JPWO2013051100A1 - エレベーターの制御装置 - Google Patents

Abstract

大がかりな降圧回路や絶縁回路等が不要であって、２レベルインバータの母線直流電圧値の異常を検出する回路を小型化できるエレベーターの制御装置を提供する。このため、中性点接地方式の三相交流電源と、この三相交流電源からの三相交流電圧を高電位及び低電位の２レベルの直流電圧に変換するコンバータと、コンバータからの２レベルの直流電圧を交流電圧に変換してエレベーターのモータを駆動するインバータと、を有するエレベーターの制御装置において、コンバータとインバータとの間に設けられ、２レベルの直流電圧の高電位側と低電位側との間に直列に接続された第１及び第２のコンデンサと、第１及び第２のコンデンサの接続部の対接地間電圧を中間電圧として検出する検出手段と、を備え、検出手段は、検出した中間電圧に基づいてインバータに入力される２レベルの直流電圧の異常を検出する構成とする。

Description

この発明は、エレベーターの制御装置に関するものである。

従来のエレベーターにおいては、電源から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換してエレベーターのモータを駆動するインバータと、これらのコンバータとインバータの間に接続された平滑用のコンデンサと、を備え、電圧検出手段によりコンデンサの電圧を検出することで、エレベーターの主回路に用いられているコンデンサの良否判断を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、コンバータとインバータとの間に平滑コンデンサを直列に２つ接続した電力変換制御装置において、一方の平滑コンデンサの両端間の端子電圧を分圧回路により取り出して、この端子電圧を監視することにより平滑コンデンサ及びバランス抵抗の開放や短絡を検出するものも従来知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、コンバータにより交流から変換された低電位、中間電位及び高電位の３つの電位の電圧を交流に電力変換する３レベルインバータを備えた電力変換装置において、直流中性点電圧の変動を抑制するために、直流中性点電圧を検出して該直流中性点電圧を制御する直流中性点電圧制御系を備えたものも従来知られている（例えば、特許文献３参照）。

日本特開２０１０−２６５０９３号公報 日本特開平０８−０７９９６３号公報 日本特許第４４６６６１８号公報

ところで、エレベーターはコンバータからインバータへと入力される直流電圧値（インバータ母線電圧値）に異常がないかどうかや、電源から供給される三相交流に欠相等の異常がないかどうかを監視する自己診断機能を有していることが一般的である。
しかしながら、特許文献１に示された従来のエレベーターのように、（２レベルの）インバータの母線電圧を直接検出して監視を行うと、検出（監視）対象の信号が非常に高い電圧であるため大がかりな降圧回路が必要になり、装置が大型かつ高価になってしまうという課題がある。

また、エレベーターの制御装置が備えるデジタル系制御回路は一般的に接地電位とほぼ同電位で動作しているため、インバータの母線電圧の検出・監視を行う回路と、デジタル系制御回路とで大きな電位差が生じる。このため、これらの回路の間には、大きな沿面距離と絶縁回路が必要となり、検出回路の規模が非常に大きくなり、基板小型化の妨げとなるという課題もある。

特許文献２に示された電力変換制御装置は、平滑コンデンサ及びバランス抵抗の開放や短絡を検出するために、直列に接続された２つの平滑コンデンサのうちの一方の端子電圧を検出するものであり、インバータ母線電圧値の異常や電源から供給される三相交流の異常の監視・検出については全く考慮されておらず、これらの異常を検出することができないという課題がある。

また、特許文献３に示された電力変換装置は、３レベルインバータの直流中性点電圧を検出して直流中性点電圧を制御するものであり、２レベルインバータの母線電圧値の異常や電源から供給される三相交流の異常の監視・検出については全く考慮されておらず、これらの異常を検出することができないという課題がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、大がかりな降圧回路を必要とせず、デジタル系制御回路との間に大きな沿面距離や絶縁回路が不要であって、２レベルインバータの母線直流電圧値の異常や電源から供給される三相交流の異常を検出することができるエレベーターの制御装置を得るものである。

この発明に係るエレベーターの制御装置においては、エレベーターの主回路に電力を供給する中性点接地方式の三相交流電源と、前記三相交流電源からの三相交流電圧を、高電位及び低電位の２レベルの直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータからの前記２レベルの直流電圧を交流電圧に変換してエレベーターのモータを駆動するインバータと、を有するエレベーターの制御装置であって、前記コンバータと前記インバータとの間に設けられ、前記２レベルの直流電圧の高電位側と低電位側との間に直列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサの接続部の対接地間電圧を中間電圧として検出する検出手段と、を備え、前記検出手段は、前記検出した前記中間電圧に基づいて前記インバータに入力される前記２レベルの直流電圧の異常を検出する構成とする。

この発明に係るエレベーターの制御装置においては、大がかりな降圧回路を必要とせず、デジタル系制御回路との間に大きな沿面距離や絶縁回路が不要であって、２レベルインバータの母線直流電圧値の異常を検出することができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係るエレベーターの制御装置の全体構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係るエレベーターの制御装置が備える検出回路を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係る三相交流電源の各相の波形を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るコンバータ側の（平滑前の）母線の対地間電圧を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るインバータ側の（平滑後の）母線の対地間電圧を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る検出回路における不足電圧検出動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る検出回路における過電圧検出動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る三相交流電源における欠相時の波形を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る検出回路における欠相検出動作を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係るエレベーターの制御装置の三相交流電源〜検出回路の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る回生時にインバータ側の（平滑後の）母線の対地間電圧に生じる変動を説明する図である。 この発明の実施の形態３に係るエレベーターの制御装置が備える検出回路を示す回路図である。 この発明の実施の形態３に係る検出回路における検出対象電圧波形を例示する図である。 この発明の実施の形態４に係るエレベーターの制御装置が備える検出回路部分を示す図である。

この発明を添付の図面に従い説明する。各図を通じて同符号は同一部分又は相当部分を示しており、その重複説明は適宜に簡略化又は省略する。

実施の形態１．
図１から図９は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１はエレベーターの制御装置の全体構成を説明する図、図２はエレベーターの制御装置が備える検出回路を示す回路図、図３は三相交流電源の各相の波形を示す図、図４はコンバータ側の（平滑前の）母線の対地間電圧を示す図、図５はインバータ側の（平滑後の）母線の対地間電圧を示す図、図６は検出回路における不足電圧検出動作を説明する図、図７は検出回路における過電圧検出動作を説明する図、図８は三相交流電源における欠相時の波形を示す図、図９は検出回路における欠相検出動作を説明する図である。

図１において、１は、エレベーターの主回路に電力を供給する三相交流電源である。この三相交流電源１は、例えば、エレベーターが設置されるビル側の商用電源等が利用される。ところで、一般に電源が相電圧４００（Ｖ）以上の三相交流電源である場合、中性点接地されることが多い。この三相交流電源１においても中性点接地が採用されている。

三相交流電源１により供給された電力は、エレベーターの制御装置が設けられたエレベーター制御盤で受電される。受電された三相交流電源１の交流電圧は、コンバータ２により直流電圧に変換される。このコンバータ２の出力は、対地間電圧が低電圧（Ｎ）と、この低電圧より高い高電圧（Ｐ）の２レベルであり、この２レベルの直流電圧が（コンバータ側の）母線電圧である。なお、以上においては、「電圧」と「電位」の語を特に区別することなく同一の意味で用いることがある。

このコンバータ２からの高電位（Ｐ）及び低電位（Ｎ）の２レベルの直流電圧（母線電圧）は、インバータ３により可変電圧及び可変周波数の三相交流電圧に変換される。そして、このインバータ３から出力された三相交流電圧により、エレベーターのモータ４が駆動される。

コンバータ２とインバータ３の間には、高電位（Ｐ）及び低電位（Ｎ）の２レベルの母線間を結ぶようにして平滑用のコンデンサが接続されている。この平滑用のコンデンサは、コンバータ２の出力である直流電圧の脈動を平滑化するためのものである。すなわち、インバータ３に入力されるインバータ３側の母線電圧は、コンバータ２から出力されたコンバータ２側の母線電圧がこのコンデンサの作用により平滑化されたものである。

ここで、この平滑用のコンデンサには電解コンデンサを用いる。ただし、三相交流電源１の電圧が４００（Ｖ）である場合、コンバータ２から出力される約５６５（Ｖ）（４００（Ｖ）の√２倍）の電圧の信号を平滑化する必要がある。しかし、一般に、電解コンデンサは、６００（Ｖ）程度を超える耐圧を持つものは稀である。そこで、コンバータ２とインバータ３との間に接続される平滑用のコンデンサとして、数百（Ｖ）の耐圧を持つ汎用性の高い２つの電解コンデンサである第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６を直列に接続して用いる。

そして、電解コンデンサを直列に接続して用いるためには、第１のコンデンサ５と第２のコンデンサ６にかかる電圧が等しくなるようにする必要がある。そこで、第１のコンデンサ５と並列に第１のバランス抵抗７を、第２のコンデンサ６と並列に第２のバランス抵抗８を、それぞれ接続して、第１のコンデンサ５と第２のコンデンサ６にかかる電圧が等しくなるように調整されている。

エレベーターの制御装置の、主にエレベーターのモータ４を駆動する電力を供給するための電力変換機能は、以上のようにして構成されている。そして、このエレベーターの制御装置には、インバータ３へと入力される母線電圧の異常及び三相交流電源１から供給される交流電圧に係る電源異常を検出するための検出回路９が備えられている。

この検出回路９は、コンバータ２からインバータ３へと入力される高電位（Ｐ）及び低電位（Ｎ）の２レベルの直流母線電圧を平滑化する２つの第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６の中間電位を取り出し、この中間電位に基づいて直流母線電圧の異常を検出するものである。なお、検出回路９は接地されており、第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６の中間電位を対地間電圧で取り扱う。

この検出回路９の構成を図２に示す。検出回路９に入力された第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６の中間電位ＶＨ（これは第１のバランス抵抗７及び第２のバランス抵抗８の中間電位と換言できる）は、検出回路９が備える降圧回路１０により降圧された上で、不足電圧検出用コンパレータ１１及び過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２に入力される。

不足電圧検出用コンパレータ１１は、降圧された中間電圧と不足電圧検出用レファレンス電圧生成電源１３により生成された所定の不足電圧検出用レファレンス電圧とを比較する。そして、比較の結果、降圧された中間電圧が不足電圧検出用レファレンス電圧以上である場合には、不足電圧検出用コンパレータ１１は比較信号を出力する。

後述するように、三相交流電源１の電圧波形の周期性に由来して、検出回路９に入力される中間電圧ＶＨの波形にも周期性が見られる。従って、降圧された中間電圧が不足電圧検出用レファレンス電圧以上である場合に不足電圧検出用コンパレータ１１から出力される比較信号は、周期的な矩形パルスになる。

不足電圧検出用コンパレータ１１からの出力は不足電圧検出用パルス生成装置１４に入力される。この不足電圧検出用パルス生成装置１４は、パルスの入力をトリガーにして、所定の第１のパルス期間Ｔ１のパルスを生成して検出信号として出力するものである。この第１のパルス期間Ｔ１を、不足電圧検出用コンパレータ１１から出力される比較信号の矩形パルスの周期以上に設定することで、降圧された中間電圧が不足電圧検出用レファレンス電圧以上である場合に不足電圧検出用パルス生成装置１４から検出信号が継続して出力され、降圧された中間電圧が不足電圧検出用レファレンス電圧以上でない場合には、不足電圧検出用パルス生成装置１４から検出信号が出力されないようにすることができる。

そして、不足電圧検出用パルス生成装置１４から出力される検出信号を、反転器１５を通すことにより、最終的に、この反転器１５からは降圧された中間電圧が不足電圧検出用レファレンス電圧未満である場合に信号が継続して出力され、降圧された中間電圧が不足電圧検出用レファレンス電圧以上である場合には信号が出力されないことになる。

また、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２は、降圧された中間電圧と過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧生成電源１６により生成された所定の過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧とを比較する。そして、比較の結果、降圧された中間電圧が過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧以上である場合には、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２は比較信号を出力する。

この降圧された中間電圧が過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧以上である場合に過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２から出力される比較信号も、前述した不足電圧検出用コンパレータ１１から出力される比較信号と同様に、周期的な矩形パルスになる。

過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２からの出力は過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７に入力される。この過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７は、パルスの入力をトリガーにして、所定の第２のパルス期間Ｔ２のパルスを生成して検出信号として出力するものである。この第２のパルス期間Ｔ２を、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２から出力される比較信号の矩形パルスの周期以上に設定することで、降圧された中間電圧が過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧以上である場合に過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７から検出信号が継続して出力され、降圧された中間電圧が過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧以上でない場合には、過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７から検出信号が出力されないようにすることができる。

反転器１５からの出力、及び、過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７からの出力は、ＯＲ回路１８に入力される。そして、反転器１５及び過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７の少なくともいずれか一方からの信号の出力があれば、このＯＲ回路１８から信号が出力されることとなる。

次に、以上のように構成されたエレベーターの制御装置の特に検出回路９の動作について説明する。
まず、三相交流電源１から供給される三相交流の各相の対地間電圧（相電圧）は互いに１２０°ずつの位相差をもっている。従って、三相交流のＲ、Ｓ、Ｔの各相の電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴは、相電圧のピーク電圧をＡ（Ｖ）、周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、次の（１）〜（４）式により表すことができる。これらの波形グラフを図３に示す。

ＶＲ＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ） ・・・ （１）
ＶＳ＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−１２０°） ・・・ （２）
ＶＴ＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−２４０°） ・・・ （３）
ω＝３６０°＊ｆ ・・・ （４）

この時、コンバータ２とインバータ３の間の母線電圧のうちの高電位側ＶＰは、ＶＲ、ＶＳ及びＶＴのうちの最大の対地間電圧を持つ相と等しくなる。また、逆に、母線電圧のうちの低電位側ＶＮは、ＶＲ、ＶＳ及びＶＴのうちの最小の対地間電圧を持つ相と等しくなる（図４（ａ））。従って、ＶＰは次の（５）〜（７）式により、ＶＮは次の（８）〜（１０）式により、それぞれ表すことができる。

ＶＰ（３０°≦ωＴ≦１５０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ） ・・・ （５）
ＶＰ（１５０°≦ωＴ≦２７０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−１２０°） ・・・ （６）
ＶＰ（０°≦ωＴ≦３０°、２７０°≦ωＴ≦３６０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−２４０°） ・・・ （７）

ＶＮ（２１０°≦ωＴ≦３３０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ） ・・・ （８）
ＶＮ（０°≦ωＴ≦９０°、３３０°≦ωＴ≦３６０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−１２０°） ・・・ （９）
ＶＮ（９０°≦ωＴ≦２１０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−２４０°） ・・・ （１０）

なお、図４（ｂ）は、母線電圧のうちの高電位側の電位ＶＰを、低電位側の電位ＶＮと同等のレベルにまで降圧した状態を示すものである。従来においては母線電圧の異常を図４（ｂ）の状態で検出していたが、この状態においても低電位側の電位ＶＮの対地間電圧は十分に高い状態である。

検出回路９に入力される中間電位ＶＨは、母線電圧の高電位側ＶＰ及び低電位側ＶＮの間に、直列に接続された第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６の中間の電位である。従って、この中間電位は次の（１１）式で表される。

ＶＨ＝１／２＊（ＶＰ＋ＶＮ） ・・・ （１１）

この（１１）式に、（５）〜（１０）式を代入して、次の（１２）〜（１４）式を得る。

ＶＨ（０°≦ωＴ≦３０°、１５０°≦ωＴ≦２１０°、３３０°≦ωＴ≦３６０°）＝１／２＊（Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−１２０°）＋Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−２４０°）） ・・・ （１２）
ＶＨ（３０°≦ωＴ≦９０°、２１０°≦ωＴ≦２７０°）＝１／２＊（Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ）＋Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−１２０°）） ・・・ （１３）
ＶＨ（９０°≦ωＴ≦１５０°、２７０°≦ωＴ≦３３０°）＝１／２＊（Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ）＋Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−２４０°）） ・・・ （１４）

そして、これらの（１２）〜（１４）式を計算すると、次の（１５）〜（１７）式となる。

ＶＨ（０°≦ωＴ≦３０°、１５０°≦ωＴ≦２１０°、３３０°≦ωＴ≦３６０°）＝Ａ／２＊ｓｉｎ（ωＴ−１８０°） ・・・ （１５）
ＶＨ（３０°≦ωＴ≦９０°、２１０°≦ωＴ≦２７０°）＝Ａ／２＊ｓｉｎ（ωＴ−６０°） ・・・ （１６）
ＶＨ（９０°≦ωＴ≦１５０°、２７０°≦ωＴ≦３３０°）＝Ａ／２＊ｓｉｎ（ωＴ−３００°） ・・・ （１７）

これらの（１５）〜（１７）式で表される中間電位ＶＨの波形グラフを図５に示す。このように、中間電位ＶＨは３ｆの周波数で周期的に変化するものとなることが分かる。また、中間電位ＶＨの振幅は−Ａ／４≦ＶＨ≦Ａ／４となることも分かる。すなわち、中間電位ＶＨは三相交流電源１の相電位のピーク時電圧Ａの１／４倍、母線間電圧のピークである√３Ａの１／４√３倍(約１５％)の電圧になる。

また、図５の（ａ）及び（ｂ）は、平滑用の第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６のコンデンサの容量を変化させた場合の例である。このように第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６の容量を変化させた場合、母線電圧の高電位側ＶＰ及び低電位側ＶＮの波形は中間電位ＶＮの波形に近づいていくが、中間電位ＶＨ自体の波形にはほとんど変化がない。

このように、三相交流電源１が中性点接地である場合、母線の高電位側ＶＰ及び低電位側ＶＮの中間電位ＶＨは、三相交流電源１の相電位やインバータ３の母線電位よりも小さくなり、かつ、この中間電位ＶＨの波高値は、三相交流電源１の相電位やインバータ３の母線電位に比例して変化する。そこで、この中間電位ＶＨを検出することにより、三相交流電源１の相電位やインバータ３の母線電位の異常を監視することができる。

ここで、例えば、検出回路９は、中間電位ＶＨに基づいて、インバータ３の母線電圧が定格電源電圧よりｘ％分減少した場合に不足電圧異常を検出し、また、母線電圧が定格電源電圧よりｙ％分増加した場合に過電圧異常を検出するものとする。降圧回路１０で検出回路９に入力された中間電圧をｚ％だけ降圧したとすると、不足電圧検出用コンパレータ１１及び過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２に入力される電圧はＶＨ＊（１−ｚ／１００）であり、そのピーク時の値はＡ／４＊（１−ｚ／１００）となる。

従って、この場合、不足電圧検出用レファレンス電圧生成電源１３により生成される所定の不足電圧検出用レファレンス電圧は、定格電源電圧の相電圧をＡ０（Ｖ）とすると、このＡ０を用いてＡ０／４＊（１−ｚ／１００）＊（１−ｘ／１００）に設定される。また同様にして、過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧生成電源１６により生成される所定の過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧は、Ａ０／４＊（１−ｚ／１００）＊（１＋ｙ／１００）に設定される。

不足電圧検出用コンパレータ１１及び不足電圧検出用パルス生成装置１４における信号波形を図６に示す。このように、不足電圧検出用コンパレータ１１に入力される電圧ＶＨ＊（１−ｚ／１００）が、不足電圧検出用レファレンス電圧Ａ０／４＊（１−ｚ／１００）＊（１−ｘ／１００）以上である場合、不足電圧検出用コンパレータ１１から出力される比較信号は、周波数が３ｆ（Ｈｚ）の矩形パルス波になる。

そこで、不足電圧検出用パルス生成装置１４の所定の第１のパルス期間Ｔ１を、この周期１／３ｆ（ｓ）以上の時間とすることで、不足電圧検出用コンパレータ１１への入力電圧が不足電圧検出用レファレンス電圧以上である場合に、不足電圧検出用パルス生成装置１４から検出信号が継続して出力されるようにすることができる。

また、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２及び過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７における信号波形は図７のようになる。このように、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２に入力される電圧ＶＨ＊（１−ｚ／１００）が、過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧Ａ０／４＊（１−ｚ／１００）＊（１＋ｙ／１００）以上である場合、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２から出力される比較信号は、周波数が３ｆ（Ｈｚ）の矩形パルス波になる。

従って、不足電圧検出の場合と同様に、過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７の所定の第２のパルス期間Ｔ２を、この周期１／３ｆ（ｓ）以上の時間とすることで、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２への入力電圧が過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧以上である場合に、過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７から検出信号が継続して出力されるようにすることができる。

しかしながら、ここでは、このコンパレータ１２及びパルス生成装置１７において過電圧検出と電源異常検出の双方を行うため、第２のパルス期間Ｔ２を周期１／ｆ（ｓ）以上の時間に設定する。この点について、次に説明する。

図８は、三相交流電源１の三相交流に異常（欠相）が発生した場合の当該三相交流及び中間電位ＶＨの波形グラフである。この際の高電位側母線電圧ＶＰ及び低電位側母線電圧ＶＮは次の（１８）〜（２１）式により表される。

ＶＰ（０°≦ωＴ≦１５０°、３３０°≦ωＴ≦３６０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ） ・・・ （１８）
ＶＰ（１５０°≦ωＴ≦３３０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−１２０°） ・・・ （１９）

ＶＮ（１５０°≦ωＴ≦３３０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ） ・・・ （２０）
ＶＮ（０°≦ωＴ≦１５０°、３３０°≦ωＴ≦３６０°）＝Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−１２０°） ・・・ （２１）

従って、この時の中間電位ＶＨは、これら（１８）〜（２１）式を（１１）式に代入することにより、次の（２２）式として得られる。

ＶＨ＝１／２＊（Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ）＋Ａ＊ｓｉｎ（ωＴ−１２０°））＝Ａ／２＊ｓｉｎ（ωＴ−６０°） ・・・ （２２）

この（２２）式及び図８のグラフから、三相交流電源１に欠相異常が発生した際に検出回路９に入力される中間電位ＶＨは、周波数がｆ（Ｈｚ）で波高値（振幅）がＡ／２（Ｖ）となることが分かる。よって、検出回路９のコンパレータに入力される電圧のピーク値はＡ／２＊（１−ｚ／１００）と、正常時の２倍の値となる。

このような事情から、母線における過電圧の検出と同様のやり方でもって、三相交流電源１の欠相異常を検出することが可能である。この過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２及び過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７における三相交流電源１の欠相異常時の信号の状態を示すものが図９である。

ここで、前述したように、三相交流電源１の欠相異常時の中間電位ＶＨの周波数はｆ（Ｈｚ）である。従って、三相交流電源１の欠相異常時には、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２から周波数ｆ（Ｈｚ）の矩形パルスが比較信号として出力される。そこで、過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７の第２のパルス期間Ｔ２を、１／ｆ（ｓ）以上に設定することで、母線に過電圧が発生した場合と三相交流電源１の欠相が発生した場合の両方において、過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７から検出信号が継続して出力されるようになる。

なお、過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２によって母線の過電圧異常と三相交流電源１の欠相異常の双方を検出するためには、過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧を決めるｙの値は１００以下に設定する必要がある。

そして、不足電圧検出用パルス生成装置１４からの出力は反転器１５を介してＯＲ回路１８に入力され、過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置１７からの出力はそのままＯＲ回路１８に入力される。従って、母線の不足電圧異常及び過電圧異常並びに三相交流電源１の欠相異常のいずれかが発生すると、ＯＲ回路１８から異常検出信号が出力されることとなる。

なお、ここでは、検出回路９に降圧回路１０を設けた場合について説明したが、降圧回路１０は必須でなく降圧回路１０を設けないようにしてもよい。また、三相交流電源１の平衡が崩れた場合についても、中性点の電圧が変化するために、不足電圧検出用コンパレータ１１及び過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ１２によって三相交流電源１の平衡が崩れたことを検出することが可能である。

さらにまた、以上の構成においては、三相交流電源１の中性点の接地部と制御装置の検出回路９の接地部との間に電流が流れた場合には、ノイズが発生して検出誤差を生じる可能性がある。そこで、降圧回路１０にノイズ除去用のフィルタを設けるようにしてもよい。検出回路９における検出対象の周波数は３ｆ（Ｈｚ）であるので、例えばカットオフ周波数３０ｆ（Ｈｚ）で一次のローパスフィルタ設けることにより周波数１５０ｆ（Ｈｚ）以上の高周波ノイズの影響を除去できる。具体的には、三相交流電源１の周波数ｆが商用周波数６０Ｈｚである場合、カットオフ周波数１．８ｋＨｚのローパスフィルタを用いることにより９ｋＨｚ以上のノイズを十分に減衰させることが可能である。

以上のように構成されたエレベーターの制御装置は、電源側の接地が中性点接地方式の場合に母線電位の中間電位が接地に対して低電位になることに着目して、大がかりな降圧回路を必要とせず、デジタル系制御回路との間に大きな沿面距離や絶縁回路が不要であって、２レベルインバータの母線直流電圧値の異常や電源から供給される三相交流の異常を検出することができる。

また、コンパレータにおけるレファレンス電圧とパルス生成装置のパルス期間を適切に設定することで、母線の過電圧検出と欠相等の電源異常検出とを１組のコンパレータ及びパルス生成装置によって行うことも可能である。

実施の形態２．
図１０及び図１１は、この発明の実施の形態２に係るもので、図１０はエレベーターの制御装置の三相交流電源〜検出回路の構成を示す図、図１１は回生時にインバータ側の（平滑後の）母線の対地間電圧に生じる変動を説明する図である。

前述した実施の形態１の構成においては、回生運転時にモータ４から母線に電力が戻ってくると、コンバータ２のダイオードはオフ状態となる。そして、このため、母線の対地間電圧は図１１に示すようにある一定の不確定領域の範囲内において変動してしまう。この場合、中間電位も同様に変動してしまうため、停止時や力行運転時のみしか正しく異常を検出することができない。また、コンバータ２に回生コンバータ（トランジスタコンバータ）を使用した場合も、母線の対地間電位はコンバータのスイッチングで変動するため同様である。

そこで、ここで説明する実施の形態２は、実施の形態１の図１に示した主回路とは別系統のダイオードブリッジ１９並びに第１の中間電圧生成用抵抗２０及び第２の中間電圧生成用抵抗２１を設けて、これらに対して検出回路９を接続するようにしたものである。

三相交流電源１は、コンバータ２とは別に設けられたダイオードブリッジ１９にも接続されている。三相交流電源１から供給された三相交流電圧はこのダイオードブリッジ１９によって直流電圧に変換される。ダイオードブリッジ１９の出力には、直列に接続された第１の中間電圧生成用抵抗２０及び第２の中間電圧生成用抵抗２１が接続されている。第１の中間電圧生成用抵抗２０のインピーダンスは第１のバランス抵抗７と同一であり、第２の中間電圧生成用抵抗２１のインピーダンスは第２のバランス抵抗８と同一である。

従って、第１の中間電圧生成用抵抗２０及び第２の中間電圧生成用抵抗２１の中間電圧は、第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６の中間電圧ＶＨと同一となる。こうして、生成された中間電圧ＶＨは検出回路９に入力される。この検出回路９の構成・動作を含む他の構成や動作については実施の形態１と同様である。すなわち、検出回路９は、こうして主回路とは別に設けられたダイオードブリッジ１９、第１の中間電圧生成用抵抗２０及び第２の中間電圧生成用抵抗２１により生成された中間電圧ＶＨに基づいて、直流母線電圧の異常や電源異常を検出する。

以上のように構成されたエレベーターの制御装置は、回生運転時や回生コンバータの場合であっても、正確な中間電位を検出し、母線電圧異常や電源異常を正しく検出することができる。

実施の形態３．
図１２及び図１３は、この発明の実施の形態３に係るもので、図１２はエレベーターの制御装置が備える検出回路を示す回路図、図１３は検出回路における検出対象電圧波形を例示する図である。

前述した実施の形態１や実施の形態２の構成においては、コンパレータに入力される電圧の波形は上下両方に変動する正弦波様を呈するものであるのに対し、コンパレータでの比較の基準となるレファレンス電圧は、上側の電位のみを検出対象とするように設定されていた。そして、このため、三相交流電源１の平衡が何らかの原因で崩れ、電位が全体的に下側にオフセットした場合、異常を検出できない可能性が考えられる。

そこで、ここで説明する実施の形態３は、検出回路９に全波整流回路２２を設け、中間電位ＶＨの下方向の変位を上方向に反転させて整流した上で、コンパレータに入力する。従って、中間電位ＶＨの下側の電位もコンパレータでの比較対象となるため、三相交流電源１の平衡が何らかの原因で崩れ電位が全体的に下側にオフセットするという異常も検出することができる。
他の構成や動作は実施の形態１や実施の形態２と同様であり、その詳細説明は省略する。

実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４に係るもので、エレベーターの制御装置が備える検出回路部分を示す図である。

ここで説明する実施の形態４は、取り出した中間電位ＶＨをＡＤ変換器２３によりデジタル信号に変換した上で、直流母線電圧の異常や電源異常を検出するようにしたものである。ＡＤ変換器２３によりデジタル信号に変換された中間電位ＶＨは、演算によりデジタル信号処理を実行するＣＰＵ２４に入力される。このＣＰＵ２４は、前述した実施の形態１から実施の形態３の検出回路９の機能を、デジタル信号処理により実現している。このように、中間電位ＶＨに基づく直流母線電圧の異常や電源異常の検出をデジタル信号処理により実現することで、ノイズ等に強くより高精度な異常検出を行うことが可能である。他の構成や動作は実施の形態１〜実施の形態３と同様であり、その詳細説明は省略する。

この発明は、エレベーターの主回路に電力を供給する中性点接地方式の三相交流電源と、この三相交流電源からの三相交流電圧を、高電位及び低電位の２レベルの直流電圧に変換するコンバータと、このコンバータからの２レベルの直流電圧を交流電圧に変換してエレベーターのモータを駆動するインバータと、を有するエレベーターの制御装置に利用できる。

１ 三相交流電源
２ コンバータ
３ インバータ
４ モータ
５ 第１のコンデンサ
６ 第２のコンデンサ
７ 第１のバランス抵抗
８ 第２のバランス抵抗
９ 検出回路
１０ 降圧回路
１１ 不足電圧検出用コンパレータ
１２ 過電圧検出用兼電源異常検出用コンパレータ
１３ 不足電圧検出用レファレンス電圧生成電源
１４ 不足電圧検出用パルス生成装置
１５ 反転器
１６ 過電圧検出用兼電源異常検出用レファレンス電圧生成電源
１７ 過電圧検出用兼電源異常検出用パルス生成装置
１８ ＯＲ回路
１９ ダイオードブリッジ
２０ 第１の中間電圧生成用抵抗
２１ 第２の中間電圧生成用抵抗
２２ 全波整流回路
２３ ＡＤ変換器
２４ ＣＰＵ

三相交流電源１により供給された電力は、エレベーターの制御装置が設けられたエレベーター制御盤で受電される。受電された三相交流電源１の交流電圧は、コンバータ２により直流電圧に変換される。このコンバータ２の出力は、対地間電圧が低電圧（Ｎ）と、この低電圧より高い高電圧（Ｐ）の２レベルであり、この２レベルの直流電圧が（コンバータ側の）母線電圧である。なお、以下においては、「電圧」と「電位」の語を特に区別することなく同一の意味で用いることがある。

また、図５の（ａ）及び（ｂ）は、平滑用の第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６のコンデンサの容量を変化させた場合の例である。このように第１のコンデンサ５及び第２のコンデンサ６の容量を変化させた場合、母線電圧の高電位側ＶＰ及び低電位側ＶＮの波形は中間電位ＶＨの波形に近づいていくが、中間電位ＶＨ自体の波形にはほとんど変化がない。

Claims (6)

1. エレベーターの主回路に電力を供給する中性点接地方式の三相交流電源と、前記三相交流電源からの三相交流電圧を、高電位及び低電位の２レベルの直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータからの前記２レベルの直流電圧を交流電圧に変換してエレベーターのモータを駆動するインバータと、を有するエレベーターの制御装置であって、
   前記コンバータと前記インバータとの間に設けられ、前記２レベルの直流電圧の高電位側と低電位側との間に直列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、
   前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサの接続部の対接地間電圧を中間電圧として検出する検出手段と、を備え、
   前記検出手段は、前記検出した前記中間電圧に基づいて前記インバータに入力される前記２レベルの直流電圧の異常を検出することを特徴とするエレベーターの制御装置。
2. 前記検出手段は、前記検出した前記中間電圧に基づいて前記三相交流電源から供給される前記三相交流電圧の異常を検出することを特徴とする請求項１に記載のエレベーターの制御装置。
3. 前記検出手段は、前記検出した前記中間電圧を所定のレファレンス電圧と比較することにより、前記２レベルの直流電圧の異常及び前記三相交流電圧の異常の双方を検出することを特徴とする請求項２に記載のエレベーターの制御装置。
4. 前記検出手段が前記検出した前記中間電圧から所定の周波数以上の高周波成分を取り除くフィルタを備え
   前記検出手段は、前記フィルタにより前記高周波成分が取り除かれた前記中間電圧に基づいて前記２レベルの直流電圧の異常及び／又は前記三相交流電圧の異常を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエレベーターの制御装置。
5. 前記検出手段が前記検出した前記中間電圧を整流する全波整流回路を備え、
   前記検出手段は、前記全波整流回路により整流された前記中間電圧に基づいて前記２レベルの直流電圧の異常及び／又は前記三相交流電圧の異常を検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のエレベーターの制御装置。
6. 前記検出手段が前記検出した前記中間電圧をデジタル信号に変換する変換手段を備え、
   前記検出手段は、前記変換手段によりデジタル信号に変群された前記中間電圧に基づいてデジタル信号処理により前記２レベルの直流電圧の異常及び／又は前記三相交流電圧の異常を検出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のエレベーターの制御装置。

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