KR20140083004A

KR20140083004A - 엘리베이터의 제어 장치

Info

Publication number: KR20140083004A
Application number: KR1020147012050A
Authority: KR
Inventors: 노부아키 츠마기
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2014-07-03
Also published as: CN103842278A; JPWO2013051100A1; DE112011105707T5; WO2013051100A1; DE112011105707B4; CN103842278B; KR101623284B1; JP5660222B2

Abstract

대규모인 강압 회로나 절연 회로 등이 불필요하고, 2 레벨 인버터의 모선 직류 전압치의 이상을 검출하는 회로를 소형화할 수 있는 엘리베이터의 제어 장치를 제공한다. 이를 위해, 중성점 접지 방식의 3상 교류 전원과, 이 3상 교류 전원으로부터의 3상 교류 전압을 고전위 및 저전위의 2 레벨의 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 컨버터로부터의 2 레벨의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 엘리베이터의 모터를 구동하는 인버터를 가지는 엘리베이터의 제어 장치에 있어서, 컨버터와 인버터 사이에 마련되어, 2 레벨의 직류 전압의 고전위측과 저전위측 사이에 직렬로 접속된 제1 및 제2 콘덴서와, 제1 및 제2 콘덴서의 접속부의 대접지 전압을 중간 전압으로서 검출하는 검출 수단을 구비하고, 검출 수단은 검출한 중간 전압에 기초하여 인버터에 입력되는 2 레벨의 직류 전압의 이상을 검출하는 구성으로 한다.

Description

엘리베이터의 제어 장치{ELEVATOR CONTROL DEVICE}

본 발명은 엘리베이터의 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 엘리베이터에 있어서는, 전원으로부터 공급되는 3상(相) 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 엘리베이터의 모터를 구동하는 인버터와, 이들 컨버터와 인버터 사이에 접속된 평활용 콘덴서를 구비하고, 전압 검출 수단에 의해 콘덴서의 전압을 검출함으로써, 엘리베이터의 주회로에서 이용되고 있는 콘덴서의 양부(良否) 판단을 행하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또, 컨버터와 인버터 사이에 평활 콘덴서를 직렬로 2개 접속한 전력 변환 제어 장치에 있어서, 한쪽 평활 콘덴서의 양단 사이의 단자(端子) 전압을 분압 회로 에 의해 취출하고, 이 단자 전압을 감시함으로써 평활 콘덴서 및 밸런스 저항의 개방이나 단락을 검출하는 것도 종래 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

또한, 컨버터에 의해 교류로부터 변환된 저전위, 중간 전위 및 고전위의 3개의 전위의 전압을 교류로 전력 변환하는 3 레벨 인버터를 구비한 전력 변환 장치에 있어서, 직류 중성점(中性點) 전압의 변동을 억제하기 위해서, 직류 중성점 전압을 검출하고 그 직류 중성점 전압을 제어하는 직류 중성점 전압 제어계를 구비한 것도 종래 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).

특허 문헌 1: 일본 특개 2010-265093호 공보 특허 문헌 2: 일본 특개평 08-079963호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허 제4466618호 공보

그런데, 엘리베이터는 컨버터로부터 인버터로 입력되는 직류 전압치(인버터 모선 전압치)에 이상이 없는지 여부나, 전원으로부터 공급되는 3상 교류에 결상(缺相) 등의 이상이 없는지 여부를 감시하는 자기 진단 기능을 가지고 있는 것이 일반적이다.

그렇지만, 특허 문헌 1에 제시된 종래의 엘리베이터와 같이, (2 레벨의) 인버터의 모선 전압을 직접 검출하여 감시를 행하면, 검출(감시) 대상의 신호가 매우 높은 전압이기 때문에 대규모인 강압 회로가 필요하게 되어, 장치가 대형 또한 고가가 되어 버린다고 하는 과제가 있다.

또, 엘리베이터의 제어 장치가 구비하는 디지털계 제어 회로는 일반적으로 접지 전위와 거의 동전위(同電位)에서 동작하고 있기 때문에, 인버터의 모선 전압의 검출·감시를 행하는 회로와, 디지털계 제어 회로에서 큰 전위차가 생긴다. 이 때문에, 이들 회로의 사이에는, 긴 연면 거리(creepage distance)와 절연 회로가 필요하여, 검출 회로의 규모가 매우 커져, 기판 소형화의 방해가 된다고 하는 과제도 있다.

특허 문헌 2에 제시된 전력 변환 제어 장치는, 평활 콘덴서 및 밸런스 저항의 개방이나 단락을 검출하기 위해서, 직렬로 접속된 2개의 평활 콘덴서 중 한쪽 단자 전압을 검출하는 것으로, 인버터 모선 전압치의 이상이나 전원으로부터 공급되는 3상 교류의 이상의 감시·검출에 대해서는 전혀 고려되지 않아, 이러한 이상을 검출할 수 없다고 하는 과제가 있다.

또, 특허 문헌 3에 제시된 전력 변환 장치는, 3 레벨 인버터의 직류 중성점 전압을 검출하여 직류 중성점 전압을 제어하는 것으로, 2 레벨 인버터의 모선 전압치의 이상이나 전원으로부터 공급되는 3상 교류의 이상의 감시·검출에 대해서는 전혀 고려되지 않아, 이러한 이상을 검출할 수 없다고 하는 과제가 있다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 대규모인 강압 회로를 필요로 하지 않고, 디지털계 제어 회로와의 사이에 긴 연면 거리나 절연 회로가 불필요하고, 2 레벨 인버터의 모선 직류 전압치의 이상이나 전원으로부터 공급되는 3상 교류의 이상을 검출할 수 있는 엘리베이터의 제어 장치를 얻는 것이다.

본 발명에 따른 엘리베이터의 제어 장치에 있어서는, 엘리베이터의 주회로에 전력을 공급하는 중성점 접지 방식의 3상 교류 전원과, 상기 3상 교류 전원으로부터의 3상 교류 전압을, 고전위 및 저전위의 2 레벨의 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터로부터의 상기 2 레벨의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 엘리베이터의 모터를 구동하는 인버터를 가지는 엘리베이터의 제어 장치로서, 상기 컨버터와 상기 인버터 사이에 마련되어, 상기 2 레벨의 직류 전압의 고전위측과 저전위측 사이에 직렬로 접속된 제1 콘덴서 및 제2 콘덴서와, 상기 제1 콘덴서 및 상기 제2 콘덴서의 접속부의 대접지(對接地間) 전압을 중간 전압으로서 검출하는 검출 수단을 구비하고, 상기 검출 수단은 상기 검출한 상기 중간 전압에 기초하여 상기 인버터에 입력되는 상기 2 레벨의 직류 전압의 이상을 검출하는 구성으로 한다.

본 발명에 따른 엘리베이터의 제어 장치에 있어서는, 대규모인 강압 회로를 필요로 하지 않고, 디지털계 제어 회로와의 사이에 긴 연면 거리나 절연 회로가 불필요하고, 2 레벨 인버터의 모선 직류 전압치의 이상을 검출할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 엘리베이터의 제어 장치의 전체 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 엘리베이터의 제어 장치가 구비하는 검출 회로를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 3상 교류 전원의 각 상의 파형을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 컨버터측의(평활 전의) 모선의 대지 전압(voltage to ground) 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 인버터측의(평활 후의) 모선의 대지 전압을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 검출 회로에 있어서의 부족 전압 검출 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 검출 회로에 있어서의 과전압 검출 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 3상 교류 전원에 있어서의 결상시의 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 검출 회로에 있어서의 결상 검출 동작을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 엘리베이터의 제어 장치의 3상 교류 전원~검출 회로의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 2에 따른 회생시에 인버터측의(평활 후의) 모선의 대지 전압에 생기는 변동을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 3에 따른 엘리베이터의 제어 장치가 구비하는 검출 회로를 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 3에 따른 검출 회로에 있어서의 검출 대상 전압 파형을 예시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 엘리베이터의 제어 장치가 구비하는 검출 회로 부분을 나타내는 도면이다.

본 발명을 첨부 도면에 따라 설명한다. 각 도면을 통해서 동 부호는 동일 부분 또는 상당 부분을 나타내고 있고, 그 중복 설명은 적당하게 간략화 또는 생략한다.

실시 형태 1.

도 1에서부터 도 9는, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 것으로, 도 1은 엘리베이터의 제어 장치의 전체 구성을 설명하는 도면, 도 2는 엘리베이터의 제어 장치가 구비하는 검출 회로를 나타내는 회로도, 도 3은 3상 교류 전원의 각 상의 파형을 나타내는 도면, 도 4는 컨버터측의(평활 전의) 모선의 대지 전압을 나타내는 도면, 도 5는 인버터측의(평활 후의) 모선의 대지 전압을 나타내는 도면, 도 6은 검출 회로에 있어서의 부족 전압 검출 동작을 설명하는 도면, 도 7은 검출 회로에 있어서의 과전압 검출 동작을 설명하는 도면, 도 8은 3상 교류 전원에 있어서의 결상시의 파형을 나타내는 도면, 도 9는 검출 회로에 있어서의 결상 검출 동작을 설명하는 도면이다.

도 1에 있어서, 1은 엘리베이터의 주회로에 전력을 공급하는 3상 교류 전원이다. 이 3상 교류 전원(1)은, 예를 들면, 엘리베이터가 설치되는 빌딩측의 상용 전원 등이 이용된다. 그런데, 일반적으로 전원이 상전압 400(V) 이상의 3상 교류 전원인 경우, 중성점(中性點) 접지되는 것이 많다. 이 3상 교류 전원(1)에 있어서도 중성점 접지가 채용되어 있다.

3상 교류 전원(1)에 의해 공급된 전력은, 엘리베이터의 제어 장치가 마련된 엘리베이터 제어반에서 수전(受電)된다. 수전된 3상 교류 전원(1)의 교류 전압은, 컨버터(2)에 의해 직류 전압으로 변환된다. 이 컨버터(2)의 출력은 대지 전압이 저전압(N)과, 이 저전압보다 높은 고전압(P)의 2 레벨이고, 이 2 레벨의 직류 전압이(컨버터측의) 모선 전압이다. 또한, 이상에 있어서는, 「전압」과「전위」에 대한 단어를 특히 구별하는 일 없이 동일한 의미로 이용하는 일이 있다.

이 컨버터(2)로부터의 고전위(P) 및 저전위(N)의 2 레벨의 직류 전압(모선 전압)은, 인버터(3)에 의해 가변 전압 및 가변 주파수의 3상 교류 전압으로 변환된다. 그리고 이 인버터(3)로부터 출력된 3상 교류 전압에 의해, 엘리베이터의 모터(4)가 구동된다.

컨버터(2)와 인버터(3) 사이에는, 고전위(P) 및 저전위(N)의 2 레벨의 모선 사이를 연결하도록 하여 평활용 콘덴서가 접속되어 있다. 이 평활용 콘덴서는 컨버터(2)의 출력인 직류 전압의 맥동을 평활화하기 위한 것이다. 즉, 인버터(3)에 입력되는 인버터(3)측의 모선 전압은, 컨버터(2)로부터 출력된 컨버터(2)측의 모선 전압이 이 콘덴서의 작용에 의해 평활화된 것이다.

여기서, 이 평활용 콘덴서에는 전해 콘덴서를 이용한다. 단, 3상 교류 전원(1)의 전압이 400(V)인 경우, 컨버터(2)로부터 출력되는 약 565(V)(400(V)의 √2배)의 전압 신호를 평활화할 필요가 있다. 그러나 일반적으로, 전해 콘덴서는, 600(V) 정도를 넘는 내압(耐壓)을 가지는 것은 드물다. 이에, 컨버터(2)와 인버터(3) 사이에 접속되는 평활용 콘덴서로서, 수 백(V)의 내압을 가지는 범용성이 높은 2개의 전해 콘덴서인 제1 콘덴서(5) 및 제2 콘덴서(6)를 직렬로 접속하여 이용한다.

그리고 전해 콘덴서를 직렬로 접속하여 이용하기 위해서는, 제1 콘덴서(5)와 제2 콘덴서(6)에 걸리는 전압이 같아지도록 할 필요가 있다. 이에, 제1 콘덴서(5)와 병렬로 제1 밸런스 저항(7)을, 제2 콘덴서(6)와 병렬로 제2 밸런스 저항(8)을, 각각 접속하고, 제1 콘덴서(5)와 제2 콘덴서(6)에 걸리는 전압이 같아지도록 조정되어 있다.

엘리베이터의 제어 장치의, 주로 엘리베이터의 모터(4)를 구동하는 전력을 공급하기 위한 전력 변환 기능은, 이상과 같이 하여 구성되어 있다. 그리고 이 엘리베이터의 제어 장치에는, 인버터(3)로 입력되는 모선 전압의 이상 및 3상 교류 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전압에 따른 전원이상을 검출하기 위한 검출 회로(9)가 구비되어 있다.

이 검출 회로(9)는 컨버터(2)로부터 인버터(3)로 입력되는 고전위(P) 및 저전위(N)의 2 레벨의 직류 모선 전압을 평활화하는 2개의 제1 콘덴서(5) 및 제2 콘덴서(6)의 중간 전위를 취출하여, 이 중간 전위에 기초하여 직류 모선 전압의 이상을 검출하는 것이다. 또한, 검출 회로(9)는 접지되어 있고, 제1 콘덴서(5) 및 제2 콘덴서(6)의 중간 전위를 대지 전압으로 취급한다.

이 검출 회로(9)의 구성을 도 2에 나타낸다. 검출 회로(9)에 입력된 제1 콘덴서(5) 및 제2 콘덴서(6)의 중간 전위 VH(이것은 제1 밸런스 저항(7) 및 제2 밸런스 저항(8)의 중간 전위라고 환언할 수 있음)는, 검출 회로(9)가 구비하는 강압 회로(10)에 의해 강압된 다음, 부족 전압 검출용 비교기(11) 및 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)에 입력된다.

부족 전압 검출용 비교기(11)는, 강압된 중간 전압과 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 생성 전원(13)에 의해 생성된 소정의 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압을 비교한다. 그리고 비교 결과, 강압된 중간 전압이 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에는, 부족 전압 검출용 비교기(11)는 비교 신호를 출력한다.

후술하는 것처럼, 3상 교류 전원(1)의 전압 파형의 주기성에 유래하여, 검출 회로(9)에 입력되는 중간 전압 VH의 파형에도 주기성이 보여진다. 따라서 강압된 중간 전압이 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에 부족 전압 검출용 비교기(11)로부터 출력되는 비교 신호는, 주기적인 구형(矩形) 펄스가 된다.

부족 전압 검출용 비교기(11)로부터의 출력은 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)에 입력된다. 이 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)는 펄스의 입력을 트리거로 하여, 소정의 제1 펄스 기간 T1의 펄스를 생성하여 검출 신호로서 출력하는 것이다. 이 제1 펄스 기간 T1을, 부족 전압 검출용 비교기(11)로부터 출력되는 비교 신호의 구형 펄스의 주기 이상으로 설정함으로써, 강압된 중간 전압이 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)로부터 검출 신호가 계속하여 출력되고, 강압된 중간 전압이 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 이상이 아닌 경우에는, 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)로부터 검출 신호가 출력되지 않도록 할 수 있다.

그리고 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)로부터 출력되는 검출 신호를, 반전기(15)를 통함으로써, 최종적으로, 이 반전기(15)로부터는 강압된 중간 전압이 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 미만인 경우에 신호가 계속하여 출력되고, 강압된 중간 전압이 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에는 신호가 출력되지 않게 된다.

또, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)는, 강압된 중간 전압과 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 생성 전원(16)에 의해 생성된 소정의 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압을 비교한다. 그리고 비교 결과, 강압된 중간 전압이 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에는, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)는 비교 신호를 출력한다.

이 강압된 중간 전압이 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)로부터 출력되는 비교 신호도, 상술한 부족 전압 검출용 비교기(11)로부터 출력되는 비교 신호와 마찬가지로, 주기적인 구형 펄스가 된다.

과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)로부터의 출력은 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)에 입력된다. 이 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)는, 펄스의 입력을 트리거로 하여, 소정의 제2 펄스 기간 T2의 펄스를 생성하여 검출 신호로서 출력하는 것이다. 이 제2 펄스 기간 T2를, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)로부터 출력되는 비교 신호의 구형 펄스의 주기 이상으로 설정함으로써, 강압된 중간 전압이 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)로부터 검출 신호가 계속해서 출력되고, 강압된 중간 전압이 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 이상이 아닌 경우에는, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)로부터 검출 신호가 출력되지 않도록 할 수 있다.

반전기(15)로부터의 출력, 및 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)로부터의 출력은, OR 회로(18)에 입력된다. 그리고 반전기(15) 및 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17) 중 적어도 어느 한쪽으로부터의 신호의 출력이 있으면, 이 OR 회로(18)로부터 신호가 출력되게 된다.

다음으로, 이상과 같이 구성된 엘리베이터의 제어 장치의 특히 검출 회로(9)의 동작에 대해서 설명한다.

먼저, 3상 교류 전원(1)으로부터 공급되는 3상 교류의 각 상의 대지 전압(상전압)은 서로 120°씩의 위상차를 갖고 있다. 따라서 3상 교류의 R, S, T의 각 상의 전압 VR, VS, VT는, 상전압의 피크 전압을 A(V), 주파수를 f(Hz)로 하면, 다음의 (1)~(4)식에 의해 표현할 수 있다. 이들의 파형 그래프를 도 3에 나타낸다.

VR=A*sin(ωT) … (1)

VS=A*sin(ωT-120°) … (2)

VT=A*sin(ωT-240°) … (3)

ω=360°*f … (4)

이때, 컨버터(2)와 인버터(3) 사이의 모선 전압 중 고전위측 VP는, VR, VS 및 VT 중 최대의 대지 전압을 가지는 상과 같아진다. 또, 반대로, 모선 전압 중 저전위측 VN은, VR, VS 및 VT 중 최소의 대지 전압을 가지는 상과 같아진다(도 4(a)). 따라서 VP는 다음의 (5)~(7)식에 의해, VN은 다음의 (8)~(10)식에 의해, 각각 표현할 수 있다.

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)

또한, 도 4 (b)는, 모선 전압 중 고전위측의 전위 VP를, 저전위측의 전위 VN와 동등한 레벨에까지 강압한 상태를 나타내는 것이다. 종래에 있어서는 모선 전압의 이상을 도 4 (b) 상태에서 검출하고 있었지만, 이 상태에 있어서도 저전위측의 전위 VN의 대지 전압은 충분히 높은 상태이다.

검출 회로(9)에 입력되는 중간 전위 VH는, 모선 전압의 고전위측 VP 및 저전위측 VN 사이에, 직렬로 접속된 제1 콘덴서(5) 및 제2 콘덴서(6)의 중간 전위이다. 따라서 이 중간 전위는 다음의 (11)식으로 표현된다.

VH=1／2*(VP＋VN) … (11)

이 (11)식에, (5)~(10)식을 대입하여, 다음의 (12)~(14)식을 얻는다.

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)

그리고 이들 (12)~(14)식을 계산하면, 다음의 (15)~(17)식이 된다.

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)

이들 (15)~(17)식으로 표현되는 중간 전위 VH의 파형 그래프를 도 5에 나타낸다. 이와 같이, 중간 전위 VH는 3f의 주파수로 주기적으로 변화하는 것이 되는 것을 알 수 있다. 또, 중간 전위 VH의 진폭은 -A／4≤VH≤A／4가 되는 것도 알 수 있다. 즉, 중간 전위 VH는 3상 교류 전원(1)의 상전위의 피크시 전압 A의 1／4배, 모선간 전압의 피크인 √3A의 1／4√3배(약 15％)의 전압이 된다.

또, 도 5의 (a) 및 (b)는, 평활용의 제1 콘덴서(5) 및 제2 콘덴서(6)의 콘덴서의 용량을 변화시켰을 경우의 예이다. 이와 같이 제1 콘덴서(5) 및 제2 콘덴서(6)의 용량을 변화시켰을 경우, 모선 전압의 고전위측 VP 및 저전위측 VN의 파형은 중간 전위 VN의 파형에 가까워지지만, 중간 전위 VH 자체의 파형에는 거의 변화가 없다.

이와 같이, 3상 교류 전원(1)이 중성점 접지인 경우, 모선의 고전위측 VP 및 저전위측 VN의 중간 전위 VH는, 3상 교류 전원(1)의 상전위나 인버터(3)의 모선 전위보다도 작아지고, 또한 이 중간 전위 VH의 파고치는, 3상 교류 전원(1)의 상전위나 인버터(3)의 모선 전위에 비례하여 변화한다. 이에, 이 중간 전위 VH를 검출함으로써, 3상 교류 전원(1)의 상전위나 인버터(3)의 모선 전위의 이상을 감시할 수 있다.

여기서, 예를 들면, 검출 회로(9)는, 중간 전위 VH에 기초하여, 인버터(3)의 모선 전압이 정격 전원 전압보다 x％분 감소했을 경우에 부족 전압 이상을 검출하고, 또한 모선 전압이 정격 전원 전압보다 y％분 증가했을 경우에 과전압 이상을 검출하는 것으로 한다. 강압 회로(10)에서 검출 회로(9)에 입력된 중간 전압을 z％만큼 강압했다고 하면, 부족 전압 검출용 비교기(11) 및 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)에 입력되는 전압은 VH*(1-z／100)이고, 그 피크시의 값은 A／4*(1-z／100)이 된다.

따라서 이 경우, 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 생성 전원(13)에 의해 생성되는 소정의 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압은, 정격 전원 전압의 상전압을 A0(V)라고 하면, 이 A0를 이용하여 A0／4*(1-z／100)*(1-x／100)으로 설정된다. 또 마찬가지로, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 생성 전원(16)에 의해 생성되는 소정의 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압은, A0／4*(1-z／100)*(1＋y／100)으로 설정된다.

부족 전압 검출용 비교기(11) 및 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)에 있어서의 신호 파형을 도 6에 나타낸다. 이와 같이, 부족 전압 검출용 비교기(11)에 입력되는 전압 VH*(1-z／100)이, 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 A0／4*(1-z／100)*(1-x／100) 이상인 경우, 부족 전압 검출용 비교기(11)로부터 출력되는 비교 신호는, 주파수가 3f(Hz)의 구형 펄스파가 된다.

이에, 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)의 소정의 제1 펄스 기간 T1을, 이 주기 1／3f(s) 이상의 시간으로 함으로써, 부족 전압 검출용 비교기(11)로의 입력 전압이 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에, 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)로부터 검출 신호가 계속하여 출력되도록 할 수 있다.

또, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12) 및 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)에 있어서의 신호 파형은 도 7과 같이 된다. 이와 같이, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)에 입력되는 전압 VH*(1-z／100)이, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 A0／4*(1-z／100)*(1＋y／100) 이상인 경우, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)로부터 출력되는 비교 신호는, 주파수가 3f(Hz)의 구형 펄스파가 된다.

따라서 부족 전압 검출의 경우와 마찬가지로, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)의 소정의 제2 펄스 기간 T2를, 이 주기 1／3f(s) 이상의 시간으로 함으로써, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)로의 입력 전압이 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 이상인 경우에, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)로부터 검출 신호가 계속하여 출력되도록 할 수 있다.

그렇지만, 여기에서는, 이 비교기(12) 및 펄스 생성 장치(17)에 있어서 과전압 검출과 전원이상 검출의 양쪽을 행하기 위해, 제2 펄스 기간 T2를 주기 1／f(s) 이상의 시간으로 설정한다. 이 점에 대해서, 다음에 설명한다.

도 8은 3상 교류 전원(1)의 3상 교류에 이상(결상)이 발생했을 경우의 당해 3상 교류 및 중간 전위 VH의 파형 그래프이다. 이때의 고전위측 모선 전압 VP 및 저전위측 모선 전압 VN은 다음의 (18)~(21)식에 의해 표현된다.

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)

따라서 이때의 중간 전위 VH는, 이들 (18)~(21)식을 (11)식에 대입함으로써, 다음의 (22)식으로서 얻을 수 있다.

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

이 (22)식 및 도 8의 그래프로부터, 3상 교류 전원(1)에 결상 이상이 발생했을 때에 검출 회로(9)에 입력되는 중간 전위 VH는, 주파수가 f(Hz)로 파고치(진폭)가 A／2(V)가 되는 것을 알 수 있다. 따라서 검출 회로(9)의 비교기에 입력되는 전압의 피크치는 A／2*(1-z／100)로, 정상시의 2배의 값이 된다.

이와 같은 사정으로부터, 모선에 있어서의 과전압의 검출과 같은 방식으로, 3상 교류 전원(1)의 결상 이상을 검출하는 것이 가능하다. 이 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12) 및 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)에 있어서의 3상 교류 전원(1)의 결상 이상시의 신호 상태를 나타내는 것이 도 9이다.

여기서, 상술한 바와 같이, 3상 교류 전원(1)의 결상 이상시의 중간 전위 VH의 주파수는 f(Hz)이다. 따라서 3상 교류 전원(1)의 결상 이상시에는, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)로부터 주파수 f(Hz)의 구형 펄스가 비교 신호로서 출력된다. 이에, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)의 제2 펄스 기간 T2를, 1／f(s) 이상으로 설정함으로써, 모선에 과전압이 발생했을 경우와 3상 교류 전원(1)의 결상이 발생했을 경우의 양쪽에 있어서, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)로부터 검출 신호가 계속하여 출력되게 된다.

또한, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)에 의해서 모선의 과전압 이상과 3상 교류 전원(1)의 결상 이상의 양쪽을 검출하기 위해서는, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압을 결정하는 y의 값은 100 이하로 설정할 필요가 있다.

그리고 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치(14)로부터의 출력은 반전기(15)를 통하여 OR 회로(18)에 입력되고, 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치(17)로부터의 출력은 그대로 OR 회로(18)에 입력된다. 따라서 모선의 부족 전압 이상 및 과전압 이상 및 3상 교류 전원(1)의 결상 이상 중 어느 것이 발생하면, OR 회로(18)로부터 이상 검출 신호가 출력되게 된다.

또한, 여기에서는, 검출 회로(9)에 강압 회로(10)를 마련한 경우에 대해서 설명했지만, 강압 회로(10)는 필수가 아니고 강압 회로(10)를 마련하지 않도록 해도 좋다. 또, 3상 교류 전원(1)의 평형이 균형을 잃었을 경우에 대해서도, 중성점의 전압이 변화하기 때문에, 부족 전압 검출용 비교기(11) 및 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기(12)에 의해서 3상 교류 전원(1)의 평형이 균형을 잃은 것을 검출하는 것이 가능하다.

추가로 또, 이상의 구성에 있어서는, 3상 교류 전원(1)의 중성점의 접지부와 제어 장치의 검출 회로(9)의 접지부 사이에 전류가 흘렀을 경우에는, 노이즈가 발생하여 검출 오차를 일으킬 가능성이 있다. 이에, 강압 회로(10)에 노이즈 제거용 필터를 마련하도록 해도 좋다. 검출 회로(9)에 있어서의 검출 대상의 주파수는 3f(Hz)이므로, 예를 들면 컷오프 주파수 30f(Hz)로 1차 로우패스 필터를 마련함으로써, 주파수 150f(Hz) 이상의 고주파 노이즈의 영향을 제거할 수 있다. 구체적으로는, 3상 교류 전원(1)의 주파수 f가 상용 주파수 60Hz인 경우, 컷오프 주파수 1.8kHz의 로우패스 필터를 이용함으로써 9kHz 이상의 노이즈를 충분히 감쇠시키는 것이 가능하다.

이상과 같이 구성된 엘리베이터의 제어 장치는, 전원측의 접지가 중성점 접지 방식의 경우에 모선 전위의 중간 전위가 접지에 대해서 저전위가 되는 것에 주목하고, 대규모인 강압 회로를 필요로 하지 않고, 디지털계 제어 회로와의 사이에 긴 연면 거리나 절연 회로가 불필요하며, 2 레벨 인버터의 모선 직류 전압치의 이상이나 전원으로부터 공급되는 3상 교류의 이상을 검출할 수 있다.

또, 비교기에 있어서의 레퍼런스 전압과 펄스 생성 장치의 펄스 기간을 적절히 설정함으로써, 모선의 과전압 검출과 결상 등의 전원이상 검출을 1조(粗)의 비교기 및 펄스 생성 장치에 의해서 행하는 것도 가능하다.

실시 형태 2.

도 10 및 도 11은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 것으로, 도 10은 엘리베이터의 제어 장치의 3상 교류 전원~검출 회로의 구성을 나타내는 도면, 도 11은 회생시에 인버터측의 (평활 후의) 모선의 대지 전압에 생기는 변동을 설명하는 도면이다.

상술한 실시 형태 1의 구성에 있어서는, 회생 운전시에 모터(4)로부터 모선에 전력이 돌아오면, 컨버터(2)의 다이오드는 오프 상태가 된다. 그리고 이 때문에, 모선의 대지 전압은 도 11에 도시된 바와 같이 어느 일정한 불확정 영역의 범위 내에서 변동해 버린다. 이 경우, 중간 전위도 마찬가지로 변동해 버리기 때문에, 정지시나 역행 운전시를 제외하고는 올바르게 이상을 검출할 수 없다. 또, 컨버터(2)에 회생 컨버터(트랜지스터 컨버터)를 사용했을 경우도, 모선의 대지 전위는 컨버터의 스위칭으로 변동하기 때문에 마찬가지이다.

이에, 여기서 설명하는 실시 형태 2는, 실시 형태 1의 도 1에 도시된 주회로와는 다른 계통의 다이오드 브릿지(19) 및 제1 중간 전압 생성용 저항(20) 및 제2 중간 전압 생성용 저항(21)을 마련하고, 이들에 대해서 검출 회로(9)를 접속하도록 한 것이다.

3상 교류 전원(1)은, 컨버터(2)와는 별개로 마련된 다이오드 브릿지(19)에도 접속되어 있다. 3상 교류 전원(1)으로부터 공급된 3상 교류 전압은 이 다이오드 브릿지(19)에 의해서 직류 전압으로 변환된다. 다이오드 브릿지(19)의 출력에는, 직렬로 접속된 제1 중간 전압 생성용 저항(20) 및 제2 중간 전압 생성용 저항(21)이 접속되어 있다. 제1 중간 전압 생성용 저항(20)의 임피던스는 제1 밸런스 저항(7)과 동일하고, 제2 중간 전압 생성용 저항(21)의 임피던스는 제2 밸런스 저항(8)과 동일하다.

따라서 제1 중간 전압 생성용 저항(20) 및 제2 중간 전압 생성용 저항(21)의 중간 전압은, 제1 콘덴서(5) 및 제2 콘덴서(6)의 중간 전압 VH와 동일하게 된다. 이렇게 하여, 생성된 중간 전압 VH는 검출 회로(9)에 입력된다. 이 검출 회로(9)의 구성·동작을 포함하는 다른 구성이나 동작에 대해서는 실시 형태 1과 마찬가지이다. 즉, 검출 회로(9)는, 이렇게 하여 주회로와는 별개로 마련된 다이오드 브릿지(19), 제1 중간 전압 생성용 저항(20) 및 제2 중간 전압 생성용 저항(21)에 의해 생성된 중간 전압 VH에 기초하여, 직류 모선 전압의 이상이나 전원이상을 검출한다.

이상과 같이 구성된 엘리베이터의 제어 장치는 회생 운전시나 회생 컨버터의 경우에 있어서도, 정확한 중간 전위를 검출하여, 모선 전압 이상이나 전원이상을 올바르게 검출할 수 있다.

실시 형태 3.

도 12 및 도 13은, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 것으로, 도 12는 엘리베이터의 제어 장치가 구비하는 검출 회로를 나타내는 회로도, 도 13은 검출 회로에 있어서의 검출 대상 전압 파형을 예시하는 도면이다.

상술한 실시 형태 1이나 실시 형태 2의 구성에 있어서는, 비교기에 입력되는 전압의 파형은 상하 양방향으로 변동하는 정현파 모양을 나타내는 것인데 반해, 비교기에서의 비교 기준이 되는 레퍼런스 전압은, 상측 전위만을 검출 대상으로 하도록 설정되어 있었다. 그리고 이 때문에, 3상 교류 전원(1)의 평형이 어떠한 원인으로 균형을 잃어, 전위가 전체적으로 하측으로 오프셋 했을 경우, 이상을 검출할 수 없을 가능성을 생각할 수 있다.

이에, 여기서 설명하는 실시 형태 3은, 검출 회로(9)에 전파(全波) 정류회로(22)를 마련하여, 중간 전위 VH의 하방향의 변위를 상방향으로 반전시켜 정류한 다음, 비교기에 입력한다. 따라서 중간 전위 VH의 하측의 전위도 비교기에서의 비교 대상이 되기 때문에, 3상 교류 전원(1)의 평형이 어떠한 원인으로 균형을 잃어, 전위가 전체적으로 하측으로 오프셋 하는 이상도 검출할 수 있다.

다른 구성이나 동작은 실시 형태 1이나 실시 형태 2와 마찬가지이며, 그 상세 설명은 생략한다.

실시 형태 4.

도 14는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 것으로, 엘리베이터의 제어 장치가 구비하는 검출 회로 부분을 나타내는 도면이다.

여기서 설명하는 실시 형태 4는, 취출한 중간 전위 VH를 AD 변환기(23)에 의해 디지털 신호로 변환한 다음, 직류 모선 전압의 이상이나 전원이상을 검출하도록 한 것이다. AD 변환기(23)에 의해 디지털 신호로 변환된 중간 전위 VH는, 연산에 의해 디지털 신호 처리를 실행하는 CPU(24)에 입력된다. 이 CPU(24)는, 상술한 실시 형태 1에서부터 실시 형태 3의 검출 회로(9)의 기능을, 디지털 신호 처리에 의해 실현하고 있다. 이와 같이, 중간 전위 VH에 기초한 직류 모선 전압의 이상이나 전원이상의 검출을 디지털 신호 처리에 의해 실현함으로써, 노이즈 등에 강하고 보다 고정밀의 이상 검출을 행하는 것이 가능하다. 다른 구성이나 동작은 실시 형태 1~실시 형태 3과 마찬가지이며, 그 상세 설명은 생략한다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은 엘리베이터의 주회로에 전력을 공급하는 중성점 접지 방식의 3상 교류 전원과, 이 3상 교류 전원으로부터의 3상 교류 전압을, 고전위 및 저전위의 2 레벨의 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 이 컨버터로부터의 2 레벨의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 엘리베이터의 모터를 구동하는 인버터를 가지는 엘리베이터의 제어 장치에 이용할 수 있다.

1: 3상 교류 전원
2: 컨버터
3: 인버터
4: 모터
5: 제1 콘덴서
6: 제2 콘덴서
7: 제1 밸런스 저항
8: 제2 밸런스 저항
9: 검출 회로
10: 강압 회로
11: 부족 전압 검출용 비교기
12: 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 비교기
13: 부족 전압 검출용 레퍼런스 전압 생성 전원
14: 부족 전압 검출용 펄스 생성 장치
15: 반전기
16: 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 레퍼런스 전압 생성 전원
17: 과전압 검출용 겸 전원이상 검출용 펄스 생성 장치
18: OR 회로
19: 다이오드 브릿지
20: 제1 중간 전압 생성용 저항
21: 제2 중간 전압 생성용 저항
22: 전파(全波) 정류회로
23: AD 변환기
24: CPU

Claims

엘리베이터의 주회로에 전력을 공급하는 중성점(中性点) 접지 방식의 3상 교류 전원과, 상기 3상 교류 전원으로부터의 3상 교류 전압을, 고전위 및 저전위의 2 레벨의 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터로부터의 상기 2 레벨의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 엘리베이터의 모터를 구동하는 인버터를 가지는 엘리베이터의 제어 장치로서,
상기 컨버터와 상기 인버터 사이에 마련되어, 상기 2 레벨의 직류 전압의 고 전위측과 저 전위측 사이에 직렬로 접속된 제1 콘덴서 및 제2 콘덴서와,
상기 제1 콘덴서 및 상기 제2 콘덴서의 접속부의 대접지(對接地間) 전압을 중간 전압으로서 검출하는 검출 수단을 구비하고,
상기 검출 수단은, 상기 검출한 상기 중간 전압에 기초하여 상기 인버터에 입력되는 상기 2 레벨의 직류 전압의 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 검출 수단은, 상기 검출한 상기 중간 전압에 기초하여 상기 3상 교류 전원으로부터 공급되는 상기 3상 교류 전압의 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 검출 수단은, 상기 검출한 상기 중간 전압을 소정의 레퍼런스 전압과 비교함으로써, 상기 2 레벨의 직류 전압의 이상 및 상기 3상 교류 전압의 이상의 양쪽을 검출하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 수단이 상기 검출한 상기 중간 전압으로부터 소정의 주파수 이상의 고주파 성분을 제거하는 필터를 구비하고,
상기 검출 수단은, 상기 필터에 의해 상기 고주파 성분이 제거된 상기 중간 전압에 기초하여 상기 2 레벨의 직류 전압의 이상 및／또는 상기 3상 교류 전압의 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 수단이 상기 검출한 상기 중간 전압을 정류하는 전파 정류회로를 구비하고,
상기 검출 수단은, 상기 전파 정류회로에 의해 정류된 상기 중간 전압에 기초하여 상기 2 레벨의 직류 전압의 이상 및／또는 상기 3상 교류 전압의 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 제어 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출 수단이 상기 검출한 상기 중간 전압을 디지털 신호로 변환하는 변환 수단을 구비하고,
상기 검출 수단은, 상기 변환 수단에 의해 디지털 신호로 변군된 상기 중간 전압에 기초하여 디지털 신호 처리에 의해 상기 2 레벨의 직류 전압의 이상 및／또는 상기 3상 교류 전압의 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 제어 장치.