JPWO2012120703A1 - 電力送電装置 - Google Patents
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Abstract
交流電源(10)から副送電制御ケーブル(12)を介して送電された電力を整流した後、単相インバータ(22)により補償電圧を出力する直列補償回路(30)をエレベータのかご部分に備える。エレベータ機械室の交流電源(10)からかごに設置された各種負荷機器(15)へ送電する主送電制御ケーブル(11)に直列補償回路(30)の出力を直列接続して主送電制御ケーブル(11)の相電圧に補償電圧を重畳し、主送電制御ケーブル(11)による電圧降下を補償する。
Description
この発明は、例えば昇降行程の長いエレベータのかごへの電力送電に用い、複数の芯線を有する制御ケーブルを介して送電する電力送電装置に関するものである。
エレベータのかごには、照明器具、エアコン、ファン、ドアモータなどの各種負荷機器が搭載され、エレベータ機械室からかごへの電力送電には制御ケーブルを介して行われる。制御ケーブルは可撓性を保つため、比較的細線の芯線を複数本備えて構成される。また高層ビルのエレベータでは、制御ケーブルが長くなることによる電圧降下が大きくなり負荷機器での入力電圧が低下する。制御ケーブルの芯線数を増やすことで電圧降下を防止できるが、制御ケーブルの重量増につながり、制御ケーブルの揺れによりエレベータの走行の妨げになる。
従来の電力伝送方式では、昇圧した電力を一括してかごに送り、かごでこの電圧を変成して各機器用電源を作成し各機器に配電する。これにより、電力伝送用の芯線による電圧降下を小さくし、かつ芯線数を削減している(例えば特許文献1)。
従来の電力伝送方式では、昇圧した電力を一括してかごに送り、かごでこの電圧を変成して各機器用電源を作成し各機器に配電する。これにより、電力伝送用の芯線による電圧降下を小さくし、かつ芯線数を削減している(例えば特許文献1)。
また、配電システムにおける従来の電源装置として、以下のものがある。
大容量の三相矩形波インバータの各相毎の出力と3台の小容量の単相PWMインバータとを各々直列に結合し、上記三相矩形波インバータで負荷に加える電圧を粗調整し、上記単相PWMインバータで負荷に加える電圧を各相毎に微制御する。また出力ケーブルのインピーダンスを模擬したインピーダンス模擬回路を備えて、出力ケーブルの電圧降下分に相当する電圧を求め、この電圧を加算して単相PWMインバータから出力させる(例えば特許文献2)。
大容量の三相矩形波インバータの各相毎の出力と3台の小容量の単相PWMインバータとを各々直列に結合し、上記三相矩形波インバータで負荷に加える電圧を粗調整し、上記単相PWMインバータで負荷に加える電圧を各相毎に微制御する。また出力ケーブルのインピーダンスを模擬したインピーダンス模擬回路を備えて、出力ケーブルの電圧降下分に相当する電圧を求め、この電圧を加算して単相PWMインバータから出力させる(例えば特許文献2)。
上記特許文献1記載の送電では、エレベータ機械室で予め送電電圧を昇圧し制御ケーブルに流れる電流を抑制する高電圧送電であり、負荷が変動すると制御ケーブルに流れる電流も変動するため制御ケーブルでの電圧降下が変動する。このため、負荷機器への入力電圧は負荷の状態に依存し変動する。したがって負荷変動が大きい負荷機器では該負荷機器への入力電圧の変動が大きくなり該機器が許容する入力電圧範囲を超えることがあった。1つの送電に接続する負荷機器を少なくして機器への入力電圧の変動を抑制できるが、送電に必要な芯線数が多くなり、制御ケーブルの重量増およびコスト高につながるものであった。
また、三相交流から単相交流を取り出し単相の負荷機器を接続する場合、それぞれ異なる種類の単相機器は個別に負荷変動を起こし、各相の独立した負荷変動のため三相交流が乱れる。このため、接続された三相の負荷機器が正常動作しなくなることがあった。
また、三相交流から単相交流を取り出し単相の負荷機器を接続する場合、それぞれ異なる種類の単相機器は個別に負荷変動を起こし、各相の独立した負荷変動のため三相交流が乱れる。このため、接続された三相の負荷機器が正常動作しなくなることがあった。
上記特許文献2記載の電源装置を負荷機器の電源作成に用いると、負荷機器への入力電圧の変動を防止できる。しかしながら、大容量のインバータが必要になるため、電源装置が大きくなりコスト高になる問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、負荷機器への入力電圧の電圧変動を抑制できると共に、制御ケーブルの芯線数を低減できる電力送電装置を、小型で安価な装置構成にて提供することを目的とする。
この発明による電力送電装置は、複数の芯線を有する制御ケーブルを備え、機器設置部に設けられた複数の負荷機器に交流電源から上記制御ケーブルを介して電力を送電する。そして、上記交流電源からの電力を受電して整流するコンバータ、および該コンバータの直流出力側に接続された単相インバータを有し、出力側が上記制御ケーブルに直列接続されて、出力電圧を該制御ケーブルの相電圧に重畳する直列補償回路と、上記直列補償回路を制御する制御回路とを備え、上記制御回路は、上記制御ケーブルによる電圧降下を補償する補償電圧を出力するように上記直列補償回路を制御するものである。
この発明による電力送電装置は、上記負荷機器への送電は上記制御ケーブルを介して行い、上記制御回路は、上記制御ケーブルによる電圧降下を補償する補償電圧を出力するように上記直列補償回路を制御するため、負荷機器への入力電圧の電圧変動を抑制できると共に、制御ケーブルの芯線数を低減できる。また、上記直列補償回路は比較的小容量に構成でき、電力送電装置を小型で安価な装置構成にできる。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電力送電装置を図に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による電力送電装置、より具体的には、エレベータ機械室にて系統より受電した交流電源である三相交流電源10から機器設置部であるかごに設置された各種の負荷機器15(15a〜15d)へ電力送電を行う電力送電装置1の構成を示す図である。
図1に示すように、電力送電装置1は、三相交流電源10からかごへ送電する制御ケーブルとしての主送電制御ケーブル11(11a〜11c)および第2の制御ケーブルとしての副送電制御ケーブル12(12a〜12c)と、かごに設けられて、主送電制御ケーブル11および副送電制御ケーブル12からの電力を受電して所望の電圧を出力する補償部13と、降圧トランス14とを備えて、負荷機器15である単相負荷15a〜15cおよび三相負荷15dに電力供給する。
以下、この発明の実施の形態1による電力送電装置を図に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による電力送電装置、より具体的には、エレベータ機械室にて系統より受電した交流電源である三相交流電源10から機器設置部であるかごに設置された各種の負荷機器15(15a〜15d)へ電力送電を行う電力送電装置1の構成を示す図である。
図1に示すように、電力送電装置1は、三相交流電源10からかごへ送電する制御ケーブルとしての主送電制御ケーブル11(11a〜11c)および第2の制御ケーブルとしての副送電制御ケーブル12(12a〜12c)と、かごに設けられて、主送電制御ケーブル11および副送電制御ケーブル12からの電力を受電して所望の電圧を出力する補償部13と、降圧トランス14とを備えて、負荷機器15である単相負荷15a〜15cおよび三相負荷15dに電力供給する。
補償部13は、副送電制御ケーブル12から送電される直列補償回路30と、主送電制御ケーブル11の各相に直列接続されて直列補償回路30をバイパスするバイパススイッチ31(31a〜31c)と、直列補償回路30を制御する制御回路25と、直流電圧センサ26と、電圧検出部である線間電圧センサ27とを備える。直列補償回路30は、副送電制御ケーブル12からの電力を受電して整流するコンバータとしてのダイオード整流器20と、コンデンサ21と、各相の単相インバータ22(22a〜22c)と、フィルタ回路23(23a〜23c)と、一次側がフィルタ回路23に接続され、二次側が各相の主送電制御ケーブル11a〜11cに直列接続された直列トランス24(24a〜24c)とを備える。
主送電制御ケーブル11および副送電制御ケーブル12は、可撓性を保つために比較的細い芯線を使用し、これらを複数束ねたものである。かごに搭載される負荷機器15は、例えば照明器具、エアコン、ドア開閉装置、行先制御装置などである。さらに超高層ビルではその昇降行程が大きくなり上層階と下層階では気圧の変化があるため気圧制御が搭載される。
負荷機器15の主な電力は各相毎に主送電制御ケーブル11により送電される。直列補償回路30内の直列トランス24の二次巻線とバイパススイッチ31とが並列に接続され、これらが主送電制御ケーブル11に直列接続される。バイパススイッチ31は通常時に開放され、直列補償回路30は、主送電制御ケーブル11による電圧降下を補償する各相の補償電圧を出力し、直列トランス24の二次巻線を介して主送電制御ケーブル11の相電圧に重畳する。補償部13は、補償電圧を重畳後の主送電制御ケーブル11の電圧を出力する。さらに補償部13の出力は、直列補償回路30が直列接続される接続点よりも負荷機器15側に接続された降圧トランス14により、負荷機器15が必要とする電圧に降圧されて出力される。なお、直列補償回路30の制御及び動作の詳細は後述する。
バイパススイッチ31は、直列補償回路30に故障が発生して補償電圧を出力できなくなった場合に閉じて直列トランス24(二次巻線)をバイパスすることで直列補償回路30をバイパスする。バイパススイッチ31を閉じている時は、主送電制御ケーブル11により送電された電力が、そのまま降圧トランス14で降圧され負荷機器15に供給され、即ち、負荷機器15への送電は主送電制御ケーブル11のみで行う。
なお、バイパススイッチ31は、直列補償回路30の故障に限らず、三相交流電源10、負荷機器15a〜15dまたは制御ケーブル11、12のいずれかに故障が発生した場合に閉じることにより、直列補償回路30の回路部分が故障しないように保護することもできる。
なお、バイパススイッチ31は、直列補償回路30の故障に限らず、三相交流電源10、負荷機器15a〜15dまたは制御ケーブル11、12のいずれかに故障が発生した場合に閉じることにより、直列補償回路30の回路部分が故障しないように保護することもできる。
一方、副送電制御ケーブル12は、三相交流電源10から直列補償回路30に送電し、送電された交流電力はダイオード整流器20によって三相全波整流され、コンデンサ21によって平滑されてリップルが除去された直流となる。この場合、リップル除去にコンデンサ21を使用したが、コイルを正極側に直列に挿入するなどでも三相全波整流によるリップル除去を行うことができる。また三相交流電源に重畳されている高周波成分を除去する機能を持たせてもよい。
なお、副送電制御ケーブル12は、この場合三相交流に対応する3本としたが相数と異なるものでも良い。
なお、副送電制御ケーブル12は、この場合三相交流に対応する3本としたが相数と異なるものでも良い。
各相の単相インバータ22は、図2に示すように、それぞれダイオードD1〜D4を逆並列接続した4個のスイッチング素子Q1〜Q4を備え、2個のスイッチング素子Q1、Q2(Q3、Q4)を直列接続した2組のブリッジ回路を並列接続したフルブリッジインバータである。各単相インバータ22は、制御回路25により駆動制御されてPWM変調された電圧を出力する。
フィルタ回路23は、図3に示すように、コンデンサC1、抵抗R1およびリアクトルL1で構成され、単相インバータ22から出力された電圧の高周波成分を除去する。負荷機器15の状況によって主送電制御ケーブル11を流れる電流波形は変化し正弦波にならない場合があり、主送電制御ケーブル11による電圧降下分の電圧波形も正弦波でない場合がある。このため、フィルタ回路23では、完全な正弦波を得るように設計するのではなく、系統周波数の例えば3次以上の高調波をカットオフ周波数に設定する。フィルタ回路23からの出力電圧は、直列トランス24を介して主送電制御ケーブル11の相電圧に重畳される。なお、直列トランス24の巻線比k(一次巻数/二次巻数)は、k≧1である。
次に、制御回路25による直列補償回路内の単相インバータ22の制御について説明する。
図1に示すように、直流電圧センサ26はコンデンサ21の直流電圧を検出し、線間電圧センサ27は補償部13において主送電制御ケーブル11の線間電圧を検出する。この線間電圧センサ27は、直列トランス24の二次巻線が主送電制御ケーブル11に直列接続される接続点よりも三相交流電源側で線間電圧を検出する。これらの電圧センサ26、27からの検出電圧は、制御回路25に入力され、制御回路25はこれらの検出電圧に基づいて単相インバータ22を駆動制御する。
図1に示すように、直流電圧センサ26はコンデンサ21の直流電圧を検出し、線間電圧センサ27は補償部13において主送電制御ケーブル11の線間電圧を検出する。この線間電圧センサ27は、直列トランス24の二次巻線が主送電制御ケーブル11に直列接続される接続点よりも三相交流電源側で線間電圧を検出する。これらの電圧センサ26、27からの検出電圧は、制御回路25に入力され、制御回路25はこれらの検出電圧に基づいて単相インバータ22を駆動制御する。
図4は、制御回路25による単相インバータ22の制御を示す制御ブロック図である。
図4に示すように、制御回路25は、内部の基準正弦波発生部41で三相交流電源10の電圧を基準とした基準正弦波電圧を発生させる。この基準正弦波電圧と線間電圧センサ27による検出電圧とを比較して差電圧を求めた後、相電圧変換部42により相電圧に変換する。この相電圧は、各相の主送電制御ケーブル11による電圧降下分に相当し、変調率演算部43に入力される。
変調率演算部43には、直流電圧センサ26により検出されたコンデンサ21の直流電圧(以下、直流母線電圧と称す)も入力され、変調率演算部43は、相電圧変換部42からの相電圧に、直列トランス24の巻線比kを乗算した後、上記直流母線電圧で除算することによって変調率を算出する。PWMパルス発生部44は、上記変調率を入力し、三角波からなる搬送波との比較によりPWMパルスであるゲート信号を発生する。制御回路25はこのゲート信号を各単相インバータ22へ出力する。
図4に示すように、制御回路25は、内部の基準正弦波発生部41で三相交流電源10の電圧を基準とした基準正弦波電圧を発生させる。この基準正弦波電圧と線間電圧センサ27による検出電圧とを比較して差電圧を求めた後、相電圧変換部42により相電圧に変換する。この相電圧は、各相の主送電制御ケーブル11による電圧降下分に相当し、変調率演算部43に入力される。
変調率演算部43には、直流電圧センサ26により検出されたコンデンサ21の直流電圧(以下、直流母線電圧と称す)も入力され、変調率演算部43は、相電圧変換部42からの相電圧に、直列トランス24の巻線比kを乗算した後、上記直流母線電圧で除算することによって変調率を算出する。PWMパルス発生部44は、上記変調率を入力し、三角波からなる搬送波との比較によりPWMパルスであるゲート信号を発生する。制御回路25はこのゲート信号を各単相インバータ22へ出力する。
なお、図4は1相分のみを図示し、他の相でも同様の構成であるが、基準正弦波発生部41で発生する基準正弦波電圧の位相は各相で120°ずつずれている。
また、主送電制御ケーブル11による電圧降下分の相電圧は、線間電圧センサ27にて線間電圧による電圧降下分を検出して変換することで導出したため、容易に相電圧を得ることができる。
また、主送電制御ケーブル11による電圧降下分の相電圧は、線間電圧センサ27にて線間電圧による電圧降下分を検出して変換することで導出したため、容易に相電圧を得ることができる。
各単相インバータ22は、制御回路25からのゲート信号により、各相の主送電制御ケーブル11による電圧降下分の相電圧に直列トランス24の巻線比kを乗算した電圧を出力電圧指令として駆動制御される。
具体的には単相インバータ22内の各スイッチング素子Q1〜Q4が、制御回路25からのPWMパルスであるゲート信号によりオンオフ制御される。スイッチング素子Q1、Q4は同じゲート信号(PWMパルス)で駆動され、スイッチング素子Q2、Q3はスイッチング素子Q1、Q4のゲート信号と逆パルスの同じゲート信号(PWMパルス)で駆動される。これにより単相インバータ22はPWM変調された電圧を出力する。
具体的には単相インバータ22内の各スイッチング素子Q1〜Q4が、制御回路25からのPWMパルスであるゲート信号によりオンオフ制御される。スイッチング素子Q1、Q4は同じゲート信号(PWMパルス)で駆動され、スイッチング素子Q2、Q3はスイッチング素子Q1、Q4のゲート信号と逆パルスの同じゲート信号(PWMパルス)で駆動される。これにより単相インバータ22はPWM変調された電圧を出力する。
そして上述したように、単相インバータ22からの出力電圧はフィルタ回路23にて高周波成分が除去され、直列トランス24を介して出力される電圧が主送電制御ケーブル11の相電圧に重畳される。この直列トランス24の二次側の出力電圧が、直列補償回路30が出力する補償電圧となり、直列補償回路30は、主送電制御ケーブル11による電圧降下分の相電圧を補償電圧として出力するように動作する。
以上のように、直列補償回路30は、主送電制御ケーブル11による電圧降下分の相電圧を補償電圧として出力し、補償電圧が主送電制御ケーブル11の相電圧に重畳されるため、電力送電装置1は、負荷機器15での電圧変動を抑制し各負荷機器15への入力電圧をほぼ一定に保つことができる。また主送電制御ケーブル11による電圧降下分の相電圧を相毎に導出し、直列補償回路30は相毎に補償電圧を重畳するため、電力送電装置1は、各負荷機器15a〜15dの個別の負荷変動にも対応でき、各負荷機器15への入力電圧の電圧変動を確実に抑制できる。
三相交流から単相交流を取り出し単相の負荷機器15a〜15cを接続すると、それぞれ異なる種類の単相機器は個別に負荷変動を起こすが、各負荷機器15a〜15cへの入力電圧はほぼ一定にでき、接続された三相の負荷機器15dにも電圧変動が抑制された良好な三相交流電圧が入力される。
また、エレベータ機械室で受電した三相交流電源10の電圧が規定よりも低い場合においても負荷機器15での電圧を一定に保つことができる。
さらにバイパススイッチ31を設けることにより、系統異常時に直列補償回路30を保護することができる。また直列補償回路30が故障した場合でも負荷機器15に電力を送電することが可能である。
三相交流から単相交流を取り出し単相の負荷機器15a〜15cを接続すると、それぞれ異なる種類の単相機器は個別に負荷変動を起こすが、各負荷機器15a〜15cへの入力電圧はほぼ一定にでき、接続された三相の負荷機器15dにも電圧変動が抑制された良好な三相交流電圧が入力される。
また、エレベータ機械室で受電した三相交流電源10の電圧が規定よりも低い場合においても負荷機器15での電圧を一定に保つことができる。
さらにバイパススイッチ31を設けることにより、系統異常時に直列補償回路30を保護することができる。また直列補償回路30が故障した場合でも負荷機器15に電力を送電することが可能である。
また、主送電制御ケーブル11での電圧降下をもたらすインピーダンスは芯線数に反比例し、芯線数が多くなるほどインピーダンス、特に抵抗成分は減少する。この実施の形態では、主送電制御ケーブル11での電圧降下を許容して主送電制御ケーブル11の芯線数を低減し、降下した主送電制御ケーブル11の電圧は直列補償回路30が出力する補償電圧を重畳することで復帰させる。このため、負荷機器15への入力電圧の電圧変動を抑制できると共に、主送電制御ケーブル11の芯線数を低減できる。
ビルの高層化でエレベータの昇降行程が大きくなると主送電制御ケーブル11が長くなるが、芯線数が低減できるため主送電制御ケーブル11の重量増大を抑制できる。
ビルの高層化でエレベータの昇降行程が大きくなると主送電制御ケーブル11が長くなるが、芯線数が低減できるため主送電制御ケーブル11の重量増大を抑制できる。
さらに、直列補償回路30は、主送電制御ケーブル11による電圧降下分の相電圧のみを出力し、そのための電力が副送電制御ケーブル12により直列補償回路30に送電される。このため、直列補償回路30内の単相インバータ22は容量の小さなものでよく、装置構成を小型で安価なものにできる。
また、直列補償回路30を有する補償部13がエレベータのかごに設けられているため、かごに搭載される負荷機器15へ送電する主送電制御ケーブル11による電圧降下をかごの位置で補償することになり確実に補償できる。また、エレベータ機械室で予め送電電圧を昇圧し制御ケーブルに流れる電流を抑制する必要が無く、主送電制御ケーブル11に高耐圧のケーブルを使用する必要が無い。
なお、主送電制御ケーブル11、副送電制御ケーブル12とも、昇圧トランスを設けて予め送電電圧を昇圧して送電しても良い。
なお、主送電制御ケーブル11、副送電制御ケーブル12とも、昇圧トランスを設けて予め送電電圧を昇圧して送電しても良い。
また、直列トランス24の巻線比kをk≧1とすることにより1次側電圧を高くするため、直列トランス24の一次側に流れる電流を低減できて単相インバータ22に流れる電流を低減できる。
また、直列補償回路30は、主送電制御ケーブル11による電圧降下分の相電圧のみを出力し、そのための電力が副送電制御ケーブル12により直列補償回路30に送電される。このため副送電制御ケーブル12が扱う電力は主送電制御ケーブル11に比べて小さく、負荷機器15における負荷変動による影響も小さい。この実施の形態では、三相交流電源10から直列補償回路30に送電される電力は、主送電制御ケーブル11を経ることなく、副送電制御ケーブル12にて送電される。このため、直列補償回路30の入力電圧は、負荷機器15からの影響が小さく電圧変動が抑制され、直列補償回路30内の単相インバータ22の直流電圧も確保できる。これにより、単相インバータ22は信頼性良く所望の電圧を出力でき、直列補償回路30は安定して補償電圧を出力する。
なお、上記実施の形態では、直列補償回路30が直列トランス24を備えて、直列トランス24を介して補償電圧を主送電制御ケーブル11の相電圧に重畳したが、直列トランス24を介さずにフィルタ回路23の出力電圧を直接、主送電制御ケーブル11の相電圧に重畳しても良い。その場合は、直列トランス24の巻線比kが1の場合と同様に制御回路25が単相インバータ22を制御する。
また、上記実施の形態では、三相交流による送電について説明したが、単相による送電であってもよい。この場合、電力が単相交流電源からかごに設置された負荷機器(単相負荷)15へ送電され、単相インバータ22、直列トランス24およびバイパススイッチ31は各1台でよい。また、単相インバータ22はハーフブリッジインバータであっても良い。その場合、直流側にコンデンサ21の代わりに2直列のコンデンサを備え、単相インバータ22は正負の2レベル電圧の出力となる。
実施の形態2.
上記実施の形態1では単相インバータ22内の各スイッチング素子Q1〜Q4がPWMパルスであるゲート信号によりオンオフ制御されるものを示したが、この実施の形態では、異なる制御について説明する。なお、単相インバータ22の各スイッチング素子Q1〜Q4の制御が異なるのみで、図4で示した単相インバータ22全体の出力制御およびその他の部分は上記実施の形態1と同様である。
上記実施の形態1では単相インバータ22内の各スイッチング素子Q1〜Q4がPWMパルスであるゲート信号によりオンオフ制御されるものを示したが、この実施の形態では、異なる制御について説明する。なお、単相インバータ22の各スイッチング素子Q1〜Q4の制御が異なるのみで、図4で示した単相インバータ22全体の出力制御およびその他の部分は上記実施の形態1と同様である。
図5は、単相インバータ22の動作を説明する図で、図5(a)はコンデンサ21と単相インバータ22との回路図、図5(b)〜図5(f)は各部の波形図である。
単相インバータ22は、上述したように2個のスイッチング素子Q1、Q2(Q3、Q4)を直列接続した2組のブリッジ回路を並列接続したフルブリッジインバータである。 制御回路25は、一方のブリッジ回路Q1−Q2のスイッチング素子Q1、Q2をPWMパルスであるゲート信号にて制御する(図5(b)、図5(f))。そして、制御回路25は、他方のブリッジ回路Q3−Q4のスイッチング素子Q3、Q4を出力電圧の極性に応じた極性パルスであるゲート信号にて制御する(図5(c)、図5(e))。また、ブリッジ回路内の2直列のスイッチング素子Q1、Q2(Q3、Q4)は互いに逆パルスのゲート信号で駆動される。
単相インバータ22は、上述したように2個のスイッチング素子Q1、Q2(Q3、Q4)を直列接続した2組のブリッジ回路を並列接続したフルブリッジインバータである。 制御回路25は、一方のブリッジ回路Q1−Q2のスイッチング素子Q1、Q2をPWMパルスであるゲート信号にて制御する(図5(b)、図5(f))。そして、制御回路25は、他方のブリッジ回路Q3−Q4のスイッチング素子Q3、Q4を出力電圧の極性に応じた極性パルスであるゲート信号にて制御する(図5(c)、図5(e))。また、ブリッジ回路内の2直列のスイッチング素子Q1、Q2(Q3、Q4)は互いに逆パルスのゲート信号で駆動される。
単相インバータ22では、コンデンサ21の直流電圧を入力として、コンデンサ21の電圧をVDCとした場合、スイッチング素子Q1、Q4が同時オンして+VDC、スイッチング素子Q2、Q3が同時オンして−VDC、スイッチング素子Q1、Q3の同時オンあるいはスイッチング素子Q2、Q4の同時オンで0の3レベルの電圧値を各単相インバータ22の交流端子間に印加する。これらのスイッチングの組み合わせにて単相インバータ22はPWM変調された電圧Voを出力する(図5(d))。
この実施の形態では、制御回路25は単相インバータ22を構成する2組のブリッジ回路の内、1組のスイッチング素子Q3、Q4を極性パルスであるゲート信号にて制御するため、そのブリッジ回路では、スイッチング回数が1周期に2回に減少する。これによりスイッチング損失が低減し電力送電装置1による高効率な電力送電が可能になる。
実施の形態3.
図6は、この発明の実施の形態3による電力送電装置1aの構成を示す図である。
上記実施の形態1では、副送電制御ケーブル12により直列補償回路30に送電したが、この実施の形態3による電力送電装置1aでは、副送電制御ケーブル12がなく、直列補償回路30は主送電制御ケーブル11から送電される。その他の構成は上記実施の形態1と同様である。
この場合、エレベータ機械室の三相交流電源10からかごに電力送電する制御ケーブルを主送電制御ケーブル11のみにできるので電力送電が簡素化される。さらに全体の制御ケーブルの芯線数の低減が可能になる。
図6は、この発明の実施の形態3による電力送電装置1aの構成を示す図である。
上記実施の形態1では、副送電制御ケーブル12により直列補償回路30に送電したが、この実施の形態3による電力送電装置1aでは、副送電制御ケーブル12がなく、直列補償回路30は主送電制御ケーブル11から送電される。その他の構成は上記実施の形態1と同様である。
この場合、エレベータ機械室の三相交流電源10からかごに電力送電する制御ケーブルを主送電制御ケーブル11のみにできるので電力送電が簡素化される。さらに全体の制御ケーブルの芯線数の低減が可能になる。
実施の形態4.
以下、この発明の実施の形態4を実施の形態1と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図7は、この発明の実施の形態4による電力送電装置1bの構成を示す図である。
上記実施の形態1では、主送電制御ケーブル11の電圧降下の検出に線間電圧センサ27を用いたが、この実施の形態4では電流センサ27aを用いる。
以下、この発明の実施の形態4を実施の形態1と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図7は、この発明の実施の形態4による電力送電装置1bの構成を示す図である。
上記実施の形態1では、主送電制御ケーブル11の電圧降下の検出に線間電圧センサ27を用いたが、この実施の形態4では電流センサ27aを用いる。
図7に示すように、電流検出部である電流センサ27aは、主送電制御ケーブル11の各相に設置されており、主送電制御ケーブル11の各相に流れる電流を検出する。
この検出電流は制御回路25aに入力され、制御回路25aは、予め設定され、例えば制御回路25a内に記憶されている主送電制御ケーブル11のインピーダンスと、検出電流とから主送電制御ケーブル11の各相の降下電圧を演算する。
その他の動作は上記実施の形態1と同様である。
この検出電流は制御回路25aに入力され、制御回路25aは、予め設定され、例えば制御回路25a内に記憶されている主送電制御ケーブル11のインピーダンスと、検出電流とから主送電制御ケーブル11の各相の降下電圧を演算する。
その他の動作は上記実施の形態1と同様である。
なお、図7および上記の説明では、電流センサ27aを各主送電制御ケーブル11に設置する例を挙げて説明したが、いずれか2つの相の主送電制御ケーブル11に電流センサ27aを設置して、残りの相の電流は制御回路25aにより求めてもよい。
さらに電流センサ27aは、電圧センサ27のように主送電制御ケーブル11への接続位置が限定されないので、三相交流電源10から降圧トランス14の間のどの位置に設置してもよい。降圧トランス14と負荷機器15側の間に電流センサ27aを設置する場合は、降圧トランス14の二次側の電流を降圧トランス14の巻線比で除算して主送電制御ケーブル11の電流とすることができる。
さらに電流センサ27aは、電圧センサ27のように主送電制御ケーブル11への接続位置が限定されないので、三相交流電源10から降圧トランス14の間のどの位置に設置してもよい。降圧トランス14と負荷機器15側の間に電流センサ27aを設置する場合は、降圧トランス14の二次側の電流を降圧トランス14の巻線比で除算して主送電制御ケーブル11の電流とすることができる。
このように電流センサ27aは、主送電制御ケーブル11の三相交流電源10から負荷機器15の間のどの位置に設置されてもよいので、設計の自由度が向上するという効果が得られる。
また、この実施の形態は実施の形態2、実施の形態3にも適用できる。
また、この実施の形態は実施の形態2、実施の形態3にも適用できる。
なお、上記実施の形態1〜4は、エレベータの機械室からかごへの電力送電について示したが、複数の芯線を有し比較的長い制御ケーブルを用いて複数の負荷機器へ交流電源から電力送電する電力送電装置に適用でき、同様の効果が得られる。
この発明による電力送電装置は、複数の芯線を有する制御ケーブルを備え、機器設置部に設けられた複数の負荷機器に交流電源から上記制御ケーブルを介して電力を送電する。また上記交流電源からの電力を受電して整流するコンバータ、および該コンバータの直流出力側に接続された単相インバータを有し、出力側が上記制御ケーブルに直列接続されて、出力電圧を該制御ケーブルの相電圧に重畳する直列補償回路と、上記直列補償回路を制御する制御回路とを備える。そして上記直列補償回路は、一次側が上記単相インバータの交流側に接続され、二次側が上記制御ケーブルに直列接続された直列トランスを備え、上記制御回路は、上記制御ケーブルによる電圧降下を補償する補償電圧を上記直列トランスの二次側に出力するように上記直列補償回路を制御するものである。
Claims (13)
- 複数の芯線を有する制御ケーブルを備え、機器設置部に設けられた複数の負荷機器に交流電源から上記制御ケーブルを介して電力を送電する電力送電装置において、
上記交流電源からの電力を受電して整流するコンバータ、および該コンバータの直流出力側に接続された単相インバータを有し、出力側が上記制御ケーブルに直列接続されて、出力電圧を該制御ケーブルの相電圧に重畳する直列補償回路と、
上記直列補償回路を制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記制御ケーブルによる電圧降下を補償する補償電圧を出力するように上記直列補償回路を制御する電力送電装置。 - 上記制御回路は、上記制御ケーブルによる上記電圧降下分の電圧を検出し、その電圧を上記補償電圧として出力するように上記直列補償回路を制御する請求項1に記載の電力送電装置。
- 上記制御ケーブルの電圧を、上記直列補償回路が直列接続される接続点よりも上記交流電源側で検出する電圧検出部を備え、上記制御回路は上記電圧検出部による検出電圧に基づいて、上記電圧降下分の電圧を検出する請求項2に記載の電力送電装置。
- 上記制御ケーブルに流れる電流を検出する電流検出部を備え、上記制御回路は上記電流検出部による検出電流と、予め設定された上記制御ケーブルのインピーダンスとに基づいて、上記電圧降下分の電圧を検出する請求項2に記載の電力送電装置。
- 複数の芯線を有し、上記交流電源からの電力を上記直列補償回路に送電する第2の制御ケーブルを備え、上記コンバータは、上記第2の制御ケーブルを介して上記交流電源からの電力を受電する請求項1に記載の電力送電装置。
- 上記直列補償回路は上記機器設置部に設けられた請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力送電装置。
- 上記直列補償回路は、一次側が上記単相インバータの交流側に接続され、二次側が上記制御ケーブルに直列接続された直列トランスを備えて、該直列トランスの二次側に上記補償電圧を出力する請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力送電装置。
- 上記直列トランスの巻線比k(一次巻数/二次巻数)は、k≧1である請求項7に記載の電力送電装置。
- 上記制御回路は、上記直列補償回路が出力する上記補償電圧が上記電圧降下分の電圧となるように、上記直列補償回路内の上記単相インバータを直流入力電圧に基づいて駆動制御する請求項2〜4のいずれか1項に記載の電力送電装置。
- 上記単相インバータは、2直列のスイッチング素子から成るブリッジ回路を2組、直流母線間に並列接続したフルブリッジインバータであり、上記制御回路は一方のブリッジ回路をPWMパルスであるゲート信号で制御し、他方のブリッジ回路を出力極性に応じた極性信号であるゲート信号で制御する請求項9に記載の電力送電装置。
- 上記制御ケーブルの、上記直列補償回路が直列接続される接続点よりも上記負荷機器側に降圧トランスを接続する請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力送電装置。
- 上記交流電源は三相交流電源であり、上記制御ケーブルおよび上記単相インバータを各相毎に備え、上記直列補償回路の各相出力が上記各相の制御ケーブルに直列接続される請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力送電装置。
- 上記機器設置部はエレベータのかごであり、エレベータ機械室内の上記交流電源から上記かごに設けられた上記複数の負荷機器に送電する請求項6に記載の電力送電装置。
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