JPS6169366A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、交流電源から可変電工の直流電力を得る電力
変換装置に係り、特に、直流電動機を用いたエレベータ
−の電源装置に適した電力変換装置に関する。

〔発明の背景〕

従来から、直流方式のエレベータ−などの電力変換装置
としては、サイリスク（ＳＣＲとも呼ばれ、厳密にいえ
ば逆阻止３端子サイリスタのことである）からなる順変
換装置を用いたサイリスタ静止レオナード方式の装置が
広く用いられるようになってきた。

このサイリスタ静止レオナード方式によりば、従来のワ
ードレオナード方式のものに比して制御特性や効率が優
れ、かつ静止機であるため保守が容易であるという利点
が得られる。

しかしながら、このような従来のサイリスタ静止レオナ
ード方式による装置では、その直流出力電圧の制御が位
相制御によって行なわれていたため、力率が悪いという
欠点がある。

そこで、この点を改善するため、ゲートターンオフが可
能なターンオフサイリスタ（ＧＴＯともいう）で順変換
装置を構成し、電流をチョッピングしてパルス幅制御す
ることにより直流出力電圧の制御を行なわせ、これによ
り交流電源側からみた電圧と電流の位相が一致するよう
にし、力率の改善が得られるようにし定制御装置が広く
用いられるようになり、このような制御装置の一例を第
２図に示す。

この第２図に示したエレベータ−の制御装置は、上記し
たパルス幅制御と位相制御とを併用し、これにより直流
出力電圧の制御範囲を広くしながら力率の低下が少くて
済むようにしたもので、図において、１は交流リアクト
ル、２はフィルタ、３〆　　〜５　）’１　Ｇ　Ｔ　Ｏ
・°〜°°１°０″′・°°′″″！Ｒ＊ｉｅ。

などの電流検出器、１０は電流制御部、１１はパルス発
生回路、１２はゲート回路、２０は乗りかご駆動用の直
流電動機である。

また、１０１は比較器、１０２はパルス幅制御回路、１
０３は位相制御回路である。

電流指令１１が電流制御部１０に与えられると、この電
流指令■、と電流検出器９で検出された電動機２０の電
流を表わす帰還電流信号工、とが比較器１０１で比較さ
れ、その偏差に応じてパルス幅制御回路１０２と位相制
御回路１０３から所定のパルス幅指令信号Ｐ　と位相指
令信号α　が出力され、これに応じてＵ相、■相、Ｗ相
の各ＧＴＯ３〜５と５ＣＲ６〜７に対する点弧パルス列
がパルス発生回路１１から出力される。そして、これら
の点弧パルス列によりゲート回路１２がＧＴＯ３〜５と
５ＣＦＬ６〜８にゲート信号を供給し、直流電動機２０
に電流指令工、で与えられる電流が供給されるように制
御が行なわれる。

なお、交流リアクタｌは高調波抑制用であり、フィルタ
２は過電圧吸収用である。

ｉ３図ｉ！Ｕ、　Ｖ、　Ｗ（７）各相のＧＴ０３〜５と
５ＣＲ６〜８に供給されるゲートパルスとアノード電流
を示したもので、ゲートパルスは実線で、またアノード
電流は破線でそれぞれ示しである。

また、第４図はＧ　Ｔ　０３〜６のそれぞれに供給され
るゲートパルスの波形を拡大して示したもので、オーバ
ードライブ部、広幅部、それにオフゲート部とから成り
立っていることが判る。なお、このような波形のパルス
を用いた制御方法は周知のものなので、その詳しい説明
は省略する。

従って、この第２図に示したＧＴＯを用いた電力変換装
置によねば、静止レオナード方式の特色を充分に活かし
ながら力率の良い運転を行なうことができる。

ところで、このような電力装置では、その負荷耐量によ
ってコストが大きく影響を受け、負荷耐量を大きくとれ
ば半導体素子の容量や冷却能力も大きなものが必要にな
り、コストが増加する。従って、コストの面からみれば
負荷耐量はなるべく低く抑えることが望ましい。

例えば、上記した第２図に示すエレベータ−の場合では
、ＧＴＯ３−７５や８０Ｒ６〜８などからなる電力変換
部分の負荷耐量はＤＣＭ２　ｏの定格容量にほぼ等しい
値にまで抑えられるのが望ましくゝＯ しかして、一般にエレベータ−システムでは各種の安全
装置が設けられており、このため乗りかごの速度が異常
な高速になるなどの種種の異常に際しては電源がオフに
されるようになっており、従ってＤＣＭ２０が過負荷に
なるような事態はほとんど発生しないようになっている
から、この観点からすれば、上記のように電力変換部分
の負荷耐量をＤＣＭ２０の定格付近に抑えることは容易
な筈である。

ところが、このようなエレベータ−システムでは、その
据付、運転に各種の法的規制があり、種種の試験にパス
する必要がある。そして、この試験の一つに、エレベー
タ−の安全装置の一つである乗りかご非常止め装置の試
験、いわゆるギャツチ試験がある。

このキャッチ試験は、エレベータ−の乗りかごを下降方
向に運転させながら非常止め装置を作動させて乗りかご
を停止させ、この状態でシープが下降方向にローブに対
して完全にスリップするまで駆動用電動機（ＤＣＭ２０
）のトルクを増加させてゆくことによって遂行され、従
って、このときには駆動用電動機に定格時よりもかなり
大きな電力を供給する必要があり、電機子電流は定格値
の３００％にも達し、かつ、この犬ぎな電機子電流を供
給している期間もかなり長くなり、通常、順変換部に使
用されている半導体素子の熱時定数を相当に超える長い
時間となっている。

従って、従来の電力変換装置では、エレベータ−システ
ムなど定格負荷と過負荷とで大きな差を有し、かつ、過
負荷状態を短時間定格負荷耐量で処理できないような場
合には、この過負荷容量を定格負荷耐量としなければな
らず、著しくコストアップとなってしまうという欠点が
あった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除−□　　
き、ＧＴＯなど制御信号によるター・オフが可能な半導
体素子を用い、パルス幅制御により直流出力電圧を制御
する方式の電力変換装置において、七の過負荷耐量を定
格容量に比して充分に大きくすることができる電力変換
装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明では、必要に応じて半
導体素子の制御信号によるターンオフ動作を停止させる
ようにし、負荷に供給すべき電力が所定値以上になった
ときには半導体素子のターンオフが電源転流によってだ
け行なわれるようにした点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による電力変換装置について、図示の実施
例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、第２図の従来例と同様に
、エレベータ−駆動用のＤＣＭ２０を負荷としたもので
、この第１図において、１３は電流指令Ｉ、を入力して
ＤＣＭ２０に供給すべき電流値を知り、それが所定値以
上になったときだけ切換信号Ｓを発生する働きをする切
換制御回路、１４は切換信号Ｓが入力されたときだけ動
作してパルス発生回路１１による還流パルス（第３図番
照）の発生を禁止する働きをする還流パルス発生禁止回
路、そして１５は同じく信号Ｓが入力されたときだけ動
作してゲート回路１２によるＧＴＯオフゲートパルス部
（第３図及び第４図参照）の発生を禁止する働きをする
ＧＴＯオフゲート発生禁止回路であり、その他は第２図
の従来例と同じである。

次に、この実施例の動作について説明する。

いま、電流指令Ｉ、ｖｃより定まるＤＣＭ２０の電流値
が所定値、例えば定格値の１２０％以下に保たれていた
ときには、切換信号Ｓは発生せず、これが１２０％を超
えたときだけ切換信号Ｓが発生されるように切換制御回
路１３が設定されていたとする。

そこで、まず、エレベータ−の運転状態が通常の状態に
保たれていたとすると、このときにはＤＣＭ２０に対す
る電流指令１．の大きさは、最大でもほぼ定格値付近に
保たれているため、切換制御回路１３は信号Ｓを発生せ
ず、従って、この実施例の動作は第２図の従来例と全（
同様になり、ｆｘ３図及び第４図を参照して既に説明し
たように、ＧＴ０３〜５のｔ源チョッピングによるパル
ス幅制御と５ＣＢ６〜８による位相制御の併用により直
流出力電圧の制御が行なわれ、ＤＣＭ２０の速度制御が
遂行されてエレベータ−は高力率のもとで適切な運行が
得られるように動作する。

次に、何らかの理由、例えば上記したエレベータ−のキ
ャッチ試験を行なうなどの理由により電流指令１．が定
格値の１２０％を超える値にされたとする。

そうすると、今度は切換制御回路１３が切換信号Ｓを発
生するので、これにより還流パルス発生禁止回路１４と
ＧＴＯオフゲート発生禁止回路１５が能動化され、パル
ス発生回路１１による還流パルスの発生とゲート回路１
２によるＧＴＯオフゲートパルス部の発生とが禁止され
、ＧＴＯ３〜５に供給されるＧＴＯオフゲートパルスは
、第５図に示すように還流パルスを含まないパルス列に
切換わり、しかも、これらＧＴＯゲートパルスのそれぞ
れは、第６図に示すようにオフゲートパルス部を含まな
い波形にそれぞれ切換えられることになる。

そこで、この結果、このときには各相のＧＴ０３〜５は
ゲートターンオフ動作は行なわなくなり、それらのアノ
ード電流のそれぞれは第５図の波線で示すように電源転
流により他相のＧＴＯのアノード電流に切換わるまでの
１２０°期間の連続通流となる、いわゆる電源転流動作
となり、このため、直流出力電流の制御は、電源のチョ
ッピングによるパルス幅制御によるものを除いた電源転
流による位相制御によってだけ遂行される形に自動的に
切換えられることになる。なお、この切換えによりルー
プ制御系のゲインが上昇するので系が不安定状態になる
場合があるが、このような場合には切換信号Ｓにより位
相制御回路１０３のゲインを低く切換えてやるようにす
ればよい。

と　　　　従って、この実施例によれば、制御装置の特
にＧＴ０３〜５などの電力系の負荷耐量を定格負荷近傍
に保ったままでもキャッチ試験などの過負荷状態にも充
分に耐えるようにすることができ、コストアップをなく
すことができる。すなわち、このような、ＧＴ０３〜５
を用い、電源のチョッピングによるパルス幅側＠により
出方を制御し、これにより力率の良い運転が得られるよ
うにしたシステムでは、ＧＴＯのゲートターンオフ時に
おけるスイッチングエネルギーによるこれらＧＴＯのジ
ャンクション温度の上昇が大で、これが負荷耐量を決め
る大きな要素となっている。しかして、上記実施例によ
れば、負荷が所定値以上に増大したときＫは、ＧＴＯ３
〜５のゲートターンオフ動作が禁止されるため、上記し
た制約が除かれるのでＧＴ０３〜５の容量や、これらに
対する冷却容量を増加させることなく充分に大ぎな過負
荷耐量をもたせることができ、コストアップをなくすこ
とができるのである。

なお、以上の実施例では、電流指令Ｒに応じて自動的に
パルス幅制御が禁止されるようになっており、この結果
、エレベータ−の加速時などで過渡的な過負荷状態にな
ったときも応動させることができ、この結果、ＧＴ０３
〜５の容量をエレベータ−の定格容量一杯に近くまで小
さくすることができ、コストアップを充分に小さく抑え
ることかできるようになっているが、ここまで要求され
ないとき、或いはその他の理由により自動的な切換えが
要求されないとぎは、切換制御回路１３を単なるスイッ
チなどで構成し、必要なとき、例えばキャッチ試験を行
なうときだけ切換信号Ｓを発生させるようにしてもよい
。

また、この切換制御回路１３の入力は電流指令１、に限
らず、電流帰還信号工、を入力するようにしてもよい。

ところで、以上の実施例では、本発明による電力変換装
置をエレベータ−の制御装置に適用した場合について説
明したが、本発明はこの実施例に限らず、任意の直流負
荷を対象とした電力変換装置として適用可能なことはい
うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によねば、制御方式を電源
のチョッピングによるパルス幅制御を含む方式から、そ
れを含まない方式に切換えるという簡単な構成により負
荷耐量を増加させるようにしたから、従来技術の欠点を
除き、過負荷時を見越して予じめ機器の容量を増加させ
ておく必要がなく、通常は力率の良い運転が得られ、し
かもエレベータ−のキャッチ試験などの過負荷運転に際
してもそのまま充分に対応できる電力変換装置をローコ
ストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電力変換装置の一実施例を示す構
成図、第２図は電力変換装置の従来例を示す構成図、第
３図及び第４図は従来例の動作を説明するための波形図
、第５図及び第６図は本発明の一実施例の動作を説明す
るための波形図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御信号による電流しゃ断機能を有する半導体スイ
   ッチング素子を用いた順変換部を備え、電源の強制的な
   チョッピングによるパルス幅制御動作と、位相制御動作
   とを併用して直流出力電圧の可変制御を行なう方式の電
   力変換装置において、上記パルス幅制御動作の機能を停
   止させる制御手段を設け、必要に応じて電源転流による
   位相制御動作だけで直流出力電圧の可変制御が行なえる
   ように構成したことを特徴とする電力変換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記順変換部の直
   流出力電力又は直流出力電流が所定値を超えたことを条
   件として上記制御手段の機能を発動させるように構成し
   たことを特徴とする電力変換装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記順変換部の直
   流出力がエレベーター駆動用の直流電動機に供給される
   ように構成されていることを特徴とする電力変換装置。