JPH1081450A - 直流エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力変換器切り換え時の電流跳躍を抑止する
直流エレベータの制御装置の提供。 【解決手段】 電機子電流指令の極性が反転したこと、
かつ流れる電機子電流が零または零付近であることの論
理積により、複数の自己消弧素子で構成した電力変換器
の可否を判定する。可と判定した場合、まず両電力変換
器を一旦停止させる。次に、デジタル回路で構成した電
流制御系の電機子電流指令と実際に流れる電機子電流の
偏差の積分値を、電動機の速度から求めた電動機電圧に
変更するか、または、電力変換器の切り換え方向に応じ
て電動機電圧よりも高いかまたは低い値に変更し、一定
期間経過後、電力変換器を切り換え動作させるように作
用するものである。 【効果】 電力変換器切り換え時の電流跳躍を抑止し、
乗りかご振動を発生させず、かつ乗りかごの着床精度を
向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電力を直流電
力に、あるいは直流電力を交流電力に変換する複数の自
己消弧素子により構成した正逆２組の電力変換器を備え
た直流エレベータの制御装置に係り、特に電力変換器切
り換え時の電機子電流の跳躍抑止に好適な直流エレベー
タの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流電動機を用いたエレベータの制御装
置においては、２組のサイリスタ群を用いた無循環電流
形逆静止レオナード方式が提案、製品化されている。こ
の方式では、直流電動機の力行運転および回生運転の時
にサイリスタ群を切り換える必要があり、このサイリス
タ群の切り換えに伴い電機子電流が流れない不通時間
（一般に５０ｍｓ〜３００ｍｓ）、および後の電機子電
流の跳躍が直流電動機のトルク脈動、ひいてはエレベー
タ乗りかごの振動となり、乗客に不快感を与えるといっ
た問題がある。

【０００３】このため、例えば特開昭５１−２７２５２
号公報に記載されているように、前記サイリスタ群の切
り換え時にサイリスタの制御信号を出力する増幅器の利
得を変化させ、前記電機子電流の不通時間を短縮する方
式や、例えば特開昭５４−３４０号公報に記載されてい
るように、電機子電流指令信号が零または零に近くなっ
た際に、直流電動機の加速度制御回路の利得を、それ以
前よりも大に設定し、一定時間経過後前記利得を復旧さ
せ、エレベータ乗りかごの振動を抑制する方式が提案さ
れている。

【０００４】また、例えば、特開昭５３−２３４５４号
公報に記載されているように、電機子電流の流れる極性
を記憶し、一定速度で走行しておらず、かつ流れる電機
子電流が零になった際にのみ、上記記憶した電機子電流
の極性に対応する極性のバイアス電圧をサイリスタ群の
制御信号に印加し、サイリスタ群の制御信号の極性を急
速に変化させ、サイリスタ群の切り換え時間を短縮する
方式や、例えば、特開昭５３−１２１３４９号公報に記
載されているように、流れる電機子電流が零になり、か
つ電機子電流指令が零ではない際に、電機子電流の方向
切り換え後の電機子電流立上り時間を短縮する指令を出
力し、電機子電流指令が零を維持する際には、上記短縮
指令を出力しない方式が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エレベータ
においては、乗りかごとつるべ式に連結された釣り合い
おもりの質量と、乗りかごおよび乗客の質量がバランス
した状態では、一定速度で走行する場合トルクを必要と
せず、電機子電流をほぼ零で制御する必要がある。さら
に、乗りかごをある階床で精度高く着床させるために
は、ほぼ一定の極めて低速度から緩やかな減速・停止を
行わねばならず、上記バランスした状態では正・負の微
小トルク、すなわち電機子電流を正・負に微細に制御す
る必要がある。

【０００６】一方、上記提案の特開昭５１−２７２５２
号公報に記載の方式および特開昭５４−３４０号公報に
記載の方式では、制御系の利得を変化させることから、
安定した制御系を構築することは困難であり、上記電機
子電流をほぼ零付近で制御する際には、切り換え毎に電
流跳躍を発生し、場合によっては発振することが懸念さ
れる。

【０００７】また、特開昭５３−２３４５４号公報に記
載の方式および特開昭５３−１２１３４９号公報に記載
の方式では、上記電機子電流をほぼ零付近で制御する際
の電流跳躍を発生させないための工夫があるものの、前
述の電機子電流を正・負に微細に制御することは困難で
あり、エレベータの着床精度に問題が残る。

【０００８】すなわち、従来提案の方式にあっては、サ
イリスタを用いているがための動作遅れを短くすること
に主眼を置くものであって、電機子電流を正・負に微細
に制御することはできず、乗りかご振動の発生、あるい
は乗りかごの着床精度が悪いといった問題がある。

【０００９】本発明はこのような従来技術における実情
に鑑みてなされたもので、その目的は、電力変換器切り
換え時の電流跳躍を抑止し、乗りかご振動を発生させ
ず、かつ乗りかごの着床精度を向上できる直流エレベー
タの制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、複数の自己消弧素子で構成した第１の電力
変換器とこれと逆向きに接続した第２の電力変換器を駆
動用交流電源に接続し、前記電力変換器にエレベータ用
直流電動機を接続し、前記電力変換器を上記エレベータ
用直流電動機の力行運転時及び回生運転時に切り換えて
エレベータの速度制御を行うものにおいて、前記エレベ
ータ用直流電動機の電機子電流指令と実際に流れる電機
子電流との偏差の積分値に応じて前記電力変換器の出力
電圧を可変し、前記電機子電流を制御するデジタル回路
で構成した電流制御系を備え、前記電力変換器の切り換
え時に前記電流偏差の積分値を電動機の速度から求めた
任意の値に変更する電機子電流跳躍抑止手段を備えたも
のである。

【００１１】また、上記電機子電流跳躍抑止手段は、電
動機の速度検出値から電動機電圧を求め、この値を上記
積分値と変更するか、または、上記第１の電力変換器か
ら上記第２の電力変換器への切り換え時は求めた電動機
電圧よりも高い値を上記積分値と変更し、上記第２の電
力変換器から上記第１の電力変換器への切り換え時には
求めた電動機電圧よりも低い値を上記積分値と変更する
ものである。

【００１２】また、上記電力変換器の切り換えを、電機
子電流指令の極性が反転したこと、かつ流れる電機子電
流が零または零付近であることの論理積で行うようにし
たものである。

【００１３】さらに、上記電力変換器の切り換え時に、
両電力変換器を一旦停止させ、一定期間後、電力変換器
を動作させるようにしたものである。

【００１４】上述したように本発明は、電機子電流指令
の極性が反転したこと、かつ流れる電機子電流が零また
は零付近であることの論理積により、複数の自己消弧素
子で構成した電力変換器の切り換えの可否を判定する。
可と判定した場合、まず両電力変換器を一旦停止させ
る。次に、デジタル回路で構成した電流制御系の電機子
電流指令と実際に流れる電機子電流の偏差の積分値を、
電動機の速度から求めた電動機電圧に変更するか、また
は、電力変換器の切り換え方向に応じて電動機電圧より
も高いかまたは低い値に変更し、一定時間経過後、電力
変換器を切り換え動作させるように作用するものであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
に基づいて説明する。

【００１６】図１は本発明の直流エレベータの制御装置
の一実施形態を示すブロック図、図２は判定処理Ｆ１１
００の動作説明図、図３は電流偏差演算処理、積分演算
処理、電流跳躍抑止処理を行う処理Ｆ１３００の動作説
明図、図４は積分値とトランジスタの駆動信号を抑制す
るための関数器及び流れる電機子電流との関係を示す説
明図、図５はトランジスタ駆動信号設定・出力処理Ｆ１
５００の動作説明図、図６は本発明の電機子電流跳躍抑
止処理の効果説明図である。

【００１７】図１において、１は三相交流からなる駆動
用交流電源、２は第１の電力変換器、３は第１の電力変
換器２と逆並列に接続した第２の電力変換器、４は直流
リアクトル、５はエレベータ用直流電動機、６は綱車、
７は乗りかご、８は釣り合いおもり、９は電流検出器、
１０は速度検出器、１１は速度制御マイコン、１２は電
流制御マイコン、１３は切り換え回路である。

【００１８】次に本発明の動作について説明する。今、
乗りかご７を上昇あるいは下降運転させる場合、速度制
御マイコン１１は所定の速度指令を演算し、乗りかご７
および乗客の質量と釣り合いおもり８の質量の関係から
所要トルクを算出し、電機子電流指令ＩＲＦを出力す
る。

【００１９】電流制御マイコン１２には、電機子電流指
令ＩＲＦと電流検出器９で検出した電動機に実際に流れ
る電流すなわち帰還電流ＩＦＢ、及び速度検出器１０で
検出した電動機の速度ＳＰを速度制御回路を介して入力
する。

【００２０】電流制御マイコン１２は、所定間隔のタイ
マ割込みで起動する通常処理Ｆ１０００を備えており、
切り換え判定処理Ｆ１１００、電動機電圧演算処理Ｆ１
２００、電流偏差演算処理・積分演算処理電流跳躍抑止
処理Ｆ１３００、トランジスタ駆動信号演算処理Ｆ１４
００、トランジスタ駆動信号設定・出力処理Ｆ１５００
を順に実行するものである。

【００２１】まず、切り換え判定処理Ｆ１１００の動作
を図２を用いて説明する。電流制御マイコン１２は、入
力される電機子電流指令ＩＲＦの極性の変化および帰還
電流ＩＦＢがほぼ零であるかの２つの条件により、切り
換え指令を設定する。すなわち、帰還電流ＩＦＢが零で
はない任意の値を越える際には、指令の設定は変更せ
ず、第１の電力変換器２、第２の電力変換器３の切り換
えは行わない。また、帰還電流ＩＦＢがほぼ零であり、
かつ電機子電流指令ＩＲＦの極性が変化した場合、すな
わち電機子電流指令ＩＲＦの極性が正から負に変化した
際には、指令の設定を論理「０」に、負から正に変化し
た際には、指令の設定を論理「１」に変更する。

【００２２】当然ながら、帰還電流ＩＦＢがほぼ零であ
っても電機子電流指令ＩＲＦの極性が変化しない場合に
は、設定の変更は行わない。ここで、帰還電流ＩＦＢの
零判断において、ほぼ零に設定した場合で説明したが、
トルク脈動および電流の峻断に伴う回路インダクタンス
による電圧が問題にならない範囲で任意に設定しても良
い。

【００２３】電動機電圧演算処理Ｆ１２００では、電流
制御マイコン１２に入力される電動機の速度データか
ら、次の関係式に基づいて電動機電圧を演算する。 Ｖ＝ω・ｋφ ここで、Ｖは電動機電圧、ｋφは電動機の界磁定数であ
る。

【００２４】次に処理Ｆ１３００の処理を図３により説
明する。

【００２５】前述の処理Ｆ１１００で設定した切り換え
指令に変化がない場合、切り換えはないと判定し、まず
処理Ｆ１３１１で電機子電流指令ＩＲＦと帰還電流ＩＦ
Ｂとの差分を演算し電流偏差を求める。その後、処理Ｆ
１３１２で求めた電流偏差の積分演算を行い積分値を求
める。

【００２６】指令の設定に変化があり、切り換えありと
判定した場合については後述する。

【００２７】次にトランジスタ駆動信号演算処理Ｆ１４
００の動作を図４（ａ）の関数器を用いて簡単に説明す
る。マイコン１２は、処理Ｆ１３００の処理結果である
積分値により、関数器の関数１０１を用いて位相指令Ｔ
ＨＲＦを、関数１０２を用いて通流率指令ＧＭＲＦとを
作成する。ここで、通流率指令ＧＭＲＦは第１の電力変
換器２あるいは第２の電力変換器３を構成するトランジ
スタの点弧時間幅を設定するものであり、通流率指令Ｇ
ＭＲＦが最小でトランジスタの点弧時間を最小に、また
通流率指令ＧＭＲＦが最大で点弧時間を最大とするもの
である。一方、位相指令は０°から１８０°の範囲で設
定しており、通流率指令ＧＭＲＦが最小の位相制御の範
囲でのみ可変させ、その以外は０°または１８０°に固
定する。次に、駆動用交流電源１の電源電圧位相と位相
指令ＴＨＲＦの関係から第１の電力変換器２あるいは第
２の電力変換器３を構成するトランジスタのスイッチン
グの順番と、通流率指令ＧＭＲＦからそのタイミングを
演算する。これにより、電機子電流が断続とならない条
件において、位相９０°を境に正・負の電圧を連続的に
出力できるものである。

【００２８】このスイッチングの順番、タイミングおよ
び切り換え指令の状態により、トランジスタ駆動信号設
定・出力処理Ｆ１５００は各種信号出力処理を行う。こ
の処理Ｆ１５００の動作について、図５を用いて説明す
る。

【００２９】前述の処理Ｆ１１００で設定した切り換え
指令に変化がない場合、切り換えはないと判定し、前述
の処理Ｆ１４００で求めたトランジスタのスイッチング
の順番およびそのタイミングをＦ１５２０で出力し、処
理を終了する。また、切り換え指令の設定に変化がある
場合には、切り換えありと判定し、処理Ｆ１５１１で全
トランジスタを即消弧する指令を出力する。さらに処理
Ｆ１５１２で、変更後の指令１２ｂを論理「０」または
論理「１」として出力し、処理を終了する。

【００３０】次に、切り換え回路１３では、指令１２ｂ
により、論理「１」でトランジスタ駆動信号１２ａを第
１の電力変換器２にトランジスタ駆動指令１３ａとして
出力し、論理「０」で第２の電力変換器３にトランジス
タ駆動指令１３ｂとして出力を行う。このトランジスタ
駆動指令１３ａあるいは１３ｂを受け、第１の電力変換
器２あるいは第２の電力変換器３を構成する各トランジ
スタはスイッチング動作を行い、所定の直流電圧を出力
し、エレベータ用直流電動機５の発生する直流電圧との
電位差により電機子電流が流れるものである。

【００３１】また、この電機子電流は直流リアクトル４
で平滑され、この電機子電流を前述の如く帰還すること
で、精度高く電機子電流を制御し、ひいては必要トルク
を制御する。さらに、エレベータ用直流電動機５の回転
速度を速度検出器１０で検出し、速度制御マイコンに帰
還し速度偏差を小さくするように制御することで、エレ
ベータ用直流電動機５の回転により上昇・下降する乗り
かご７は高精度かつ円滑な乗り心地に制御される。

【００３２】次に、エレベータの運転状態が力行から回
生に移る際の電機子電流の制御の詳細な動作を電流跳躍
抑止処理の動作と併せ説明する。

【００３３】今、力行運転時の電機子電流を第１の電力
変換器２で供給する場合、電流偏差の積分値に対し電機
子電流は図４（ｂ）に示す特性となる。図から明らかな
ように、電機子電流がａの値より大きい状態では電流偏
差の積分値に対し線形の関係があるのに対し、ａ以下の
範囲では非線形となり、積分値ｂで電流零となってい
る。これは、電流が小さい場合、直流リアクトル４の発
生する逆起電圧が小さく、逆バイアス状態のトランジス
タが駆動指令に対し点弧しにくいことで発生するもので
ある。また、この特性曲線は、エレベータ用直流電動機
５の速度、すなわち発生電圧により平行移動するもので
ある。

【００３４】さて、回生運転に移行する場合、電機子電
流指令ＩＲＦが減少し、電流偏差の積分値が図４（ｂ）
において左方向に移動し、電機子電流を減少させる。さ
らに、電機子電流指令ＩＲＦを減少させていくと、つい
には電機子電流がほぼ零となる。その後、電機子電流指
令ＩＲＦの極性が負に転ずると、前述の処理Ｆ１１００
で、指令を論理「０」に設定変更する。

【００３５】この設定変更を受け、処理Ｆ１３００では
電流跳躍抑止処理に入る。電流跳躍抑止処理に入ると、
まず設定変更後１回目の処理であるかを処理Ｆ１３２１
で行い、１回目でなければ通常の電流偏差演算処理Ｆ１
３１１、積分演算処理Ｆ１３１２を実行する。

【００３６】１回目の場合には、処理Ｆ１３２２で第１
の電力変換器２から第２の電力変換器３への切り換えで
あるかを判定し、第１の電力変換器２から第２の電力変
換器３への切り換えであれば、処理Ｆ１３２３で積分値
を処理Ｆ１２００で求めた電動機電圧＋αの値に変更
し、逆の切り換えであれば、処理Ｆ１３２４で積分値を
電動機電圧−αの値に変更する。

【００３７】次に処理Ｆ１５００では、Ｆ１１００での
設定変更を受け、処理Ｆ１５１１で全トランジスタを即
消弧する指令を出力し、さらに、処理Ｆ１５２２で指令
１２ｂを論理「１」から「０」に変更し出力する。

【００３８】このような処理を行うことで、切り換え直
後の積分値は、電機子電流が流れない値に設定される。

【００３９】尚、上記電動機電圧に加える、または減ず
るαは電動機電圧演算処理による演算結果と実際の電動
機電圧との誤差に対する余裕分である。従って、演算制
度がよければ、より小さな値を設定でき、例えば、零に
設定した場合には、電流の不通時間を零にできる。

【００４０】以上の電流跳躍抑止処理の有無による電力
変換器切り換え時の電機子電流波形を図６に示す。同図
（ａ）は本発明の電流跳躍抑止処理がない場合の波形で
あり、図４（ｂ）の積分電圧ｂ付近で第２の電力変換器
３に切り換えた際に図４（ｃ）のｃで表す電流跳躍が発
生することを示している。図６（ｂ）は本発明の電流跳
躍抑止処理がある場合の波形であり、第２の電力変換器
３に切り換えた際に電流跳躍が発生しないことを示して
いる。

【００４１】このように構成した実施形態では、電力変
換器切り換えの時に積分値を電動機の速度から求めた電
動機電圧に変化させることで、電機子電流の跳躍は発生
しない。これにより、電機子電流を微細に制御でき、乗
りかごを振動させることはなく、また、高精度の着床精
度を得ることができる。

【００４２】また、電力変換器切り換えの時は一旦全ト
ランジスタを消弧するため、第１の電力変換器２および
第２の電力変換器３の同時点弧はなく、電源短絡は発生
しない。

【００４３】尚、本実施形態では、電動機電圧は電動機
の速度から求めるようにしたが、直接電動機の電圧を検
出して行っても同様の効果が得られることはいうまでも
ない。

【００４４】さらに、電流跳躍抑止処理をアナログ回路
で構成しても良いが、この場合にはハード構成が複雑に
なり、高価な構成となる。

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したので、電
力変換器時の電流跳躍を抑止し、乗りかご振動を発生さ
せず、かつ乗りかごの着床精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。

【図２】切り換え判定処理Ｆ１１００の動作説明図であ
る。

【図３】電流偏差演算処理、積分演算処理、電流跳躍抑
止処理を行う処理Ｆ１３００の動作説明図である。

【図４】関数器と電機子電流の関係を示す説明図であ
る。

【図５】トランジスタ駆動信号設定・出力処理Ｆ１５０
０の動作説明図である。

【図６】電機子電流跳躍抑止処理の効果を説明する説明
図である。

【符号の説明】

２ 第１の電力変換器 ３ 第２の電力変換器 ５ エレベータ用直流電動機 １２ 電流制御マイコン １３ 切り換え回路 ＩＲＦ 電機子電流指令 ＩＦＢ 帰還電流 ＳＰ 電動機速度

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の自己消弧素子で構成した第１の電
   力変換器とこれと逆向きに接続した第２の電力変換器を
   駆動用交流電源に接続し、前記電力変換器にエレベータ
   用直流電動機を接続し、前記電力変換器を上記エレベー
   タ用直流電動機の力行運転時及び回生運転時に切り換え
   てエレベータの速度制御を行う直流エレベータの制御装
   置において、前記エレベータ用直流電動機の電機子電流
   指令と実際に流れる電機子電流との偏差の積分値に応じ
   て前記電力変換器の出力電圧を可変し、前記電機子電流
   を制御するデジタル回路で構成した電流制御系を備え、
   前記電力変換器の切り換え時に前記電流偏差の積分値を
   電動機の速度から求めた任意の値に変更する電機子電流
   跳躍抑止手段を備えたことを特徴とする直流エレベータ
   の制御装置。
2. 【請求項２】 上記電機子電流跳躍抑止手段は、電動機
   の速度検出値から電動機電圧を求め、この値を上記積分
   値と変更するか、または、上記第１の電力変換器から上
   記第２の電力変換器への切り換え時は求めた電動機電圧
   よりも高い値を上記積分値と変更し、上記第２の電力変
   換器から上記第１の電力変換器への切り換え時には求め
   た電動機電圧よりも低い値を上記積分値と変更すること
   を特徴とする請求項１記載の直流エレベータの制御装
   置。
3. 【請求項３】 上記電力変換器の切り換えを、電機子電
   流指令の極性が反転したこと、かつ流れる電機子電流が
   零または零付近であることの論理積で行うことを特徴と
   する請求項１記載の直流エレベータの制御装置。
4. 【請求項４】 上記電力変換器の切り換え時に、両電力
   変換器を一旦停止させ、一定期間後、電力変換器を動作
   させることを特徴とする請求項１記載の直流エレベータ
   の制御装置。