JP5179727B2

JP5179727B2 - エレベータの制御装置

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Publication number: JP5179727B2
Application number: JP2006176224A
Authority: JP
Inventors: 裕一坂野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: JP2008007211A

Description

この発明は、エレベータの省エネ運転ができ、電力蓄積装置を具備するエレベータの制御装置に関するものである。

従来のエレベータの制御装置は、交流電力を整流して直流電力に変換する整流器と、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータと、整流器とインバータ間を接続する直流母線と、可変電圧可変周波数の交流電力によりエレベータを駆動する電動機と、エレベータの起動、停止を決定するとともに、その位置指令、速度指令を作成するコントローラと、インバータの出力側の電流を検出する電流検出装置と、電動機に駆動される巻上機の速度を検出するエンコーダと、コントローラからの位置指令、速度指令に基づいて、電流検出装置からの電流帰還、及びエンコーダからの速度帰還により、電動機を回転駆動してエレベータの位置、及び速度を制御するインバータ制御回路と、インバータの出力電圧、及び周波数を制御するゲートドライブ回路と、エレベータの所要電力を演算する所要電力演算回路と、直流母線間に並列に接続され、所要電力演算回路からの信号に基づいて、エレベータの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、エレベータの力行運転時に蓄積された直流電力を直流母線へ供給する複数の電力蓄積装置とを備えたものである（例えば、特許文献１参照）。

このエレベータの制御装置によれば、エレベータ容量に応じた個数の蓄電デバイスを制限なく利用することができ、より大容量のエレベータにおいて発生する回生電力を無駄にすることなくすべて充電し、力行運転時に再利用して高い省エネ効果を実現するとともに、電力需要ピーク時の電力消費量の削減要求に応えることができ、電気料金をより安価にすることで、運転電力費用を低減できるものである。

特開２００３−３１２９５２号公報

１台の電力蓄積装置における１組の蓄電池群の直列接続数は、整流器が出力する電圧よりも低くなるように設定されており、必要な電池容量がこの直列接続だけでは満足しないとき、複数組の蓄電池群を用いている。そして、回生電力を蓄電池に充電するため、満充電でない充電状態で連続使用しなければならないので、蓄電池内部に不活性物質が生成され、蓄電池の見掛け上の電池容量が低下する問題がある。
そこで、蓄電装置に対して一旦満充電状態まで定電流充電を行うことにより、電池容量の低下を防止することができる。しかし、複数組の蓄電池群を並列接続した状態で定電流充電すると、各蓄電池群のインピーダンスのばらつきにより各蓄電池群に流れる充電電流がばらつき、蓄電池群のなかには過充電に達してしまうものがでてくる。
このように、このエレベータの制御装置では、蓄電池に均一に、且つ蓄電池に充分な電力を充電し難いという問題がある。

この発明の目的は、蓄電池に均一に、且つ蓄電池に充分な電力を充電し易いエレベータの制御装置を提供することである。

この発明に係わるエレベータの制御装置は、エレベータの力行運転時に交流電力が変換されて直流母線に出力された直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動し且つエレベータの回生運転時に上記電動機で発電された回生電力を直流電力に変換して上記直流母線に出力する電力変換装置およびエレベータの回生運転時に上記直流母線の直流電力を充電し、エレベータの力行運転時に充電された直流電力を直流母線に放電する電力蓄積装置を備えるエレベータの制御装置において、上記電力蓄積装置は、直流電力を充放電される蓄電装置と、充電用の直流電力を出力する充電用電源と、上記蓄電装置との間で直流電力を充放電する充放電回路と、を備え、上記蓄電装置は、上記力行運転時あるいは上記回生運転時において、上記直流母線との間で充放電する場合には並列接続され、上記力行運転時および上記回生運転時でない状態において、上記充電用の直流電力で充電する場合には直列接続される複数の蓄電池群と、上記複数の蓄電池群の接続を切り替える切替手段と、を有し、上記切替手段は、上記複数の蓄電池群の正極端子それぞれと負極端子それぞれを接続する並列接続用スイッチ群と、各上記蓄電池群の正極と異なる上記蓄電池群の負極を接続する直列接続用スイッチ群と、上記並列接続用スイッチ群と上記直列接続スイッチ群とを同時に閉じることのないようにして開閉するスイッチ制御手段と、を備え、上記スイッチ制御手段は、上記充放電回路を上記直流母線および充電用電源から切り離さないと、上記並列接続用スイッチ群および上記直列接続用スイッチ群の開閉制御ができないものである。

この発明に係わるエレベータの制御装置の効果は、均等充電時には、複数の蓄電池群を直列に接続し、エレベータの回生運転時または力行運転には、複数の蓄電池群を並列に接続するので、蓄電池群が過電圧になることがなく均等充電を行えるので電池容量の低下を防ぐことができる。

図１は、この発明の実施の形態に係わるエレベータの制御装置が適用されたエレベータの構成図である。
この発明の実施の形態に係わるエレベータの制御装置は、電動機１により駆動される巻上機２に懸架されたロープ３に接続された乗りカゴ４の位置と速度を制御する。
そして、このエレベータの制御装置は、図１に示すように、交流電源５から供給される交流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機１を駆動する電力変換装置６と、エレベータの回生運転時に電力変換装置６からの直流電力を蓄積し、エレベータの力行運転時に蓄積された直流電力を電力変換装置６へ供給する電力蓄積装置７と、巻上機２の速度を検出するエンコーダ８と、エレベータの起動、停止を決定するとともに、その位置指令、速度指令を作成するコントローラ９と、を備える。

電力変換装置６は、交流電力を整流して直流電力に変換する整流器１１と、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ１２と、整流器１１とインバータ１２間を接続する直流母線１３と、インバータ１２からの回生電力を放電することができる放電回路１４と、インバータ１２の出力側の電流を検出する電流検出装置１５と、を備える。
コントローラ９は、エレベータの起動、停止を決定するとともに、その位置指令、速度指令を作成する制御器１６と、制御器１６からの位置指令および速度指令に基づいてインバータ１２の出力電圧、及び周波数を制御するゲートドライブ回路１７と、を備える。

図２は、この発明の実施の形態に係わる電力貯蔵装置の構成図である。
電力蓄積装置７は、図２に示すように、蓄電装置２１と、充放電回路２２と、直流母線１３との間を開閉するスイッチ２３と、充電用電源２４と、電力蓄積装置７に含まれるスイッチ類を制御するスイッチ制御装置２５と、を備える。スイッチ２３は、例えばコンタクトのような機械式のスイッチである。

充放電回路２２は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子２６、２７とリアクトル２８から構成され、スイッチング素子２７とリアクトル２８を用いて昇圧チョッパが構成され、スイッチング素子２６とリアクトル２８を用いて降圧チョッパが構成されている。
充電用電源２４は、交流電源５から供給される交流電力を蓄電装置２１の３つの蓄電池群３１の定格電圧の３倍以上の電圧の直流電力に変換する逆変換装置２９と、逆変換装置２９から充放電回路２２への入力を開閉するスイッチ３０と、を備える。

図３は、この発明の実施の形態に係わる蓄電装置の構成図である。
蓄電装置２１は、図３に示すように、一点鎖線により囲まれている直列接続された複数の蓄電池を１つの群とし、３つの蓄電池群３１、３２、３３を有している。そして、蓄電装置２１の正極端子２１ａは、第１蓄電池群３１の正極端子３１ａに接続され、蓄電装置２１の負極端子２１ｂは、第３蓄電地群３３の負極端子３３ｂに接続されている。
また、第１蓄電池群３１の正極端子３１ａと第２蓄電池群３２の正極端子３２ａとの間を開閉する第１スイッチ３４、第２蓄電池群３２の正極端子３２ａと第３蓄電池群３３の正極端子３３ａとの間を開閉する第２スイッチ３５、第２蓄電池群３２の正極端子３２ａと第１蓄電池群３１の負極端子３１ｂとの間を開閉する第３スイッチ３６、第３蓄電池群３３の正極端子３３ａと第２蓄電池群３２の負極端子３２ｂとの間を開閉する第４スイッチ３７、第１蓄電池群３１の負極端子３１ｂと第２蓄電池群３２の負極端子３２ｂとの間を開閉する第５スイッチ３８、第２蓄電池群３２の負極端子３２ｂと第３蓄電池群３３の負極端子３３ｂとの間を開閉する第６スイッチ３９を有している。
このスイッチ３４、３５、３６、３７、３８、３９は、例えばコンタクトのような機械的なスイッチでもよいし、スイッチング素子のような電気的なスイッチでもよい。なお、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９をまとめて並列接続用スイッチ群、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９をまとめて直列接続用スイッチ群と称す。

スイッチ制御装置２５は、交流電源５と整流器１１とを開閉するスイッチ１９の状態、コントローラ９からの走行指令、乗りカゴ停止信号、均等充電開始指令および均等充電終了指令が入力され、スイッチ２３、スイッチ３０、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第３スイッチ３６、第４スイッチ３７、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９の開閉を制御する。
なお、スイッチ制御装置２５は、スイッチ２３およびスイッチ３０が開放されていないときには、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第３スイッチ３６、第４スイッチ３７、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９の開閉制御ができない。そして、スイッチ２３およびスイッチ３０を開放して、直流母線１３および充電用電源２４を充放電回路２２から切り離すことにより、外部から電圧が加わっている状態で、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第３スイッチ３６、第４スイッチ３７、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９を開閉することを防げる。
なお、並列接続用スイッチ群、直列接続用スイッチ群およびスイッチ制御手段としてのスイッチ制御装置２５をまとめて切替手段と称す。

スイッチ制御装置２５は、蓄電地群３１、３２、３３の短絡は大変危険であるので、スイッチ操作により蓄電池群３１、３２、３３を短絡する経路が発生しないようにインターロックをかける。
エレベータおよび蓄電装置２１を合わせた運転状態は、４つある。第１の運転状態は、エレベータの電源が遮断状態にあり、蓄電装置２１が独立状態にある。第２の運転状態は、エレベータの電源の状態に係わりなく、蓄電装置２１が独立状態にある。第３の運転状態は、エレベータの電源が供給状態にあるとともに乗りカゴ４が停止中であり、蓄電装置２１が直流母線１３から分離されている状態である。第４の運転状態は、エレベータの電源が供給状態にあるとともに乗りカゴ４が走行中であり、蓄電装置２１が直流母線１３に接続されている状態である。

図４は、４つの運転状態のときの各スイッチの開閉の設定を示す図である。
ここで、各運転状態のときのスイッチの開閉状態を図４を参照して説明する。
第１の運転状態では、図４に示すように、スイッチ２３が開かれており蓄電装置２１は直流母線１３から分離されている。また、スイッチ３０が開かれており充電用電源２４からの出力がない。また、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９が閉じられ、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７が開かれており、３つの蓄電池群３１、３２、３３が並列接続されている。

第２の運転状態では、スイッチ２３が開かれており蓄電装置２１は直流母線１３から分離されている。また、スイッチ３０が閉じられており充電用電源２４が高圧の直流電力が出力されている。また、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９が開かれ、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７が閉じられており、３つの蓄電池群３１、３２、３３が直列接続されている。

第３の運転状態では、スイッチ２３が開かれており蓄電装置２１は直流母線１３から分離されている。また、スイッチ３０が開かれており充電用電源２４からの出力がない。また、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第３スイッチ３６、第４スイッチ３７、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９が開かれており、３つの蓄電池群３１、３２、３３が独立している。

第４の運転状態では、スイッチ２３が閉じられており蓄電装置２１は直流母線１３に接続されている。また、スイッチ３０が開かれており充電用電源２４からの出力がない。また、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９が閉じられ、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７が開かれており、３つの蓄電池群３１、３２、３３が並列接続されている。

図５は、４つの運転状態間の移行の様子を説明するための図である。
次に、４つの運転状態を移行するときの、スイッチ類の操作について、図４、図５を参照して説明する。
スイッチ１９が閉じられ、エレベータの電源が投入されたとき、第１の運転状態から第３の運転状態に移行する。このとき、スイッチ２３を開き、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７を開く。逆に、スイッチ１９が開かれてエレベータの電源が遮断されたとき、第３の運転状態から第１の運転状態に移行する。このとき、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７を閉じる。
エレベータの走行指令が入力されたとき、第３の運転状態から第４の運転状態に移行する。このとき、スイッチ２３を閉じ、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９を閉じる。
また、エレベータの乗りカゴ４が停止したとき、第４の運転状態から第３の運転状態に移行する。このとき、スイッチ２３が開かれ、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９を開く。

均等充電開始指令が入力されたとき、第１の運転状態に在る場合には第２の運転状態に移行する。このとき、スイッチ３０を閉じる。
また、均等充電開始指令が入力されたときに第３の運転状態に在る場合にも第２の運転状態に移行する。このとき、スイッチ３０を閉じ、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７を閉じる。
また、均等充電開始指令が入力されたときに第４の運転状態に在る場合には、第３の運転状態に移行するまで待機する。

均等充電終了指令が入力されたとき、エレベータの電源が供給されていれば、第３の運転状態に移行する。このとき、スイッチ３０を開き、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７を開く。また、均等充電終了指令が入力されたとき、エレベータの電源が遮断されていれば、第１の運転状態に移行する。このとき、スイッチ３０を開く。

このように蓄電池群３１、３２、３３を並列接続から直列接続、直列接続から並列接続に切り替えるとき、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第３スイッチ３６、第４スイッチ３７、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９が一旦開かれるので、蓄電池群３１、３２、３３の両端が短絡することがない。

次に、電力蓄積装置７を用いて電力変換装置６が回生、力行運転するときについて説明する。
エレベータの乗りカゴ４が走行しているときに、蓄電装置２１からの充放電を行うことにより、省エネ運転を行う場合、スイッチ２３を閉じて、リアクトル２８とスイッチング素子２７を用いた昇圧チョッパによって蓄電装置２１から直流母線１３に直流電力が放電される。
また、リアクトル２８とスイッチング素子２６を用いた降圧チョッパによって直流母線１３から蓄電装置２１に直流電力が充電される。
このことにより、エレベータが回生運転状態の場合、電動機１で発生した回生電力を直流母線１３を経由して蓄電装置２１に充電することができる。また、エレベータが力行運転状態の場合、蓄電装置２１に蓄えられる直流電力をインバータ１２により可変電圧可変周波数の交流電力として電動機１に供給することができる。

そして、エレベータが力行運転状態および回生運転状態のとき、蓄電装置２１において、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９を閉じ、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７を開くことにより、３つの蓄電池群３１、３２、３３は並列接続される。このように３つの蓄電池群３１、３２、３３が並列接続されると、１つの蓄電池群のときの３倍の電流で充放電することができる。このような蓄電装置２１をより大容量の電動機１を使用するエレベータに適用することにより、発生する回生電力をすべて受け入れることができ、回生電力を緻密に充電することができるので、省エネ効果が増加する。

また、電動機１の容量がさらに大きくなった場合には、蓄電池群とスイッチを増設することにより、４つの以上の蓄電池群を並列接続することができ、より大きな回生電力を受け入れることができる。

蓄電装置２１が満充電状態のときには、回生電力は放電回路１４にて放電する。
交流電源５の停電を検出する図示しない停電検出装置にて停電を検出したときには、エレベータの制御装置および電力蓄積装置７に指令を送り、停電時のエレベータ制御、充放電制御を行う。

次に、蓄電装置２１の電池容量の劣化を防止するために行う均等充電について説明する。
蓄電装置２１に蓄電池を使用しており、回生電力を蓄電池に充電するため、満充電でない充電状態で連続使用しているので、蓄電池内部に不活性物質が生成され、蓄電池の見掛け上の電池容量が低下する問題がある。そこで、蓄電装置２１に対して一旦満充電状態まで定電流充電を行うことにより、電池容量の低下を防止することができる。しかし、蓄電池群３１、３２、３３を並列接続した状態で定電流充電すると、各蓄電池群３１、３２、３３のインピーダンスのばらつきにより各蓄電池群３１、３２、３３に流れる充電電流がばらつき、蓄電池群３１、３２、３３のなかには過充電に達してしまう可能性があるものがある。

そこで、この蓄電装置２１では、一旦満充電状態まで充電するとき、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９を開き、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７を閉じて、３つの蓄電池群３１、３２、３３を直列接続する。この状態で定電流充電すると、各蓄電池群３１、３２、３３に流れる充電電流は等しくなるので、各蓄電池群３１、３２、３３が均一に充電され、過充電に達する可能性を防止することができる。これを均等充電と称す。

均等充電を実施する際に、蓄電池群３１、３２、３３を直列接続するため、蓄電装置２１の端子間電圧は、直流母線１３の電圧より高くなる。そのため、直流母線１３の電圧を降圧する回路では、蓄電装置２１に充電することが不可能であるので、充電用電源２４から定電流充電する。このときは、スイッチ２３を開くとともに、スイッチ３０を閉じて逆変換装置２９から高圧電圧の直流電力を出力する。そして、リアクトル２８とスイッチング素子２６で降圧チョッパを駆動することにより、定電流で充電することができる。

このように大電力で複雑な充放電回路を設けることより、簡易な充放電回路２２と簡易な充電用電源２４を設ける方が、回路が簡素であるために、電力の損失や故障率が低く抑えることができる。

エレベータの電源が遮断されているときは、スイッチ２３を開き、蓄電装置２１を直流母線１３から分離している。そして、第１スイッチ３４、第２スイッチ３５、第５スイッチ３８および第６スイッチ３９を開き、第３スイッチ３６および第４スイッチ３７を閉じて、３つの蓄電池群３１、３２、３３が直列接続されている。このように、エレベータの電源が遮断状態のときに、蓄電装置２１を独立して充電することができる。

この発明の実施の形態に係わるエレベータの制御装置が適用されたエレベータの構成図である。この発明の実施の形態に係わる電力貯蔵装置の構成図である。この発明の実施の形態に係わる蓄電装置の構成図である。４つの運転状態のときの各スイッチの開閉の設定を示す図である。４つの運転状態間の移行の様子を説明するための図である。

符号の説明

１電動機、２巻上機、３ロープ、４乗りカゴ、５交流電源、６電力変換装置、７電力蓄積装置、８エンコーダ、９コントローラ、１１整流器、１２インバータ、１３直流母線、１４放電回路、１５電流検出装置、１６制御器、１７ゲートドライブ回路、１９、２３、３０、３４、３５、３６、３７、３８、３９スイッチ、２１蓄電装置、２１ａ正極端子、２１ｂ負極端子、２２充放電回路、２４充電用電源、２５スイッチ制御装置、２６、２７スイッチング素子、２８リアクトル、２９逆変換装置、３１、３２、３３蓄電池群、３１ａ、３２ａ、３３ａ正極端子、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ負極端子。

Claims

交流電力が変換されて直流母線に出力された直流電力をエレベータの力行運転時に可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機を駆動し且つエレベータの回生運転時に上記電動機で発電された交流電力を直流電力に変換して上記直流母線に出力する電力変換装置およびエレベータの回生運転時に上記直流母線の直流電力を充電し、エレベータの力行運転時に充電されている直流電力を直流母線に放電する電力蓄積装置を備えるエレベータの制御装置において、
上記電力蓄積装置は、
直流電力が充放電される蓄電装置と、
充電用の直流電力を出力する充電用電源と、
上記蓄電装置の充放電を制御する充放電回路と、
を備え、
上記蓄電装置は、
上記力行運転時あるいは上記回生運転時において、上記直流母線との間で充放電する場合には並列接続され、上記力行運転時および上記回生運転時でない状態において、上記充電用の直流電力で充電する場合には直列接続される複数の蓄電池群と、
上記複数の蓄電池群の接続を切り替える切替手段と、
を有し、
上記切替手段は、上記複数の蓄電池群の正極端子それぞれと負極端子それぞれを接続する並列接続用スイッチ群と、各上記蓄電池群の正極と異なる上記蓄電池群の負極を接続する直列接続用スイッチ群と、上記並列接続用スイッチ群と上記直列接続スイッチ群とを同時に閉じることのないようにして開閉するスイッチ制御手段と、を備え、
上記スイッチ制御手段は、上記充放電回路を上記直流母線および充電用電源から切り離さないと、上記並列接続用スイッチ群および上記直列接続用スイッチ群の開閉制御ができない
ことを特徴とするエレベータの制御装置。
上記スイッチ制御手段は、エレベータの電源が供給されており、且つ乗りカゴが走行中のときには上記乗りカゴが停止しないと上記充電用の直流電力を用いて充電できないことを特徴とする請求項１に記載するエレベータの制御装置。