WO2024013882A1 - エレベーターの制御装置および制御方法 - Google Patents

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拓也 美浦
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三菱電機ビルソリューションズ株式会社
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    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66BELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B1/00Control systems of elevators in general
    • B66B1/24Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration
    • B66B1/28Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical
    • B66B1/30Control systems with regulation, i.e. with retroactive action, for influencing travelling speed, acceleration, or deceleration electrical effective on driving gear, e.g. acting on power electronics, on inverter or rectifier controlled motor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66BELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B1/00Control systems of elevators in general
    • B66B1/34Details, e.g. call counting devices, data transmission from car to control system, devices giving information to the control system
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present disclosure relates to an elevator control device and control method.
  • Patent Document 1 discloses an example of an elevator.
  • a life estimation circuit is provided to estimate the life of an inverter.
  • the present disclosure relates to solving such problems.
  • the present disclosure provides an elevator control device and control method that makes it difficult for the elevator to be trapped in a way that prevents a rescue operation in which the car runs in the powering direction.
  • An elevator control device includes: an inverter that drives a hoist motor that causes an elevator car to run; a smoothing capacitor that stabilizes the voltage of a DC bus connected to the inverter; and a smoothing capacitor connected to the DC bus. , a regenerative resistor that consumes regenerative power generated by the hoisting machine motor during regenerative operation of the elevator; a regenerative switching element that switches whether or not current flows into the regenerative resistor; a first voltage monitoring section that detects a voltage; a threshold setting section that sets a voltage threshold that determines the timing of switching operation of the regenerative switching element; and a voltage value detected by the first voltage monitoring section and the threshold setting section.
  • a switching control unit that controls switching operation of the regenerative switching element, a first life prediction unit that predicts the remaining life of the regenerative switching element, and a prediction of the remaining life of the inverter based on the relationship between the set voltage thresholds.
  • a second life prediction unit wherein the threshold setting unit is configured such that the remaining life of the inverter predicted by the second life prediction unit is longer than the remaining life of the regenerative switching element predicted by the first life prediction unit.
  • the voltage threshold is set so that.
  • An elevator control method includes: an inverter that drives a hoist motor that runs a car; a smoothing capacitor that stabilizes the voltage of a DC bus connected to the inverter; a regenerative resistor that consumes regenerative power generated by the hoisting machine motor during operation; a regenerative switching element that switches whether or not current flows into the regenerative resistor; and a regenerative switching element that detects the voltage of the DC bus.
  • An elevator control method comprising: a first prediction step of predicting the remaining life of the regenerative switching element; a second prediction step of predicting the remaining life of the inverter; and a second prediction step of predicting the remaining life of the inverter predicted in the second prediction step. and a threshold setting step of setting the voltage threshold so that the remaining life of the regenerative switching element is longer than the remaining life of the regenerative switching element predicted in the first prediction step.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an elevator control device according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a switching operation of a regenerative switching element during regenerative operation of the elevator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a switching operation of a regenerative switching element during regenerative operation of the elevator according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of changes in the remaining life of an inverter and a regenerative switching element in the elevator control device according to the first embodiment, and setting of a voltage threshold value.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of predicting the remaining life of an inverter or a regenerative switching element in the elevator control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of predicting the remaining life of an inverter or a regenerative switching element in the elevator control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of determining an open failure of a regenerative switching element in the elevator control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of determining an open failure of a regenerative switching element in the elevator control device according to the first embodiment.
  • 1 is a hardware configuration diagram of main parts of a control device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of an elevator control device according to a second embodiment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an elevator control device according to a first embodiment.
  • Elevators are applied to buildings with multiple floors.
  • a hoistway (not shown) of an elevator is provided.
  • a hoistway is a vertically long space spanning multiple floors.
  • the elevator has a car not shown.
  • the car is placed in the hoistway.
  • the car load is supported by a main rope (not shown).
  • a car is a device that transports elevator users between multiple floors by traveling up and down a hoistway. Elevator users board and exit the car when the car is stopped at the floor level of each floor.
  • the elevator is controlled by a control device 100.
  • the elevator operates by receiving power from an external AC power source 1.
  • the AC power supply 1 is a commercial power supply that supplies three-phase AC power.
  • the output end of each phase of the AC power supply 1 is connected to each input end of the power-on switch 2 of the control device 100 .
  • Each power-on switch 2 is composed of, for example, a no-fuse breaker.
  • the output end of each power-on switch 2 is connected to the input end of the contactor 3 of the control device 100.
  • the output end of each contactor 3 is connected to each input end of converter 4 of control device 100 .
  • Converter 4 includes, for example, a three-phase diode bridge circuit.
  • a high potential side output end of converter 4 is connected to an input end of first DC bus 5 .
  • a low potential side output terminal of converter 4 is connected to an input terminal of second DC bus 6 .
  • a smoothing capacitor 7 of the control device 100 is connected between the first DC bus 5 and the second DC bus 6.
  • the output end of the first DC bus 5 is connected to the high potential side input end of the inverter 8 of the control device 100 .
  • the output end of the second DC bus 6 is connected to the low potential side input end of the inverter 8 of the control device 100.
  • the inverter 8 is configured by, for example, a two-level, three-phase voltage type full bridge circuit.
  • Inverter 8 includes switching elements (not shown).
  • the switching elements of the inverter 8 include, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
  • An output end of the inverter 8 is connected to each input end of the hoist motor 9.
  • the hoist motor 9 is a device that generates a driving force for driving an elevator car.
  • a rotating shaft rotated by the hoist motor 9 is connected to a drive sheave (not shown) around which a main rope is wound, for example.
  • the contactor 3 is closed at the time of startup. By closing the contactor 3, AC power is supplied from the AC power supply 1 to the converter 4.
  • Converter 4 converts the supplied AC power into DC power.
  • the DC power converted and output by the converter 4 is smoothed by the smoothing capacitor 7.
  • the smoothed DC power is input to the inverter 8.
  • Inverter 8 converts input DC power into AC power.
  • the AC power converted and output by the inverter 8 is supplied to the hoist motor 9.
  • the hoist motor 9 rotates a rotating shaft and a drive sheave using the supplied AC power. As the drive sheave rotates, the main rope moves, causing the car to travel up and down the hoistway.
  • the elevator may operate regeneratively.
  • the hoist motor 9 functions as a generator. That is, the hoist motor 9 generates regenerative power.
  • the control device 100 is equipped with a function of consuming regenerative power generated by the hoist motor 9.
  • the control device 100 includes a regenerative resistor 10, a regenerative switching element 11, and a regenerative switching element gate drive circuit 12.
  • the regenerative resistor 10 is, for example, a resistor that consumes electric power as Joule heat.
  • the regenerative switching element 11 is an element that performs a switching operation to switch whether or not current flows.
  • the regenerative switching element 11 is made of, for example, an IGBT.
  • the regenerative switching element gate drive circuit 12 is, for example, a gate driver that outputs a signal that drives the switching operation of the regenerative switching element 11.
  • One end of the regenerative resistor 10 is connected to the first DC bus 5 .
  • the other end of the regenerative resistor 10 is connected to the collector terminal of the regenerative switching element 11.
  • An emitter terminal of the regenerative switching element 11 is connected to the second DC bus 6 .
  • the output terminal of the regenerative switching element gate drive circuit 12 is connected to the gate terminal of the regenerative switching element 11.
  • the control device 100 includes a switching control section 13, a first voltage monitoring section 14, a threshold setting section 15, a first life prediction section 16, a second life prediction section 17, a first temperature sensor 18, and a second temperature sensor 18. It includes a temperature sensor 19 and a failure determination section 20.
  • the switching control unit 13 is a part equipped with a function of controlling the switching operation of the regenerative switching element 11.
  • the output of the switching control section 13 is connected to the input of the regenerative switching element gate drive circuit 12.
  • the switching control section 13 outputs a control signal for switching operation to the regenerative switching element 11 via the regenerative switching element gate drive circuit 12.
  • the first voltage monitoring unit 14 is a part equipped with a function of detecting the voltage of the DC bus, that is, the voltage between the first DC bus 5 and the second DC bus 6.
  • the first voltage monitoring unit 14 is connected to the first DC bus 5 and the second DC bus 6.
  • the output of the first voltage monitoring section 14 is connected to the input of the switching control section 13.
  • the threshold setting section 15 is a section equipped with a function of setting the voltage threshold of the switching control section 13.
  • the voltage threshold value is used to determine the timing of the switching operation of the regenerative switching element 11 in the switching control section 13.
  • the output of the threshold value setting section 15 is connected to the input of the switching control section 13.
  • the switching control unit 13 controls the switching operation of the regenerative switching element 11 based on the relationship between the DC bus voltage value detected by the first voltage monitoring unit 14 and the voltage threshold set by the threshold setting unit 15.
  • the voltage threshold includes a high voltage threshold and a low voltage threshold.
  • the high potential side voltage threshold is set to a voltage value higher than the low potential side voltage threshold.
  • One or both of the high potential side voltage threshold and the low potential side voltage threshold is set by the threshold setting unit 15.
  • the high potential side voltage threshold or the low potential side voltage threshold may be a preset value.
  • the high potential side threshold is preset to a specific fixed value that does not cause overvoltage for devices such as the inverter 8 and the smoothing capacitor 7.
  • the switching control unit 13 turns on the operation of the regenerative switching element 11 so that current flows into the regenerative resistor 10 when the voltage value of the DC bus detected by the first voltage monitoring unit 14 exceeds a high potential side threshold. Switch. Further, the switching control unit 13 controls the operation of the regenerative switching element 11 so that current does not flow into the regenerative resistor 10 when the voltage value of the DC bus detected by the first voltage monitoring unit 14 is below the low potential side threshold. Switch off. The switching control unit 13 performs hysteresis control in this manner.
  • the regenerative switching element 11 When the elevator is in power running, the regenerative switching element 11 is always in an off state in which no current flows into the regenerative resistor 10.
  • the converter 4 does not have a function such as a diode converter that can regenerate power to the AC power source 1
  • the regenerated power generated by the hoisting machine motor 9 is accumulated in the smoothing capacitor 7 when the elevator operates regeneratively. be done.
  • the DC bus voltage increases.
  • the switching control section 13 switches the regenerative switching element 11 to the on state. Thereby, a discharge circuit is formed in which the regenerative resistor 10 is connected between the first DC bus 5 and the second DC bus 6.
  • the electric power accumulated in the smoothing capacitor 7 and the regenerated electric power are converted into Joule heat in the regenerative resistor 10 and consumed.
  • the DC bus voltage decreases. In this manner, during regenerative operation of the elevator, the regenerative switching element 11 is repeatedly turned on and off.
  • the first life prediction unit 16 is a part equipped with a function of predicting the remaining life of the regenerative switching element 11.
  • the second life prediction unit 17 is a part equipped with a function of predicting the remaining life of the inverter 8.
  • the first temperature sensor 18 is arranged close to the regenerative switching element 11.
  • the first temperature sensor 18 is mounted near the semiconductor chip of the regenerative switching element 11.
  • the first temperature sensor 18 measures the temperature of the regenerative switching element 11 .
  • the measured value of the first temperature sensor 18 is input to the first life prediction section 16.
  • the measured value of the first temperature sensor 18 is used, for example, to predict the remaining life of the regenerative switching element 11 in the first life prediction section 16.
  • the second temperature sensor 19 is placed close to the inverter 8.
  • the second temperature sensor 19 is mounted near a specific semiconductor chip mounted on the inverter 8.
  • the semiconductor chip is a semiconductor chip selected as having the largest temperature rise due to mounting.
  • the semiconductor chip is, for example, a semiconductor chip of a switching element mounted on the inverter 8.
  • the second temperature sensor 19 measures the temperature of the semiconductor chip.
  • the measured value of the second temperature sensor 19 is input to the second life prediction section 17.
  • the measured value of the second temperature sensor 19 is used, for example, to predict the remaining life of the inverter 8 in the second life prediction unit 17.
  • the remaining life of the inverter 8 corresponds to, for example, the remaining life of any semiconductor chip mounted on the inverter 8.
  • a plurality of second temperature sensors 19 may be mounted. At this time, each second temperature sensor 19 is mounted near each of a plurality of specific semiconductor chips mounted on the inverter 8.
  • the threshold setting unit 15 sets the voltage threshold so that the remaining life of the inverter 8 predicted by the second life prediction unit 17 is longer than the remaining life of the regenerative switching element 11 predicted by the first life prediction unit 16.
  • the threshold value setting unit 15 selects one voltage value from a plurality of preset voltage values based on the magnitude relationship between the remaining life of the inverter 8 and the remaining life of the regenerative switching element 11, and Set as voltage threshold.
  • the threshold value setting unit 15 may compare the magnitude relationship between the remaining life of the inverter 8 and the remaining life of the regenerative switching element 11 in consideration of a preset life margin.
  • the life margin is set according to the prediction accuracy of the remaining life. This prevents the inverter 8 from reaching the end of its life before the regenerative switching element 11 due to poor prediction accuracy of the remaining life.
  • the threshold setting unit 15 outputs the set voltage threshold to the switching control unit 13, thereby updating the voltage threshold used by the switching control unit 13.
  • the failure determination unit 20 is a part equipped with a function of determining the occurrence of an open failure in the regenerative switching element 11.
  • An input of the failure determination section 20 is connected to an output of the switching control section 13.
  • the failure determination section 20 receives a control signal for switching operation to the regenerative switching element 11 from the switching control section 13 .
  • the input of the failure determination section 20 is connected to the output of the first voltage monitoring section 14 .
  • the failure determination section 20 receives the voltage value of the DC bus detected by the first voltage monitoring section 14 .
  • the failure determination unit 20 determines the occurrence of an open failure in the regenerative switching element based on the detected value of the DC bus voltage after discharge after a sufficient period of time has passed since the start of discharge of the smoothing capacitor 7.
  • the failure determination unit 20 detects the start of discharge of the smoothing capacitor 7 based on, for example, a control signal for switching operation from the switching control unit 13.
  • the failure determination unit 20 determines the occurrence of a failure, for example, in a situation where the smoothing capacitor 7 is charged and the power supply to the smoothing capacitor 7 is cut off.
  • the failure determination unit 20 determines that a failure has occurred, for example, when the elevator is stopped and the contactor 3 is in an open state.
  • the failure determination unit 20 may determine whether a failure has occurred when the elevator is in a pause mode when the elevator is not operating, or whether a failure has occurred when the elevator is stopped in a diagnostic mode such as once a day. You may also make a determination.
  • the elevator may come to an emergency stop due to a failure of the control device 100 or the like.
  • the positions between floors are, for example, the positions between the respective floor levels of adjacent floors.
  • the elevator since the elevator is controlled so that the remaining life of the inverter 8 is longer than the remaining life of the regenerative switching element 11, the regenerative switching element 11 breaks down before the inverter 8. Therefore, when the elevator comes to an emergency stop due to an open failure in the regenerative switching element 11, it is expected that the inverter 8 will not be out of order.
  • the control device 100 performs a rescue operation in the powering direction if the failure determining section 20 determines that an open failure has occurred in the regenerative switching element 11.
  • the inverter 8 drives the hoist motor 9 to cause the car to travel in the powering direction and stop at the floor level. Rescue operation in the powering direction enables remote rescue, so early rescue from a trapped person can be achieved.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams illustrating an example of a switching operation of the regenerative switching element 11 during regenerative operation of the elevator according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the passage of time.
  • the vertical axis represents voltage.
  • the DC bus voltage value 21 is shown as a solid line.
  • voltage threshold 22, voltage threshold 23, and voltage threshold 24 are indicated by broken lines.
  • FIG. 2A shows an example where the value obtained by subtracting the life margin from the remaining life of the inverter 8 predicted by the second life prediction unit 17 is longer than the remaining life of the regenerative switching element 11 predicted by the first life prediction unit 16. ing.
  • the voltage value 21 of the DC bus transitions between the high potential side voltage threshold 22 and the first low potential side voltage threshold 23.
  • the high potential side voltage threshold 22 is a fixed value set in advance.
  • the first low potential side voltage threshold 23 is selected by the threshold setting unit 15 from a plurality of voltage values when the remaining life of the inverter 8 after subtracting the life margin becomes longer than the remaining life of the regenerative switching element 11. This is the voltage value set as the potential side voltage threshold.
  • FIG. 2B shows an example where the value obtained by subtracting the life margin from the remaining life of the inverter 8 predicted by the second life prediction unit 17 is shorter than the remaining life of the regenerative switching element 11 predicted by the first life prediction unit 16. ing.
  • the voltage value 21 of the DC bus transitions between the high potential side voltage threshold 22 and the second low potential side voltage threshold 24.
  • the second low potential side voltage threshold 24 is selected from a plurality of voltage values by the threshold setting unit 15 when the remaining life of the inverter 8 after subtracting the life margin becomes shorter than the remaining life of the regenerative switching element 11. This is the voltage value set as the low potential side voltage threshold.
  • the second low-potential voltage threshold 24 is set to a higher potential than the first low-potential voltage threshold 23. That is, in FIG. 2A, the hysteresis width, which is the difference in voltage value between the high potential side voltage threshold and the low potential side voltage threshold, is wider than in FIG. 2B. Moreover, the hysteresis width is narrower in FIG. 2B than in FIG. 2A. Therefore, in FIG. 2A, the regenerative switching element 11 operates at a lower frequency than in FIG. 2B. Furthermore, in contrast to FIG. 2A, in FIG. 2B, the operation of the regenerative switching element 11 is a higher frequency switching operation.
  • the switching loss becomes larger and the life becomes shorter.
  • the switching loss becomes smaller and the life becomes longer. Therefore, the relationship between the remaining lives of the regenerative switching element 11 and the inverter 8 is adjusted by controlling the hysteresis width.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of changes in remaining life of inverter 8 and regenerative switching element 11 and setting of voltage threshold values in elevator control device 100 according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the number of years that have passed since the elevator was newly installed or parts were replaced. Note that when replacing the parts, the parts of the inverter 8 and the regenerative switching element 11 are replaced at the same time.
  • the upper graph in FIG. 3 shows the change over time in the voltage threshold set by the threshold setting unit 15.
  • the vertical axis represents the set voltage threshold value.
  • a high potential side voltage threshold 22 and a low potential side voltage threshold 25 are shown.
  • the low potential side voltage threshold 25 takes either one of the first low potential side voltage threshold 23 and the second low potential side voltage threshold 24.
  • the lower graph in FIG. 3 shows changes over time in the remaining life 26 of the inverter 8 and the remaining life 27 of the regenerative switching element 11.
  • a value obtained by subtracting the life margin 28 from the remaining life 26 of the inverter 8 is indicated by a broken line 29.
  • the low potential side voltage threshold 25 is set to the first low potential side voltage threshold 23, which is a higher potential.
  • the first low-potential side voltage threshold 23 is designed in advance so that the remaining life 27 of the regenerative switching element 11 is consumed faster than the remaining life 26 of the inverter 8 .
  • the threshold setting unit 15 sets the low potential side voltage threshold 25 to a lower value.
  • the potential is set to the second low potential side voltage threshold 24.
  • the second low potential side voltage threshold 24 is designed in advance so that the life consumption of the remaining life 27 of the regenerative switching element 11 is slower than the life consumption of the remaining life 26 of the inverter 8 . Thereafter, when the remaining life 27 of the regenerative switching element 11 exceeds a value 29 obtained by subtracting the life margin 28 from the remaining life 26 of the inverter 8, the threshold setting unit 15 sets the low potential side voltage threshold 25 to the first The low potential side voltage threshold value 23 is set again.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams illustrating an example of predicting the remaining life of the inverter 8 or the regenerative switching element 11 in the elevator control device 100 according to the first embodiment.
  • the first life prediction unit 16 and the second life prediction unit 17 predict the remaining life using, for example, Minor's rule based on temperature fluctuations, as described below.
  • the first life prediction unit 16 and the second life prediction unit 17 may employ a rainflow method as a method of predicting the remaining life from temperature fluctuations.
  • FIG. 4A shows temporal fluctuations in the measured values of the temperature sensor used to predict the remaining life.
  • the horizontal axis indicates the passage of time.
  • the vertical axis indicates the measured value of temperature.
  • temporal fluctuations in the measured values of the first temperature sensor 18 or the second temperature sensor 19 are shown. That is, in FIG. 4A, temperature fluctuations of a specific semiconductor chip provided with a temperature sensor of the regenerative switching element 11 or the inverter 8 are shown. As the elevator operates, the temperature of the semiconductor chip and the like rises and falls.
  • the first life prediction unit 16 and the second life prediction unit 17 calculate the life consumption amount corresponding to the temperature difference ⁇ T from the maximum value of the temperature fluctuation at this time to the next minimum value for each temperature cycle, Calculate cumulative lifetime consumption by adding sequentially.
  • the lifetime consumption is a parameter expressed, for example, as a percentage. A lifetime consumption of 100% indicates that the lifetime has been reached. Lifetime consumption of 50% represents that half of the lifespan has been consumed.
  • the first life prediction unit 16 calculates a predicted value of the remaining life of the regenerative switching element 11 using the cumulative life consumption calculated based on the temperature fluctuation of the first temperature sensor 18. Further, the second life prediction unit 17 calculates a predicted value of the remaining life of the inverter 8 using the cumulative life consumption calculated based on the temperature fluctuation of the second temperature sensor 19.
  • the second life prediction unit 17 may calculate the remaining life of the semiconductor chip provided with the second temperature sensor 19 as the remaining life of the inverter 8. Further, when a plurality of second temperature sensors 19 are provided, the second life prediction unit 17 may calculate the remaining life of each of a plurality of specific semiconductor chips provided with the second temperature sensors 19. At this time, the second life prediction unit 17 may set the shortest of the calculated remaining lives of the specific semiconductor chips as the remaining life of the inverter 8.
  • FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the temperature difference ⁇ T and the corresponding lifetime consumption L.
  • the horizontal axis indicates the temperature difference ⁇ T.
  • the vertical axis indicates the lifetime consumption L.
  • the relationship between the temperature difference ⁇ T and the lifetime consumption L is created in advance based on, for example, an accelerated lifetime test and calculation performed in advance. For example, the relationship between the temperature difference ⁇ T and the lifetime consumption L is created for each specific semiconductor chip.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating an example of determining an open failure of a regenerative switching element in the elevator control device according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the passage of time.
  • the vertical axis represents voltage.
  • the DC bus voltage value 21 is shown as a solid line.
  • FIG. 5A shows a time change in the voltage value 21 of the DC bus when the power stored in the smoothing capacitor 7 is discharged in a normal case where the regenerative switching element 11 has no open failure. Note that the power stored in the smoothing capacitor 7 is discharged in a discharge circuit formed by the regenerative switching element 11 and the regenerative resistor 10.
  • the failure determining unit 20 detects switching of the regenerative switching element 11 from the off state to the on state based on the control signal for switching operation to the regenerative switching element 11 received from the switching control unit 13.
  • the failure determination unit 20 determines that the DC bus voltage value 21 detected by the first voltage monitoring unit 14 exceeds the discharge voltage threshold 31 after a discharge time 30 has elapsed since the start of discharging the smoothing capacitor 7 due to switching of the regenerative switching element 11. Determine if it is below.
  • the discharge time 30 is set in advance as a time sufficient for the time required for discharging the smoothing capacitor 7.
  • the discharge voltage threshold 31 is preset as a voltage sufficient to determine whether the smoothing capacitor 7 is discharged. When the DC bus voltage value 21 is below the discharge voltage threshold 31, the failure determination unit 20 determines that the smoothing capacitor 7 has been normally discharged and that the regenerative switching element 11 has not experienced an open failure.
  • FIG. 5B shows the time change in the voltage value 21 of the DC bus when the regenerative switching element 11 is switched from the OFF state to the ON state in the case where the regenerative switching element 11 has an open failure, as in the case of FIG. 5A. show.
  • a discharge circuit is not formed due to an open failure of the regenerative switching element 11, and discharging of the smoothing capacitor 7 is not started.
  • the DC bus voltage 21 remains above the discharge voltage threshold 31 even after the discharge time 30 has elapsed. Therefore, when the voltage value 21 of the DC bus exceeds the discharge voltage threshold 31 after the discharge time 30 has elapsed since the switching of the regenerative switching element 11, the failure determination unit 20 detects that the regenerative switching element 11 has reached an open failure. It is determined that there is.
  • the elevator control device 100 includes the inverter 8, the smoothing capacitor 7, the regenerative resistor 10, the regenerative switching element 11, the first voltage monitoring section 14, and the threshold value. It includes a setting section 15, a switching control section 13, a first life prediction section 16, and a second life prediction section 17.
  • the inverter 8 drives a hoist motor 9 that causes the elevator car to travel. Smoothing capacitor 7 stabilizes the voltage of a DC bus connected to inverter 8 .
  • Regenerative resistor 10 is connected to a DC bus.
  • the regenerative resistor 10 consumes regenerative power generated by the hoist motor 9 during regenerative operation of the elevator.
  • the regenerative switching element 11 switches whether or not current flows into the regenerative resistor 10 .
  • the first voltage monitoring unit 14 detects the voltage of the DC bus.
  • the threshold value setting unit 15 sets a voltage threshold value that determines the timing of switching operation of the regenerative switching element 11.
  • the switching control unit 13 controls the switching operation of the regenerative switching element 11 based on the relationship between the voltage value detected by the first voltage monitoring unit 14 and the voltage threshold set by the threshold setting unit 15.
  • the first life prediction unit 16 predicts the remaining life of the regenerative switching element 11.
  • the second life prediction unit 17 predicts the remaining life of the inverter 8.
  • the threshold value setting unit 15 sets the voltage threshold value so that the remaining life of the inverter 8 predicted by the second life prediction unit 17 is longer than the remaining life of the regenerative switching element 11 predicted by the first life prediction unit 16.
  • the elevator control method includes a first prediction step, a second prediction step, and a threshold value setting step.
  • the first prediction step is a step of predicting the remaining life of the regenerative switching element 11.
  • the second prediction step is a step of predicting the remaining life of the inverter 8.
  • the threshold setting step is a step of setting a voltage threshold such that the remaining life of the inverter 8 predicted in the second prediction step is longer than the remaining life of the regenerative switching element 11 predicted in the first prediction step.
  • the elevator is controlled so that the remaining life of the inverter 8 is longer than the remaining life of the regenerative switching element 11, so the regenerative switching element 11 breaks down before the inverter 8. Therefore, when the elevator comes to an emergency stop due to an open failure in the regenerative switching element 11, it is expected that the inverter 8 will not be out of order. Since an emergency stop due to a failure of the inverter 8 is less likely to occur, it is less likely that a trap such as a rescue operation in which the car is run in the power running direction is impossible to occur.
  • the control device 100 also includes a first temperature sensor 18 .
  • the first temperature sensor 18 is arranged close to the regenerative switching element 11 .
  • the first life prediction unit 16 predicts the remaining life of the regenerative switching element 11 based on temperature fluctuations measured by the first temperature sensor 18.
  • the control device 100 also includes a second temperature sensor 19 .
  • the second temperature sensor 19 is placed close to a semiconductor chip such as a switching element of the inverter 8.
  • the second life prediction unit 17 predicts the remaining life of the inverter 8 based on temperature fluctuations measured by the second temperature sensor 19.
  • the remaining life is predicted based on the measured value of the temperature fluctuation of the element, so the predicted value of the remaining life becomes more accurate. This makes it more difficult for the car to be trapped in such a way that a rescue operation in which the car is run in the powering direction cannot be performed.
  • control device 100 includes a failure determination section 20.
  • the failure determining unit 20 determines whether an open failure has occurred in the regenerative switching element 11. When the car is stopped between floors, the failure determination unit 20 may determine that an open failure has occurred in the regenerative switching element 11. In this case, the inverter 8 drives the hoist motor 9 to perform a rescue operation in which the car runs in the powering direction and stops at the floor level.
  • the failure determination unit 20 determines whether an open failure has occurred in the regenerative switching element 11 under a situation where the smoothing capacitor 7 is charged and the power supply to the smoothing capacitor 7 is cut off. Under this situation, the failure determination unit 20 determines whether or not the regenerative switching element is activated based on the voltage value detected by the first voltage monitoring unit 14 after the regenerative switching element 11 performs a switching operation so that current flows into the regenerative resistor 10. The occurrence of an open fault in step 11 is determined.
  • the failure determination unit 20 determines the occurrence of an open failure in the regenerative switching element 11 based on the actual detected value of the voltage of the DC bus, so that the determination of the occurrence of a failure becomes more accurate.
  • the switching control unit 13 switches the operation of the regenerative switching element 11 so that current flows into the regenerative resistor 10 when the voltage value detected by the first voltage monitoring unit 14 exceeds the high potential side voltage threshold.
  • the switching control unit 13 switches the operation of the regenerative switching element 11 so that current does not flow into the regenerative resistor 10 when the voltage value detected by the first voltage monitoring unit 14 is less than the low potential side voltage threshold.
  • the threshold value setting unit 15 determines that a value obtained by subtracting a preset life margin from the remaining life of the inverter 8 predicted by the second life prediction unit 17 is shorter than the remaining life of the regenerative switching element 11 predicted by the first life prediction unit 16. When this happens, set the voltage threshold. At this time, the threshold setting unit 15 sets at least one of the high potential side voltage threshold and the low potential side voltage threshold as the voltage threshold so as to reduce the difference between the high potential side voltage threshold and the low potential side voltage threshold. .
  • some or all of the functions related to information processing, such as the threshold value setting unit 15, the first life prediction unit 16, the second life prediction unit 17, and the failure determination unit 20, of the control device 100 are implemented by one or more servers. It may be installed in, etc. Some or all of the servers may be located at remote locations in the elevator and may communicate with each other through a communication network such as the Internet or a telephone network. Part or all of the information processing functions of the control device 100 may be realized by processing or storage resources on a cloud service.
  • the threshold setting unit 15 may accept manual setting of the voltage threshold by, for example, a maintenance worker.
  • FIG. 6 is a hardware configuration diagram of the main parts of the control device 100 according to the first embodiment.
  • Each function of the control device 100 can be realized by a processing circuit.
  • the processing circuit includes at least one processor 200a and at least one memory 200b.
  • the processing circuitry may include at least one dedicated hardware 300 along with or in place of the processor 200a and memory 200b.
  • each function of the control device 100 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. At least one of the software and firmware is written as a program.
  • the program is stored in memory 200b.
  • the processor 200a implements each function of the control device 100 by reading and executing programs stored in the memory 200b.
  • the processor 200a is also referred to as a CPU (Central Processing Unit), processing device, arithmetic device, microprocessor, microcomputer, or DSP.
  • the memory 200b is configured with a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, and EEPROM.
  • the processing circuit comprises dedicated hardware 300
  • the processing circuit is implemented, for example, in a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination thereof.
  • Each function of the control device 100 can be realized by a processing circuit. Alternatively, each function of the control device 100 can be realized collectively by a processing circuit. Regarding each function of the control device 100, a part may be realized by the dedicated hardware 300, and other parts may be realized by software or firmware. In this way, the processing circuit implements each function of the control device 100 using dedicated hardware 300, software, firmware, or a combination thereof.
  • Embodiment 2 In Embodiment 2, points that are different from the example disclosed in Embodiment 1 will be explained in particular detail. As for the features not described in the second embodiment, any of the features in the examples disclosed in the first embodiment may be adopted.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an elevator control device according to the second embodiment.
  • the control device 100 includes an inverter gate drive circuit 32 and an inverter control section 33.
  • the inverter gate drive circuit 32 is, for example, a gate driver that outputs a signal that drives the switching operation of each switching element mounted on the inverter 8.
  • Each output terminal of the inverter gate drive circuit 32 is connected to a gate terminal of a corresponding switching element mounted on the inverter 8.
  • the inverter control unit 33 is a part that is equipped with a function of controlling the operation of the inverter 8, such as the switching operation of each switching element mounted on the inverter 8.
  • the output of the inverter control section 33 is connected to the input of the inverter gate drive circuit 32.
  • the inverter control unit 33 outputs a control signal for switching operation to each switching element mounted on the inverter 8 via the inverter gate drive circuit 32.
  • the control device 100 includes a first temperature prediction section 34, a second temperature prediction section 35, a reference temperature sensor 36, and a second voltage monitoring section 37.
  • the first temperature prediction unit 34 is a part equipped with a function of predicting temperature fluctuations of the regenerative switching element 11.
  • the second temperature prediction section 35 is a section equipped with a function of predicting temperature fluctuations of a specific semiconductor chip mounted on the inverter 8.
  • the semiconductor chip is a semiconductor chip selected as having the largest temperature rise due to mounting.
  • the semiconductor chip is, for example, a semiconductor chip of a switching element mounted on the inverter 8.
  • Each of the first temperature prediction section 34 and the second temperature prediction section 35 receives a control signal from the inverter control section 33 to the inverter 8 .
  • the first temperature prediction unit 34 receives information on the voltage threshold set by the threshold setting unit 15.
  • the predicted value of the first temperature prediction unit 34 is input to the first life prediction unit 16.
  • the predicted value of the first temperature prediction unit 34 is used for prediction of the remaining life of the regenerative switching element 11 in the first life prediction unit 16.
  • the first life prediction unit 16 predicts the remaining life of the regenerative switching element 11 based on the predicted value of temperature fluctuation by the first temperature prediction unit 34, similarly to the prediction of the remaining life based on the measured value of temperature fluctuation.
  • the predicted value of the second temperature prediction section 35 is input to the second life prediction section 17.
  • the predicted value of the second temperature prediction unit 35 is used for prediction of the remaining life of the inverter 8 in the second life prediction unit 17.
  • the second life prediction section 17 predicts the remaining life of the inverter 8 based on the predicted value of temperature fluctuation by the second temperature prediction section 35, similarly to the prediction of the remaining life based on the measured value of temperature fluctuation.
  • the reference temperature sensor 36 is placed on the heat radiation path of a specific semiconductor chip mounted on the regenerative switching element 11 or the inverter 8.
  • the reference temperature sensor 36 may be placed on the heat radiation path of both the regenerative switching element 11 and a specific semiconductor chip mounted on the inverter 8.
  • the reference temperature sensor 36 is mounted, for example, on a base plate of a heat dissipation fin (not shown) to which the inverter 8 and the regenerative switching element 11 are connected.
  • the reference temperature sensor 36 measures the reference temperature.
  • the measured value of the reference temperature sensor 36 is input to each of the first temperature prediction section 34 and the second temperature prediction section 35.
  • the reference temperature is used by the first temperature prediction unit 34 and the second temperature prediction unit 35 to predict temperature fluctuations.
  • the reference temperature sensor 36 may be separately mounted for the regenerative switching element 11 and the inverter 8.
  • the first temperature prediction unit 34 receives input of a current command value and a voltage command value from the inverter control unit 33.
  • the first temperature prediction unit 34 receives input of information on the voltage threshold set by the threshold setting unit 15.
  • the first temperature prediction unit 34 predicts temperature fluctuations based on a preset temperature estimation model.
  • the temperature estimation model possessed by the first temperature prediction unit 34 is, for example, a model that calculates the temperature of the regenerative switching element 11 from a reference temperature, a current command value, a voltage command value, and a low potential side voltage threshold value.
  • the temperature estimation model includes, for example, a thermal circuit.
  • the second temperature prediction unit 35 receives input of the current command value and voltage command value from the inverter control unit 33.
  • the second temperature prediction unit 35 predicts temperature fluctuations based on a preset temperature estimation model.
  • the temperature estimation model possessed by the second temperature prediction unit 35 is, for example, a model that calculates the temperature of a semiconductor chip such as a switching element mounted on the inverter 8 from a reference temperature, a current command value, and a voltage command value.
  • the temperature estimation model includes, for example, a thermal circuit.
  • the second voltage monitoring unit 37 is a part equipped with a function of detecting the voltage on the secondary side of the regenerative switching element 11.
  • the second voltage monitoring section 37 is connected to the collector terminal and emitter terminal of the regenerative switching element 11.
  • the second voltage monitoring section 37 monitors the collector-emitter voltage of the regenerative switching element 11.
  • the output of the second voltage monitoring section 37 is connected to the input of the failure determination section 20.
  • the failure determination unit 20 logically compares the control signal for switching operation to the regenerative switching element 11 received from the switching control unit 13 and the voltage on the secondary side of the regenerative switching element 11 received from the second voltage monitoring unit 37. Based on the consistency, the occurrence of an open failure in the regenerative switching element 11 is determined. For example, when the failure determination unit 20 receives an ON command or an OFF command from the switching control unit 13 to the regenerative switching element 11, the failure determination unit 20 determines that the measured value of the voltage on the secondary side of the regenerative switching element 11 behaves correctly without any logical inconsistency. Determine whether you are doing so. When there is a logical mismatch in the measured value of the voltage on the secondary side of the regenerative switching element 11, the failure determination unit 20 determines that the regenerative switching element 11 has reached an open failure.
  • the elevator control device 100 includes the reference temperature sensor 36.
  • the reference temperature sensor 36 is arranged on a heat dissipation path of semiconductor chips such as the regenerative switching element 11 and the switching element of the inverter 8.
  • the reference temperature sensor 36 measures the reference temperature.
  • the control device 100 includes a first temperature prediction section 34.
  • the first temperature prediction unit 34 predicts the temperature fluctuation of the regenerative switching element 11 based on the measured value of the reference temperature sensor 36 and a preset temperature estimation model.
  • the first life prediction unit 16 predicts the remaining life of the regenerative switching element 11 based on the temperature fluctuation predicted by the first temperature prediction unit 34.
  • the control device 100 includes a second temperature prediction section 35.
  • the second temperature prediction unit 35 predicts temperature fluctuations of semiconductor chips such as switching elements of the inverter 8 based on the measured value of the reference temperature sensor 36 and a preset temperature estimation model.
  • the second life prediction unit 17 predicts the remaining life of the inverter 8 based on the temperature fluctuation predicted by the second temperature prediction unit 35.
  • the temperature fluctuation of the element is predicted based on the measured value of the reference temperature, so the remaining life can be predicted even if a temperature sensor or the like is not provided near the element.
  • control device 100 includes a second voltage monitoring section 37.
  • the second voltage monitoring unit 37 detects the voltage on the secondary side of the regenerative switching element 11.
  • the failure determination unit 20 determines the occurrence of an open failure in the regenerative switching element 11 based on the consistency of the control signal output by the switching control unit 13 to the regenerative switching element 11 and the voltage detected by the second voltage monitoring unit 37. .
  • the failure determination unit 20 determines the occurrence of an open failure in the regenerative switching element 11 based on the actual detected value of consistency between the input and operation of the regenerative switching element 11, so that the failure determination unit 20 determines the occurrence of an open failure in the regenerative switching element 11. Judgments become more accurate.
  • control device and control method according to the present disclosure can be applied to elevators.

Landscapes

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Abstract

力行方向にかごを走行させる救出運転ができないような閉じ込めが発生しにくくなるエレベーターの制御装置および制御方法を提供する。制御装置(100)において、インバータ(8)は、エレベーターのかごを走行させる巻上機モータ(9)を駆動する。平滑コンデンサ(7)は、インバータ(8)に接続された直流母線の電圧を安定化させる。回生抵抗器(10)は、エレベーターの回生運転の際に巻上機モータ(9)が発生させた回生電力を消費する。閾値設定部(15)は、第2寿命予測部(17)の予測するインバータ(8)の残寿命が第1寿命予測部(16)の予測する回生スイッチング素子(11)の残寿命より長くなるように、電圧閾値を設定する。切替制御部(13)は、直流母線の電圧の検出値および設定された電圧閾値の関係に基づいて、回生抵抗器(10)への電流の流入の有無を切り替える回生スイッチング素子(11)の切替動作を制御する。

Description

エレベーターの制御装置および制御方法
 本開示は、エレベーターの制御装置および制御方法に関する。
 特許文献1は、エレベーターの例を開示する。エレベーターの制御装置において、インバータの寿命を推定する寿命推定回路が設けられる。
日本特開2009-12929号公報
 特許文献1のエレベーターなどのようにインバータの寿命が推定される場合であっても、管理上の都合などにより、インバータの部品などの早期の交換が推定された寿命までに行えないことがある。このような場合に、インバータの故障によってエレベーターが緊急停止する可能性がある。エレベーターが緊急停止するときに、かご内に乗車していた利用者の閉じ込めが発生することがある。このとき、インバータが故障していると、力行方向にかごを走行させてフロアレベルに停止させる救出運転を行うことができない。
 本開示は、このような課題の解決に係るものである。本開示は、力行方向にかごを走行させる救出運転ができないような閉じ込めが発生しにくくなるエレベーターの制御装置および制御方法を提供する。
 本開示に係るエレベーターの制御装置は、エレベーターのかごを走行させる巻上機モータを駆動するインバータと、前記インバータに接続された直流母線の電圧を安定化させる平滑コンデンサと、前記直流母線に接続され、前記エレベーターの回生運転の際に前記巻上機モータが発生させた回生電力を消費する回生抵抗器と、前記回生抵抗器への電流の流入の有無を切り替える回生スイッチング素子と、前記直流母線の電圧を検出する第1電圧監視部と、前記回生スイッチング素子の切替動作のタイミングを決定する電圧閾値を設定する閾値設定部と、前記第1電圧監視部が検出した電圧値および前記閾値設定部が設定した前記電圧閾値の関係に基づいて、前記回生スイッチング素子の切替動作を制御する切替制御部と、前記回生スイッチング素子の残寿命を予測する第1寿命予測部と、前記インバータの残寿命を予測する第2寿命予測部と、を備え、前記閾値設定部は、前記第2寿命予測部の予測する前記インバータの残寿命が前記第1寿命予測部の予測する前記回生スイッチング素子の残寿命より長くなるように、前記電圧閾値を設定する。
 本開示に係るエレベーターの制御方法は、かごを走行させる巻上機モータを駆動するインバータと、前記インバータに接続された直流母線の電圧を安定化させる平滑コンデンサと、前記直流母線に接続され、回生運転の際に前記巻上機モータが発生させた回生電力を消費する回生抵抗器と、前記回生抵抗器への電流の流入の有無を切り替える回生スイッチング素子と、前記直流母線の電圧を検出する第1電圧監視部と、前記第1電圧監視部が検出した電圧値、および前記回生スイッチング素子の切替動作のタイミングを決定する電圧閾値の関係に基づいて、前記回生スイッチング素子の切替動作を制御する切替制御部と、
 を有するエレベーターの制御方法であり、前記回生スイッチング素子の残寿命を予測する第1予測ステップと、前記インバータの残寿命を予測する第2予測ステップと、前記第2予測ステップにおいて予測した前記インバータの残寿命が前記第1予測ステップにおいて予測した前記回生スイッチング素子の残寿命より長くなるように、前記電圧閾値を設定する閾値設定ステップと、を備える。
 本開示に係るエレベーターの制御装置または制御方法であれば、力行方向にかごを走行させる救出運転ができないような閉じ込めが発生しにくくなる。
実施の形態1に係るエレベーターの制御装置の構成図である。 実施の形態1に係るエレベーターの回生運転の際の回生スイッチング素子の切替動作の例を説明する図である。 実施の形態1に係るエレベーターの回生運転の際の回生スイッチング素子の切替動作の例を説明する図である。 実施の形態1に係るエレベーターの制御装置におけるインバータおよび回生スイッチング素子の残寿命の推移と、電圧閾値の設定との例を説明する図である。 実施の形態1に係るエレベーターの制御装置におけるインバータまたは回生スイッチング素子の残寿命の予測の例を説明する図である。 実施の形態1に係るエレベーターの制御装置におけるインバータまたは回生スイッチング素子の残寿命の予測の例を説明する図である。 実施の形態1に係るエレベーターの制御装置における回生スイッチング素子のオープン故障の判定の例を説明する図である。 実施の形態1に係るエレベーターの制御装置における回生スイッチング素子のオープン故障の判定の例を説明する図である。 実施の形態1に係る制御装置の主要部のハードウェア構成図である。 実施の形態2に係るエレベーターの制御装置の構成図である。
 本開示の対象を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一または相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化または省略する。なお、本開示の対象は以下の実施の形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態の任意の構成要素の変形、または実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
 実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係るエレベーターの制御装置の構成図である。
 エレベーターは、複数の階床を有する建物などに適用される。建物において、エレベーターの図示されない昇降路が設けられる。昇降路は、複数の階床にわたる上下方向に長い空間である。エレベーターは、図示されないかごを有する。かごは、昇降路に配置される。かごの荷重は、図示されない主ロープによって支持されている。かごは、昇降路を上下方向に走行することで、エレベーターの利用者を複数の階床の間で輸送する装置である。エレベーターの利用者は、かごが各々の階床のフロアレベルに停止しているときに、かごに乗降する。
 エレベーターは、制御装置100によって制御される。エレベーターは、外部の交流電源1から電力の供給を受けて動作する。この例において、交流電源1は、3相交流の電力を供給する商用電源である。交流電源1の各相の出力端は、制御装置100の電源投入スイッチ2の各々の入力端に接続される。
 各々の電源投入スイッチ2は、例えばノーヒューズブレーカなどからなる。各々の電源投入スイッチ2の出力端は、制御装置100のコンタクタ3の入力端に接続される。各々のコンタクタ3の出力端は、制御装置100のコンバータ4の各入力端に接続される。コンバータ4は、例えば3相ダイオードブリッジ回路などからなる。コンバータ4の高電位側の出力端は、第1直流母線5の入力端に接続される。コンバータ4の低電位側出力端は、第2直流母線6の入力端に接続される。
 第1直流母線5および第2直流母線6の間において、制御装置100の平滑コンデンサ7が接続される。第1直流母線5の出力端は、制御装置100のインバータ8の高電位側の入力端に接続される。第2直流母線6の出力端は、制御装置100のインバータ8の低電位側の入力端に接続される。インバータ8は、例えば2レベルの3相電圧型フルブリッジ回路などによって構成される。インバータ8は、図示されないスイッチング素子を含む。インバータ8のスイッチング素子は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などからなる。インバータ8の出力端は、巻上機モータ9の各入力端に接続される。巻上機モータ9は、エレベーターのかごを走行させる駆動力を発生させる装置である。巻上機モータ9が回転駆動する回転軸は、例えば主ロープが巻き掛けられた図示されない駆動シーブに接続される。
 このような構成のエレベーターにおいて、起動時にはコンタクタ3が閉成される。コンタクタ3の閉成により、交流電源1からコンバータ4に交流電力が供給される。コンバータ4は、供給された交流電力を直流電力に変換する。コンバータ4が変換して出力した直流電力は、平滑コンデンサ7によって平滑化される。平滑化された直流電力は、インバータ8に入力される。インバータ8は、入力された直流電力を交流電力に変換する。インバータ8が変換して出力した交流電力は、巻上機モータ9に供給される。巻上機モータ9は、供給された交流電力によって回転軸および駆動シーブを回転駆動する。駆動シーブの回転に伴い主ロープが移動することで、かごが昇降路を上下方向に走行する。
 一方、かごにかかる負荷とかごの走行方向との関係によって、エレベーターは回生運転する場合がある。エレベーターが回生運転するときに、巻上機モータ9は発電機として機能する。すなわち、巻上機モータ9は回生電力を発生させる。制御装置100は、巻上機モータ9が発生させた回生電力を消費する機能を搭載する。
 制御装置100は、回生抵抗器10と、回生スイッチング素子11と、回生スイッチング素子ゲートドライブ回路12と、を備える。回生抵抗器10は、例えば電力をジュール熱として消費する抵抗器である。回生スイッチング素子11は、電流の流入の有無を切り替える切替動作を行う素子である。回生スイッチング素子11は、例えばIGBTなどからなる。回生スイッチング素子ゲートドライブ回路12は、例えば回生スイッチング素子11の切替動作を駆動する信号を出力するゲートドライバである。回生抵抗器10の一端は、第1直流母線5に接続される。回生抵抗器10の他端は、回生スイッチング素子11のコレクタ端子に接続される。回生スイッチング素子11のエミッタ端子は、第2直流母線6に接続される。回生スイッチング素子ゲートドライブ回路12の出力端は、回生スイッチング素子11のゲート端子に接続される。
 制御装置100は、切替制御部13と、第1電圧監視部14と、閾値設定部15と、第1寿命予測部16と、第2寿命予測部17と、第1温度センサ18と、第2温度センサ19と、故障判定部20と、を備える。
 切替制御部13は、回生スイッチング素子11の切替動作を制御する機能を搭載する部分である。切替制御部13の出力は、回生スイッチング素子ゲートドライブ回路12の入力に接続される。切替制御部13は、回生スイッチング素子ゲートドライブ回路12を介して回生スイッチング素子11に切替動作の制御信号を出力する。
 第1電圧監視部14は、直流母線の電圧、すなわち第1直流母線5および第2直流母線6の間の電圧を検出する機能を搭載する部分である。第1電圧監視部14は、第1直流母線5および第2直流母線6に接続される。第1電圧監視部14の出力は、切替制御部13の入力に接続される。
 閾値設定部15は、切替制御部13の電圧閾値を設定する機能を搭載する部分である。電圧閾値は、切替制御部13における回生スイッチング素子11の切替動作のタイミングの決定に用いられる。閾値設定部15の出力は、切替制御部13の入力に接続される。
 切替制御部13は、第1電圧監視部14が検出した直流母線の電圧値および閾値設定部15が設定した電圧閾値の関係に基づいて、回生スイッチング素子11の切替動作を制御する。この例において、電圧閾値は、高電位側電圧閾値および低電位側電圧閾値を含む。高電位側電圧閾値は、低電位側電圧閾値より高い電圧値に設定される。高電位側電圧閾値および低電位側電圧閾値の一方または両方は、閾値設定部15によって設定される。高電位側電圧閾値または低電位側電圧閾値は、予め設定された値であってもよい。この例において、高電位側閾値は、インバータ8および平滑コンデンサ7などの機器について過電圧とならない特定の固定値に予め設定される。切替制御部13は、第1電圧監視部14が検出した直流母線の電圧値が高電位側閾値を超えるときに、回生抵抗器10に電流が流入するように回生スイッチング素子11の動作をオンに切り替える。また、切替制御部13は、第1電圧監視部14が検出した直流母線の電圧値が低電位側閾値を下回るときに、回生抵抗器10に電流が流入しないように回生スイッチング素子11の動作をオフに切り替える。切替制御部13は、このようにヒステリシス制御を行う。
 エレベーターが力行運転するときに、回生スイッチング素子11は、常時、回生抵抗器10に電流が流入しないオフ状態となっている。一方、コンバータ4がダイオードコンバータのような交流電源1に回生できる機能を有していない場合に、エレベーターが回生運転するときに、巻上機モータ9が発生させた回生電力は平滑コンデンサ7に蓄積される。このとき、直流母線電圧が上昇する。直流母線電圧が上昇して高電位側閾値を超えると、切替制御部13は、回生スイッチング素子11をオン状態に切り替える。これにより、第1直流母線5および第2直流母線6の間に回生抵抗器10が接続される放電回路が形成される。形成された放電回路において、平滑コンデンサ7に蓄積された電力および回生電力が回生抵抗器10においてジュール熱に変換され消費される。このとき、直流母線電圧が下降する。このように、エレベーターの回生運転の際には、回生スイッチング素子11のオンオフ動作が繰り返される。
 第1寿命予測部16は、回生スイッチング素子11の残寿命を予測する機能を搭載する部分である。第2寿命予測部17は、インバータ8の残寿命を予測する機能を搭載する部分である。
 第1温度センサ18は、回生スイッチング素子11に近接して配置される。第1温度センサ18は、回生スイッチング素子11の半導体チップの近傍に実装される。第1温度センサ18は、回生スイッチング素子11の温度を計測する。第1温度センサ18の計測値は、第1寿命予測部16に入力される。第1温度センサ18の計測値は、例えば、第1寿命予測部16における回生スイッチング素子11の残寿命の予測に用いられる。
 第2温度センサ19は、インバータ8に近接して配置される。第2温度センサ19は、インバータ8に搭載された特定の半導体チップの近傍に実装される。当該半導体チップは、インバータ8に搭載された半導体チップのうち、実装上、温度上昇が最も大きくなるものとして選定された半導体チップなどである。当該半導体チップは、例えばインバータ8に搭載されたスイッチング素子の半導体チップなどである。第2温度センサ19は、当該半導体チップの温度を計測する。第2温度センサ19の計測値は、第2寿命予測部17に入力される。第2温度センサ19の計測値は、例えば、第2寿命予測部17におけるインバータ8の残寿命の予測に用いられる。インバータ8の残寿命は、例えば、インバータ8に搭載されたいずれかの半導体チップの残寿命などに対応する。なお、第2温度センサ19は、複数実装されていてもよい。このとき、各々の第2温度センサ19は、インバータ8に搭載された特定の複数の半導体チップの各々の近傍に実装される。
 閾値設定部15は、第2寿命予測部17の予測するインバータ8の残寿命が第1寿命予測部16の予測する回生スイッチング素子11の残寿命より長くなるように、電圧閾値を設定する。この例において、閾値設定部15は、インバータ8の残寿命および回生スイッチング素子11の残寿命の大小関係に基づいて、予め設定された複数の電圧値から1つの電圧値を選択し、低電位側電圧閾値として設定する。ここで、閾値設定部15は、予め設定された寿命余裕を考慮してインバータ8の残寿命および回生スイッチング素子11の残寿命の大小関係を比較してもよい。寿命余裕は、残寿命の予測精度に応じて設定される。これにより、残寿命の予測精度が悪かったために、インバータ8が回生スイッチング素子11より先に寿命に到達してしまうことが防止される。閾値設定部15は、設定した電圧閾値を切替制御部13に出力することで、切替制御部13が用いている電圧閾値を更新させる。
 故障判定部20は、回生スイッチング素子11におけるオープン故障の発生を判定する機能を搭載する部分である。故障判定部20の入力は、切替制御部13の出力に接続される。故障判定部20は、切替制御部13から回生スイッチング素子11への切替動作の制御信号を受け付ける。故障判定部20の入力は、第1電圧監視部14の出力に接続される。故障判定部20は、第1電圧監視部14が検出した直流母線の電圧値を受け付ける。
 故障判定部20は、平滑コンデンサ7の放電開始から十分時間が経過した放電後の直流母線電圧の検出値に基づいて、回生スイッチング素子におけるオープン故障の発生を判定する。故障判定部20は、平滑コンデンサ7の放電開始を、例えば切替制御部13からの切替動作の制御信号に基づいて検出する。故障判定部20は、例えば、平滑コンデンサ7が充電されており、かつ、平滑コンデンサ7への給電が断たれた状況下で、故障発生の判定を行う。故障判定部20は、例えば、エレベーターが停止しており、かつ、コンタクタ3が開放状態のときに故障発生の判定を行う。故障判定部20は、エレベーターが運転を休止している休止モードの際に故障発生の判定を行ってもよいし、1日に1回などの診断モードにおいてエレベーターが停止しているときに故障発生の判定を行ってもよい。
 また、制御装置100の故障などによってエレベーターが緊急停止することがある。この場合に、かごが階床間の位置で停止すると、かご内に乗車していた利用者の閉じ込めが発生することがある。なお、階床間の位置は、例えば隣接する階床の各々のフロアレベルの間の位置などである。ここで、インバータ8の残寿命が回生スイッチング素子11の残寿命より長くなるようにエレベーターの制御が行われているので、回生スイッチング素子11はインバータ8より先に故障する。このため、回生スイッチング素子11のオープン故障によってエレベーターが緊急停止したときに、インバータ8は故障していないことが見込まれる。このため、閉じ込めの発生時において、制御装置100は、故障判定部20が回生スイッチング素子11にオープン故障が発生したと判定する場合に、力行方向への救出運転を行う。力行方向への救出運転において、インバータ8は、力行方向にかごを走行させてフロアレベルに停止させるように巻上機モータ9を駆動する。力行方向への救出運転により、遠隔での救出が可能となるため、閉じ込めに対する早期の救出が実現される。
 続いて、図2を用いて、エレベーターの回生運転の際の回生スイッチング素子11の切替動作の例を説明する。
 図2Aおよび図2Bは、実施の形態1に係るエレベーターの回生運転の際の回生スイッチング素子11の切替動作の例を説明する図である。
 図2Aおよび図2Bの各々に示されるグラフにおいて、横軸は時間の経過を表す。これらのグラフにおいて、縦軸は電圧を表す。これらのグラフにおいて、直流母線の電圧値21が実線で示される。これらのグラフにおいて、電圧閾値22、電圧閾値23、および電圧閾値24が破線で示される。
 図2Aは、第2寿命予測部17の予測するインバータ8の残寿命から寿命余裕を差し引いた値が、第1寿命予測部16の予測する回生スイッチング素子11の残寿命より長い場合の例を示している。このとき、直流母線の電圧値21は、高電位側電圧閾値22および第1低電位側電圧閾値23の間を遷移する。ここで、高電位側電圧閾値22は、予め設定された固定値である。また、第1低電位側電圧閾値23は、寿命余裕を差し引いたインバータ8の残寿命が回生スイッチング素子11の残寿命より長くなるときに、閾値設定部15が複数の電圧値から選択して低電位側電圧閾値として設定した電圧値である。
 図2Bは、第2寿命予測部17の予測するインバータ8の残寿命から寿命余裕を差し引いた値が、第1寿命予測部16の予測する回生スイッチング素子11の残寿命より短い場合の例を示している。このとき、直流母線の電圧値21は、高電位側電圧閾値22および第2低電位側電圧閾値24の間を遷移する。ここで、第2低電位側電圧閾値24は、寿命余裕を差し引いたインバータ8の残寿命が回生スイッチング素子11の残寿命より短くなるときに、閾値設定部15が複数の電圧値から選択して低電位側電圧閾値として設定した電圧値である。
 第2低電位側電圧閾値24は、第1低電位側電圧閾値23より高電位側に設定される。すなわち、図2Bに対して、図2Aでは高電位側電圧閾値および低電位側電圧閾値の間の電圧値の差であるヒステリシス幅がより広くなっている。また、図2Aに対して、図2Bではヒステリシス幅がより狭くなっている。このため、図2Bに対して、図2Aでは、回生スイッチング素子11の動作がより低周波なスイッチング動作となる。また、図2Aに対して、図2Bでは、回生スイッチング素子11の動作がより高周波なスイッチング動作となる。回生スイッチング素子11において、より高周波なスイッチング動作を行うと、スイッチング損失がより大きくなり、より短寿命となる。一方、回生スイッチング素子11において、より低周波なスイッチング動作を行うと、スイッチング損失がより小さくなり、より長寿命となる。このため、ヒステリシス幅の制御によって、回生スイッチング素子11およびインバータ8の残寿命の関係が調整される。
 続いて、図3を用いて、インバータ8および回生スイッチング素子11の残寿命の推移と、電圧閾値の設定との例を説明する。
 図3は、実施の形態1に係るエレベーターの制御装置100におけるインバータ8および回生スイッチング素子11の残寿命の推移と、電圧閾値の設定との例を説明する図である。
 図3に示されるグラフの各々において、横軸は、エレベーターを新規に据付した直後、または部品交換直後などからの経過年数を表す。なお、部品交換の際には、インバータ8の部品および回生スイッチング素子11は同時に交換される。
 図3の上側のグラフは、閾値設定部15が設定する電圧閾値の経年変化を示す。当該グラフにおいて、縦軸は設定された電圧閾値の値を表す。当該グラフにおいて、高電位側電圧閾値22および低電位側電圧閾値25が示される。低電位側電圧閾値25は、第1低電位側電圧閾値23および第2低電位側電圧閾値24のいずれかの値をとる。
 図3の下側のグラフは、インバータ8の残寿命26および回生スイッチング素子11の残寿命27の経年変化を示す。インバータ8の残寿命26から寿命余裕28を差し引いた値は、破線29によって示される。
 据付直後または部品交換直後において、低電位側電圧閾値25は、より高電位の第1低電位側電圧閾値23に設定される。第1低電位側電圧閾値23は、インバータ8の残寿命26の寿命消費より、回生スイッチング素子11の残寿命27の寿命消費の方が早くなるように予め設計されている。時間経過とともに回生スイッチング素子11の残寿命27が消費されてインバータ8の残寿命26から寿命余裕28を差し引いた値29を下回ると、閾値設定部15は、低電位側電圧閾値25を、より低電位の第2低電位側電圧閾値24に設定する。第2低電位側電圧閾値24は、インバータ8の残寿命26の寿命消費より、回生スイッチング素子11の残寿命27の寿命消費の方が遅くなるように予め設計されている。その後、回生スイッチング素子11の残寿命27がインバータ8の残寿命26から寿命余裕28を差し引いた値29を上回ると、閾値設定部15は、低電位側電圧閾値25を、より高電位の第1低電位側電圧閾値23に再度設定する。
 続いて、図4を用いて、エレベーターの制御装置100におけるインバータ8または回生スイッチング素子11の残寿命の予測の例を説明する。
 図4Aおよび図4Bは、実施の形態1に係るエレベーターの制御装置100におけるインバータ8または回生スイッチング素子11の残寿命の予測の例を説明する図である。
 第1寿命予測部16および第2寿命予測部17は、例えば次に説明するように温度変動に基づいたマイナー則などによって残寿命の予測を行う。なお、第1寿命予測部16および第2寿命予測部17は、温度変動から残寿命を予測する手法として、レインフロー法を採用してもよい。
 図4Aは、残寿命の予測に用いられる温度センサの計測値の時間変動を示す。図4Aに示されるグラフにおいて、横軸は時間の経過を示す。当該グラフにおいて、縦軸は温度の計測値を示す。図4Aにおいて、第1温度センサ18または第2温度センサ19の計測値の時間変動が示される。すなわち、図4Aにおいて、回生スイッチング素子11またはインバータ8の温度センサが設けられた特定の半導体チップの温度変動が示される。エレベーターの運転に伴い当該半導体チップなどにおいて温度が上下する。第1寿命予測部16および第2寿命予測部17は、このときの温度変動の極大値から次の極小値までの温度差ΔTに対応した寿命消費量を各温度サイクルに対して都度算出し、逐次加算することで累積の寿命消費量を計算する。ここで、寿命消費量は、例えば百分率などで表現されるパラメータである。寿命消費量100%は、寿命に到達したことを表す。寿命消費量50%は、寿命の半分を消費したことを表す。
 第1寿命予測部16は、第1温度センサ18の温度変動に基づいて算出された累積の寿命消費量を用いて、回生スイッチング素子11の残寿命の予測値を算出する。また、第2寿命予測部17は、第2温度センサ19の温度変動に基づいて算出された累積の寿命消費量を用いて、インバータ8の残寿命の予測値を算出する。ここで、第2寿命予測部17は、第2温度センサ19が設けられた半導体チップの残寿命を、インバータ8の残寿命として算出してもよい。また、複数の第2温度センサ19が設けられるときに、第2寿命予測部17は、第2温度センサ19が設けられた特定の複数の半導体チップのそれぞれについて残寿命を算出してもよい。このとき、第2寿命予測部17は、算出した特定の半導体チップの残寿命のうち最も短いものを、インバータ8の残寿命としてもよい。
 図4Bは、温度差ΔTおよびそれに対応する寿命消費量Lの関係を示す図である。図4Bに示されるグラフにおいて、横軸は温度差ΔTを示す。当該グラフにおいて、縦軸は寿命消費量Lを示す。温度差ΔTおよび寿命消費量Lの関係は、例えば事前に実施される寿命加速試験および計算などに基づいて予め作成される。温度差ΔTおよび寿命消費量Lの関係は、例えば、特定の半導体チップのそれぞれに対して作成される。
 続いて、図5を用いて、エレベーターの制御装置100における回生スイッチング素子11のオープン故障の判定の例を説明する。
 図5Aおよび図5Bは、実施の形態1に係るエレベーターの制御装置における回生スイッチング素子のオープン故障の判定の例を説明する図である。
 図5Aおよび図5Bの各々に示されるグラフにおいて、横軸は時間の経過を表す。これらのグラフにおいて、縦軸は電圧を表す。これらのグラフにおいて、直流母線の電圧値21が実線で示される。
 図5Aは、回生スイッチング素子11がオープン故障していない正常な場合において、平滑コンデンサ7に蓄電された電力を放電させたときの直流母線の電圧値21の時間変化を示す。なお、平滑コンデンサ7に蓄電された電力は、回生スイッチング素子11および回生抵抗器10で形成される放電回路において放電させられる。
 故障判定部20は、切替制御部13から受け付けた回生スイッチング素子11への切替動作の制御信号に基づいて、回生スイッチング素子11のオフ状態からオン状態への切替を検出する。故障判定部20は、回生スイッチング素子11の切替による平滑コンデンサ7の放電の開始から放電時間30が経過した後に、第1電圧監視部14が検出した直流母線の電圧値21が放電電圧閾値31を下回っているかを判定する。ここで、放電時間30は、平滑コンデンサ7の放電に要する時間に対して十分な時間として予め設定される。放電電圧閾値31は、平滑コンデンサ7の放電の判定に十分な電圧として予め設定される。故障判定部20は、直流母線の電圧値21が放電電圧閾値31を下回っているときに、平滑コンデンサ7が正常に放電できたとして、回生スイッチング素子11がオープン故障に至っていないと判定する。
 図5Bは、回生スイッチング素子11がオープン故障している場合において、図5Aの場合と同様に回生スイッチング素子11がオフ状態からオン状態に切り替えられたときの直流母線の電圧値21の時間変化を示す。この場合において、回生スイッチング素子11のオープン故障により放電回路が形成されず、平滑コンデンサ7の放電が開始されない。このとき、直流母線電圧21は放電時間30が経過しても放電電圧閾値31を上回っている。このため、故障判定部20は、回生スイッチング素子11の切替から放電時間30が経過した後に直流母線の電圧値21が放電電圧閾値31を上回っているときに、回生スイッチング素子11がオープン故障に至っていると判定する。
 以上に説明したように、実施の形態1に係るエレベーターの制御装置100は、インバータ8と、平滑コンデンサ7と、回生抵抗器10と、回生スイッチング素子11と、第1電圧監視部14と、閾値設定部15と、切替制御部13と、第1寿命予測部16と、第2寿命予測部17と、を備える。インバータ8は、エレベーターのかごを走行させる巻上機モータ9を駆動する。平滑コンデンサ7は、インバータ8に接続された直流母線の電圧を安定化させる。回生抵抗器10は、直流母線に接続される。回生抵抗器10は、エレベーターの回生運転の際に巻上機モータ9が発生させた回生電力を消費する。回生スイッチング素子11は、回生抵抗器10への電流の流入の有無を切り替える。第1電圧監視部14は、直流母線の電圧を検出する。閾値設定部15は、回生スイッチング素子11の切替動作のタイミングを決定する電圧閾値を設定する。切替制御部13は、第1電圧監視部14が検出した電圧値および閾値設定部15が設定した電圧閾値の関係に基づいて、回生スイッチング素子11の切替動作を制御する。第1寿命予測部16は、回生スイッチング素子11の残寿命を予測する。第2寿命予測部17は、インバータ8の残寿命を予測する。閾値設定部15は、第2寿命予測部17の予測するインバータ8の残寿命が第1寿命予測部16の予測する回生スイッチング素子11の残寿命より長くなるように、電圧閾値を設定する。
 また、実施の形態1に係るエレベーターの制御方法は、第1予測ステップと、第2予測ステップと、閾値設定ステップと、を備える。第1予測ステップは、回生スイッチング素子11の残寿命を予測するステップである。第2予測ステップは、インバータ8の残寿命を予測するステップである。閾値設定ステップは、第2予測ステップにおいて予測したインバータ8の残寿命が第1予測ステップにおいて予測した回生スイッチング素子11の残寿命より長くなるように、電圧閾値を設定するステップである。
 このような構成により、インバータ8の残寿命が回生スイッチング素子11の残寿命より長くなるようにエレベーターの制御が行われるので、回生スイッチング素子11はインバータ8より先に故障する。このため、回生スイッチング素子11のオープン故障によってエレベーターが緊急停止したときに、インバータ8は故障していないことが見込まれる。インバータ8の故障による緊急停止が発生しにくくなるので、力行方向にかごを走行させる救出運転ができないような閉じ込めが発生しにくくなる。
 また、制御装置100は、第1温度センサ18を備える。第1温度センサ18は、回生スイッチング素子11に近接して配置される。第1寿命予測部16は、第1温度センサ18が測定する温度変動に基づいて回生スイッチング素子11の残寿命を予測する。
 また、制御装置100は、第2温度センサ19を備える。第2温度センサ19は、インバータ8のスイッチング素子などの半導体チップに近接して配置される。第2寿命予測部17は、第2温度センサ19が測定する温度変動に基づいてインバータ8の残寿命を予測する。
 このような構成により、素子の温度変動の測定値に基づいて残寿命が予測されるので、残寿命の予測値がより正確なものになる。これにより、力行方向にかごを走行させる救出運転ができないような閉じ込めがより発生しにくくなる。
 また、制御装置100は、故障判定部20を備える。故障判定部20は、回生スイッチング素子11におけるオープン故障の発生を判定する。かごが階床間の位置で停止しているときに、故障判定部20が回生スイッチング素子11にオープン故障が発生したと判定する場合がある。この場合に、インバータ8は、力行方向にかごを走行させてフロアレベルに停止させる救出運転を実行するように、巻上機モータ9を駆動する。
 このような構成により、制御装置100の部品の寿命到達時に閉じ込めが発生した場合においても、力行方向への救出運転が可能になるので、ブレーキ開放による閉じ込め救出と比較して遠隔での救出が容易になり、閉じ込めに対するより早期の救出が実現される。
 また、故障判定部20は、平滑コンデンサ7が充電されており、かつ、平滑コンデンサ7への給電が断たれた状況下で、回生スイッチング素子11におけるオープン故障の発生を判定する。故障判定部20は、この状況下で、回生抵抗器10に電流が流入するように回生スイッチング素子11が切替動作をした後に第1電圧監視部14が検出した電圧値に基づいて、回生スイッチング素子11におけるオープン故障の発生を判定する。
 このような構成により、故障判定部20は、直流母線の電圧の実際の検出値に基づいて回生スイッチング素子11におけるオープン故障の発生を判定するので、故障発生の判定がより正確なものになる。
 また、切替制御部13は、第1電圧監視部14の検出した電圧値が高電位側電圧閾値を超えるときに、回生抵抗器10に電流が流入するように回生スイッチング素子11の動作を切り替える。切替制御部13は、第1電圧監視部14の検出した電圧値が低電位側電圧閾値を下回るときに、回生抵抗器10に電流が流入しないように回生スイッチング素子11の動作を切り替える。閾値設定部15は、第2寿命予測部17の予測するインバータ8の残寿命から予め設定された寿命余裕を差し引いた値が第1寿命予測部16の予測する回生スイッチング素子11の残寿命より短くなるときに、電圧閾値の設定を行う。このとき、閾値設定部15は、電圧閾値として、高電位側電圧閾値および低電位側電圧閾値の差を小さくするように高電位側電圧閾値および低電位側電圧閾値の少なくともいずれかの設定を行う。
 このような構成により、スイッチング動作を高周波な動作および低周波な動作の間で切り替えることで、回生スイッチング素子11の残寿命およびインバータ8の残寿命の関係をより容易に調整することができるようになる。
 なお、制御装置100の例えば閾値設定部15、第1寿命予測部16、第2寿命予測部17、および故障判定部20などの情報処理に関する機能の一部または全部は、1つまたは複数のサーバなどに搭載されていてもよい。当該サーバの一部または全部は、エレベーターの遠隔地に配置され、インターネットまたは電話回線網などの通信網を通じて互いに通信を行うものであってもよい。制御装置100の情報処理の機能の一部または全部は、クラウドサービス上の処理または記憶のリソースなどによって実現されてもよい。
 また、回生スイッチング素子11の残寿命およびインバータ8の残寿命は、制御装置100の外部において予測されてもよい。閾値設定部15は、例えば保守員などによる電圧閾値の手動設定を受け付けてもよい。
 続いて、図6を用いて、制御装置100のハードウェア構成の例について説明する。
 図6は、実施の形態1に係る制御装置100の主要部のハードウェア構成図である。
 制御装置100の各機能は、処理回路により実現し得る。処理回路は、少なくとも1つのプロセッサ200aと少なくとも1つのメモリ200bとを備える。処理回路は、プロセッサ200aおよびメモリ200bと共に、あるいはそれらの代用として、少なくとも1つの専用ハードウェア300を備えてもよい。
 処理回路がプロセッサ200aとメモリ200bとを備える場合、制御装置100の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。そのプログラムはメモリ200bに格納される。プロセッサ200aは、メモリ200bに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置100の各機能を実現する。
 プロセッサ200aは、CPU(Central Processing Unit)、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSPともいう。メモリ200bは、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROMなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリなどにより構成される。
 処理回路が専用ハードウェア300を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、またはこれらの組み合わせで実現される。
 制御装置100の各機能は、それぞれ処理回路で実現することができる。あるいは、制御装置100の各機能は、まとめて処理回路で実現することもできる。制御装置100の各機能について、一部を専用ハードウェア300で実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、専用ハードウェア300、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで制御装置100の各機能を実現する。
 実施の形態2.
 実施の形態2において、実施の形態1で開示される例と相違する点について特に詳しく説明する。実施の形態2で説明しない特徴については、実施の形態1で開示される例のいずれの特徴が採用されてもよい。
 図7は、実施の形態2に係るエレベーターの制御装置の構成図である。
 制御装置100は、インバータゲートドライブ回路32と、インバータ制御部33と、を備える。インバータゲートドライブ回路32は、例えばインバータ8に搭載された各スイッチング素子の切替動作を駆動する信号を出力するゲートドライバである。インバータゲートドライブ回路32の各出力端は、インバータ8に搭載された対応するスイッチング素子のゲート端子に接続される。インバータ制御部33は、インバータ8に搭載された各スイッチング素子の切替動作などのインバータ8の動作を制御する機能を搭載する部分である。インバータ制御部33の出力は、インバータゲートドライブ回路32の入力に接続される。インバータ制御部33は、インバータゲートドライブ回路32を介してインバータ8に搭載された各スイッチング素子に切替動作の制御信号を出力する。
 制御装置100は、第1温度予測部34と、第2温度予測部35と、基準温度センサ36と、第2電圧監視部37と、を備える。
 第1温度予測部34は、回生スイッチング素子11の温度変動を予測する機能を搭載する部分である。第2温度予測部35は、インバータ8に搭載された特定の半導体チップの温度変動を予測する機能を搭載する部分である。当該半導体チップは、インバータ8に搭載された半導体チップのうち、実装上、温度上昇が最も大きくなるものとして選定された半導体チップなどである。当該半導体チップは、例えばインバータ8に搭載されたスイッチング素子の半導体チップなどである。第1温度予測部34および第2温度予測部35の各々は、インバータ制御部33からインバータ8への制御信号を受け付ける。第1温度予測部34は、閾値設定部15が設定する電圧閾値の情報を受け付ける。第1温度予測部34の予測値は、第1寿命予測部16に入力される。第1温度予測部34の予測値は、第1寿命予測部16における回生スイッチング素子11の残寿命の予測に用いられる。第1寿命予測部16は、温度変動の計測値に基づく残寿命の予測と同様に、第1温度予測部34の温度変動の予測値に基づいて回生スイッチング素子11の残寿命を予測する。第2温度予測部35の予測値は、第2寿命予測部17に入力される。第2温度予測部35の予測値は、第2寿命予測部17におけるインバータ8の残寿命の予測に用いられる。第2寿命予測部17は、温度変動の計測値に基づく残寿命の予測と同様に、第2温度予測部35の温度変動の予測値に基づいてインバータ8の残寿命を予測する。
 基準温度センサ36は、回生スイッチング素子11またはインバータ8に搭載された特定の半導体チップの放熱経路上に配置される。基準温度センサ36は、回生スイッチング素子11およびインバータ8に搭載された特定の半導体チップの両方の放熱経路上に配置されてもよい。基準温度センサ36は、例えば、インバータ8および回生スイッチング素子11が接続された図示されない放熱フィンのベースプレート上に実装される。基準温度センサ36は、基準温度を計測する。基準温度センサ36の計測値は、第1温度予測部34および第2温度予測部35の各々に入力される。基準温度は、第1温度予測部34および第2温度予測部35による温度変動の予測に用いられる。なお、基準温度センサ36は、回生スイッチング素子11用およびインバータ8用にそれぞれ個別に実装されていてもよい。
 第1温度予測部34は、インバータ制御部33から電流指令値および電圧指令値の入力を受ける。第1温度予測部34は、閾値設定部15が設定した電圧閾値の情報の入力を受ける。第1温度予測部34は、予め設定された温度推定モデルに基づいて温度変動の予測を行う。第1温度予測部34が持つ温度推定モデルは、例えば、基準温度、電流指令値、電圧指令値、および低電位側電圧閾値から回生スイッチング素子11の温度を計算するモデルである。当該温度推定モデルは、例えば熱回路からなる。
 第2温度予測部35は、インバータ制御部33から電流指令値および電圧指令値の入力を受ける。第2温度予測部35は、予め設定された温度推定モデルに基づいて温度変動の予測を行う。第2温度予測部35が持つ温度推定モデルは、例えば、基準温度、電流指令値、および電圧指令値からインバータ8に搭載されたスイッチング素子などの半導体チップの温度を計算するモデルである。当該温度推定モデルは、例えば熱回路からなる。
 第2電圧監視部37は、回生スイッチング素子11の二次側の電圧を検出する機能を搭載する部分である。第2電圧監視部37は、回生スイッチング素子11のコレクタ端子およびエミッタ端子に接続される。第2電圧監視部37は、回生スイッチング素子11のコレクタ-エミッタ間電圧を監視する。第2電圧監視部37の出力は、故障判定部20の入力に接続される。
 故障判定部20は、切替制御部13から受け付けた回生スイッチング素子11への切替動作の制御信号と、第2電圧監視部37から受け付けた回生スイッチング素子11の二次側の電圧との、論理的整合性に基づいて、回生スイッチング素子11におけるオープン故障の発生を判定する。例えば、故障判定部20は、切替制御部13から回生スイッチング素子11へのオン指令またはオフ指令を受け付けたときに、回生スイッチング素子11の二次側の電圧の計測値が論理不整合なく正しい挙動をしているかを判定する。回生スイッチング素子11の二次側の電圧の計測値に論理不整合があるときに、故障判定部20は、回生スイッチング素子11がオープン故障に至っていると判定する。
 以上に説明したように、実施の形態2に係るエレベーターの制御装置100は、基準温度センサ36を備える。基準温度センサ36は、回生スイッチング素子11およびインバータ8のスイッチング素子などの半導体チップの放熱経路上に配置される。基準温度センサ36は、基準温度を計測する。制御装置100は、第1温度予測部34を備える。第1温度予測部34は、基準温度センサ36の計測値および予め設定された温度推定モデルに基づいて、回生スイッチング素子11の温度変動を予測する。第1寿命予測部16は、第1温度予測部34が予測した温度変動に基づいて、回生スイッチング素子11の残寿命を予測する。
 また、制御装置100は、第2温度予測部35を備える。第2温度予測部35は、基準温度センサ36の計測値および予め設定された温度推定モデルに基づいて、インバータ8のスイッチング素子などの半導体チップの温度変動を予測する。第2寿命予測部17は、第2温度予測部35が予測した温度変動に基づいて、インバータ8の残寿命を予測する。
 このような構成により、基準温度の測定値に基づいて素子の温度変動が予測されるので、素子の近傍に温度センサなどが設けられない場合においても、残寿命の予測が可能になる。
 また、制御装置100は、第2電圧監視部37を備える。第2電圧監視部37は、回生スイッチング素子11の二次側の電圧を検出する。故障判定部20は、切替制御部13が回生スイッチング素子11に出力する制御信号および第2電圧監視部37が検出する電圧の整合性に基づいて、回生スイッチング素子11におけるオープン故障の発生を判定する。
 このような構成により、故障判定部20は、回生スイッチング素子11の入力および動作の間の整合性の実際の検出値に基づいて回生スイッチング素子11におけるオープン故障の発生を判定するので、故障発生の判定がより正確なものになる。
 本開示に係る制御装置および制御方法は、エレベーターに適用できる。
 1 交流電源、 2 電源投入スイッチ、 3 コンタクタ、 4 コンバータ、 5 第1直流母線、 6 第2直流母線、 7 平滑コンデンサ、 8 インバータ、 9 巻上機モータ、 10 回生抵抗器、 11 回生スイッチング素子、 12 回生スイッチング素子ゲートドライブ回路、 13 切替制御部、 14 第1電圧監視部、 15 閾値設定部、 16 第1寿命予測部、 17 第2寿命予測部、 18 第1温度センサ、 19 第2温度センサ、 20 故障判定部、 21 直流母線の電圧値、 22 高電位側電圧閾値、 23 第1低電位側電圧閾値、 24 第2低電位側電圧閾値、 25 低電位側電圧閾値、 26 インバータの残寿命、 27 回生スイッチング素子の残寿命、 28 寿命余裕、 29 インバータの残寿命から寿命余裕を差し引いた値、 30 放電時間、 31 放電電圧閾値、 32 インバータゲートドライブ回路、 33 インバータ制御部、 34 第1温度予測部、 35 第2温度予測部、 36 基準温度センサ、 37 第2電圧監視部、 100 制御装置、 200a プロセッサ、 200b メモリ、 300 専用ハードウェア

Claims (10)

  1.  エレベーターのかごを走行させる巻上機モータを駆動するインバータと、
     前記インバータに接続された直流母線の電圧を安定化させる平滑コンデンサと、
     前記直流母線に接続され、前記エレベーターの回生運転の際に前記巻上機モータが発生させた回生電力を消費する回生抵抗器と、
     前記回生抵抗器への電流の流入の有無を切り替える回生スイッチング素子と、
     前記直流母線の電圧を検出する第1電圧監視部と、
     前記回生スイッチング素子の切替動作のタイミングを決定する電圧閾値を設定する閾値設定部と、
     前記第1電圧監視部が検出した電圧値および前記閾値設定部が設定した前記電圧閾値の関係に基づいて、前記回生スイッチング素子の切替動作を制御する切替制御部と、
     前記回生スイッチング素子の残寿命を予測する第1寿命予測部と、
     前記インバータの残寿命を予測する第2寿命予測部と、
     を備え、
     前記閾値設定部は、前記第2寿命予測部の予測する前記インバータの残寿命が前記第1寿命予測部の予測する前記回生スイッチング素子の残寿命より長くなるように、前記電圧閾値を設定する、
     制御装置。
  2.  前記回生スイッチング素子に近接して配置される第1温度センサ
     を備え、
     前記第1寿命予測部は、前記第1温度センサが測定する温度変動に基づいて前記回生スイッチング素子の残寿命を予測する、
     請求項1に記載の制御装置。
  3.  前記インバータのスイッチング素子に近接して配置される第2温度センサ
     を備え、
     前記第2寿命予測部は、前記第2温度センサが測定する温度変動に基づいて前記インバータの残寿命を予測する、
     請求項1に記載の制御装置。
  4.  前記回生スイッチング素子の放熱経路上に配置され、基準温度を計測する基準温度センサと、
     前記基準温度センサの計測値および予め設定された温度推定モデルに基づいて前記回生スイッチング素子の温度変動を予測する第1温度予測部と、
     を備え、
     前記第1寿命予測部は、前記第1温度予測部が予測した温度変動に基づいて前記回生スイッチング素子の残寿命を予測する、
     請求項1に記載の制御装置。
  5.  前記インバータのスイッチング素子の放熱経路上に配置され、基準温度を計測する基準温度センサと、
     前記基準温度センサの計測値および予め設定された温度推定モデルに基づいて前記インバータのスイッチング素子の温度変動を予測する第2温度予測部と、
     を備え、
     前記第2寿命予測部は、前記第2温度予測部が予測した温度変動に基づいて前記インバータの残寿命を予測する、
     請求項1に記載の制御装置。
  6.  前記回生スイッチング素子におけるオープン故障の発生を判定する故障判定部
     を備え、
     前記かごが階床間の位置で停止しているときに、前記故障判定部が前記回生スイッチング素子にオープン故障が発生したと判定する場合に、前記インバータは、力行方向に前記かごを走行させてフロアレベルに停止させる救出運転を実行するように、前記巻上機モータを駆動する、
     請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の制御装置。
  7.  前記故障判定部は、前記平滑コンデンサが充電されており、かつ、前記平滑コンデンサへの給電が断たれた状況下で、前記回生抵抗器に電流が流入するように前記回生スイッチング素子が切替動作をしたときに、当該切替動作の後に前記第1電圧監視部が検出した電圧値に基づいて、前記回生スイッチング素子におけるオープン故障の発生を判定する、
     請求項6に記載の制御装置。
  8.  前記回生スイッチング素子の二次側の電圧を検出する第2電圧監視部
     を備え、
     前記故障判定部は、前記切替制御部が前記回生スイッチング素子に出力する制御信号および前記第2電圧監視部が検出する電圧の整合性に基づいて、前記回生スイッチング素子におけるオープン故障の発生を判定する、
     請求項6に記載の制御装置。
  9.  前記切替制御部は、前記第1電圧監視部の検出した電圧値が高電位側電圧閾値を超えるときに、前記回生抵抗器に電流が流入するように前記回生スイッチング素子の動作を切り替え、前記第1電圧監視部の検出した電圧値が低電位側電圧閾値を下回るときに、前記回生抵抗器に電流が流入しないように前記回生スイッチング素子の動作を切り替え、
     前記閾値設定部は、前記第2寿命予測部の予測する前記インバータの残寿命から予め設定された寿命余裕を差し引いた値が前記第1寿命予測部の予測する前記回生スイッチング素子の残寿命より短くなるときに、前記高電位側電圧閾値および前記低電位側電圧閾値の差を小さくするように前記高電位側電圧閾値および前記低電位側電圧閾値の少なくともいずれかを前記電圧閾値として設定する、
     請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の制御装置。
  10.  かごを走行させる巻上機モータを駆動するインバータと、
     前記インバータに接続された直流母線の電圧を安定化させる平滑コンデンサと、
     前記直流母線に接続され、回生運転の際に前記巻上機モータが発生させた回生電力を消費する回生抵抗器と、
     前記回生抵抗器への電流の流入の有無を切り替える回生スイッチング素子と、
     前記直流母線の電圧を検出する第1電圧監視部と、
     前記第1電圧監視部が検出した電圧値、および前記回生スイッチング素子の切替動作のタイミングを決定する電圧閾値の関係に基づいて、前記回生スイッチング素子の切替動作を制御する切替制御部と、
     を有するエレベーターの制御方法であり、
     前記回生スイッチング素子の残寿命を予測する第1予測ステップと、
     前記インバータの残寿命を予測する第2予測ステップと、
     前記第2予測ステップにおいて予測した前記インバータの残寿命が前記第1予測ステップにおいて予測した前記回生スイッチング素子の残寿命より長くなるように、前記電圧閾値を設定する閾値設定ステップと、
     を備える制御方法。
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