(57)【要約】【課題】電力変換装置において各相のスイッチング素子の温度上昇がばらつくことを抑制できるエレベータ用電力変換装置の制御装置を提供する。【解決手段】エレベータ用電力変換装置の制御装置は、エレベータに電力を供給する際に利用される電力変換装置の各相のスイッチング素子の温度を監視する装置と、前記温度監視装置の監視結果に基づいて、温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数を低減するスイッチングパターンで前記各相のスイッチング素子を動作させる変更装置と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータに電力を供給する際に利用される電力変換装置の各相のスイッチング素子の温度を監視する監視装置と、
前記監視装置の監視結果に基づいて、温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数が下がるスイッチングパターンで前記各相のスイッチング素子を動作させる変更装置と、
を備えたエレベータ用電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記変更装置は、空間ベクトル変調法により、温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数が下がるスイッチングパターンで前記各相のスイッチング素子を動作させる請求項１に記載のエレベータ用電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数を下げる否かを前記エレベータのかごの走行条件に基づいて判別する判別装置、
を備えた請求項１又は請求項２に記載のエレベータ用電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエレベータ用電力変換装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エレベータ用電力変換装置の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１のエレベータ用電力変換装置は、電力変換装置の温度が閾値を超えた場合に電力変換装置のＰＷＭ変調を行う際の周波数を下げる。その結果、電力変換装置の発熱が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２４０８８９号公報
【特許文献２】特開平１０−１６４８８４号公報
【特許文献３】特開平８−１０７６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の電力変換装置においては、各相のスイッチング素子の温度上昇がばらつくことがある。
【０００５】
この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、電力変換装置において各相のスイッチング素子の温度上昇がばらつくことを抑制できるエレベータ用電力変換装置の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るエレベータ用電力変換装置の制御装置は、エレベータに電力を供給する際に利用される電力変換装置の各相のスイッチング素子の温度を監視する監視装置と、前記監視装置の監視結果に基づいて、温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数が下がるスイッチングパターンで前記各相のスイッチング素子を動作させる変更装置と、を備えた。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、電力変換装置において各相のスイッチング素子の温度上昇がばらつくことを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置を利用したエレベータの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置がインバータを制御する際に用いる空間ベクトルを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置に制御されたインバータのスイッチングパターンを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第１セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第２セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第３セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第４セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第５セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第６セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置が第１セクタにおいてインバータのＵ相のスイッチング周波数を最小にした際のスイッチングパターンを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置が第３セクタにおいてインバータのＵ相のスイッチング周波数を最小にした際のスイッチングパターンを示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置が第４セクタにおいてインバータのＵ相のスイッチング周波数を最小にした際のスイッチングパターンを示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置が第６セクタにおいてインバータのＵ相のスイッチング周波数を最小にした際の基本スイッチングパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。各図中、同一又は相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略される。
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置を利用したエレベータの構成図である。
【００１１】
図１において、三相交流電源１の出力側には、電源投入スイッチ２の入力側が接続される。例えば、電源投入スイッチ２は、ノーヒューズブレーカ等からなる。電源投入スイッチ２の出力側には、コンバータ３の入力側が接続される。コンバータ３の出力側には、直流母線４の入力側が接続される。直流母線４の間には、平滑用コンデンサ５が接続される。直流母線４の出力側には、インバータ６の入力側が接続される。インバータ６の出力側には、電動機７の入力側が接続される。電動機７の出力軸には、綱車８が設けられる。綱車８には、ロープ９が巻き掛けられる。ロープ９の一側には、エレベータのかご１０が吊るされる。ロープ９の他側には、エレベータの釣り合いおもり１１が吊るされる。
【００１２】
インバータ６には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が設けられる。Ｕ相には、一対のスイッチング素子６ａ、６ｂが設けられる。Ｖ相には、一対のスイッチング素子６ｃ、６ｄが設けられる。Ｗ相には、一対のスイッチング素子６ｅ、６ｆが設けられる。
【００１３】
一対のスイッチング素子６ａ、６ｂの近傍には、監視装置１２ａが設けられる。一対のスイッチング素子６ｂ、６ｄの近傍には、監視装置１２ｂが設けられる。一対のスイッチング素子６ｅ、６ｆの近傍には、監視装置１２ｃが設けられる。各スイッチング素子６ａ〜６ｆのゲート端子には、ゲート駆動回路１３が接続される。監視装置１２ａ〜１２ｃとゲート駆動回路１３とには、エレベータの制御装置１４が接続される。制御装置１４は、検出装置１４ａ、判別装置１４ｂ、変更装置１４ｃを備える。
【００１４】
三相交流電源１は、交流電力を出力する。当該交流電力は、電源投入スイッチ２を介してコンバータ３に入力される。コンバータ３は、電力変換装置として、当該交流電力を直流電力に変換する。当該直流電力は、直流母線４に供給される。この際、当該直流電力は、平滑用コンデンサ５に平滑化される。当該直流電力は、インバータ６に入力される。インバータ６は、電力変換装置として、当該直流電力を交流電力に変換する。当該交流電力は、電動機７に入力される。電動機７は、当該交流電力を用いて回転する。当該回転に追従して、綱車８が回転する。当該回転に追従して、ロープ９が移動する。当該移動に追従して、かご１０とつり合いおもり１１とが移動する。
【００１５】
この際、制御装置１４は、空間ベクトル変調法を利用してインバータ６の出力電圧に対応した制御信号を出力する。ゲート駆動回路１３は、当該制御信号に基づいて各スイッチング素子６ａ〜６ｆに駆動信号を送信する。当該駆動信号に基づいて、各スイッチング素子６ａ〜６ｆの１スイッチング周期あたりのスイッチング回数がスイッチング周波数として設定される。各スイッチング素子６ａ〜６ｆは、当該スイッチング周波数で動作する。
【００１６】
各スイッチング素子６ａ〜６ｆの動作中、監視装置１２ａ〜１２ｃは、各スイッチング素子６ａ〜６ｆの温度を監視する。検出装置１４ａは、監視装置１２ａ〜１２ｃの監視結果に基づいて、各スイッチング素子６ａ〜６ｆの温度のばらつきを検出する。温度が相対的に高いスイッチング素子がある場合、判別装置１４ｂは、温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数を下げるか否かをかご１０の走行条件に基づいて判別する。
【００１７】
温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数を下げる際、変更装置１４ｃは、温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数を下げる制御信号を生成する。ゲート駆動回路１３は、当該制御信号に基づいて各スイッチング素子６ａ〜６ｆに駆動信号を送信する。各スイッチング素子６ａ〜６ｆは、当該駆動信号に基づいてスイッチング動作を行う。
【００１８】
この際、温度が相対的に高いスイッチング素子に発生するスイッチング損失が抑制される。当該抑制により、温度が相対的に高いスイッチング素子の温度上昇が抑制される。当該抑制により、各スイッチング素子６ａ〜６ｆの温度上昇のばらつきが解消される。
【００１９】
各スイッチング素子６ａ〜６ｆの温度上昇のばらつきが解消された後、変更装置１４ｃは、各スイッチング素子６ａ〜６ｆのスイッチングパターンを通常のスイッチングパターンに戻す。その結果、各スイッチング素子６ａ〜６ｆの動作は通常の動作に戻る。
【００２０】
次に、図２と図３とを用いて、空間ベクトル変調法を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置がインバータを制御する際に用いる空間ベクトルを示す図である。図３はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置に制御されたインバータのスイッチングパターンを示す図である。
【００２１】
図２において、図示しない（０、０、０）と（１、１、１）とは零電圧ベクトルである。（１、０、０）、（１、１、０）、（０、１、０）、（０、１、１）、（０，０，１）、（０、１、１）は、空間ベクトルにおける基本ベクトルである。丸で囲まれた数字は、セクタを区別するための数字である。セクタは、隣接した基本ベクトルにより分けられる。例えば、第１セクタは、（１、０、０）と（１、１、０）とに囲まれる。
【００２２】
図３に示すように、電圧ベクトル（０，０、０）に対し、Ｕ相はオフである。Ｖ相はオフである。Ｗ相はオフである。電圧ベクトル（１、０、０）に対し、Ｕ相はオンである。Ｖ相はオフである。Ｗ相はオフである。電圧ベクトル（１、１、０）に対し、Ｕ相はオンである。Ｖ相はオンである。Ｗ相はオフである。電圧ベクトル（０、１、０）に対し、Ｕ相はオフである。Ｖ相はオンである。Ｗ相はオフである。
【００２３】
電圧ベクトル（０、１、１）に対し、Ｕ相はオフである。Ｖ相はオンである。Ｗ相はオンである。電圧ベクトル（０、０、１）に対し、Ｕ相はオフである。Ｖ相はオフである。Ｗ相はオンである。電圧ベクトル（１、０、１）に対し、Ｕ相はオンである。Ｖ相はオフである。Ｗ相はオンである。電圧ベクトル（１、１、１）に対し、Ｕ相はオンである。Ｖ相はオンである。Ｗ相はオンである。
【００２４】
制御装置１４は、出力電圧の電圧ベクトルの位相を演算する。この際、制御装置１４は、出力電圧が属しているセクタを判別する。制御装置１４は、判別結果に基づいて零電圧ベクトル又は基本ベクトルを出力する時間を演算する。制御装置１４は、演算結果に基づいて零電圧ベクトル又は基本ベクトルに対応した制御信号を出力する。この際、制御装置１４は、（０、０、０）と（１、１、１）のうちのひとつを零電圧ベクトルとして選択する。
【００２５】
次に、図４〜図９を用いて、各セクタの基本スイッチングパターンを説明する。
図４はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第１セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。図５はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第２セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。図６はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第３セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。図７はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第４セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。図８はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第５セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。図９はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置による第６セクタの基本スイッチングパターンを示す図である。
【００２６】
図４に示すように、第１セクタのスイッチング周期Ｔｓ前半には、期間Ｔ０００、期間Ｔ１００、期間Ｔ１１０、期間Ｔ１１１が設定される。第１セクタのスイッチング周期Ｔｓ後半には、期間Ｔ１１１、期間Ｔ１１０、期間Ｔ１００、期間Ｔ０００が設定される。
【００２７】
前半の期間Ｔ０００において、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂはオフである。Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄはオフである。Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆはオフである。前半の期間Ｔ１００において、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂはオンである。Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄはオフである。Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆはオフである。前半の期間Ｔ１１０において、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂはオンである。Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄはオンである。Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆはオフである。前半の期間Ｔ１１１において、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂはオンである。Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄはオンである。Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆはオンである。
【００２８】
後半の期間Ｔ１１１において、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂはオンである。Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄはオンである。Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆはオンである。後半の期間Ｔ１１０において、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂはオンである。Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄはオンである。Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆはオフである。後半の期間Ｔ１００において、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂはオンである。Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄはオフである。Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆはオフである。後半の期間Ｔ０００において、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂはオフである。Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄはオフである。Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆはオフである。
【００２９】
図５〜図９に示すように、第２セクタ〜第５セクタにおいても、期間が設定される。当該期間に応じて、各相のスイッチング素子６ａ〜６ｆの状態が決まる。
【００３０】
次に、図１０〜図１３を用いて、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂの温度が相対的に高い場合のスイッチングパターンを説明する。
図１０はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置が第１セクタにおいてインバータのＵ相のスイッチング周波数を最小にした際のスイッチングパターンを示す図である。図１１はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置が第３セクタにおいてインバータのＵ相のスイッチング周波数を最小にした際のスイッチングパターンを示す図である。図１２はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置が第４セクタにおいてインバータのＵ相のスイッチング周波数を最小にした際のスイッチングパターンを示す図である。図１３はこの発明の実施の形態１におけるエレベータ用電力変換装置の制御装置が第６セクタにおいてインバータのＵ相のスイッチング周波数を最小にした際のスイッチングパターンを示す図である。
【００３１】
図１０に示すように、制御装置１４は、第１セクタの期間Ｔ０００を期間Ｔ１１１に変更する。その結果、零電圧ベクトルは、（０、０、０）から（１、１、１）に変更される。当該変更により、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂは、第１セクタにおいてオンのままとなる。その結果、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂのスイッチング周波数は最小となる。
【００３２】
図１１に示すように、制御装置１４は、第３セクタの期間Ｔ１１１を期間Ｔ０００に変更する。その結果、零電圧ベクトルは、（１、１、１）から（０、０、０）に変更される。当該変更により、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂは、第３セクタにおいてオフのままとなる。
【００３３】
図１２に示すように、制御装置１４は、第４セクタの期間Ｔ１１１を期間Ｔ０００に変更する。その結果、零電圧ベクトルは、（１、１、１）から（０、０、０）に変更される。当該変更により、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂは、第４セクタにおいてオフのままとなる。
【００３４】
図１３に示すように、制御装置１４は、第６セクタの期間Ｔ０００を期間Ｔ１１１に変更する。その結果、零電圧ベクトルは、（０、０、０）から（１、１、１）に変更される。当該変更により、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂは、第６セクタにおいてオンのままとなる。
【００３５】
図１０〜図１３のスイッチングパターンとすることで、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂのスイッチング周波数は最小となる。その結果、Ｕ相のスイッチング素子６ａ、６ｂの温度上昇が抑制される。
【００３６】
なお、第２セクタと第５セクタにおいては、一般的なスイッチングパターンが適用される。
【００３７】
Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄ、Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆに対しても、制御装置１４は同様の法則を適用する。その結果、Ｖ相のスイッチング素子６ｃ、６ｄ、のスイッチング周波数、Ｗ相のスイッチング素子６ｅ、６ｆのスイッチング周波数は最小となる。
【００３８】
以上で説明した実施の形態１によれば、制御装置１４は、温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数を下げる。このため、インバータ６において各スイッチング素子６ａ〜６ｆの温度上昇がばらつくことを抑制できる。その結果、各スイッチング素子６ａ〜６ｆの寿命を長くすることができる。
【００３９】
また、制御装置１４は、空間ベクトル変調法により、各スイッチング素子６ａ〜６ｆのスイッチングパターンを設定する。このため、インバータ６の出力電圧を変えることなく、各スイッチング素子６ａ〜６ｆのスイッチングパターンを最小にすることができる。
【００４０】
また、制御装置１４は、温度が相対的に高いスイッチング素子のスイッチング周波数を下げる否かをかご１０の走行条件に基づいて判別する。このため、スイッチングパターンの変更を最小限に抑えることができる。
【００４１】
なお、コンバータ３のスイッチング素子を同様の方法で制御してもよい。この場合、コンバータ３において各相のスイッチング素子の温度上昇がばらつくことを抑制できる。その結果、各スイッチング素子の寿命を長くすることができる。
【００４２】
また、コンバータ３のスイッチング素子とインバータ６のスイッチング素子６ａ〜６ｆを炭化ケイ素半導体等のワイドバンドギャップ半導体で形成してもよい。この場合、スイッチング素子の許容電流密度が高くなる。このため、スイッチング素子をシリコン半導体で形成した場合よりもスイッチング周波数の低下を抑制できる。当該抑制により、電動機７の制御性能の悪化を抑制できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  三相交流電源、  ２  電源投入スイッチ、  ３  コンバータ、  ４  直流母線、  ５  平滑用コンデンサ、  ６  インバータ、  ６ａ〜６ｆ  スイッチング素子、  ７  電動機、  ８  綱車、  ９  ロープ、  １０  かご、  １１  釣り合いおもり、  １２ａ〜１２ｃ  監視装置、  １３  ゲート駆動回路、  １４  制御装置、  １４ａ  検出装置、  １４ｂ  判別装置、  １４ｃ  変更装置
【図１】
2014233149.tif 000003
【図２】
2014233149.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014233149.tif 000012
【図１１】
2014233149.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2014233149.tif 000015