JPH0712895B2 - 交流エレベ−タの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、誘導電動機により駆動されるエレベータを
制御する交流エレベータの制御装置の改良に関するもの
である。

〔従来の技術〕

エレベータのかごを駆動する電動機に誘導電動機を用
い、これを滑り周波数制御することにより、電動機のト
ルクを制御してかごを運転するようにしたものがある。
これを第４図及び第５図に示す。

図中、（１）は三相交流電源端子、（２）は端子（１）
に接続され後述するかご（11）の起動時閉成し停止時開
放する電磁接触器接点、（３）は接点（２）を介して三
相交流電圧を直流に整流する整流回路からなるコンバー
タ、（４）はコンバータ（３）の直流側に接続された平
滑コンデンサ、（５）は一端が平滑コンデンサ（４）の
一端に接続された抵抗、（６）は抵抗（５）の他端と平
滑コンデンサ（４）の他端に接続されたトランジスタ、
（７）は平滑コンデンサ（４）の両端に接続されトラン
ジスタ及びダイオードにより構成され一定直流電圧を任
意の電圧及び任意の周波数の交流に変換するパルス幅変
調方式として周知のインバータ、（８）はインバータ
（７）により駆動される三相誘導電動機、（９）は電動
機（８）により駆動される巻上機の駆動綱車、（10）は
綱車（９）に巻き掛けられた主索、（11），（12）は主
索（10）の両端にそれぞれ結合されたかご及びつり合お
もり、（13）は電動機（８）に結合され電動機（８）の
回転速度を示す速度信号（13a）を発する速度計用発電
機、（14）は速度指令信号，（15）は速度指令信号（1
4）と速度信号（13a）の偏差信号を出力する加算器、
（16）は加算器（15）に接続され速度制御系の応答を良
好にするための補償要素で、Ｇ（Ｓ）は伝達関数、（16
a）は補償要素（16）の出力で滑り周波数指令信号、（1
7）は滑り周波数指令信号（16a）と速度信号（13a）の
加算値を出力する加算器、（18）は加算器（17）の出力
から電圧指令信号（18a）を発する電圧指令発生器、（1
9）は同じく周波数指令信号（19a）を発する周波数指令
発生器、（20）は電圧指令信号（18a）と周波数指令信
号（19a）に基きインバータ（７）の出力電圧及び出力
周波数を制御するインバータ制御装置である。

係る構成において、補償要素（16）は、速度指令信号
（14）と速度信号（13a）の偏差に対応する滑り周波数
指令信号（16a）を出力するが、この滑り周波数指令信
号（16a）はトルク指令信号に相当し、これに加算器（1
2）によつて速度信号（13a）が加えられることにより、
電圧／周波数がほぼ一定になる関係を満足させるよう
に、電圧指令信号（18a）と周波数指令信号（19a）が決
められる。これらの指令値によつて、制御装置（20）は
インバータ（７）（コンバータ（８）がサイリスタ等で
構成されているときは、場合によつてコンバータ（３）
も）の素子をスイツチング制御し、滑り周波数指令信号
（16a）に相当するトルクを電動機（８）に発生させ
る。かくして、電動機（８）は起動してかご（11）は走
行し、その速度は精度高く自動制御される。

第５図に電動機（８）の回転速度に対するトルクの曲線
（21）を示す。ここで、n₀は同期速度で、インバータ
（７）の出力周波数に相当する回転速度で電動機（８）
が回転したときの動作点である。一般に誘導機は同期速
度n₀の近くでは、トルクは滑り周波数（例えばn₀−n₁、
又はn₀−n₂に相当する）に比例する。したがつて、滑り
×周波数に相当する量n₀−n₁を制御すれば、トルクが制
御できることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、エレベータの場合、かご（11）を減速停止さ
せるとき、重負荷で一定速度下降走行させるときには、
電動機（８）に制動力を発生させなければならない。こ
れを第５図で示せば必要な制動トルクがT₂であるような
場合である。この場合、電動機（８）の回転速度n₂は、
同期速度n₀よりも高くなる。このような運転では、機械
的エネルギが電動機（８）を介して電気的エネルギに変
換され、回生電力がインバータ（７）を通じて直流側へ
返される。そのため、直流側電圧が上昇し、インバータ
（７）内の素子を破壊する虞れがある。これを保護する
のが抵抗（５）であり、トランジスタ（６）の導通によ
り、上記回生電力は抵抗（５）で消費される。また、抵
抗（５）の代わりに回生用インバータを設けて、回生電
力を電源側へ返すものもある。

しかし、いずれの場合も、回生電力処理用の装置が高価
となり制御装置が大きくなる。

この欠点を解決しようとしたのが特開昭59−17879号及
び58−36866号公報に示すように回生電力をモータ内部
で消費する方法である。

この方法は、確かに、特別な装置なしで、回生電力がモ
ータ内で処理されてしまうので、制御装置が安価に小形
になる場合もあるが、モータでの発熱が大きく、モータ
の大形化を招く場合も考えられる。

更に、かご内重負荷上昇運転、又は、軽負荷下降運転の
ときのように、減速過程において、力行から制動へトル
ク指令が切り替る場合には、停止時の速度指令が第６図
のようにゆるやかになつているため、停止時において再
び力行トルク指令が発生するため、乗心地が悪化するこ
とがあつた。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、モータの発熱を許容範囲に抑え、かつ、回生
電力消費用装置を小形に安価にするためのものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明における交流エレベータの制御装置は、直流電
源をインバータに接続して直流電力を可変電圧、可変周
波数の交流電力に変換し、この変換された交流電力によ
って誘導電動機を駆動してかごを運転するようにしたも
のにおいて、上記直流電源に接続された回生電力消費装
置、速度指令信号と上記電動機の速度信号の偏差に応じ
たトルク指令信号により上記電動機のトルクを制御する
第１の手段、上記トルク指令信号に基づいて電動機の一
次電圧又は一次電流の振幅指令を制御すると共に、上記
速度信号に基づいて電動機が回生電力を発生しないよう
な周波数指令を発生することにより制動トルクを制御す
る第２の手段、及び上記トルク指令信号が正のときとか
ごの減速域のときに、上記トルク指令信号が正から負に
変化した場合はそれ以降においても上記第１の手段を用
いるとともに、速度指令信号が減速指令を出さない状態
でトルク指令が負になった場合は上記第２の手段に切り
換える切換手段を備えたことを特徴とするものである。

〔作用〕

この発明に係る交流エレベータの制御装置においては、
トルク指令信号が正のときとかごの減速域のときに、ト
ルク指令信号が正から負に変化した場合はそれ以降にお
いても、切換手段の切換制御に基づき第１の手段によ
り、速度指令信号と電動機の速度信号の偏差に応じたト
ルク指令信号により上記電動機のトルクが制御され、速
度指令信号が減速指令を出さない状態でトルク指令が負
になった場合は、切換手段の切換制御に基づき第２の手
段により、速度信号に基づいて電動機が回生電力を発生
しないような周波数指令が発生されて、制動トルクが制
御されることにより、エレベータの減速時等制動トルク
を必要とする場合に、回生電力をモータ発熱が許容でき
る範囲内は、モータ内で消費され、それ以上は回生抵抗
で消費され、速度指令が減速指令を発生しかごが停止す
るまで電動機はずっと制動状態になり、停止直前まで電
動機が力行状態になることがなく、乗心地の悪化はな
い。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について説明する。

まず、この発明の原理について述べる。

第２図はこの発明を簡単に説明するための電動機（８）
の簡易等価回路である。

ここで、回生運転時の機械入力P_Gは所定のすべり値Ｓ′
をＳ′＝−Ｓとして絶対値で示すと、 但し、回生運転時Ｓ′＞０である。

一方、モータ内部の巻線抵抗r₁，r₂（r₁：一次抵抗）で
消費される損失P_Mは、 P_M＝（r₁＋r₂）I² ……（２） 従つて、直流側に変換され回生抵抗で消費される電力P_R
は、 ここで、回生抵抗で消費される電力P_Rとモータで消費さ
れる電力P_Mの比ηは、 となり、電流の大きさには、関係しなくなり、スリツプ
のみの関数となる。スリツプＳに対するその関係を示す
と第３図のようになる。

図から明らかなように、 とすると、回生抵抗で消費する分が０になるので、η＝
０となつている。

又、 とすると、η＝１、即ちモータで消費される電力と回生
抵抗で消費される電力が略等しくなる。

スリツプＳの絶対値が十分小さい領域では、第３図は実
態とはかけはなれているが、回生電力の大きい領域では
実態とよく一致する。

この発明は、モータでの発熱が絶縁及び寿命の観点から
十分許容される損失とし、残りを抵抗で消費させるよう
にスリツプＳを選ぶことで、回生電力消費用抵抗を小さ
く抑え、モータの発熱も許容値内におさめるようにした
ものである。

この発明の具体的実施例を第１図に示す。

図中（29）は、トルク指令が正、及び速度指令信号（1
4）が減速指令を出したときに、トルク指令が正の場合
はそれ以降トルク指令が負となつても、従来から公知の
トルク制御装置（30）によつてインバータ（７）を制御
するようにスイツチ（29a）を接続し、速度指令信号が
減速指令を出さない状態で、トルク指令が負になつた場
合には新たな制御手段に切換える切換手段、（31）はモ
ータの回転数から予め決められたすべりＳ′（＝−Ｓ）
でモータを駆動するように、インバータ（７）の出力周
波数を決める周波数指令回路、（32）はトルク指令から
電流の絶対値を決める電流値指令回路、（33）は電流の
絶対値と周波数からインバータ（７）から出力すべき電
流を各相にわたつて瞬時値として与える電流指令合成回
路で、この指令値は下記のように出力される。

Ｒ相 I_1R＝I₁sinω₀ｔ Ｓ相 I_1S＝I₁sin（ω₀ｔ＋2/3π） Ｔ相 I_1T＝I₁sin（ω₀ｔ＋4/3π） また、（34）は上記指令電流に対し、各相の実際にイン
バータ（７）から出力される電流（モータの電流）を検
出する電流検出器、（35）は上記電流指令値と実測値を
比較する比較器、（36）はこの比較器の出力に応じてイ
ンバータ（７）のトランジスタを制御する公知のPWM
（パルス巾制御）装置である。さらに、（37）は予め設
定された電圧指令値、（38）は比較器、（39）はトラン
ジスタベース駆動回路である。

上記構成において、エレベータの起動時には、補償要素
（16）の出力は力行トルク指令を発生しているので、こ
の場合は公知の制御装置でエレベータは運転される。し
かして、減速過程に入る前に、制動トルク指令が補償要
素（16）から発生するとトルク指令に応じた電流の絶対
値が電流値指令回路（32）から出力され、また、モータ
回転数から必要な周波数指令が周波数指令回路（31）か
ら出力される。したがつて、電流指令合成回路（33）で
これらを合成してインバータ（７）の出力電流（モータ
に流すべき電流）の指令値を出力する。この値と実際の
電流を比較し、指令値に近い電流を流すよう、PWM装置
（36）でインバータ（７）のトランジスタを制御する。

一方、この実施例では回生電力が返還されるが直流側に
電力が返還されると直流側電圧が上昇する。この直流側
の電圧と予め決められた直流側電圧指令値（37）を比較
器（38）で比較し、直流側電圧が高い場合はトランジス
タベース駆動回路（39）を通じてトランジスタ（６）を
導通させ抵抗（５）によつて回生電力を消費するように
する。

すなわち、上記実施例においては、速度指令信号（14）
が減速指令を出したときに、補償要素（16）からのトル
ク指令信号が正から負に変化した場合は、それ以降にお
いても、切換手段（29）の切換制御に基づき、トルク制
御装置（30）により、速度指令信号（14）と電動機
（８）の速度信号の偏差に応じたトルク指令信号により
上記電動機（８）のトルクが制御され、速度指令信号
（14）が減速指令を出さない状態でトルク指令が負にな
った場合は、切換手段（29）の切換制御に基づき、電流
値指令回路（32）により上記トルク指令信号に基づいて
電動機（８）の一次電流の振幅指令を制御すると共に、
周波数指令回路（31）により上記速度信号に基づいて電
動機（８）が回生電力を発生しないような周波数指令を
発生することにより、制動トルクを制御することによっ
て、エレベータの減速時等制動トルクを必要とする場合
に、回生電力をモータ発熱が許容できる範囲内は電動機
（８）内で消費し、それ以上は回生抵抗（５）で消費し
て、速度指令信号（14）が減速指令を発生しかごが停止
するまで電動機（８）はずっと制動状態になり、停止直
前まで電動機が力行状態になることがなく、乗心地の悪
化はない。

ここで、速度指令信号（14）が減速指令を出さない状態
でトルク指令信号が負になる場合、つまり、速度指令が
加速または一定速指令を出しているときにトルク指令信
号が負になる場合、このような状態になるのは、かご内
が軽負荷で上昇時、またはかご内が重負荷で下降時の時
であり、このときは速度指令信号（14）が減速指令を発
生し、かごが停止するまで電動機（８）はずっと制動状
態になり（トルク指令信号は負となる）、第６図に示す
ように停止直前まで電動機（８）が力行となることがな
いため、上記周波数指令回路（31）と電流値指令回路
（32）による制御を用いても乗心地の悪化はない。

このように、電動機（８）の制動時に発生する回生電力
をすべて電動機（８）内部で消費する方法では、電動機
（８）の磁束は、電動機（８）への定格電圧／定格周波
数の比をほぼ一定に制御する方式では、力行時のそれに
比べて小さくなる。このため、一旦、電動機（８）が制
動となり、回生電力をすべて電動機（８）内部で消費す
る制御を行った場合、その後、電動機（８）が力行とな
って通常の制御を実施しても電動機（８）の磁束が非常
に小さく、磁束は電動機（８）の２次時定数の一次遅れ
となるため、磁束が力行時の通常の値、つまり電動機
（８）に定格電圧及び定格周波数を与えたときの磁束に
直ちに復帰できない。換言すると、力行トルクが直ぐに
は発生しなく、この結果、第６図に示すような停止直前
に電動機（８）が力行となる場合、実際には電動機
（８）がカ行トルクを発生するのが遅れるため、かごの
速度がこの時に急激にゼロとなり、速度指令信号（14）
のように滑らかに減速できなくなり乗心地が悪化する
が、上記実施例では、減速時に初めて電動機（８）が制
動となる状態では、停止直前に電動機（８）が再び力行
となってしまうので、このようなときは電動機（８）が
制動となっても回生電力をすべて電動機（８）内部で消
費する制御を行わないようにして乗心地の悪化を防ぐこ
とができる。なお、電動機（８）のトルクは磁束と電流
の積で与えられ、回生電力は電動機（８）内部で消費す
る方式では、電動機の一次及び二次抵抗で回生電力を消
費するために、電動機電流を多く流す必要があり、この
結果、同じ制動トルクを発生する場合、電動機（８）へ
の電圧／周波数の比をほぼ一定に制御する方式に比べ本
方式では電動機磁束が小さい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、トルク指令信
号が正のときとかごの減速域のときに、トルク指令信号
が正から負に変化した場合はそれ以降においても、切換
手段の切換制御に基づき第１の手段により、速度指令信
号と電動機の速度信号の偏差に応じたトルク指令信号に
より上記電動機のトルクを制御すると共に、速度指令信
号が減速指令を出さない状態でトルク指令が負になった
場合は、切換手段の切換制御に基づき第２の手段によ
り、速度信号に基づいて電動機が回生電力を発生しない
ような周波数指令を発生して、制動トルクを制御するよ
うにしたので、エレベータの減速時等制動トルクを必要
とする場合に、回生電力をモータ発熱が許容できる範囲
内は、モータ内で消費され、それ以上は回生抵抗で消費
され、速度指令が減速指令を発生しかごが停止するまで
電動機はずっと制動状態になり、停止直前まで電動機が
力行状態になることがなく、したがって乗心地の悪化は
なく、装置の小型化が計れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による交流エレベータの制
御装置を示す構成図、第２図と第３図はこの発明の原理
を説明するもので、第２図は電動機の等価回路図、第３
図はすべり特性曲線図、第４図は従来例の構成図、第５
図は第４図の電動機のトルク特性曲線図、第６図はトル
ク指令の速度対応曲線図である。 図中、（３）はコンバータ、（５）は抵抗、（６）はト
ランジスタ、（７）はインバータ、（８）は電動機、
（13）は速度計用発電機、（16）は補償要素、（29）は
切換手段、（30）はトルク制御装置、（31）は周波数指
令回路、（32）は電流値指令回路、（33）は電流指令合
成回路、（36）はパルス幅制御装置、（38）は比較器、
（39）はトランジスタベース駆動回路。 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源をインバータに接続して直流電力
   を可変電圧、可変周波数の交流電力に変換し、この変換
   された交流電力によって誘導電動機を駆動してかごを運
   転するようにしたものにおいて、上記直流電源に接続さ
   れた回生電力消費装置、速度指令信号と上記電動機の速
   度信号の偏差に応じたトルク指令信号により上記電動機
   のトルクを制御する第１の手段、上記トルク指令信号に
   基づいて電動機の一次電圧又は一次電流の振幅指令を制
   御すると共に、上記速度信号に基づいて電動機が回生電
   力を発生しないような周波数指令を発生することにより
   制動トルクを制御する第２の手段、及び上記トルク指令
   信号が正のときとかごの減速域のときに、上記トルク指
   令信号が正から負に変化した場合はそれ以降においても
   上記第１の手段を用いるとともに、速度指令信号が減速
   指令を出さない状態でトルク指令が負になった場合は上
   記第２の手段に切り換える切換手段を備えたことを特徴
   とする交流エレベータの制御装置。