形態におい
ては、発生トルク推定手段１５０の出力を負帰還するト
ルク制御手段２００を設けているが、必ずしもトルク制
御手段２００は必要ではなく、速度制御手段１３０の出
力をトルク電流指令演算手段２１０に直接入力してもよ
い。
ては、発生トルク推定手段１５０の出力を負帰還するト
ルク制御手段２００を設けているが、必ずしもトルク制
御手段２００は必要ではなく、速度制御手段１３０の出
力をトルク電流指令演算手段２１０に直接入力してもよ
い。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トルク指令に対して励磁電流とトルク電流との比率を高
い効率で維持するように制御するので、負荷変動時およ
び過渡状態においてＰＷＭインバータ及び誘導電動機を
最高効率に制御することができる。この結果、エレベー
タのように乗りかごの乗客数が変化し、電動機に加わる
負荷トルクが変動する駆動系に対して大きい省エネルギ
ー効果が得られる。
トルク指令に対して励磁電流とトルク電流との比率を高
い効率で維持するように制御するので、負荷変動時およ
び過渡状態においてＰＷＭインバータ及び誘導電動機を
最高効率に制御することができる。この結果、エレベー
タのように乗りかごの乗客数が変化し、電動機に加わる
負荷トルクが変動する駆動系に対して大きい省エネルギ
ー効果が得られる。
【図１】本発明の一実施形態によるエレベータの制御装
置
置
【図２】電動機の速度を可変した時、電動機の最高効率
を与えるトルク電流と励磁電流との関係を説明する図
を与えるトルク電流と励磁電流との関係を説明する図
【図３】電動機速度と電動機の最高効率を与える電流比
との関係を説明する図
との関係を説明する図
【図４】ＰＷＭインバータ損失と電動機に流れる一次電
流との関係を説明する図
流との関係を説明する図
【図５】電動機速度とＰＷＭインバータの最高効率を与
える電流比との関係を説明する図
える電流比との関係を説明する図
【図６】最適励磁電流指令決定手段の詳細を説明するブ
ロック図
ロック図
【図７】電動機速度と総合損失との関係を説明する図
【図８】本発明の他の実施形態
【図９】総合損失を最小化する電流比と電動機速度との
関係を説明する図
関係を説明する図
４０…ＰＷＭインバータ ６０…誘導電動機 ９０…乗りかご １００…速度指令発
生手段 １３０…速度制御手段 １５０…発生トルク
推定手段 １６０…二次磁束演算手段 １７０…励磁・トル
ク電流検出手段 １９０…積分演算手段 ２００…トルク制御
手段 ２１０…トルク電流指令演算手段 ２２０…すべり角周
波数演算手段 ２３０…最適励磁電流指令決定手段 ２３１…インバータ損失最小化αINV発生手段 ２３２…電動機損失最小化αIM演算手段 ２３３…インバータ損失最小化励磁電流指令決定手段 ２３４…電動機損失最小化励磁電流指令決定手段 ２３５…インバータ損失演算手段 ２３６…電動機損失
演算手段 ２３９…判定手段 ２４０…電流制御手
段 ２５０…ＰＷＭパルス発生手段 ２６０…総合損失最小化αTパターン発生手段 ２６１…総合損失最小化励磁電流指令決定手段
生手段 １３０…速度制御手段 １５０…発生トルク
推定手段 １６０…二次磁束演算手段 １７０…励磁・トル
ク電流検出手段 １９０…積分演算手段 ２００…トルク制御
手段 ２１０…トルク電流指令演算手段 ２２０…すべり角周
波数演算手段 ２３０…最適励磁電流指令決定手段 ２３１…インバータ損失最小化αINV発生手段 ２３２…電動機損失最小化αIM演算手段 ２３３…インバータ損失最小化励磁電流指令決定手段 ２３４…電動機損失最小化励磁電流指令決定手段 ２３５…インバータ損失演算手段 ２３６…電動機損失
演算手段 ２３９…判定手段 ２４０…電流制御手
段 ２５０…ＰＷＭパルス発生手段 ２６０…総合損失最小化αTパターン発生手段 ２６１…総合損失最小化励磁電流指令決定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武藤 信義 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸工場内 (72)発明者 紺谷 雅宏 東京都千代田区神田錦町一丁目６番地 株 式会社日立ビルシステム内
Claims (3)
- 【請求項１】 交流を直流に変換するコンバータと、こ
の直流を可変電圧・可変周波数の交流に変換するＰＷＭ
インバータと、前記ＰＷＭインバータから給電される誘
導電動機と、前記誘導電動機の速度指令を発生する手段
と、前記速度指令に前記誘導電動機の速度が追従するよ
うにトルク指令を発生する速度制御手段と、前記誘導電
動機の二次磁束を推定する手段と、この二次磁束と前記
トルク指令を用いてトルク電流指令を発生する手段と、
このトルク電流指令を用いて励磁電流指令を発生する手
段と、前記トルク電流指令及び励磁電流指令に応じたト
ルク電流及び励磁電流が前記誘導電動機に流れるように
前記ＰＷＭインバータを制御する手段を備え、前記誘導
電動機によって乗りかごを昇降駆動するエレベータの制
御装置において、前記励磁電流指令を発生する手段は、
前記ＰＷＭインバータの損失と前記電動機の損失が小さ
くなる領域のトルク電流値と励磁電流値の関係になるよ
うにトルク電流指令から励磁電流指令を決定する手段を
有することを特徴とするエレベータの制御装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記ＰＷＭインバー
タの損失と前記電動機の損失が小さくなる領域のトルク
電流値と励磁電流値の関係になるようにトルク電流指令
から励磁電流指令を決定する手段は、前記ＰＷＭインバ
ータの損失を最小化する励磁電流とトルク電流の関係比
と前記電動機の損失を最小化する励磁電流とトルク電流
の関係比から、前記トルク電流指令を用いてそれぞれに
対応した励磁電流を演算し、前記トルク電流指令と前記
それぞれの励磁電流から前記ＰＷＭインバータと前記電
動機とを合わせた総合損失をそれぞれ演算し、求めたそ
れぞれの総合損失を比較し、損失が小さくなる方の励磁
電流を選択し、励磁電流指令とすることを特徴とするエ
レベータの制御装置。 - 【請求項３】 請求項１において、前記ＰＷＭインバー
タの損失と前記電動機の損失が小さくなる領域のトルク
電流値と励磁電流値の関係になるようにトルク電流指令
から励磁電流指令を決定する手段は、前記電動機の損失
を最小化する励磁電流とトルク電流との関係と、前記Ｐ
ＷＭインバータの損失を最小化する励磁電流とトルク電
流との関係のうち、前記電動機の速度が低速の場合、前
記ＰＷＭインバータの損失を最小化する励磁電流とトル
ク電流との関係比を選択し、前記電動機の速度が高速の
場合、前記電動機の損失を最小化する励磁電流とトルク
電流との関係比を選択し、トルク電流指令から励磁電流
指令をこの関係比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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8353093A JPH10167594A (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | エレベータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8353093A JPH10167594A (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | エレベータの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10167594A true JPH10167594A (ja) | 1998-06-23 |
Family
ID=18428521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8353093A Pending JPH10167594A (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | エレベータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10167594A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006191775A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Mitsubishi Electric Corp | 電動機装置 |
| WO2008107992A1 (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-12 | Mitsubishi Electric Corporation | 電気車の制御装置 |
| JP2017022832A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置 |
-
1996
- 1996-12-13 JP JP8353093A patent/JPH10167594A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006191775A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Mitsubishi Electric Corp | 電動機装置 |
| WO2008107992A1 (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-12 | Mitsubishi Electric Corporation | 電気車の制御装置 |
| JPWO2008107992A1 (ja) * | 2007-03-08 | 2010-06-10 | 三菱電機株式会社 | 電気車の制御装置 |
| US8489262B2 (en) | 2007-03-08 | 2013-07-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric vehicle controller |
| JP2017022832A (ja) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置 |
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