JPH0775478B2 - 交流エレベ−タ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，エレベータかごを昇降させる誘導電動機を
可変周波数電源により駆動するようにした交流エレベー
タ制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

交流エレベータは，エレベータかごを駆動する電動機と
して誘導電動機を用い，この誘導電動機に可変周波数電
源の出力を供給することにより，滑り周波数を可変して
トルク制御を行うものであるが，この場合交流エレベー
タにおいては，誘導電動機の制動時該誘導電動機に回生
電力が発生しないように，誘導電動機に加える電源の周
波数と電流を制御する方法が提案されている。

第４図，第５図は特開昭61−224888号公報に示された上
記した従来の交流エレベータ制御装置の回路図及び上記
回生電力の発生防止法を説明するための誘導電動機の簡
易等価回路図である。先ず第５図において，l₁，l₂は１
次及び２次側におけるもれインダクタンス，R₁，R₂は１
次及び２次側における抵抗,Sはスリップ,V,Iは誘導電動
機に加えられる電圧及びこれに流れる電流である。

ここでスリップＳを Ｓ＝−R₂／R₂ ……（１） とすると，機械入力Pmは ……（２） 但しｍは相数 となり，誘導電動機内において消費される電力P_Eが PE＝ｍ（R₁＋R₂）I² ……（３） であることから，機械入力と誘導電動機内における消費
電力が等しくなる。したがつて，上記（１）式を満たす
スリツプ状態で運転すると，誘導電動機からは回生電力
が発生せず，また電力の供給も不要となる。

一方，誘導電動機の発生トルクＴは，ロータの回転角速
度をω_ｒ，入力周波数をω_０，極対数をｐとすると ここで，上記（１）式を（４）式に代入すると， また（１）式を（５）式に代入すると すなわち，入力周波数ω_０を，（７）式を満たす状態で
制御すれば，誘導電動機からは回生電力は発生せず，ま
たそのときのトルクＴは（６）式のとうりに与えられ
る。

第４図は上記制御方法を具体化したもので，図において
（１）は速度指令信号ω_ｐから後述する速度発電機（1
4）から出力される実速度信号ω_ｒを減算する減算器，
（２）はこの減算器の出力信号を補償する制御補償器，
（３）は力行側電流指令発生器であつて，上記制御補償
器（２）から出力されるトルク指令信号Ｔと実速度信号
ω_ｒとを入力することにより力行運転時の電流指令値I_A
を出力する。（４）は制動側電流指令発生器であつて，
トルク指令信号Ｔと実速度信号ω_ｒとを入力することに
より制動時の電流指令値I_Bを出力する。（５）は力行運
転時の電流指令値I_Aまたは制動時の電流指令値I_Bを選択
し切り替える選択切替え器を構成するスイツチであつ
て，制御補償器（２）から出力されるトルク指令信号Ｔ
の極性に応じて切り替えられる。（６）は上記スイツチ
（５）によつて選択された電流指令値I_AまたはI_Bから，
後述する電流検出器（15）から出力される電流値を減算
する減算器，（７）はこの減算器（６）の出力信号を入
力としてパルス幅変調するパルス幅変調器，（８）はこ
のパルス幅変調器の出力によつて制御されるインバータ
であり，可変電圧・可変周波数電源となつて誘導電動機
（９）を駆動する。（10）は誘導電導機（９）によつて
回転駆動される綱車であつて，両端にかご（11）とおも
り（12）が固定されたワイヤ（13）が巻き付けられてい
る。（14）は上記誘導電動機（９）の回転速度を検出す
る速度発電機，（15）は誘導電動機（９）に流れる電流
を検出する電流検出器である。なお，この電流検出器
（16），上記減算器（６）及びパルス幅変調器（７）と
により，インバータ（８）から誘導電動機（９）への供
給電流がスイツチ（６）により選択された電流指令値と
なるようインバータ（８）を制御する制御回路を構成す
る。

上記のように構成された交流エレベータの制御装置にお
いて，速度指令信号ω_ｐから実速度信号ω_ｒの減算を行
う減算器（１）の出力信号を入力とする制御補償器
（２）から出力されるトルク指令信号Ｔが正，つまり力
行トルクを発生させる場合には，このトルク指令信号Ｔ
と実速度信号ω_ｒとを入力とする力行側電流指令発生器
（３）から発生される電流指令値I_Aをスイツチ（５）が
選択する。そしてこのスイツチ（５）を経由した出力信
号は，減算器（６）において電流検出器（15）の出力信
号との減算が行われた後に，つまり実電流との比較にお
いて必要な電流指令をパルス幅変調器（７）に供給す
る。パルス幅変調器（７）は，必要とする電流指令に応
じてインバータ（８）を制御することにより，インバー
タ（８）から誘導電動機（９）に供給する電流を最適に
制御し，発生トルクを制御している。

次に，制御補償器（２）から発生されるトルク指令信号
Ｔが負極となる制御トルクの発生時には，実速度信号ω
_ｒから上記（７）式によつて速度指令信号ω_０が求めら
れる。一方，トルク指令信号Ｔからは上記（６）式から が求められる。したがつて，制動側電流指令発生器
（４）は（７）式，（８）式から求めた電流指令値I_Bを
発生し，スイツチ（５）を介して減算器（６）に供給さ
れる。減算器（６）においては，電流指令値I_Bと電流検
出器（15）から供給される実測値との差分をパルス幅変
調器（７）を介してインバータ（８）に供給し，このイ
ンバータ（８）により誘導電動機（９）に供給する電流
値を目標値に制御している。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで，上記従来の制御装置において，トルク指令信
号Ｔが力行側から制動側に移行したときに，誘導電動機
（９）の入力周波数ω_０を上記（７）式に示す値に変化
させると，誘導電動機（９）は過渡的なトルクリツプル
を発生し，そのリツプル周波数は次式で示される誘導電
動機（９）のすべり周波数ω_Ｓに等しくなる。

ω_Ｓ＝ω_０−ｐω_ｒ ……（９） この（９）式に上記（７）式を代入すると となる。

以下トルクリツプル周波数がこのすべり周波数ωｓに等
しくなる理由を説明する。かご形誘導電動機の基本方程
式は，固定子に固定した直軸ｄ−横軸ｑの座標系におい
ては下式のように表わされる。

但し v_ds：一次ｄ軸電圧 v_qs：一次ｑ軸電圧 i_ds：一次ｄ軸電流 i_qs：一次ｑ軸電流 i_dr：二次ｄ軸電流 i_qr：二次ｑ軸電流 R₁ :一次抵抗 R₂ :二次抵抗 L₁ :一次自己インダクタンス L₂ :二次自己インダクタンス M :一次二次相互インダクタンス P :微分演算子（＝d/dt） p :極対数 ω_ｒ：ロータの回転角速度 また発生トルクＴは Ｔ＝ｐ（φ_2qi_dr−φ_2di_qr） ……（12） と表わされる。こゝでφ_2d，φ_2qはｄ軸,q軸の二次磁束
であり，次式のようになる。

φ_2d＝Mids＋L₂idr ……（13） φ_2q＝Miqs＋L₂iqr ……（14） この（13）式，（14）式を上記（11）式の３行目,4行目
に代入し，i_dr，i_qrを消去すると （R₂＋PL₂）φ_２ｄ−MR₂i_ds＋ω₂L₂φ_2q＝０……（15） （R₂＋PL₂）φ_2q−MR₂i_qs−ω₂L₂φ_2d＝０ ……（16） 同様に，（13）式，（14）式を（12）式に代入すると いま簡素化のために，トルク指令信号Ｔが力行側から制
動側に切り替つた直後の一次電流i_u，i_v，i_wをそれぞれ とすると,d軸,q軸一次電流i_d，i_qはそれぞれ次式のよう
になる。

この（19）式から，切替直後の電動機回転角速度が一定
という条件で上記（15），（16）式の微分方程式を解く
と，φ_2d，φ_2qはそれぞれ次式のようになる。

但しω₂:pω_ｒ ……（22） K₁〜K₅：定数 φ_2d（０）：切替直前のｄ軸二次磁束 φ_2q（０）：切替直前のｑ軸二次磁束 （20），（21）式を上記（17）式に代入すると，トルク
Ｔは 但しK₆〜K₉：定数 ω_ｓ：すべり角周波数（ω_０−ｐω_ｒ） となり，この（23）式から明らかなように電動機発生ト
ルクには，すべり角周波数ω_ｓに等しい周波数のトルク
リツプルが過渡的に発生することがわかる。

ところで，制動時のすべり角周波数ω_ｓは上記（10）式
で与えられるが，例えば速度60m/分のエレベータにおい
て，全速時の電動機回転速度が1800rpmとすると，全速
時に力行から制動に切り替つた場合，ω_ｓの絶対値はｐ
＝２の電動機では となる。即ち，この電動機は30Hzのトルクリツプルを発
生することになる。

さて，一般にエレベータの機械システム特にロープ系の
伝達関数は第６図のように表わされる。即ち，ω（＝２
π）/Tを縦軸にdB表示し，横軸に周波数をとつたもの
であるが，この図から周波数が低い領域ではゲインが
高く，が高い領域ではゲインが低いことがわかる。し
かるに,30Hz程度の振動は，ゲインがそれほど低くない
ため，かご内に振動が伝わり，乗り心地を悪くするとい
う結果になる。

この発明は上記のような問題を解消するためになされた
もので，力行から制動への切り替え時エレベータかご内
に不快な振動を生じない交流エレベータ制御装置を得る
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る交流エレベータ制御装置は，制動時の電
流指令値の周波数を上記（７）式で示した臨界周波数よ
り低くして，誘導電動機を力行から制動へステップ状に
切り替えたときに発生する脈動トルクの周波数を大きく
するとともに、制動へ切り替え後の時間経過とともに電
流指令値の周波数を臨界周波数に等しくするようにし
た。

〔作用〕

この発明における交流エレベータ制御装置は，制動への
切替後の周波数を，回生電力がちようど電動機内部で消
費される周波数よりも低くすることにより，すべり周波
数を機械系と共振しない値とし，これによりかご内の振
動を効果的に抑制するようにするとともに，制動への切
り替え後時間経過とともに理想的な条件での制動運転に
落着く。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図であり，上記
した第４図とは制動側電流指令発生器（16）が異なるの
みで，（１）〜（３），（５）〜（15）は従来例と全く
同一のものである。第２図は第１図中の制動側電流指令
発生器（16）の詳細を示す図であり，図中（161）は制
御補償器（２）からのトルク指令信号Ｔをもとに一次電
流振幅指令ｆ（Ｔ）を発生する関数器，（162）は速度
発電機（14）からの実速度信号ω_ｒが入力されるゲイン
が で表わされる増幅器，（163）は力行から制動への切替
直後はそのゲインＫ（ｔ）が１以下であり，時間経過と
ともにゲインが１に近ずく増幅器であり，第３図にその
特性を示す。（164）は上記関数器（161）の出力である
一次電流振幅指令と，増幅器（163）の出力である一次
電流周波数指令ω_０とにより，正弦波の三相電流指令を
発生する正弦波発生器である。

上記実施例において一次電流周波数ω_０は次式のように
なる。

このとき，すべり角周波数ω_ｓの絶対値は ここで,K（ｔ）を第３図に示すような特性に設定する
と，力行から制動への切替直後の｜ω_ｓ｜はＫ（ｔ）が
１のときの値より大きく，例えばＫ（０）＝０とした場
合 ｜ω_ｓ｜＝ｐω_ｒ ……（26） となる。

ところで第６図で説明したように，機械系のゲインは周
波数が高い領域では小さいから，従来例では30Hzのトル
クリツプルを発生し，エレベータかごに振動が伝わつて
いたのに対し，この発明によれば例えば上記（26）式で
示すように,K（０）＝０としたとき60Hzのトルクリツプ
ルを発生するが，これはエレベータかご内に振動として
伝わらない。なお，（24）式で示すように,K（ｔ）≦１
の条件を満たすならば，誘導電動機の機械入力はすべて
電動機内部で消費されるが,K（ｔ）＜１の範囲では電動
機に余分に電力を消費させることになるため，電動機の
発熱の点から好ましくない。即ち,K（ｔ）＝１のとき，
つまり のとき，電動機の機械入力がちようど電動機の内部消費
量に等しくなり（この状態を臨界状態と呼ぶ），ω_０が
これより大きいと電動機の内部消費電力が機械入力より
小さくなつて電力が回生され，ω_０が小さいと逆に内部
消費電力の方が大きくなつて電動機の発熱が大きくな
る。そこで制動への切替直後はＫ（ｔ）＜１の範囲と
し，時間経過とともにＫ（ｔ）＝１に戻すこととすれば
よい。このようにしても，電動機のトルクリツプルが，
（23）式で示すように の指数関数頂により減少していくため，エレベータかご
内に振動が伝わるおそれはない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば，力行から制動への切替
後における誘導電動機への一次電流周波数を，誘導電動
機が回生電力を発生しない臨界の周波数よりもさらに低
くしたから，エレベータかごに不快な振動が伝わらない
ようにすることができるとともに，制動への切り替え後
所定時間経過後は理想的な条件での制動運転が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図，第２図は第
１図に用いられる制動側電流指令発生器の詳細を示す
図，第３図は第２図に用いられる増幅器の特性を示す
図，第４図は従来の交流エレベータ制御装置を示す回路
図，第５図は第１図の動作原理を説明するための誘導電
動機の簡易等価回路図，第６図はエレベータの機械シス
テム特にロープ系の伝達関数を示す図である。 図において，（３）は力行側電流指令発生器，（５）は
スイツチ（選択切替え器），（６）は減算器（制御回
路），（７）はパルス幅変調器（制御回路），（８）は
インバータ（可変周波数電源），（９）は誘導電動機，
（11）はエレベータかご，（15）は電流検出器（制御回
路），（16）は制動側電流指令発生器である。 なお，各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エレベータかごを昇降させる誘導電動機，
   この誘導電動機に任意周波数の電流を供給してこれを駆
   動する可変周波数電源，上記誘導電動機の力行運転時に
   おける電流指令値を出力する力行側電流指令発生器，上
   記誘導電動機の制動運転時に回生電力が発生しないよう
   な臨界周波数の電流指令値を演算して出力する制動側電
   流指令発生器，上記力行側電流指令発生器の出力と上記
   制動側電流指令発生器の出力とを選択し切り替える選択
   切替え器，及び上記誘導電動機への供給電流がこの選択
   切替え器により選択された電流指令値となるよう上記可
   変周波数電源を制御する制御回路とを備えた交流エレベ
   ータ制御装置において，上記制動側電流指令発生器によ
   る制動時の電流指令値の周波数を臨界周波数より低くし
   て，上記誘導電動機を力行から制動へステップ状に切り
   替えたときに発生する脈動トルクの周波数を大きくする
   とともに，制動へ切り替え後の時間経過とともに電流指
   令値の周波数を臨界周波数に等しくすることを特徴とす
   る交流エレベータ制御装置。