JP2012143056A

JP2012143056A - エレベータ用電源装置

Info

Publication number: JP2012143056A
Application number: JP2010293121A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Oshima; 雅文大島; Masakazu Kobayashi; 雅和小林
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26

Abstract

【課題】交流電源停電時のバックアップ機能を備えたエレベータ電源で、１ユニットの蓄電池を用いた従来回路は、電力が通過する変換器の数が多く、蓄電池の利用率が低い。
【解決手段】交流電源停電時、電動機駆動用インバータを交流電源から切離し、制御システム等のバックアップ電源に用いている蓄電池を、電動機駆動用インバータの交流入力に接続し、コンバータ回路、インバータ回路を介して、交流電動機に電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベータシステムにおけるエレベータの電動機駆動用インバータを動かすための制御関連の電源、ブレーキ回路を駆動するための電源などを交流電源停電時一括でバックアップするためのエレベータ用電源装置に関する。

エレベータシステムにおいては、交流電源が停電した時、電動機駆動用インバータや、それを制御するシステムが停止してしまい、エレベータかごの中に人が閉じ込められてしまうのを回避するための対策が必要である。そこで、停電が発生した場合、エレベータを最寄りの階まで移動させるために、エレベータシステムを蓄電池を搭載した無停電電源装置（ＵＰＳ）でバックアップすることで、閉じ込めを回避している。そのシステムとして特許文献１、特許文献２などがある。

特許文献１は、エレベータ用電動機を駆動するための蓄電池と、エレベータの制御回路用交流電源をバックアップするためのＵＰＳに内蔵された蓄電池を用いた従来例である。
停電が発生すると、これを検知して、サイリスタスイッチを点弧して電動機駆動用インバータ回路の直流中間回路に蓄電池を接続する構成である。蓄電池を２ユニット用いるため、装置構成及び管理が複雑になる欠点がある。

また、特許文献２は、エレベータ用電動機を駆動するための蓄電池を昇降圧チョッパ回路を用いて電動機駆動用インバータの直流中間回路に接続する構成である。この構成では、エレベータの大きさ（電動機容量）に合わせて昇降圧チョッパ回路を準備する必要があり、装置の共通化ができず高価格になるなどの問題がある。また蓄電池から昇降圧チョッパ回路とインバータ回路を介して電動機に電力を供給するので電力ロスが大きく蓄電池の電力を効率よく利用できない。

図４に、特許文献１及び特許文献２を改良したシステムを示す。蓄電池ＢＡＴを１ユニットだけ使用した構成である。
エレベータ駆動用電動機ＡＣＭを駆動するためのインバータ回路ＩＮＶは、交流電圧を直流に変換するダイオード整流器Ｄ１、平滑用コンデンサＣ３、直流電圧を電動機駆動用交流電圧に変換するインバータＴ１、開閉器ＲＹ３と抵抗Ｒ１からなる起動時の突入電流抑制回路、コンデンサＣ３の電圧と交流入力をダイオード整流器Ｄ２で整流した電圧を並列接続するダイオードＤ３、Ｄ４、平滑用コンデンサＣ４、制御電源ＣＰＳなどで構成される。

また、停電時の電力を確保するためのバックアップ電源ＢＵＰは、蓄電池ＢＡＴを直流入力として、開閉器ＲＹ１とＲＹ２、昇降圧チョッパＣＨＰ、平滑コンデンサＣ１、ダイオードを逆並列したＩＧＢＴＴ１１〜Ｔ１４で構成された単相インバータ回路、リアクトルＬ１、Ｌ２及びコンデンサＣ２からなる交流フィルタなどで構成される。
交流入力と電動機駆動用インバータＩＮＶの交流入力との間には遮断器ＣＢと開閉器５１が、バックアップ電源ＢＵＰの出力と電動機駆動用インバータＩＮＶの交流入力との間には開閉器ＲＹ５２が、各々接続される。また、バックアップ電源ＢＵＰの出力は制御システムＣＮＴ及び電動機駆動用インバータＩＮＶの制御電源用交流入力端子に、各々接続される。

この様な構成において、交流電源が健全な場合は、開閉器ＲＹ５１を閉、ＲＹ５２を開、ＲＹ１を閉、ＲＹ２を閉とする。エレベータ用電動機を駆動する電動機駆動用インバータＩＮＶの電源は交流電源から直接供給され、エレベータを制御する制御システムＣＮＴへは交流電源からバックアップ電源内の開閉器ＲＹ１を通して電源が供給される。この時、バックアップ電源のダイオードを逆並列したＩＧＢＴＴ１１〜Ｔ１４、コンデンサＣ１にて整流平滑された直流電圧から昇降圧チョッパ回路ＣＨＰにより蓄電池ＢＡＴが充電される。

エレベータシステムが交流電源の異常を検出すると、ＲＹ５１及びＲＹ１を開とし、エレベータ用バックアップ電源ＢＵＰは、蓄電池ＢＡＴから昇降圧チョッパＣＨＰで蓄電池電圧を昇圧し、ＩＧＢＴＴ１１〜Ｔ１４で構成されるインバータ回路を通してエレベータの制御システムＣＮＴをバックアップする。次にエレベータを最寄り階まで運転する準備ができると開閉器ＲＹ５２を閉とし、電動機駆動用インバータＩＮＶへ電力を供給し、最寄りの階まで移動運転する。

特開平１−１７４２２９号公報特開２００５−１９２２９８号公報

上述のように、蓄電池を１ユニット使用したエレベータ用電源を実現できるが、このシステムでは、電力が通過する変換器の数が多くなる。即ち、蓄電池ＢＡＴから昇降圧チョッパＣＨＰ、単相インバータ（Ｔ１１〜Ｔ１４で構成）、ダイオード整流回路Ｄ１及び電動機駆動用インバータＴ１を経由して、電動機ＡＣＭを駆動することになり、蓄電池の電力を効率よく利用することができない。また、特許文献と同じようにエレベータの規模に合わせた出力容量を持つバックアップ電源を準備する必要がある。
従って、本発明の課題は、蓄電池を１ユニットのみ使用し、電力が通過する変換回路の数が少なく、蓄電池電力を効率よく利用できるエレベータ用電源装置を提供することである。

上述の課題を解決するために、第1の発明においては、三相交流電源を入力として、前記三相交流電源の交流を直流に変換するコンバータ回路と前記直流を三相交流に変換するインバータ回路とを有する電動機駆動用インバータと、蓄電池とこの蓄電池の直流電圧を単相交流出力電圧に変換又は単相交流電圧を直流に変換し前記蓄電池を充放電する単相電源回路と、を備えたエレベータ電源装置において、前記三相交流電源と前記コンバータ回路入力との間を開閉する第1の開閉器と、前記三相交流電源のいずれか２相と前記電源回路の単相交流出力との間を開閉する第２の開閉器と、前記蓄電池と前記コンバータ回路入力との間を開閉する第３の開閉器とを備え、前記三相交流電源が健全な時は、前記第１の開閉器を閉、前記第２の開閉器を閉、前記第３の開閉器を開とし、前記三相交流電源から、前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを介して電動機に電力を供給し、前記三相交流電源が停電の時は、前記第１の開閉器を開、前記第２の開閉器を開、前記第３の開閉器を閉とし、前記蓄電池から前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを介して電動機に電力を供給する。

第２の発明においては、第１の発明における前記単相電源回路の単相交流出力の両方にリアクトルを備える。

第３の発明においては、第１の発明における前記単相電源回路の単相交流出力と前記単相電源回路の直流回路との間にダイオードを接続する。

本発明では、交流電源が停電時は蓄電池ＢＡＴを電動機駆動用インバータＩＮＶのコンバータ回路Ｄ１の交流入力に接続し、コンバータ回路Ｄ１とインバータ回路Ｔ１を介して電動機ＡＣＭに電力を供給している。この結果、電力が通過する変換回路の数が減少し、蓄電池電力を効率よく利用することが可能となる。

本発明の第1の実施例を示す回路図である。図１の電流動作を示す動作図である。本発明の第２の実施例を示す回路図である。従来の実施例を示す回路図である。

本発明の要点は、従来交流電源停電時に制御システムバックアップ用に使用していた蓄電池を、交流電源停電時は電動機駆動用インバータＩＮＶのコンバータ回路Ｄ１の交流入力にも接続し、コンバータ回路Ｄ１とインバータ回路Ｔ１を介して電動機ＡＣＭに電力を供給し、蓄電池１ユニットで電源装置を構成している点である。

図１に、本発明の第1の実施例を示す。エレベータ駆動用電動機ＡＣＭを駆動するためのインバータ回路ＩＮＶは、交流電圧を直流に変換するダイオードＤ１１〜Ｄ１６で構成したダイオード整流器、平滑用コンデンサＣ３、直流電圧を電動機駆動用交流電圧に変換するインバータＴ１、開閉器ＲＹ３と抵抗Ｒ１からなる起動時の突入電流抑制回路、コンデンサＣ３の電圧と交流入力をＤ２１〜Ｄ２４で構成したダイオード整流器で整流した電圧を並列接続するダイオードＤ３、Ｄ４、平滑用コンデンサＣ４、制御電源ＣＰＳなどで構成される。

また、停電時の電力を確保するためのバックアップ電源ＢＵＰは、蓄電池ＢＡＴを直流入力として、開閉器ＲＹ１とＲＹ２、昇降圧チョッパＣＨＰ、平滑コンデンサＣ１、ダイオードを逆並列したＩＧＢＴＴ１１〜Ｔ１４で構成された単相インバータ回路、リアクトルＬ１、Ｌ２及びコンデンサＣ２からなる交流フィルタなどで構成される。

図示されていない交流電源に接続される装置の交流入力（Ｒ、Ｓ、Ｔ）と電動機駆動用インバータＩＮＶの交流入力との間には遮断器ＣＢと開閉器５１が、バックアップ電源ＢＵＰの出力と装置の交流入力との間には開閉器ＲＹ１が、蓄電池ＢＡＴと電動機駆動用インバータＩＮＶの交流入力との間には開閉器ＲＹ５３が、各々接続される。また、バックアップ電源ＢＵＰの出力は制御システムＣＮＴ及び電動機駆動用インバータＩＮＶの制御電源用交流入力端子に、各々接続される。

この様な構成において、交流電源が健全な場合は、開閉器ＲＹ５１を閉、ＲＹ５３を開、ＲＹ１を閉、ＲＹ２を閉とする。エレベータ用電動機を駆動する電動機駆動用インバータＩＮＶの電源は交流電源から供給され、エレベータを制御する制御システムＣＮＴへは交流電源からバックアップ電源内の開閉器ＲＹ１を通して電源が供給される。この時、バックアップ電源内部のダイオードを逆並列したＩＧＢＴＴ１１〜Ｔ１４及びコンデンサＣ１にて整流平滑された直流電圧から昇降圧チョッパ回路ＣＨＰにより、開閉器ＲＹ２を介して蓄電池ＢＡＴが充電される。

エレベータシステムが交流電源の異常を検出すると、ＲＹ５１及びＲＹ１を開とし、エレベータ用バックアップ電源ＢＵＰは、蓄電池ＢＡＴから昇降圧チョッパＣＨＰで蓄電池電圧を昇圧し、ＩＧＢＴＴ１１〜Ｔ１４で構成される単相インバータ回路を通してエレベータの制御システムＣＮＴ及び電動機駆動用インバータＩＮＶの制御電源をバックアップする。次にエレベータを最寄り階まで運転する準備ができるとＲＹ５３を閉とし、電動機駆動用インバータＩＮＶへ電力を供給し、最寄りの階まで移動運転する。

この様な構成におけるＩＧＢＴ１１〜１４で構成された単相インバータ回路の交流フィルタとして、Ｌ１、Ｌ２及びコンデンサＣ２から構成されるフィルタ回路を用いる必要性を説明する。交流電源停電時は、蓄電池ＢＡＴの電圧を昇圧チョッパＣＨＰで昇圧するが、この電圧は電動機駆動用インバータＩＮＶの制御電源ＣＰＳへ供給する直流電圧となるコンデンサＣ４の電圧より高い電圧となる。このため、単相インバータ回路のＩＧＢＴＴ１３がオンすると、図２に示すように、電流はコンデンサＣ１→ＩＧＢＴＴ１３→リアクトルＬ２→ダイオードＤ２１→コンデンサＣ４→ダイオードＤ４→ダイオードＤ１６→開閉器５３→昇降圧チョッパＣＨＰ→コンデンサＣ１の経路となる。また、単相インバータ回路のＩＧＢＴＴ１１がオンすると、電流はコンデンサＣ１→ＩＧＢＴＴ１１→リアクトルＬ１→ダイオードＤ２３→コンデンサＣ４→ダイオードＤ４→ダイオードＤ１６→開閉器５３→昇降圧チョッパＣＨＰ→コンデンサＣ１の経路となる。

従って、これらの経路にはコンデンサＣ１の電圧とコンデンＣ４の電圧差で流れる電流を抑制するためのインピーダンスが必要となり、一般的なリアクトル１個とコンデンサ１個で構成する交流フィルタではなく、各出力に設けるリアクトル２個（Ｌ１、Ｌ２）とコンデンサ１個（Ｃ２）で構成する交流フィルタを用いる。

図３に、本発明の第２の実施例を示す。第１の実施例との違いは、バックアップ電源ＢＵＰのＩＧＢＴＴ１１〜Ｔ１４で構成された単相インバータ回路の出力に接続されたリアクトルＬ１、Ｌ２とコンデンサＣ２との各接続点と単相インバータ回路の直流ライン（Ｐ、Ｎ）との間にダイオードが接続されている点である。即ち、リアクトルＬ１とコンデンサＣ２との接続点とＰラインとの間にはダイオードＤ５が、リアクトルＬ１とコンデンサＣ２との接続点とＮラインとの間にはダイオードＤ６が、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２との接続点とＰラインとの間にはダイオードＤ７が、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２との接続点とＮラインとの間にはダイオードＤ８が、各々接続される。

この様に構成することにより、リアクトルに過電流が流れた場合でもコンデンサ２のピーク電圧を直流ラインの電圧でクランプすることが可能となり、電動機駆動用インバータＩＮＶの制御電源ＣＰＳへ供給する直流電圧となるコンデンサＣ４や制御システムＣＮＴに過電圧が印加されるのを抑制できる。ここでは、４個のダイオードＤ５〜Ｄ８を接続した例を示したが、単相インバータ回路の構成の違いや制御方式の違いにより、必ずしも４個用いる必要はない。

本発明は、エレベータ用電源に限らず、交流電源が停電した時にバックアップが必要な非常用ドア開閉装置、クレーン巻上装置などへの適用が可能である。

ＣＢ・・・遮断器ＡＣＭ・・・交流電動機ＢＡＴ・・・蓄電池
ＲＹ１、ＲＹ２、ＲＹ３、ＲＹ５１、ＲＹ５２、ＲＹ５３・・・開閉器
Ｄ１・・・コンバータ回路Ｔ１・・・インバータ回路
ＩＮＶ・・・電動機駆動用インバータＤ２・・・ダイオード整流器
Ｒ１・・・抵抗ＣＰＳ・・・制御電源ＣＮＴ・・・制御システム
ＢＵＰ・・・バックアップ電源ＣＨＰ・・・昇降圧チョッパ
Ｃ１〜Ｃ４・・・コンデンサＴ１１〜Ｔ１４・・・ＩＧＢＴ
Ｄ３〜Ｄ８、Ｄ１１〜Ｄ１６、Ｄ２１〜Ｄ２４・・・ダイオード

Claims

三相交流電源を入力として、前記三相交流電源の交流を直流に変換するコンバータ回路と前記直流を三相交流に変換するインバータ回路とを有する電動機駆動用インバータと、蓄電池とこの蓄電池の直流電圧を単相交流出力電圧に変換又は単相交流電圧を直流に変換し前記蓄電池を充放電する単相電源回路と、を備えたエレベータ電源装置において、
前記三相交流電源と前記コンバータ回路入力との間を開閉する第1の開閉器と、前記三相交流電源のいずれか２相と前記電源回路の単相交流出力との間を開閉する第２の開閉器と、前記蓄電池と前記コンバータ回路入力との間を開閉する第３の開閉器とを備え、
前記三相交流電源が健全な時は、前記第１の開閉器を閉、前記第２の開閉器を閉、前記第３の開閉器を開とし、前記三相交流電源から、前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを介して電動機に電力を供給し、
前記三相交流電源が停電の時は、前記第１の開閉器を開、前記第２の開閉器を開、前記第３の開閉器を閉とし、前記蓄電池から前記コンバータ回路と前記インバータ回路とを介して電動機に電力を供給することを特徴とするエレベータ用電源装置。
前記単相電源回路の単相交流出力の両方にリアクトルを備えることを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用電源装置。
前記単相電源回路の単相交流出力と前記単相電源回路の直流回路との間にダイオードを接続することを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用電源装置。