JP2005278224A - エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダンピング抵抗を必要としない高調波抑制フィルタを有し、小型化したエレベータの制御装置を提供する。
【解決手段】 このエレベータの制御装置は、商用電源１に対して接続されたリアクトル及びコンデンサのみで構成する高調波抑制フィルタ２と、入力交流を直流に変換するコンバータ４と、コンバータの交流側を流れる電流に対する交流電流検出器3a,3bと、交流電流検出器の検出した電流検出信号に基づき、ＰI制御演算により電圧指令を得るＰI制御器82a,82bと、電流検出信号から共振周波数以上を透過する共振周波数透過フィルタ83a,83bと、ＰＩ制御器の出力する電圧指令に対して共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分を相殺するように加算して最終電圧指令を得、これに基づき、コンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御器86を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明はエレベータの制御装置に関する。

従来、商用電源に高調波抑制フィルタを介してコンバータ・インバータ装置を接続するエレベータの制御装置は図８に示す構成であり、商用電源１０１に対してリアクトルＬ１、リアクトルＬ２、コンデンサＣ、ダンピング抵抗Ｒで構成した高調波抑制フィルタ１０２を介してコンバータ１０４を接続している。この高調波抑制フィルタ１０２は図上は省略表記しているが、リアクトルＬ１、リアクトルＬ２を３相の各相に直列に接続してあり、ダンピング抵抗ＲとコンデンサＣは３相の各相間に接続してある。

この従来のエレベータの制御装置では、高調波抑制フィルタ１０２とコンバータ１０４との間に電流検出器１０３ａ，１０３ｂを設け、電源側電流Ｉｕ，Ｉｗを検出する。検出したＩｕ，Ｉｗから３相平衡であることを考慮して電流Ｉｖを求めて、３相−２相変換してｄ軸、ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを算出する。このｄ軸、ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑと電流指令Ｉｄｃ，Ｉｑｃを電流制御器でＰＩ制御し、電圧指令であるｄ軸、ｑ軸電圧指令Ｖｄｃ，Ｖｑｃを求める。さらにこのｄ軸、ｑ軸電圧指令Ｖｄｃ，Ｖｑｃを２相−３相変換し、３相電圧指令Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，Ｖｗｃとする。演算した３相電圧指令Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，ＶｗｃからＰＷＭ制御回路によりコンバータのスイッチング素子のゲート信号を作成してスイッチング制御を行い、電源制御する。

このような従来のエレベータの制御装置では、スイッチング制御を行う際、スイッチングに起因する高調波電流が電源側に流れるため、この高調波を抑制するために高調波抑制フィルタ１０２を接続している。このフィルタは固有の振動周波数を持っている。例えば、高調波抑制フィルタ５の固有の振動周波数ｆｃは以下のように表される。

例えば、Ｌ１＝０．１５ｍＨ、Ｌ２＝０．３５ｍＨ、Ｃ＝４５ｕＦであった場合に、固有振動周波数ｆｃは２．１２ｋＨｚとなる。高調波電流の周波数成分と高調波フィルタの固有振動周波数が一致する場合、共振が発生して電源電流に歪みを生じる。そこでこの共振を抑制するためにダンピング抵抗を設置している。

ところが、このダンピング抵抗を挿入することで抵抗が発熱する。また、容量が大きいシステムでは流れる電流量が増えるため、それに合わせて十分な容量的にディレーティングをとる必要があることから、形状の大きい抵抗を選定しなければならないが、その結果として装置自体が大きくなってしまう。装置が大型化すると機械室の大きさに制限のあるエレベータの場合、装置自体を据え付けることができなくなったり、据え付けたとしても点検スペースが小さくなるなどの問題点がある。また、容量が大きくなると電圧降下の影響を考慮して高調波抑制フィルタのインダクタンス値を下げる必要があるが、この場合フィルタの抑制効果が低下し、ダンピング抵抗でも共振を抑えられなくなる問題点がある。

本発明は上記のような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、ダンピング抵抗を必要としない高調波抑制フィルタを有し、小型化できるエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明のエレベータの制御装置は、商用電源に対して接続されたリアクトル及びコンデンサのみで構成する高調波抑制フィルタと、前記高調波抑制フィルタに対して接続された、交流を直流に変換するコンバータと、前記コンバータの交流側を流れる電流を検出する交流電流検出手段と、前記交流電流検出手段の検出した電流検出信号に基づき、フィードバック制御演算により電圧指令を得る電流制御手段と、前記電流検出信号から共振周波数以上を透過する共振周波数透過フィルタと、前記電流制御手段の出力する電圧指令に対して前記共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分を相殺するように加算し最終電圧指令を出力する加算手段と、前記最終電圧指令に基づき、前記コンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段とを備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１のエレベータの制御装置において、前記共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分を基準値と比較する比較手段と、当該比較手段による比較結果から、前記共振周波数成分が基準値以上の場合に前記コンバータを保護動作させる保護手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１のエレベータの制御装置において、前記交流電流検出手段の検出した電流検出信号から特定の周波数を透過させる特定周波数透過フィルタと、前記特定周波数透過フィルタの出力信号を基準値と比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から、前記特定周波数透過フィルタの出力信号が基準値以上の場合に前記コンバータを保護動作させる保護手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のエレベータの制御装置において、前記加算手段は、前記共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分に対して位相進み補償を与える位相進み補償器と、前記電流制御手段の出力する電圧指令に対して前記位相進み補償器の出力する位相進み補償が与えられた共振周波数成分を相殺するように加算し最終電圧指令を出力する加算器とで構成し、前記共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分に対して周波数と信号レベルを検出する高周波電流検出手段と、前記高周波電流検出手段により検出した周波数と信号レベルから前記位相進み補償の最適設定値を演算し、前記位相進み補償器の設定値を補正する位相補償補正手段とを備えたことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、交流電流検出手段によりコンバータの１次側を流れる交流電流を検出し、電流制御手段がこの電流検出信号に対してフィードバック制御演算して電圧指令を出力し、前記電流検出信号から共振周波数透過フィルタによって共振周波数成分を取り出し、前記電流制御手段の出力する電圧指令に対してこの共振周波数成分を相殺するように加算し、この加算結果に基づいてコンバータをフィードフォワード制御することで、ダンピング抵抗を使用せずに共振を抑制することができ、装置の小型化が可能である。

請求項２の発明によれば、交流電流の共振周波数成分を基準値と比較し、この比較結果から共振周波数成分が基準値以上の場合はコンバータを保護動作させて装置の故障を防止することができる。

請求項３の発明によれば、何らかの影響でコンバータが制御不能状態になった場合に、共振周波数成分付近の電流の大きさを監視し保護動作させ、かつノイズなど共振周波数域以外の信号検出による制御装置の誤停止を防止することができる。

請求項４の発明によれば、電流検出信号から共振周波数以上を透過する共振周波数透過フィルタが出力する共振周波数成分から高周波数電流検出手段によって周波数と信号レベルを検出し、この高周波電流検出手段の検出した共振周波数成分から位相進み補償手段の最適設定値を演算し、位相進み補償手段の設定補正値を自動調整することができ、これにより、運転中に共振周波数が変動しても位相補償を常に最適値に保つことができ、この結果、高調波フィルタの部分にダンピング抵抗を使用せずとも確実に共振を抑制でき、高調波フィルタ部分にダンピング抵抗を用いなくてよい分、装置の小型化が図れる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１を参照して本発明の第１の実施の形態のエレベータの制御装置について説明する。商用電源１に対してリアクトルＬ１，Ｌ２、コンデンサＣで構成した高調波抑制フィルタ２を介してコンバータ４を接続する。図８に示した従来例では接続していた高調波フィルタ２のダンピング抵抗Ｒは削除してある。高調波抑制フィルタ２とコンバータ４との間に電流検出器３ａ，３ｂを設け、その出力を演算装置８へ与える。演算装置８の出力はコンバータ４に与える。コンバータ４は、その出力を平滑用コンデンサ５を介してインバータ６に供給する。インバータ６の出力はモータ７に供給する。かご９とカウンターウエート１１をメインロープ１０及びコンペン１２で接続し、このコンペン１２はコンペンシーブ１３を介している。モータ７の回転にてメインロープ１０をつるべ式に巻き上げ、巻き下げすることによりかご８を昇降させる。

演算装置８は電流検出器３ａ，３ｂにより検出した電流ＩｕＦ，ＩｗＦと、この検出電流ＩｕＦ，ＩｗＦから求めたＩｖＦを用い、３相−２相変換器８１で２相変換してｄ軸、ｑ軸電流ＩｄＦ，ＩｑＦを算出する。こうして算出された電流ＩｄＦ，ＩｑＦと電流指令Ｉｄｃ，ＩｑｃをＰＩ制御器８２ａ，８２ｂでＰＩ制御し、ｄ軸、ｑ軸電圧指令であるＶｄｃ，Ｖｑｃを求める。一方、ｄ軸、ｑ軸ＩｄＦ，ＩｑＦはフィルタ（ＦＩＬ）８３ａ，８３ｂにも入力される。フィルタ８３ａ，８３ｂの出力は位相補償器８４ａ，８４ｂに接続されている。

位相補償器８４ａ，８４ｂの出力はＰＩ制御器８２ａ，８２ｂの出力である電圧指令Ｖｄｃ，Ｖｑｃに加算し、その結果を２相−３相変換器８５で３相変換し、３相電圧指令Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，Ｖｗｃを算出する。演算した電圧指令Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，ＶｗｃからＰＷＭ制御回路８６によりコンバータ４のスイッチング素子のゲート信号を作成し、これによってコンバータ４のスイッチング制御を行い、電源制御を行う。

図２はフィルタ（ＦＩＬ）８３ａ，８３ｂの周波数及び位相特性例である。図３はＰＩ制御器８２ａ，８２ｂの周波数及び位相特性例である。

フィルタ８３ａ，８３ｂの設定周波数の例を示す。電源周波数は５０Ｈｚとするとｄｑ軸上では、共振周波数は２．０７ｋＨｚ（１３０００ｒａｄ／ｓ）である。その約１／１０のところにカットオフ周波数（ωｃ）を設定すると、２０７Ｈｚ（１３００ｒａｄ／ｓ）となる。位相補償器８４ａ，８４ｂのゲインの設定値は次のように決定する。フィルタ８３ａ，８３ｂの位相進み角θ１は、
[数２]
tanθ1＝1300／13000＝0.1（θ1≒0.6°）
となる。

ＰＩ制御器８２ａ，８２ｂは例えば応答周波数を１５００ｒａｄ／ｓとすると、共振周波数である１３０００ｒａｄ／ｓに対する位相遅れは、
[数３]
tanθ2＝1500／13000＝0.12（θ2≒0.66°）
となる。

共振周波数の電流に対してＰＩ制御器８２ａ，８２ｂ側の信号とフィードフォワード側の信号とを相殺するためには、図４に示すようにＰｌ制御器８２ａ，８２ｂ側の０．６６°の遅れに対してフィードフォワード側は０．６°の進みであるため１．２倍のゲインをかけることで補償する。またフィルタ８３ａ，８３ｂにより抽出した共振周波数成分に対して逆位相に電圧指令Ｖｄｃ，Ｖｑｃへ加算することで振動成分を相殺し、共振電流を抑制する。

以上のように第１の実施の形態によれば、ダンピング抵抗を使用せずに確実に共振を抑制することができ、回路要素としてダンピング抵抗を設けなくて済む分、制御装置の小型化が可能となる。

（第２の実施の形態）次に、第２の実施の形態のエレベータの制御装置について、図５を用いて説明する。第２の実施の形態の全体の装置構成は図１に示した第１の実施の形態のものと同様である。第２の実施の形態は、演算装置８の内部構成に特徴を有している。図５はその演算装置８の内部構成を表したものであり、図１に示す演算装置８の構成に対して、比較器（ＣＭＰ）８７ａ，８７ｂ、基準信号発生器８８、保護回路８９が追加されている。

基準信号発生器８８は過電流検出の設定値を基準信号として出力する。比較器８７ａ，８７ｂは、ｄ軸信号側及びｑ軸信号側のフィルタ（ＦＩＬ）８３ａ，８３ｂの出力を入力し、基準信号発生器８８の出力する基準信号と比較する。比較器（ＣＭＰ）８７ａ，８７ｂの出力は保護回路８９に入力される。保護回路８９から保護信号が出力されるとシステムは停止するようになっている。

次に、第２の実施の形態のエレベータの制御装置の動作を説明する。フィルタ８３ａ，８３ｂは共振周波数の電流成分を検出しているので、共振が抑えられなかった場合にはこの成分が増大する。フィルタ８３ａ，８３ｂの出力とあらかじめ過電流検出の設定値としての基準信号とを比較器（ＣＭＰ）８７ａ，８７ｂにて比較する。比較した結果が設定値を越えた場合に比較器８７ａ，８７ｂの出力はアクティブとなる。保護回路８９は比較器８７ａ，８７ｂの出力をＯＲ条件で取り込み、どちらかの信号がアクティブとなれば保護回路８９の出力をアクティブとし、システムを停止させる。なお、保護機能の実現のためには、検出電流Ｉｕ，Ｉｗをハイパスフィルタに通してから比較器に接続する構成にすることも可能である。

以上のように第２の実施の形態によれば、ダンピング抵抗を使用せずに共振を抑制するエレベータの制御装置において、何らかの影響で制御不能状態になった場合には、共振周波数成分を含め高調波成分の電流の大きさを監視し、保護動作をさせることで制御装置の故障を防止することができる。

（第３の実施の形態）次に、本発明の第３の実施の形態について、図６を用いて説明する。第３の実施の形態のエレベータの制御装置の全体の装置構成は図１に示した第１の実施の形態のものと同様である。第３の実施の形態も、演算装置８の内部構成に特徴を有している。図６はその演算装置８の内部構成を表したものであり、図１に示した第１の実施の形態の演算装置８の構成に対して、比較器（ＣＭＰ）８７ａ，８７ｂ、基準信号発生器８８、保護回路８９が追加され、加えて、バンドパスフィルタ（ＦＩＬ２）８１０ａ，８１０ｂが追加されている。

第３の実施の形態では、３相−２相変換器８１の出力を追加されたバンドパスフィルタ（ＦＩＬ２）８１０ａ，８１０ｂに入力し、このバンドパスフィルタ（ＦＩＬ２）８１０ａ，８１０ｂの出力を比較器（ＣＭＰ）８７ａ，８７ｂに入力するようにしてある。比較器（ＣＭＰ）８７ａ，８７ｂではこのフィルタ８１０ａ，８１０ｂの出力を基準信号発生器８８からの基準信号と比較する。保護回路８９の働きは第２の実施の形態と同様である。

次に、第３の実施の形態のエレベータの制御装置の動作を説明する。フィルタ８３ａ，８３ｂは共振周波数の電流成分付近の電流のみを透過するバンドパスフィルタであるので、共振が抑えられなかった場合、この周波数帯域の成分が増大する。フィルタ８１０ａ，８１０ｂをバンドパスフィルタとすることで、共振周波数帯域以外の他の周波数領域のノイズなどは透過を阻止できる。このフィルタ８１０ａ，８１０ｂの出力とあらかじめ過電流検出の設定値として基準信号発生器８８が出力する基準信号とを比較器８７ａ，８７ｂにて比較する。そして比較した結果が設定値を越えた場合、比較器８７ａ，８７ｂの出力をアクティブとする。保護回路８９は比較器８７ａ，８７ｂの出力をＯＲ条件で取り込み、どちらかの信号がアクティブとなれば保護回路８９の出力をアクティブとし、第２の実施の形態と同様にシステムを停止させる。

なお、第３の実施の形態の構成として検出電流Ｉｕ，Ｉｗにバンドパスフィルタを通して比較器に接続する構成にすることも可能である。

以上のように第３の実施の形態によれば、ダンピング抵抗を使用せずに共振を抑制する制御装置において、何らかの影響で制御不能状態になった場合に、共振周波数成分付近の電流の大きさを監視し保護動作させることができ、かつノイズなど共振周波数帯域以外の外乱信号検出による制御装置の誤停止を防止することができる。

（第４の実施の形態）次に、本発明の第４の実施の形態のエレベータの制御装置について、図７を用いて説明する。第４の実施の形態のエレベータの制御装置の全体の装置構成は図１に示した第１の実施の形態のものと同様である。第４の実施の形態も、演算装置８の内部構成に特徴を有している。図７はその演算装置８の内部構成を表したものであり、図１に示した第１の実施の形態の演算装置８の構成に対して、高周波検出器８１１、位相補償補正器８１２が追加されている。ｄ軸信号側及びｑ軸信号側のフィルタ（ＦＩＬ）８３ａ，８３ｂの出力を追加した高周波電流検出器８１１に接続し、その出力を位相補償補正器８１２に入力する。位相補償補正器８１２の出力は補正信号ａ，ｂとてし位相補償器８２ａ，８２ｂに接続し、その設定を変更するようにしている。

次に、第４の実施の形態の動作について説明する。共振周波数は外部の電源状態や構成する回路で多少の周波数変動がある。高周波電流検出器８１１は、フィルタ（ＦＩＬ）８３ａ，８３ｂの出力を周波数ごとの電流レベルとして検出し、検出した周波数と電流レベルを位相補償補正器８１２に出力する。位相補償補正器８１２は、例えば入力した周波数と電流レベルを確認し、あらかじめ設定したカットオフ周波数（ωｃ）付近で一番大きいものを選択して図２、図３に示すフィルタ特性からその周波数成分のＰＩ制御における位相遅れ及びフィルタによる位相進みを算出し、位相補償の設定値を算出する。その結果を補正信号ａ，ｂとして位相補償器８４ａ，８４ｂに出力する。これにより、位相補償器８４ａ，８４ｂは位相補償の設定値を常に最適に保つことができる。

以上のように本発明の第４の実施の形態によれば、エレベータ運転中に共振周波数が変動しても、それに合わせて位相補償を最適値に保つことができ、これによって、ダンピング抵抗を使用せずとも確実に共振を抑制することができ、回路要素として従来必須であったダンピング抵抗を設けなくて済む分、制御装置の小型化が可能となる。

本発明の第１の実施の形態のブロック図。 第１の実施の形態における共振周波数透過フィルタの周波数及び位相特性図。 第１の実施の形態におけるＰＩ制御器の周波数及び位相特性図。 第１の実施の形態による位相補償のベクトル図。 本発明の第２の実施の形態における演算装置のブロック図。 本発明の第３の実施の形態における演算装置のブロック図。 本発明の第４の実施の形態における演算装置のブロック図。 従来例のブロック図。

符号の説明

１…商用電源
２…高調波抑制フィルタ
３…電流検出器
４…コンバータ
５…コンデンサ
６…インバータ
７…モータ
８…演算装置
９…かご
１０…メインロープ
１１…カウンターウエート
１２…コンペン
１３…コンペンシーブ
８１…３相−２相変換器
８２ａ，８２ｂ…ＰＩ制御器
８３ａ，８３ｂ…フィルタ
８４ａ，８４ｂ…位相補償器
８５…２相−３相変換器
８６…ＰＷＭ制御回路
８７ａ，８７ｂ…比較器
８８…基準信号発生器
８９…保護回路
８１０ａ，８１０ｂ…フィルタ
８１１…高周波電流検出器
８１２…位相補償補正器

Claims (4)

1. 商用電源に対して接続されたリアクトル及びコンデンサのみで構成する高調波抑制フィルタと、
   前記高調波抑制フィルタに対して接続された、交流を直流に変換するコンバータと、
   前記コンバータの交流側を流れる電流を検出する交流電流検出手段と、
   前記交流電流検出手段の検出した電流検出信号に基づき、フィードバック制御演算により電圧指令を得る電流制御手段と、
   前記電流検出信号から共振周波数以上を透過する共振周波数透過フィルタと、
   前記電流制御手段の出力する電圧指令に対して前記共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分を相殺するように加算し最終電圧指令を出力する加算手段と、
   前記最終電圧指令に基づき、前記コンバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段とを備えたことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 前記共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分を基準値と比較する比較手段と、当該比較手段による比較結果から、前記共振周波数成分が基準値以上の場合に前記コンバータを保護動作させる保護手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
3. 前記交流電流検出手段の検出した電流検出信号から特定の周波数を透過させる特定周波数透過フィルタと、前記特定周波数透過フィルタの出力信号を基準値と比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果から、前記特定周波数透過フィルタの出力信号が基準値以上の場合に前記コンバータを保護動作させる保護手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
4. 前記加算手段は、前記共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分に対して位相進み補償を与える位相進み補償器と、前記電流制御手段の出力する電圧指令に対して前記位相進み補償器の出力する位相進み補償が与えられた共振周波数成分を相殺するように加算し最終電圧指令を出力する加算器とで構成し、
   前記共振周波数透過フィルタの出力する共振周波数成分に対して周波数と信号レベルを検出する高周波電流検出手段と、前記高周波電流検出手段により検出した周波数と信号レベルから前記位相進み補償の最適設定値を演算し、前記位相進み補償器の設定値を補正する位相補償補正手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエレベータの制御装置。
   
   

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