JPH10120315A

JPH10120315A - 直流エレベーターの電力制御装置

Info

Publication number: JPH10120315A
Application number: JP8276233A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fukuda; 哲福田; Takeyoshi Ando; 武喜安藤; Toshiaki Kurosawa; 俊明黒沢; Teruyoshi Atsuzawa; 輝佳厚沢; Shigenori Hatsutori; 茂紀八鳥; Hironori Kaneko; 弘典金子
Original assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd; Hitachi Elevator Engineering Co
Current assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd; Hitachi Elevator Engineering Co
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 1998-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】電力変換器切替え時の電流跳躍を抑制するこ
とにより、乗りかごの振動の発生を防止すると共に、乗
りかごの着床精度を向上することができる直流エレベー
ターの電力制御装置を提供する。【解決手段】速度制御回路１１から出力された電機子
電流指令信号Ｉ₀と極性検出回路１３で検出された帰還
電流信号Ｉ_FBの差の信号が積分回路１５に入力して時間
積分された信号と、極性検出回路１３で検出された電機
子電流指令信号Ｉ₀の極性反転検出信号と、零検出回路
１４で検出された帰還電流信号Ｉ_FBが０近傍の値に達し
た時に出力される零検出信号とが直流制御装置１２に入
力され、極性反転検出信号と零検出信号を共に受信した
時は、トランジスタ駆動信号１２ａ，１２ｂが切替え回
路１７と共に電流跳躍抑止回路１６に出力され、電流跳
躍抑止回路１６から所定時間だけ積分回路１５に充電電
流が供給され、電機子電流指令信号Ｉ₀と帰還電流信号
Ｉ_FBの差の積分が所定値だけ変化させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流電力を直流電力
に変換する正逆２組の電力変換器から電力供給される直
流電動機により駆動される直流エレベーターの電力制御
の技術分野に属し、特に、２組の電力変換器の切替え動
作時に生じる電機子電流の跳躍現象を抑止する技術に特
徴を有する。

【０００２】

【従来の技術】直流電動機を用いたエレベーターにおい
て、２組のサイリスター群を用いた無循環電流形可逆静
止レオナード方式の制御装置が提案され、現実に製品化
されている。この方式の制御装置では、直流電動機の力
行運転と回生運転の切替え時にサイリスター群の接続が
切り替えられるため、その間に電機子に電流が流れな
い、一般に５０〜３００msの不通時間が生じたり、切替
え直後の電機子電流の跳躍による直流電動機のトルク脈
動が生じたりする。この直流電動機のトルク脈動がエレ
ベーターの乗りかごにも振動として伝わり、乗客に不快
感を与えるという問題点がある。

【０００３】そこで、従来からかかる問題点を克服する
様々な工夫が為され、提案されている。例えば、特開昭
５１−２７２５２号公報にはサイリスター群の切替え時
にサイリスターの制御信号を出力する増幅器の利得を変
化させることにより、電機子電流の不通時間を短縮させ
る発明が、また、特開昭５４−３４０号公報には電機子
電流指令信号が零または零に近くなった時に、直流電動
機の加速度制御回路の利得をそれ以前より大きな値と
し、所定時間経過後に前記利得を元の値に復帰させるこ
とにより、エレベーターの乗りかごが振動するのを防止
するようにした発明がそれぞれ開示されている。

【０００４】また、特開昭５３−２３４５４号公報には
電機子電流の極性を記憶しておき、一定速度で走行して
いない状態で電機子電流が零になった時に、先に記憶さ
れた電流極性と逆極性のバイアス電圧をサイリスター群
に対する制御信号に付加することにより該制御信号の電
圧極性を急速に変化させて、サイリスター群の電流切替
え時間を短縮した発明が、特開昭５３−１２１３４９号
公報には電機子電流が零になった時に電機子電流指令信
号が零でない場合は、電機子電流の方向切替え後の電機
子電流立上り時間を短縮し、電機子電流指令信号が零の
ままの場合は通常の電機子電流立上り時間とする電機子
電流立上り時間指令信号を出力するようにした発明がそ
れぞれ開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エレベータ
ーは乗客が乗った乗りかごとつるべ式に連結された釣合
い錘とが釣り合った状態では、一定速度で走行する場合
に駆動のための回転力を必要としないため、電機子電流
は零に近い状態で出力制御されることになる。また、あ
る階床に乗りかごを精度良く着床させるには、ゆっくり
した低速走行から緩やかな減速・停止動作を行わなけれ
ばならず、乗客が乗った乗りかごと釣合い錘とがほぼ釣
り合ったエレベーターの着床制御のためには正負の微小
の回転力を付与するような、即ち、電機子電流の向きを
正負に微妙に変化させる制御をしなければならない。

【０００６】このような場合に、上述の前段に述べた２
つの発明では、エレベーターの乗りかごの振動防止のた
めに制御系の利得を変化させているため、電流制御の安
定性に難点があり、零に近い電機子電流の制御を行う時
に電流極性の切替え毎に電流跳躍が生じ、発振動作する
虞すらある。また、後段に述べた２つの発明では、電機
子電流を零付近で制御する際に電流跳躍を生じさせない
ための工夫が施されているものの、電機子電流の向きを
正負に微妙に制御することが難しく、エレベーターの着
床制御を精度良く行うことができない。

【０００７】つまり、上述の従来技術においてはサイリ
スターを用いた駆動回路に特有の電機子電流の方向切替
え時の動作遅れを短くすることを主目的としたものであ
るため、電機子電流の向きを正負に微妙に制御するため
の工夫が為されておらず、従って、乗りかごが振動する
のを効果的に防止することができないか、エレベーター
の着床精度を上げることができないといった問題点があ
った。本発明は従来技術におけるかかる問題点に鑑みて
為されたものであり、その目的は電力変換器切替え時の
電流跳躍を確実に抑制することにより、乗りかごの振動
の発生を防止すると共に、乗りかごの着床精度を向上す
ることができる直流エレベーターの電力制御装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、直流制御装置は測定された電機子電流と電
機子電流指令信号の偏差の時間積分である電流偏差積分
が減少するように電力変換器の出力電圧を制御するもの
であり、直流制御装置に流入する、エレベーターの力行
運転と回生運転との間の切替え動作時の電流偏差積分の
値を変化させて、電機子電流に跳躍が発生するのを抑止
する電機子電流跳躍抑止手段を有したものである。

【０００９】例えば、電機子電流跳躍抑止手段はエレベ
ーターの力行運転と回生運転との間の切替え動作直前の
電機子電流指令信号の極性に応じて該電流偏差積分の値
をそれぞれ所定値だけ変化させものであり、２組の電力
変換器の切替え動作は電機子電流指令信号の極性の反転
と共に、測定された電機子電流が０または０近傍の値と
なったことを直流制御装置が検知した時発する、エレベ
ーターの力行運転と回生運転との間の切替えを指令する
電力変換器切替え指令により行われる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。図１は本発明の直流エレベーターの
制御装置の一実施例を示すブロック図、図２は切換え判
定処理Ｆ１１００の動作説明図、図３は電機子電流の偏
差の積分値とトランジスタの駆動信号を作成するための
関数器及び流れる電機子電流の関係を示す説明図、図４
はトランジスタ駆動信号設定・出力処理Ｆ１３００の動
作説明図、図５は本発明の電機子電流跳躍抑止手段の動
作説明図、図６は電機子電流跳躍抑止手段の効果を説明
する図である。

【００１１】図１において、１は三相交流からなる駆動
用交流電源、２は第一の電力変換器、３は第一の電力変
換器２と逆並列に接続した第二の電力変換器、４は直流
リアクトル、５はエレベーター用直流電動機、６は綱
車、７は乗りかご、８は釣り合いおもり、９は電流検出
器、１０は速度検出器、１１は速度制御回路、１２はマ
イコン、１３は電機子電流指令Ｉ₀の極性検出回路、１
４は帰還電流Ｉ_FBの零検出回路、１５は積分回路、１６
は本発明の電流跳躍抑止回路、１７は切換え回路であ
る。

【００１２】次に本発明の動作について説明する。今、
乗りかご７を上昇あるいは下降運転させる場合、速度制
御回路１１は所定の速度指令を演算し、乗りかご７およ
び乗客の質量と釣り合いおもり８の質量の関係から所要
トルクを算出し、電機子電流指令Ｉ₀を出力する。この
電機子電流指令Ｉ₀と、電流検出器９で検出した実際に
回路中を流れる電機子電流、すなわち帰還電流Ｉ_FBとを
突き合わせ、この電流偏差を積分回路１５で積分し、マ
イコン１２に入力する。また、マイコン１２には、電機
子電流指令Ｉ₀の極性検出回路１３の出力および帰還電
流Ｉ_FBの零検出回路１４の出力を併せて入力する。

【００１３】マイコン１２は、所定間隔のタイマ割込み
で起動する通常処理Ｆ１０００を備えており、切換え判
定処理Ｆ１１００、トランジスタ駆動新語演算処理Ｆ１
２００、トランジスタ駆動信号設定・出力処理Ｆ１３０
０を順に実行するものである。まず、切換え判定処理Ｆ
１１００の動作を図２を用いて説明する。マイコン１２
は、入力される電機子電流指令Ｉ₀の極性の変化および
帰還電流Ｉ_FBがほぼ零であるかの２つの条件により、切
換え指令を設定する。すなわち、帰還電流Ｉ_FBが零では
ない任意の値を越える際には、切換え指令の設定は変更
せず、第一の電力変換器２、第二の電力変換器３の切換
えは行わない。また、帰還電流Ｉ_FBがほぼ零であり、か
つ電機子電流指令Ｉ₀の極性が変化した場合、すなわち
電機子電流指令Ｉ₀の極性が正から負に変化した際に
は、切換え指令の設定を論理「０」に、負から正に変化
した際には、切換え指令の設定を論理「１」に変更す
る。

【００１４】当然ながら、帰還電流Ｉ_FBがほぼ零であっ
ても電機子電流指令Ｉ₀の極性が変化しない場合には、
設定の変更は行わない。ここで、帰還電流Ｉ_FBの零検出
において、ほぼ零に設定した場合で説明したが、トルク
脈動および電流の峻段に伴う回路インダクタンスによる
電圧が問題にならない範囲で任意に設定しても良い。

【００１５】次にトランジスタ駆動信号演算処理Ｆ１２
００の動作を図３（ａ）の関数器を用いて簡単に説明す
る。マイコン１２は、積分回路１５から入力される電流
偏差の積分値により、関数器の関数１０１を用いて位相
指令θ₀を、関数１０２を用いて通流率指令γ₀とを作
成する。ここで、通流率指令γ₀は第一の電力変換器２
あるいは第二の電力変換器３を構成するトランジスタの
点弧時間幅を設定するものであり、通流率指令γ₀が最
小でトランジスタの点弧時間を最小に、また通流率指令
γ₀が最大で点弧時間を最大とするものである。一方、
位相指令θ₀は０°から１８０°の範囲で設定してお
り、通流率指令γ₀が最小の位相制御の範囲でのみ可変
させ、それ以外は０°または１８０°に固定する。次
に、駆動用交流電源１の電源電圧位相と位相指令θ₀の
関係から第一の電力変換器２あるいは第二の電力変換器
３を構成するトランジスタのスイッチングの順番と、通
流率指令γ₀からそのタイミングを演算する。これによ
り、電機子電流が断続とならない条件において、位相９
０°を境に正・負の電圧を連続に出力できるものであ
る。

【００１６】このスイッチングの順番、タイミングおよ
び切換え指令の状態により、トランジスタ駆動信号設定
・出力処理Ｆ１３００は各種信号出力処理を行う。この
処理Ｆ１３００の動作について、図４を用いて説明す
る。前述の処理Ｆ１１００で設定した切換え指令に変化
がない場合、切換えはないと判定し（Ｆ１３１０）、前
述の処理Ｆ１２００で求めたトランジスタのスイッチン
グの順番およびそのタイミングを出力し（Ｆ１３２
０）、処理を終了する。また、切換え指令の設定に変化
がある場合には、切換えありと判定し（Ｆ１３１０）、
全トランジスタを即消弧する指令を出力する。さらに、
変更後の切換え指令１２ｂを論理「０」または論理
「１」として出力し、処理を終了する。

【００１７】次に、切換え回路１７では、切換え指令１
２ｂにより、論理「１」でトランジスタ駆動信号１２ａ
を第一の電力変換器２にトランジスタ駆動指令１７ａと
して出力し、論理「０」で第二の電力変換器３にトラン
ジスタ駆動指令１７ｂとして出力する切換えを行う。こ
のトランジスタ駆動指令１７ａあるいは１７ｂを受け、
第一の電力変換器２あるいは第二の電力変換器３を構成
する各トランジスタはスイッチング動作を行い、所定の
直流電圧を出力し、エレベーター用直流電動機５の発生
する直流電圧との電位差により電機子電流が流れるもの
である。また、この電機子電流は直流リアクトル４で平
滑され、この電機子電流を前述の如く帰還することで、
精度高く電機子電流を制御し、ひいては必要トルクを制
御する。さらに、エレベーター用直流電動機５の回転速
度を速度検出器１０で検出し、速度制御回路に帰還し速
度偏差を小さくするように制御することで、エレベータ
ー用直流電動機５の回転により上昇・下降する乗りかご
７は高精度かつ円滑な乗り心地に制御される。

【００１８】次に、エレベーターの運転状態が力行から
回生に移る際の電機子電流の制御の詳細な動作を電流跳
躍抑止回路の動作と併せ説明する。今、力行運転時の電
機子電流を第一の電力変換器２で供給する場合、電流偏
差の積分値に対し電機子電流は図３（ｂ）に示す特性と
なる。図から明らかなように、電機子電流がａの値より
大きい状態では電流偏差の積分値に対し線形の関係があ
るのに対し、ａ以下の範囲では非線形となり、積分値ｂ
で電流零となっている。これは、電流が小さい場合、直
流リアクトル４の発生する逆起電圧が小さく、逆バイア
ス状態のトランジスタが駆動指令に対し点弧しにくいこ
とで発生するものである。また、この特性曲線は、エレ
ベーター用直流電動機５の速度、すなわち発生電圧によ
り平行移動するものである。さて、回生運転に移行する
場合、電機子電流指令Ｉ₀が減少し、電流偏差の積分値
が図３（ｂ）において左方向に移動し、電機子電流を減
少させる。さらに、電機子電流指令Ｉ₀を減少させてい
くと、ついには電機子電流がほぼ零となり、帰還電流Ｉ
_FBの零検出回路１４がそれを検出しマイコン１２に出力
する。その後、電機子電流指令Ｉ₀の極性が負に転ずる
と、これを電機子電流指令Ｉ₀の極性検出回路１３が検
出し、マイコン１２に出力する。これにより、前述の処
理Ｆ１１００で、切換え指令を論理「０」に設定変更
し、処理Ｆ１３００で全トランジスタを即消弧する指令
を出力する。さらに、切換え指令１２ｂを論理「１」か
ら「０」に変更し出力する。

【００１９】切換え指令１２ｂの論理「１」から「０」
の変化を受け、図５に示す電流跳躍抑止回路１６は次の
ように動作する。まず、ワンショット回路１６ｂが切換
え指令１２ｂの立ち上がり（↓）を検出し、論理「０」
を出力する。この「０」信号により、アナログ回路１６
ｃのＳＷ２が閉路し任意に設定した電圧と制限抵抗１６
ｅにより定まる充電電流を積分回路１５に供給する。積
分回路１５はオペアンプ１５ａと積分コンデンサ１５ｂ
で構成しており、電流跳躍抑止回路１６からの出力電流
が積分コンデンサ１５ｂを充電する。そして、ワンショ
ット回路１６ｂの設定時限でこの充電を終了する。ここ
で、充電される積分電圧を図３（ｃ）の例えばｄ’とな
るように時限を予め定めておく。すなわち、電機子電流
が零となる積分電圧ｄは、前述の如くエレベーター用直
流電動機５の発生電圧により、変化するものであり、い
ずれの速度で走行していても電機子電流が流れない値に
設定するものである。

【００２０】なお、エレベーターの運転状態が回生から
力行に移る際の動作原理も同様であり、切換え指令１２
ｂの論理「０」から「１」の変化を受け、電流跳躍抑止
回路１６のワンショット回路１６ａが切換え指令１２ｂ
の立ち上がり（↑）を検出し、論理「０」を出力する。
以下、前述の如く積分コンデンサ１５ｂを充電すること
においては同様であり、異なる点は充電後の積分電圧を
図３（ｂ）の例えばｂ’となるように時限を予め定めて
おくことである。

【００２１】以上の電流跳躍抑止回路１６の有無による
電力変換器切換え時の電機子電流波形を図６に示す。同
図（ａ）は本発明の電流跳躍抑止回路１６がない場合の
波形であり、図３（ｂ）の積分電圧ｂ付近で第二の電力
変換器３に切換えた際に図３（ｃ）のｃで表す電流跳躍
が発生することを示している。図６（ｂ）は本発明の電
流跳躍抑止回路１６がある場合の波形であり、第二の電
力変換器３に切換えた際に電流跳躍が発生しないことを
示している。

【００２２】また、前述の如く電機子電流が小さい領域
では、トランジスタが点弧指令に追従できない非線形な
領域がある。このため、電流制御系の応答時間が遅い場
合には、電力変換器切換え時の電流不通時間の影響が無
視できない。しかし、トランジスタ等の自己消弧素子
は、消弧指令により確実に消弧できるため、そのスイッ
チング速度はサイリスタに比べ高速であり、安定かつ応
答速度の速い制御系を構築することは容易である。この
ため、トランジスタ等の自己消弧素子を使用する場合、
電流不通時間は極めて短時間であり、その影響は無視で
きるものである。

【００２３】このように構成した実施例では、電力変換
器の切換え時に電機子電流が流れない値に積分電圧を変
化させることで、電機子電流の跳躍は発生しない。これ
により、電機子電流を微細に制御でき、乗りかごを振動
させることはなく、また、高精度の着床精度を得ること
ができる。また、電力変換器の切換え時は一旦全トラン
ジスタを消弧するため、第一の電力変換器２および第二
の電力変換器３の同時点弧はなく、電源短絡は発生しな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、直流制御装置に流入する、エレベーターの力
行運転と回生運転との間の切替え動作時の電流偏差積分
の値を変化させて、電機子電流に跳躍が発生するのを抑
止するようにしたので、複雑な操作によることなく、乗
りかごの振動の発生を防止すると共に、乗りかごの着床
精度を向上することができる。請求項２記載の発明によ
れば、エレベーターの力行運転と回生運転との間の切替
え動作直前の電機子電流指令信号の極性に応じて該電流
偏差積分の値をそれぞれ所定値だけ変化させるようにし
たので、電力変換器を構成する半導体切替素子の微小な
電機子電流供給時の正負の動作特性に応じた高精度の走
行制御が可能になる。

【００２５】請求項３記載の発明によれば、電機子電流
指令信号の極性の反転と共に、測定された電機子電流が
０または０近傍の値となったことを検知した時、エレベ
ーターの力行運転と回生運転との間の切替えを指令する
ようにしたので、半導体切替素子が非線形特性を示す動
作点を確実に検出して、電機子電流に跳躍が発生するの
を抑止することができる。請求項４記載の発明によれ
ば、電機子電流指令信号と電流検出器が出力する帰還電
流信号の差を時間積分する積分回路の出力を電流偏差積
分とし、ワンショット回路の出力に応動して開閉動作す
るスイッチの閉動作期間のみ積分回路に充電電流を供給
する電流跳躍抑止回路で電機子電流跳躍抑止手段を構成
したので、比較的簡単な回路で電機子電流跳躍抑止手段
を構成できる。

【００２６】請求項５記載の発明によれば、エレベータ
ーの力行運転と回生運転との間の切替え動作時には、正
逆２組の電力変換器の電力供給動作を一旦停止させた
後、切替え動作させるようにしたので、２組の電力変換
器の同時点弧による電源短絡を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る直流エレベーターの制御
装置の回路ブロック図

【図２】切替え判定処理の内容を示す表図

【図３】電機子電流の偏差の積分値とトランジスタの駆
動信号を作成するための関数器及び流れる電機子電流の
関係を示す説明図

【図４】トランジスタ駆動信号設定・出力処理の動作説
明図

【図５】電機子電流跳躍抑止手段の動作説明図

【図６】電機子電流跳躍抑止手段の効果を説明する図

【符号の説明】

１駆動用交流電源２，３第一、第二の電力変換器４直流リアクトル５エレベーター用直流電動機７乗りかご９電流検出器１０速度検出器１１速度制御回路１２直流制御装置１３極性検出回路１４零検出回路１５積分回路１５ａオペアンプ１５ｂ積分コンデンサー１６電流跳躍抑止回路１６ａ，１６ｂワンショット回路１６ｄ，１６ｅ制限抵抗１７切換え回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒沢俊明東京都千代田区神田錦町１丁目６番地株式会社日立ビルシステムサービス内 (72)発明者厚沢輝佳東京都千代田区神田錦町１丁目６番地株式会社日立ビルシステムサービス内 (72)発明者八鳥茂紀東京都千代田区神田錦町１丁目６番地株式会社日立ビルシステムサービス内 (72)発明者金子弘典茨城県ひたちなか市堀口832番地の２日立エレベータエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源に接続され、複数の自己消弧型
半導体切替素子で構成され、交流電力を直流電力に変換
する正逆２組の電力変換器により直流電力が供給される
直流電動機の電機子に流れる電機子電流を測定し、前記
直流電動機により駆動されるエレベーターの速度が所望
のものなるように、前記直流電動機の電機子電流指令信
号を発生する速度制御回路と、測定された前記電機子電
流と前記電機子電流指令信号の偏差が減少するように前
記電力変換器の出力電圧を制御する直流制御装置とを具
えた直流エレベーターの電力制御装置において、前記直
流制御装置は測定された前記電機子電流と前記電機子電
流指令信号の偏差の時間積分である電流偏差積分が減少
するように前記電力変換器の出力電圧を制御するもので
あり、前記直流制御装置に流入する、エレベーターの力
行運転と回生運転との間の切替え動作時の前記電流偏差
積分の値を変化させて、前記電機子電流に跳躍が発生す
るのを抑止する電機子電流跳躍抑止手段を有したことを
特徴とする直流エレベーターの電力制御装置。
【請求項２】電機子電流跳躍抑止手段はエレベーター
の力行運転と回生運転との間の切替え動作直前の電機子
電流指令信号の極性に応じて該電流偏差積分の値をそれ
ぞれ所定値だけ変化させるものであることを特徴とする
請求項１記載の直流エレベーターの電力制御装置。
【請求項３】直流制御装置は電機子電流指令信号の極
性の反転と共に、測定された電機子電流が０または０近
傍の値となったことを検知した時、エレベーターの力行
運転と回生運転との間の切替えを指令する電力変換器切
替え指令を発するようにしたことを特徴とする請求項１
記載の直流エレベーターの電力制御装置。
【請求項４】電流偏差積分は速度制御回路が発生する
電機子電流指令信号と直流電動機の電機子に流れる電機
子電流を測定する電流検出器が出力する帰還電流信号の
差を積分する積分回路の出力であり、電機子電流跳躍抑
止手段は単安定マルチバイブレーターから成るワンショ
ット回路の出力に応動して開閉動作するスイッチの閉動
作期間のみ前記積分回路に充電電流を供給する電流跳躍
抑止回路であることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の直流エレベーターの電力制御装置。
【請求項５】エレベーターの力行運転と回生運転との
間の切替え動作時には、正逆２組の電力変換器の電力供
給動作を一旦停止させた後、切替え動作させるようにし
たことを特徴とする請求項１記載の直流エレベーターの
電力制御装置。