JP5194788B2 - 昇降機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータやエスカレータ等の昇降機を駆動する制御装置に関するものである。

従来、エレベータにおいては、図３に示す様に、エレベータかご１０と釣合い重り１１を繋ぐロープが綱車９に巻き付けられ、該綱車９を交流電動機５により駆動して、エレベータかご１０の昇降が行なわれる。交流電動機５の駆動は、図示する制御装置によって行なわれている。該制御装置においては、商用電源１からの三相交流が、整流回路２により全波整流され、更に平滑コンデンサ３にてリップル分が吸収されて、直流に変換される。この変換された直流は、インバータ４により所定周波数の交流に変換され、交流電動機５に入力される。インバータ４は複数の半導体素子から構成され、該インバータ４では、制御部６からのトルク指令が駆動回路７に入力され、該駆動回路７によって、前記半導体素子の導通幅(半導体素子がオン(導通)／オフ(遮断)を繰り返す過程でオンとなる期間)が制御される。

一方、エレベータの回生動作時の回生エネルギーは、回生用半導体素子１２と発電制動用抵抗１３とからなる放熱回路により消費される構成になっている。即ち、回生動作時には、駆動回路７からの指令により回生用半導体素子１２がオン／オフを繰り返し、その過程で回生エネルギーの大きさに応じて導通幅が制御され、回生エネルギーが発電制動用抵抗１３の発熱によって消費されるようになっている。

ところで、回生用半導体素子１２がオンとなったままオフに戻らない故障、即ちオン故障が発生した場合には、発電制動用抵抗１３が過熱して火災になる虞があるため、オン故障の発生を検知するべく、発電用制動用抵抗の通電状態を温度検出器などでチェックする方法(日本国特許第３３６９８９０号公報)、回生用半導体素子として使用されるトランジスタのコレクタ電圧をチェックする方法(日本国公開特許公報２００２−１９１１７８号)、前述のトランジスタのベース信号とコレクタ信号との同期をチェックする方法(日本国公開特許公報平１１−１９９１４８号)等、種々の安全対策が提案されている。

しかしながら、何れの方法も、ハードウェアを用いてオン故障の発生を検知するものであるから、ハードウェアの追加装備によって装置構成が複雑となり、コストも嵩む問題があった。

そこで本発明の目的は、昇降機の制御装置において、新たなハードウェアを追加することなく、回生用半導体素子のオン故障を検知して、適切な安全対策を施すことである。

本発明は、予め定められた速度指令信号と実際の走行速度に対応する速度信号との差信号から得られるトルク指令に従ってインバータを制御し、該インバータに接続されている交流電動機を可変電圧及び可変周波数の交流電力により駆動すると共に、前記交流電動機の回生動作時には、回生用半導体素子をオン／オフ制御することにより、発電制動用抵抗に電流を流して制動を行なう昇降機の制御装置において、昇降機の停止中に、前記インバータの直流段電圧のリップル量が設定値以上となったことが検知されたとき、前記回生用半導体素子に故障が生じたものと判断して、昇降機の運転開始を禁止すると共に発電制動用抵抗への電力供給を遮断するものである。

又、本発明は、昇降機の運転中に、回生動作時における前記インバータの直流段電圧が基準値以下となったことが検知されたとき、前記回生用半導体素子に故障が生じたものと判断して、昇降機の運転停止を指令すると共に、発電制動用抵抗への電力供給を遮断するものである。

更に又、本発明は、昇降機の停止中に、前記インバータの直流段電圧のリップル量が設定値以上となったことが検知されたとき、前記回生用半導体素子に故障が生じたものと判断して、昇降機の運転開始を禁止すると共に発電制動用抵抗への電力供給を遮断する一方、昇降機の運転中に、回生動作時における前記インバータの直流段電圧が基準値以下となったことが検知されたとき、前記回生用半導体素子に故障が生じたものと判断して、昇降機の運転停止を指令すると共に、発電制動用抵抗への電力供給を遮断するものである。

尚、回生動作であるか否かの判断は、演算上は回生電力が所定値以上であるか否かを検出することで行なうことが出来る。

本発明に係る昇降機の制御装置によれば、 特別な装置を追加することなく、ソフトウェアのみによって極めて簡便に回生用半導体素子のオン故障を検出できるため、そのソフトウェアをインバータ制御用の制御回路に組み込むことにより、極めて低コストで発電制動用抵抗の過熱を防止できる。

図１は、本発明に係るエレベータの制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、該制御装置の動作を示すフローチャートである。 図３は、従来のエレベータの制御装置の構成を示すブロック図である。 図４は、本発明に係るエレベータの制御装置の動作を説明する波形図である。 図５は、インバータの直流段電圧に生じるリップルを説明する波形図である。

以下、本発明をエレベータの制御装置に実施した例について、図面に沿って具体的に説明する。尚、図１において、図３と同じ構成要素には図３と同じ符号を付している。

図１に示す如く、商用電源１からの三相交流が、電力供給遮断用電磁接触器ＳＷを経て整流回路２に入力され、該整流回路２により全波整流され、更に平滑コンデンサ３にてリップル分が吸収されて、直流に変換される。この変換された直流は、インバータ４により所定周波数の交流に変換され、交流電動機５に入力される。インバータ４では、マイクロコンピュータから構成される制御部３０からのトルク指令が駆動回路７に入力され、該駆動回路７によって、インバータ４を構成する半導体素子の導通幅が制御される。

又、インバータ４の直流段には、回生用半導体素子１２と発電制動用抵抗１３とからなる放熱回路が接続され、該放熱回路によって、エレベータの回生動作時の回生エネルギーが消費される。

制御部３０には、速度指令発生回路２０から発せられる速度指令信号２０ａと、速度検出器２２から出力される速度信号２２ａと、インバータ４の出力電流を検出する電流検出器２３から出力される電流検出信号２３ａと、エレベータかご１０に取り付けられた荷重検出器２４から出力される荷重信号２４ａと、インバータ４の直流段の電圧を検出する電圧検出器２５から出力される電圧信号２５ａとが入力される。制御部３０は、速度指令信号２０ａと速度信号２２ａとの差信号から得られるトルク指令に従ってインバータ４の駆動回路７を制御する機能を有しているが、該制御機能については従来と同一であるので、説明を省略する。

又、制御部３０は、回生用半導体素子１２にオン故障が発生したときの安全対策のための構成を有している。該構成は、後述の如くソフトウェアによって実現され、該構成を機能達成手段毎にブロック分けすると、回生電力発生判定手段３０１と、電圧リップル検出手段３０２と、故障検出手段３０３と、禁止手段３０４に分けることが出来る。回生電力発生判定手段３０１は、速度指令信号２０ａ、速度信号２２ａ、電流検出信号２３ａ及び荷重信号２４ａに基づいて、回生電力が発生しているかどうかを判定するものである。電圧リップル検出手段３０２は、電圧信号２５ａに基づいて、インバータ直流段電圧にリップルが発生しているかどうかを検出するものである。故障検出手段３０３は、リップル発生時に後述する所定値、設定値及び基準値を用いて回生用半導体素子１２のオン故障を検出するものである。又、禁止手段３０４は、回生用半導体素子１２のオン故障時に、エレベータの運転開始を禁止するものである。

図２は、回生用半導体素子１２のオン故障の検出とその結果に基づく安全対策についての制御部３０の具体的な手続きを表わしており、該手続きには、エレベータかごの停止中におけるオン故障検出部分と、エレベータ運転中におけるオン故障検出部分と、オン故障検出時の安全対策部分とが含まれている。

図２に示す如く、先ずステップＳ１にて、速度指令２０ａ(或いはトルク指令)が発せられているか否かを判断することにより、エレベータかごが運転中であるか停止中であるかを検知する。ここで、速度指令２０ａが発せられておらず、エレベータかごが停止中であるときは、ステップＳ４に移行して、前記電圧リップル検出手段３０２により、インバータの直流段電圧におけるリップル量が設定値以上であるか否かを判断することにより、回生用半導体素子１２にオン故障が発生しているか否かを検出する。

一般に、無負荷時のインバータ直流段電圧は、交流電源線間電圧の最大値、即ち図５に示す様に三相交流波形のピーク値(波高値)を維持した平滑直流電圧Ｖｄとなるが、負荷時には、図５に破線で示す様に交流電源周波数の６倍の周波数を有するリップル電圧Ｒａが重畳することになる。

ここで、負荷の発生しないエレベータ停止時(インバータ不動作時)に、回生用半導体素子１２がオン故障を起こすと、平滑コンデンサ３から発電制動用抵抗１３及び回生用半導体素子１２に放電電流が流れて、平滑コンデンサ３の容量値Ｃと発電制動用抵抗１３の抵抗値Ｒで決まる時定数を伴ってインバータの直流段電圧が低下することになり、この結果、図５に一点鎖線で示す様に大きなリップルＲｂが発生する。即ち、エレベータ停止時に回生用半導体素子１２がオン故障を起こすと、本来は平滑直流電圧であるはずのインバータの直流段電圧に周期的な落ち込みが発生して、大きなリップル電圧が重なることになる。又、２００Ｖの三相交流の内、一相の電圧が例えば１８０Ｖに低下した場合、リップルの発生に伴う電圧の落ち込みは更に大きなものとなる。そこで、図２のステップＳ４にて直流段電圧のリップル量が設定値以上となることを検知して、オン故障を検出するのである。

オン故障が検出されないときは、ステップＳ１に戻ってエレベータが運転中であるか否かの判断を繰り返す。そして、オン故障の検出時には、ステップＳ５に移行して、禁止手段３０４により、エレベータの運転開始を禁止すると共に、ステップＳ６にて、電磁接触器ＳＷを開放することにより発電制動用抵抗１３への電力供給を遮断して、発電制動用抵抗１３の過熱を防止する。

一方、エレベータかごが運転中の場合は、ステップＳ１にてイエスと判断されて、ステップＳ２に移行し、回生電力発生判定手段３０１により、演算される回生電力が所定値以上か否かをチェックすることにより、回生動作中であるか否かを判断する。ここで、回生電力は、インバータの内部情報、即ちトルク指令、速度、モータ電圧、モータ電流、モータ定数、発生トルク、モータ回転数などの種々の情報から演算することが出来る。例えば、上げ荷時に図４(ａ)に示す様にトルク指令Ｔが変化し、図４(ｂ)に示す様にモータ回転数ωが変化した場合、モータの消費電力及び回生電力は、トルク指令Ｔとモータ回転数ωの積(Ｔ×ω)によって求めることが出来、図４(ｃ)の如く変化する。又、下げ荷時は図４(ｅ)に示す様に消費電力と回生電力が変化する。そこで、この回生電力が所定値以上となることを検知することで、回生動作時であることを判定することが出来る。尚、回生電力Ｐは、下げ荷時の等速走行におけるモータ電圧Ｖｍ及びモータ電流Ｉｍの測定値とモータの力率θから次式によって求めることも可能である。
Ｐ＝√３・Ｖｍ・Ｉｍ・ｃｏｓθ

図２のステップＳ２にて、回生電力が所定値以上でないと判断されたときは、ステップＳ１に戻ってエレベータが運転中であるか否かの判断を繰り返す。そして、回生電力が所定値以上となって回生動作中であると判断されたときは、ステップＳ３に移行して、故障検出手段３０３によりインバータ直流段電圧Ｖｄが基準値以下か否かを判断することにより、回生用半導体素子１２がオン故障を起こしているか否かを判定する。

仮に、回生用半導体素子１２がオン故障を起こしていると、インバータ直流段電圧が常に基準値を下回るため、故障の判定が可能である。例えば、商用電圧が２００ボルトの場合、全波整流された電圧は通常２８０ボルト程度になるが、回生電力が生じると、図４(ｄ)及び(ｆ)中に実線で示す様に、インバータ直流段電圧Ｖｄは、モータが発生する電力とインバータ４の動作によって、全波整流電圧の２８０ボルトよりも高い３５０ボルト〜３８０ボルト程度まで上昇することになる。しかしながら、回生用半導体素子１２がオン故障を起こしている場合には、平滑コンデンサ３の両端が発電制動用抵抗１３及び回生用半導体素子１２を介して互いに短絡するため、インバータ直流段電圧Ｖｄは、例えば図４(ｄ)及び(ｆ)中に二点鎖線で示す様に、全波整流電圧の２８０ボルトから上がらず、３５０ボルトには達しない。そこで、２８０ボルトと３５０ボルトの間に基準値を設定することにより、インバータ直流段電圧Ｖｄが該基準値以下となったことをもってオン故障の発生と判定することが出来るのである。

回生用半導体素子１２がオン故障を起こしていないときは、図２のステップＳ２に戻って、回生動作時であるか否かの判断を繰り返す。一方、回生用半導体素子１２がオン故障を起こしており、図２のステップＳ３にてイエスと判断されたときは、ステップＳ５に移行し、禁止手段３０４を通じてエレベータの運転停止指令を出力すると共に、電磁接触器ＳＷにより発電制動用抵抗１３への電力供給を遮断して、発電制動用抵抗１３の過熱を防止する。殆どの場合、回生用半導体素子１２のオン故障は運転中に起こるので、故障検出を迅速に行なうことができる。

上述の如く、本発明に係るエレベータの制御装置によれば、図２に示す手続きを実行するソフトウェアを組み込むだけの簡易な構成により、回生用半導体素子のオン故障を検出できるので、極めて低コストで発電制動用抵抗の過熱を防止することが可能である。

尚、上述の実施例では、エレベータかごが運転中の場合と停止中の場合に分けて別々に故障検出を行なってそれぞれに安全対策を施しているが、何れか一方の場合のみの故障検出と安全対策で済ますこともできる。それは、一連のエレベータ運転動作の中で、運転と停止が交互に繰り返されるため、その何れの場合でも迅速に異常検出を行なって安全対策を実施すれば、何れか一方の場合の故障検出だけであっても実用上、充分な安全対策を図ることができるからである。また、上述の実施例では、速度指令の有無によって、エレベータかごの運転／停止を判別しているが、これに限らず、トルク指令の有無による判定やブレーキ開閉などのシーケンス情報に基づく判定も、採用可能である。

１ 商用電源
２ 整流回路
３ 平滑コンデンサ
４ インバータ
５ 交流電動機
７ 駆動回路
１２ 回生用半導体素子
１３ 発電制動用抵抗
２０ 速度指令発生回路
３０ 制御部

Claims (8)

1. 予め定められた速度指令信号と実際の走行速度に対応する速度信号との差信号から得られるトルク指令に従ってインバータを制御し、該インバータに接続されている交流電動機を可変電圧及び可変周波数の交流電力により駆動すると共に、前記交流電動機の回生動作時には、インバータの直流段の電圧を電圧検出器によって検出し、回生用半導体素子をオン／オフ制御することにより、発電制動用抵抗に電流を流して制動を行なう昇降機の制御装置において、
   前記電圧検出器から出力される電圧信号が制御部へ供給され、該制御部は、昇降機の停止中に、前記電圧信号に基づいて、前記インバータの直流段電圧のリップル量が設定値以上となったことが検知されたとき、前記回生用半導体素子に故障が生じたものと判断して、昇降機の運転開始を禁止すると共に発電制動用抵抗への電力供給を遮断することを特徴とする昇降機の制御装置。
2. 予め定められた速度指令信号と実際の走行速度に対応する速度信号との差信号から得られるトルク指令に従ってインバータを制御し、該インバータに接続されている交流電動機を可変電圧及び可変周波数の交流電力により駆動すると共に、前記交流電動機の回生動作時には、インバータの直流段の電圧を電圧検出器によって検出し、回生用半導体素子をオン／オフ制御することにより、発電制動用抵抗に電流を流して制動を行なう昇降機の制御装置において、
   前記電圧検出器から出力される電圧信号が制御部へ供給され、該制御部は、昇降機の運転中に、前記電圧信号に基づいて、回生動作時における前記インバータの直流段電圧が基準値以下となったことが検知されたとき、前記回生用半導体素子に故障が生じたものと判断して、昇降機の運転停止を指令すると共に、発電制動用抵抗への電力供給を遮断することを特徴とする昇降機の制御装置。
3. 予め定められた速度指令信号と実際の走行速度に対応する速度信号との差信号から得られるトルク指令に従ってインバータを制御し、該インバータに接続されている交流電動機を可変電圧及び可変周波数の交流電力により駆動すると共に、前記交流電動機の回生動作時には、インバータの直流段の電圧を電圧検出器によって検出し、回生用半導体素子をオン／オフ制御することにより、発電制動用抵抗に電流を流して制動を行なう昇降機の制御装置において、
   前記電圧検出器から出力される電圧信号が制御部へ供給され、該制御部は、昇降機の停止中に、前記電圧信号に基づいて、前記インバータの直流段電圧のリップル量が設定値以上となったことが検知されたとき、前記回生用半導体素子に故障が生じたものと判断して、昇降機の運転開始を禁止すると共に発電制動用抵抗への電力供給を遮断する一方、昇降機の運転中に、前記電圧信号に基づいて、回生動作時における前記インバータの直流段電圧が基準値以下となったことが検知されたとき、前記回生用半導体素子に故障が生じたものと判断して、昇降機の運転停止を指令すると共に、発電制動用抵抗への電力供給を遮断することを特徴とする昇降機の制御装置。
4. 前記発電制動用抵抗に対して直列に前記回生用半導体素子が接続され、該発電制動用抵抗及び回生用半導体素子によって、回生動作時に回生エネルギーを消費すべき放熱回路が構成されている請求項１乃至請求項３の何れか記載の昇降機の制御装置。
5. 回生動作であるか否かの判断は、演算上は回生電力が所定値以上であるか否かを検出することで行なう請求項１乃至請求項４の何れかに記載の昇降機の制御装置。
6. 前記基準値は、前記インバータに供給される商用電源の波高値よりも大きく、且つ回生動作時のインバータ直流段電圧よりも小さな電圧値に設定されている請求項２又は請求項３に記載の昇降機の制御装置。
7. 前記回生電力は、トルク指令値とかご速度信号から演算される請求項５に記載の昇降機の制御装置。
8. 前記回生電力は、モータ電圧とモータ電流から演算される請求項５に記載の昇降機の制御装置。

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