JPWO2016194140A1 - エレベータの制御装置およびエレベータの制御方法 - Google Patents
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Abstract
エレベータのかごを駆動させる同期電動機と電源との間に、前記電源からの電力を交流電流に変換して前記同期電動機へ供給して駆動させ、また前記同期電動機からの回生電力を前記電源側に送るインバータと、前記インバータを介して前記同期電動機から得られる回生電力を消費する回生抵抗部と、を設け、前記インバータを制御して前記同期電動機をｄｑ軸制御させるエレベータにおいて、前記同期電動機の回生電力を推定し、推定された前記回生電力が前記回生抵抗部で消費可能な電力を越えている場合に、前記同期電動機により消費すべき消費電力を算出し、前記回生抵抗部に回生電力消費を行わせると共に、算出された前記同期電動機により消費すべき消費電力に従ってｄ軸電流を制御するよう前記インバータを制御する。
Description
この発明は、エレベータのかごを駆動させる巻上機として同期電動機を使用したエレベータの制御装置およびエレベータの制御方法に関する。
エレベータのかごを駆動させる電動機の電力消費状態には、トルクを発生してエネルギーを消費する力行運転または駆動運転と、かご側から回転させられることにより発電機としてエネルギーを生成する回生運転とがある。回生運転時には生成されたエネルギーを回生抵抗で熱として消費する場合がある。そのようなエレベータにおける制御装置では、回生電力を消費するのに必要な大きさの回生抵抗装置を備えているものがある。
従来、交流エレベータの制御装置として、例えば下記特許文献１には、誘導電動機において回生電力を消費することにより、回生抵抗を小型化したものがある。
しかし上記従来技術は、誘導電動機の回生電力の消費に関するもので、同期電動機には適用できない。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、同期電動機を用いてエレベータのかごを駆動するエレベータの制御装置に関し、同期電動機において回生電力を消費することにより回生抵抗を小型化したエレベータの制御装置等を提供することを目的とする。
この発明は、エレベータのかごを駆動させる同期電動機と電源との間に、前記電源からの電力を交流電流に変換して前記同期電動機へ供給して駆動させ、また前記同期電動機からの回生電力を前記電源側に送るインバータと、前記インバータを介して前記同期電動機から得られる回生電力を消費する回生抵抗部と、を設けたエレベータにおいて、前記インバータを制御して前記同期電動機をｄｑ軸制御させる運転制御部と、前記同期電動機の回生電力を推定する回生電力推定部と、推定された前記回生電力が前記回生抵抗部で消費可能な電力を越えている場合に、前記同期電動機により消費すべき消費電力を算出する消費電力算出部と、前記回生抵抗部に回生電力消費を行わせる回生抵抗電流制御部と、を含む制御部を備え、前記回生電力消費の際に、前記運転制御部が、算出された前記同期電動機により消費すべき消費電力に従ってｄ軸電流を制御するよう前記インバータを制御する、エレベータの制御装置等にある。
この発明では、同期電動機を用いてエレベータのかごを駆動するエレベータの制御装置に関し、同期電動機において回生電力を消費することにより回生抵抗を小型化したエレベータの制御装置等を提供できる。
この発明では、同期電動機を用いてエレベータのかごを駆動するエレベータの制御装置において、回生電力の大きさに応じて同期電動機にて消費する電力量を変えることにより回生抵抗の小型化を図る。
以下、この発明によるエレベータの制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、また重複する説明は省略する。
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態によるエレベータの制御装置を設けたエレベータの概略構成図である。図１において、巻上機１０につるべ式に掛けられた主索の両端のかご１１と釣合錘１２は、巻上機１０が回転することにより昇降路(図示省略)内を互いに逆の方向に昇降する。巻上機１０を回転させる同期電動機(ＳＭ)８と電源である交流電源１の間には、コンバータ２とインバータ７が接続されている。コンバータ２とインバータ７の間の直流母線ＢＬには、コンバータ２側から順番に、平滑コンデンサ３、直列接続された回生抵抗４と電流制御素子５からなる回生抵抗部、母線電圧検出部６が、それぞれ直流母線ＢＬに並列に接続されている。同期電動機８には回転角から回転速度を求める回転速度検出器９が設けられている。
制御部１００は、インバータ７、および回生抵抗部の電流制御素子５等を制御して、かご１１の駆動制御と共に、この発明に関連する回生制御を行う、エレベータの運転制御を行う。
図１はこの発明の一実施の形態によるエレベータの制御装置を設けたエレベータの概略構成図である。図１において、巻上機１０につるべ式に掛けられた主索の両端のかご１１と釣合錘１２は、巻上機１０が回転することにより昇降路(図示省略)内を互いに逆の方向に昇降する。巻上機１０を回転させる同期電動機(ＳＭ)８と電源である交流電源１の間には、コンバータ２とインバータ７が接続されている。コンバータ２とインバータ７の間の直流母線ＢＬには、コンバータ２側から順番に、平滑コンデンサ３、直列接続された回生抵抗４と電流制御素子５からなる回生抵抗部、母線電圧検出部６が、それぞれ直流母線ＢＬに並列に接続されている。同期電動機８には回転角から回転速度を求める回転速度検出器９が設けられている。
制御部１００は、インバータ７、および回生抵抗部の電流制御素子５等を制御して、かご１１の駆動制御と共に、この発明に関連する回生制御を行う、エレベータの運転制御を行う。
コンバータ２は、交流電源１からの交流電圧を昇圧された直流電圧に変換する。
平滑コンデンサ３は、コンバータ２からの直流電圧を平滑する。
回生抵抗部の回生抵抗４は、後述する回生運転時に同期電動機８が発生してインバータ７を介して送られてくる回生電力を熱に変換して消費する。例えばトランジスタスイッチ素子からなる電流制御素子５は、制御部１００の制御により、回生抵抗４に流れる電流を調整して消費電力を調整する。
母線電圧検出部６は、インバータ７の電源側の電圧である直流母線ＢＬの直流母線電圧Ｖｄｃを検出する。
インバータ７は、制御部１００の制御により、同期電動機８をｄ軸電流とｑ軸電流とに分けて制御するｄｐ軸制御を行い、同期電動機８を駆動させ、また同期電動機８からの回生電力を回生抵抗部(４，５)へ送る。
制御部１００は、同期電動機８の回転速度検出器９からの同期電動機８の回転角および回転速度ωｒ、母線電圧検出部６からの直流母線電圧Ｖｄｃ等を含む、同期電動機８および母線ＢＬに接続された各構成部分の各部の電流、電圧、回転角、回転速度に従って、インバータ７および回生抵抗部(４，５)等を制御して、かご１１の駆動制御と共に、この発明に関連する回生制御を行う、エレベータの運転制御を行う。
平滑コンデンサ３は、コンバータ２からの直流電圧を平滑する。
回生抵抗部の回生抵抗４は、後述する回生運転時に同期電動機８が発生してインバータ７を介して送られてくる回生電力を熱に変換して消費する。例えばトランジスタスイッチ素子からなる電流制御素子５は、制御部１００の制御により、回生抵抗４に流れる電流を調整して消費電力を調整する。
母線電圧検出部６は、インバータ７の電源側の電圧である直流母線ＢＬの直流母線電圧Ｖｄｃを検出する。
インバータ７は、制御部１００の制御により、同期電動機８をｄ軸電流とｑ軸電流とに分けて制御するｄｐ軸制御を行い、同期電動機８を駆動させ、また同期電動機８からの回生電力を回生抵抗部(４，５)へ送る。
制御部１００は、同期電動機８の回転速度検出器９からの同期電動機８の回転角および回転速度ωｒ、母線電圧検出部６からの直流母線電圧Ｖｄｃ等を含む、同期電動機８および母線ＢＬに接続された各構成部分の各部の電流、電圧、回転角、回転速度に従って、インバータ７および回生抵抗部(４，５)等を制御して、かご１１の駆動制御と共に、この発明に関連する回生制御を行う、エレベータの運転制御を行う。
図２は図１の制御部１００のこの発明に係る部分の構成の一例を示す図である。制御部１００は通常メモリを有するプロセッサ(図示省略)で構成され、図２はその際の機能ブロックを示す。制御部１００は、運転制御部１０１、回生電力推定部１０２、消費電力算出部１０３、回生抵抗電流制御部１０４、記憶部Ｍを含む。実際には、記憶部Ｍに相当するメモリに、機能ブロックで示された、運転制御部１０１、回生電力推定部１０２、消費電力算出部１０３、回生抵抗電流制御部１０４のそれぞれのプログラムが格納されており、これらのプログラムがプロセッサにより実行される。記憶部Ｍには各演算処理に必要なデータやテーブル等も予め格納されている。
なお、制御部１００はプロセッサとメモリで構成されることに限定されず、図２の各機能ブロックをデジタル回路で構成してもよい。
なお、制御部１００はプロセッサとメモリで構成されることに限定されず、図２の各機能ブロックをデジタル回路で構成してもよい。
図３は図１の制御部１００のこの発明に係る部分の動作を説明するためのフローチャートである。以下動作の一例を説明する。
制御部１００ではエレベータの運転制御のために電流、電圧、速度検出器などを設けて同期電動機８の速度、トルクがエレベータの運転制御に従うよう制御を行う。
運転制御部１０１では、例えば電流のベクトル制御を行い、電流をｄ軸電流、ｑ軸電流成分に分けて各電流成分を制御するよう電圧指令を生成し、インバータ７の各スイッチング素子(図示省略)のゲート信号をオン／オフすることにより同期電動機８の制御を行う。
制御部１００ではエレベータの運転制御のために電流、電圧、速度検出器などを設けて同期電動機８の速度、トルクがエレベータの運転制御に従うよう制御を行う。
運転制御部１０１では、例えば電流のベクトル制御を行い、電流をｄ軸電流、ｑ軸電流成分に分けて各電流成分を制御するよう電圧指令を生成し、インバータ７の各スイッチング素子(図示省略)のゲート信号をオン／オフすることにより同期電動機８の制御を行う。
回生電力推定部１０２は、同期電動機８の回生動作時、同期電動機８の回生電力を推定する(ステップＳ１)。
ここで同期電動機８の消費電力Ｐｌｏｓｓは一般に下記式(１)で求められる。
ここで同期電動機８の消費電力Ｐｌｏｓｓは一般に下記式(１)で求められる。
Ｐｌｏｓｓ＝Ｒａ×(Ｉｄ2＋Ｉｑ2) (１)
Ｒａ：同期電動機８の抵抗値
Ｉｄ：同期電動機８のｄ軸電流
Ｉｑ：同期電動機８のｑ軸電流
Ｒａ：同期電動機８の抵抗値
Ｉｄ：同期電動機８のｄ軸電流
Ｉｑ：同期電動機８のｑ軸電流
そして回生電力推定部１０２では、同期電動機８の回生電力Ｐｓが下記式(２)に従って推定される。
Ｐｓ＝ｋ・Ｉｑ・ωｒ (２)
ｋ：係数
Ｉｑ：同期電動機８のｑ軸電流
ωｒ：同期電動機８の回転速度
ｋ：係数
Ｉｑ：同期電動機８のｑ軸電流
ωｒ：同期電動機８の回転速度
次に消費電力算出部１０３では、回生電力Ｐｓが回生抵抗４での消費可能な電力Ｖｄｃ2／Ｒｂを超えるか否かを下記式(３)に従って判定する(ステップＳ２)。
Ｐｓ＞Ｖｄｃ2／Ｒｂ (３)
Ｖｄｃ：直流母線電圧
Ｒｂ：回生抵抗４の抵抗値
Ｖｄｃ：直流母線電圧
Ｒｂ：回生抵抗４の抵抗値
回生電力Ｐｓが回生抵抗４での消費可能な電力Ｖｄｃ2／Ｒｂを超える場合には、同期電動機８内で消費すべき電力Ｐ１を求める。同期電動機により消費すべき消費電力Ｐ１は、例えば下記式(４)に従って求める(ステップＳ３)。
Ｐ１＝Ｐｓ−(Ｖｄｃ2／Ｒｂ) (４)
次に回生抵抗電流制御部１０４では、回生抵抗部の電流制御素子５を制御して回生抵抗４での発熱による電力消費を行わせる。また同時に運転制御部１０１では、下記式(５)に従ってｄ軸電流Ｉｄを変更する制御を行って、同期電動機８内での電力消費を行わせる(ステップＳ４)。
Ｒａ×(Ｉｄ2＋Ｉｑ2)＝Ｐｓ−(Ｖｄｃ2／Ｒｂ)
Ｉｄ2・Ｒａ＝Ｐｓ−Ｖｄｃ2／Ｒｂ−Ｉｑ2・Ｒａ
Ｉｄ＝{Ｐｓ−(Ｖｄｃ2／Ｒｂ−Ｉｑ2・Ｒａ)／Ｒａ}2 (５)
Ｉｄ2・Ｒａ＝Ｐｓ−Ｖｄｃ2／Ｒｂ−Ｉｑ2・Ｒａ
Ｉｄ＝{Ｐｓ−(Ｖｄｃ2／Ｒｂ−Ｉｑ2・Ｒａ)／Ｒａ}2 (５)
なお上記例において消費電力算出部１０３では、回生電力Ｐｓが回生抵抗４での消費可能な電力Ｖｄｃ2／Ｒｂを超える場合に、式(４)で示すようにこれらの差に基づき同期電動機８内で消費すべき電力Ｐ１を求めている。別の例として、回生電力Ｐｓが予め決められた設定値Ｐｓｅｔを超える場合に、下記式(６)で示すように、回生電力Ｐｓと予め決められた設定値Ｐｓｅｔとの差に基づき同期電動機８内で消費すべき電力Ｐ１を求めてもよい。
Ｐ１＝Ｐｓ−Ｐｓｅｔ (６)
なお、上記演算処理に必要な各種抵抗値、設定値は記憶部Ｍに予め格納しておく。またｄｑ軸電流はインバータ７または同期電動機８に設けた検出器(図示省略)から得るか、または、運転制御部１０１の制御での値を使用する。回転速度、直流母線電圧等も回転速度検出器９、母線電圧検出部６等から得る。
実施の形態２．
図１に示すインバータの各スイッチング素子は、例えば図５の(ａ)に示すようにトランジスタスイッチ素子Ｔ７、または(ｂ)に示すようにトランジスタスイッチ素子Ｔ７とこのトランジスタスイッチ素子Ｔ７のエミッタ−コレクタ間またはソース−ドレイン間に還流ダイオードＤ７を接続した構成のものからなる。
この実施の形態２では、これらのトランジスタスイッチ素子Ｔ７および還流ダイオードＤ７の少なくとも１つを、ワイドバンドギャップ半導体によって形成する。ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、トランジスタスイッチ素子および還流ダイオードの小型化が可能である。これらの小型化されたトランジスタスイッチ素子および還流ダイオードを用いることにより、これらの素子を組み込んだエレベータの制御装置の小型化が可能となる。
図１に示すインバータの各スイッチング素子は、例えば図５の(ａ)に示すようにトランジスタスイッチ素子Ｔ７、または(ｂ)に示すようにトランジスタスイッチ素子Ｔ７とこのトランジスタスイッチ素子Ｔ７のエミッタ−コレクタ間またはソース−ドレイン間に還流ダイオードＤ７を接続した構成のものからなる。
この実施の形態２では、これらのトランジスタスイッチ素子Ｔ７および還流ダイオードＤ７の少なくとも１つを、ワイドバンドギャップ半導体によって形成する。ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、トランジスタスイッチ素子および還流ダイオードの小型化が可能である。これらの小型化されたトランジスタスイッチ素子および還流ダイオードを用いることにより、これらの素子を組み込んだエレベータの制御装置の小型化が可能となる。
この発明によるエレベータの制御装置およびエレベータの制御方法は、巻上機として同期電動機を使用した各種のエレベータに適用可能である。
この発明は、エレベータのかごを駆動させる同期電動機と電源との間に、前記電源からの電力を交流電流に変換して前記同期電動機へ供給して駆動させ、また前記同期電動機からの回生電力を前記電源側に送るインバータと、前記インバータを介して前記同期電動機から得られる回生電力を消費する回生抵抗部と、を設けたエレベータの制御装置において、前記インバータを制御して前記同期電動機をｄｑ軸制御させる運転制御部と、前記同期電動機の回生電力を推定する回生電力推定部と、推定された前記回生電力が前記回生抵抗部で消費可能な電力を越えている場合に、前記同期電動機により消費すべき消費電力を算出する消費電力算出部と、前記回生抵抗部に回生電力消費を行わせる回生抵抗電流制御部と、を含む制御部を備え、前記回生電力消費の際に、前記運転制御部が、算出された前記同期電動機により消費すべき消費電力に従ってｄ軸電流を制御するよう前記インバータを制御する、エレベータの制御装置等にある。
実施の形態２．
図１に示すインバータの各スイッチング素子は、例えば図４の(ａ)に示すようにトランジスタスイッチ素子Ｔ７、または(ｂ)に示すようにトランジスタスイッチ素子Ｔ７とこのトランジスタスイッチ素子Ｔ７のエミッタ−コレクタ間またはソース−ドレイン間に還流ダイオードＤ７を接続した構成のものからなる。
この実施の形態２では、これらのトランジスタスイッチ素子Ｔ７および還流ダイオードＤ７の少なくとも１つを、ワイドバンドギャップ半導体によって形成する。ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、トランジスタスイッチ素子および還流ダイオードの小型化が可能である。これらの小型化されたトランジスタスイッチ素子および還流ダイオードを用いることにより、これらの素子を組み込んだエレベータの制御装置の小型化が可能となる。
図１に示すインバータの各スイッチング素子は、例えば図４の(ａ)に示すようにトランジスタスイッチ素子Ｔ７、または(ｂ)に示すようにトランジスタスイッチ素子Ｔ７とこのトランジスタスイッチ素子Ｔ７のエミッタ−コレクタ間またはソース−ドレイン間に還流ダイオードＤ７を接続した構成のものからなる。
この実施の形態２では、これらのトランジスタスイッチ素子Ｔ７および還流ダイオードＤ７の少なくとも１つを、ワイドバンドギャップ半導体によって形成する。ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、トランジスタスイッチ素子および還流ダイオードの小型化が可能である。これらの小型化されたトランジスタスイッチ素子および還流ダイオードを用いることにより、これらの素子を組み込んだエレベータの制御装置の小型化が可能となる。
Claims (6)
- エレベータのかごを駆動させる同期電動機と電源との間に、前記電源からの電力を交流電流に変換して前記同期電動機へ供給して駆動させ、また前記同期電動機からの回生電力を前記電源側に送るインバータと、前記インバータを介して前記同期電動機から得られる回生電力を消費する回生抵抗部と、を設けたエレベータにおいて、
前記インバータを制御して前記同期電動機をｄｑ軸制御させる運転制御部と、
前記同期電動機の回生電力を推定する回生電力推定部と、
推定された前記回生電力が前記回生抵抗部で消費可能な電力を越えている場合に、前記同期電動機により消費すべき消費電力を算出する消費電力算出部と、
前記回生抵抗部に回生電力消費を行わせる回生抵抗電流制御部と、
を含む制御部を備え、
前記回生電力消費の際に、前記運転制御部が、算出された前記同期電動機により消費すべき消費電力に従ってｄ軸電流を制御するよう前記インバータを制御する、
エレベータの制御装置。 - 前記インバータが、ドランジスタスイッチ素子、またはドランジスタスイッチ素子と還流ダイオードからなる複数のスイッチング素子を含み、前記ドランジスタスイッチ素子および還流ダイオードの少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体からなる請求項１に記載のエレベータの制御装置。
- 前記同期電動機により消費すべき消費電力が、推定された前記回生電力と前記回生抵抗部で消費可能な電力との差である請求項１または２に記載のエレベータの制御装置。
- 前記インバータと回生抵抗部が直流母線に並列に接続され、前記直流母線の電圧を測定する母線電圧検出部を備え、
前記同期電動機が回転速度検出器を備え、
前記回生電力消費の際に、前記運転制御部がｄ軸電流Ｉｄを、
Ｉｄ＝{Ｐｓ−(Ｖｄｃ2／Ｒｂ−Ｉｑ2・Ｒａ)／Ｒａ}2
但し
Ｐｓ：前記同期電動機の回生電力、
Ｐｓ＝ｋ・Ｉｑ・ωｒ
ｋ：係数
Ｉｑ：前記同期電動機のｑ軸電流
ωｒ：前記同期電動機の回転速度
Ｖｄｃ：直流母線電圧
Ｒｂ：前記回生抵抗部の抵抗値
Ｒａ：前記同期電動機の抵抗値
に制御する、請求項３に記載のエレベータの制御装置。 - 前記消費電力算出部が、推定された前記回生電力が、前記回生抵抗部で消費可能な電力の代わりに設定値を越えている場合に、前記同期電動機により消費すべき消費電力を算出する、請求項１または２に記載のエレベータの制御装置。
- エレベータのかごを駆動させる同期電動機と電源との間に、前記電源からの電力を交流電流に変換して前記同期電動機へ供給して駆動させ、また前記同期電動機からの回生電力を前記電源側に送るインバータと、前記インバータを介して前記同期電動機から得られる回生電力を消費する回生抵抗部と、を設け、前記インバータを制御して前記同期電動機をｄｑ軸制御させるエレベータにおいて、
前記同期電動機の回生電力を推定し、
推定された前記回生電力が前記回生抵抗部で消費可能な電力を越えている場合に、前記同期電動機により消費すべき消費電力を算出し、
前記回生抵抗部に回生電力消費を行わせると共に、算出された前記同期電動機により消費すべき消費電力に従ってｄ軸電流を制御するよう前記インバータを制御する、
エレベータの制御方法。
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