JP4503750B2 - AC elevator power supply - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流エレベータの電源装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パワーエレクトロニクス素子及びそれを制御する技術の進歩により、インバータを用いて誘導電動機に可変電圧・可変周波数の交流電力を供給して速度制御を行い、エレベータかごを運転させるものが採用されている。
【０００３】
即ち、図２に示すように、第1の接触器の接点３ａが閉じると商用電源１からコンバータ２を通じてインバータ３に電力が供給されるとともに、抵抗Rbを通じてコンデンサＣを充電する。そして、コンデンサＣの両端電圧Vabが所定の電圧になると第２の接触器の接点２ａが閉路し抵抗Ｒｂを短絡してエレベータの運転準備を完了させる。エレベータの運転については、商用電源１から接点３ａ、コンバータ２、接点２ａ及びインバータ３を通じて誘導電動機ＩＭに電流が供給されるが、この電流は理想的な速度指令４とパルス発生器ＰＧからの実際のエレベータかご５の速度との突き合わせによる速度調節器６を介して可変周波数電流指令演算部７からの指令により、正弦波ＰＷＭ制御装置８を介してインバータ３が操作されて、エレベータかご５が適当に速度制御されるものである。ここで、９は釣合い重りである。
【０００４】
ところで、誘導電動機ＩＭにより運転されるエレベータの場合は、エレベータかご５に定員いっぱい乗客が乗っている時や、誰も乗っておらず乗場呼びに応じて空かごとして運転される時など、その都度負荷が大幅に変動するが、特に下げ荷運転の場合には電力を回生しなければならず、通常抵抗Ｒによって熱として消費しているのが一般的で、電力の無駄づかいが多かった。又、当然負荷の大きな場合でも不都合なことが生じないように、予め電源容量に余裕を見て設計するのが普通である。
したがって、電源回線なども太い電線を使用したりしなければならなかった。
【０００５】
このため、最近になって出願人は次に述べるような回生電力を無駄にしない効率の良い電源装置について提案をしている。
【０００６】
即ち、図３はこの電源装置の回路図、図４は図３に示す回路の制御ブロック線図である。
【０００７】
図中、図２と同一符号のものは同一のものを示すが、１０は電源回路で、Tr1とTr2はトランジスタ、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、Ｅは例えばニッケル水素畜電池のようなバッテリーで、このバッテリーＥは例えば単電池８個を直列に接続したものを１郡電池（１ユニット）として、エレベータの容量に応じて所定の郡電池数を適宜決定する。ＱはバッテリーＥの充電量を検出する容量計、Ｌは昇圧用のコイル、ＲＴは電流検出器、１１は停電時などの非常時にバッテリーＥから、マイコン等の制御電源としても利用する非常電源、１２は万一この電源回路１０が故障した場合に切り離すための非常接点である。
【０００８】
この電源回路１０は図４に示すように、インバータ３の入力電圧Vabの定電圧制御を行うもので、一定の電圧指令に対し、インバータ３の入力電圧Vabを負帰還させて突き合わせ制御を行う。
この偏差信号ｅが伝達関数Ｇ１及びリミッター回路２０を介して電流指令を作り出し、電流検出器ＲＴからの電流帰還と突き合わせ、伝達関数Ｇ２を通じて比較器２１に入力させる。
【０００９】
この比較器２１では、例えば三角波発生器２２からの三角波αと伝達関数Ｇ２からの出力信号を比較することにより、トランジスタTr1,Tr2の制御信号βを作り出している。トランジスタTr2の前段には否定素子２３を接続しているので、トランジスタTr1とTr2が同時にＯＮすることはない。
【００１０】
今仮に、商用電源１が２００Ｖとすると、コンバータ２を経た電圧は通常２８０V程度になるが、ここで、図４の電圧指令を３５０V程度に設定すれば、電源回路１０の制御系はインバータ３の入力電圧Vabを３５０Ｖに維持しようと電圧制御される。
【００１１】
即ち、入力電圧Vabが３５０Ｖの場合は、偏差信号eはゼロであり、リミッター回路２０を通じた電流指令ｉもゼロとなり、比較器２１の出力は図５に示す波形となる。
【００１２】
つまり、トランジスタTr1とTr2を同じ時間交互にＯN状態に導く制御信号βを比較器２１は出力するので、バッテリーＥは充電と放電を同じ時間づつ交互に繰り返して、インバータ３の入力電圧Vabを３５０Ｖに維持しようとする。
【００１３】
そして、万一入力電圧Vabが３５０Ｖよりも低くなれば、比較器２１の出力は図６（ａ）に示す状態になり、トランジスタTr1をＯN状態にする時間が短く、トランジスタTr2をＯN状態にする時間が長くなり、結局バッテリーＥからの放電を優先させることになる。
【００１４】
一方、入力電圧Vabが３５０Ｖよりも高くなれば、今度は比較器２１の出力は図６（ｂ）に示す状態になり、トランジスタTr2をＯN状態にする時間が短く、トランジスタTr1をＯＮ状態にする時間が長くなり、結局バッテリーＥへの充電を優先させて、指令電圧を維持しようと電圧制御される。
【００１５】
因みに、バッテリーＥを放電させる場合の通常のルートはバッテリーE、電流検出器ＲＴ、コイルＬ、トランジスタTr2、バッテリーＥであり、一方バッテリーＥを充電させる場合の通常のルートは端子ａ、接点１２、トランジスタTr1、コイルＬ、電流検出器ＲＴ、バッテリーＥ、端子ｂである。そして、各トランジスタTr1,Tr2のＯＦＦ時にはダイオードＤ２或いはＤ１を通じてコイルＬによるバッテリーＥの充電・放電電流が瞬間的に流れる。
【００１６】
ここで、容量計Ｑによって検出されるバッテリーＥの充電状態が例えば３０%以下の場合には、リミッター回路２０の放電側のリミッター値をゼロにして、制御系としては充電のみを行わせ、またバッテリーＥの充電状態が例えば８０%以上の場合には、リミッター回路２０の充電側のリミッター値をゼロにして、放電のみを行わせるようにすれば、過充電や完全放電を防ぐことでバッテリーの寿命を延ばすことが可能である。
【００１７】
エレベータ停止時に商用電源からバッテリーに充電を行うことで、容量計Ｑによって検出される充電状態を例えば６０％程度になるようにすれば、バッテリーの充電状態を最良な状態に維持させることができる。（万一６０％を超える状態であれば、非常電源１１のようにバッテリーから交流電源を作り、制御電源として使用すれば良い。）
因みに、最良な状態とは、次のエレベータの運転が回生運転・駆動運転の何れであってもバッテリーの充電・放電が自由に行える状態を意味する。
【００１８】
そして、万一インバータ３の入力電圧Vabが高くなりすぎた場合は、トランジスタTr3をＯＮさせて、抵抗Ｒで回生電力を消費させるようにする。
【００１９】
このリミッター回路２０のリミッター値の操作は、前述のバッテリーＥの充電状態だけでなく、エレベータの運転状態に応じて変化させる事も可能である。
平日や休日、或いは時間帯によってバッテリーＥの充電量における適量を変化させても良い。即ち、例えばオフィスビルの出勤時などの力行運転の連続が予想される場合には、バッテリーＥの充電量を多目にして、補助電源としての利用を優先し、逆にお昼のような回生運転の連続が予想される場合は、バッテリーＥの充電量を低目に抑えて回生動作を優先させる。そして、通常時は力行・回生がほぼ交互に行われるので、バッテリーＥの充電量を６０%程度に設定する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような装置において、コンデンサＣの両端電圧VabがバッテリＥの電圧よりも低い場合に、電源装置１０の出力接点１ａが閉じると、限流要素がコイルＬのみで、ダイオードＤ１を通じてコンデンサＣを充電する突入電流が流れるため、ダイオードＤ１を破壊してしまうことがある。このため、この出力接点１ａに並列に抵抗Ｒａを接続して、コンデンサＣをこの抵抗Ｒａを通じて予め前充電しておいてから出力接点１ａを閉路させなければならなかった。
【００２１】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、前充電回路がなくても適正に突入電流を抑制できるとともに、回生電力を無駄にしない効率の良い電源装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、商用電源と、接触器の接点を通じて商用電源からの電力により、インバータを介してエレベータ電動機が制御され、前記インバータにはコンデンサーと出力接点を有する電源装置とが並列に接続され、該電源装置は充電／放電が可能なバッテリーと、該バッテリーに充電と放電を行なわしめるための充電回路と放電回路と、該充電回路を閉路するための充電制御素子と、前記放電回路を閉路するための放電制御素子とを含み、前記電源装置の前記出力接点を通じて前記コンデンサーに接続され、前記充電制御素子と前記放電制御素子のオン／オフで前記充電／放電回路の動作を制御することにより、商用電源の全波整流電圧より高い一定の電圧に相当する値の電圧指令を目標値として前記インバータへの入力電力を制御する制御回路とを備え、該制御回路は前記充電制御素子と前記放電制御素子を交互にオン／オフすることで、前記電動機からの回生電力によって前記バッテリーを充電すると共に、該バッテリーの発生電力を前記インバータに供給する交流エレベータにおいて、前記バッテリーへの充電或いは放電を指示する働きを持つリミッターを有する電流指令回路と前記インバータの入力電圧と前記バッテリーの端子電圧とを比較する比較器を設け、前記入力電圧が前記端子電圧以上になったとき前記出力接点を閉じるものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、簡単な回路で突入電流を抑制しながら電力を無駄にしない電源装置を備えるものである。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施例を示す電源装置の回路図、図中図２及び図３と同一符号のものは同一のものを示すが、３０は端子ａの電圧VabとバッテリーＥの端子ｄの電圧Vdbとを比較する比較器で、Vab≧Vdbのとき出力を発し、電源装置１０の出力接点１ａを閉路する。
【００２５】
即ち、インバータ３の入力電圧VabとバッテリーＥの電圧Vdbとを比較して電圧Vabの方が高くなった時に出力接点１ａを閉じるため、バッテリーＥからの突入電流を適正に抑制できることになり、前充電用の抵抗Ｒａは不要となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、抑制用の抵抗がなくてもバッテリーからの突入電流を自動的に抑制できるとともに、エレベータの通常の運転を通じて適宜回生電力を吸収する。又、駆動電力を適宜補いながらバッテリーへの充電・放電動作が適確に行われるため、何時停電になっても困ることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す電源装置の回路図である。
【図２】従来の交流エレベータの制御装置の一例を示す概略図である。
【図３】新しい電源装置の回路図である。
【図４】図３に示す回路の制御ブロック線図である。
【図５】図４の各部の信号を示す図である。
【図６】図４の各部の信号を示す図である。
【符号の説明】
１ 商用電源
３ インバータ
１０ 電源装置
Ｅ バッテリー
Ｑ 容量計
Tr1,Tr2 トランジスタ
２０、 リミッター回路
２１、３０ 比較器
２２ 三角波発生器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a power supply device for an AC elevator.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, power electronics elements and technologies for controlling them have been used to control the speed of inverter motors by supplying variable voltage / variable frequency AC power to induction motors to drive elevator cars. .
[0003]
That is, as shown in FIG. 2, when the contact 3a of the first contactor is closed, power is supplied from the commercial power source 1 to the inverter 3 through the converter 2, and the capacitor C is charged through the resistor Rb. When the voltage Vab across the capacitor C reaches a predetermined voltage, the contact 2a of the second contactor is closed and the resistor Rb is short-circuited to complete the preparation for operation of the elevator. As for the operation of the elevator, a current is supplied from the commercial power source 1 to the induction motor IM through the contact 3a, the converter 2, the contact 2a and the inverter 3, and this current is actually transmitted from the ideal speed command 4 and the pulse generator PG. When the inverter 3 is operated via the sine wave PWM controller 8 in accordance with a command from the variable frequency current command calculation unit 7 via the speed regulator 6 by matching with the speed of the elevator car 5, the elevator car 5 is appropriately selected. The speed is controlled automatically. Here, 9 is a counterweight.
[0004]
By the way, in the case of an elevator driven by the induction motor IM, each time, for example, when there are full passengers in the elevator car 5, or when no one is on board and the car is driven as an empty car according to the hall call, etc. Although the load fluctuates greatly, the power must be regenerated especially in the case of a down load operation, and is usually consumed as heat by the resistance R, and the power is often wasted. Of course, it is usual to design the power supply capacity in advance so that no inconvenience occurs even when the load is large.
Therefore, it was necessary to use a thick electric wire for the power line.
[0005]
For this reason, the applicant has recently proposed an efficient power supply apparatus that does not waste regenerative power as described below.
[0006]
3 is a circuit diagram of the power supply apparatus, and FIG. 4 is a control block diagram of the circuit shown in FIG.
[0007]
In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components, but 10 is a power supply circuit, Tr1 and Tr2 are transistors, D1 and D2 are diodes, and E is a battery such as a nickel metal hydride battery. As the battery E, for example, one unit battery (one unit) obtained by connecting eight unit cells in series is appropriately determined according to the capacity of the elevator. Q is a capacity meter that detects the amount of charge of the battery E, L is a boosting coil, RT is a current detector, 11 is an emergency power source that is also used as a control power source for a microcomputer, etc. from the battery E in an emergency such as a power failure, Reference numeral 12 denotes an emergency contact for disconnection in the event that the power supply circuit 10 fails.
[0008]
As shown in FIG. 4, the power supply circuit 10 performs constant voltage control of the input voltage Vab of the inverter 3, and performs matching control by negatively feeding back the input voltage Vab of the inverter 3 to a constant voltage command.
The deviation signal e creates a current command via the transfer function G1 and the limiter circuit 20, matches the current command from the current detector RT, and inputs it to the comparator 21 through the transfer function G2.
[0009]
In the comparator 21, for example, the control signal β of the transistors Tr1 and Tr2 is generated by comparing the triangular wave α from the triangular wave generator 22 with the output signal from the transfer function G2. Since the negative element 23 is connected to the previous stage of the transistor Tr2, the transistors Tr1 and Tr2 are not simultaneously turned on.
[0010]
If the commercial power source 1 is 200V, the voltage passed through the converter 2 is normally about 280V. Here, if the voltage command of FIG. The voltage is controlled to maintain the input voltage Vab at 350V.
[0011]
That is, when the input voltage Vab is 350 V, the deviation signal e is zero, the current command i through the limiter circuit 20 is also zero, and the output of the comparator 21 has the waveform shown in FIG.
[0012]
That is, since the comparator 21 outputs a control signal β that alternately turns the transistors Tr1 and Tr2 into the ON state for the same time, the battery E alternately repeats charging and discharging at the same time, and the input voltage Vab of the inverter 3 is set to 350V. Try to keep on.
[0013]
If the input voltage Vab becomes lower than 350 V, the output of the comparator 21 is in the state shown in FIG. 6A, the time for turning on the transistor Tr1 is short, and the transistor Tr2 is turned on. The time becomes longer, and eventually discharge from the battery E is prioritized.
[0014]
On the other hand, if the input voltage Vab is higher than 350 V, the output of the comparator 21 will be in the state shown in FIG. 6B, the time for turning on the transistor Tr2 is short, and the transistor Tr1 is turned on. The time is long, and voltage control is performed to maintain the command voltage by giving priority to the charging of the battery E.
[0015]
Incidentally, the normal route for discharging the battery E is the battery E, the current detector RT, the coil L, the transistor Tr2, and the battery E. On the other hand, the normal route for charging the battery E is the terminal a, the contact 12, The transistor Tr1, the coil L, the current detector RT, the battery E, and the terminal b. When the transistors Tr1 and Tr2 are OFF, the charging / discharging current of the battery E by the coil L flows instantaneously through the diode D2 or D1.
[0016]
Here, when the charging state of the battery E detected by the capacity meter Q is, for example, 30% or less, the limiter value on the discharge side of the limiter circuit 20 is set to zero, and the control system performs only charging. For example, when the charge state of the battery E is 80% or more, the limiter value on the charge side of the limiter circuit 20 is set to zero so that only discharge is performed, thereby preventing overcharge and complete discharge. It is possible to extend the life.
[0017]
By charging the battery from the commercial power source when the elevator is stopped, the state of charge of the battery can be maintained at the optimum state by setting the state of charge detected by the capacity meter Q to, for example, about 60%. (If it exceeds 60%, an AC power source may be made from a battery like the emergency power source 11 and used as a control power source.)
Incidentally, the best state means a state where the battery can be freely charged / discharged regardless of whether the next elevator operation is a regenerative operation or a driving operation.
[0018]
If the input voltage Vab of the inverter 3 becomes too high, the transistor Tr3 is turned on and the regenerative power is consumed by the resistor R.
[0019]
The operation of the limiter value of the limiter circuit 20 can be changed according to not only the above-described charging state of the battery E but also the operating state of the elevator.
An appropriate amount of the charge amount of the battery E may be changed according to weekdays, holidays, or time zones. That is, for example, when continuous power running is expected, such as when working in an office building, the amount of charge of the battery E is taken into account, giving priority to use as an auxiliary power source, and conversely, regenerative operation like noon. Is expected, the regenerative operation is prioritized by keeping the charge amount of the battery E low. In normal times, power running and regeneration are performed almost alternately, so the charge amount of the battery E is set to about 60%.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a device, when the voltage Vab across the capacitor C is lower than the voltage of the battery E, when the output contact 1a of the power supply device 10 is closed, the current limiting element is only the coil L, and the capacitor C through the diode D1. Since an inrush current charging the battery flows, the diode D1 may be destroyed. For this reason, it is necessary to connect the resistor Ra in parallel to the output contact 1a and precharge the capacitor C through the resistor Ra before closing the output contact 1a.
[0021]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an efficient power supply apparatus that can appropriately suppress an inrush current without a precharge circuit and that does not waste regenerative power.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an elevator motor is controlled through an inverter by a commercial power source and power from the commercial power source through a contact of a contactor, and a capacitor and a power supply device having an output contact are connected in parallel to the inverter, The power supply device includes a battery that can be charged / discharged, a charging circuit and a discharging circuit for charging and discharging the battery, a charge control element for closing the charging circuit, and a circuit for closing the discharging circuit. A discharge control element, connected to the capacitor through the output contact of the power supply device, and controlling the operation of the charge / discharge circuit by turning on / off the charge control element and the discharge control element. A control circuit for controlling the input power to the inverter with a voltage command corresponding to a constant voltage higher than the full-wave rectified voltage of the power supply as a target value And the control circuit alternately turns on and off the charge control element and the discharge control element to charge the battery with regenerative power from the electric motor, and supplies the generated power of the battery to the inverter. In the AC elevator to be supplied , a current command circuit having a limiter having a function of instructing charging or discharging of the battery, a comparator for comparing the input voltage of the inverter and the terminal voltage of the battery are provided, and the input voltage is The output contact is closed when the voltage exceeds the terminal voltage.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention includes a power supply device that suppresses inrush current with a simple circuit and does not waste power.
[0024]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device showing an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 3 denote the same components, but 30 is a voltage Vab of a terminal a and a terminal d of a battery E. The comparator compares the voltage Vdb of the power supply 10 and outputs an output when Vab ≧ Vdb, and closes the output contact 1 a of the power supply device 10.
[0025]
That is, when the input voltage Vab of the inverter 3 and the voltage Vdb of the battery E are compared and the voltage Vab becomes higher, the output contact 1a is closed, so that the inrush current from the battery E can be appropriately suppressed. The charging resistor Ra is not necessary.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the inrush current from the battery can be automatically suppressed even without the resistance for suppression, and the regenerative power is appropriately absorbed through the normal operation of the elevator. In addition, since charging / discharging operation of the battery is appropriately performed while appropriately supplementing the driving power, there is no problem even when a power failure occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a power supply device showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a conventional AC elevator control device.
FIG. 3 is a circuit diagram of a new power supply device.
4 is a control block diagram of the circuit shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing signals at various parts in FIG. 4;
6 is a diagram showing signals at various parts in FIG. 4. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Commercial power supply 3 Inverter 10 Power supply E Battery Q Capacity meter
Tr1, Tr2 transistor 20, limiter circuit 21, 30 comparator 22 triangular wave generator

Claims (1)

商用電源と、接触器の接点を通じて商用電源からの電力により、インバータを介してエレベータ電動機が制御され、前記インバータにはコンデンサーと出力接点を有する電源装置とが並列に接続され、該電源装置は充電／放電が可能なバッテリーと、該バッテリーに充電と放電を行なわしめるための充電回路と放電回路と、該充電回路を閉路するための充電制御素子と、前記放電回路を閉路するための放電制御素子とを含み、前記電源装置の前記出力接点を通じて前記コンデンサーに接続され、前記充電制御素子と前記放電制御素子のオン／オフで前記充電／放電回路の動作を制御することにより、商用電源の全波整流電圧より高い一定の電圧に相当する値の電圧指令を目標値として前記インバータへの入力電力を制御する制御回路とを備え、該制御回路は前記充電制御素子と前記放電制御素子を交互にオン／オフすることで、前記電動機からの回生電力によって前記バッテリーを充電すると共に、該バッテリーの発生電力を前記インバータに供給する交流エレベータにおいて、前記バッテリーへの充電或いは放電を指示する働きを持つリミッターを有する電流指令回路と前記インバータの入力電圧と前記バッテリーの端子電圧とを比較する比較器を設け、前記入力電圧が前記端子電圧以上になったとき前記出力接点を閉じることを特徴とする交流エレベータの電源装置。The elevator motor is controlled through an inverter by the commercial power supply and the electric power from the commercial power supply through the contact of the contactor, and a capacitor and a power supply device having an output contact are connected in parallel to the inverter, and the power supply device is charged. / Dischargeable battery, charging circuit and discharging circuit for charging and discharging the battery, charging control element for closing the charging circuit, and discharging control element for closing the discharging circuit And is connected to the capacitor through the output contact of the power supply device, and controls the operation of the charge / discharge circuit by turning on / off the charge control element and the discharge control element, thereby A control circuit that controls input power to the inverter with a voltage command of a value corresponding to a constant voltage higher than the rectified voltage as a target value. The control circuit alternately turns on and off the charge control element and the discharge control element, thereby charging the battery with regenerative power from the electric motor and supplying the generated power of the battery to the inverter. A current command circuit having a limiter having a function of instructing charging or discharging of the battery, and a comparator for comparing the input voltage of the inverter and the terminal voltage of the battery, wherein the input voltage is equal to or higher than the terminal voltage. The power supply device for an AC elevator closes the output contact when

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