JP2009023790A - エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二重三相巻線のモータを駆動するインバータのスイッチング損失を低減すること。
【解決手段】 第１固定子巻線５ａ及び第２固定子巻線５ｂを有する二重三相巻線のモータ５と、直流電圧を可変電圧可変周波数の第１電圧に変換して、該第１電圧を前記第１固定子巻線５ａに印加する第１インバータ３３と、同様に、第２電圧を第２固定子巻線５ｂに印加する第２インバータ３５と、電圧指令信号に基づいて第１電圧指令信号を発生すると共に、電圧指令信号から減算された第２電圧指令信号を得る電圧指令分配器３１と、第１電圧指令信号に基づいて第１スイッチング周波数により第１トランジスタ３３ｔをオン・オフする第１制御部３４と、第２電圧指令信号に基づいて第１スイッチング周波数よりも高い第２スイッチング周波数により第２トランジスタ３５ｔをオン・オフする第２制御部３６と、を備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エレベータの制御装置に関するものである。

従来のエレベータの制御装置では、下記特許文献１に記載のように、交流電源電力を直流電力に変換するコンバータと、その出力電圧を平滑化するフィルタと、直流電力を所定電圧及び所定周波数の交流電力に変換する電界効果形自己消弧素子で構成したインバータと、その出力側に接続されたエレベータ用誘導電動機と、インバータを駆動するゲート回路と、ゲート回路をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路とを含むエレベータの制御装置において、ＰＷＭ制御回路のスイッチング周波数を切換える切換え手段を設け、切換手段は、手動スイッチ又は周囲騒音測定手段の出力比較結果及びタイマによって動作するものである。

かかるエレベータの制御装置によれば、スイッチング周波数を切換えることができるため、ユーザの思考によってエレベータの運転状態を、静音化運転と省電力運転に設定でき、選択性のあるエレベータを得ることができる。

特開平５−１７８５５０号公報

しかしながら、上記エレベータの制御装置は、ＰＷＭ制御回路のスイッチング周波数を切換える切換え手段を設けているので、切換えにより該スイッチング周波数が高くなると、インバータのスイッチング損失が増大する。
一方、該スイッチング周波数を無闇に低くすると、インバータにより駆動されるモータの制御性能が低下するという課題があった。
さらに、大容量のモータをインバータにより駆動するには、インバータを構成する半導体素子の容量が増加するため、複数のインバータにより二重三相巻線のモータを駆動することが開発されている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、二重三相巻線のモータを駆動するインバータのスイッチング損失を低減すると共に、インバータにより駆動されるモータの制御性能の低下を抑制するエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係るエレベータの制御装置は、昇降するかごを駆動すると共に、第１固定子巻線及び第２固定子巻線を有する二重三相巻線のモータと、速度指令信号に基づいて直流電圧を三相の可変電圧可変周波数の第１電圧に変換して、該第１電圧を前記第１固定子巻線に印加すると共に、第１半導体スイッチ手段を有する第１インバータと、前記速度指令信号に基づいて直流電圧を三相の可変電圧可変周波数の第２電圧に変換して該第２電圧を前記第２固定子巻線に印加すると共に、第２半導体スイッチ手段を有する第２インバータと、前記速度指令信号に基づいて前記第１電圧及び前記第２電圧を定める電圧指令信号を発生する電圧指令手段と、前記電圧指令信号に基づいて第１電圧指令信号を発生すると共に、前記電圧指令信号から減算された第２電圧指令信号を得る電圧指令分配手段と、前記第１電圧指令信号に基づいて第１スイッチング周波数により前記第１半導体スイッチ手段をオン・オフする第１制御手段と、前記第２電圧指令信号に基づいて前記第１スイッチング周波数よりも高い第２スイッチング周波数により前記第２半導体スイッチ手段をオン・オフする第２制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。

第２の発明に係るエレベータの制御装置における第１電圧は、方形波である、第２電圧は、正弦波から前記方形波を減算する、ことが好ましい。これにより、方形波のため低い第１スイッチング周波数により第１半導体スイッチ手段をオン・オフできるので、第１半導体スイッチのスイッチング損失を少なくできる。

本発明によれば、インバータのスイッチング損失を低減すると共に、インバータにより駆動されるモータの制御性能の低下を抑制するエレベータの制御装置を得ることができる。

実施の形態１．
本発明の一実施の形態を図１から図３によって説明する。図１は本発明の一実施の形態を示すエレベータの全体図、図２は図１に示す二重巻線型のモータの内部結線図、図３は図１に示すモータに印加される電圧波形図(ａ)と第１及び第２インバータの電圧出力波形図(ｂ)，(ｃ)である。
図１及び図２おいて、エレベータは、第１固定子巻線５ａと第１固定子巻線５ａと相互誘導されると共に、第１固定子巻線５ａと略結合係数が１の第２固定子巻線５ｂを有する二重三相巻線のモータ５と、モータ５の回転位置を検出して位置検出信号Ｐｓを発生するエンコーダ６と、モータ５を駆動するエレベータの制御装置２０とを有している。
モータ５の軸は、駆動シーブ７と連結されており、駆動シーブ７とそらせ車９には、ロープ１０が掛けられており、ロープ１０の一端には、かご１１が固定されると共に、他端には、釣合い錘１３が固定されている。

エレベータの制御装置２０は、モータ５の速度指令信号ωｒを生成する速度指令作成部２１と、エンコーダ６からの位置検出信号Ｐｓを微分して速度検出信号ωｓを発生する速度検出部２２と、速度指令信号ωｒと速度検出信号ωｓとの偏差を求めて速度偏差信号ωｅを求める第１減算器２３と、速度偏差信号ωｅによりモータ５のトルク指令信号τｒを生成する速度制御部２５とを備えている。

さらに、エレベータの制御装置２０は、トルク指令信号τｒとトルク検出信号τｓとの偏差を求めてトルク偏差信号τｅを発生する第２減算器２７と、トルク偏差信号τｅによりモータ５に印加する図３(a)に示す正弦波電圧Ｖａが印加されるように電圧指令信号Ｖｒを発生する電圧指令手段としてのトルク制御部２９と、電圧指令信号Ｖｒが入力される電圧指令配分部３１とを備えている。

電圧指令配分部３１は、図３(b)に示す方形波電圧Ｖａが発生するように第１インバータ３３の第１電圧指令信号Ｖ1ｒと、図３(c)に示す略半円状電圧波形Ｖｂが発生するように第２インバータ３５の第２電圧指令信号Ｖ2ｒとを発生するように形成されている。
ここで、電圧指令配分部３１から発生する第１電圧指令信号Ｖ1ｒと第２電圧指令信号Ｖ2ｒとを加算すると、電圧指令信号Ｖｒが得られるようになっている。
そして、モータ５は、第１固定子巻線５ａと第２固定子巻線５ｂとが略結合係数１で結合されているので、それぞれの第１固定子巻線５ａ、第２固定子巻線５ｂには、方形波電圧Ｖａと略半円状電圧波形Ｖｂとの和となる正弦波電圧Ｖ0が印加される。

モータ５の第１固定子巻線５ａには、第１半導体スイッチ手段としての第１トランジスタ３３tなどから成る第１インバータ３３の出力接続され、モータ５の第２固定子巻線５ｂには、第２半導体スイッチ手段としての第２トランジスタ３５ｔなどから成る第２インバータ３５の出力が接続されており、第１インバータ３３と第２インバータ３５とが並列接続されている。ここで、第１トランジスタ３３ｔを第１スイッチング周波数(第１キャリア周波数)によりオン・オフする第１スイッチング指令信号を発生する第１制御部３４と、第２トランジスタ３５ｔを第１スイッチング周波数よりも高い第２スイッチング周波数(第２キャリア周波数)によりオン・オフする第２スイッチング指令信号を発生する第２制御部３６と、を有している。
第１スイッチング周波数よりも高い第２スイッチング周波数となるのは、第１インバータ３３が発生する電圧が方形波であるため、第２インバータ３５が発生する波形よりも変動が少ないためである。

エレベータの制御装置２０は、第１インバータ３３の出力電流を検出して第１電流検出信号Ｉ1sを発生する第1電流センサ３７と、第２インバータ３５の出力電流を検出して第２電流検出信号Ｉ2sを発生する第２電流センサ３９と、第１及び第２電流検出信号Ｉ1s，Ｉ2sを入力してモータ５のトルク成分を検出してトルク検出信号τsを発生するトルク成分抽出部４０とを備えている。

上記のように構成されたエレベータ装置の制御装置の動作を図１から図３を参照して説明する。まず、速度指令作成部２１が速度指令信号ωｒを発生してモータ５が回転すると、エンコーダ６が位置検出信号Ｐｓを発生して速度検出部２２に入力する。速度検出部２２は速度検出信号ωｓを発生して第１減算器２３に入力する。第１減算器２３が速度指令信号ωｒと速度検出信号ωｓとの差となる速度偏差信号ωｅを求めて速度制御部２５に入力する。速度制御部２５は、トルク指令信号τｒを生成して第２減算器２７に入力する。

一方、第１インバータ３３からモータ５に流れている電流、第２インバータ３５からモータ５に流れている電流をそれぞれ第１電流センサ３７、第２電流センサ３９により検出して第１及び第２電流検出信号Ｉｓ1，Ｉｓ2をトルク成分抽出部４０に入力する。トルク成分抽出部４０は、トルク検出信号τｓを求め、トルク検出信号τｓを第２減算器２７に入力する。第２減算器２７がトルク指令信号τｒとトルク検出信号τｓとの差となるトルク偏差信号τｅを求めてトルク制御部２９に入力する。

トルク制御部２９は電圧指令信号Ｖｒを生成して電圧指令分配器３１に入力する。電圧指令分配器３１が第１電圧指令信号Ｖｒ1、第２電圧指令信号Ｖｒ2を生成して第１インバータ３３、第２インバータ３５にそれぞれ入力する。第１インバータ３３は、第１制御部３４からの第１スイッチング指令信号により第１トランジスタ３３ｔを第１スイッチング周波数でオン・オフして図３(ｂ)に示す方形波電圧をモータ５に印加する。第２制御部３６からの第２スイッチング指令信号により第２インバータ３５の第２トランジスタ３５ｔを第２スイッチング周波数でオン・オフして図３(ｃ)に示す電圧をモータ５に印加する。すなわち、モータ５は、図３(ａ)に示す電圧が印加されて駆動する。

上記実施形態のエレベータの制御装置は、昇降するかご１１を駆動すると共に、第１固定子巻線５ａ及び第２固定子巻線５ｂを有する二重三相巻線のモータ５と、速度指令信号に基づいて直流電圧を三相の可変電圧可変周波数の第１電圧に変換して、該第１電圧を前記第１固定子巻線５ａに印加すると共に、第１トランジスタ３３ｔを有する第１インバータ３３と、速度指令信号に基づいて直流電圧を三相の可変電圧可変周波数の第２電圧に変換して該第２電圧を第２固定子巻線５ｂに印加すると共に、第２トランジスタ３５ｔを有する第２インバータ３５と、速度指令信号に基づいて第１電圧及び第２電圧を定める電圧指令信号を発生するトルク制御部２９と、電圧指令信号に基づいて第１電圧指令信号を発生すると共に、電圧指令信号から減算された第２電圧指令信号を得る電圧指令分配器３１と、第１電圧指令信号に基づいて第１スイッチング周波数により第１トランジスタ３３ｔをオン・オフする第１制御部３４と、第２電圧指令信号に基づいて第１スイッチング周波数よりも高い第２スイッチング周波数により第２トランジスタ３５ｔをオン・オフする第２制御部３６と、を備えている。

かかるエレベータの制御装置によれば、第１インバータ３３から発生する第１電圧をモータ５の第１固定子巻線５ａに印加し、第２インバータ３５から発生する第２電圧をモータ５の第２固定子巻線５ｂに印加して、モータ５の第１及び固定子巻線５ａ，５ｂに第１電圧と第２電圧の和を印加する。そして、第１インバータ３３と第２インバータ３５のスイッチング周波数を変えたので、同一のスイッチング周波数に比較して第１及び第２トランジスタ３３ｔ，３５ｔ発生するスイッチング損失を低減できると共に、スイッチング周波数を単に低くし場合に比べてモータ５の制御性能の低下を抑制できる。

本発明は、エレベータの制御装置に適用できる。

本発明の一実施の形態を示すエレベータの全体図である。 図１に示す二重巻線型のモータの内部結線図である。 図１に示す図１に示すモータに印加される電圧波形図(ａ)と第１及び第２インバータの電圧出力波形図(ｂ)，(ｃ)である。

符号の説明

５ モータ、５ａ 第１固定子巻線、５ｂ 第２固定子巻線、１１ かご、２１ 速度指令作成部、２９ トルク制御部、３３ 第１インバータ、３３ｔ 第１トランジスタ、３４ 第１制御部、３５ 第２インバータ、３５ｔ 第２トランジスタ、３６ 第２制御部。

Claims (2)

1. 昇降するかごを駆動すると共に、第１固定子巻線及び第２固定子巻線を有する二重三相巻線のモータと、
   速度指令信号に基づいて直流電圧を三相の可変電圧可変周波数の第１電圧に変換して、該第１電圧を前記第１固定子巻線に印加すると共に、第１半導体スイッチ手段を有する第１インバータと、
   前記速度指令信号に基づいて直流電圧を三相の可変電圧可変周波数の第２電圧に変換して該第２電圧を前記第２固定子巻線に印加すると共に、第２半導体スイッチ手段を有する第２インバータと、
   前記速度指令信号に基づいて前記第１電圧及び前記第２電圧を定める電圧指令信号を発生する電圧指令手段と、
   前記電圧指令信号に基づいて第１電圧指令信号を発生すると共に、前記電圧指令信号から減算された第２電圧指令信号を得る電圧指令分配手段と、
   前記第１電圧指令信号に基づいて第１スイッチング周波数により前記第１半導体スイッチ手段をオン・オフする第１制御手段と、
   前記第２電圧指令信号に基づいて前記第１スイッチング周波数よりも高い第２スイッチング周波数により前記第２半導体スイッチ手段をオン・オフする第２制御手段と、
   を備えたことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 前記第１電圧は、方形波である、
   前記第２電圧は、正弦波から前記方形波を減算した、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。

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