JPH04207992A - エレベータの電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エレベータの電力変換装置に係り。

特に、電界効果形自己消弧素子で構成したエレベータ電
力変換装置の保護方式に関する。

〔従来の技術〕

従来装置は、特開平１−２３１６６号公報に記載のよう
に、電界効果形自己消弧素子のゲート電圧を、異常電流
検出手段からの異常信号を受けて、正常時のゲート電圧
より低い値にステップ状に制御するようになっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、急峻なゲート電圧変化に伴う急峻な電
流変化について十分な配慮がなされておらず、過電圧発
生の問題があった。また、過電流を発生させた回路や素
子争を特定できる構成とはなっていないので、同一異常
モードで繰り返して過電流を発生しやすく、素子にスレ
トレスが蓄積し素子破壊を引き起こすといった問題があ
った。

本発明の目的は、従来技術での上記した問題を解消し、
過電圧発生を抑制することができ、異常を起こした回路
や素子を特定することにより繰り返し故障を起こすこと
がないようにすることができる、信頼性の高いエレベー
タ電力変換装置を提供することにある。

〔脈題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明においては、エレベ
ータ駆動電動機に所定電圧、所定周波数の交流電力を供
給する、電界効果形自己消弧素子群を含む構成の逆変換
器と、これらの自己消弧素子のゲート電圧を制御するゲ
ート回路と、このゲート回路に制御指令を与える演算処
理装置と、逆変換器の入力部と出力部及び上記各自己消
弧素子とにそれぞれ設けた電流検出器と、交流電源電力
を直流電力に変換して上記逆変換器に供給する順変換器
と、上記交流電源の停電を検出する電圧検出器とを備え
たエレベータの電力変換装置において。

上記演算処理装置を、上記逆変換器の入力部と出力部に
設けた電流検出器及び上記電圧検流器からの異常信号を
受けて、上記ゲート電圧を連続的に漸次減少させる制御
指令を上記ゲート回路に与えると共に、上記自己消弧素
子毎に設けた電流検出器からの異常信号を取り込んで記
憶し、かつ異常モードを判定して判定結果を記憶する処
理構成とする。

さらに、本発明の第２においては、上記第１の本発明に
おける順変換器も電界効果形自己消弧素子群で構成され
る順変換器である場合に、この順変換器の入力部と出力
部及び自己消弧素子にもそれぞれ電流検出器を設け、前
記演算処理装置に、順変換器側と逆変換側の両方の電流
検出器と、交流電源の停電を検出している電圧検出器と
からの異常信号を受けて、前記と同様の処理を行わせる
構成とする。

〔作用〕

変換器に入力部と出力部とに設けた異常電流検出器は、
素子のコレクタ電流を間接的に検出し、所定値を越えた
ことで異常信号を発生する。また、電圧検出器は、交流
電源が停電して電圧が所定値以下になったことで異常信
号を発生する。

これらの異常信号を受けて、ゲート回路はゲート電圧を
連続的に漸次減少するように制御する。

これは、コレクタ電流の抑制のみならず、緩やかに電流
を変化させることで過電圧発生を抑制するように作用す
る。

一方、各素子ごとに備えた異常電流検出器は、素子に過
電流が流れることで発生するコレクタ・エミッタ間の電
圧を検出し、所定値を越えた時、異常信号を演算処理装
置、例えばマイクロコンピュータに送出する。演算処理
装置は、この異常信号をメモリに記憶すると共に、所定
の判定により異常モードを特定することが可能となる。

［実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図において、１は三相の交流電源、２は交流電力を直流
電力に変換する順変換器、３は整流した直流を平滑する
コンデンサ、４は平滑した直流を任意の電圧・周波数の
交流電力に変換する逆変換器、５は逆変換器の出力によ
って回転するエレベータ駆動電動機、６は駆動電動機に
連結したシーブ、７は主索、８は乗りかご、９は平衡お
もり、１０は駆動電動機の速度を検出するエンコーダ、
１１は乗りかごの速度制御を司る演算処理装置、実施例
ではマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）、
１２はマイコンからの制御指令信号を受けて、逆変換器
４を構成する電界効果形自己消弧素子４−１〜４−６を
駆動するゲート回路、１３は逆変換器４の入力電流の異
常を検出する入力側異常電流検出器、１４は逆変換器４
の出力電流の異常を検出する出力側異常電流検出器。

１５は三相交流電源の停電を検出する電源電圧異常検出
器、１６は図示されていないエレベータ各種機器に対す
る異常検出器、１８−１〜１８−６は電界効果形自己消
弧素子４−１〜４−６に過電流が発生した時のコレクタ
・エミッタ間の電圧の異常を検出する異常電流検出器で
ある。なお、１７．１９は、それぞれの異常検出器から
の信号を入力に受けて、所定パターンのディジタル信号
に変換してマイコン１１に送信する検出器である。

三相交流電源１を順変換器２で直流電圧に変換し、コン
デンサ３で平滑し、逆変換器４に印加する。逆変換器４
は、次のように動作する。

マイコン１１は、速度指令を発生し、この速度指令と、
エンコーダ１０で検出した駆動電動機５の実速度とを比
較してベクトル制御演算、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御
演算を行いＰＷＭパルスを出力する。ゲート回路１２は
＋　ＰＷＭパルスを受けて、ＰＷＭパルスを増幅し、電
界効果形自己消弧素子〔以下、Ｉ　Ｇ　Ｂ　Ｔ　（Ｉｎ
ｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　ＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓ
ｉｓｔｏｒ）と称する〕のゲートにゲート電圧を与え、
ＩＧＢＴを駆動し、逆変換器４を駆動して可変電圧、可
変周波数の三相交流電力を出力する。

駆動電動機５は、この三相交流電力により速度制御され
、シーブ６を介して、巻掛けた主索７．主索の両端の乗
りかご８．平衡おもり９を運転制御する。

ところで、エレベータは、乗りかご８に人間を乗せて運
搬する輸送機であり、装置の故障、信頼性に対して十分
に配慮する必要がある。さらに、エレベータが納入され
るビルの高層化に伴い、輸送機としての役割は重大であ
り、仮に故障が発生した場合には速やかに復旧する必要
がある。

さて、逆変換器４はスイッチング動作の速いＩＧＢＴで
構成している。このＩＧＢＴを用いると、スイッチング
動作が速いため、チョッピング周波数を１０ＫＨｚ以上
にでき、装置、駆動電動機の騒音低下を図るのに大きな
効果がある。

しかし、スイッチング動作が速いことにより過大電圧が
発生することと、過大な電流に対する耐量が小さいなど
の問題がある。したがって、ＩＧＢＴを用いたシステム
構成においては、これらの問題に対し、十分な配慮が必
要である。

第２図は、ＩＧＢＴを駆動するゲート回路の一例であり
、第３図は、ＩＧＢＴの保護動作を説明するための各部
信号のタイムチャートである。第２図において、ゲート
回路１２は、マイコン１１からＰＷＭパルスをフォトカ
プラＰＣ−１で受ける。フォトカプラＰＣ−１がオン動
作の時、トランジスタＱ８がオフ動作し、トランジスタ
Ｑ１がオンして、ＩＧＢＴ４−１のゲートＧとエミッタ
２間にゲート電圧ＶＧＥが印加され、ＩＧＢＴ４−１は
導通してコレクタ電流Ｉｃが流れる。

次に、フォトカプラＰＣ−１がオフ動作の時。

トランジスタＱ８がオン動作し、トランジスタＱ１はオ
フして、トランジスタＱ２がオンし、ＩＣ，Ｂｒ３−１
のゲートＧとエミッタ２間にゲート電圧−ＶＧＥが印加
され、ＩＧＢＴ４−１は不導通となリコレクタ電流Ｉｃ
が遮断される。

このような動作の中で、逆変換器４のＩＧＢＴ４−１と
ＩＧＢＴ４−２が何らかの原因で同時に導通すると、コ
ンデンサ３の電位を短絡することになり、第３図（ａ）
に示すように、コレクタ電流Ｉｃは急激に増大し、ＩＧ
ＢＴ４−１．ＩＧＢＴ４−２は電流耐量が小さいため破
壊する恐れがあり、コレクタ電流Ｉｃのピーク値Ｉｃｐ
を極力小さく抑制する必要がある。また、この過大な電
流をオフすると、ＩＧＢＴのスイッチング動作が速いた
め、コレクタ電流Ｉｃは第３図（ａ）のＡのように急峻
に減少し、電流変化率ｄＩＣ／ｄｔ　　が大きくなり、
回路インダクタンスとの間で発生する電圧が、第３図（
ｆ）のＡのように過大となり。

素子耐圧Ｖ　ＣＥ　ａ口を越えて素子破壊する恐れがあ
る。

このように、過電流耐量と過電圧耐量を考慮して、コレ
クタ電流工。を即刻かつ緩やかに減少させる必要がある
。

以下、その保護動作について説明する。いま、ＩＧＢＴ
が正規に動作して、コレクタ電流Ｉｃが流れていたもの
が、何らかの原因でＩＧＢＴ４−１．４−２が同時に導
通すると、第３図（ａ）に示すように急峻に増大してＩ
ｃｐへと流れる。この時の電流は、第１図で、コンデン
サ３．ＩＧＢＴ４−１．ＩＧＢＴ４−２．コンデンサ３
の経路で流れる。ここで、第１図の異常電流検出器１３
の検出レベルを第３図（ａ）のＩＣ−に設定しているの
で、第３図（ａ）のＤ点で異常検出動作を行い、検出器
１７へ異常信号を送信する。検出器１７はマイコン１１
とゲート回路１２へ異常信号を送信する。ゲート回路１
２は、検出器１７からの異常信号により、フォトカプラ
ＰＣ−２を動作させる。

フォトカプラＰＣ−２の動作で、トランジスタＱ４’の
ベース電圧ＶＢは、第３図（ｄ）のように、緩やかに立
ち上がり、トランジスタＱ４を動作させ、ＩＧＢＴ４−
１＋７）ゲート電圧ＶＧＥを、第３図（ｅ）のように、
緩やかに連続的に減少させる。

これは、ＩＧＢＴのコレクタ電流Ｉｃ　を、第３図（ａ
）のＢのように緩やかに減少させるように作用する。

したがって、コレクタとエミッタ間の電圧ＶＣＨのピー
ク値ＶＣＥＰは、第３図（ｆ）のＢのように、はね上り
電圧ΔＶＣＥを低く抑制でき、素子耐圧ＶｃＥｍ口を越
えることはなくなり、素子破壊に至ることなく保護がで
きる。

また、逆変換器４の負荷側で短絡故障が発生した時には
、出力側異常電流検出器１４で検出し、前述と同様な保
護動作を行うことができる。

さらに、停電時により電源電圧が喪失した場合には、電
源電圧異常検出器１５で検出し、前述と同様な保護動作
を行う。

この他、エレベータ駆動システムには各種の非常動作が
あるが、エレベータ機器異常検出器１６によってそれぞ
れの簀常動作を検出することにより、前述と同様な保護
動作を行う。

さて、上記保護動作により、コンデンサ電圧短絡あるい
は負荷側短絡等の異常時に素子破壊を起こさせずに安全
に保護することが可能となる。しかし、どのような異常
モードで前述の保護動作が働いたかを特定し異常を取り
除くことができないと、システムを再起動した時、同じ
異常が発生する恐れがあり１度重なる過電圧、過電流に
より。

素子にストレスが蓄積され、最悪状態では素子破壊を引
き起こす可能性がある。

そこで、第４図、第５図、第６図を用いて、異常モード
の判定手段の一例を説明する。第４図はマイコン１１内
の処理の概略を示す図、第５図。

第６図は異常モードの判定処理のフローチャートである
。まず、第４図において、検出器１７゜１９はそれぞれ
入力された異常信号をディジタル処理して、入力に応じ
て識別できる信号（例えば。

入力側異常電流検出器１３からの異常信号は”ｏｏｏｏ
”、出力側異常電流検出器１４からの異常信号に対して
は“ＯＯＯ１”等）に変換し、マイコン１１に送信する
。マイコン１１は信号を受信すると、処理Ｆ１００Ｏに
より異常信号を識別しマイコン内のＲＡＭ領域にデータ
を格納する。

次に処理Ｆ２０００により異常モードの判定を行う。

第５図、第６図のフローチャートを用いて異常モード判
定の動作を説明する。第５図において、Ｆ２０００が起
動すると、まず、異常電流検出器１３からの異常信号の
受信の有無を確認する。仮に、受信が有ったとすると、
任意の相の上下素子（例えば、ＩＧＢＴ４−１と４−２
）の短絡異常モードである。（異常電流検出器１３から
の異常信号の受信が無い場合は、第６図の処理Ｆ２１０
０に移り、負荷短絡異常の有無を確認する。）さて、素
子の短絡異常モードが確認されると、各相の異常電流検
出器１８−１〜１８−６からの異常信号の受の有無を確
認する。例えば、何らかの原因で導通故障がＩＧＢＴ４
−１に発生した場合、この状態でＩＧＢＴ４−２がオン
すると、Ｒ相が短絡し過大な電流が流れ始めるが、前述
の保護動作により、素子破壊を引き起こさないレベルま
で過電流、過電圧は抑制される。仮に、異常検出器１８
−１と１８−２から異常信号を受信すると、Ｒ相の短絡
異常モード、同様に１８−３と１８−４から異常信号を
受信するとＳ相の短絡異常モードと、判定処理を行う。

判定が終了すると、判定結果の各異常モードを前記ＲＡ
Ｍ内に格納する。

次に、第６図において、処理２１００が起動されると、
異常電流検出器１４からの異常信号の受信の有無を確認
する。仮に、受信していない場合は、素子毎に備えた異
常検出器１８−１〜１８−６の誤動作とみなし、判定を
終了する。

さて、異常信号を受信すると、第５図の処理Ｆ２０００
の短絡異常モードの判定処理手順と同じように、素子毎
に備えた異常検出器１８−１〜１８−６の異常信号の組
合せにより各異常モードの判定を行う。この負荷短絡異
常モードでは、各相の上下素子が同時にオンすることは
ない（上下素子が同時にオンすると前述の短絡異常モー
ドになる）ため、図に示すように６つの点検モードが考
えられる。例えば、負荷側のＲ−８相間が何らかの異常
により短絡した時、第１図の逆変換器４がスイッチング
動作していると、Ｒ相の上下素子Ｒ＋、Ｒ−及びＳ相の
上下素子Ｓ＋、Ｓ−のいずれか一方ずつＲ＋とＳ−１あ
るいはＲ−とＳ＋に過電流が流れる。しかし、この過電
流は、前述の保護動作により素子破壊を引き起こさない
レベルまで抑制されることは前述の通りである。

上記６モードのうちのいずれかのモードに判定が終了す
ると、判定結果が前記ＲＡＭ領域に格納される。

このように、故障モードを記憶することにより、異常発
生の原因究明に大きな効力を発揮するばかりか、異常が
特定されることから、異常の根本原因を取り除くことが
でき、繰り返し故障の発生をなくすことができる。さら
に、異常究明に要した多大な時間を大幅に短縮すること
ができ、エレベータの休止時間を短縮することができる
。

第７図は、本発明の請求項２に対応する実施例構成図で
ある。この実施例が第１図実施例と異なる点は、順変換
器２も、逆変換器４と同様にＩＧＢＴで構成されており
、この順変換器２の入力側及び出力側に異常電流検出器
が、また各ＩＧＢＴにもそれぞれの異常電圧を検出する
異常検出器が設けられ、これらの検出器からの異常信号
が検出器１７．１９を介してマイコン１１に送信されて
いる点である。

以上の構成により、全てのＩＧＢＴを安全に保護するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明の第１の請求項の構成によれば、逆変換器のＩＧ
ＢＴに流れる、また第２の請求項の構成によれば、逆変
換器及び順変換器の全てのＩＧＢＴに流れる。過大な電
流を即刻、緩やかに連続的に減少させることができるた
め、過電圧を発生することは無く、素子破壊を引き起こ
させることはない。

さらに、異常時の故障モードをマイコン処理してメモリ
に記憶させる方式であることから、原因究明が容易とな
り、故障から復旧に要する時間を短縮できると共に繰り
返し故障の発生しない信頼性の高いエレベータ用電力変
換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例構成図、第２図は第１図中の
ゲート回路の詳細を示す図、第３図は本発明の動作説明
用の各部信号波形図、第４図は第１図中のマイコンの処
理の概要図、第５図、第６図は第１図中のマイコンの異
常判定処理のフローチャート、第７図は本発明の他の実
施例構成図である。 １３・・・入力側異常電流検出器、１４・・・出力側異
常電流検出器、４−１〜４−６・・・電界効果形自己消
弧素子、１２・・・ゲート回路、１８−１〜１８−６・
・・素子異常検出器。 第　２　図 第　３　図 も　４ＷＪ ／７　　　　　、ｔ９ ７／ 唇　５　τ 第　６　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電源電力を直流電力に変換する順変換器と、そ
   の出力電圧を平滑するフィルタと、この直流電力を所定
   電圧及び所定周波数の交流電力に変換する、電界効果形
   自己消弧素子群を含んだ逆変換器と、その出力側に接続
   されたエレベータ駆動電動機と、上記自己消弧素子群の
   ゲート電圧を制御するゲート回路と、このゲート回路に
   制御指令を与える演算処理装置と、上記逆変換器の入力
   部と出力部及び上記自己消弧素子とにそれぞれ設けた電
   流検出器と、上記交流電源の停電を検出する電圧検出器
   とを備えてなる電力変換装置において、上記演算処理装
   置は、上記逆変換器の入力部と出力部に設けた電流検出
   器及び上記電圧検出器からの異常信号を受けて、上記ゲ
   ート電圧を連続的に漸次減少させる制御指令を上記ゲー
   ト回路に与えると共に、上記自己消弧素子毎に設けた電
   流検出器からの異常信号を取り込んで記憶し、かつ異常
   モードを判定して判定結果を記憶する処理構成としたこ
   とを特徴とするエレベータの電力変換装置。 ２、請求項１記載の順変換器は、電界効果形自己消弧素
   子群を含んだ順変換器であり、この順変換器の入力部と
   出力部及び自己消弧素子にもそれぞれ毎に電流検出器が
   設けてあり、前記演算処理装置は、上記順変換器の入力
   部と出力部に設けた電流検出器、前記逆変換器の入力部
   と出力部に設けた電流検出器及び交流電源の停電を検出
   している前記電圧検出器からの異常信号を受けて、前記
   ゲート電圧を連続的に漸次減少させる制御指令を前記ゲ
   ート回路に与えると共に、上記順変換器の自己消弧素子
   毎に設けた電流検出器及び前記逆変換器の自己消弧素子
   毎に設けた電流検出器からの異常信号を取り込んで記憶
   し、かつ異常モードを判定して判定結果を記憶する処理
   構成としたことを特徴とするエレベータの電力変換装置
   。